Виробництво біодизелю з чудовою технологічною та економічною ефективністю

Ультразвукове змішування є чудовою технологією для високоефективного та економічно ефективного виробництва біодизелю. Ультразвукова кавітація значно покращує передачу маси, тим самим знижуючи виробничі витрати та тривалість обробки. У той же час можна використовувати неякісні масла і жири (наприклад, відпрацьовані масла) і покращувати якість біодизелю. Hielscher Ультразвук поставляє високопродуктивні, надійні ультразвукові змішувальні реактори для будь-якого масштабу виробництва. Дізнайтеся більше, як ваше виробництво біодизелю виграє від ультразвукової обробки!

Переваги виробництва біодизелю за допомогою ультразвуку

Біодизель (жирнокислотний метиловий ефір, абрев. FAME) є продуктом реакції переетерифікації ліпідної сировини (тригліцеридів, наприклад, рослинної олії, відпрацьованих кулінарних масел, тваринних жирів, водоростевої олії) і спирту (метанол, етанол) з використанням каталізатора (наприклад, гідроксид калію KOH).
Проблема: При звичайному перетворенні біодизеля з використанням звичайного перемішування неприпустимий характер обох реагентів реакції реакції переетерифікації нафти і спирту призводить до поганої швидкості передачі маси, що призводить до неефективного виробництва біодизелю. Ця неефективність характеризується тривалим часом реакції, більш високими співвідношеннями метанолово-масляних молярів, високими вимогами до каталізатора, високими температурами процесу та високими показниками перемішування. Ці фактори є значними драйверами витрат, що робить традиційне виробництво біодизелю дорогим процесом.
Рішення: Ультразвукове змішування емульгує реагенти високоефективним, швидким і недорогим чином, так що співвідношення масла і метанолу може бути покращено, вимоги каталізатора зменшуються, час реакції і температура реакції знижуються. Таким чином, економляться ресурси (наприклад, хімічні речовини та енергія), а також час, знижуються витрати на переробку, а якість біодизелю та рентабельність виробництва значно покращуються. Ці факти перетворюють ультразвукове змішування в кращу технологію для ефективного виробництва біодизелю.
Дослідження та промислові виробники біодизелю підтверджують, що ультразвукове змішування є дуже економічно ефективним способом виробництва біодизеля, навіть коли в якості сировини використовуються неякісні масла і жири. Інтенсифікація ультразвукового процесу значно покращує коефіцієнт конверсії, зменшуючи використання надлишкового метанолу та каталізатора, дозволяючи виробляти біодизель, що відповідає стандарту якості специфікацій ASTM D6751 та EN 14212. (пор. Абдулла та ін., 2015)

Переетерифікація тригліцеридів в біодизель (FAME) з використанням ультразвукової обробки призводить до прискореної реакції і значно більш високої ефективності.

Численні переваги ультразвукового змішування у виробництві біодизелю

Ультразвукові змішувальні реактори можуть бути легко інтегровані в будь-яку нову установку, а також ретро-вмонтовані в існуючі біодизельні установки. Інтеграція ультразвукового змішувача Hielscher перетворює будь-який біодизельний об'єкт у високопродуктивний виробничий завод. Проста установка, надійність і зручність використання (не потрібна спеціальна підготовка до експлуатації) дозволяють модернізувати будь-який об'єкт до високоефективного біодизельного заводу. Нижче ми представляємо вам науково доведені результати переваг, задокументованих незалежними третіми особами. Цифри доводять перевагу ультразвукового змішування біодизелю над будь-якою звичайною технікою перемішування.

Блок-схема показує етапи виробництва біодизелю, включаючи ультразвукове змішування для підвищення ефективності процесу.

Порівняння ефективності та витрат: ультразвук проти механічного перемішування

Gholami et al. (2021) представлені у своєму порівняльному дослідженні переваги ультразвукової переетерифікації перед механічним перемішуванням (тобто змішувач леза, робоче колесо, змішувач з високим зсувом).
Інвестиційні витрати: Ультразвуковий процесор і реактор UIP16000 може виробляти 192-384 т біодизеля / д зі слідом всього 1,2 м х 0,6 м. Для порівняння, для механічного перемішування (МС) потрібен набагато більший реактор через тривалий час реакції в механічному процесі зриву, що призводить до значного збільшення вартості реактора. (пор. Gholami et al., 2020)
Витрати на обробку: Витрати на обробку ультразвукового виробництва біодизелю на 7,7% нижче, ніж для процесу перемішування, головним чином через нижчі загальні інвестиції в процес ультразвукової обробки. Вартість хімічних речовин (каталізатор, метанол / спирт) є третім за величиною драйвером витрат в обох процесах, ультразвуку і механічне перемішування. Однак для ультразвукового перетворення біодизелю витрати на хімічну речовину значно нижчі, ніж на механічне перемішування. Частка витрат на хімічні речовини становить приблизно 5% від кінцевої вартості біодизелю. Завдяки меншому споживанню метанолу, гідроксиду натрію і фосфорної кислоти, вартість хімічних речовин в ультразвуковому біодизельному процесі на 2,2% нижче, ніж у процесу механічного перемішування.
Витрати на енергію: Енергія, споживана ультразвуковим змішувальним реактором, приблизно в три рази нижче, ніж механічна мішалка. Це значне зниження енергоспоживання є продуктом інтенсивного мікромішування і скорочення часу реакції, що виникає в результаті виробництва і колапсу незліченних порожнин, які характеризують явище акустичної / ультразвукової кавітації (Gholami et al., 2018). Крім того, в порівнянні зі звичайною мішалкою, споживання енергії для етапів відновлення метанолу і очищення біодизелю в процесі ультразвукового змішування знижується на 26,5% і 1,3% відповідно. Це зниження пов'язане з меншою кількістю метанолу, що надходить в ці дві колони дистиляції в процесі ультразвукової переетерифікації.
Витрати на утилізацію відходів: Ультразвукова кавітаційна технологія також значно знижує витрати на утилізацію відходів. Ця вартість в процесі ультразвукової обробки становить приблизно одну п'яту частину від цієї суми в процесі перемішування, що є результатом значного зниження виробництва відходів через більш високу конверсію реактора і меншу кількість споживаного алкоголю.
Екологічність: Завдяки дуже високій загальній ефективності, зменшенню хімічного споживання, нижчим вимогам до енергії та зменшенню відходів, ультразвукове виробництво біодизелю значно екологічніше, ніж звичайні процеси виробництва біодизелю.

Висновок – Ультразвук покращує ефективність виробництва біодизелю

Наукова оцінка показує явні переваги ультразвукового змішування перед звичайним механічним перемішуванням для виробництва біодизелю. Переваги ультразвукової обробки біодизелю включають загальні капітальні інвестиції, загальну вартість продукту, чисту теперішню вартість та внутрішню норму прибутку. Сума загальних інвестицій в ультразвуковий кавітаційний процес виявилася нижчою, ніж у інших, приблизно на 20,8%. Використання ультразвукових реакторів зменшило витрати на продукт на 5,2% – з використанням олії незайманої ріпакової ріпаку. Оскільки ультразвук дозволяє обробляти також відпрацьовані масла (наприклад, використані кулінарні масла), витрати на виробництво можуть бути значно зменшені далі. Gholami et al. (2021) приходять до висновку, що завдяки позитивній чистій теперішній вартості ультразвуковий процес кавітації є кращим вибором технології змішування для виробництва біодизелю.
З технічної точки зору, найважливіші ефекти ультразвукової кавітації охоплюють значну ефективність процесу та скорочення часу реакції. Утворення і колапс численних вакуумних бульбашок – відома як акустична / ультразвукова кавітація – скоротити час реакції з декількох годин в реакторі з перемішаним баком до декількох секунд в ультразвуковому кавітаційному реакторі. Цей короткий час проживання дозволяє виробляти біодизель в проточному реакторі з невеликим слідом. Ультразвуковий кавітаційний реактор також показує благотворний вплив на потреби в енергії та матеріалах, зменшуючи споживання енергії майже до третини від того, що споживається реактором з перемішуванням резервуара та метанолом та споживанням каталізатора на 25%.
З економічної точки зору, загальна інвестиція ультразвукового кавітаційного процесу нижча, ніж у процесу механічного перемішування, головним чином за рахунок майже 50% та 11,6% зниження вартості реактора та вартості колони дистиляції метанолу відповідно. Процес ультразвукової кавітації також знижує вартість виробництва біодизелю за рахунок скорочення споживання олії ріпаку ріпаку на 4%, зниження загальних інвестицій, зниження споживання хімічних речовин на 2,2% і зниження вимог до корисності на 23,8% і зниження вимог до корисності на 23,8%. На відміну від механічно перемішуваного процесу, ультразвукова обробка є прийнятною інвестицією завдяки своїй позитивній чистій теперішній вартості, коротшому часу окупності та більш високій внутрішній нормі прибутку. На додаток до техніко-економічних переваг, пов'язаних з ультразвуковим процесом кавітації, він більш екологічний, ніж процес механічного перемішування. Ультразвукова кавітація призводить до скорочення потоків відходів на 80% через більш високу конверсію в реакторі та зниження споживання алкоголю в цьому процесі. (пор. Gholami et al., 2021)

Використовуйте каталізатор за вашим вибором

Ультразвуковий процес переетерифікації біодизеля був доведений як ефективний з використанням як лужних, так і основних каталізаторів. Forinstance, Shinde and Kaliaguine (2019) порівняли ефективність ультразвукового та механічного змішування лопатей за допомогою різних каталізаторів, а саме гідроксиду натрію (NaOH), гідроксиду калію (KOH), (CH₃ONa), гідроксид тетраметил амонію і чотири гуанідини (Пропіл-2,3-дициклогексил гуанідин (PCHG), 1,3-дициклогексил 2 н-октил гуанідин (DCOG), 1,1,3,3-тетраметил гуанідин (ГММ), 1,3-дифеніл гуанідин (DPG)). Ультразвукове змішування (при 35º), як показано вище для виробництва біодизелю, перевершує механічне змішування (при 65º) за більш високими врожаями та коефіцієнтом конверсії. Ефективність передачі маси в ультразвуковому полі підвищувала швидкість реакції переетерифікації в порівнянні з механічним перемішуванням. Ультразвук перевершив механічне перемішування для всіх перевірених каталізаторів. Запуск реакції переетерифікації з ультразвуковою кавітацією є енергоефективною та промислово життєздатною альтернативою для виробництва біодизелю. Крім широко використовуваних каталізаторів KOH і NaOH, обидва каталізатори гуанідину, пропіл-2,3 дициклогексилгуанідину (PCHG) і 1,3-дициклогекссил 2 n-октилгуанідину (DCOG), обидва були показані як цікаві альтнативи для перетворення біодизелю.
Mootabadi et al. (2010) досліджував ультразвуковий синтез біодизелю з пальмової олії з використанням різноманітних лужних каталізаторів оксиду металу, таких як CaO, BaO та SrO. Активність каталізатора в ультразвуковому синтезі біодизелю порівнювали з традиційним процесом магнітного перемішування, і було встановлено, що ультразвуковий процес показав 95,2% від врожайності за допомогою BaO протягом 60 хв часу реакції, які в іншому випадку займають 3-4 години в звичайному процесі перемішування. Для ультразвукової переетерифікації в оптимальних умовах було потрібно 60 хв для досягнення 95% прибутковості в порівнянні з 2-4 год при звичайному перемішуванні. Крім того, врожайність, досягнута за допомогою ультразвуку за 60 хв, збільшилася з 5,5% до 77,3%, використовуючи CaO в якості каталізаторів, з 48,2% до 95,2% використовуючи SrO в якості каталізаторів і 67,3% до 95,2, використовуючи BaO в якості каталізаторів.

Виробництво біодизелю з використанням різних гуанідинів (3% моль) в якості каталізатора. (A) Механічне перемішування пакетний реактор: (метанол:олія ріпаку (ріпак) 4:1, температура 65ºC; (B) Ультразвуковий реактор партії: ультраакулятор UP200St, (метанол:олія ріпаку (ріпак) 4:1, 60% амплітуда США, температура 35ºC. Ультразвукове змішування перевершує механічне перемішування на сьогоднішній день.
(Дослідження та графіки: Шинде та Каліагіне, 2019)

Високопродуктивні ультразвукові реактори для чудової обробки біодизелю

Hielscher Ultrasonics пропонує високопродуктивні ультразвукові процесори та реактори для поліпшення виробництва біодизелю, що призводить до більш високих врожаїв, поліпшення якості, скорочення часу обробки та зниження виробничих витрат.

Реактори з біодизелю малих та середніх розмірів

Для виробництва малого та середнього біодизеля до 9 тонн / год (2900 гал / час), Hielscher пропонує Вам UIP500hdT (500 Вт), UIP1000hdT (1000 Вт), UIP1500hdT (1500 Вт), і UIP2000hdT (2000 Вт) Ультразвукові моделі змішувачів з високим зсувом. Ці чотири ультразвукові реактори дуже компактні, прості в інтеграції або ретро-посадки. Вони створені для важкої роботи в суворих умовах. Нижче ви знайдете рекомендовані установки реактора для ряду темпів виробництва.

Промислові біодизельні реактори з великою пропускною здатністю

Для промислової переробки біодизельних заводів Hielscher пропонує UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6 кВт), UIP10000 (10 кВт) і UIP16000hdT (16kW) Ультразвукові гомогенізатори! Ці ультразвукові процесори призначені для безперервної обробки високих витрат. UIP4000hdT, UIP6000hdT і UIP10000 можуть бути інтегровані в стандартні морські вантажні контейнери. Крім того, всі чотири моделі процесорів доступні в шафах з нержавіючої сталі. Вертикальна установка вимагає мінімального простору. Нижче ви знайдете рекомендовані налаштування для типових промислових витрат на обробку.