Üstün Proses ve Maliyet Verimliliği ile Biyodizel Üretimi

Ultrasonik karıştırma, yüksek verimli ve uygun maliyetli biyodizel üretimi için üstün teknolojidir. Ultrasonik kavitasyon, kütle transferini büyük ölçüde iyileştirir, böylece üretim maliyetlerini ve işlem süresini azaltır. Aynı zamanda, düşük kaliteli sıvı ve katı yağlar (örneğin atık yağlar) kullanılabilir ve biyodizel kalitesi iyileştirilir. Hielscher Ultrasonics, herhangi bir üretim ölçeği için yüksek performanslı, sağlam ultrasonik karıştırma reaktörleri sağlar. Biyodizel üretiminizin sonikasyondan nasıl yararlanacağı hakkında daha fazla bilgi edinin!

Ultrason Kullanarak Biyodizel Üretiminin Faydaları

Biyodizel (yağ asidi metil esteri, abrev. FAME), lipit hammaddesinin (trigliseritler, örneğin bitkisel yağ, kullanılmış yemeklik yağlar, hayvansal yağlar, alg yağı) ve alkolün (metanol, etanol) bir katalizör (örneğin, potasyum hidroksit KOH) kullanılarak yapılan bir transesterifikasyon reaksiyonunun ürünüdür.
Sorun: Konvansiyonel karıştırma kullanılarak konvansiyonel biyodizel dönüşümünde, yağ ve alkolün transesterifikasyon reaksiyonunun her iki reaktantının karışmaz doğası, verimsiz bir biyodizel üretimine neden olan zayıf kütle transfer hızına yol açar. Bu verimsizlik, uzun reaksiyon süreleri, daha yüksek metanol-yağ molar oranları, yüksek katalizör gereksinimleri, yüksek proses sıcaklıkları ve yüksek karıştırma hızları ile karakterize edilir. Bu faktörler, geleneksel biyodizel üretimini pahalı bir süreç haline getiren önemli maliyet faktörleridir.
Çözüm: Ultrasonik karıştırma, reaktanları yüksek verimli, hızlı ve düşük maliyetli bir şekilde emülsifiye eder, böylece yağ-metanol oranı iyileştirilebilir, katalizör gereksinimleri azaltılır, reaksiyon süresi ve reaksiyon sıcaklığı düşürülür. Böylece, kaynaklar (yani kimyasallar ve enerji) ve zamandan tasarruf edilir, işleme maliyeti azalırken, biyodizel kalitesi ve üretim karlılığı önemli ölçüde iyileştirilir. Bu gerçekler, etkili biyodizel üretimi için tercih edilen teknolojide ultrasonik karıştırmayı dönüştürür.
Araştırma ve endüstriyel biyodizel üreticileri, düşük kaliteli sıvı ve katı yağlar hammadde olarak kullanıldığında bile, ultrasonik karıştırmanın biyodizel üretmenin oldukça uygun maliyetli bir yolu olduğunu doğrulamaktadır. Ultrasonik işlem yoğunlaştırması, ASTM D6751 ve EN 14212 spesifikasyonlarının kalite standardını karşılayan biyodizel üretilmesine izin vererek, fazla metanol ve katalizör kullanımını azaltarak dönüşüm oranını önemli ölçüde artırır. (bkz. Abdullah ve ark., 2015)

Trigliseritlerin sonikasyon kullanılarak biyodizele (FAME) transesterifikasyonu, hızlandırılmış reaksiyon ve önemli ölçüde daha yüksek verimlilik ile sonuçlanır.

Biyodizel üretiminde ultrasonik karıştırmanın sayısız avantajı

Ultrasonik karıştırma reaktörleri, herhangi bir yeni kuruluma kolayca entegre edilebilir ve mevcut biyodizel tesislerine sonradan takılabilir. Bir Hielscher ultrasonik karıştırıcının entegrasyonu, herhangi bir biyodizel tesisini yüksek performanslı bir üretim tesisine dönüştürür. Basit kurulum, sağlamlık ve kullanım kolaylığı (işletme için özel bir eğitim gerekmez), herhangi bir tesisin yüksek verimli bir biyodizel tesisine yükseltilmesine olanak tanır. Aşağıda, bağımsız üçüncü taraflarca belgelenmiş, bilimsel olarak kanıtlanmış avantaj sonuçlarını sunuyoruz. Rakamlar, ultrasonik biyodizel karışımının herhangi bir geleneksel karıştırma tekniğine göre üstünlüğünü kanıtlamaktadır.

Akış şeması, gelişmiş proses verimliliği için ultrasonik karıştırma dahil olmak üzere biyodizel üretim adımlarını gösterir.

Verimlilik ve Maliyet Karşılaştırması: Ultrasonik ve Mekanik Karıştırma

Gholami ve ark. (2021) karşılaştırmalı çalışmalarında, ultrasonik transesterifikasyonun mekanik karıştırmaya (yani bıçaklı karıştırıcı, çark, yüksek parçalayıcı karıştırıcı) göre avantajlarını sunmaktadır.

Düşük Yatırım Maliyetleri:
Ultrasonik işlemci ve reaktör UIP16000, yalnızca 1,2 m x 0,6 m'lik bir ayak izi ile 192-384 t biyodizel/gün üretebilir. Karşılaştırıldığında, mekanik karıştırma (MS) için, mekanik strirrng işlemindeki uzun reaksiyon süresi nedeniyle çok daha büyük bir reaktör gereklidir ve bu da reaktör maliyetinin önemli ölçüde artmasına neden olur. (bkz. Gholami ve diğerleri, 2020)
Düşük İşleme Maliyetleri:
Ultrasonik biyodizel üretimi için işlem maliyetleri, esas olarak sonikasyon işlemi için daha düşük toplam yatırım nedeniyle, karıştırma işlemi için olanlardan% 7.7 daha düşüktür. Kimyasalların maliyeti (katalizör, metanol / alkol), her iki işlemde, sonikasyon ve mekanik karıştırmada üçüncü en büyük maliyet faktörüdür. Bununla birlikte, ultrasonik biyodizel dönüşümü için kimyasal maliyetler, mekanik karıştırmadan önemli ölçüde daha düşüktür. Kimyasallar için maliyet oranı, nihai biyodizel maliyetinin yaklaşık% 5'ini oluşturur. Daha düşük metanol, sodyum hidroksit ve fosforik asit tüketimi nedeniyle, ultrasonik biyodizel işlemindeki kimyasalların maliyeti, mekanik karıştırma işleminden% 2,2 daha düşüktür.

Azaltılmış Enerji Maliyetleri:
Ultrasonik karıştırma reaktörü tarafından tüketilen enerji, mekanik karıştırıcı tarafından tüketilenden yaklaşık üç kat daha düşüktür. Enerji tüketimindeki bu önemli azalma, akustik / ultrasonik kavitasyon fenomenini karakterize eden sayısız boşluğun üretilmesi ve çökmesinden kaynaklanan yoğun mikro karıştırma ve azaltılmış reaksiyon süresinin bir ürünüdür (Gholami ve diğerleri, 2018). Ek olarak, geleneksel karıştırıcı ile karşılaştırıldığında, ultrasonik karıştırma işlemi sırasında metanol geri kazanımı ve biyodizel saflaştırma aşamaları için enerji tüketimi sırasıyla% 26,5 ve% 1,3 oranında azaltılır. Bu düşüş, ultrasonik transesterifikasyon işleminde bu iki damıtma kolonuna giren daha düşük metanol miktarlarından kaynaklanmaktadır.

Atık Bertaraf Maliyetlerinde Büyük Azalma:
Ultrasonik kavitasyon teknolojisi ayrıca atık bertaraf maliyetini de önemli ölçüde azaltır. Sonikasyon işlemindeki bu maliyet, daha yüksek reaktör dönüşümü ve daha düşük miktarda tüketilen alkol nedeniyle atık üretimindeki önemli düşüşten kaynaklanan, karıştırma işlemindeki maliyetin kabaca beşte biridir.
Kullanılmış kahve telvesinden yağların ultrasonik biyodizel dönüşümü hakkında daha fazla bilgi edinin!

Geliştirilmiş Çevre Dostu:
Çok yüksek genel verimlilik, azaltılmış kimyasal tüketimi, daha düşük enerji gereksinimleri ve azaltılmış atık nedeniyle, ultrasonik biyodizel üretimi, geleneksel biyodizel üretim süreçlerinden önemli ölçüde daha çevre dostudur.

Son – Ultrasonik Biyodizel Üretim Verimliliğini Artırıyor

Bilimsel değerlendirme, ultrasonik karıştırmanın biyodizel üretimi için geleneksel mekanik karıştırmaya göre açık avantajlarını göstermektedir. Ultrasonik biyodizel işlemenin avantajları arasında toplam sermaye yatırımı, toplam ürün maliyeti, net bugünkü değer ve iç getiri oranı bulunur. Ultrasonik kavitasyon işlemine yapılan toplam yatırım miktarının diğerlerine göre yaklaşık ,8 oranında daha düşük olduğu bulunmuştur. Ultrasonik reaktörlerin kullanılması ürün maliyetlerini %5,2 oranında azalttı – Sızma kanola yağı kullanarak. Sonikasyon ayrıca harcanan yağların (örneğin, kullanılmış yemeklik yağlar) işlenmesine izin verdiğinden, üretim maliyetleri önemli ölçüde daha da azaltılabilir. Gholami ve ark. (2021), pozitif bir net bugünkü değer nedeniyle, ultrasonik kavitasyon işleminin biyodizel üretimi için daha iyi bir karıştırma teknolojisi seçimi olduğu sonucuna varmıştır.
Teknik açıdan, ultrasonik kavitasyonun en önemli etkileri, önemli proses verimliliğini ve reaksiyon süresindeki azalmayı kapsar. Çok sayıda vakum kabarcığının oluşumu ve çöküşü – Akustik / Ultrasonik Kavitasyon olarak bilinir – Karıştırılmış tank reaktöründe birkaç saat olan reaksiyon süresini ultrasonik kavitasyon reaktöründe birkaç saniyeye düşürün. Bu kısa kalma süresi, az yer kaplayan bir akış reaktöründe biyodizel üretimine izin verir. Ultrasonik kavitasyon reaktörü ayrıca enerji ve malzeme gereksinimleri üzerinde faydalı etkiler gösterir ve enerji tüketimini, karıştırılmış bir tank reaktörü tarafından tüketilenin yaklaşık üçte birine ve metanol ve katalizör tüketimini% 25 oranında azaltır.
Ekonomik açıdan bakıldığında, ultrasonik kavitasyon işleminin toplam yatırımı, esas olarak reaktör maliyetinde ve metanol damıtma kolonu maliyetinde sırasıyla yaklaşık% 50 ve% 11.6 azalma nedeniyle mekanik karıştırma işleminden daha düşüktür. Ultrasonik kavitasyon işlemi, kanola yağı tüketiminde% 4'lük bir azalma, daha düşük toplam yatırım,% 2.2 daha düşük kimyasal tüketimi ve% 23.8 daha düşük hizmet gereksinimleri nedeniyle biyodizel üretim maliyetini de azaltır. Mekanik olarak karıştırılan işlemin aksine, ultrasonik işleme, pozitif net bugünkü değeri, daha kısa geri ödeme süresi ve daha yüksek bir iç getiri oranı nedeniyle kabul edilebilir bir yatırımdır. Ultrasonik kavitasyon işlemiyle ilişkili tekno-ekonomik faydalara ek olarak, mekanik karıştırma işleminden daha çevre dostudur. Ultrasonik kavitasyon, reaktördeki daha yüksek dönüşüm ve bu işlemde alkol tüketiminin azalması nedeniyle atık akışlarında% 80'lik bir azalma ile sonuçlanır. (bkz. Gholami ve diğerleri, 2021)

Düşük Kaliteli Hammaddeyi Bozulmamış Biyodizele Dönüştürün!

Sonikasyon, atık bitkisel yağlar, kullanılmış kızartma yağları, donyağı veya balık yağları gibi zayıf hammaddelerin daha etkili bir şekilde işlenmesini sağlar, çünkü ultrasonik kavitasyon, karışmayan yağ ve alkol fazları arasında çok daha iyi teması zorlar, karıştırmanın yanı sıra ısı ve kütle transferini de büyük ölçüde iyileştirir. Ayrıca reaksiyon kinetiğini hızlandırır, böylece zor, değişken hammaddeler bile daha hızlı ve daha eksiksiz bir şekilde dönüştürülebilir.
Akustik kavitasyon reaksiyon ortamını yoğunlaştırır ve yüksek reaktif radikalleri teşvik edebilir, bu da hızlı transesterifikasyonu daha da destekler ve düşük dereceli hammaddelerin olağan işleme dezavantajlarının üstesinden gelmeye yardımcı olur.
Sonikasyonun atık sıvı ve katı yağları nasıl biyodizele dönüştürdüğünü okuyun!

Seçtiğiniz katalizörü kullanın

Biyodizelin ultrasonik transesterifikasyon işleminin hem alkali hem de bazik katalizörler kullanılarak verimli olduğu kanıtlanmıştır. Örneğin, Shinde ve Kaliaguine (2019), sodyum hidroksit (NaOH), potasyum hidroksit (KOH), (CH gibi çeşitli katalizörler) kullanarak ultrasonik ve mekanik bıçak karıştırmanın verimliliğini karşılaştırdı₃ONa), tetrametil amonyum hidroksit ve dört guanidin (Propil-2,3-disikloheksil guanidin (PCHG), 1,3-disikloheksil 2 n-oktil guanidin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidin (TMG), 1,3-difenil guanidin (DPG)). Ultrasonik karıştırma (35º'de), biyodizel üretimi için üstün olup, daha yüksek verim ve dönüşüm oranı ile mekanik karıştırmayı (65º'de) mükemmelleştirir. Ultrason alanındaki kütle transferinin verimliliği, mekanik karıştırma ile karşılaştırıldığında transesterifikasyon reaksiyonunun hızını arttırdı. Sonikasyon, test edilen tüm katalizörler için mekanik karıştırmadan daha iyi performans gösterdi. Transesterifikasyon reaksiyonunun ultrasonik kavitasyon ile çalıştırılması, biyodizel üretimi için enerji açısından verimli ve endüstriyel olarak uygun bir alternatiftir. Yaygın olarak kullanılan katalizörler KOH ve NaOH'nin yanı sıra, her iki guanidin katalizörü, propil-2,3 disikloheksilguanidin (PCHG) ve 1,3-disikloheksil 2 n-oktilguanidin (DCOG), her ikisi de biyodizel dönüşümü için ilginç altrnatlar olarak gösterilmiştir.
Mootabadi ve ark. (2010), CaO, BaO ve SrO gibi çeşitli alkali metal oksit katalizörleri kullanarak palmiye yağından ultrasonik destekli biyodizel sentezini araştırdı. Ultrasonik destekli biyodizel sentezindeki katalizörün aktivitesi, geleneksel manyetik karıştırma işlemi ile karşılaştırıldı ve ultrasonik işlemin, 60 dakikalık reaksiyon süresi içinde BaO kullanarak% 95.2 verim gösterdiği, aksi takdirde geleneksel karıştırma işleminde 3-4 saat sürdüğü bulundu. Optimum koşullarda ultrasonik destekli transesterifikasyon için, geleneksel karıştırma ile 2-4 saate kıyasla% 95 verim elde etmek için 60 dakika gerekliydi. Ayrıca, 60 dakikada ultrason ile elde edilen verimler, katalizör olarak CaO kullanılarak% 5.5'ten% 77.3'e, katalizör olarak SrO kullanılarak% 48.2'den% 95.2'ye ve, katalizör olarak BaO kullanılarak% 67.3'ten% 95.2'ye yükselmiştir.

Katalizör olarak çeşitli guanidinler (% 3 mol) kullanarak biyodizel üretimi. (A) Mekanik karıştırma parti reaktörü: (metanol: kanola yağı) 4: 1, sıcaklık 65ºC; (B) Ultrason kesikli reaktör: ultrasonikatör UP200St, (metanol:kanola yağı) 4:1, ` ABD genliği, sıcaklık 35ºC. Ultrason güdümlü karıştırma, mekanik karıştırmadan açık ara daha iyi performans gösterir.
(Çalışma ve grafikler: Shinde ve Kaliaguine, 2019)

Üstün Biyodizel İşleme için Yüksek Performanslı Ultrasonik Reaktörler

Hielscher Ultrasonics, daha yüksek verim, daha iyi kalite, daha düşük işlem süresi ve daha düşük üretim maliyetleri ile sonuçlanan gelişmiş biyodizel üretimi için yüksek performanslı ultrasonik işlemciler ve reaktörler sunar.

Küçük ve Orta Ölçekli Biyodizel Reaktörleri

9 ton / saate (2900 gal / saat) kadar küçük ve orta boy biyodizel üretimi için, Hielscher size UIP500hdT (500 watt), UIP1000hdT (1000 watt), UIP1500hdT (1500 watt)ve UIP2000hdT (2000 watt) Ultrasonik yüksek parçalayıcı karıştırıcı modelleri. 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.

Çok Büyük Verimli Endüstriyel Biyodizel Reaktörleri

Endüstriyel işleme biyodizel üretim tesisleri için Hielscher şunları sunmaktadır: UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) ve UIP16000hdT (16kW) ultrasonik homojenizatörler! 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.