بهترین راه برای حذف صابون و امولسیون از بیودیزل با استفاده از سانتریفیوژ دیسکی چیست؟

صابون و امولسیون ها: موانع اصلی در تصفیه بیودیزل

در تولید بیودیزل صنعتی، واکنش ترانس استریفیکاسیون به طور مستقیم بیودیزل خالص تولید نمی کند. در عوض، خروجی یک مخلوط پیچیده حاوی ناخالصی های متعدد است. در این میان، صابون و امولسیون ها دو سخت ترین هستند و بیشترین تأثیر را بر کیفیت محصول نهایی دارند.

در طی فرآیند ترانس استریفیکاسیون، ناخالصی هایی مانند الکل، کاتالیزور، گلیسرول آزاد، اسیدهای چرب آزاد (FFA)، آب، فلزات، صابون و گلیسریدهای ناقص واکنش داده شده به عنوان محصولات جانبی تولید می شوند. صابون زمانی تشکیل می شود که کاتالیزور قلیایی (NaOH یا KOH) با اسیدهای چرب آزاد موجود در ماده اولیه از طریق صابون سازی واکنش داده و نمک های اسید چرب تولید می کند. صابون معمولاً در فاز آب وجود دارد که از برهمکنش روغن و آب در حضور یک کاتالیزور قلیایی تشکیل می شود.

مشکل امولسیون ها بسیار پیچیده تر است. وجود مواد شوینده، صابون ها و سایر عوامل فعال سطحی علت اصلی تشکیل امولسیون است و جداسازی چنین امولسیون هایی با پیوند شیمیایی با استفاده از روش های ته نشینی گرانشی مرسوم بسیار دشوار است. هنگامی که یک امولسیون پایدار تشکیل شد، رابط بین بیودیزل و فاز آب یا گلیسرول ناپدید می شود. مخازن ته نشینی معمولی نمی توانند این ساختار را بشکنند و در نتیجه تلفات قابل توجهی بیودیزل به فاز فاضلاب وارد می شود و به شدت بر عملکرد و خلوص محصول تأثیر می گذارد.

مکانیسم شکستن امولسیون و حذف صابون در سانتریفیوژ دیسکی

دلیل الف سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل می تواند به طور موثر صابون و امولسیون را در میدان نیروی گریز از مرکز بسیار بالا که تولید می کند، کنترل کند.

یک سانتریفیوژ پشته دیسکی صنعتی می تواند تا 8000 Gs نیروی گریز از مرکز در حدود 7000 RPM تولید کند. تحت این نیروی گریز از مرکز، گلیسرول متراکم‌تر به سمت خروجی فاز سنگین به بیرون هدایت می‌شود، در حالی که بیودیزل سبک‌تر به طور مداوم از یک خروجی جداگانه خارج می‌شود. این میدان نیروی مکانیکی قدرتمند، پایه فیزیکی برای شکستن امولسیون ها است.

نیروی گریز از مرکز لخته شدن ذرات جامد معلق ریز در امولسیون را هدایت می کند - دقیقاً این ذرات هستند که پایداری ساختار امولسیون را حفظ می کنند. هنگامی که این ذرات جامد حذف شدند، امولسیون شکسته می شود و دو فاز مایع با موفقیت از هم جدا می شوند. این فرآیند در دو مرحله اتفاق می‌افتد: مرحله اول ادغام است، که در آن نیروی گریز از مرکز باعث می‌شود ریز قطرات پراکنده آب یا گلیسرول با هم برخورد کرده و به قطرات بزرگ‌تر تبدیل شوند. دوم لخته سازی است، جایی که میدان نیروی گریز از مرکز پایدار باعث می شود که ذرات کلوئیدی در خوشه هایی جمع شوند که سپس خارج از فاز پیوسته قرار می گیرند.

نیروی گریز از مرکز فوق العاده بالا که توسط یک سانتریفیوژ پشته دیسکی با سرعت بالا ایجاد می شود - بیش از 7000 Gs - معمولاً برای بیرون کشیدن ذرات ریز که امولسیون را تثبیت می کنند کافی است. پس از حذف این ذرات، امولسیون فرو می ریزد و فازهای روغن و آب جدا می شوند.

برای حذف صابون، سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل نیز بر اصول اختلاف چگالی متکی است. صابون دارای چگالی بین بیودیزل و فاز گلیسرول است. در میدان شدید نیروی گریز از مرکز تولید شده توسط پشته دیسک، صابون همراه با فاز آب و فاز گلیسرول به سمت بیرون ته نشین می شود و از خروجی فاز سنگین خارج می شود و به جدایی تمیز از بیودیزل می رسد. پالایشگاه های روغن نباتی معمولاً KOH یا NaOH را برای تبدیل اسیدهای چرب آزاد به صابون از طریق صابون سازی اضافه می کنند و سپس صابون را با استفاده از سانتریفیوژ خارج می کنند.

جداسازی سه فاز: حذف همزمان چندین آلاینده

در تولید صنعتی، یک سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل معمولاً در حالت جداسازی سه فاز عمل می‌کند و همزمان صابون، امولسیون، گلیسرول و ذرات جامد را در یک مرحله کار می‌کند.

یک سانتریفیوژ پشته دیسکی سه فاز بیودیزل (فاز سبک)، آب یا گلیسرول (فاز سنگین) و مواد جامد را از طریق سه خروجی جداگانه به طور همزمان تخلیه می کند. مواد جامد بطور خودکار به صورت متناوب از طریق درگاه لجن تخلیه می شوند. این طراحی کل فرآیند تصفیه را بسیار یکپارچه می کند و تعداد مراحل پردازش مورد نیاز را به میزان قابل توجهی کاهش می دهد.

سانتریفیوژهای صنعتی می توانند به طور همزمان رسوبات جامد ریز را بدون نیاز به فیلتر جدا کنند که مستعد گرفتگی هستند. سانتریفیوژ همچنین امولسیون های موجود را می شکند و آب شستشو را حذف می کند و در نهایت بیودیزل 100٪ شفاف تولید می کند.

پارامترهای عملیاتی کلیدی که بر عملکرد صابون و شکستن امولسیون تأثیر می گذارد

عملکرد حذف صابون و شکستن امولسیون یک سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل به شدت به کنترل دقیق پارامترهای عملیاتی بستگی دارد. چهار بعد اصلی به شرح زیر است.

سرعت چرخش (RPM)

سرعت چرخش بیشتر همیشه بهتر نیست. هنگامی که سرعت بیش از حد بالا باشد - به عنوان مثال، در محدوده 2100 تا 2400 RPM - نیروهای برشی مکانیکی شدید بیودیزل و گلیسرول را به قطرات ریز پراکنده یکنواخت می‌شکنند و به طور متناقضی یک امولسیون پایدار را تشکیل می‌دهند و راندمان جداسازی را کاهش می‌دهند. بنابراین اپراتورها باید محدوده RPM بهینه را پیدا کنند که در آن نیروی گریز از مرکز برای شکستن امولسیون ها بدون ایجاد مشکلات امولسیون جدید کافی باشد.

دما

دما is the most critical fluid property affecting emulsion separation. Higher temperatures reduce the viscosity of both the biodiesel and water phases, lower interfacial tension between droplets, and facilitate the coalescence of small droplets into larger ones that can more readily separate under centrifugal force. It is generally recommended that feed material be preheated to 55–65°C before entering the centrifuge.

نرخ جریان

نرخ جریان کمتر احتمال امولسیون شدن را کاهش می دهد و جداسازی گلیسرول از بیودیزل را افزایش می دهد. با این حال، هنگامی که سرعت جریان از یک آستانه خاص فراتر رفت، کاهش زمان ماند و افزایش تلاطم درون کاسه، لایه‌بندی فاز را ضعیف می‌کند و باعث کاهش راندمان جداسازی می‌شود.

انتخاب دیسک گرانشی

قطر داخلی دیسک گرانشی موقعیت رابط مایع و مایع را در داخل کاسه تعیین می کند و پارامتر مکانیکی کلیدی برای کنترل دقت جداسازی دو فاز است. انتخاب یک دیسک گرانشی با قطر داخلی مناسب بر اساس نسبت چگالی بیودیزل به فاز آب تضمین می کند که صابون و فاز امولسیون شده به طور قابل اعتمادی به خروجی فاز سنگین هدایت می شوند و از آلودگی فاز سنگین محصول فاز سبک جلوگیری می کند. در عملیات واقعی، نرخ جریان، فشار برگشتی، دما و انتخاب دیسک گرانشی چهار متغیر کنترل اصلی برای جداسازی امولسیون هستند.

شستشوی آب و دیسک سانتریفیوژ: یک فرآیند تصفیه سینرژیک

در خطوط تولید با استفاده از روغن‌های گیاهی پسماند (WVO) یا چربی حیوانی به عنوان خوراک، بیودیزل باید برای حذف بیشتر ناخالصی‌های باقی‌مانده و رساندن محصول به سطح خلوص ASTM، یک مرحله شستشو با آب را طی کند. در این مرحله، سانتریفیوژ دیسکی تجهیزات بهینه برای جداسازی آب شستشو از بیودیزل است.

مرحله شستشوی آب حجم زیادی از آب شستشو را معرفی می کند که خود به راحتی می تواند امولسیون های جدیدی تولید کند. در طول شستشو با آب، برای حذف صابون، متانول باقیمانده، گلیسرول آزاد و کاتالیزور به مخلوط کردن کامل نیاز است، اما شدت اختلاط نیز باید کنترل شود تا از تشکیل امولسیون بین بیودیزل و آب جلوگیری شود. پس از شستشو، مایع مخلوط شده مستقیماً وارد سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل می‌شود، جایی که نیروی G بالا، فاز آب شستشو - حاوی صابون و سایر آلاینده‌های محلول در آب - را به طور کامل از بیودیزل جدا می‌کند.

برای محصول نهایی بیودیزل، هر دو استاندارد ASTM D6751 و EN 14214 محتوای آب را بیش از 500 ppm تعیین نمی کنند. از آنجایی که حلالیت آب در بیودیزل تقریباً 1500 ppm است، جداسازی فاز آب کارآمد برای کاهش مصرف انرژی خشک کردن پایین دست و به حداقل رساندن آلودگی مربوط به آب در محصول نهایی حیاتی است.

شفاف سازی دقیق: تضمین کیفیت نهایی محصول

پس از جداسازی اولیه و مراحل شستشو با آب، بیودیزل هنوز به یک مرحله شفاف سازی خوب نیاز دارد. در این مرحله، بیودیزل خشک شده تحت تمیز کردن یا پرداخت اضافی از طریق جداکننده دیسکی قرار می گیرد، ناخالصی های باقی مانده را حذف می کند و کیفیت محصول را بیشتر می کند.

هنگامی که روغن پالم یا روغن سویا به عنوان ماده اولیه استفاده می شود، گلوکزیدهای استرول ممکن است در بیودیزل رسوب کنند و بار تعمیر و نگهداری مکرر و پرهزینه را بر سیستم تولید تحمیل کنند. یک جداکننده دیسکی می تواند به طور موثر این رسوبات را حذف کند و خطر خرابی فرآیند و خرابی برنامه ریزی نشده را کاهش دهد.

مزیت های جامع نسبت به روش های سنتی

در مقایسه با ته نشینی جاذبه، سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل مزایای اصلی زیر را دارد:

• کارکرد مستمر با کمترین هزینه های عملیاتی - دوره های ته نشینی چند ساعته مورد نیاز تانک های گرانشی را حذف می کند.
• حداکثر بازیابی بیودیزل - جداسازی مکانیکی بیشترین مقدار ممکن بیودیزل را از مخلوط استخراج می کند و تلفات محصول را در فاز ضایعات کاهش می دهد.
• جداسازی همزمان ذرات جامد ریز - نیازی به تجهیزات اضافی فیلتراسیون نیست و خطر گرفتگی فیلتر وجود ندارد.
• جداسازی سریع تحت نیروی G بالا - آنچه در یک مخزن ته نشینی ساعت ها طول می کشد در چند دقیقه در داخل کاسه سانتریفیوژ تکمیل می شود.
• فرآیند کاملاً خودکار - چرخه های تخلیه خود تمیز شونده به طور خودکار عمل می کنند و به طور قابل توجهی هزینه های نیروی کار و مداخله اپراتور را کاهش می دهند.
• شکستن موثر امولسیون - میدان نیروی مکانیکی ساختارهای امولسیونی را که دمولسیفایرهای شیمیایی همیشه نمی توانند به طور مقرون به صرفه در مقیاس از بین ببرند، از بین می برد.
• حذف آب شستشو برای بیودیزل 100٪ شفاف - محصول نهایی بدون مه و ناخالصی های معلق تولید می کند.

حذف کارآمد صابون و امولسیون یک پیش نیاز برای بیودیزل مطابق با استانداردهای بین المللی مانند ASTM D6751 و EN 14214 است. یک سانتریفیوژ دیسکی بیودیزل، با قابلیت قدرتمند مکانیکی شکستن امولسیون، طراحی جداسازی سه فاز پیوسته، و پارامترهای عملیاتی با قابلیت تنظیم دقیق در مقیاس‌های صنعتی تجهیزات هسته‌ای بر روی دیسک‌های صنعتی تبدیل شده است. خطوط تولید.