การผลิตไบโอดีเซลและการเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซล
ก้าวข้ามข้อจำกัดในการผลิตไบโอดีเซลด้วยเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก! จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่ช้าและการถ่ายเทมวลที่ไม่ดีอาจลดกำลังการผลิต ผลได้ และคุณภาพของโรงงานไบโอดีเซลของคุณได้อย่างมาก เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกของ Hielscher แก้ไขปัญหาเหล่านี้ด้วยการปรับปรุงจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันอย่างมาก ส่งผลให้กระบวนการผลิตไบโอดีเซลต้องใช้เมทานอลส่วนเกินน้อยลงและใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาในปริมาณที่ลดลง
คาวิเทชันจากอัลตราโซนิก: โซลูชันการผสมที่เหนือกว่า
การผลิตไบโอดีเซลแบบดั้งเดิมมักใช้เครื่องปฏิกรณ์แบบกะ โดยป้อนพลังงานผ่านความร้อนและการผสมเชิงกล คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่มีประสิทธิผล ซึ่งทำให้การผสมในกระบวนการผลิตไบโอดีเซลเชิงพาณิชย์ดีขึ้น คาวิเทชันจากอัลตราโซนิกนี้ให้พลังงานกระตุ้นที่จำเป็นสำหรับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซลในระดับอุตสาหกรรม
ข้อได้เปรียบสำคัญของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิก:
- อัตราการเปลี่ยนสารตั้งต้นสูงขึ้น
- ใช้เวลาทำปฏิกิริยาสั้นลง
- คุณภาพผลิตภัณฑ์ดีขึ้น
- สามารถเปลี่ยนน้ำมันใช้แล้วเป็น FAME (เมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน)
การผสมด้วยอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มอัตราการเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซล เพิ่มผลได้ และประหยัดเมทานอลส่วนเกินและตัวเร่งปฏิกิริยา
ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซลที่ปรับปรุงด้วยอัลตราโซนิก
การผลิตไบโอดีเซลโดยทั่วไปเกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาเคมีที่เรียกว่าทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน ซึ่งไตรกลีเซอไรด์ (เช่น น้ำมันพืช ไขมันสัตว์ น้ำมันปรุงอาหารใช้แล้ว) ทำปฏิกิริยากับแอลกอฮอล์ (เช่น เมทานอล) โดยมีตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อผลิตไบโอดีเซล (เมทิลเอสเทอร์ของกรดไขมัน) และกลีเซอรอล สามารถใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกเพื่อปรับปรุงกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันได้หลายวิธี ซึ่งให้ประโยชน์หลายประการ:
- การผสมที่ดีขึ้น: คลื่นอัลตราโซนิกสามารถสร้างฟองคาวิเทชันที่ยุบตัวอย่างรุนแรง ทำให้เกิดการผสมและการกวนสารผสมในปฏิกิริยาอย่างเข้มข้น ส่งผลให้สารตั้งต้นและตัวเร่งปฏิกิริยาสัมผัสกันได้ดีขึ้น ทำให้ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเกิดเร็วขึ้นและสมบูรณ์ยิ่งขึ้น
- จลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น: สภาวะพลังงานสูงที่เกิดจากคลื่นอัลตราโซนิกสามารถกระตุ้นปฏิกิริยา เพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยา และลดเวลาที่จำเป็นในการทำปฏิกิริยาให้ถึงระดับการเปลี่ยนสารตั้งต้นที่กำหนด ซึ่งอาจส่งผลให้ได้ผลได้สูงขึ้นและมีต้นทุนต่ำลง
- การใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่ลดลง: เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสามารถปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาโดยเพิ่มตำแหน่งกัมมันต์สำหรับปฏิกิริยา ซึ่งหมายความว่าต้องใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาน้อยลงเพื่อให้ได้ระดับการเปลี่ยนสารตั้งต้นเท่าเดิม จึงลดต้นทุนและผลกระทบต่อสิ่งแวดล้อม
- คุณภาพผลิตภัณฑ์ที่ดีขึ้น: เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสามารถผลิตไบโอดีเซลที่มีปริมาณกรดไขมันอิสระต่ำลง ความบริสุทธิ์สูงขึ้น และสมบัติการไหลที่อุณหภูมิต่ำดีขึ้น ทั้งนี้เป็นผลจากการผสมที่ดีขึ้นและจลนพลศาสตร์ของปฏิกิริยาที่เร็วขึ้น ซึ่งลดการเกิดผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่ไม่ต้องการและสิ่งเจือปนให้เหลือน้อยที่สุด
ข้อได้เปรียบเหล่านี้ของกระบวนการผลิตไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิกทำให้การใช้ชุดเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกมีความคุ้มค่าทางเศรษฐกิจอย่างยิ่ง เนื่องจากการใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพ ความเร็ว และคุณภาพของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซลอย่างมาก กล่าวโดยสรุปคือ การใช้อัลตราโซนิกทำให้ทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเป็นกระบวนการที่ยั่งยืนยิ่งขึ้นทั้งในด้านเศรษฐกิจและสิ่งแวดล้อม
ปัญหาของการผสมไบโอดีเซลแบบดั้งเดิม: ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันแบบดั้งเดิมในกระบวนการแบบกะมีแนวโน้มที่จะเกิดช้า และการแยกเฟสของกลีเซอรีนใช้เวลานาน โดยมักใช้เวลา 5 ชั่วโมงหรือมากกว่า
เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกช่วยเร่งกระบวนการผลิตไบโอดีเซลของคุณ พร้อมทั้งเพิ่มผลได้และคุณภาพของไบโอดีเซลด้วยต้นทุนกระบวนการที่ต่ำลง!
เครื่องอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรม UIP2000hdT พร้อมโฟลว์เซลล์ FC2T500k สำหรับปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันและทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซลในสายการไหล
ข้อได้เปรียบของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิก
- ผลได้ไบโอดีเซลสูงขึ้นจากการผสมที่ดีขึ้น
- คุณภาพไบโอดีเซลสูงขึ้น
- ใช้น้ำมันที่มีคุณภาพต่ำที่สุดเป็นวัตถุดิบได้
- ดำเนินกระบวนการอย่างต่อเนื่องในสายการไหล
- ใช้เมทานอลน้อยลง
- ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาน้อยลง
- ประหยัดเวลาจากการเปลี่ยนสารตั้งต้นอย่างรวดเร็ว
- ประหยัดพลังงาน
- ใช้งานง่ายและปลอดภัย
- แข็งแรงทนทานและต้องการการบำรุงรักษาน้อย
- สมรรถนะสูง: ทำงานที่ภาระเต็มพิกัดตลอด 24/7
เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก UIP16000hdT ผลิตได้ประมาณ 32MMGY
“เราพึงพอใจอย่างมากกับอุปกรณ์และบริการของ Hielscher และเราตั้งใจอย่างแน่วแน่ที่จะนำเทคโนโลยีอัลตราโซนิกของ Hielscher มาใช้ในทุกโครงการของเราในอนาคต”
Todd Stephens, Tulsa Biofuels
อัลตราโซนิกสำหรับการผลิตไบโอดีเซล
ไบโอดีเซลมักผลิตในเครื่องปฏิกรณ์แบบกะ การเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิกช่วยให้ดำเนินกระบวนการอย่างต่อเนื่องในสายการไหลได้ การใช้อัลตราโซนิกสามารถให้ผลได้ไบโอดีเซลมากกว่า 99% เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกช่วยลดเวลาดำเนินกระบวนการจากการผลิตแบบกะทั่วไปที่ใช้เวลา 1 ถึง 4 ชั่วโมง ให้เหลือน้อยกว่า 30 วินาที ที่สำคัญยิ่งกว่านั้น การใช้อัลตราโซนิกช่วยลดเวลาแยกจาก 5 ถึง 10 ชั่วโมง (เมื่อใช้การกวนแบบดั้งเดิม) ให้เหลือน้อยกว่า 60 นาที การใช้อัลตราโซนิกยังช่วยลดปริมาณตัวเร่งปฏิกิริยาที่ต้องใช้ได้สูงสุด 50% เนื่องจากกิจกรรมทางเคมีเพิ่มขึ้นเมื่อมีคาวิเทชัน เมื่อใช้อัลตราโซนิก ปริมาณเมทานอลส่วนเกินที่ต้องใช้ก็ลดลงด้วย ประโยชน์อีกประการหนึ่งคือความบริสุทธิ์ของกลีเซอรีนที่เพิ่มขึ้น
การผลิตไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิกทีละขั้นตอน:
- ผสมน้ำมันพืชหรือไขมันสัตว์กับเมทานอล (ซึ่งทำให้เกิดเมทิลเอสเทอร์) หรือเอทานอล (สำหรับเอทิลเอสเทอร์) และโซเดียมหรือโพแทสเซียมเมทอกไซด์หรือไฮดรอกไซด์
- ให้ความร้อนแก่สารผสม เช่น จนมีอุณหภูมิระหว่าง 45 ถึง 65degC
- ให้สารผสมที่อุ่นแล้วผ่านการใช้อัลตราโซนิกในสายการไหลเป็นเวลา 5 ถึง 15 วินาที
- กลีเซอรีนแยกตัวตกลงด้านล่าง หรือแยกออกด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยง
- ล้างไบโอดีเซลที่ได้จากการเปลี่ยนสารตั้งต้นด้วยน้ำ
โดยทั่วไป การใช้อัลตราโซนิกจะดำเนินการที่ความดันสูงขึ้น (1 ถึง 3bar ความดันเกจ) โดยใช้ปั๊มป้อนและวาล์วความดันย้อนกลับที่ปรับได้ซึ่งอยู่ติดกับโฟลว์เซลล์
การเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซลในระดับอุตสาหกรรมไม่ต้องใช้พลังงานอัลตราโซนิกมากนัก สามารถหาความต้องการพลังงานที่แท้จริงได้ในระดับตั้งโต๊ะ โดยใช้เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกขนาด 1kW เช่น UIP1000hdT ผลทั้งหมดจากการทดลองระดับตั้งโต๊ะดังกล่าวสามารถขยายขนาดแบบเชิงเส้นได้โดยไม่มีปัญหาใด ๆ หากจำเป็น มีอุปกรณ์อัลตราโซนิกที่ได้รับการรับรอง ATEX ให้เลือกใช้ เช่น UIP1000-Exd.
Hielscher จัดหาอุปกรณ์ผลิตไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิกระดับอุตสาหกรรมทั่วโลก ด้วยเครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกที่มีกำลังสูงสุด 16kW ต่อเครื่อง จึงไม่มีข้อจำกัดด้านขนาดโรงงานไบโอดีเซลหรือกำลังการดำเนินกระบวนการ
ต้นทุนการผลิตไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิก
การใช้อัลตราโซนิกเป็นวิธีที่มีประสิทธิผลในการเพิ่มความเร็วของปฏิกิริยาและอัตราการเปลี่ยนสารตั้งต้นในการผลิตไบโอดีเซลเชิงพาณิชย์ ต้นทุนกระบวนการอัลตราโซนิกส่วนใหญ่เกิดจากการลงทุนในอุปกรณ์อัลตราโซนิก ค่าสาธารณูปโภค และการบำรุงรักษา ประสิทธิภาพการใช้พลังงานที่โดดเด่นของเครื่องอัลตราโซนิก Hielscher ช่วยลดค่าสาธารณูปโภค และด้วยเหตุนี้จึงทำให้กระบวนการเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อมยิ่งขึ้น ต้นทุนการใช้อัลตราโซนิกที่เกิดขึ้นอยู่ระหว่าง 0.1ct ถึง 1.0ct ต่อลิตร (0.4ct ถึง 1.9ct/gallon) เมื่อใช้งานในระดับเชิงพาณิชย์
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับประสิทธิภาพกระบวนการและประโยชน์ทางเศรษฐกิจของการผลิตไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิก!
การผสมด้วยอัลตราโซนิกช่วยลดการใช้พลังงานจำเพาะในการผลิตไบโอดีเซล โดยให้สมรรถนะเหนือกว่าการผสมด้วยแม่เหล็กแบบอุทกพลศาสตร์และเครื่องผสมแรงเฉือนสูงอย่างมาก
ชุดอุปกรณ์ผลิตไบโอดีเซลด้วยอัลตราโซนิกขนาดเล็ก
สามารถใช้อัลตราโซนิกเพื่อเปลี่ยนน้ำมันเป็นไบโอดีเซลได้ในทุกขนาดการผลิต ภาพด้านล่างแสดงชุดอุปกรณ์ขนาดเล็กสำหรับดำเนินกระบวนการกับปริมาตร 60–70L (16 ถึง 19 แกลลอน) นี่คือชุดอุปกรณ์ทั่วไปสำหรับการศึกษาเบื้องต้นและการสาธิตกระบวนการ
ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันและทรานส์เอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราโซนิกสามารถดำเนินการแบบกะหรือแบบต่อเนื่องในสายการไหลได้ แผนผังนี้แสดงกระบวนการอัลตราโซนิกแบบกะสำหรับการเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซล
เครื่องอัลตราโซนิกขนาด 1kW รุ่น 1000hdT จำนวน 3 เครื่อง พร้อมเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกแบบไหลผ่านสำหรับการเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซลที่มีประสิทธิภาพสูง
- เครื่องอัลตราโซนิกหนึ่งเครื่อง (เช่น UIP500hdT หรือ UIP1000hdT) พร้อมบูสเตอร์ โซโนโทรด และโฟลว์เซลล์
- เครื่องวัดกำลังสำหรับวัดกำลังและพลังงาน
- ถังดำเนินกระบวนการขนาด 80L (พลาสติก เช่น HDPE)
- อุปกรณ์ทำความร้อน (1 ถึง 2kW)
- ถังผสมตัวเร่งปฏิกิริยาล่วงหน้าขนาด 10L (พลาสติก เช่น HDPE)
- เครื่องผสมตัวเร่งปฏิกิริยาล่วงหน้า (เครื่องกวน)
- ปั๊ม (แบบแรงเหวี่ยง แบบโมโน หรือแบบเฟือง) สำหรับอัตราการไหลประมาณ 10 ถึง 20L/min ที่ความดัน 1 ถึง 3 barg
- วาล์วความดันย้อนกลับสำหรับปรับความดันในโฟลว์เซลล์
- เกจวัดความดันสำหรับวัดความดันป้อน
เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสำหรับกระบวนการผลิตไบโอดีเซลที่เหนือกว่า
Hielscher Ultrasonics มีเครื่องประมวลผลและเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูง ซึ่งจะปรับปรุงการผลิตไบโอดีเซลของคุณด้วยผลได้ไบโอดีเซลที่สูงขึ้น คุณภาพไบโอดีเซลที่ดีขึ้น เวลาดำเนินกระบวนการที่ลดลง และต้นทุนการผลิตที่ต่ำลง
เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกขนาดเล็กและขนาดกลางสำหรับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซล
สำหรับการผลิตไบโอดีเซลขนาดเล็กและขนาดกลางสูงสุด 9ton/hr (2900 gal/hr) Hielscher มี UIP500hdT (500 วัตต์), UIP1000hdT (1000 วัตต์), UIP1500hdT (1500 วัตต์) และ UIP2000hdT (2000 วัตต์) ให้คุณใช้เป็นเครื่องผสมอัลตราโซนิกแรงเฉือนสูงพร้อมเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่าน สำหรับกระบวนการผลิตไบโอดีเซลในสายการไหลที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพ เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกทั้งสี่รุ่นนี้มีขนาดกะทัดรัดมาก สามารถติดตั้งร่วมกับระบบหรือปรับติดตั้งเข้ากับระบบเดิมได้ง่าย ออกแบบมาสำหรับการใช้งานหนักในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ด้านล่างคือชุดเครื่องปฏิกรณ์ที่แนะนำสำหรับอัตราการผลิตในช่วงต่าง ๆ
|
ton/hr
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP500hdT (500 วัตต์) |
0.25 ถึง 0.5
|
80 ถึง 160
|
| 1x UIP1000hdT (1000 วัตต์) |
0.5 ถึง 1.0
|
160 ถึง 320
|
| 1x UIP1500hdT (1500 วัตต์) |
0.75 ถึง 1.5
|
240 ถึง 480
|
| 1x UIP2000hdT (2000 วัตต์) |
1.0 ถึง 2.0
|
320 ถึง 640
|
| 2x UIP2000hdT (2000 วัตต์) |
2.0 ถึง 4.0
|
640 ถึง 1280
|
| 4xUIP1500hdT (1500 วัตต์) |
3.0 ถึง 6.0
|
960 ถึง 1920
|
| 6x UIP1500hdT (1500 วัตต์) |
4.5 ถึง 9.0
|
1440 ถึง 2880
|
| 6x UIP2000hdT (2000 วัตต์) |
6.0 ถึง 12.0
|
1920 ถึง 3840
|
เครื่องปฏิกรณ์ไบโอดีเซลระดับอุตสาหกรรมที่มีกำลังการดำเนินกระบวนการสูงมาก
สำหรับโรงงานผลิตไบโอดีเซลที่ดำเนินกระบวนการระดับอุตสาหกรรม Hielscher มีเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) และ UIP16000hdT (16kW)! เครื่องประมวลผลอัลตราโซนิกเหล่านี้ออกแบบมาสำหรับการดำเนินกระบวนการอย่างต่อเนื่องที่อัตราการไหลสูง สามารถติดตั้ง UIP4000hdT, UIP6000hdT และ UIP10000 ภายในตู้คอนเทนเนอร์ขนส่งทางทะเลมาตรฐานได้ อีกทางเลือกหนึ่งคือ เครื่องประมวลผลทั้งสี่รุ่นมีแบบติดตั้งในตู้สเตนเลสให้เลือก การติดตั้งในแนวตั้งใช้พื้นที่น้อยที่สุด ด้านล่างคือชุดอุปกรณ์ที่แนะนำสำหรับอัตราการดำเนินกระบวนการระดับอุตสาหกรรมทั่วไป
|
ton/hr
|
gal/hr
|
|
|---|---|---|
| 1x UIP6000hdT (6000 วัตต์) |
3.0 ถึง 6.0
|
960 ถึง 1920
|
| 3x UIP4000hdT (4000 วัตต์) |
6.0 ถึง 12.0
|
1920 ถึง 3840
|
| 5x UIP4000hdT (4000 วัตต์) |
10.0 ถึง 20.0
|
3200 ถึง 6400
|
| 3x UIP6000hdT (6000 วัตต์) |
9.0 ถึง 18.0
|
2880 ถึง 5880
|
| 3x UIP10000 (10,000 วัตต์) |
15.0 ถึง 30.0
|
4800 ถึง 9600
|
| 3x UIP16000hdT (16,000 วัตต์) |
24.0 ถึง 48.0
|
7680 ถึง 15,360
|
| 5x UIP16000hdT |
40.0 ถึง 80.0
|
12,800 ถึง 25,600
|
ติดต่อเรา! / สอบถามเรา!
เครื่องอัลตราโซนิก UIP16000hdT สามารถดำเนินกระบวนการผลิตไบโอดีเซลได้ 32MMGY
รางวัลนวัตกรรมเทคโนโลยีแห่งปีของ Frost & Sullivan
Hielscher Ultrasonics ได้รับรางวัลนวัตกรรมเทคโนโลยีแห่งปีอันทรงเกียรติจาก Frost and Sullivan เพื่อยกย่องการพัฒนาเทคโนโลยีอัลตราโซนิกใหม่ของบริษัทสำหรับการผลิตไบโอดีเซล
คลิกที่นี่เพื่ออ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับรางวัล Frost and Sullivan สำหรับเครื่องปฏิกรณ์ไบโอดีเซลของ Hielscher Ultrasonics!
ทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน – การเปลี่ยนสารทางเคมีเพื่อผลิตไบโอดีเซล
การผลิตไบโอดีเซลจากน้ำมันพืช (เช่น ถั่วเหลือง คาโนลา สบู่ดำ เมล็ดทานตะวัน) สาหร่าย ไขมันสัตว์ รวมถึงน้ำมันปรุงอาหารใช้แล้ว เกี่ยวข้องกับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของกรดไขมันกับเมทานอลหรือเอทานอลโดยใช้เบสเป็นตัวเร่งปฏิกิริยา เพื่อให้ได้เมทิลเอสเทอร์หรือเอทิลเอสเทอร์ที่สอดคล้องกัน กลีเซอรีนเป็นผลิตภัณฑ์พลอยได้ที่หลีกเลี่ยงไม่ได้จากปฏิกิริยานี้
น้ำมันพืชเช่นเดียวกับไขมันสัตว์เป็นไตรกลีเซอไรด์ที่ประกอบด้วยสายกรดไขมันสามสายซึ่งยึดกันด้วยโมเลกุลกลีเซอรีน ไตรกลีเซอไรด์เป็นเอสเทอร์ เอสเทอร์คือกรด เช่น กรดไขมัน ที่รวมตัวกับแอลกอฮอล์ กลีเซอรีน (= กลีเซอรอล) เป็นแอลกอฮอล์หนัก ในกระบวนการเปลี่ยนสาร เอสเทอร์ของไตรกลีเซอไรด์จะถูกเปลี่ยนเป็นแอลคิลเอสเทอร์ (= ไบโอดีเซล) โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (ด่าง) และรีเอเจนต์แอลกอฮอล์ เช่น เมทานอล ซึ่งให้ไบโอดีเซลชนิดเมทิลเอสเทอร์ เมทานอลเข้ามาแทนที่กลีเซอรีน กระบวนการเปลี่ยนสารทางเคมีนี้เรียกว่าทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน
หลังปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชัน กลีเซอรีนซึ่งเป็นเฟสที่หนักกว่าจะจมลงด้านล่าง ไบโอดีเซลซึ่งเป็นเฟสที่เบากว่าจะลอยอยู่ด้านบน และสามารถแยกออกได้ เช่น ด้วยเครื่องแยกแบบดีแคนเตอร์หรือเครื่องหมุนเหวี่ยง
การเตรียมไบโอดีเซล
ละลายโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (0.2 ถึง 0.4kg ตัวเร่งปฏิกิริยา) ในเมทานอลประมาณ 8.5L ภายในถังผสมตัวเร่งปฏิกิริยาล่วงหน้า ขั้นตอนนี้ต้องกวนสารผสมตัวเร่งปฏิกิริยา เติมน้ำมันพืช 66L ลงในถังดำเนินกระบวนการ ให้ความร้อนแก่น้ำมันด้วยอุปกรณ์ทำความร้อนจนมีอุณหภูมิ 45 ถึง 65degC
การเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซล
เมื่อตัวเร่งปฏิกิริยาละลายในเมทานอลหมดแล้ว ให้นำสารผสมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมไว้ล่วงหน้ามาผสมกับน้ำมันที่อุ่นแล้ว ปั๊มป้อนสารผสมเข้าสู่โฟลว์เซลล์ ใช้วาล์วความดันย้อนกลับปรับความดันเป็น 1 ถึง 3barg (15 ถึง 45psig) ควรหมุนเวียนสารผสมผ่านเครื่องปฏิกรณ์ไบโอดีเซลอัลตราโซนิกเป็นเวลาประมาณ 20 นาที ในระหว่างนี้ น้ำมันจะถูกเปลี่ยนเป็นไบโอดีเซล จากนั้นปิดปั๊มและอัลตราโซนิก กลีเซอรีน (เฟสที่หนักกว่า) จะแยกออกจากไบโอดีเซล (เฟสที่เบากว่า) การแยกใช้เวลาประมาณ 30 ถึง 60 นาที เมื่อแยกเสร็จแล้ว สามารถระบายกลีเซอรีนออกได้
การล้างไบโอดีเซล
เนื่องจากไบโอดีเซลที่ได้จากการเปลี่ยนสารตั้งต้นมีสิ่งเจือปน จึงจำเป็นต้องล้าง ในการล้าง ให้ผสมน้ำลงในไบโอดีเซล การใช้อัลตราโซนิกสามารถช่วยให้การผสมไบโอดีเซลกับน้ำดีขึ้น ซึ่งเพิ่มพื้นที่ผิวที่มีส่วนในการสัมผัสจากการลดขนาดหยด โปรดคำนึงว่าการใช้อัลตราโซนิกที่เข้มข้นมากอาจลดขนาดหยดน้ำจนเกิดอิมัลชันที่เกือบเสถียร ซึ่งต้องใช้วิธีพิเศษ (เช่น เครื่องหมุนเหวี่ยง) ในการแยก
โรงงานผลิตไบโอดีเซล
แผนผังการไหลด้านล่างแสดงชุดอุปกรณ์ทั่วไปสำหรับการใช้อัลตราโซนิกกับน้ำมัน เมทานอล และตัวเร่งปฏิกิริยาในสายการไหล เพื่อเปลี่ยนสารตั้งต้นเป็นไบโอดีเซล
ปฏิกิริยาเอสเทอริฟิเคชันและทรานส์เอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราโซนิกสามารถดำเนินการแบบกะหรือแบบต่อเนื่องในสายการไหลได้ แผนผังนี้แสดงกระบวนการอัลตราโซนิกในสายการไหลสำหรับปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันเพื่อผลิตไบโอดีเซล (FAME)
การผลิตและการแยกไบโอดีเซลแบบต่อเนื่อง
ในชุดอุปกรณ์สำหรับการผลิตไบโอดีเซลและการแยกแบบต่อเนื่อง น้ำมันที่อุ่นแล้วและสารผสมตัวเร่งปฏิกิริยาที่เตรียมไว้ล่วงหน้าจะถูกผสมเข้าด้วยกันอย่างต่อเนื่องโดยใช้ปั๊มที่ปรับได้ เครื่องผสมแบบสถิตในสายการไหลช่วยเพิ่มความเป็นเนื้อเดียวกันของสารป้อนเข้าเครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิก สารผสมน้ำมัน/ตัวเร่งปฏิกิริยาไหลผ่านโฟลว์เซลล์ ซึ่งจะสัมผัสกับคาวิเทชันจากอัลตราโซนิกเป็นเวลาประมาณ 5 ถึง 30 วินาที ใช้วาล์วความดันย้อนกลับควบคุมความดันในโฟลว์เซลล์ สารผสมที่ผ่านอัลตราโซนิกเข้าสู่คอลัมน์ปฏิกรณ์ทางด้านบน ปริมาตรของคอลัมน์ปฏิกรณ์ออกแบบให้มีเวลาพำนักในคอลัมน์ประมาณ 1 ชั่วโมง ในช่วงเวลาดังกล่าว ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันจะเสร็จสมบูรณ์ สารผสมกลีเซอรีน/ไบโอดีเซลที่ทำปฏิกิริยาแล้วจะถูกปั๊มเข้าสู่เครื่องหมุนเหวี่ยงเพื่อแยกเป็นส่วนไบโอดีเซลและส่วนกลีเซอรีน กระบวนการหลังปฏิกิริยาประกอบด้วยการกู้คืนเมทานอล การล้าง และการทำให้แห้ง ซึ่งสามารถดำเนินการอย่างต่อเนื่องได้เช่นกัน
ชุดอุปกรณ์นี้ทำให้ไม่ต้องดำเนินการเป็นกะในเครื่องปฏิกรณ์ไบโอดีเซล และไม่ต้องใช้เครื่องกวนแบบดั้งเดิมหรือถังแยกขนาดใหญ่
ความเร็วของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของไบโอดีเซล
แผนภาพด้านล่างแสดงผลทั่วไปของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ำมันเรพซีด (เกรดอุตสาหกรรม) โดยใช้โซเดียมเมทอกไซด์ (ซ้าย) และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (ขวา) ในการทดสอบทั้งสองแบบ ตัวอย่างควบคุม (เส้นสีน้ำเงิน) ผ่านการผสมเชิงกลอย่างเข้มข้น เส้นสีแดงแสดงตัวอย่างที่ผ่านอัลตราโซนิกซึ่งมีสูตรเหมือนกันในด้านอัตราส่วนปริมาตร ความเข้มข้นของตัวเร่งปฏิกิริยา และอุณหภูมิ แกนนอนแสดงเวลาหลังการผสมหรือการใช้อัลตราโซนิกตามลำดับ แกนตั้งแสดงปริมาตรของกลีเซอรีนที่ตกลงด้านล่าง นี่เป็นวิธีง่าย ๆ ในการวัดความเร็วของปฏิกิริยา ในแผนภาพทั้งสอง ตัวอย่างที่ผ่านอัลตราโซนิก (สีแดง) ทำปฏิกิริยาเร็วกว่าตัวอย่างควบคุม (สีน้ำเงิน) มาก
การเปรียบเทียบการผสมด้วยอัลตราโซนิก (กราฟสีแดง) กับการผสมแบบดั้งเดิม (กราฟสีน้ำเงิน) สำหรับการผลิตไบโอดีเซล – โดยใช้โซเดียมเมทอกไซด์ (ซ้าย) และโพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (ขวา) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา
ลิงก์แหล่งจัดหาอุปกรณ์สำหรับไบโอดีเซล
คลิกที่นี่เพื่อดูลิงก์ผู้จำหน่ายปั๊มและถังสำหรับอุตสาหกรรมไบโอดีเซล
ข้อมูลสารเคมีและความปลอดภัย
โปรดอ่านข้อมูลด้านล่างอย่างละเอียดเพื่อป้องกันปัญหาแทรกซ้อนและผลเสียต่อสุขภาพ
สารเคมีสำหรับไบโอดีเซล
เมทานอลเป็นสารพิษ อาจทำให้เส้นประสาทเสื่อมจากการใช้งานเป็นเวลานาน และสามารถถูกดูดซับบนผิวหนังได้ด้วย หากกระเด็นเข้าตาอาจทำให้ตาบอด และเมทานอลอาจทำให้เสียชีวิตเมื่อกลืนกิน ด้วยเหตุนี้ จึงต้องใช้มาตรการป้องกันที่จำเป็นเมื่อจัดการเมทานอล แนะนำให้ใช้หน้ากากป้องกันระบบทางเดินหายใจที่มีคุณภาพดี ผ้ากันเปื้อน และถุงมือยาง
โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) เป็นสารพิษและทำให้ผิวหนังไหม้เมื่อสัมผัส ต้องมีการระบายอากาศที่ดี
ตรวจสอบให้แน่ใจว่าพื้นที่ทำงานมีการระบายอากาศอย่างเพียงพอและทั่วถึงเพื่อให้ไอระเหยออกไปได้ หน้ากากป้องกันระบบทางเดินหายใจแบบตลับกรองไอระเหยไม่มีประสิทธิผลในการป้องกันไอเมทานอล ระบบจ่ายอากาศ (SCBA – เครื่องช่วยหายใจแบบมีแหล่งอากาศในตัว) ให้การป้องกันไอเมทานอลได้ดีกว่า
ไบโอดีเซลและชิ้นส่วนยาง
การใช้ไบโอดีเซล 100% เป็นเวลานานอาจทำให้เกิดปัญหากับชิ้นส่วนยางของเครื่องยนต์ที่สัมผัสเชื้อเพลิง (ปั๊ม ท่อ โอริง) การเปลี่ยนเป็นชิ้นส่วนเหล็กหรือยางสำหรับงานหนักสามารถขจัดปัญหานี้ได้ อีกทางเลือกหนึ่งคือ คุณสามารถผสมน้ำมันดีเซลทั่วไป (จากฟอสซิล) ประมาณ 25% ลงในไบโอดีเซลเพื่อป้องกันปัญหา
วรรณกรรม / เอกสารอ้างอิง
- 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 ผลิตเครื่องโฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิกสมรรถนะสูงตั้งแต่ขนาด ห้องปฏิบัติการ ไปจนถึงขนาด อุตสาหกรรม