Kavitacija kaip žaidimo pokytis biodyzelino gamyboje

Biodyzelinas plačiai pripažįstamas kaip ekologiškesnis iškastinio kuro pakaitalas, tačiau pasiekti, kad jo gamyba būtų nebrangi, stabili ir labai efektyvi, vis dar yra didelė kliūtis. Vienas iš perspektyviausių pažangos veiksnių yra kavitacija. RAPTECH kavitacijos technologija sukuria mikroskopinius garų burbuliukus, kurie suyra labai intensyviai, sukurdami vietinį kaitinimą, šlyties jėgas ir galingą mikromaišymą. Šis paprastas fizikinis mechanizmas gali smarkiai patobulinti kiekvieną biodyzelino gamybos etapą.

• Pirminis apdorojimas: Atšviežinimas ir kondicionavimas

Augaliniuose aliejuose ir gyvuliniuose riebaluose paprastai yra dervų, vaškų ir fosforo junginių, kuriuos reikia pašalinti prieš paverčiant biodyzelinu. Šios priemaišos blogina degalų kokybę ir kenkia katalizatoriams tolesniuose proceso etapuose. Kavitacija užtikrina ekstremalų maišymą ir didelės energijos zonas ("karštus taškus"), kurie suardo dervų struktūras ir išlaisvina surištą fosforą. Dėl to mažiau reikia papildomų cheminių medžiagų ar fermentų, todėl pirminio apdorojimo etapas tampa švaresnis, greitesnis ir ekonomiškesnis. [Jiang et al., 2013]

• Didelio riebumo aliejų esterinimas

Tokios žaliavos, kaip maistinių riebalų atliekos ar gyvūniniai riebalai, yra nebrangios ir tvarios, tačiau jose dažnai būna didelis laisvųjų riebalų rūgščių (LFA) kiekis. Paprastai jiems reikia sudėtingo pirminio apdorojimo, o tai didina sąnaudas. Kavitacija smarkiai pagreitina esterinimo reakciją tarp riebalų rūgščių ir alkoholio, todėl riebalų rūgščių kiekis sumažėja per kelias minutes. Dėl to anksčiau problemiškos arba "mažavertės" žaliavos tampa tinkamos biodyzelinui gaminti ir atveria kelią pakartotiniam riebalų atliekų panaudojimui plačiu mastu. [Supardan et al., 2012]

• Transesterifikacija: Pagrindinė reakcija

Biodyzelino gamybos pagrindas - trigliceridų transesterifikacija į riebalų rūgščių metilo esterius (FAME) ir glicerolį. Tradiciniai maišymo talpyklose metodai trunka valandų valandas, jiems naudojamas perteklinis metanolis ir katalizatorius, be to, reikia didelės įrangos. Kavitacija pagerina masės pernašą ir maišymą, todėl reakcijos laikas sutrumpėja iki kelių minučių. Be to, ji sumažina cheminių medžiagų sąnaudas ir leidžia naudoti mažesnius, nepertraukiamo srauto reaktorius, todėl sumažėja sąnaudos, supaprastėja mastelio keitimas ir padidėja proceso efektyvumas. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Atskyrimas ir gryninimas

Baigus reakciją, biodyzelinas turi būti atskirtas nuo glicerolio ir liekanų. Taikant standartinius metodus dažnai susidaro sunkiai išvalomos emulsijos, kurios lėtina gryninimą. Kavitacija sumažina šalutines reakcijas, muilo susidarymą ir emulsijos stabilumą, todėl atskyrimas yra daug švaresnis. Tai sutrumpina valymo laiką, sumažina išteklių naudojimą ir užtikrina aukštesnę biodyzelino kokybę. [Rathod et al., 2017]

Hidrodinaminio kavitacinio reaktoriaus schema, pritaikyta pagal Rathod et al,2017

• Saugojimas ir stabilumasTik

pagaminus biodyzeliną galima susidurti su problemomis, susijusiomis su smulkių sudedamųjų dalių atskyrimu, nestabilumu ir nevienodu degimo našumu. Kavitacija yra grynai fizinė priemonė, leidžianti iš naujo homogenizuoti saugomus degalus. Užtikrinant nano dydžio dispersiją ir stiprų mikromaišymą, pagerėja mišinio stabilumas, pagerėja išpurškimas ir sumažėja nesudegusių angliavandenilių bei kietųjų dalelių kiekis variklio naudojimo metu. Tyrimais įrodyta, kad kavitacinis apdorojimas prisideda prie tolygesnių degalų ir švaresnio degimo. [Dziza et al., 2012]

Išvada

Integruodami kavitacijos technologiją, biodyzelino gamintojai gali pasiekti didesnę išeigą, didesnį žaliavų lankstumą, mažesnes gamybos sąnaudas ir geresnį ilgalaikį degalų stabilumą. Kavitacija yra ne tik laipsniškas efektyvumo didinimas, bet ir esminis pokytis biodyzelino perdirbimo srityje - dėl jos atsinaujinantys degalai tampa konkurencingesni, lengviau pritaikomi ir tvaresni ateityje.

Autorius: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Pasirinkta literatūra

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Biodyzelino gamybos optimizavimas hidrodinaminės kavitacijos reaktoriuje naudojant panaudotą kepimo aliejų.
• Rathod, V. K., et al. (2017).
• Production and purification of biodiesel from used frying oil using hydrodynamic cavitation
• . supardan et al. (2012) "Biodiesel Production from Waste Cooking Oil Using Hydrodynamic Cavitation", Makara Journal of Technology: Vol. 16: Iss.
• 2, Article 10.
• Jiang, L., et al. (2013). Ultrasound-assisted enzymatic degumming of rapsų aliejus.
• Ultrasonics Sonochemistry
• .Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012). Ultragarsinio švitinimo proceso įtaka RME biodyzelino mišinių oksidaciniam stabilumui. Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.