Kavitācija kā spēļu izmaiņas biodīzeļdegvielas ražošanā

Biodīzeļdegviela ir plaši atzīta par videi draudzīgāku fosilā kurināmā aizstājēju, tomēr vēl joprojām ir liels šķērslis panākt zemu izmaksu, stabilu un ļoti efektīvu ražošanu. Viens no daudzsološākajiem progresa veicinātājiem ir kavitācija. RAPTECH kavitācijas tehnoloģija rada mikroskopiskus tvaika burbuļus, kas sabrūk ar lielu intensitāti, radot lokālu sildīšanu, bīdes spēku un spēcīgu mikromaisījumu. Šim vienkāršajam fizikālajam mehānismam ir potenciāls būtiski uzlabot visus biodīzeļdegvielas ražošanas posmus.

• Priekšapstrāde: Attaukošana un kondicionēšana

Augu eļļas un dzīvnieku tauki parasti satur sveķus, vaskus un fosfora savienojumus, kas pirms pārveidošanas biodīzeļdegvielā ir jānoņem. Šie piemaisījumi pazemina degvielas kvalitāti un bojā katalizatorus turpmākajā procesa gaitā. Kavitācija nodrošina ekstremālu sajaukšanos un augstas enerģijas zonas ("karstos punktus"), kas izjauc sveķu struktūras un atbrīvo saistīto fosforu. Tas samazina atkarību no pievienotām ķimikālijām vai fermentiem, tādējādi nodrošinot tīrāku, ātrāku un rentablāku priekšapstrādes posmu. [Jiang et al., 2013]

• Esterifikācija eļļām ar augstu FFA saturu

Tādas izejvielas kā pārtikas produktu atkritumeļļa vai dzīvnieku tauki ir lētas un ilgtspējīgas, bet bieži vien satur lielu brīvo taukskābju (FFA) daudzumu. Parasti tām nepieciešama sarežģīta priekšapstrāde, kas palielina izmaksas. Kavitācija ievērojami paātrina esterifikācijas reakciju starp FFA un spirtu, samazinot FFA līmeni dažu minūšu laikā. Tādējādi iepriekš problemātiskas vai "mazvērtīgas" izejvielas kļūst piemērotas biodīzeļdegvielai, paverot ceļu lielapjoma tauku atkritumu atkārtotai izmantošanai. [Supardan et al., 2012]

• Transesterifikācija: Galvenā reakcija

Biodīzeļdegvielas ražošanas pamatā ir triglicerīdu transesterifikācija taukskābju metilesteros (FAME) un glicerīnā. Tradicionālās maisīšanas tvertņu metodes aizņem vairākas stundas, tajās tiek izmantots liekais metanola un katalizatora daudzums, un tām nepieciešamas lielas iekārtas. Kavitācija uzlabo masas pārnesi un sajaukšanu, saīsinot reakcijas laiku līdz dažām minūtēm. Tā arī samazina ķīmisko vielu patēriņu un ļauj izmantot mazākus, nepārtrauktas plūsmas reaktorus, kas samazina izmaksas, vienkāršo mērogošanu un uzlabo procesa efektivitāti. [Ghayal et al., 2013; Supardan et al., 2012]

• Atdalīšana un attīrīšana

Pēc reakcijas pabeigšanas biodīzeļdegviela jāatdala no glicerīna un atlikumiem. Izmantojot standarta metodes, bieži vien veidojas cietas emulsijas, kas palēnina attīrīšanu. Kavitācija samazina blakusreakcijas, ziepju veidošanos un emulsijas stabilitāti, tādējādi nodrošinot daudz tīrāku atdalīšanu. Tas saīsina attīrīšanas laiku, samazina resursu patēriņu un nodrošina augstākas kvalitātes biodīzeļdegvielu. [Rathod et al., 2017]

c 3s5b1r3e5a6kHidrodinamiskā kavitācijas reaktora shēma, pielāgota pēc Rathod et al.,2017

• Uzglabāšana un stabilitāteTā pat

pēc ražošanas biodīzeļdegviela var saskarties ar problēmām, kas saistītas ar mazāk svarīgu komponentu atdalīšanos, nestabilitāti un nevienmērīgu degšanas veiktspēju. Kavitācija piedāvā tīri fizisku līdzekli uzglabātās degvielas atkārtotai homogenizācijai. Nodrošinot nanomēroga dispersiju un spēcīgu mikromaisīšanu, tā uzlabo maisījuma stabilitāti, uzlabo izsmidzināšanu un samazina nesadegušo ogļūdeņražu un cieto daļiņu daudzumu dzinēja darbības laikā. Pētījumi ir pierādījuši, ka kavitācijas apstrāde veicina viendabīgāku degvielu un tīrāku sadegšanu. [Dziza et al., 2012]

Secinājumi

Integrējot kavitācijas tehnoloģiju, biodīzeļdegvielas ražotāji var panākt lielāku ražību, plašāku izejvielu elastību, zemākas ražošanas izmaksas un labāku ilgtermiņa degvielas stabilitāti. Tā vietā, lai palielinātu efektivitāti, kavitācija ir solis uz priekšu biodīzeļdegvielas pārstrādē, padarot atjaunojamo degvielu konkurētspējīgāku, mērogojamu un ilgtspējīgāku nākotnē.

Autors: Ahmad Saylam | RAPTECH Eberswalde GmbH

Izvēlētā literatūra

• Ghayal, D., Pandit, A. B., Rathod, V. K. (2013). Biodīzeļdegvielas ražošanas optimizācija hidrodinamiskā kavitācijas reaktorā, izmantojot izmantoto cepamo eļļu.
• Ultrasonics Sonochemistry
• .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). Ultraskaņas veicināta rapšu eļļas fermentatīvā attaukošana.
• Dziza, M., & Prusakiewicz, P. (2012):
• Ultrasonics Sonochemistry.
• Ultraskaņas apstarošanas procesa ietekme uz RME biodīzeļdegvielas maisījumu oksidācijas stabilitāti. Research Journal of Agricultural Science, 44(1), 280-284.