YP 大功率超声波生物柴油处理系统

大功率超声波生物柴油处理系统
       生物柴油制备的关键是脂肪酸甘油酯与甲醇等低碳醇的催化酯交换反应，而超声波具有明显的强化酯交换反应的作用，特别是对非均相的反应体系可明显增强其混合（乳化）效果和促进分子间接触反应，使原本需高温（高压）条件下进行的反应，在室温（或接近室温）条件下就可完成，并且缩短反应时间。超声波不仅用于酯交换反应过程，而且用于反应混合物的分离过程。
一、概述：
       超声波是指频率为2×104 Hz～107 Hz的声波，它超过了人耳收听频率的范围。超声波在液体媒质中传播时，通过机械作用、空化作用和热作用，产生力学、热学、光学、电学和化学等一系列效应。尤其是高功率的超声波，会产生强烈的空化作用，从而在局部形成瞬时高温，高压、真空和微射流。对化学萃取、生物柴油生产和声化学反应，造成了一个非常有利于反应过程的局部小环境，能大大提高反应速度，降低反应条件。对生物质提取而言，会造成植物细胞壁的破坏和溶剂的快速渗透，使被提取的有效成分迅速溶解到溶剂中，从而提高提取率、缩短提取时间、节省溶剂。超声波用于生物质资源加工则是近年来研究和开发的热点，其中具代表性的工作是超声波用于植物有效成分的强化提取和超声波用于生物柴油的制备。
        超声波化学萃取、生物柴油生产和声化学反应生物质提取所选取的频率范围为15KHz ～ 100KHz，其中频率20KHz左右的超声波使用多。一个原因是在超声波系统频率低，功率相应大。国外的应用实践也证明20k有效，并且已经大规模应用。
二、工作原理：
1、    基本构成：
       作为国内大功率超声波核心部件的，杭州成功超声设备有限公司积极研发生产新的大功率超声波应用设备。瞄准国际新技术，结合国内的应用实际，在国内率先开发出大功率超声波生物柴油处理设备。该设备不改变客户现有的生产设备和工艺流程，安装操作也非常方便。
       超声波生物柴油系统由超声波振动部件和超声波专用驱动电源两部分构成：超声波振动部件主要包括大功率超声波换能器、变幅杆、工具头（发射头），用于产生超声波振动，并将此振动能量向液体中发射。换能器将输入的电能转换成机械能，即超声波。其表现形式是换能器在纵向作来回伸缩运动，振幅一般在几个微米。这样的振幅功率密度不够，是不能直接使用的。变幅杆按设计需要放大振幅，隔离反应溶液和换能器，同时也起到固定整个超声波振动系统的作用。工具头与变幅杆相连，变幅杆将超声波能量振动传递给工具头，再由工具头将超声波能量发射到化学反应液体中。

图中所示的是超声波生物柴油处理器的典型结构。根据实际生产设备的不同要求，超声波处理器的结构形式和尺寸可以作相应的变动。
超声波专用驱动电源（超声波发生器）包括整流电路，振荡电路，放大电路，反馈电路，跟踪电路、保护电路，匹配电路、显示仪表等。用于产生高频高功率电流，驱动超声波振动部件工作。超声波发生器的功率可调，以适应不同的工作状态。发生器内还可根据需要集成有时序控制器，设定控制超声波发振时间和间歇时间。
2、    作用原理：
       生物柴油制备的关键是脂肪酸甘油酯与甲醇等低碳醇的催化酯交换反应，而超声波具有明显的强化酯交换反应的作用，特别是对非均相的反应体系可明显增强其混合（乳化）效果和促进分子间接触反应，使原本需高温（高压）条件下进行的反应，在室温（或接近室温）条件下就可完成，并且缩短反应时间。超声波不仅用于酯交换反应过程，而且用于反应混合物的分离过程。 美国密西西比州立大学的研究人员在生物柴油生产中采用超声波加工，5分钟内使生物柴油产率超过99%，而采用常规的批量反应器系统需1个小时以上。该成果近日已在美国《能源和燃料》杂志上发布。
       另据报道，采用超声波加工使常规搅拌所需的5-10个小时的分离时间缩短到15分钟以内。由一家小型德国公司提供的超声波加工设备已应用于各种声化学领域，用于生物柴油生产是其中之一。另外，采用超声波加工还有助于使所需的催化剂用量减少50%~60%，并能提高副产物甘油的纯度。
       将超声波应用于化学反应和工艺过程的声化学，是基于在大功率超声波能量作用下的空化现象：液体中无数个微型气泡体形成、增长，再瞬间爆破，从而在局部形成高温、高压的环境。这不仅可为化学反应提供能量，而且可达到较好的混合和更快的分离效果。据估算，在商业规模生物柴油加工中应用超声波处理的成本低于0.01元/升，它取决于物料流速的大小。
另据报道，将超声波技术应用于其他生物燃料和替代燃料产品生产的还有：美国爱荷华州立大学正在研发用超声波提高从谷物中生产乙醇的产率；先进植物医药品公司在生物柴油加工中采用超声波处理，以降低生产成本；GreenShift公司组建通用超声波公司，现已推出，改进物理和化学反应，包括使蒸汽重整更GX地制取氢气。
3、    工作方式：
       被处理液体盛在容器中，发射头插入液体中，发射超声波。被处理的液体在容器中流过，同时也被强烈的超声波作用。被处理液体量可多可少，一般而言，对同样大小的容器，液体流量越小，则在容器中停留的时间也越长，超声波作用的时间也越长。反之，控制超声波作用时间越短，则流量（即产量）就越高。
根据许多客户的经验积累，一般作如下的配备：
1000W以下系统：主要用于实验室和小型或中试系统
1000W系统：适用于Z大产量不超过800 L/h的生物柴油生产设备
1500W系统：适用于产量 200-1000 L/h的生物柴油生产设备
2000W系统：适用于产量 300-2000 L/h的生物柴油生产设备
一般一套超声波处理单元的Z大功率不超过2000W。如果需要更大的功率，可以用多个单元组合。
三、主要技术指标：
1、    可选频率范围：15KHz ～ 60 KHz。
2、    常用频率：20kHz
3、    每单元标称功率：500W、1000W、1500W、2000W、，频率越低，每单元功率越大；频率越高，每单元的功率越小。也可以多单元组合使用。
4、    工具头（探头）材料：不锈钢，钛合金，也可根据用户特殊要求定制。
5、    超声波振动部件典型尺寸： Φ160mm×800mm
6、    超声波振动部件典型重量：12 kg
7、    驱动电源：模拟式电源，数控式电源，频率自动跟踪、过流过压保护、功率大小可调。
8、    驱动电源典型尺寸：350×250×120mm
9、    驱动电源典型重量：18 kg
四、我公司超声波生物柴油处理系统实物图
  
美国客户采用我公司生物柴油生产设备

       大功率超声波生物柴油处理技术正是我公司在新型超声波应用领域的又一重大突破。这一技术国外也是刚开发不久，国内还没有单位能够生产。我公司密切跟踪国外的先进技术和工艺，并将先进的技术简单化，实用化。帮助我们的合作伙伴成功地应用于生产实践中，既是我们努力的方向，也一定会给我们双方带来Z大的效益。
       对生物柴油生产而言，市场不成问题，产品质量也不是大问题，降低产品成本是主要的问题。生物柴油的产品成本包括原材料成本、生产成本、资本支出和运营成本。采用超声波技术后可直接降低生产成本，同时也带来资本支出和运营成本的降低。
以成熟常用的化学法合成生物柴油为例，存在以下缺点：工艺复杂，醇必须过量，后续工艺必须有相应的醇回收装置，能耗高：色泽深，由于脂肪中不饱和脂肪酸在高温下容易变质；酯化产物难于回收，成本高；生产过程有废碱液排放。根据用户的实验结果，在反应过程中增加超声波后，
反应速率提高20%～60%，
酯化反应温度降低30%～60%
甲醇用量减少5%～30%
催化剂如（KOH）用量减少20%～50%
综合生产成本下降15%～50%
同时因为甲醇用量减少，所以甘油的分离时间也更快。
       正常混合时间可达90分钟，结合以上两套设备后，混合时间可低到30-45分钟。另外一个优势是由于空化气泡形成与超声波大量转换是更好，更快。这个允许少量的化学物质，像催化剂及。 一些反应，做少20%的甲醇和可达少40%以下的，很好的效果。
为解决上述问题，人们开始研究用生物酶法合成生物柴油，即用动物油脂和低碳醇通过脂肪酶进行转酯化反应，制备相应的脂肪酸甲酯及乙酯。酶法合成生物柴油具有条件温和、醇用量小、无污染排放的优点。但目前主要问题有：对甲醇及乙醇的转化率低，一般仅为40%-60%。由于目前脂肪酶对长链脂肪醇的酯化或转酯化有效，而对短链脂肪醇(如甲醇或乙醇等)转化率低，而且短链醇对酶有一定毒性，酶的使用寿命短。副产物甘油和水难于回收，不但对产物形成YZ，而且甘油对固定化酶有毒性，使固定化酶使用寿命短。
        这项技术正在开发，所谓超声和射流反应生产生物柴油。 生射流反应器是由Prof Leon Lorenzen from the university of Stellnboosch鉴别的。.然后Biofuelson进一步考虑这一观点及开发了一个为生物柴油的特别射流反应器。 这个反应器是一个非常紧密的混合器， 所以热量发展，当油跑进反应器时。 当油进入这个设置只要30度（南非正常室外温度），对脂化反应不需要加热。射流反应器将自行开发热量，同时只要你混合油，混合热量将上升。 这是非常肯定的，对于南非低电力。同时这对农村来说是非常有吸引力的。结合以上两 套设备可以使请看结果。还有另外一个优势是甘油的分离时间，这个同样很快捷。
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