Виробництво біодизеля & Конверсія біодизеля
Коли ви виробляєте біодизельне паливо, кінетика повільної реакції та погане масообмін знижують потужність вашого біодизельного заводу, а також вихід та якість біодизеля. Ультразвукові реактори Hielscher значно покращують кінетику переетерифікації. Тому для переробки біодизеля потрібно менше надлишкового метанолу і менше каталізатора.
Біодизель зазвичай виробляється в реакторах періодичної дії з використанням тепла та механічного перемішування як джерела енергії. Ультразвукове кавітаційне змішування є ефективною альтернативою для досягнення кращого змішування при комерційній переробці біодизеля. Ультразвукова кавітація забезпечує необхідну енергію активації для переетерифікації промислового біодизеля.
Ультразвуково покращена переетерифікація біодизеля
Виробництво біодизеля зазвичай включає хімічну реакцію, яка називається переетерифікацією, в якій тригліцериди (такі як рослинна олія, тваринний жир, відпрацьовані кулінарні олії) реагують зі спиртом (наприклад, метанолом) у присутності каталізатора з утворенням біодизеля (метилових ефірів жирних кислот) і гліцерину. Ультразвукові реактори можуть використовуватися для посилення процесу переетерифікації кількома способами, що призводить до ряду переваг:
- Покращене змішування: Ультразвукові хвилі можуть створювати кавітаційні бульбашки, які сильно руйнуються, викликаючи інтенсивне перемішування і перемішування реакційної суміші. Це призводить до кращого контакту між реагентами та каталізатором, що призводить до швидшої та повнішої переетерифікації.
- Кінетика прискореної реакції: Високоенергетичні умови, що генеруються ультразвуковими хвилями, можуть активувати реакцію, збільшуючи швидкість реакції та зменшуючи час реакції, необхідний для досягнення заданого рівня перетворення. Це може призвести до вищих врожаїв і нижчих витрат.
- Зменшення використання каталізатора: Ультразвукові реактори можуть підвищити ефективність використання каталізатора за рахунок забезпечення більшої кількості активних центрів для реакції. Це означає, що для досягнення того ж рівня перетворення, що знижує витрати та вплив на навколишнє середовище, потрібно менше каталізатора.
- Підвищення якості продукції: Ультразвукові реактори можуть виробляти біодизель з нижчим вмістом вільних жирних кислот, вищою чистотою та кращими властивостями холодного потоку. Це пов'язано з покращеним перемішуванням та швидшою кінетикою реакції, які мінімізують утворення небажаних побічних продуктів та домішок.
Ці переваги ультразвукової переробки біодизеля роблять використання установки ультразвукового реактора дуже економічним, оскільки використання ультразвукових реакторів значно покращує ефективність, швидкість і якість переетерифікації біодизеля. Таким чином, ультразвук перетворює переетерифікацію в більш економічно та екологічно стійкий процес.
Проблеми звичайного змішування біодизеля: Звичайна реакція етерифікації при пакетній обробці, як правило, повільна, а фазове розділення гліцерину займає багато часу, часто займає 5 годин або більше.
Ультразвукові реактори допоможуть вам прискорити процес біодизеля та одночасно збільшити вихід та якість біодизеля при нижчих витратах на переробку!

Промисловий ультразвуковий апарат UIP2000hdT з проточною камерою FC2T500k для естерфікації та переетерифікації вбудованого біодизеля.
Переваги ультразвукової переетерифікації біодизеля
- Вищий вихід біодизеля завдяки покращеному перемішуванню
- Підвищена якість біодизеля
- Використовуйте навіть найбіднішу олію як сировину
- Безперервна вбудована обробка
- Менше метанолу
- Менше каталізатора
- Економія часу завдяки високошвидкісному перетворенню
- Енергозбереження
- Проста і безпечна експлуатація
- Надійність і низькі експлуатаційні витрати
- Висока продуктивність: робота 24/7 при повному навантаженні

«Ми були дуже задоволені обладнанням та сервісом Hielscher, і ми маємо всі наміри включити технологію ультразвуку Hielscher у всі наші майбутні починання».
Тодд Стівенс, Tulsa Biofuels
Ультразвук для виробництва біодизеля
Біодизель часто виробляють в реакторах періодичної дії. Ультразвукова конверсія біодизеля дозволяє проводити безперервну потокову обробку. Ультразвукове дослідження дозволяє досягти виходу біодизеля, що перевищує 99%. Ультразвукові реактори скорочують час обробки від звичайної порційної обробки від 1 до 4 годин до менш ніж 30 секунд. Що ще важливіше, ультразвук скорочує час поділу з 5 до 10 годин (за допомогою звичайного перемішування) до менш ніж 60 хвилин. Ультразвук також сприяє зменшенню необхідної кількості каталізатора до 50% завдяки підвищеній хімічній активності в присутності кавітації. При використанні ультразвуку кількість необхідного надлишку метанолу також зменшується. Ще однією перевагою є збільшення чистоти гліцерину.
Поетапне виробництво ультразвукового біодизеля:
- Рослинна олія або тваринний жир змішується з метанолом (який виробляє метилові ефіри) або етанолом (для етилових ефірів) і метаоксидом або гідроксидом натрію або калію
- суміш нагрівається, наприклад, до температури від 45 до 65 °C
- Нагріта суміш піддається ультразвуковому впливу протягом 5-15 секунд
- гліцерин випадає або відділяється за допомогою центрифуг
- Перетворений біодизель промивають водою
Найчастіше ультразвук проводиться при підвищеному тиску (від 1 до 3 бар, манометричний тиск) за допомогою живильного насоса та регульованого клапана зворотного тиску поруч із проточною камерою.
Промислове перетворення біодизеля не потребує великої кількості ультразвукової енергії. Фактичну потребу в енергії можна визначити в масштабі настільного комп'ютера за допомогою, наприклад, ультразвукового процесора потужністю 1 кВт, такого як UIP1000hdT. Всі результати таких настільних випробувань можна масштабувати лінійно і без будь-яких проблем. При необхідності доступні ультразвукові пристрої, сертифіковані ATEX, такі як UIP1000-Exd.
Hielscher постачає промислове ультразвукове обладнання для переробки біодизеля по всьому світу. Завдяки ультразвуковим процесорам потужністю до 16 кВт на один пристрій немає обмежень у розмірі біодизельної установки або потужності переробки.
Витрати на виробництво ультразвукового біодизеля
Ультразвук є ефективним засобом для збільшення швидкості реакції та коефіцієнта перетворення при промисловому виробництві біодизеля. Витрати на ультразвукову обробку в основному є результатом інвестицій в ультразвукове обладнання, витрат на комунальні послуги та технічне обслуговування. Видатна енергоефективність ультразвукових систем Hielscher допомагає знизити витрати на комунальні послуги і тим самим зробити цей процес ще більш екологічним. Отримані витрати на ультразвук варіюються від 0,1ct до 1,0ct на літр (від 0,4ct до 1,9ct/галон) при використанні в комерційних масштабах.
Дізнайтеся більше про ефективність процесу та економічні переваги виробництва ультразвукового біодизеля!

Ультразвукове змішування знижує питоме споживання енергії у виробництві біодизеля, що значно перевершує гідродинамічне магнітне змішування та змішувачі з високим зсувом.
Дрібномасштабна ультразвукова біодизельна установка
Ультразвук може бути використаний для перетворення нафти в біодизель в будь-яких масштабах. На малюнку нижче показана установка невеликого масштабу для обробки 60-70 л (від 16 до 19 галонів). Це типова установка для початкових досліджень і демонстрації процесу.

3x 1 кВт ультразвукові апарати моделі 1000HDT з ультразвуковим проточним реактором з високоефективною конверсією біодизеля.
- один ультразвуковий пристрій (наприклад, UIP500hdT або UIP1000hdT) з бустером, сонотродом і проточною камерою
- Вимірювач потужності для обліку потужності та енергії
- Бак для обробки 80 л (пластик, наприклад, HDPE)
- нагрівальний елемент (від 1 до 2 кВт)
- Бак для преміксу каталізатора на 10 л (пластиковий, наприклад, HDPE)
- Преміксер каталізатора (мішалка)
- насос (центрифужний, моно або редукторний) приблизно від 10 до 20 л/хв при 1 до 3 бар
- Клапан зворотного тиску для регулювання тиску в проточній камері
- Манометр для вимірювання тиску подачі
Ультразвукові реактори для високоякісної переробки біодизеля
Hielscher Ultrasonics пропонує високопродуктивні ультразвукові процесори та реактори, які покращать ваше виробництво біодизеля за рахунок вищих виходів біодизеля, покращення якості біодизеля, скорочення часу обробки та зниження виробничих витрат.
Малі та середні ультразвукові реактори для переетерифікації біодизеля
Для виробництва біодизеля малого та середнього розміру до 9 тонн/год (2900 гал/год) компанія Hielscher пропонує вам UIP500hdT (500 Вт), UIP1000hdT (1000 Вт), UIP1500HDT (1500 Вт) та UIP2000hdT (2000 Вт) у вигляді ультразвукових змішувачів з високим зсувом і проточними реакторами для надійної та ефективної переробки біодизельного палива в лінії. Ці чотири ультразвукові реактори дуже компактні, легко інтегруються або модернізуються. Вони створені для роботи у важких умовах експлуатації. Нижче ви знайдете рекомендовані установки реакторів для різних темпів виробництва.
тонн/год
|
гал/год
|
|
---|---|---|
1x UIP500HDT (500 Вт) |
0від .25 до 0.5
|
від 80 до 160
|
1x UIP1000HDT (1000 Вт) |
0від .5 до 1.0
|
від 160 до 320
|
1x UIP1500HDT (1500 Вт) |
0від .75 до 1,5
|
від 240 до 480
|
1x UIP2000HDT (2000 Вт) |
Від 1,0 до 2,0
|
від 320 до 640
|
2x UIP2000HDT (2000 Вт) |
Від 2,0 до 4,0
|
від 640 до 1280
|
4xUIP1500HDT (1500 Вт) |
Від 3,0 до 6,0
|
З 960 по 1920 рр.
|
6x UIP1500HDT (1500 Вт) |
від 4,5 до 9,0
|
від 1440 до 2880
|
6x UIP2000HDT (2000 Вт) |
від 6,0 до 12,0
|
З 1920 по 3840 рр.
|
Промислові біодизельні реактори з дуже великою пропускною здатністю
Для промислових переробних установок з виробництва біодизеля компанія Hielscher пропонує ультразвукові гомогенізатори UIP4000hdT (4 кВт), UIP6000hdT (6 кВт), 10000 (10 кВт) і UIP16000hdT (16 кВт)! Ці ультразвукові процесори призначені для безперервної обробки високих швидкостей потоку. UIP4000hdT, UIP6000hdT і UIP10000 можуть бути інтегровані в стандартні морські контейнери. Крім того, всі чотири моделі процесорів доступні в корпусах з нержавіючої сталі. Вертикальна установка вимагає мінімального простору. Нижче наведено рекомендовані налаштування для типових темпів промислової обробки.
тонн/год
|
гал/год
|
1x UIP6000HDT (6000 Вт) |
Від 3,0 до 6,0
|
З 960 по 1920 рр.
|
---|---|---|
3x UIP4000HDT (4000 Вт) |
від 6,0 до 12,0
|
З 1920 по 3840 рр.
|
5x UIP4000HDT (4000 Вт) |
від 10,0 до 20,0
|
від 3200 до 6400
|
3x UIP6000HDT (6000 Вт) |
від 9,0 до 18,0
|
від 2880 до 5880
|
3x UIP10000 (10 000 Вт) |
від 15,0 до 30,0
|
від 4800 до 9600
|
3x UIP16000HDT (16 000 Вт) |
Від 24,0 до 48,0
|
від 7680 до 15360
|
5x UIP16000HDT |
Від 40,0 до 80,0
|
від 12800 до 25600
|
Зв'яжіться з нами! / Запитайте нас!

Ультразвуковий апарат UIP16000hdT здатний переробляти біодизель 32MMGY.
Мороз & Інновація року за версією Sullivan Technology
Компанія Hielscher Ultrasonics отримала престижну нагороду Frost and Sullivan Technology Innovation of the Year Award на знак визнання розробки компанією нової ультразвукової технології для виробництва біодизельного палива.
Натисніть тут, щоб прочитати більше про премію Фроста та Саллівана за біодизельні реактори Hielscher Ultrasonics!
Переетерифікація – Хімічна конверсія біодизеля
Виробництво біодизеля з рослинних олій (наприклад, сої, ріпаку, ятрофи, насіння соняшнику), водоростей, тваринних жирів, а також відпрацьованих кулінарних олій, передбачає каталізовану основою переетерифікацію жирних кислот метанолом або етанолом для отримання відповідних метилових ефірів або етилових ефірів. Гліцерин є неминучим побічним продуктом цієї реакції.
Рослинні олії як тваринні жири є тригліцеридами, що складаються з трьох ланцюгів жирних кислот, пов'язаних молекулою гліцерину. Тригліцериди – це складні ефіри. Складні ефіри – це кислоти, як і жирні кислоти, з'єднані зі спиртом. Гліцерин (= гліцерин) є важким алкоголем. У процесі перетворення ефіри тригліцеридів перетворюються на алкільні ефіри (= біодизель) за допомогою каталізатора (лугу) та спиртового реагенту, наприклад метанолу, з якого виходять метилові ефіри біодизеля. Метанол замінює гліцерин. Цей процес хімічного перетворення називається переетерифікацією.
Після переетерифікації гліцерин, який є більш важкою фазою, опуститься на дно. Біодизельне паливо, яке є більш легкою фазою, плаває зверху і може бути відокремлене, наприклад, за допомогою декантерів або центрифуг.
Приготування біодизеля
Гідроксид калію (від 0,2 до 0,4 кг, каталізатор) розчиняється приблизно в 8,5 л метанолу в резервуарі для попереднього змішування каталізатора. Для цього потрібне перемішування преміксу каталізатора. Бак для обробки заповнюється рослинним маслом об'ємом 66 л. Масло нагрівається нагрівальним елементом до 45 до 65 ° C.
Конверсія біодизеля
Коли каталізатор повністю розчиняється в метанолі, премікс каталізатора змішується з розігрітим маслом. Насос подає суміш в проточну камеру. За допомогою клапана зворотного тиску тиск регулюється від 1 до 3 барг (від 15 до 45 фунтів на квадратний дюйм). Рециркуляція через ультразвуковий біодизельний реактор повинна виконуватися протягом приблизно 20 хвилин. За цей час масло перетворюється в біодизельне паливо. Після цього насос і ультразвук відключаються. Гліцерин (більш важка фаза) відокремиться від біодизеля (більш легка фаза). Розділення займає приблизно від 30 до 60 хвилин. Коли поділ закінчиться, гліцерин можна злити.
Промивання біодизелем
Оскільки перероблений біодизель містить домішки, потрібне промивання. Для промивання воду підмішують у біодизель. Ультразвук може принести користь змішуванню біодизеля з водою. При цьому збільшується площа активної поверхні в результаті зменшення розміру крапель. Врахуйте, що дуже інтенсивне ультразвукове випромінювання може зменшити краплі води до такої міри, що утворюється майже стабільна емульсія, для відділення якої потрібні спеціальні засоби (наприклад, центрифуга).
Завод з виробництва біодизеля
Блок-схема нижче показує типову установку для вбудованого ультразвукового апарату нафти, метанолу та каталізатора для перетворення на біодизельне паливо.

Ультразвукова етерифікація та переетерифікація можуть виконуватися як пакетний або безперервний потоковий процес. На діаграмі показаний ультразвуковий вбудований процес трансестерфікації біодизеля (FAME).
Безперервна обробка та сепарація біодизеля
В установці для безперервної переробки біодизеля та безперервного розділення нагріте масло та премікс каталізатора безперервно змішуються разом за допомогою регульованих насосів. Вбудований статичний змішувач покращує однорідність подачі в ультразвуковий реактор. Суміш масла і каталізатора проходить через проточну камеру, де піддається впливу ультразвукової кавітації протягом приблизно від 5 до 30 секунд. Клапан зворотного тиску використовується для контролю тиску в проточній камері. Ультразвукова суміш надходить в колону реактора зверху. Об'єм колони реактора розрахований на приблизно 1 годину часу утримання в колоні. За цей час завершується реакція переетерифікації. Прореагувана суміш гліцерину та біодизеля перекачується в центрифугу, де вона розділяється на фракції біодизеля та гліцерину. Постобробка включає відновлення метанолу, промивання та сушіння, а також може проводитися безперервно.
Ця установка виключає партії біодизельних реакторів, звичайні мішалки та великі сепараторні баки.
Швидкість реакції переетерифікації біодизеля
На діаграмах нижче показані типові результати переетерифікації ріпакової олії (промислового класу) метаоксидом натрію (ліворуч) та гідроксидом калію (праворуч). Для обох тестів контрольний зразок (синя лінія) піддавався інтенсивному механічному перемішуванню. Червона лінія являє собою ультразвуковий зразок ідентичного складу за співвідношенням об'єму, концентрації каталізатора і температури. Горизонтальна вісь показує час після змішування або ультразвуку відповідно. Вертикальна вісь показує обсяг гліцерину, який осів на дні. Це простий засіб для вимірювання швидкості реакції. На обох діаграмах ультразвуковий зразок (червоний) реагує набагато швидше, ніж контрольний зразок (синій).

Порівняння ультразвукового (червоний графік) та звичайного змішування (синій графік) для виробництва біодизеля – використання з метаоксидом натрію (ліворуч) та гідроксидом калію (праворуч) як каталізаторами.
Посилання для поставок біодизеля
Інформація про хімічні речовини та безпеку
Будь ласка, уважно прочитайте наведену нижче інформацію, щоб запобігти ускладненням і негативним наслідкам для здоров'я.
Хімічні речовини для біодизеля
Метанол токсичний. Це може призвести до погіршення роботи нервів в результаті тривалого застосування. Він також може адсорбуватися шкірою. Якщо потрапляти в очі, це може спричинити сліпоту, а метанол може бути смертельним при ковтанні. З цієї причини дотримуйтесь необхідних запобіжних заходів при поводженні з метанолом. Рекомендується використовувати хороший респіратор, фартух і гумові рукавички.
Гідроксид калію (KOH) токсичний і викликає опік шкіри при контакті. Потрібна хороша вентиляція.
Переконайтеся, що робоче місце щедро та ретельно провітрюється, щоб випаровування виходило. Респіратори з паровими картриджами не ефективні проти парів метанолу. Система подачі повітря (SCBA — Автономний дихальний апарат) забезпечує кращий захист від парів метанолу.
Біодизель та гумові деталі
Тривала робота на 100% біодизелі може призвести до ускладнень із змочуванням гумових деталей (насоса, шлангів, ущільнювальних кілець) двигуна. Заміна на сталеві деталі або надміцну гуму може усунути цю проблему. Крім того, ви можете змішати приблизно 25% звичайного (викопного) дизельного палива зі своїм біодизелем, щоб запобігти ускладненням.
Література / Список літератури
- 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 виробляє високоефективні ультразвукові гомогенізатори з Лабораторії до промислові розміри.