Від UCO до біодизеля за допомогою ультразвукових реакторів

Використана олія для приготування їжі (UCO) стала однією з найбільш привабливих сировинних баз для сталого виробництва біодизеля. Перетворення UCO на біодизель, або метиловий естер використаної олії для приготування їжі, допомагає зменшити відходи, знижує витрати на сировину та підтримує більш циркулярну паливну економіку. Для виробників біодизеля, які шукають ефективну технологію обробки, ультразвукові реактори для біодизеля від Hielscher пропонують потужне рішення для інтенсифікації процесів переетерифікації та естерифікації.

Ультразвукові реактори для біодизеля Hielscher широко використовуються для покращення конверсії дешевих олій та жирів у високоякісний біодизель. Створюючи інтенсивне змішування на мікроскопічному рівні, ультразвукова кавітація прискорює хімічні реакції, покращує масоперенесення між незмішуваними фазами та допомагає виробникам досягати швидкого, надійного та масштабованого виробництва біодизеля.

UCOME – Біодизель з відпрацьованих олій

UCOME означає метиловий естер використаної олії для приготування їжі. Це паливо біодизель, що виробляється шляхом перетворення відпрацьованих олій для приготування їжі на метилові естери жирних кислот через хімічну реакцію з метанолом. Оскільки UCO є вторинною сировиною, UCOME є особливо привабливим з економічної та екологічної точки зору.
Порівняно з свіжими рослинними оліями, UCO пропонує чіткі переваги у вартості, але також створює труднощі в обробці. Використана олія для приготування їжі часто містить:

• Вільні жирні кислоти (FFA)
• Вода
• Залишки їжі та забруднювачі
• Продукти окиснення
• Змінний склад залежно від джерела та історії використання

Ці фактори роблять ефективність процесу та продуктивність реактора особливо важливими. Саме тут ультразвукові реактори для біодизеля пропонують значні переваги.

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.

 

Як ультразвукові реактори для біодизеля покращують конверсію UCO в UCOME

Традиційне виробництво біодизеля часто покладається на механічне перемішування та нагрівання для приведення в контакт олії, спирту та каталізатора. Оскільки олія та метанол погано змішуються, звичайні реактори можуть мати низькі швидкості реакції, неповну конверсію, вищу хімічну споживану кількість та довший час перебування.
Ультразвукові реактори Hielscher використовують ультразвук високої інтенсивності для генерації кавітації в рідині. Кавітація створює мікроскопічні зони змішування з надзвичайно високими зсувними силами. Це розбиває метанол на дуже дрібні краплі всередині олієвої фази та створює значно більшу міжфазну площу для реакції.

Результатом є високо інтенсифікований процес виробництва біодизеля з важливими перевагами:

• Швидша переетерифікація та естерифікація
• Покращена ефективність конверсії
• Краще використання метанолу та каталізатора
• Зменшений час реакції
• Можливість безперервної обробки в лінії
• Легке масштабування від пілотного до промислового виробництва

Для сировини UCO з підвищеним вмістом FFA ультразвук є особливо корисним, оскільки він покращує як стадії естерифікації, каталізованої кислотою, так і стадії переетерифікації, каталізованої основою.

Від UCO до біодизеля: огляд процесу

Конверсія використаної олії для приготування їжі в біодизель зазвичай включає кілька стадій процесу. Ультразвукові реактори для біодизеля Hielscher можуть бути інтегровані в одностадійні або двостадійні схеми процесу залежно від якості сировини.

Типовий процес перетворення UCO на біодизель включає:

• Збір та зберігання використаної олії для приготування їжі
• Фільтрація для видалення твердих частинок та залишків їжі
• Сушіння або зневоднення для зменшення вмісту вологи
• Аналіз FFA для визначення необхідного маршруту реакції
• Естерифікація вільних жирних кислот, коли FFA високий
• Переетерифікація з метанолом для утворення метилових естерів
• Відділення біодизеля та гліцерину
• Промивання або сухе очищення біодизеля
• Фінальна доводка для досягнення специфікацій якості палива

Коли присутні високі рівні FFA, часто використовується попередня обробка естерифікацією для перетворення вільних жирних кислот на естери перед основною стадією переетерифікації. Ультразвукова обробка може прискорити обидві стадії та покращити загальну продуктивність заводу. Дізнайтеся більше про двостадійне перетворення біодизелю за допомогою ультразвуку!

Чому ультразвукові реактори Hielscher чудово підходять для виробництва біодизелю з UCOME

Ультразвукові реактори Hielscher розроблені для промислової обробки рідких середовищ і особливо ефективні у застосуваннях для біодизелю, де змішування рідина-рідина контролює швидкість реакції. Замість того, щоб залежати лише від загального перемішування, ультразвук створює інтенсивну локалізовану енергію саме там, де це потрібно.
Це дає виробникам кілька практичних переваг.

• Відмінне змішування олії та метанолу
  Одним із ключових обмежень у виробництві біодизелю є погана змішувальність олії та метанолу. Ультразвукові реактори Hielscher створюють дуже дрібну емульсію, що значно покращує контакт між реагентами. Кращий контакт означає швидшу кінетику реакції та вищу конверсію.
• Висока продуктивність із складними сировинами
  UCO не є однорідною сировиною. Її вміст води, рівень вільних жирних кислот (FFA) та забруднення можуть змінюватися від партії до партії. Реактори Hielscher допомагають компенсувати ці варіації, інтенсифікуючи реакційне середовище, роблячи процес більш стійким та адаптивним.
• Коротший час перебування
  Оскільки ультразвук прискорює естерифікацію та переетерифікацію, виробники часто можуть досягти цільової конверсії за менший час, ніж у традиційних системах із перемішуванням. Це може зменшити вимоги до об’єму реактора та підвищити пропускну здатність.
• Безперервна лінійна робота
  Ультразвукові реактори Hielscher для біодизелю ідеально підходять для безперервної обробки. Конфігурації лінійних реакторів підтримують стаціонарне виробництво з відтворюваною якістю, що є надзвичайно цінним для комерційних заводів з виробництва біодизелю.
• Пряме масштабування
  Великою перевагою технології Hielscher є лінійне масштабування. Параметри процесу, встановлені в лабораторних або пілотних випробуваннях, можна передбачувано перенести на більші виробничі системи. Це зменшує ризики розробки та спрощує планування розширення.
• Промислова надійність
  Системи Hielscher розроблені для складних промислових умов. Для виробників біодизелю це означає надійну роботу реактора, відтворювані результати та сумісність з автоматизованими виробничими лініями.
• Виробництво біодизелю відповідно до ASTM D6751 та EN 14214
  Комерційні виробники біодизелю часто орієнтуються на специфікації якості палива, такі як ASTM D6751 та EN 14214. Ці стандарти визначають критичні властивості, включаючи вміст естерів, в’язкість, температуру спалаху, кислотне число, вміст води, окиснювальну стабільність, граничні значення забруднювачів та рівні гліцерину.

 
Дізнайтеся, як працює біодизель, вироблений за допомогою ультразвуку, на дизельних двигунах!

Ультразвукові реактори Hielscher для біодизелю використовуються у процесах виробництва біодизелю, розроблених для досягнення якості палива відповідно до ASTM D6751 та EN 14214. У своєму дослідженні, опублікованому у 2020 році, Bastante-Saez та колеги продемонстрували, що біодизель, вироблений із відходів жирів шаурми за допомогою ультразвукового реактора Hielscher, давав високі виходи метилових естерів жирних кислот (FAME). Вміст FAME був вищим (97,42% w/w для курячого жиру та 96,98 для жиру яловичини-баранини), ніж мінімальний поріг, встановлений європейським регламентом EN 14214 (тобто, мінімум 96,5% w/w).

 

Малотоннажний біодизель для фермерських господарств та автономних користувачів

У деяких країнах або регіонах нормативні акти щодо біодизелю обмежені або не застосовуються до малих приватних користувачів. Фермери та власники обладнання можуть виробляти менші кількості біодизелю з відпрацьованої олії для споживання на місці в тракторах, генераторах, обігрівачах або іншому дизельному сільськогосподарському обладнанні.
У цих випадках метою часто є практична заміна палива, а не сертифікований комерційний продаж. Ультразвукові реактори для біодизелю також можуть бути привабливими для такого децентралізованого виробництва, оскільки вони пропонують:

• Швидкі часи реакції
• Ефективна конверсія з компактним обладнанням
• Добра придатність для змінних сировинних потоків відпрацьованих олій
• Зменшена залежність від великих резервуарів із перемішуванням
• Потенціал для модульних установок обробки

Водночас важливо чітко зазначити, що біодизель, який не відповідає специфікаціям, може бути непридатним для всіх двигунів, може не відповідати місцевим правовим вимогам і може створювати проблеми зберігання, сумісності матеріалів, викидів або гарантії на двигун. Якщо існують стандарти на біодизель, паливо слід випробувати та виробляти відповідно до них перед використанням у регульованих застосуваннях або дорожніх транспортних засобах.

 

Економічні переваги виробництва біодизелю з UCO за допомогою ультразвуку

Вартість сировини є однією з найбільших змінних в економіці біодизелю. Оскільки використана олія для приготування їжі зазвичай дешевша за рафіновані рослинні олії, вона пропонує значний потенціал економії коштів. Однак ці заощадження можуть бути втрачені, якщо процес є повільним, хімічно неефективним або нездатним обробляти варіабельність сировини.
Ультразвукові реактори Hielscher для виробництва біодизелю допомагають захищати прибутковість, підвищуючи ефективність реакції та продуктивність заводу. Потенційні економічні переваги включають:

• Краще використання дешевих видів сировини UCO
• Збільшення пропускної здатності
• Скорочення часу реакції
• Знижені енерговитрати на змішування порівняно з неефективними сценаріями масового перемішування
• Покращена стабільність процесу
• Легша інтеграція в лінії безперервного виробництва

Для виробників, які прагнуть масштабувати виробництво біодизелю з відходів олії, ця комбінація гнучкості сировини та інтенсифікації процесу може бути надзвичайно цінною.

Ефективне перетворення UCO на біодизель UCOME за допомогою ультразвукових реакторів Hielscher!

Перетворення використаної олії для приготування їжі на UCOME – це розумний спосіб створення відновлюваного палива з відходів, одночасно покращуючи сталість та знижуючи вартість сировини. Оскільки UCO часто складніше обробляти, ніж свіжі олії, технологія реакторів відіграє вирішальну роль у досягненні ефективного та надійного виробництва біодизелю.
Ультразвукові реактори Hielscher для виробництва біодизелю інтенсифікують реакцію між олією та метанолом завдяки змішуванню та масопереносу, викликаним кавітацією. Це дозволяє прискорити естерифікацію та переетерифікацію, краще обробляти варіабельну сировину UCO та масштабувати безперервне виробництво біодизелю.
Для комерційних виробників системи Hielscher використовуються в процесах виробництва біодизелю, розроблених для отримання палива, що відповідає стандартам ASTM D6751 та EN 14214. Для фермерів та малих користувачів у країнах, де немає регулювання біодизелю, ультразвукові реактори також можуть підтримувати компактне виробництво менших кількостей біодизелю для використання в місцевому обладнанні, визнаючи при цьому, що паливо, яке не відповідає специфікаціям, слід використовувати обережно та відповідно до місцевих вимог та сумісності з двигуном.
Якщо ваша мета – ефективне виробництво UCOME з UCO, ультразвукові реактори Hielscher для виробництва біодизелю пропонують потужну та масштабовану технологічну платформу для сучасної переробки біодизелю.

Наведена нижче таблиця дає уявлення про приблизну потужність обробки ультразвукових реакторів Hielscher для виробництва біодизелю:

Об’ємна витрата	Потужність
20 – 100L/hr	1kW
80 – 400L/hr	4x1kW
0,3 – 1,5m³/hr	4x4kW
2 – 10m³/hr	6x16kW
20 – 100m³/hr	62x16kW

Чому Hielscher – сильний вибір для виробників біодизелю?

Hielscher визнаний за промислову ультразвукову технологію, розроблену для реальних процесних застосувань. У виробництві біодизелю ультразвукові реактори Hielscher забезпечують практичний шлях до інтенсифікації конверсії UCO, покращення змішування метанолу та олії та підтримки ефективного виробництва біодизелю з відходів олій та жирів.

Ключові причини, чому виробники обирають Hielscher, включають:

• Перевірена експертиза в галузі ультразвуку
• Конструкції проточних реакторів для безперервної обробки біодизелю
• Придатність для естерифікації та переетерифікації
• Надійний шлях масштабування від лабораторії до виробництва
• Міцне обладнання для промислових середовищ
• Ефективна обробка складної сировини, такої як використана олія для приготування їжі

Дизайн, виробництво та консалтинг – якість, зроблена в Німеччині

Ультразвукові обробники Hielscher відомі своїми найвищими стандартами якості та дизайну. Надійність і простота експлуатації забезпечують плавну інтеграцію наших ультразвукових обробників у промислові об’єкти. Ультразвукові обробники Hielscher легко витримують жорсткі умови та складні середовища.

Hielscher Ultrasonics – це компанія, сертифікована за ISO, яка приділяє особливу увагу високоефективним ультразвуковим обробникам, що характеризуються передовими технологіями та зручністю використання. Звичайно, ультразвукові обробники Hielscher відповідають вимогам CE та вимогам UL, CSA і RoHs.

---

---

Література / Посилання

• J. Sáez-Bastante, M. Carmona-Cabello, S. Pinzi, M.P. Dorado (2020): Recycling of kebab restoration grease for bioenergy production through acoustic cavitation. Renewable Energy, Volume 155, 2020. 1147-1155.
• M. Maghami, S.M. Sadrameli, B. Ghobadian (2015): Production of biodiesel from fishmeal plant waste oil using ultrasonic and conventional methods. Applied Thermal Engineering, Volume 75,
  2015. 575-579.
• Veera Gnaneswar Gude, Georgene Elizabeth Grant (2013): Biodiesel from waste cooking oils via direct sonication. Applied Energy, Volume 109, 2013. 135-144.
• Medeiros, Eliane; Vieira, Bruno; Pereira, Cláudio; Nadaleti, Willian; Quadro, Maurizio; Andreazza, Robson (2019): Production of biodiesel using oil obtained from fish processing residue by conventional methods assisted by ultrasonic waves: Heating and stirring. Renewable Energy 2019.
• 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.
• Darwin, Sebayan; Agustian, Egi; Praptijanto, Achmad (2010): Transesterification Of Biodiesel From Waste Cooking Oil Using Ultrasonic Technique. International Conference on Environment 2010 (ICENV 2010).