Kavitatsioon kui mängu muutja biodiislikütuse tootmisel

Biodiislikütus on laialdaselt tunnustatud kui fossiilsete kütuste keskkonnahoidlikum asendaja, kuid odava, stabiilse ja väga tõhusa tootmise saavutamine on ikka veel suur takistus. Üks kõige paljulubavamaid edusammude võimaldajaid on kavitatsioon. RAPTECHi kavitatsioonitehnoloogia tekitab mikroskoopilisi aurumulle, mis varisevad suure intensiivsusega kokku, tekitades lokaalse kuumuse, nihkejõud ja võimsa mikrosegamise. See lihtne füüsikaline mehhanism võib oluliselt parandada biodiisli tootmise kõiki etappe.

• Eeltöötlus: Degummeerimine ja konditsioneerimine

Taimeõlid ja loomsed rasvad sisaldavad tavaliselt kumme, vahasid ja fosforiühendeid, mis tuleb enne biodiisliks muundamist eemaldada. Need lisandid vähendavad kütuse kvaliteeti ja kahjustavad katalüsaatoreid edasises protsessis. Kavitatsioon tagab äärmusliku segunemise ja kõrge energiaga tsoonid ("kuumad kohad"), mis lõhuvad kummide struktuuri ja vabastavad seotud fosfori. See vähendab sõltuvust kemikaalide või ensüümide lisamisest, mis viib puhtama, kiirema ja kuluefektiivsema eeltöötlemisetapi läbiviimiseni. [Jiang et al., 2013]

• Kõrge rasvasisaldusega rasvhapete sisaldavate õlide esterdamine

Sellised lähteained nagu toiduõlijäätmed või loomsed rasvad on odavad ja jätkusuutlikud, kuid sisaldavad sageli kõrgeid vabu rasvhappeid (FFA). Tavaliselt nõuavad need keerukat eeltöötlust, mis suurendab kulusid. Kavitatsioon kiirendab oluliselt FFAde ja alkoholi vahelist esterdamisreaktsiooni, vähendades FFAde taset mõne minutiga. See muudab varem probleemsed või "madala väärtusega" toorained biodiislikütuseks sobivaks, sillutades teed jäätmerasvade suuremahulisele taaskasutamisele. [Supardan et al., 2012]

• Ümberesterdamine: Põhireaktsioon

Biodiislikütuse tootmise keskmes on triglütseriidide ümberesterdamine rasvhappe metüülestriks (FAME) ja glütserooliks. Traditsiooniline segamispaagis toimuv protsess võtab aega tunde, kasutab liigset metanooli ja katalüsaatorit ning nõuab suuri seadmeid. Kavitatsioon parandab massiülekannet ja segunemist, vähendades reaktsiooniaega vaid minutiteni. Samuti vähendab see kemikaalide tarbimist ja võimaldab väiksemaid, pidevvoolureaktoreid, mis vähendab kulusid, lihtsustab mõõtmete suurendamist ja parandab protsessi tõhusust. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Eraldamine ja puhastamine

Pärast reaktsiooni lõpetamist tuleb biodiisel eraldada glütseroolist ja jääkidest. Standardmeetodid tekitavad sageli kangekaelseid emulsioone, mis aeglustavad puhastamist. Kavitatsioon vähendab kõrvalreaktsioone, seebi moodustumist ja emulsiooni stabiilsust, mille tulemuseks on palju puhtam eraldamine. See lühendab puhastusaega, vähendab ressursikasutust ja annab kvaliteetsemat biodiislit. [Rathod et al., 2017]

Hüdrodünaamilise kavitatsioonireaktori skeem, kohandatud Rathod et al. järgi,2017

• Säilitamine ja stabiilsusKui

biodiisel on toodetud, võivad tekkida probleemid seoses vähem tähtsate komponentide eraldumise, ebastabiilsuse ja ebaühtlase põlemisomadustega. Kavitatsioon pakub puhtfüüsikalist vahendit ladustatud kütuse uuesti homogeniseerimiseks. Tagades nanomõõtmelise dispersiooni ja tugeva mikrosegunemise, parandab see segu stabiilsust, tõhustab pihustamist ning vähendab põlemata süsivesinike ja tahkete osakeste hulka mootori kasutamise ajal. Uuringud on näidanud, et kavitatsioonitöötlus aitab kaasa ühtlasemale kütusele ja puhtamale põlemisele. [Dziza et al., 2012]

Kokkuvõte


Kavitatsioonitehnoloogia integreerimisega saavad biodiisli tootjad saavutada suurema saagise, laiema lähteaine paindlikkuse, madalamad tootmiskulud ja parema pikaajalise kütuse stabiilsuse. Selle asemel, et suurendada tõhusust, kujutab kavitatsioon pigem sammu muutust biodiislikütuse töötlemisel - muutes taastuvkütused konkurentsivõimelisemaks, laiendatavamaks ja jätkusuutlikumaks tulevikus.

Autor:


: Dr. Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Valitud viited

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Biodiisli tootmise optimeerimine hüdrodünaamilises kavitatsioonireaktoris, kasutades kasutatud praeõli.
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Rathod, V. K., et al. (2017).
• Biodiisli tootmine ja puhastamine kasutatud praeõlist, kasutades hüdrodünaamilist kavitatsiooni.
• Supardan et al. (2012) "Biodiisli tootmine toiduõlijäätmetest hüdrodünaamilise kavitatsiooni abil", Makara Journal of Technology: Vol. 16: Iss.
• 2, Article 10.
• Jiang, L., et al. (2013). Ultraheli abil toimuv rapsiõli ensümaatiline degummeerimine.
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). Ultraheli kiiritusprotsessi mõju RME biodiislikütuse segude oksüdatsioonistabiilsusele. Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.