Thiết bị phản ứng siêu âm để sản xuất diesel sinh học

Thiết bị phản ứng siêu âm cải thiện động học phản ứng hóa học của quá trình chuyển hóa tạo diesel sinh học. Điều này giúp phản ứng trao đổi este diễn ra nhanh hơn, đạt hiệu suất chuyển hóa cao hơn và tiết kiệm lượng metanol dư cũng như chất xúc tác. Hielscher chế tạo thiết bị phản ứng trộn bằng siêu âm để sản xuất diesel sinh học ở mọi quy mô. Các thiết bị phản ứng siêu âm có thiết kế nhỏ gọn, dễ lắp đặt và hoạt động rất hiệu quả.

Tăng sản lượng và đẩy nhanh quá trình sản xuất diesel sinh học bằng siêu âm công suất cao

Diesel sinh học là nhiên liệu tái tạo, cháy sạch, được sản xuất từ dầu thực vật, mỡ động vật hoặc dầu ăn thải. Nhiên liệu này có thể được sản xuất thông qua phản ứng trao đổi este, trong đó triglyceride được chuyển hóa thành các metyl este của axit béo (FAMEs) bằng cách sử dụng một loại ancol và chất xúc tác. Một cách để đẩy nhanh phản ứng trao đổi este là sử dụng sóng siêu âm, có thể tăng cường sự trộn và truyền khối của các chất phản ứng, đồng thời thúc đẩy sự phá vỡ các giọt dầu và sự phân tán chất xúc tác.
Máy siêu âm dạng đầu dò, còn được gọi là sonotrode, là thiết bị tạo ra sóng âm tần số cao (thường trong khoảng từ 20 kHz đến 30 kHz) bằng cách làm rung một thanh titan. Sóng siêu âm lan truyền qua chất lỏng và tạo ra các vùng áp suất cao và áp suất thấp, khiến các bọt khí xâm thực hình thành và sụp đổ nhanh chóng. Sự sụp đổ của các bọt khí tạo ra hiện tượng gia nhiệt và làm nguội cục bộ mạnh, lực cắt lớn và sóng xung kích, có thể làm tăng tốc độ phản ứng và hiệu quả của quá trình trao đổi este.

Trong video hướng dẫn này, chúng tôi giới thiệu cơ sở khoa học về cách thiết bị phản ứng siêu âm giúp cải thiện đáng kể quá trình sản xuất diesel sinh học. Thiết bị phản ứng siêu âm Hielscher dùng cho diesel sinh học đã được khẳng định là công cụ mạnh mẽ để nâng cao hiệu quả quy trình sản xuất diesel sinh học. Trong hướng dẫn này, chúng tôi trình bày chi tiết nguyên lý hoạt động và giới thiệu các cấu hình siêu âm khác nhau phù hợp với mọi quy mô sản xuất. Nâng cao hiệu quả sản xuất và hiệu quả chi phí, đồng thời thu được nhiều diesel sinh học chất lượng cao hơn nhờ quá trình chuyển hóa nhanh. Đồng thời, thiết bị phản ứng siêu âm dùng cho diesel sinh học cho phép sử dụng dầu chất lượng thấp như dầu thực vật thải hoặc mỡ nấu ăn đã qua sử dụng, đồng thời giúp tiết kiệm methanol và chất xúc tác, góp phần sản xuất diesel sinh học bền vững và thân thiện với môi trường.

Ưu điểm của việc sản xuất diesel sinh học bằng siêu âm

Các ưu điểm của việc sử dụng máy siêu âm dạng đầu dò để tổng hợp diesel sinh học bao gồm:

Tốc độ phản ứng nhanh hơn: Sóng siêu âm có thể tăng cường sự truyền khối của các chất phản ứng và đẩy nhanh phản ứng trao đổi este, giảm thời gian phản ứng và tăng hiệu suất thu diesel sinh học.
Hiệu suất và độ tinh khiết cao hơn: Quá trình sản xuất diesel sinh học bằng siêu âm cải thiện sự phân tán chất xúc tác và tính đồng nhất của hỗn hợp phản ứng, giúp đạt hiệu suất thu diesel sinh học và độ tinh khiết cao hơn.
Nguyên liệu giá rẻ : Bằng cách sử dụng siêu âm, bạn có thể sử dụng nguyên liệu có chất lượng thấp nhất – chẳng hạn như dầu ăn thải, mỡ động vật thải và dầu không ăn được – và chuyển hóa chúng thành diesel sinh học chất lượng cao. Đọc thêm!
Mức tiêu thụ năng lượng thấp hơn: Việc xử lý bằng siêu âm làm giảm năng lượng cần thiết để trộn và gia nhiệt hỗn hợp phản ứng, cũng như lượng chất xúc tác cần dùng, giúp quá trình bền vững hơn và tiết kiệm chi phí hơn. Đọc thêm!
Tính linh hoạt và khả năng mở rộng quy mô: Máy siêu âm dạng đầu dò và thiết bị phản ứng của Hielscher có thể được sử dụng để sản xuất diesel sinh học ở cả quy mô nhỏ lẫn quy mô lớn, đồng thời có thể dễ dàng tích hợp vào các quy trình sản xuất hiện có.

Tóm lại, điều này có nghĩa là việc sử dụng máy siêu âm và thiết bị phản ứng siêu âm của Hielscher để tổng hợp diesel sinh học mang lại những lợi ích đáng kể về tốc độ phản ứng, hiệu suất, độ tinh khiết, mức tiêu thụ năng lượng và khả năng mở rộng quy mô, khiến công nghệ này mang lại lợi nhuận cho hoạt động sản xuất nhiên liệu tái tạo một cách bền vững.

Thiết bị phản ứng siêu âm giúp giảm chi phí và tăng hiệu suất thu diesel sinh học

Quá trình nhũ hóa bằng siêu âm sử dụng tác động cắt mạnh do hiện tượng xâm thực tạo ra bởi máy đồng hóa siêu âm trong thiết bị phản ứng siêu âm trên đường ống Metanol dư và chất xúc tác là những yếu tố chi phí đáng kể trong sản xuất diesel sinh học. Thiết bị phản ứng siêu âm của Hielscher sử dụng lực cắt mạnh do xâm thực để trộn metanol với nguyên liệu của bạn. Điều này tạo ra các giọt metanol nhỏ hơn nhiều, giúp sử dụng metanol và chất xúc tác hiệu quả hơn. Do đó, lượng metanol dư và lượng chất xúc tác cần dùng đều ít hơn. Ngoài ra, hiện tượng xâm thực tác động đến động học phản ứng, giúp phản ứng trao đổi este diễn ra nhanh hơn và hoàn toàn hơn.

Việc sử dụng thiết bị phản ứng siêu âm để sản xuất diesel sinh học được khuyến nghị cho công suất sản xuất trên 0,25 tấn diesel sinh học mỗi giờ. Hielscher cung cấp các thiết bị phản ứng siêu âm có công suất lên đến 16 tấn/giờ (5100 gallon/giờ) cho mỗi thiết bị. Bạn có thể kết hợp nhiều thiết bị phản ứng để đáp ứng công suất quy trình của mình. Bạn có thể bổ sung thêm thiết bị phản ứng sau này khi mở rộng công suất sản xuất. Chúng tôi sẵn lòng đề xuất cấu hình thiết bị phản ứng diesel sinh học phù hợp nhất với bố trí nhà máy và công suất quy trình của bạn.

Thiết bị phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học quy mô nhỏ và vừa

Đối với các hệ thống sản xuất diesel sinh học quy mô nhỏ và vừa có công suất lên đến 9 tấn/giờ (2900 gallon/giờ), Hielscher cung cấp cho bạn UIP500hdT (500 oát), UIP1000hdT (1000 oát), UIP1500hdT (1500 oát) hoặc UIP2000hdT (2000 oát). Bốn thiết bị phản ứng siêu âm trong dòng chảy này rất nhỏ gọn, dễ tích hợp hoặc lắp bổ sung vào hệ thống hiện có. Chúng được chế tạo để vận hành với cường độ cao trong môi trường khắc nghiệt. Dưới đây là các cấu hình thiết bị phản ứng được khuyến nghị cho nhiều mức năng suất sản xuất.

	tấn/giờ	gallon/giờ
1x UIP500hdT	0,25 đến 0,5	80 đến 160
1x UIP1000hdT	0,5 đến 1,0	160 đến 320
1x UIP1500hdT	0,75 đến 1,5	240 đến 480
1x UIP2000hdT	1,0 đến 2,0	320 đến 640
2x UIP1500hdT	1,5 đến 3,0	480 đến 960
2x UIP2000hdT	2,0 đến 4,0	640 đến 1280
4x UIP1500hdT	3,0 đến 6,0	960 đến 1920
4x UIP2000hdT	4 đến 8	1280 đến 2560

Thiết bị phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học ở quy mô công nghiệp toàn diện

Đối với các nhà máy sản xuất diesel sinh học công nghiệp, Hielscher cung cấp UIP4000hdT (4000 oát), UIP6000hdT (6000 oát), UIP10000hdT (10.000 oát) và UIP16000hdT (16.000 oát). Các máy đồng hóa siêu âm này đi kèm thiết bị phản ứng trong dòng chảy, được thiết kế để sản xuất diesel sinh học liên tục ở lưu lượng cao. Cả bốn máy đồng hóa siêu âm đều có phiên bản đặt trong tủ thép không gỉ. Việc lắp đặt theo phương thẳng đứng chỉ cần diện tích sàn tối thiểu khi lắp mới hoặc lắp bổ sung vào hệ thống hiện có. Dưới đây là các cấu hình được khuyến nghị cho các mức năng suất xử lý công nghiệp điển hình.

	tấn/giờ	gallon/giờ
3x UIP4000hdT	6,0 đến 12,0	1920 đến 3840
5x UIP4000hdT	10,0 đến 20,0	3200 đến 6400
3x UIP10000hdT	15,0 đến 30,0	4800 đến 9600
3x UIP16000hdT	24,0 đến 48,0	7680 đến 15.360
5x UIP16000hdT	40,0 đến 80,0	12.800 đến 25.600

Trộn dầu và methanol bằng siêu âm trong dòng chảy

Các thiết bị phản ứng trộn bằng siêu âm thay thế máy khuấy bồn và các máy trộn cắt động khác. Nhìn chung, các thiết bị phản ứng siêu âm sản xuất diesel sinh học được lắp đặt để trộn hai dòng nguyên liệu cấp: dầu và methanol (có chất xúc tác). Để thực hiện điều này, hỗn hợp được trộn sơ bộ được bơm qua thiết bị phản ứng siêu âm trong dòng chảy, nơi hiện tượng xâm thực siêu âm trộn và nhũ hóa cả hai chất phản ứng trong vòng 2 đến 10 giây. Đây là quy trình trộn trong dòng chảy. Khi hỗn hợp ra khỏi thiết bị phản ứng có buồng dòng chảy, glycerin sẽ tách ra nhờ trọng lực trong thời gian dưới 60 phút. Ngoài ra, bạn có thể đưa hỗn hợp đã xử lý siêu âm vào máy ly tâm sau vài phút phản ứng. Việc trộn trong dòng chảy làm giảm số lượng và thể tích bồn sử dụng so với xử lý theo mẻ thông thường. Điều này cải thiện hiệu quả sử dụng vốn.

Sơ đồ quy trình thể hiện quá trình sản xuất biodiesel ở chế độ dòng chảy liên tục. Siêu âm có thể cải thiện đáng kể quá trình este hóa và chuyển este hóa.

Quá trình este hóa và trao đổi este bằng siêu âm có thể được thực hiện theo mẻ hoặc liên tục trong dòng chảy. Sơ đồ cho thấy quy trình trao đổi este sản xuất diesel sinh học (FAME) bằng siêu âm trong dòng chảy.

Liên hệ với chúng tôi! / Đặt câu hỏi cho chúng tôi!

Chủ đề liên quan

Tài liệu / Tài liệu tham khảo

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

Câu hỏi thường gặp

Có thể sử dụng những nguyên liệu nào để sản xuất diesel sinh học?

Nguyên liệu dùng để sản xuất biodiesel bao gồm dầu thực vật tinh luyện, dầu không dùng làm thực phẩm, dầu thực vật thải, dầu ăn thải, mỡ chiên đã qua sử dụng, mỡ động vật như mỡ bò và một số loại dầu cá, với điều kiện triglyceride hoặc axit béo tự do trong các nguyên liệu này có thể được chuyển hóa thành este biodiesel. Xử lý bằng siêu âm giúp tăng cường sự trộn lẫn giữa pha dầu và pha cồn vốn không hòa tan vào nhau, nhờ đó ngay cả nguyên liệu chất lượng thấp và có đặc tính biến động cũng trở nên phù hợp hơn cho quá trình trao đổi este hiệu quả.

Sử dụng nguyên liệu chất lượng kém để sản xuất biodiesel bằng phản ứng trao đổi este gặp những thách thức gì?

Những thách thức chính khi sử dụng nguyên liệu chất lượng kém trong quá trình trao đổi este để sản xuất biodiesel là thành phần biến động, tạp nhiễm, hàm lượng nước, lipid bị phân hủy, độ nhớt cao hơn và đặc tính pha phức tạp hơn; tất cả những yếu tố này đều có thể làm giảm hiệu suất chuyển hóa, thúc đẩy sự hình thành xà phòng và làm chậm quá trình tách biodiesel khỏi glycerol. Xử lý bằng siêu âm giúp khắc phục những hạn chế này bằng cách cải thiện sự truyền nhiệt và truyền khối thông qua hiện tượng xâm thực, đồng thời tăng tốc động học phản ứng trong các hệ nguyên liệu khó xử lý. Tìm hiểu cách xử lý bằng siêu âm tác động tích cực đến quá trình trao đổi este để chuyển hóa nguyên liệu chất lượng kém thành biodiesel chất lượng cao!

Những yếu tố nào chi phối chi phí trong quá trình sản xuất biodiesel?

Các yếu tố chính chi phối chi phí trong quá trình sản xuất biodiesel là chi phí nguyên liệu, mức tiêu thụ methanol và chất xúc tác, nhu cầu năng lượng, thời gian phản ứng, công sức cần thiết cho việc tách và tinh chế, cùng năng suất xử lý tổng thể của nhà máy, trong đó nguyên liệu thường là thành phần chi phí lớn nhất. Xử lý bằng siêu âm giúp giảm chi phí xử lý bằng cách rút ngắn thời gian phản ứng, cải thiện khả năng chuyển hóa và tăng tốc độ tách pha, qua đó có thể giảm mức sử dụng năng lượng và tăng năng suất xử lý. Đọc thêm về sản xuất biodiesel hiệu quả về chi phí và năng lượng bằng thiết bị phản ứng siêu âm!