Ультразвукові реактори для виробництва біодизеля

Ультразвукові реактори покращують кінетику хімічних реакцій процесу конверсії біодизеля. Це призводить до швидшої переетерифікації, вищого виходу конверсії та економії надлишкового метанолу і каталізатора. Hielscher виробляє ультразвукові змішувальні реактори для виробництва біодизеля будь-якого масштабу. Ультразвукові реактори компактні, легкі в установці та дуже ефективні.

Виробництво біодизеля збільшується та прискорюється за допомогою потужного ультразвуку

Біодизель – це відновлюване та чисте паливо, вироблене з рослинних олій, тваринних жирів або відпрацьованої олії для смаження. Його можна виробляти через реакцію переетерифікації, яка включає перетворення тригліцеридів на метилові ефіри жирних кислот (FAME) з використанням спирту та каталізатора. Один зі способів прискорити реакцію переетерифікації – використання ультразвукових хвиль, які можуть покращити змішування та масоперенесення реагентів, а також сприяти руйнуванню крапель олії та дисперсії каталізатора.
Ультразвуковий апарат зондового типу, також відомий як сонотрод, – це пристрій, який генерує високочастотні звукові хвилі (зазвичай у діапазоні від 20 kHz до 30 kHz) шляхом вібрації титанового стрижня. Ультразвукові хвилі поширюються через рідину та створюють зони високого та низького тиску, змушуючи бульбашки кавітації швидко утворюватися та колапсувати. Колапс бульбашок генерує інтенсивне локальне нагрівання та охолодження, високі зсувні сили та ударні хвилі, які можуть збільшити швидкість реакції та ефективність процесу переетерифікації.

У цьому навчальному відео ми знайомимо вас із науковими основами того, як ультразвукові реактори для біодизелю суттєво покращують його виробництво. Ультразвукові реактори Hielscher зарекомендували себе як потужний інструмент удосконалення процесу виробництва біодизелю. У цьому відео ми докладно пояснюємо принцип їхньої роботи та показуємо різні ультразвукові установки для будь-якого масштабу виробництва. Підвищуйте ефективність і рентабельність виробництва біодизелю та отримуйте більший вихід високоякісного біодизелю завдяки швидкому перетворенню. Водночас ультразвукові реактори для біодизелю дають змогу використовувати олії низької якості, як-от відпрацьовані рослинні олії або кулінарні жири, та допомагають заощаджувати метанол і каталізатор, сприяючи екологічному та сталому виробництву біодизелю.

Переваги ультразвукового виробництва біодизеля

Переваги використання ультразвукового апарата зондового типу для синтезу біодизеля включають:

Швидша швидкість реакції: Ультразвукові хвилі можуть збільшити масоперенесення реагентів та прискорити реакцію переетерифікації, зменшуючи час реакції та збільшуючи вихід біодизеля.
Вищий вихід та чистота: Ультразвуковий процес виробництва біодизеля покращує дисперсію каталізатора та гомогенність реакційної суміші, що призводить до вищого виходу та чистоти біодизеля.
Дешева сировина: Використовуючи ультразвук, ви можете використовувати сировину найнижчої якості – таку як відпрацьовані олії для смаження, відходи тваринних жирів та неїстівні олії – і перетворювати її на біодизель високої якості. Читати більше!
Нижче енергоспоживання: Використання ультразвукової обробки зменшує енергію, необхідну для змішування та нагрівання реакційної суміші, а також кількість необхідного каталізатора, що призводить до більш стійкого та економічно вигідного процесу. Читати більше!
Гнучкість та масштабованість: Ультразвукові апарати зондового типу та реактори Hielscher можна використовувати як для виробництва біодизеля в малих, так і у великих масштабах, і їх можна легко інтегрувати в існуючі виробничі процеси.

Загалом це означає, що використання ультразвукових апаратів Hielscher та ультразвукових реакторів для синтезу біодизеля пропонує значні переваги з точки зору швидкості реакції, виходу, чистоти, енергоспоживання та масштабованості, роблячи цю технологію прибутковою для стійкого виробництва відновлюваного палива.

Ультразвукові реактори для біодизеля знижують витрати та підвищують вихід біодизеля

Ультразвукова емульгація використовує інтенсивний кавітаційний зсув ультразвукових гомогенізаторів в ультразвукових потокових реакторах Надлишковий метанол та каталізатор є значними факторами витрат у виробництві біодизеля. Ультразвукові реактори Hielscher використовують інтенсивний кавітаційний зсув для змішування метанолу з вашою сировиною. Це дає вам значно менші краплі метанолу, що призводить до покращеного використання метанолу та каталізатора. Тому потрібно менше надлишкового метанолу та менше каталізатора. Крім того, кавітація впливає на кінетику реакції, призводячи до швидшої та більш повної переетерифікації.

Використання ультразвукових реакторів для виробництва біодизеля рекомендується для виробничих потужностей понад 0,25 тон біодизеля на годину. Hielscher пропонує ультразвукові реактори з потужністю до 16 тонн/год (5100 галонів/год) на один реактор. Ви можете комбінувати кілька реакторів, щоб відповідати потужності вашого процесу. Ви можете додати додаткові реактори пізніше, коли розширюватимете виробничі потужності. Ми будемо раді порекомендувати найбільш підходящу конфігурацію реактора для біодизеля для вашого заводського обладнання та для потужності вашого процесу.

Ультразвукові реактори для біодизеля малого та середнього масштабу

Для систем виробництва біодизеля малого та середнього розміру з потужністю до 9 тонн/год (2900 галонів/год) Hielscher пропонує вам UIP500hdT (500 watts), UIP1000hdT (1000 watts), UIP1500hdT (1500 watts) або UIP2000hdT (2000 watts). Ці чотири ультразвукові потокові реактори є дуже компактними, їх легко інтегрувати або встановити замість існуючих. Вони розроблені для важких умов експлуатації в суворих середовищах. Нижче ви знайдете рекомендовані конфігурації реакторів для діапазону виробничих потужностей.

	тонн/год	галонів/год
1x UIP500hdT	0,25 до 0,5	80 до 160
1x UIP1000hdT	0,5 до 1,0	160 до 320
1x UIP1500hdT	0,75 до 1,5	240 до 480
1x UIP2000hdT	1,0 до 2,0	320 до 640
2x UIP1500hdT	1,5 до 3,0	480 до 960
2x UIP2000hdT	2,0 до 4,0	640 до 1280
4x UIP1500hdT	3,0 до 6,0	960 до 1920
4x UIP2000hdT	4 до 8	1280 до 2560

Повномасштабні промислові ультразвукові реактори для біодизеля

Для промислових заводів з виробництва біодизеля Hielscher пропонує UIP4000hdT (4000 watts), UIP6000hdT (6000 watts), UIP10000hdT (10 000 watts) та UIP16000hdT (16 000 watts). Ці ультразвукові гомогенізатори з потоковими реакторами розроблені для безперервного виробництва біодизеля при високих об’ємних витратах. Усі чотири ультразвукові гомогенізатори доступні в корпусах із нержавіючої сталі. Вертикальна установка вимагає мінімальної площі для монтажу або модернізації. Нижче ви знайдете рекомендовані конфігурації для типових промислових швидкостей обробки.

	тонн/год	галонів/год
3x UIP4000hdT	6,0 до 12,0	1920 до 3840
5x UIP4000hdT	10,0 до 20,0	3200 до 6400
3x UIP10000hdT	15,0 до 30,0	4800 до 9600
3x UIP16000hdT	24,0 до 48,0	7680 до 15 360
5x UIP16000hdT	40,0 до 80,0	12 800 до 25 600

Потокове ультразвукове змішування олії та метанолу

Ультразвукові реактори для змішування замінюють мішалки в резервуарах та інші динамічні зсувні змішувачі. Загалом, ультразвукові реактори для біодизеля встановлюються для змішування двох потоків сировини: олії та метанолу (з каталізатором). Для цього попередню суміш закачують через ультразвуковий потоковий реактор, де ультразвукова кавітація змішує та емульгує обидва реагенти протягом 2–10 секунд. Це потоковий процес змішування. Коли суміш виходить із реактора з проточною коміркою, гліцерин відокремиться під дією гравітації менш ніж за 60 хвилин. Альтернативно, ви можете подавати оброблену ультразвуком суміш у центрифугу після кількох хвилин часу реакції. Потокове змішування зменшує кількість та об’єм резервуарів, що використовуються, порівняно з традиційним періодичним процесом. Це покращує використання капіталу.

Схема процесу, що показує виробництво біодизеля в режимі безперервного потоку. Ультразвук може значно покращити естерифікацію та переетерифікацію.

Ультразвукове етерифікація та переетерифікація можуть проводитися як періодичний або безперервний потоковий процес. На графіку показано ультразвуковий потоковий процес переетерифікації для біодизеля (FAME).

Зв’яжіться з нами! / Запитайте нас!

Пов’язані теми

Література / Посилання

Abdullah, C. S. ; Baluch, N.; Mohtar S. (2015): Ascendancy of ultrasonic reactor for micro biodiesel production. Jurnal Teknologi (Sciences & Engineering) 77:5; 2015. 155-161.
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.
Wu, P., Yang, Y., Colucci, J.A. and Grulke, E.A. (2007): Effect of Ultrasonication on Droplet Size in Biodiesel Mixtures. J Am Oil Chem Soc, 84: 877-884.
Kumar D., Kumar G., Poonam, Singh C. P. (2010): Ultrasonic-assisted transesterification of Jatropha curcus oil using solid catalyst, Na/SiO2. Ultrason Sonochem. 2010 Jun; 17(5): 839-44.
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.
Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).
Nieves-Soto, M., Oscar M. Hernández-Calderón, C. A. Guerrero-Fajardo, M. A. Sánchez-Castillo, T. Viveros-García and I. Contreras-Andrade (2012): Biodiesel Current Technology: Ultrasonic Process a Realistic Industrial Application. InTechOpen 2012.
Hielscher Ultrasonics: Ultrasonic Mixing for Biodiesel Production

Часто задавані питання

Яку сировину можна використовувати для виробництва біодизеля?

Сировина для виробництва біодизеля включає рафіновані рослинні олії, неїстівні олії, відходи рослинних олій, відходи кулінарних олій, використані жири для смаження, тваринні жири, такі як сало, та певні риб’ячі олії, за умови, що їхні тригліцериди або вільні жирні кислоти можуть бути перетворені на ефіри біодизеля. Ультразвукова обробка допомагає, інтенсифікуючи змішування між незмішуваними фазами олії та спирту, що робить навіть низькоякісну та мінливу сировину більш придатною для ефективної переетерифікації.

Які є виклики при використанні неякісної сировини для переетерифікації біодизеля?

Основними викликами при використанні неякісної сировини для переетерифікації біодизеля є мінливий склад, забруднення, вміст води, деградовані ліпіди, вища в’язкість та більш складна фазова поведінка, що може знижувати ефективність конверсії, сприяти утворенню мила та уповільнювати розділення біодизеля і гліцерину. Ультразвукова обробка допомагає подолати ці обмеження, покращуючи тепло- та масоперенос через кавітацію та прискорюючи кінетику реакції в системах із складною сировиною. Дізнайтеся, як ультразвукова обробка позитивно впливає на переетерифікацію неякісної сировини у високоякісний біодизель!

Які є фактори витрат у переробці біодизеля?

Основними факторами витрат у переробці біодизеля є вартість сировини, споживання метанолу та каталізатора, енергоспоживання, час реакції, зусилля на розділення та очищення, а також загальна продуктивність заводу, причому сировина зазвичай є найбільшою статтею витрат. Ультразвукова обробка допомагає знизити вартість переробки, скорочуючи час реакції, покращуючи конверсію та прискорюючи фазове розділення, що може зменшити енергоспоживання та підвищити продуктивність. Докладніше про енергоефективне виробництво біодизеля з використанням ультразвукових реакторів!