Jarayon va xarajatlar samaradorligi yuqori boʻlgan biodizel ishlab chiqarish

Ultratovushli aralashtirish yuqori samarali va iqtisodiy jihatdan tejamkor biodizel ishlab chiqarish uchun ustun texnologiyadir. Ultratovushli kavitatsiya massa almashinuvini keskin yaxshilaydi va shu orqali ishlab chiqarish xarajatlari hamda ishlov berish davomiyligini kamaytiradi. Shu bilan birga, sifati past moylar va yogʻlardan (masalan, chiqindi moylardan) foydalanish mumkin va biodizel sifati yaxshilanadi. Hielscher Ultrasonics har qanday ishlab chiqarish koʻlami uchun yuqori unumdorlikka ega, mustahkam ultratovushli aralashtirish reaktorlarini yetkazib beradi. Ultratovush bilan ishlov berish biodizel ishlab chiqarishingizga qanday foyda keltirishi haqida batafsil oʻqing!

Ultratovushdan foydalanib biodizel ishlab chiqarishning afzalliklari

Biodizel (yogʻ kislotasining metil efiri, qisqacha FAME) katalizator (masalan, kaliy gidroksid KOH) yordamida lipid xomashyosi (triglitseridlar, masalan, oʻsimlik moyi, ishlatilgan pazandalik moylari, hayvon yogʻlari, suv oʻtlari moyi) va spirtning (metanol, etanol) qayta eterifikatsiya reaksiyasi mahsulotidir.
Muammo: Odatiy aralashtirish qoʻllaniladigan anʼanaviy biodizelga aylantirish jarayonida moy va spirtning qayta eterifikatsiya reaksiyasidagi ikkala reagentning oʻzaro aralashmasligi massa almashinuvi tezligining past boʻlishiga olib keladi va natijada biodizel ishlab chiqarish samarasiz kechadi. Ushbu samarasizlik reaksiyaning uzoq davom etishi, metanol-moy molyar nisbatlarining yuqoriligi, katalizatorga ehtiyojning kattaligi, jarayon haroratining yuqoriligi va aralashtirish tezliklarining yuqoriligi bilan tavsiflanadi. Bu omillar xarajatlarni sezilarli oshirib, anʼanaviy biodizel ishlab chiqarishni qimmat jarayonga aylantiradi.
Yechim: Ultratovushli aralashtirish reagentlarni yuqori samarali, tez va kam xarajatli usulda emulsiyalaydi, shu sababli moy-metanol nisbatini yaxshilash mumkin, katalizatorga ehtiyoj kamayadi, reaksiya vaqti qisqaradi va reaksiya harorati pasayadi. Natijada resurslar (yaʼni kimyoviy moddalar va energiya) hamda vaqt tejaladi, ishlov berish xarajatlari kamayadi, biodizel sifati va ishlab chiqarish rentabelligi esa sezilarli yaxshilanadi. Ushbu faktlar ultratovushli aralashtirishni samarali biodizel ishlab chiqarish uchun afzal texnologiyaga aylantiradi.
Tadqiqotlar va sanoat miqyosidagi biodizel ishlab chiqaruvchilari, hatto xomashyo sifatida sifati past moylar va yogʻlardan foydalanilganda ham, ultratovushli aralashtirish biodizel ishlab chiqarishning iqtisodiy jihatdan juda tejamkor usuli ekanini tasdiqlaydi. Jarayonni ultratovush yordamida jadallashtirish aylanish darajasini sezilarli oshirib, ortiqcha metanol va katalizator sarfini kamaytiradi hamda ASTM D6751 va EN 14212 spetsifikatsiyalarining sifat talablariga javob beradigan biodizel ishlab chiqarish imkonini beradi. (qarang: Abdullah et al., 2015)

Ultratovush bilan ishlov berish yordamida triglitseridlarni biodizelga (FAME) qayta eterifikatsiyalash reaksiyaning tezlashishiga va samaradorlikning sezilarli oshishiga olib keladi.

Biodizel ishlab chiqarishda ultratovushli aralashtirishning koʻplab afzalliklari

Ultratovushli aralashtirish reaktorlarini har qanday yangi qurilmaga oson integratsiyalash, shuningdek, mavjud biodizel zavodlariga keyinchalik oʻrnatish mumkin. Hielscher ultratovushli aralashtirgichini integratsiyalash har qanday biodizel korxonasini yuqori unumdor ishlab chiqarish zavodiga aylantiradi. Oʻrnatishning soddaligi, mustahkamlik va foydalanish qulayligi (ishlatish uchun maxsus tayyorgarlik talab etilmaydi) har qanday korxonani yuqori samarali biodizel zavodiga aylantirish imkonini beradi. Quyida mustaqil uchinchi tomonlar hujjatlashtirgan afzalliklarning ilmiy jihatdan isbotlangan natijalarini taqdim etamiz. Raqamlar biodizelni ultratovushli aralashtirish har qanday anʼanaviy aralashtirish usulidan ustunligini isbotlaydi.

Texnologik sxema jarayon samaradorligini yaxshilash uchun ultratovushli aralashtirishni oʻz ichiga olgan biodizel ishlab chiqarish bosqichlarini koʻrsatadi.

Samaradorlik va xarajatlarni taqqoslash: ultratovush va mexanik aralashtirish

Gholami et al. (2021) oʻzlarining qiyosiy tadqiqotida ultratovushli qayta eterifikatsiyaning mexanik aralashtirishga (yaʼni parrakli aralashtirgich, impeller, yuqori siljishli aralashtirgichga) nisbatan afzalliklarini taqdim etadi.

Kam investitsiya xarajatlari:
UIP16000 ultratovushli ishlov berish qurilmasi va reaktori atigi 1,2m x 0,6m joy egallab, 192–384 t biodizel/d ishlab chiqarishi mumkin. Taqqoslash uchun, mexanik aralashtirish (MS) jarayonida reaksiya uzoq davom etishi sababli ancha kattaroq reaktor talab qilinadi, bu esa reaktor xarajatining sezilarli oshishiga olib keladi. (qarang: Gholami et al., 2020)
Kam ishlov berish xarajatlari:
Ultratovush yordamida biodizel ishlab chiqarishdagi ishlov berish xarajatlari aralashtirish jarayonidagidan 7,7% kam, buning asosiy sababi ultratovush bilan ishlov berish jarayoniga kiritiladigan jami investitsiyaning kamligidir. Kimyoviy moddalar (katalizator, metanol/spirt) xarajati ikkala jarayonda ham – ultratovush bilan ishlov berish va mexanik aralashtirishda – xarajatlarni oshiruvchi uchinchi eng katta omildir. Biroq biodizelga ultratovushli aylantirishda kimyoviy moddalar xarajati mexanik aralashtirishdagidan sezilarli kam. Kimyoviy moddalar xarajatining ulushi biodizelning yakuniy tannarxining taxminan 5% ini tashkil etadi. Metanol, natriy gidroksid va fosfor kislotasi sarfi kamligi tufayli ultratovushli biodizel jarayonida kimyoviy moddalar xarajati mexanik aralashtirish jarayonidagidan 2,2% kam.

Kamaytirilgan energiya xarajatlari:
Ultratovushli aralashtirish reaktori isteʼmol qiladigan energiya mexanik aralashtirgich isteʼmol qiladigan energiyadan taxminan uch baravar kam. Energiya sarfining bunday sezilarli kamayishi akustik / ultratovushli kavitatsiya hodisasini tavsiflovchi son-sanoqsiz boʻshliqlarning hosil boʻlishi va qulashidan kelib chiqadigan jadal mikroaralashtirish hamda reaksiya vaqtining qisqarishi natijasidir (Gholami et al., 2018). Bundan tashqari, anʼanaviy aralashtirgichga nisbatan ultratovushli aralashtirish jarayonida metanolni qayta olish va biodizelni tozalash bosqichlaridagi energiya sarfi mos ravishda 26,5% va 1,3% ga kamayadi. Bu kamayish ultratovushli qayta eterifikatsiya jarayonida ushbu ikkita distillatsiya kolonnasiga kiradigan metanol miqdorining kamligi bilan bogʻliq.

Chiqindilarni utilizatsiya qilish xarajatlarining keskin kamayishi:
Ultratovushli kavitatsiya texnologiyasi chiqindilarni utilizatsiya qilish xarajatlarini ham sezilarli kamaytiradi. Ultratovush bilan ishlov berish jarayonidagi bu xarajat aralashtirish jarayonidagining taxminan beshdan birini tashkil etadi, bu esa reaktordagi aylanish darajasi yuqoriligi va isteʼmol qilinadigan spirt miqdori kamligi tufayli chiqindi hosil boʻlishining sezilarli kamayishi natijasidir.
Ishlatilgan qahva quyqasidan olinadigan moylarni ultratovush yordamida biodizelga aylantirish haqida batafsil oʻqing!

Atrof-muhitga zararning kamayishi:
Umumiy samaradorlikning juda yuqoriligi, kimyoviy moddalar sarfining kamayishi, energiyaga ehtiyojning pasayishi va chiqindilarning kamayishi tufayli ultratovushli biodizel ishlab chiqarish anʼanaviy biodizel ishlab chiqarish jarayonlariga qaraganda atrof-muhitga sezilarli kamroq zarar yetkazadi.

Xulosa – ultratovush biodizel ishlab chiqarish samaradorligini yaxshilaydi

Ilmiy baholash biodizel ishlab chiqarishda ultratovushli aralashtirishning anʼanaviy mexanik aralashtirishga nisbatan yaqqol afzalliklarini koʻrsatadi. Biodizelga ultratovushli ishlov berishning afzalliklari jami kapital investitsiya, mahsulotning jami tannarxi, sof joriy qiymat va ichki daromadlilik meʼyorini oʻz ichiga oladi. Ultratovushli kavitatsiya jarayoniga kiritiladigan jami investitsiya miqdori boshqa jarayondagidan taxminan 20,8% kam ekani aniqlandi. Birlamchi kanola moyidan foydalanilganda ultratovushli reaktorlarni qoʻllash mahsulot xarajatlarini 5,2% ga kamaytirdi. Ultratovush bilan ishlov berish ishlatilgan moylarga (masalan, ishlatilgan pazandalik moylariga) ham ishlov berish imkonini bergani sababli ishlab chiqarish xarajatlarini yanada sezilarli kamaytirish mumkin. Gholami et al. (2021) sof joriy qiymatning musbatligi tufayli ultrtratovushli kavitatsiya jarayoni biodizel ishlab chiqarish uchun aralashtirish texnologiyasining yaxshiroq tanlovi degan xulosaga keladi.
Texnik nuqtayi nazardan, ultratovushli kavitatsiyaning eng muhim taʼsirlari jarayon samaradorligining sezilarli oshishi va reaksiya vaqtining qisqarishini qamrab oladi. Akustik / ultratovushli kavitatsiya deb ataladigan koʻplab vakuum pufakchalarining hosil boʻlishi va qulashi reaksiya vaqtini aralashtirgichli sigʻimli reaktordagi bir necha soatdan ultratovushli kavitatsiya reaktoridagi bir necha soniyagacha qisqartiradi. Bunday qisqa qolish vaqti kam joy egallaydigan oqimli reaktorda biodizel ishlab chiqarish imkonini beradi. Ultratovushli kavitatsiya reaktori energiya va materiallarga ehtiyojga ham ijobiy taʼsir koʻrsatib, energiya sarfini aralashtirgichli sigʻimli reaktor sarflaydigan energiyaning deyarli uchdan birigacha, metanol va katalizator sarfini esa 25% ga kamaytiradi.
Iqtisodiy nuqtayi nazardan, ultratovushli kavitatsiya jarayoniga kiritiladigan jami investitsiya mexanik aralashtirish jarayonidagidan kam, buning asosiy sababi reaktor xarajati va metanol distillatsiya kolonnasi xarajatining mos ravishda qariyb 50% va 11,6% ga kamayishidir. Ultratovushli kavitatsiya jarayoni kanola moyi sarfining 4% ga kamayishi, jami investitsiyaning kamligi, kimyoviy moddalar sarfining 2,2% kamligi va yordamchi resurslarga ehtiyojning 23,8% kamligi tufayli biodizel ishlab chiqarish xarajatlarini ham kamaytiradi. Mexanik aralashtirish qoʻllaniladigan jarayondan farqli ravishda, ultratovush bilan ishlov berish sof joriy qiymatning musbatligi, oʻzini qoplash muddatining qisqaligi va ichki daromadlilik meʼyorining yuqoriligi tufayli maqbul investitsiya hisoblanadi. Ultratovushli kavitatsiya jarayoni bilan bogʻliq texnik-iqtisodiy afzalliklardan tashqari, u mexanik aralashtirish jarayoniga qaraganda atrof-muhitga kamroq zarar yetkazadi. Ultratovushli kavitatsiya reaktordagi aylanish darajasi yuqoriligi va ushbu jarayonda spirt sarfi kamayishi tufayli chiqindi oqimlarining 80% ga kamayishiga olib keladi. (qarang: Gholami et al., 2021)

Sifati past xomashyoni juda toza biodizelga aylantiring!

Ultratovush bilan ishlov berish chiqindi oʻsimlik moylari, ishlatilgan qovurish yogʻlari, eritilgan hayvon yogʻi yoki baliq moylari kabi sifati past xomashyolarga samaraliroq ishlov berish imkonini beradi, chunki ultratovushli kavitatsiya oʻzaro aralashmaydigan moy va spirt fazalari oʻrtasida ancha yaxshiroq kontaktni taʼminlab, aralashtirishni, shuningdek, issiqlik va massa almashinuvini sezilarli yaxshilaydi. U reaksiya kinetikasini ham tezlashtiradi, shu sababli hatto ishlov berish qiyin, tarkibi oʻzgaruvchan xomashyolarni ham tezroq va toʻliqroq aylantirish mumkin.
Akustik kavitatsiya reaksiya muhitini jadallashtiradi va yuqori reaktiv radikallarning hosil boʻlishiga koʻmaklashishi mumkin, bu esa tezkor qayta eterifikatsiyani yanada qoʻllab-quvvatlaydi va sifati past xomashyolarga ishlov berishdagi odatiy kamchiliklarni yengishga yordam beradi.
Ultratovush bilan ishlov berish chiqindi moylar va yogʻlarni biodizelga qanday aylantirishini oʻqing!

Oʻzingiz tanlagan katalizatordan foydalaning

Biodizelning ultratovushli qayta eterifikatsiya jarayoni ham ishqoriy, ham asosli katalizatorlardan foydalanilganda samarali ekani isbotlangan. Masalan, Shinde va Kaliaguine (2019) turli katalizatorlar, yaʼni natriy gidroksid (NaOH), kaliy gidroksid (KOH), (CH₃ONa), tetrametil ammoniy gidroksid va toʻrtta guanidin (propil-2,3-ditsiklogeksil guanidin (PCHG), 1,3-ditsiklogeksil 2 n-oktil guanidin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidin(TMG), 1,3-difenil guanidin (DPG)) yordamida ultratovushli va mexanik parrakli aralashtirish samaradorligini taqqosladi. Ultratovushli aralashtirish (35º da) biodizel ishlab chiqarishda yuqoriroq mahsulot chiqishi va aylanish darajasi bilan mexanik aralashtirishdan (65º da) ustun ekanini koʻrsatdi. Ultratovush maydonidagi massa almashinuvining samaradorligi mexanik aralashtirishga nisbatan qayta eterifikatsiya reaksiyasi tezligini oshirdi. Sinovdan oʻtkazilgan barcha katalizatorlar uchun ultratovush bilan ishlov berish mexanik aralashtirishdan ustun keldi. Qayta eterifikatsiya reaksiyasini ultratovushli kavitatsiya bilan oʻtkazish biodizel ishlab chiqarish uchun energiya jihatidan samarali va sanoatda amalga oshirish mumkin boʻlgan muqobil usuldir. Keng qoʻllaniladigan KOH va NaOH katalizatorlaridan tashqari, ikkala guanidin katalizatori – propil-2,3 ditsiklogeksilguanidin (PCHG) va 1,3-ditsiklogeksil 2 n-oktilguanidin (DCOG) – ham biodizelga aylantirish uchun qiziqarli muqobil variantlar ekani koʻrsatilgan.
Mootabadi et al. (2010) CaO, BaO va SrO kabi turli ishqoriy metall oksidi katalizatorlaridan foydalanib, palma moyidan ultratovush yordamida biodizel sintezini tadqiq qildi. Ultratovush yordamida biodizel sintezidagi katalizator faolligi anʼanaviy magnit aralashtirish jarayoni bilan taqqoslandi va ultratovushli jarayon BaO yordamida 60 min reaksiya vaqti ichida 95,2% mahsulot chiqishini koʻrsatgani aniqlandi, buning uchun anʼanaviy aralashtirish jarayonida 3–4 h talab qilinadi. Optimal sharoitlarda ultratovush yordamidagi qayta eterifikatsiyada 95% mahsulot chiqishiga erishish uchun 60 min talab qilindi, anʼanaviy aralashtirishda esa 2–4 h kerak boʻldi. Shuningdek, ultratovush bilan 60 min ichida erishilgan mahsulot chiqishi CaO katalizator sifatida qoʻllanilganda 5,5% dan 77,3% gacha, SrO katalizator sifatida qoʻllanilganda 48,2% dan 95,2% gacha va BaO katalizator sifatida qoʻllanilganda 67,3% dan 95,2 gacha oshdi.

Turli guanidinlardan (3% mol) katalizator sifatida foydalanib biodizel ishlab chiqarish. (A) Mexanik aralashtirishli davriy reaktor: (metanol:kanola moyi) 4:1, harorat 65ºC; (B) Ultratovushli davriy reaktor: UP200St ultratovush qurilmasi, (metanol:kanola moyi) 4:1, ultratovush amplitudasi 60%, harorat 35ºC. Ultratovush yordamidagi aralashtirish mexanik aralashtirishdan ancha ustun turadi.
(Tadqiqot va grafiklar: Shinde va Kaliaguine, 2019)

Biodizelga ustun ishlov berish uchun yuqori unumdor ultratovushli reaktorlar

Hielscher Ultrasonics yuqoriroq mahsulot chiqishi, yaxshilangan sifat, qisqartirilgan ishlov berish vaqti va kamaytirilgan ishlab chiqarish xarajatlarini taʼminlaydigan, biodizel ishlab chiqarishni yaxshilashga moʻljallangan yuqori unumdor ultratovushli ishlov berish qurilmalari va reaktorlarni taklif etadi.

Kichik va oʻrta koʻlamdagi biodizel reaktorlari

9ton/hr (2900 gal/hr) gacha boʻlgan kichik va oʻrta hajmdagi biodizel ishlab chiqarish uchun Hielscher sizga quyidagi UIP500hdT (500 vatt), UIP1000hdT (1000 vatt), UIP1500hdT (1500 vatt), va UIP2000hdT (2000 vatt) ultratovushli yuqori siljishli aralashtirgich modellarini taklif etadi. Ushbu toʻrtta ultratovushli reaktor juda ixcham, ularni integratsiyalash yoki mavjud tizimga keyinchalik oʻrnatish oson. Ular ogʻir sharoitlarda katta yuklama bilan ishlash uchun yaratilgan. Quyida turli ishlab chiqarish tezliklari uchun tavsiya etiladigan reaktor konfiguratsiyalarini topasiz.

Juda katta ishlab chiqarish unumdorligiga ega sanoat biodizel reaktorlari

Sanoat miqyosida ishlov beruvchi biodizel ishlab chiqarish zavodlari uchun Hielscher quyidagi UIP4000hdT (4kW), UIP6000hdT (6kW), UIP10000 (10kW) va UIP16000hdT (16kW) ultratovushli gomogenizatorlarni taklif etadi! Ushbu ultratovushli ishlov berish qurilmalari yuqori hajmiy oqim tezliklarida uzluksiz ishlov berish uchun moʻljallangan. UIP4000hdT, UIP6000hdT va UIP10000 ni standart dengiz yuk konteynerlariga integratsiyalash mumkin. Muqobil ravishda, ishlov berish qurilmalarining barcha toʻrtta modeli zanglamaydigan poʻlat shkaflarda ham mavjud. Tik holatda oʻrnatish minimal joy talab qiladi. Quyida odatiy sanoat ishlov berish tezliklari uchun tavsiya etiladigan konfiguratsiyalarni topasiz.