การผลิตไบโอดีเซลด้วยกระบวนการที่เหนือกว่าและประสิทธิภาพด้านต้นทุน

การผสมอัลตราโซนิกเป็นเทคโนโลยีที่เหนือกว่าสําหรับการผลิตไบโอดีเซลที่มีประสิทธิภาพสูงและคุ้มค่า โพรงอากาศอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มการถ่ายเทมวลอย่างมากซึ่งจะช่วยลดต้นทุนการผลิตและระยะเวลาการประมวลผล ในขณะเดียวกันก็สามารถใช้น้ํามันและไขมันคุณภาพต่ํา (เช่น น้ํามันเสีย) และปรับปรุงคุณภาพไบโอดีเซล Hielscher Ultrasonics จัดหาเครื่องปฏิกรณ์ผสมอัลตราโซนิกที่มีประสิทธิภาพสูงและทนทานสําหรับทุกขนาดการผลิต อ่านเพิ่มเติมว่าการผลิตไบโอดีเซลของคุณจะได้รับประโยชน์จากการ sonication อย่างไร!

ประโยชน์ในการผลิตไบโอดีเซลโดยใช้อัลตราซาวนด์

ไบโอดีเซล (กรดไขมันเมทิลเอสเทอร์ abrev. FAME) เป็นผลของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของวัตถุดิบไขมัน (ไตรกลีเซอไรด์ เช่น น้ํามันพืช น้ํามันปรุงอาหารที่ใช้แล้ว ไขมันสัตว์ น้ํามันสาหร่าย) และแอลกอฮอล์ (เมทานอล เอทานอล) โดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา (เช่น โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ KOH)
ปัญหา: ในการแปลงไบโอดีเซลแบบธรรมดาโดยใช้การกวนแบบธรรมดาลักษณะที่ผสมกันไม่ได้ของสารตั้งต้นทั้งสองของปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันของน้ํามันและแอลกอฮอล์นําไปสู่อัตราการถ่ายเทมวลที่ไม่ดีส่งผลให้การผลิตไบโอดีเซลไม่มีประสิทธิภาพ ความไร้ประสิทธิภาพนี้มีลักษณะเป็นระยะเวลาปฏิกิริยาที่ยาวนานอัตราส่วนโมลาร์ของเมทานอลและน้ํามันที่สูงขึ้นความต้องการตัวเร่งปฏิกิริยาสูงอุณหภูมิในกระบวนการสูงและอัตราการกวนสูง ปัจจัยเหล่านี้เป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนที่สําคัญทําให้การผลิตไบโอดีเซลแบบดั้งเดิมเป็นกระบวนการที่มีราคาแพง
วิธีแก้ปัญหา: การผสมอัลตราโซนิกทําให้สารตั้งต้นเป็นอิมัลชันในลักษณะที่มีประสิทธิภาพสูงรวดเร็วและต้นทุนต่ําเพื่อให้สามารถปรับปรุงอัตราส่วนน้ํามัน - เมทานอลความต้องการของตัวเร่งปฏิกิริยาจะลดลงเวลาในการตอบสนองและอุณหภูมิของปฏิกิริยาจะลดลง ด้วยเหตุนี้จึงประหยัดทรัพยากร (เช่นสารเคมีและพลังงาน) ตลอดจนเวลาต้นทุนการประมวลผลลดลงในขณะที่คุณภาพไบโอดีเซลและความสามารถในการทํากําไรในการผลิตดีขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ ข้อเท็จจริงเหล่านี้เปลี่ยนการผสมอัลตราโซนิกในเทคโนโลยีที่ต้องการสําหรับการผลิตไบโอดีเซลที่มีประสิทธิภาพ
การวิจัยและผู้ผลิตไบโอดีเซลอุตสาหกรรมยืนยันว่าการผสมอัลตราโซนิกเป็นวิธีที่คุ้มค่าสูงในการผลิตไบโอดีเซลแม้ว่าจะใช้น้ํามันและไขมันคุณภาพต่ําเป็นวัตถุดิบก็ตาม การเพิ่มความเข้มข้นของกระบวนการอัลตราโซนิกช่วยเพิ่มอัตราการแปลงอย่างมากลดการใช้เมทานอลและตัวเร่งปฏิกิริยาส่วนเกินทําให้สามารถผลิตไบโอดีเซลที่ตรงตามมาตรฐานคุณภาพของข้อกําหนด ASTM D6751 และ EN 14212 (อ้างอิง Abdullah et al., 2015)

Transesterification ของไตรกลีเซอไรด์เป็นไบโอดีเซล (FAME) โดยใช้ sonication ส่งผลให้เกิดปฏิกิริยาเร่งและมีประสิทธิภาพสูงขึ้นอย่างมีนัยสําคัญ

ข้อดีหลายประการของการผสมอัลตราโซนิกในการผลิตไบโอดีเซล

เครื่องปฏิกรณ์ผสมอัลตราโซนิกสามารถรวมเข้ากับการติดตั้งใหม่ได้อย่างง่ายดายรวมทั้งติดตั้งเพิ่มเติมในโรงงานไบโอดีเซลที่มีอยู่ การรวมเครื่องผสมอัลตราโซนิก Hielscher เปลี่ยนโรงงานไบโอดีเซลให้เป็นโรงงานผลิตที่มีประสิทธิภาพสูง การติดตั้งที่เรียบง่าย ความทนทาน และเป็นมิตรกับผู้ใช้ (ไม่จําเป็นต้องมีการฝึกอบรมเฉพาะสําหรับการใช้งาน) ช่วยให้สามารถอัพเกรดโรงงานใด ๆ ให้เป็นโรงงานไบโอดีเซลที่มีประสิทธิภาพสูง ด้านล่างนี้ เราขอนําเสนอผลลัพธ์ที่ได้รับการพิสูจน์ทางวิทยาศาสตร์ของข้อได้เปรียบที่บันทึกโดยบุคคลที่สามที่เป็นอิสระ ตัวเลขพิสูจน์ให้เห็นถึงความเหนือกว่าของการผสมไบโอดีเซลอัลตราโซนิกมากกว่าเทคนิคการกวนทั่วไป

ผังงานแสดงขั้นตอนการผลิตไบโอดีเซลรวมถึงการผสมอัลตราโซนิกเพื่อประสิทธิภาพของกระบวนการที่ดีขึ้น

การเปรียบเทียบประสิทธิภาพและต้นทุน: อัลตราโซนิกกับการกวนเชิงกล

Gholami et al. (2021) นําเสนอในการศึกษาเปรียบเทียบข้อดีของการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันอัลตราโซนิกเหนือการกวนเชิงกล (เช่น เครื่องผสมใบมีด ใบพัด เครื่องผสมแรงเฉือนสูง)
ค่าใช้จ่ายในการลงทุน: โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์ UIP16000 สามารถผลิตไบโอดีเซล 192–384 ตัน/วันโดยมีรอยเท้าเพียง 1.2 ม. x 0.6 ม. ในการเปรียบเทียบสําหรับการกวนเชิงกล (MS) จําเป็นต้องมีเครื่องปฏิกรณ์ที่ใหญ่กว่ามากเนื่องจากเวลาปฏิกิริยาที่ยาวนานในกระบวนการ strirrng เชิงกลซึ่งทําให้ต้นทุนของเครื่องปฏิกรณ์เพิ่มขึ้นอย่างมาก (อ้างอิง Gholami et al., 2020)
ค่าใช้จ่ายในการดําเนินการ: ต้นทุนการประมวลผลสําหรับการผลิตไบโอดีเซลอัลตราโซนิกนั้นต่ํากว่ากระบวนการกวน 7.7% ส่วนใหญ่เป็นเพราะการลงทุนรวมที่ต่ํากว่าสําหรับกระบวนการ sonication ต้นทุนของสารเคมี (ตัวเร่งปฏิกิริยาเมทานอล / แอลกอฮอล์) เป็นตัวขับเคลื่อนต้นทุนที่ใหญ่เป็นอันดับสามในทั้งกระบวนการ sonication และการกวนเชิงกล อย่างไรก็ตามสําหรับการแปลงไบโอดีเซลอัลตราโซนิกค่าใช้จ่ายสําหรับสารเคมีจะต่ํากว่าการกวนเชิงกลอย่างมีนัยสําคัญ เศษส่วนต้นทุนสําหรับสารเคมีคิดเป็นประมาณ 5% ของต้นทุนไบโอดีเซลขั้นสุดท้าย เนื่องจากการใช้เมทานอลโซเดียมไฮดรอกไซด์และกรดฟอสฟอริกที่ต่ํากว่าต้นทุนของสารเคมีในกระบวนการไบโอดีเซลอัลตราโซนิกจึงต่ํากว่ากระบวนการกวนเชิงกลถึง 2.2%
ค่าพลังงาน: พลังงานที่ใช้โดยเครื่องปฏิกรณ์ผสมอัลตราโซนิกนั้นต่ํากว่าเครื่องกวนเชิงกลประมาณสามเท่า การลดการใช้พลังงานอย่างมากนี้เป็นผลมาจากการผสมไมโครที่เข้มข้นและเวลาตอบสนองที่ลดลง ซึ่งเป็นผลมาจากการผลิตและการยุบตัวของโพรงจํานวนนับไม่ถ้วน ซึ่งบ่งบอกถึงปรากฏการณ์ของโพรงอากาศอะคูสติก / อัลตราโซนิก (Gholami et al., 2018) นอกจากนี้เมื่อเทียบกับเครื่องกวนทั่วไปการใช้พลังงานสําหรับการกู้คืนเมทานอลและการทําให้บริสุทธิ์ไบโอดีเซลในระหว่างกระบวนการผสมอัลตราโซนิกจะลดลง 26.5% และ 1.3% ตามลําดับ การลดลงนี้เกิดจากปริมาณเมทานอลที่ลดลงเข้าสู่คอลัมน์การกลั่นทั้งสองนี้ในกระบวนการทรานส์เอสเทอริฟิเคชันอัลตราโซนิก
ค่าใช้จ่ายในการกําจัดของเสีย: เทคโนโลยีโพรงอากาศอัลตราโซนิกยังช่วยลดต้นทุนการกําจัดขยะได้อย่างน่าทึ่ง ค่าใช้จ่ายในกระบวนการ sonication นี้ประมาณหนึ่งในห้าของกระบวนการกวนซึ่งเป็นผลมาจากการผลิตของเสียที่ลดลงอย่างมีนัยสําคัญเนื่องจากการแปลงเครื่องปฏิกรณ์ที่สูงขึ้นและปริมาณแอลกอฮอล์ที่บริโภคน้อยลง
อ่านเพิ่มเติมเกี่ยวกับการแปลงไบโอดีเซลอัลตราโซนิกของน้ํามันจากกากกาแฟที่ใช้แล้ว!
เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม: เนื่องจากประสิทธิภาพโดยรวมที่สูงมากการใช้สารเคมีที่ลดลงความต้องการพลังงานที่ลดลงและของเสียที่ลดลงการผลิตไบโอดีเซลอัลตราโซนิกจึงเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่ากระบวนการผลิตไบโอดีเซลทั่วไป

บทสรุป – อัลตราโซนิกช่วยเพิ่มประสิทธิภาพการผลิตไบโอดีเซล

การประเมินทางวิทยาศาสตร์แสดงให้เห็นถึงข้อดีที่ชัดเจนของการผสมอัลตราโซนิกมากกว่าการกวนเชิงกลทั่วไปสําหรับการผลิตไบโอดีเซล ข้อดีของการประมวลผลไบโอดีเซลอัลตราโซนิก ได้แก่ การลงทุนทั้งหมดต้นทุนผลิตภัณฑ์รวมมูลค่าปัจจุบันสุทธิและอัตราผลตอบแทนภายใน จํานวนการลงทุนทั้งหมดในกระบวนการโพรงอากาศอัลตราโซนิกพบว่าต่ํากว่ากระบวนการอื่น ๆ ประมาณ 20.8% การใช้เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกช่วยลดต้นทุนผลิตภัณฑ์ 5.2% – ใช้น้ํามันคาโนลาบริสุทธิ์ เนื่องจาก sonication ช่วยให้สามารถแปรรูปน้ํามันที่ใช้แล้ว (เช่นน้ํามันปรุงอาหารที่ใช้แล้ว) ต้นทุนการผลิตจึงสามารถลดลงได้อย่างมาก Gholami et al. (2021) ได้ข้อสรุปว่าเนื่องจากมูลค่าปัจจุบันสุทธิที่เป็นบวกกระบวนการโพรงอากาศอัลตราโซนิกจึงเป็นทางเลือกที่ดีกว่าของเทคโนโลยีการผสมสําหรับการผลิตไบโอดีเซล
จากมุมมองทางเทคนิคผลกระทบที่สําคัญที่สุดของการเกิดโพรงอากาศอัลตราโซนิกครอบคลุมประสิทธิภาพของกระบวนการที่สําคัญและการลดเวลาตอบสนอง การก่อตัวและการยุบตัวของฟองอากาศสูญญากาศจํานวนมาก – รู้จักกันในชื่อโพรงอากาศอะคูสติก / อัลตราโซนิก – ลดเวลาปฏิกิริยาจากหลายชั่วโมงในเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนเหลือไม่กี่วินาทีในเครื่องปฏิกรณ์โพรงอากาศอัลตราโซนิก เวลาพักสั้นนี้ช่วยให้สามารถผลิตไบโอดีเซลในเครื่องปฏิกรณ์แบบไหลผ่านที่มีขนาดเล็ก เครื่องปฏิกรณ์โพรงอากาศอัลตราโซนิกยังแสดงผลดีต่อความต้องการพลังงานและวัสดุลดการใช้พลังงานลงเหลือเกือบหนึ่งในสามของปริมาณการใช้พลังงานของเครื่องปฏิกรณ์ถังกวนและการใช้เมทานอลและตัวเร่งปฏิกิริยา 25%
จากมุมมองทางเศรษฐกิจการลงทุนทั้งหมดของกระบวนการโพรงอากาศอัลตราโซนิกนั้นต่ํากว่ากระบวนการกวนเชิงกลส่วนใหญ่เกิดจากการลดต้นทุนเครื่องปฏิกรณ์และต้นทุนคอลัมน์การกลั่นเมทานอลเกือบ 50% และ 11.6% ตามลําดับ กระบวนการโพรงอากาศอัลตราโซนิกยังช่วยลดต้นทุนการผลิตไบโอดีเซลเนื่องจากการลดการใช้น้ํามันคาโนลาลง 4% การลงทุนรวมที่ลดลงการใช้สารเคมีลดลง 2.2% และความต้องการสาธารณูปโภคที่ลดลง 23.8% ซึ่งแตกต่างจากกระบวนการกวนด้วยกลไกการประมวลผลอัลตราโซนิกเป็นการลงทุนที่ยอมรับได้เนื่องจากมูลค่าปัจจุบันสุทธิที่เป็นบวกเวลาคืนทุนที่สั้นลงและอัตราผลตอบแทนภายในที่สูงขึ้น นอกเหนือจากผลประโยชน์ทางเทคโนโลยีและเศรษฐกิจที่เกี่ยวข้องกับกระบวนการโพรงอากาศอัลตราโซนิกแล้วยังเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมมากกว่ากระบวนการกวนเชิงกล โพรงอากาศอัลตราโซนิกส่งผลให้กระแสของเสียลดลง 80% เนื่องจากการแปลงที่สูงขึ้นในเครื่องปฏิกรณ์และลดการบริโภคแอลกอฮอล์ในกระบวนการนี้ (อ้างอิง Gholami et al., 2021)

ใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่คุณเลือก

กระบวนการทรานส์เอสเทอริเคชันอัลตราโซนิกของไบโอดีเซลได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีประสิทธิภาพโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคาไลน์หรือพื้นฐาน ตัวอย่างเช่น Shinde และ Kaliaguine (2019) เปรียบเทียบประสิทธิภาพของการผสมใบมีดอัลตราโซนิกและกลไกโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาต่างๆ ได้แก่ โซเดียมไฮดรอกไซด์ (NaOH) โพแทสเซียมไฮดรอกไซด์ (KOH) (CH₃ONa), เตตระเมทิลแอมโมเนียมไฮดรอกไซด์และกัวนิดีนสี่ชนิด (โพรพิล-2,3-ไดไซโคลเฮกซิลกัวนิดีน (PCHG), 1,3-ไดไซโคลเฮกซิล 2 n-octyl guanidine (DCOG), 1,1,3,3-tetramethyl guanidine (TMG), 1,3-diphenyl guanidine (DPG)) การผสมอัลตราโซนิก (ที่ 35º) ตามที่แสดงให้เห็นเหนือกว่าสําหรับการผลิตไบโอดีเซลที่ดีเยี่ยมการผสมเชิงกล (ที่ 65º) โดยผลผลิตและอัตราการแปลงที่สูงขึ้น ประสิทธิภาพของการถ่ายโอนมวลในสนามอัลตราซาวนด์ช่วยเพิ่มอัตราการเกิดปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริเคชันเมื่อเทียบกับการกวนด้วยกลไก Sonication มีประสิทธิภาพเหนือกว่าการกวนเชิงกลสําหรับตัวเร่งปฏิกิริยาที่ทดสอบทั้งหมด การเรียกใช้ปฏิกิริยาทรานส์เอสเทอริฟิเคชันด้วยโพรงอากาศอัลตราโซนิกเป็นทางเลือกที่ประหยัดพลังงานและมีศักยภาพในอุตสาหกรรมสําหรับการผลิตไบโอดีเซล นอกจากตัวเร่งปฏิกิริยาที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย KOH และ NaOH แล้ว ตัวเร่งปฏิกิริยากัวนิดีนทั้งสองตัวคือ propyl-2,3 dicyclohexylguanidine (PCHG) และ 1,3-dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG) ต่างก็แสดงให้เห็นว่าเป็นสารสังเคราะห์ที่น่าสนใจสําหรับการแปลงไบโอดีเซล
Mootabadi et al. (2010) ตรวจสอบการสังเคราะห์ไบโอดีเซลโดยใช้อัลตราโซนิกช่วยจากน้ํามันปาล์มโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาอัลคาไลน์โลหะออกไซด์ที่หลากหลาย เช่น CaO, BaO และ SrO กิจกรรมของตัวเร่งปฏิกิริยาในการสังเคราะห์ไบโอดีเซลโดยใช้อัลตราโซนิกช่วยเปรียบเทียบกับกระบวนการกวนด้วยแม่เหล็กแบบดั้งเดิมและพบว่ากระบวนการอัลตราโซนิกแสดงให้เห็น 95.2% ของผลผลิตโดยใช้ BaO ภายในเวลาปฏิกิริยา 60 นาทีซึ่งมิฉะนั้นจะใช้เวลา 3-4 ชั่วโมงในกระบวนการกวนแบบธรรมดา สําหรับทรานส์เอสเทอริฟิเคชันด้วยอัลตราโซนิกที่สภาวะที่เหมาะสมต้องใช้เวลา 60 นาทีเพื่อให้ได้ผลผลิต 95% เมื่อเทียบกับ 2-4 ชั่วโมงด้วยการกวนแบบธรรมดา นอกจากนี้ ผลผลิตที่ทําได้ด้วยอัลตราซาวนด์ใน 60 นาทีเพิ่มขึ้นจาก 5.5% เป็น 77.3% โดยใช้ CaO เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา 48.2% ถึง 95.2% โดยใช้ SrO เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา และ 67.3% เป็น 95.2 โดยใช้ BaO เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา

การผลิตไบโอดีเซลโดยใช้กัวนิดีนต่างๆ (3% โมล) เป็นตัวเร่งปฏิกิริยา (A) เครื่องปฏิกรณ์แบทช์กวนเชิงกล: (เมทานอล: น้ํามันคาโนลา) 4: 1, อุณหภูมิ 65ºC; (B) เครื่องปฏิกรณ์แบทช์อัลตราซาวนด์: เครื่องอัลตราโซนิก UP200St, (เมทานอล:น้ํามันคาโนลา) 4:1, แอมพลิจูด 60% ของสหรัฐอเมริกา อุณหภูมิ 35ºC การผสมที่ขับเคลื่อนด้วยอัลตราซาวนด์มีประสิทธิภาพเหนือกว่าการกวนเชิงกล
(การศึกษาและกราฟ: Shinde และ Kaliaguine, 2019)

เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกประสิทธิภาพสูงสําหรับการแปรรูปไบโอดีเซลที่เหนือกว่า

Hielscher Ultrasonics นําเสนอโปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกและเครื่องปฏิกรณ์ประสิทธิภาพสูงสําหรับการผลิตไบโอดีเซลที่ดีขึ้นส่งผลให้ผลผลิตที่สูงขึ้นคุณภาพที่ดีขึ้นลดเวลาในการประมวลผลและต้นทุนการผลิตที่ลดลง

เครื่องปฏิกรณ์ไบโอดีเซลขนาดเล็กและขนาดกลาง

สําหรับการผลิตไบโอดีเซลขนาดเล็กและขนาดกลางสูงถึง 9 ตัน/ชม. (2900 แกลลอน/ชม.) Hielscher ขอเสนอ UIP500hdT (500 วัตต์), UIP1000hdT (1000 วัตต์), UIP1500hdT (1500 วัตต์)และ UIP2000hdT (2000 วัตต์) รุ่นเครื่องผสมแรงเฉือนสูงอัลตราโซนิก เครื่องปฏิกรณ์อัลตราโซนิกทั้งสี่นี้มีขนาดกะทัดรัดมากง่ายต่อการรวมหรือย้อนยุค สร้างขึ้นสําหรับงานหนักในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง ด้านล่างนี้คุณจะพบการตั้งค่าเครื่องปฏิกรณ์ที่แนะนําสําหรับอัตราการผลิตที่หลากหลาย

เครื่องปฏิกรณ์ไบโอดีเซลอุตสาหกรรมปริมาณงานขนาดใหญ่มาก

สําหรับโรงงานผลิตไบโอดีเซลแปรรูปทางอุตสาหกรรม Hielscher เสนอ UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10 กิโลวัตต์) และ UIP16000hdT (16 กิโลวัตต์) โฮโมจีไนเซอร์อัลตราโซนิก! โปรเซสเซอร์อัลตราโซนิกเหล่านี้ได้รับการออกแบบมาสําหรับการประมวลผลอย่างต่อเนื่องของอัตราการไหลสูง UIP4000hdT, UIP6000hdT และ UIP10000 สามารถรวมเข้ากับตู้คอนเทนเนอร์ขนส่งทางทะเลมาตรฐานได้ อีกวิธีหนึ่งคือโปรเซสเซอร์ทั้งสี่รุ่นมีอยู่ในตู้สแตนเลส การติดตั้งแบบตั้งตรงต้องการพื้นที่น้อยที่สุด ด้านล่างนี้คุณจะพบการตั้งค่าที่แนะนําสําหรับอัตราการประมวลผลทางอุตสาหกรรมทั่วไป