تولید بیودیزل با استفاده از هموژنایزر التراسونیک

بیودیزل اغلب در راکتورهای دسته ای تولید می شود. تبدیل بیودیزل اولتراسونیک امکان پردازش مداوم خطی را فراهم می کند. فراصوت می تواند به بازدهی بیودیزل بیش از 99٪ برسد. راکتورهای اولتراسونیک زمان پردازش را از پردازش دسته ای معمولی 1 تا 4 ساعته به کمتر از 30 ثانیه کاهش می دهند. مهمتر از آن، فراصوت زمان جداسازی را از 5 تا 10 ساعت (با استفاده از هم زدن معمولی) به کمتر از 60 دقیقه کاهش می دهد. فراصوت همچنین به کاهش میزان کاتالیزور مورد نیاز تا 50 درصد به دلیل افزایش فعالیت شیمیایی در حضور کاویتاسیون کمک می کند. هنگام استفاده از فراصوت، مقدار متانول اضافی مورد نیاز نیز کاهش می یابد. مزیت دیگر افزایش خلوص گلیسیرین است. در این مقاله در خصوص تولید بیودیزل با استفاده از هموژنایزر التراسونیک صحبت خواهیم کرد.

تولید بیودیزل با استفاده از هموژنایزر اولتراسونیک به صورت مرحله به مرحله

روغن گیاهی یا چربی حیوانی با متانول (که استرهای متیل تولید می‌کند) یا اتانول (برای استرهای اتیل) و متوکسید یا هیدروکسید سدیم یا پتاسیم مخلوط می‌شود. مخلوط گرم می‌شود، به عنوان مثال، به دماهای بین ۴۵ تا ۶۵ درجه سانتی‌گراد. مخلوط گرم شده به مدت ۵ تا ۱۵ ثانیه به صورت خطی سونیک می‌شود. گلیسرین با استفاده از سانتریفیوژها جدا می‌شود. بیودیزل تبدیل شده با آب شسته می‌شود.

معمولاً، سونیکاسیون در فشار بالا (۱ تا ۳ بار، فشار سنج) با استفاده از پمپ تغذیه و یک شیر فشار برگشتی قابل تنظیم در کنار سلول جریان انجام می‌شود. تبدیل بیودیزل صنعتی به انرژی اولتراسونیک زیادی نیاز ندارد. تمام نتایج از آزمایش‌های آزمایشگاهی می‌توانند به صورت خطی و بدون هیچ مشکلی مقیاس‌پذیر شوند. مجموعه فراصوت تجهیزات پردازش بیودیزل اولتراسونیک صنعتی را تأمین می‌کند. با پردازنده‌های اولتراسونیک تا ۱۶ کیلووات قدرت برای هر دستگاه، هیچ محدودیتی در اندازه کارخانه بیودیزل یا ظرفیت پردازش وجود ندارد.

عملکرد کاویتاسیون التراسونیک

بیودیزل معمولاً در راکتورهای بچ با استفاده از گرما و مخلوط کردن مکانیکی به عنوان ورودی انرژی تولید می‌شود. مخلوط کردن کاویتاسیون اولتراسونیک یک جایگزین مؤثر برای دستیابی به مخلوط بهتر در فرآوری تجاری بیودیزل است. کاویتاسیون اولتراسونیک انرژی فعال‌سازی لازم برای ترانس‌استریفیکاسیون صنعتی بیودیزل را فراهم می‌کند.

ترانس‌استریفیکاسیون بهبود یافته با اولتراسونیک برای بیودیزل

تولید بیودیزل معمولاً شامل یک واکنش شیمیایی به نام ترانس‌استریفیکاسیون است که در آن یک تری‌گلیسرید (مانند روغن گیاهی، چربی حیوانی، روغن‌های پخت و پز مصرف شده) با یک الکل (مانند متانول) در حضور یک کاتالیزور واکنش می‌دهد تا بیودیزل (استرهای متیل اسید چرب) و گلیسرول تولید شود. راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند فرآیند ترانس‌استریفیکاسیون را به چندین روش بهبود بخشند که منجر به چندین مزیت می‌شود:

بهبود مخلوط کردن: امواج اولتراسونیک می‌توانند حباب‌های کاویتاسیونی ایجاد کنند که به شدت فرو می‌ریزند و باعث مخلوط کردن و تحریک شدید مخلوط واکنش می‌شوند. این امر منجر به تماس بهتر بین واکنش‌دهنده‌ها و کاتالیزور می‌شود که در نتیجه ترانس‌استریفیکاسیون سریع‌تر و کامل‌تر انجام می‌شود.

شتاب‌دهی به سینتیک واکنش: شرایط پرانرژی ایجاد شده توسط امواج اولتراسونیک می‌تواند واکنش را فعال کند، نرخ واکنش را افزایش دهد و زمان واکنش مورد نیاز برای رسیدن به سطح معینی از تبدیل را کاهش دهد. این می‌تواند منجر به بازدهی بالاتر و هزینه‌های کمتر شود.

کاهش مصرف کاتالیزور: راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند کارایی استفاده از کاتالیزور را با فراهم کردن سایت‌های فعال بیشتر برای واکنش بهبود بخشند. این بدان معناست که برای دستیابی به همان سطح تبدیل، کاتالیزور کمتری مورد نیاز است که هزینه‌ها و تأثیرات زیست‌محیطی را کاهش می‌دهد.

بهبود کیفیت محصول: راکتورهای اولتراسونیک می‌توانند بیودیزلی با محتوای اسید چرب آزاد کمتر، خلوص بالاتر و خواص جریان سرد بهتر تولید کنند. این به دلیل بهبود مخلوط کردن و سینتیک واکنش سریع‌تر است که تشکیل محصولات جانبی و ناخالصی‌های ناخواسته را به حداقل می‌رساند.

این مزایای فرآوری بیودیزل با اولتراسونیک استفاده از یک تنظیمات راکتور اولتراسونیک را بسیار اقتصادی می‌کند، زیرا استفاده از راکتورهای اولتراسونیک به طور قابل توجهی کارایی، سرعت و کیفیت ترانس‌استریفیکاسیون بیودیزل را بهبود می‌بخشد. به طور خلاصه، اولتراسونیکاسیون ترانس‌استریفیکاسیون را به یک فرآیند اقتصادی و زیست‌محیطی پایدارتر تبدیل می‌کند.

اولتراسونیک برای تولید بیودیزل

بیودیزل اغلب در راکتورهای بچ تولید می‌شود. تبدیل بیودیزل با اولتراسونیک امکان پردازش پیوسته در خط را فراهم می‌کند. اولتراسونیکاسیون می‌تواند به بازده بیودیزل بیش از 99٪ دست یابد. راکتورهای اولتراسونیک زمان پردازش را از 1 تا 4 ساعت پردازش بچ سنتی به کمتر از 30 ثانیه کاهش می‌دهند. مهم‌تر از همه، اولتراسونیکاسیون زمان جداسازی را از 5 تا 10 ساعت (با استفاده از تحریک سنتی) به کمتر از 60 دقیقه کاهش می‌دهد. اولتراسونیکاسیون همچنین به کاهش مقدار کاتالیزور مورد نیاز تا 50٪ کمک می‌کند، به دلیل افزایش فعالیت شیمیایی در حضور کاویتاسیون. هنگام استفاده از اولتراسونیکاسیون، مقدار متانول اضافی مورد نیاز نیز کاهش می‌یابد. یکی دیگر از مزایای آن افزایش خلوص گلیسرین است.

تولید بیودیزل با اولتراسونیک به صورت مرحله به مرحله

1. روغن گیاهی یا چربی حیوانی با متانول (که استرهای متیل را تشکیل می‌دهد) یا اتانول (برای استرهای اتیل) و متوکسید یا هیدروکسید سدیم یا پتاسیم مخلوط می‌شود.

2. مخلوط گرم می‌شود، به عنوان مثال به دماهای بین 45 تا 65 درجه سانتی‌گراد.

3. مخلوط گرم شده به مدت 5 تا 15 ثانیه به صورت خطی سونیک می‌شود.

4. گلیسرین جدا می‌شود یا با استفاده از سانتریفیوژها جدا می‌شود.

5. بیودیزل تبدیل شده با آب شسته می‌شود.