Produktion av bio diesel & Biodieselomvandling
När du gör biodiesel, långsam reaktion kinetik och dålig massöverföring sänker din biodiesel anläggning kapacitet samt din biodiesel utbyte och kvalitet. Hielscher ultraljud reaktorer förbättra transesterifieringskinetiken avsevärt. Därför krävs lägre överskott av metanol och mindre katalysator för biodieselbearbetning.
Biodiesel produceras vanligen i batchreaktorer med värme och mekanisk blandning som energitillförsel. Ultraljud kavitational blandning är ett effektivt alternativ för att uppnå en bättre blandning i kommersiell biodiesel bearbetning. Ultraljud kavitation ger den nödvändiga aktiveringsenergin för industriell biodiesel transesterifiering.
Ultraljud blandning förbättrar biodiesel omvandlingsfrekvens, ökar avkastningen och sparar överskott metanol och katalysator.
Ultraljud förbättrad transesterifiering av biodiesel
Biodiesel produktion innebär vanligtvis en kemisk reaktion som kallas transesterifiering, där en triglycerid (såsom vegetabilisk olja, animaliskt fett, förbrukade matoljor) reagerar med en alkohol (såsom metanol) i närvaro av en katalysator för att producera biodiesel (fettsyra metylestrar) och glycerol. Ultraljud reaktorer kan användas för att förbättra transesterifieringsprocessen på flera sätt, vilket leder till flera fördelar:
- Förbättrad blandning: Ultraljudsvågor kan skapa kavitationsbubblor som kollapsar våldsamt, vilket orsakar intensiv blandning och agitation av reaktionsblandningen. Detta leder till bättre kontakt mellan reaktanterna och katalysatorn, vilket resulterar i snabbare och mer fullständig transesterifiering.
- Accelererad reaktionskinetik: De högenergiförhållanden som genereras av ultraljudsvågor kan aktivera reaktionen, öka reaktionshastigheten och minska reaktionstiden som behövs för att nå en viss omvandlingsnivå. Detta kan resultera i högre avkastning och lägre kostnader.
- Minskad katalysatoranvändning: Ultraljud reaktorer kan förbättra effektiviteten av katalysator användning genom att ge mer aktiva platser för reaktionen. Detta innebär att mindre katalysator krävs för att uppnå samma omvandlingsnivå, vilket minskar kostnader och miljöpåverkan.
- Förbättrad produktkvalitet: Ultraljud reaktorer kan producera biodiesel med lägre fritt fettsyrainnehåll, högre renhet, och bättre kallflöde egenskaper. Detta beror på förbättrad blandning och snabbare reaktionskinetik, vilket minimerar bildandet av oönskade biprodukter och föroreningar.
Dessa fördelar med ultraljud biodiesel bearbetning gör användningen av en ultraljud reaktor setup mycket ekonomiskt eftersom användningen av ultraljud reaktorer avsevärt förbättrar effektiviteten, hastighet, och kvaliteten på biodiesel transesterifiering. Detta innebär sammanfattningsvis att ultraljud förvandlar transesterifiering till en mer ekonomiskt och miljömässigt hållbar process.
Problem med konventionell biodiesel blandning: Den konventionella förestringsreaktionen vid satsvis bearbetning tenderar att vara långsam och fasseparation av glycerinet är tidskrävande och tar ofta 5 timmar eller mer.
Ultraljud reaktorer hjälper dig att påskynda din biodiesel processen och samtidigt öka din biodiesel avkastning och kvalitet till lägre bearbetningskostnader!
Ultrasonicator UIP2000hdT av industriell kvalitet med flödescell FC2T500k för inline biodieselesterifiering och transesterifiering.
Fördelarna med ultraljud biodiesel transesterifiering
- Högre biodieselutbyten på grund av förbättrad blandning
- Ökad biodiesel kvalitet
- Använd även fattigaste olja som råmaterial
- Kontinuerlig inline-bearbetning
- Mindre metanol
- Mindre katalysator
- Tidsbesparande tack vare höghastighetskonvertering
- Energisparande
- Enkel och säker drift
- Robusthet och lågt underhåll
- Hög prestanda: 24/7 drift under full belastning
"Vi har varit mycket nöjda med Hielschers utrustning och service och vi har alla avsikter att inkludera den Hielscher ultraljud tekniken i alla våra framtida strävanden."
Todd Stephens, Tulsa bio bränslen
Ultraljud för biodiesel produktion
Biodiesel produceras ofta i batchreaktorer. Ultraljud biodiesel konvertering möjliggör kontinuerlig inline bearbetning. Ultraljud kan uppnå en biodiesel avkastning över 99%. Ultraljud reaktorer minska bearbetningstiden från den konventionella 1 till 4 timmars batchbearbetning till mindre än 30 sekunder. Viktigare, ultraljud minskar separationstiden från 5 till 10 timmar (med konventionell agitation) till mindre än 60 minuter. Ultraljud bidrar också till att minska mängden katalysator som krävs med upp till 50% på grund av den ökade kemiska aktiviteten i närvaro av kavitation. När du använder ultraljud mängden överskott metanol som krävs reduceras också. En annan fördel är den resulterande ökningen av glycerinets renhet.
Ultraljud biodiesel produktion steg för steg:
- vegetabilisk olja eller animaliskt fett blandas med metanol (som gör metylestrar) eller etanol (för etylestrar) och natrium eller kalium methoxide eller hydroxid
- blandningen värms upp, t. ex. till temperaturer mellan 45 och 65degC
- Den uppvärmda blandningen är sonicated inline för 5 till 15 sekunder
- glycerin droppar ut eller separeras med hjälp av centrifuger
- den konverterade bio diesel tvättas med vatten
Vanligtvis utförs ultraljudsbehandling vid ett förhöjt tryck (1 till 3bar, mättryck) med hjälp av en matningspump och en justerbar mottrycksventil bredvid flödescellen.
Industriell biodiesel konvertering behöver inte mycket ultraljud energi. Det faktiska energibehovet kan bestämmas på bänkskala med hjälp av t.ex. en 1kW ultraljudsprocessor som UIP1000hdT. Alla resultat från sådana bänkförsök kan skalas upp linjärt och utan problem. Vid behov finns ATEX-certifierade ultraljudsenheter tillgängliga, till exempel UIP1000-Exd.
Hielscher levererar industriell ultraljud biodiesel bearbetning utrustning, över hela världen. Med ultraljud processorer på upp till 16kW effekt per enskild enhet, Det finns ingen gräns i biodiesel anläggning storlek eller bearbetningskapacitet.
Kostnader för ultraljud bio diesel tillverkning
Ultraljud är ett effektivt sätt att öka reaktionshastigheten och omvandlingsfrekvensen i den kommersiella biodiesel produktion. Ultraljud bearbetning kostnader beror främst på investeringen för ultraljud utrustning, nytta kostnader och underhåll. Den enastående energieffektiviteten hos Hielscher ultrasonicators bidrar till att minska verktygskostnaderna och därigenom göra denna process ännu grönare. De resulterande kostnaderna för ultraljud varierar mellan 0.1ct och 1.0ct per liter (0.4ct till 1.9ct/gallon) när den används i kommersiell skala.
Läs mer om processen effektivitet och ekonomiska fördelar med ultraljud biodiesel produktion!
Ultraljud blandning minskar den specifika energiförbrukning inbiodiesel tillverkning överträffar hydrodynamisk magnetisk blandning och hög skjuvning blandare överlägset.
Småskalig ultraljud biodiesel installation
Ultraljud kan användas för omvandling av olja till biodiesel i vilken skala som helst. Bilden nedan visar en småskalig inställning för bearbetning av 60-70L (16 till 19 gallon). Detta är den typiska inställningen för inledande studier och processdemonstration.
Ultraljud esterifiering och transesterifiering kan köras som batch eller kontinuerlig inline process. Det här diagrammet visar ultraljud batch processen för biodiesel konvertering.
3x 1kW ultrasonicatorer av modellen 1000hdT med ultraljud genomströmningsreaktor med för mycket effektiv biodiesel omvandling.
- en ultrasonicator (t.ex. UIP500hdT eller UIP1000hdT) med booster, sonotrode och flödescell
- effekt mätare för mät kraft och energi
- 80L bearbetnings tank (plast, t. ex. HDPE)
- värmeelement (1 till 2kW)
- 10L katalysator premix tank (plast, t. ex. HDPE)
- katalysator premixer (omrörare)
- pumpen (Centrifugera, mono eller kugg hjul) i ca 10 till 20L/min vid 1 till 3 barg
- back-tryck ventil för att justera trycket i flödes cellen
- Tryck mätare för mätning av matnings tryck
Ultraljud reaktorer för överlägsen biodiesel bearbetning
Hielscher Ultrasonics erbjuder högpresterande ultraljud processorer och reaktorer, vilket kommer att förbättra din biodiesel produktion genom högre biodiesel utbyten, förbättrad biodiesel kvalitet, minskad bearbetningstid och lägre produktionskostnader.
Små och medelstora ultraljud reaktorer för biodiesel Transesterifiering
För små och medelstora biodiesel produktion av upp till 9ton / h (2900 gal / tim), Hielscher erbjuder dig UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt), och UIP2000hdT (2000 watt) som ultraljud hög skjuvning blandare med genomströmning reaktorer för tillförlitlig och effektiv inline biodiesel bearbetning. Dessa fyra ultraljudsreaktorer är mycket kompakta, lätta att integrera eller eftermontera. De är byggda för tung drift i tuffa miljöer. Nedan hittar du rekommenderade reaktorinställningar för en rad produktionshastigheter.
|
ton/timme
|
gal/timme
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 watt) |
0.25 till 0,5
|
80 till 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 watt) |
0.5 till 1,0
|
160 till 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 watt) |
0.75 till 1,5
|
240 till 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 watt) |
1,0 till 2,0
|
320 till 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 watt) |
2.0 till 4.0
|
640 till 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 watt) |
3,0 till 6,0
|
960 till 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 watt) |
4,5 till 9,0
|
1440 till 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 watt) |
6,0 till 12,0
|
1920 till 3840
|
Industri biodieselreaktorer med mycket stor genomströmning
För industriell bearbetning biodiesel produktionsanläggningar Hielscher erbjuder UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW), och UIP16000hdT (16kW) ultraljud homogenisatorer! Dessa ultraljud processorer är utformade för kontinuerlig bearbetning av höga flödeshastigheter. UIP4000hdT, UIP6000hdT och UIP10000 kan integreras i vanliga sjöfraktcontainrar. Alternativt finns alla fyra processormodeller i skåp i rostfritt stål. En upprätt installation kräver minimalt utrymme. Nedan hittar du rekommenderade inställningar för typiska industriella bearbetningshastigheter.
|
ton/timme
|
gal/timme
|
1x UIP6000hdT (6000 watt) |
3,0 till 6,0
|
960 till 1920
|
|---|---|---|
| 3x UIP4000hdT (4000 watt) |
6,0 till 12,0
|
1920 till 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 watt) |
10,0 till 20,0
|
3200 till 6400
|
3x UIP6000hdT (6000 watt) |
9,0 till 18,0
|
2880 till 5880
|
| 3x UIP10000 (10 000 watt) |
15,0 till 30,0
|
4800 till 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16 000 watt) |
24,0 till 48,0
|
7680 till 15360
|
| 5x UIP16000hdT |
40,0 till 80,0
|
12800 till 25600
|
Kontakta oss! / Fråga oss!
The ultrasonicator UIP16000hdT kan bearbeta 32MMGY biodiesel.
Frost & Sullivan Technology innovation av året
Hielscher Ultrasonics fick den prestigefyllda Frost och Sullivan Technology Innovation of the Year Award som ett erkännande av företagets utveckling av nya ultraljud teknik för bio-diesel produktion.
Klicka här för att läsa mer om Frost och Sullivan Award för Hielscher Ultrasonics biodiesel reaktorer!
Transesterifiering – Den kemiska omvandlingen av biodiesel
Tillverkning av biodiesel från vegetabiliska oljor (t.ex. soja, raps, jatropha, solrosfrön), alger, animaliska fetter samt matoljor, innebär baskatalyserad transesterifiering av fettsyror med metanol eller etanol för att ge motsvarande metylestrar eller etylestrar. Glycerin är en oundviklig biprodukt av denna reaktion.
Vegetabiliska oljor som animaliska fetter är triglycerider som består av tre kedjor av fettsyror bundna av en glycerinmolekyl. Triglycerider är estrar. Estrar är syror, som fettsyror, i kombination med en alkohol. Glycerin (= glycerol) är en tung alkohol. I omvandlingsprocessen omvandlas triglyceridestrar till alkylestrar (= biodiesel) med hjälp av en katalysator (lut) och ett alkoholreagens, t.ex. metanol, vilket ger metylestrar biodiesel. Metanolen ersätter glycerinet. Denna kemiska omvandlingsprocess kallas transesterifiering.
Efter transesterifiering sjunker glycerinet, som är den tyngre fasen, till botten. Biodiesel, som är den lättare fasen, flyter ovanpå och kan separeras, t.ex. genom karaffer eller centrifuger.
Biodiesel Förberedelse
Kaliumhydroxid (0,2 till 0,4 kg, katalysator) löses upp i ca. 8.5 L metanol i katalysator pre-mix tank. Detta kräver omrörning av katalysator premixen. Bearbetnings tanken fylls med 66L vegetabilisk olja. Oljan värms upp av värmeelement till 45 till 65degC.
Biodieselomvandling
När katalysatorn är helt upplöst i metanol, är katalysatorn premix blandas med den uppvärmda oljan. Pumpen matar blandningen till cellen flöde. Med hjälp av back-tryck ventilen, är trycket justeras till 1 till 3barg (15 till 45psig). Recirkulation genom ultraljud bio diesel reaktorn bör utföras i ca. 20 minuter. Under denna tid, oljan omvandlas till bio diesel. Efter detta är pumpen och ultraljud avstängd. Glycerin (tyngre fas) kommer att separera från bio diesel (ljusare fas). Avskiljandet tar ca. 30 till 60 noterar. När separationen är klar, glycerin kan tömmas.
Bio diesel tvätt
Eftersom den konverterade biodieseln innehåller föroreningar krävs tvättning. För tvätt blandas vatten i biodieseln. Ultraljud kan gynna blandningen av biodiesel med vattnet. Detta ökar den aktiva ytan som ett resultat av minskningen av droppstorleken. Tänk på, att mycket intensiv ultraljudsbehandling kan minska vattendropparna till en storlek, att en nästan stabil emulsion bildas som kommer att kräva speciella medel (t.ex. centrifug) som ska separeras.
Bio diesel tillverknings anläggning
Flödesschemat nedan visar en typisk inställning för in-line ultraljudsbehandling av olja, metanol och katalysator för omvandling till biodiesel.
Ultraljud esterifiering och transesterifiering kan köras som batch eller kontinuerlig inline process. Diagrammet visar ultraljud inline processen för biodiesel (FAME) transesterfication.
Kontinuerlig bio diesel bearbetning och separation
I en inställning för kontinuerlig biodieselbearbetning och kontinuerlig separation blandas den uppvärmda oljan och katalysatorförblandningen kontinuerligt med hjälp av justerbara pumpar. En inline statisk mixer förbättrar homogeniteten hos matningen till ultraljudsreaktorn. Olja / katalysatorblandningen passerar flödescellen, där den utsätts för ultraljud kavitation i ca. 5 till 30 sekunder. En mottrycksventil används för att styra trycket i flödescellen. Den ultraljudsbaserade blandningen kommer in i reaktorkolonnen på toppen. Reaktorkolonnens volym är utformad för att ge ca 1 timmes retentionstid i kolonnen. Under den tiden är transesterifieringsreaktionen avslutad. Den reagerade glycerin / biodieselblandningen pumpas till centrifugen där den separeras i biodiesel- och glycerinfraktionerna. Efterbearbetning innebär metanolåtervinning, tvättning och torkning och kan också göras kontinuerligt.
Denna inställning eliminerar biodieselreaktorsatser, konventionella omrörare och stora separatortankar.
Bio diesel transesterifiering reaktions hastighet
Diagrammen nedan visar typiska resultat av transesterifiering av rapsolja (industriell kvalitet) med natriummetoxid (vänster) och kaliumhydroxid (höger). För båda testerna utsattes ett kontrollprov (blå linje) för intensiv mekanisk blandning. Den röda linjen representerar det ultraljudsbehandlade provet av samma formulering med avseende på volymförhållande, katalysatorkoncentration och temperatur. Den horisontella axeln visar tiden efter blandning respektive ultraljudsbehandling. Den vertikala axeln visar volymen glycerin som sedimenterade längst ner. Detta är ett enkelt sätt att mäta reaktionshastigheten. I båda diagrammen reagerar det sonikerade provet (rött) mycket snabbare än kontrollprovet (blått).
Jämförelse av ultraljud (röd graf) vs konventionell blandning (blå graf) för biodiesel produktion – Användning med natriummetoxid (vänster) och kaliumhydroxid (höger) som katalysatorer.
Länkar för bio diesel Supplies
Klicka här för länkar till leverantörer av pumpar och tankar för bio diesel industrin.
Kemikalie-och säkerhets information
Läs noga igenom informationen nedan för att förhindra komplikationer och negativa hälso effekter.
Bio diesel kemikalier
Metanol är giftigt. Det kan orsaka nerv försämring som ett resultat av långvarig användning. Det kan adsorberas av huden, alltför. Om stänkte i ögonen kan det orsaka blindhet och metanol kan vara dödlig vid förtäring. Av denna anledning, vidta nödvändiga försiktighets åtgärder vid hantering av metanol. Det rekommenderas att använda en bra respirator, ett förkläde och gummi handskar.
Kaliumhydroxid (KOH) är giftigt och orsakar hud Bränn skador vid kontakt. God ventilation krävs.
Se till att arbets ytan är generöst och grundligt ventilerad för att tillåta ångor att fly. Vapor patron respiratorer är inte effektiva mot metanol ångor. Ett levererat luft system (SCBA — Självförsörjande andnings apparat) ger bättre skydd mot metanol ångor.
Bio diesel och gummi delar
Körs på 100% bio diesel för längre tid kan orsaka komplikationer till fuktade gummi delar (pump, slangar, O-ringar) av motorn. Utbyte av stål delar eller tunga gummi kan eliminera detta problem. Alternativt kan du blanda ca. 25% konventionell (fossil) diesel i din bio diesel för att förhindra komplikationer.
Litteratur / Referenser
- Ali Gholami, Fathollah Pourfayaz, Akbar Maleki (2021): Techno-economic assessment of biodiesel production from canola oil through ultrasonic cavitation. Energy Reports, Volume 7, 2021. 266-277.
- Abdullah, C. S.; Baluch, Nazim; Mohtar, Shahimi (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi 77, 2015.
- Ramachandran, K.; Suganya, T.; Nagendra Gandhi, N.; Renganathan, S.(2013): Recent developments for biodiesel production by ultrasonic assist transesterification using different heterogeneous catalyst: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews, Volume 22, 2013. 410-418.
- Shinde, Kiran; Serge Kaliaguine (2019): A Comparative Study of Ultrasound Biodiesel Production Using Different Homogeneous Catalysts. ChemEngineering 3, No. 1: 18; 2019.
- Leonardo S.G. Teixeira, Júlio C.R. Assis, Daniel R. Mendonça, Iran T.V. Santos, Paulo R.B. Guimarães, Luiz A.M. Pontes, Josanaide S.R. Teixeira (2009): Comparison between conventional and ultrasonic preparation of beef tallow biodiesel. Fuel Processing Technology, Volume 90, Issue 9, 2009. 1164-1166.
- Hamed Mootabadi, Babak Salamatinia, Subhash Bhatia, Ahmad Zuhairi Abdullah (2010): Ultrasonic-assisted biodiesel production process from palm oil using alkaline earth metal oxides as the heterogeneous catalysts. Fuel, Volume 89, Issue 8; 2010. 1818-1825.
Hielscher Ultrasonics tillverkar högpresterande ultraljud homogenisatorer från Labb till industriell storlek.