Biyodizel Üretimi & Biyodizel dönüşümü
Biyodizel ürettiğinizde, yavaş reaksiyon kinetiği ve zayıf kütle transferi, biyodizel tesis kapasitenizin yanı sıra biyodizel veriminizi ve kalitenizi de düşürür. Hielscher ultrasonik reaktörler transesterifikasyon kinetiğini önemli ölçüde geliştirir. Bu nedenle, biyodizel işleme için daha düşük fazla metanol ve daha az katalizör gereklidir.
Biyodizel, enerji girdisi olarak ısı ve mekanik karıştırma kullanılarak yaygın olarak kesikli reaktörlerde üretilir. Ultrasonik kavitasyonel karıştırma, ticari biyodizel işlemede daha iyi bir karıştırma elde etmek için etkili bir alternatiftir. Ultrasonik kavitasyon, endüstriyel biyodizel transesterifikasyonu için gerekli aktivasyon enerjisini sağlar.
Ultrasonik karıştırma, biyodizel dönüşüm oranını artırır, verimi artırır ve fazla metanol ve katalizör tasarrufu sağlar.
Biyodizelin Ultrasonik Olarak Geliştirilmiş Transesterifikasyonu
Biyodizel üretimi tipik olarak, bir trigliseritin (bitkisel yağ, hayvansal yağ, kullanılmış yemeklik yağlar gibi) biyodizel (yağ asidi metil esterleri) ve gliserol üretmek için bir katalizör varlığında bir alkol (metanol gibi) ile reaksiyona girdiği transesterifikasyon adı verilen bir kimyasal reaksiyonu içerir. Ultrasonik reaktörler, transesterifikasyon sürecini çeşitli şekillerde geliştirmek için kullanılabilir ve bu da çeşitli faydalar sağlar:
- Geliştirilmiş karıştırma: Ultrasonik dalgalar, şiddetli bir şekilde çöken kavitasyon kabarcıkları oluşturabilir ve reaksiyon karışımının yoğun bir şekilde karışmasına ve çalkalanmasına neden olabilir. Bu, reaktanlar ve katalizör arasında daha iyi temasa yol açarak daha hızlı ve daha eksiksiz transesterifikasyon ile sonuçlanır.
- Hızlandırılmış reaksiyon kinetiği: Ultrasonik dalgalar tarafından üretilen yüksek enerjili koşullar, reaksiyonu aktive edebilir, reaksiyon hızını artırabilir ve belirli bir dönüşüm seviyesine ulaşmak için gereken reaksiyon süresini azaltabilir. Bu, daha yüksek verim ve daha düşük maliyetlerle sonuçlanabilir.
- Azaltılmış katalizör kullanımı: Ultrasonik reaktörler, reaksiyon için daha aktif bölgeler sağlayarak katalizör kullanımının verimliliğini artırabilir. Bu, aynı dönüşüm seviyesini elde etmek, maliyetleri ve çevresel etkiyi azaltmak için daha az katalizörün gerekli olduğu anlamına gelir.
- Geliştirilmiş ürün kalitesi: Ultrasonik reaktörler, daha düşük serbest yağ asidi içeriği, daha yüksek saflık ve daha iyi soğuk akış özelliklerine sahip biyodizel üretebilir. Bunun nedeni, istenmeyen yan ürünlerin ve safsızlıkların oluşumunu en aza indiren gelişmiş karıştırma ve daha hızlı reaksiyon kinetiğidir.
Ultrasonik biyodizel işlemenin bu avantajları, ultrasonik reaktörlerin kullanımı biyodizel transesterifikasyonunun verimliliğini, hızını ve kalitesini önemli ölçüde artırdığından, bir ultrason reaktörü kurulumunun kullanımını oldukça ekonomik hale getirir. Bu, özetle, ultrasonikasyonun transesterifikasyonu daha ekonomik ve çevresel olarak sürdürülebilir bir sürece dönüştürdüğü anlamına gelir.
Konvansiyonel Biyodizel Karıştırma Sorunları: Toplu işlemede geleneksel esterleştirme reaksiyonu yavaş olma eğilimindedir ve gliserinin faz ayrımı zaman alıcıdır, genellikle 5 saat veya daha fazla sürer.
Ultrasonik reaktörler, biyodizel sürecinizi hızlandırmanıza ve aynı zamanda daha düşük işleme maliyetleriyle biyodizel veriminizi ve kalitenizi artırmanıza yardımcı olur!
Endüstriyel sınıf ultrasonicator UIP2000hdT Hat içi biyodizel esterifikasyonu ve transesterifikasyonu için FC2T500k akış hücresi ile.
Ultrasonik Biyodizel Transesterifikasyonunun Avantajları
- İyileştirilmiş karıştırma nedeniyle daha yüksek biyodizel verimi
- Artan biyodizel kalitesi
- En fakir yağı bile hammadde olarak kullanın
- Sürekli hat içi işleme
- Daha az metanol
- Daha az katalizör
- Yüksek hızlı dönüştürme sayesinde zaman tasarrufu
- Enerji tasarrufu
- Basit ve güvenli kullanım
- Sağlamlık ve az bakım gerektirir
- Yüksek performans: Tam yük altında 7/24 çalışma
"Hielscher'ın ekipman ve hizmetinden çok memnun kaldık ve gelecekteki tüm çabalarımızda Hielscher ultrasonikasyon teknolojisini dahil etme niyetimiz var."
Todd Stephens, Tulsa Biyoyakıtlar
Biyodizel Üretimi için Ultrasonik
Biyodizel genellikle kesikli reaktörlerde üretilir. Ultrasonik biyodizel dönüşümü, sürekli satır içi işlemeye izin verir. Ultrasonikasyon% 99'u aşan bir biyodizel verimi elde edebilir. Ultrasonik reaktörler, işlem süresini geleneksel 1 ila 4 saatlik toplu işlemeden 30 saniyenin altına düşürür. Daha da önemlisi, ultrasonikasyon, ayırma süresini 5 ila 10 saatten (geleneksel ajitasyon kullanarak) 60 dakikadan daha az bir süreye düşürür. Ultrasonication ayrıca, kavitasyon varlığında artan kimyasal aktivite nedeniyle% 50'ye kadar gerekli katalizör miktarını azaltmaya yardımcı olur. Ultrasonication kullanılırken, gereken fazla metanol miktarı da azaltılır. Diğer bir fayda, gliserinin saflığında ortaya çıkan artıştır.
Adım adım ultrasonik biyodizel üretimi:
- Bitkisel yağ veya hayvansal yağ, metanol (metil esterler yapan) veya etanol (etil esterler için) ve sodyum veya potasyum metoksit veya hidroksit ile karıştırılmaktadır
- karışım, örneğin 45 ila 65 ° C arasındaki sıcaklıklara ısıtılır
- Isıtılmış karışım 5 ila 15 saniye boyunca satır içi olarak sonikleştiriliyor
- Gliserin düşer veya santrifüjler kullanılarak ayrılır
- Dönüştürülen biyodizel su ile yıkanır
En yaygın olarak, sonikasyon, bir besleme pompası ve akış hücresinin yanında ayarlanabilir bir geri basınç valfi kullanılarak yüksek bir basınçta (1 ila 3bar, gösterge basıncı) gerçekleştirilir.
Endüstriyel biyodizel dönüşümü çok fazla ultrasonik enerjiye ihtiyaç duymaz. Gerçek enerji gereksinimi, örneğin UIP1000hdT gibi 1kW'lık bir ultrasonik işlemci kullanılarak tezgah üstü ölçekte belirlenebilir. Bu tür tezgah üstü denemelerden elde edilen tüm sonuçlar, doğrusal ve sorunsuz bir şekilde ölçeklendirilebilir. Gerekirse, ATEX sertifikalı ultrasonik cihazlar mevcuttur, örneğin UIP1000-Dış Aydınlatma.
Hielscher endüstriyel ultrasonik biyodizel işleme ekipmanları, dünya çapında. Tek bir cihaz başına 16kW güce kadar ultrasonik işlemcilerle, biyodizel tesisi boyutunda veya işleme kapasitesinde herhangi bir sınırlama yoktur.
Ultrasonik Biyodizel Üretim Maliyetleri
Ultrasonikasyon, ticari biyodizel üretiminde reaksiyon hızını ve dönüşüm oranını artırmak için etkili bir araçtır. Ultrasonik işleme maliyetleri, esas olarak ultrasonik ekipman yatırımı, hizmet maliyetleri ve bakımdan kaynaklanmaktadır. Hielscher ultrasonicators olağanüstü enerji verimliliği, hizmet maliyetlerini azaltmaya ve bu süreci daha da yeşil hale getirmeye yardımcı olur. Ultrasonication için ortaya çıkan maliyetler, ticari ölçekte kullanıldığında litre başına 0.1ct ve 1.0ct (0.4ct ila 1.9ct / galon) arasında değişir.
Ultrasonik biyodizel üretiminin proses verimliliği ve ekonomik faydaları hakkında daha fazla bilgi edinin!
Ultrasonik karıştırma, biyodizel üretiminde spesifik enerji tüketimini azaltır, hidrodinamik manyetik karıştırma ve yüksek parçalayıcı karıştırıcılarda açık ara daha iyi performans gösterir.
Küçük Ölçekli Ultrasonik Biyodizel Kurulumu
Ultrasonikasyon, yağın herhangi bir ölçekte biyodizele dönüştürülmesi için kullanılabilir. Aşağıdaki resim, 60-70L (16 ila 19 galon) işlenmesi için küçük ölçekli bir kurulumu göstermektedir. Bu, ilk çalışmalar ve süreç gösterimi için tipik kurulumdur.
Ultrasonik esterleştirme ve transesterifikasyon, toplu veya sürekli satır içi işlem olarak çalıştırılabilir. Bu çizelge, biyodizel dönüşümü için ultrasonik toplu işlemi göstermektedir.
1000hdT modelinin 3x 1kW ultrasonicators yüksek verimli biyodizel dönüşümü için ultrasonik akış reaktörü ile.
- güçlendirici, sonotrot ve akış hücresi ile bir ultrasonicator (örneğin, UIP500hdT veya UIP1000hdT)
- Güç ve enerji ölçümü için güç ölçer
- 80L işleme tankı (plastik, örneğin HDPE)
- ısıtma elemanı (1 ila 2kW)
- 10L katalizör premiks tankı (plastik, örneğin HDPE)
- Katalizör ön karıştırıcı (karıştırıcı)
- 1 ila 3 barg'da yaklaşık 10 ila 20 L/dk pompa (santrifüj, mono veya dişli)
- Akış hücresindeki basıncı ayarlamak için geri basınç valfi
- Besleme basıncını ölçmek için basınç göstergesi
Üstün Biyodizel İşleme için Ultrasonik Reaktörler
Hielscher Ultrasonics, daha yüksek biyodizel verimi, geliştirilmiş biyodizel kalitesi, azaltılmış işlem süresi ve daha düşük üretim maliyetleri ile biyodizel üretiminizi artıracak yüksek performanslı ultrasonik işlemciler ve reaktörler sunar.
Biyodizel Transesterifikasyonu için Küçük ve Orta Ölçekli Ultrasonik Reaktörler
9 ton / saate (2900 gal / saat) kadar küçük ve orta ölçekli biyodizel üretimi için, Hielscher size UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt) ve UIP2000hdT (2000 watt) güvenilir ve verimli hat içi biyodizel işleme için akış reaktörlü ultrasonik yüksek kesme karıştırıcıları olarak. Bu dört ultrasonik reaktör çok kompakttır, entegrasyonu kolaydır veya retro-fit. Zorlu ortamlarda ağır hizmet tipi çalışma için üretilmiştir. Aşağıda, çeşitli üretim oranları için önerilen reaktör kurulumlarını bulacaksınız.
|
ton/saat
|
gal/saat
|
|
|---|---|---|
| 1 katı UIP500hdT (500 watt) |
0.25 ila 0,5
|
80 ila 160
|
| 1 katı UIP1000hdT (1000 watt) |
0.5 ila 1.0
|
160 ila 320
|
| 1 katı UIP1500hdT (1500 watt) |
0.75 ila 1.5
|
240 ila 480
|
| 1 katı UIP2000hdT (2000 watt) |
1.0 ila 2.0
|
320 ila 640
|
| 2 katı UIP2000hdT (2000 watt) |
2.0 ila 4.0
|
640 ila 1280
|
| 4 katıUIP1500hdT (1500 watt) |
3.0 ila 6.0
|
960 ila 1920
|
| 6 katı UIP1500hdT (1500 watt) |
4.5 ila 9.0
|
1440 ila 2880
|
| 6 katı UIP2000hdT (2000 watt) |
6.0 ila 12.0
|
1920 ila 3840
|
Çok Büyük Verimli Endüstriyel Biyodizel Reaktörleri
Endüstriyel işleme biyodizel üretim tesisleri için Hielscher, UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), 10000 (10kW) ve UIP16000hdT (16kW) ultrasonik homojenizatörleri sunar! Bu ultrasonik işlemciler, yüksek akış hızlarının sürekli işlenmesi için tasarlanmıştır. UIP4000hdT, UIP6000hdT ve UIP10000, standart deniz taşımacılığı konteynerlerine entegre edilebilir. Alternatif olarak, dört işlemci modelinin tümü paslanmaz çelik dolaplarda mevcuttur. Dik bir kurulum minimum alan gerektirir. Aşağıda, tipik endüstriyel işleme hızları için önerilen kurulumları bulabilirsiniz.
|
ton/saat
|
gal/saat
|
1 katı UIP6000hdT (6000 watt) |
3.0 ila 6.0
|
960 ila 1920
|
|---|---|---|
| 3 katı UIP4000hdT (4000 watt) |
6.0 ila 12.0
|
1920 ila 3840
|
| 5 katı UIP4000hdT (4000 watt) |
10.0 ila 20.0
|
3200 ila 6400
|
3 katı UIP6000hdT (6000 watt) |
9.0 ila 18.0
|
2880 ila 5880
|
| 3 katı UIP10000 (10.000 watt) |
15.0 ila 30.0
|
4800 ila 9600
|
| 3 katı UIP16000hdT (16.000 watt) |
24.0 ila 48.0
|
7680 ila 15360
|
| 5 katı UIP16000hdT |
40.0 ila 80.0
|
12800 ila 25600
|
Bizimle İletişime Geçin! / Bize Sor!
The ultrasonicator UIP16000hdT 32MMGY biyodizel işleme yeteneğine sahiptir.
Frost & Sullivan Yılın Teknoloji İnovasyonu
Hielscher Ultrasonics, şirketin biyodizel üretimi için yeni ultrasonik teknolojisi geliştirmesi nedeniyle prestijli Frost ve Sullivan Yılın Teknoloji İnovasyonu Ödülü'nü aldı.
Hielscher Ultrasonik biyodizel reaktörleri için Frost ve Sullivan Ödülü hakkında daha fazla bilgi için buraya tıklayın!
Transesterification – Biyodizelin Kimyasal Dönüşümü
Bitkisel yağlardan (örneğin soya, kanola, jatropha, ayçiçeği tohumu), alglerden, hayvansal yağlardan ve atık yemeklik yağlardan biyodizel üretimi, karşılık gelen metil esterleri veya etil esterleri vermek için yağ asitlerinin metanol veya etanol ile baz katalizli transesterifikasyonunu içerir. Gliserin, bu reaksiyonun kaçınılmaz bir yan ürünüdür.
Hayvansal yağlar olarak bitkisel yağlar, bir gliserin molekülü tarafından bağlanan üç yağ asidi zincirinden oluşan trigliseritlerdir. Trigliseritler esterlerdir. Esterler, yağ asitleri gibi bir alkolle birleştirilmiş asitlerdir. Gliserin (= gliserol) ağır bir alkoldür. Dönüştürme işleminde trigliserit esterleri, bir katalizör (kostik) ve bir alkol reaktifi, örneğin metil esterler biyodizel veren metanol kullanılarak alkil esterlere (= biyodizel) dönüştürülür. Metanol, gliserinin yerini alır. Bu kimyasal dönüşüm işlemine transesterifikasyon denir.
Transesterifikasyondan sonra, daha ağır faz olan gliserin dibe çökecektir. Daha hafif faz olan biyodizel, üstte yüzer ve örneğin dekantörler veya santrifüjler ile ayrılabilir.
Biyodizel Hazırlama
Potasyum Hidroksit (0,2 ila 0,4 kg, katalizör), katalizör ön karışım tankında yaklaşık 8,5 L Metanol içinde çözülür. Bu, katalizör ön karışımının karıştırılmasını gerektirir. İşleme tankı 66 L bitkisel yağ ile doldurulmaktadır. Yağ, ısıtma elemanı tarafından 45 ila 65 ° C'ye ısıtılır.
Biyodizel dönüşümü
Katalizör Metanol içinde tamamen çözündüğünde, katalizör ön karışımı ısıtılmış yağ ile karıştırılır. Pompa, karışımı akış hücresine besler. Geri basınç valfi vasıtasıyla, basınç 1 ila 3 barg (15 ila 45psig) olarak ayarlanır. Ultrasonik biyodizel reaktöründen devridaim yaklaşık 20 dakika sürmelidir. Bu süre zarfında, yağ biyodizele dönüştürülüyor. Bundan sonra, pompa ve ultrason kapatılır. Gliserin (daha ağır faz) biyodizelden (daha hafif faz) ayrılacaktır. Ayırma işlemi yaklaşık 30 ila 60 dakika sürer. Ayırma işlemi bittiğinde gliserin boşaltılabilir.
Biyodizel Yıkama
Dönüştürülen biyodizel safsızlıklar içerdiğinden, yıkama gereklidir. Yıkama için biyodizele su karıştırılır. Ultrasonikasyon, biyodizelin su ile karıştırılmasına fayda sağlayabilir. Bu, damlacık boyutunun küçülmesinin bir sonucu olarak aktif yüzey alanını arttırır. Lütfen, çok yoğun sonikasyonun su damlacıklarını bir boyuta indirgeyebileceğini, ayrılması için özel araçlar (örneğin santrifüj) gerektirecek neredeyse kararlı bir emülsiyon oluştuğunu düşünün.
Biyodizel Üretim Tesisi
Aşağıdaki akış şeması, biyodizele dönüşüm için yağ, metanol ve katalizörün satır içi sonikasyonu için tipik bir kurulumu göstermektedir.
Ultrasonik esterleştirme ve transesterifikasyon, toplu veya sürekli satır içi işlem olarak çalıştırılabilir. Grafik, biyodizel (FAME) transesterfikasyonu için ultrasonik satır içi işlemi göstermektedir.
Sürekli Biyodizel İşleme ve Ayırma
Sürekli biyodizel işleme ve sürekli ayırma için bir kurulumda, ısıtılmış yağ ve katalizör ön karışımı, ayarlanabilir pompalar kullanılarak sürekli olarak karıştırılır. Hat içi statik karıştırıcı, ultrasonik reaktöre giden beslemenin homojenliğini artırır. Yağ / katalizör karışımı, yaklaşık 5 ila 30 saniye boyunca ultrasonik kavitasyona maruz bırakıldığı akış hücresinden geçer. Akış hücresindeki basıncı kontrol etmek için bir geri basınç valfi kullanılır. Sonikasyonlu karışım üstteki reaktör kolonuna girer. Reaktör kolonunun hacmi, kolonda yaklaşık 1 saat tutma süresi verecek şekilde tasarlanmıştır. Bu süre zarfında, transesterifikasyon reaksiyonu tamamlanır. Reaksiyona giren gliserin/biyodizel karışımı, biyodizel ve gliserin fraksiyonlarına ayrıldığı santrifüje pompalanır. Son işlem, metanol geri kazanımı, yıkama ve kurutmayı içerir ve sürekli olarak da yapılabilir.
Bu kurulum, biyodizel reaktör partilerini, geleneksel karıştırıcıları ve büyük ayırıcı tankları ortadan kaldırır.
Biyodizel Transesterifikasyon Reaksiyon Hızı
Aşağıdaki diyagramlar, kolza tohumu yağının (endüstriyel sınıf) sodyum metoksit (solda) ve potasyum hidroksit (sağda) ile transesterifikasyonunun tipik sonuçlarını göstermektedir. Her iki test için de bir kontrol numunesi (mavi çizgi) yoğun mekanik karışıma maruz bırakıldı. Kırmızı çizgi, hacim oranı, katalizör konsantrasyonu ve sıcaklığa göre aynı formülasyonun sonikasyonlu örneğini temsil eder. Yatay eksen, sırasıyla karıştırma veya sonikasyondan sonraki süreyi gösterir. Dikey eksen, dibe çöken gliserin hacmini gösterir. Bu, reaksiyon hızını ölçmenin basit bir yoludur. Her iki diyagramda da, sonikasyonlu numune (kırmızı), kontrol numunesinden (mavi) çok daha hızlı tepki verir.
Biyodizel üretimi için ultrasonik (kırmızı grafik) ve konvansiyonel karışımın (mavi grafik) karşılaştırılması – katalizör olarak sodyum metoksit (solda) ve potasyum hidroksit (sağda) ile birlikte kullanılır.
Biyodizel Malzemeleri için Linkler
Biyodizel endüstrisi için pompa ve tank tedarikçilerine bağlantılar için buraya tıklayın.
Kimyasal ve Güvenlik Bilgileri
Komplikasyonları ve olumsuz sağlık etkilerini önlemek için lütfen aşağıdaki bilgileri dikkatlice okuyunuz.
Biyodizel Kimyasalları
Metanol toksiktir. Uzun süreli kullanım sonucu sinir bozulmasına neden olabilir. Cilt tarafından da adsorbe edilebilir. Göze sıçrarsa körlüğe neden olabilir ve Metanol yutulduğunda ölümcül olabilir. Bu nedenle, Metanol ile çalışırken gerekli önlemleri alın. İyi bir solunum cihazı, önlük ve lastik eldiven kullanılması tavsiye edilir.
Potasyum hidroksit (KOH) toksiktir ve temas halinde cilt yanıklarına neden olur. İyi havalandırma gereklidir.
Dumanların çıkmasına izin vermek için çalışma alanının cömertçe ve iyice havalandırıldığından emin olun. Buhar kartuşlu solunum maskeleri metanol dumanlarına karşı etkili değildir. Sağlanan bir hava sistemi (BSC) — Bağımsız Solunum Cihazı) metanol buharlarına karşı daha iyi koruma sağlar.
Biyodizel ve Kauçuk Parçalar
0 biyodizle daha uzun süre çalışmak, motorun ıslanan kauçuk parçalarında (pompa, hortumlar, O-ringler) komplikasyonlara neden olabilir. Çelik parçalar veya ağır hizmet tipi kauçuk ile değiştirilmesi bu sorunu ortadan kaldırabilir. Alternatif olarak, komplikasyonları önlemek için biyodizelinize yaklaşık % konvansiyonel (fosil) dizel karıştırabilirsiniz.
Literatür / Referanslar
- 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, yüksek performanslı ultrasonik homojenizatörler üretmektedir. laboratuvar Hedef endüstriyel boyut.