Yuqori jarayon va iqtisodiy samaradorlik bilan biodizel ishlab chiqarish

Ultrasonik aralashtirish yuqori samarali va tejamkor biodizel ishlab chiqarish uchun yuqori texnologiyadir. Ultrasonik kavitatsiya massa uzatishni sezilarli darajada yaxshilaydi va shu bilan ishlab chiqarish xarajatlarini va qayta ishlash muddatini kamaytiradi. Shu bilan birga, sifatsiz yog'lar va yog'lar (masalan, chiqindi yog'lar) ishlatilishi mumkin va biodizel sifati yaxshilanadi. Hielscher Ultrasonics har qanday ishlab chiqarish miqyosi uchun yuqori samarali, mustahkam ultratovushli aralashtirish reaktorlarini etkazib beradi. Biyodizel ishlab chiqarishingiz sonicationdan qanday foyda olishini ko'proq o'qing!

Ultratovush yordamida biodizel ishlab chiqarishning afzalliklari

Biodizel (yog 'kislotasi metil efiri, qisqartma. FAME) lipid xomashyosi (triglitseridlar, masalan, o'simlik yog'i, ishlatilgan ovqat yog'lari, hayvon yog'lari, suv o'tlari yog'i) va spirtning (metanol, etanol) katalizator yordamida transesterifikatsiya reaktsiyasi mahsulotidir. (masalan, kaliy gidroksid KOH).
Muammo: An'anaviy aralashtirish yordamida an'anaviy biodizel konvertatsiyasida neft va spirtning transesterifikatsiya reaktsiyasining ikkala reaktivining aralashib bo'lmaydigan tabiati past massa uzatish tezligiga olib keladi, natijada samarasiz biodizel ishlab chiqariladi. Ushbu samarasizlik uzoq reaktsiya vaqtlari, yuqori metanol-moy nisbati, yuqori katalizator talablari, yuqori jarayon harorati va yuqori aralashtirish tezligi bilan tavsiflanadi. Bu omillar an'anaviy biodizel ishlab chiqarishni qimmat jarayonga aylantiradigan muhim xarajat omillaridir.
Yechim: Ultrasonik aralashtirish reaktivlarni yuqori samarali, tez va arzon narxlarda emulsiya qiladi, shuning uchun neft-metanol nisbati yaxshilanadi, katalizator talablari kamayadi, reaksiya vaqti va reaksiya harorati pasayadi. Shunday qilib, resurslar (ya'ni, kimyoviy moddalar va energiya), shuningdek, vaqt tejaladi, qayta ishlash tannarxi kamayadi, biodizel sifati va ishlab chiqarish rentabelligi sezilarli darajada yaxshilanadi. Bu faktlar ultratovushli aralashtirishni samarali biodizel ishlab chiqarish uchun afzal qilingan texnologiyaga aylantiradi.
Tadqiqot va sanoat biodizel ishlab chiqaruvchilari ultratovushli aralashtirish biodizel ishlab chiqarishning yuqori tejamkor usuli ekanligini tasdiqlaydi, hatto sifatsiz yog'lar va yog'lar xom ashyo sifatida ishlatilganda ham. Ultrasonik jarayonning kuchayishi konversiya tezligini sezilarli darajada yaxshilaydi, ortiqcha metanol va katalizatordan foydalanishni kamaytiradi, bu esa ASTM D6751 va EN 14212 spetsifikatsiyalarining sifat standartiga javob beradigan biodizel ishlab chiqarish imkonini beradi. (Qarang: Abdulloh va boshqalar, 2015)

Sonikatsiya yordamida triglitseridlarni biodizelga (FAME) transesterifikatsiya qilish reaktsiyani tezlashtiradi va samaradorlikni sezilarli darajada oshiradi.

Biodizel ishlab chiqarishda ultratovushli aralashtirishning ko'plab afzalliklari

Ultrasonik aralashtirish reaktorlari har qanday yangi o'rnatishga osongina qo'shilishi mumkin, shuningdek mavjud biodizel zavodlariga retro-o'rnatilgan. Hielscher ultratovushli mikserining integratsiyasi har qanday biodizel inshootini yuqori samarali ishlab chiqarish zavodiga aylantiradi. Oddiy o'rnatish, mustahkamlik va foydalanuvchilarga qulaylik (ishlash uchun maxsus tayyorgarlik talab etilmaydi) har qanday ob'ektni yuqori samarali biodizel zavodiga yangilash imkonini beradi. Quyida biz sizga mustaqil uchinchi tomonlar tomonidan hujjatlashtirilgan afzalliklarning ilmiy jihatdan tasdiqlangan natijalarini taqdim etamiz. Raqamlar ultratovushli biodizel aralashtirishning har qanday an'anaviy aralashtirish texnikasidan ustunligini isbotlaydi.

Oqim diagrammasi biodizel ishlab chiqarish bosqichlarini, shu jumladan jarayon samaradorligini oshirish uchun ultratovushli aralashtirishni ko'rsatadi.

Samaradorlik va xarajatlarni taqqoslash: ultratovush va mexanik aralashtirish

Gʻolomiy va boshqalar. (2021) o'zlarining qiyosiy tadqiqotida ultratovushli transesterifikatsiyaning mexanik aralashtirishga nisbatan afzalliklarini taqdim etadilar (ya'ni, pichoqli aralashtirgich, pervanel, yuqori kesish mikser).
Investitsion xarajatlar: Ultrasonik protsessor va UIP16000 reaktori atigi 1,2mx 0,6m oyoq izi bilan 192–384 t biodizel/kun ishlab chiqarishi mumkin. Taqqoslash uchun, mexanik aralashtirish (MS) uchun mexanik aralashtirish jarayonida uzoq reaksiya vaqti tufayli ancha katta reaktor talab qilinadi, bu esa reaktor narxining sezilarli darajada oshishiga olib keladi. (qarang. Gʻolomiy va boshqalar, 2020)
Qayta ishlash xarajatlari: Ultrasonik biodizel ishlab chiqarish uchun qayta ishlash xarajatlari aralashtirish jarayoniga qaraganda 7,7% past, asosan sonikatsiya jarayoni uchun umumiy investitsiyalarning pastligi sababli. Kimyoviy moddalarning narxi (katalizator, metanol/spirt) har ikkala jarayonda ham, sonikatsiya va mexanik aralashtirishda uchinchi eng katta xarajat omilidir. Biroq, ultratovushli biodizel konvertatsiyasi uchun kimyoviy xarajatlar mexanik aralashtirishga qaraganda ancha past bo'ladi. Kimyoviy moddalar uchun xarajatlar ulushi taxminan. Yakuniy biodizel narxining 5%. Metanol, natriy gidroksid va fosfor kislotasining kam iste'moli tufayli ultratovushli biodizel jarayonida kimyoviy moddalar narxi mexanik aralashtirish jarayoniga qaraganda 2,2% past.
Energiya xarajatlari: Ultrasonik aralashtirish reaktori tomonidan iste'mol qilinadigan energiya mexanik aralashtirgichga qaraganda taxminan uch baravar kam. Energiya iste'molining sezilarli darajada qisqarishi akustik / ultratovushli kavitatsiya fenomenini tavsiflovchi son-sanoqsiz bo'shliqlarning paydo bo'lishi va qulashi natijasida kuchli mikro-aralash va qisqargan reaktsiya vaqtining mahsulidir (Gholami va boshqalar, 2018). Bundan tashqari, an'anaviy aralashtirgich bilan solishtirganda, ultratovushli aralashtirish jarayonida metanolni qayta tiklash va biodizelni tozalash bosqichlari uchun energiya sarfi mos ravishda 26,5% va 1,3% ga kamayadi. Ushbu pasayish ultratovushli transesterifikatsiya jarayonida ushbu ikkita distillash ustuniga kiradigan metanolning kamroq miqdori bilan bog'liq.
Chiqindilarni yo'q qilish xarajatlari: Ultrasonik kavitatsiya texnologiyasi ham chiqindilarni yo'q qilish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytiradi. Sonikatsiya jarayonidagi bu xarajat aralashtirish jarayonining taxminan beshdan bir qismini tashkil etadi, bu reaktorning yuqori konversiyasi va iste'mol qilinadigan alkogol miqdorining pastligi tufayli chiqindilarni ishlab chiqarishning sezilarli darajada kamayishi natijasida yuzaga keladi.
Sarflangan qahva maydonlaridan yog'larni ultratovushli biodizelga aylantirish haqida ko'proq o'qing!
Ekologik tozalik: Juda yuqori umumiy samaradorlik, kimyoviy iste'molni kamaytirish, energiya talablarini kamaytirish va chiqindilarni kamaytirish tufayli ultratovushli biodizel ishlab chiqarish an'anaviy biodizel ishlab chiqarish jarayonlariga qaraganda ancha ekologik toza.

Xulosa – Ultrasonik biodizel ishlab chiqarish samaradorligini oshiradi

Ilmiy baholash ultratovushli aralashtirishning biodizel ishlab chiqarish uchun an'anaviy mexanik aralashtirishga nisbatan aniq afzalliklarini ko'rsatadi. Ultrasonik biodizelni qayta ishlashning afzalliklari jami kapital qo'yilmalarni, mahsulotning umumiy qiymatini, sof joriy qiymatni va ichki daromad darajasini o'z ichiga oladi. Ultrasonik kavitatsiya jarayoniga jami investitsiyalar miqdori boshqalarnikidan taxminan 20,8% past ekanligi aniqlandi. Ultrasonik reaktorlardan foydalanish mahsulot tannarxini 5,2 foizga qisqartirdi. – bokira kanola yog'idan foydalanish. Sonikatsiya ishlatilgan yog'larni (masalan, ishlatilgan yog'larni) qayta ishlashga imkon berganligi sababli, ishlab chiqarish xarajatlarini sezilarli darajada kamaytirish mumkin. Gʻolomiy va boshqalar. (2021) ijobiy sof hozirgi qiymat tufayli ultratovushli kavitatsiya jarayoni biodizel ishlab chiqarish uchun aralashtirish texnologiyasining eng yaxshi tanlovi degan xulosaga kelishdi.
Texnik nuqtai nazardan, ultratovushli kavitatsiyaning eng muhim ta'siri jarayonning sezilarli samaradorligini va reaktsiya vaqtini qisqartirishni o'z ichiga oladi. Ko'p sonli vakuum pufakchalarining shakllanishi va qulashi – akustik / ultratovushli kavitatsiya sifatida tanilgan – reaksiya vaqtini aralashtirgichli tank reaktoridagi bir necha soatdan ultratovushli kavitatsiya reaktorida bir necha soniyagacha qisqartirish. Bu qisqa yashash vaqti kichik maydonga ega bo'lgan oqim reaktorida biodizel ishlab chiqarish imkonini beradi. Ultrasonik kavitatsiya reaktori energiya va materiallarga bo'lgan talablarga ham foydali ta'sir ko'rsatadi, bu esa energiya sarfini aralashtirgichli reaktor tomonidan iste'mol qilinadigan energiyaning deyarli uchdan bir qismiga va metanol va katalizator iste'molini 25% ga kamaytiradi.
Iqtisodiy nuqtai nazardan, ultratovushli kavitatsiya jarayonining umumiy sarmoyasi mexanik aralashtirish jarayonidan past bo'lib, asosan reaktor narxining deyarli 50% va 11,6% ga kamayishi va metanol distillash kolonnasi narxining pasayishi bilan bog'liq. Ultrasonik kavitatsiya jarayoni kanola yog'i iste'molini 4% ga kamaytirish, umumiy investitsiyalarni kamaytirish, kimyoviy moddalar iste'molini 2,2% kamaytirish va kommunal xizmatlarga bo'lgan talablarni 23,8% kamaytirish hisobiga biodizel ishlab chiqarish xarajatlarini ham kamaytiradi. Mexanik aralashtirilgan jarayondan farqli o'laroq, ultratovushli ishlov berish o'zining ijobiy sof joriy qiymati, qisqaroq to'lov muddati va yuqori ichki daromad darajasi tufayli maqbul investitsiya hisoblanadi. Ultrasonik kavitatsiya jarayoni bilan bog'liq texno-iqtisodiy imtiyozlarga qo'shimcha ravishda, mexanik aralashtirish jarayoniga qaraganda ekologik jihatdan qulayroqdir. Ultrasonik kavitatsiya natijasida reaktorda yuqori konversiya va bu jarayonda spirtli ichimliklar iste'moli kamayganligi sababli chiqindi oqimlarining 80% ga qisqarishiga olib keladi. (Qarang: Gʻolomiy va boshqalar, 2021)

Siz tanlagan katalizatordan foydalaning

Biodizelning ultratovushli transesterifikatsiya jarayoni ishqoriy yoki asosiy katalizatorlardan foydalangan holda samarali ekanligi isbotlangan. Masalan, Shinde va Kaliaguine (2019) turli katalizatorlar, xususan, natriy gidroksidi (NaOH), kaliy gidroksid (KOH), (CH) yordamida ultratovushli va mexanik pichoqni aralashtirish samaradorligini solishtirdilar.₃ONa), tetrametil ammoniy gidroksid va to'rtta guanidin (Propil-2,3-disikloheksil guanidin (PCHG), 1,3-disiklogeksil 2 n-oktil guanidin (DCOG), 1,1,3,3-tetrametil guanidin (TMG), 1,3-difenil guanidin (DPG)). Ultrasonik aralashtirish (35º da) biodizel ishlab chiqarish uchun yuqori rentabellik va konversiya tezligi bilan mexanik aralashtirishdan (65º da) ustundir. Ultratovush maydonida massa o'tkazish samaradorligi mexanik aralashtirish bilan solishtirganda transesterifikatsiya reaktsiyasining tezligini oshirdi. Sonication barcha sinovdan o'tgan katalizatorlar uchun mexanik aralashtirishdan ustun keldi. Transesterifikatsiya reaktsiyasini ultratovushli kavitatsiya bilan o'tkazish biodizel ishlab chiqarish uchun energiya tejamkor va sanoat jihatdan qulay alternativ hisoblanadi. Keng qo'llaniladigan KOH va NaOH katalizatorlaridan tashqari, ikkala guanidin katalizatori, propil-2,3 disiklogeksilguanidin (PCHG) va 1,3-disiklogeksil 2 n-oktilguanidin (DCOG) ham biodizelni aylantirish uchun qiziqarli alternativalar sifatida ko'rsatilgan.
Mootabadi va boshqalar. (2010) CaO, BaO va SrO kabi turli ishqoriy metal oksidi katalizatorlari yordamida palma yog'idan ultratovush yordamida biodizel sintezini o'rganib chiqdi. Ultratovush yordamida biodizel sintezida katalizatorning faolligi an'anaviy magnit aralashtirish jarayoni bilan solishtirildi va ultratovush jarayoni 60 daqiqa reaktsiya vaqtida BaO dan foydalangan holda 95,2% rentabellikni ko'rsatdi, aks holda bu jarayonda 3-4 soat davom etadi. an'anaviy aralashtirish jarayoni. Optimal sharoitlarda ultratovush yordamida transesterifikatsiya qilish uchun an'anaviy aralashtirish bilan 2-4 soatga nisbatan 95% rentabellikka erishish uchun 60 daqiqa kerak bo'ldi. Shuningdek, ultratovush yordamida 60 daqiqada erishilgan rentabellik katalizator sifatida CaO dan foydalangan holda 5,5% dan 77,3% gacha, katalizator sifatida SrO dan foydalanganda 48,2% dan 95,2% gacha va katalizator sifatida BaO dan 67,3% dan 95,2 gacha ko'tarildi.

Katalizator sifatida turli xil guanidinlar (3% mol) yordamida biodizel ishlab chiqarish. (A) Mexanik aralashtirgich: (metanol: kanola moyi) 4:1, harorat 65ºC; (B) ultratovushli partiyali reaktor: ultratovush apparati UP200St, (metanol: kanola yog'i) 4:1, 60% AQSh amplitudasi, harorat 35ºC. Ultratovush yordamida aralashtirish mexanik aralashtirishdan ancha ustundir.
(O'rganish va grafiklar: Shinde va Kaliaguine, 2019)

Yuqori samarali biodizelni qayta ishlash uchun yuqori samarali ultratovushli reaktorlar

Hielscher Ultrasonics biodizel ishlab chiqarishni yaxshilash uchun yuqori samarali ultratovushli protsessorlar va reaktorlarni taklif etadi, bu esa yuqori rentabellik, sifatni yaxshilash, ishlov berish vaqtini qisqartirish va ishlab chiqarish xarajatlarini kamaytirish imkonini beradi.

Kichik va o'rta miqyosdagi biodizel reaktorlari

9ton/soat (2900 gal/soat) gacha bo'lgan kichik va o'rta hajmdagi biodizel ishlab chiqarish uchun Hielscher sizga taklif qiladi. UIP500hdT (500 vatt), UIP1000hdT (1000 vatt), UIP1500hdT (1500 vatt), va UIP2000hdT (2000 vatt) ultratovushli yuqori kesish mikser modellari. Ushbu to'rtta ultratovushli reaktor juda ixcham, integratsiya qilish yoki qayta o'rnatish oson. Ular og'ir sharoitlarda og'ir ish uchun qurilgan. Quyida bir qator ishlab chiqarish stavkalari uchun tavsiya etilgan reaktor sozlamalarini topasiz.

Juda katta quvvatli sanoat biodizel reaktorlari

Sanoatda qayta ishlash uchun biodizel ishlab chiqarish zavodlari Hielscher taklif qiladi UIP4000hdT (4kVt), UIP6000hdT (6kVt), UIP10000 (10kVt) va UIP16000hdT (16kVt) ultratovushli gomogenizatorlar! Ushbu ultratovushli protsessorlar yuqori oqim tezligini uzluksiz qayta ishlash uchun mo'ljallangan. UIP4000hdT, UIP6000hdT va UIP10000 standart dengiz yuk konteynerlariga birlashtirilishi mumkin. Shu bilan bir qatorda, barcha to'rtta protsessor modeli zanglamaydigan po'latdan yasalgan shkaflarda mavjud. Tik o'rnatish minimal bo'sh joyni talab qiladi. Quyida odatiy sanoat qayta ishlash stavkalari uchun tavsiya etilgan sozlamalarni topasiz.