大功率超聲波生物柴油處理系統(tǒng)
生物柴油制備的關(guān)鍵是脂肪酸甘油酯與甲醇等低碳醇的催化酯交換反應(yīng)，而超聲波具有明顯的強(qiáng)化酯交換反應(yīng)的作用，特別是對(duì)非均相的反應(yīng)體系可明顯增強(qiáng)其混合（乳化）效果和促進(jìn)分子間接觸反應(yīng)，使原本需高溫（高壓）條件下進(jìn)行的反應(yīng)，在室溫（或接近室溫）條件下就可完成，并且縮短反應(yīng)時(shí)間。超聲波不僅用于酯交換反應(yīng)過(guò)程，而且用于反應(yīng)混合物的分離過(guò)程。
一、概述：
超聲波是指頻率為2×104 Hz～107 Hz的聲波，它超過(guò)了人耳收聽(tīng)頻率的范圍。超聲波在液體媒質(zhì)中傳播時(shí)，通過(guò)機(jī)械作用、空化作用和熱作用，產(chǎn)生力學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)、電學(xué)和化學(xué)等一系列效應(yīng)。尤其是高功率的超聲波，會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的空化作用，從而在局部形成瞬時(shí)高溫，高壓、真空和微射流。對(duì)化學(xué)萃取、生物柴油生產(chǎn)和聲化學(xué)反應(yīng)，造成了一個(gè)非常有利于反應(yīng)過(guò)程的局部小環(huán)境，能大大提高反應(yīng)速度，降低反應(yīng)條件。對(duì)生物質(zhì)提取而言，會(huì)造成植物細(xì)胞壁的破壞和溶劑的快速滲透，使被提取的有效成分迅速溶解到溶劑中，從而提高提取率、縮短提取時(shí)間、節(jié)省溶劑。超聲波用于生物質(zhì)資源加工則是近年來(lái)研究和開(kāi)發(fā)的熱點(diǎn)，其中***具代表性的工作是超聲波用于植物有效成分的強(qiáng)化提取和超聲波用于生物柴油的制備。
超聲波化學(xué)萃取、生物柴油生產(chǎn)和聲化學(xué)反應(yīng)生物質(zhì)提取所選取的頻率范圍為15KHz ～100KHz，其中頻率20KHz左右的超聲波使用***多。一個(gè)原因是在超聲波系統(tǒng)頻率低，功率相應(yīng)大。國(guó)外的應(yīng)用實(shí)踐也證明20k***有效，并且已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用。
二、工作原理：
基本構(gòu)成：
超聲波應(yīng)用設(shè)備。大功率超聲波生物柴油處理設(shè)備。該設(shè)備不改變客戶(hù)現(xiàn)有的生產(chǎn)設(shè)備和工藝流程，安裝操作也非常方便。
超聲波生物柴油系統(tǒng)由超聲波振動(dòng)部件和超聲波專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)電源兩部分構(gòu)成：超聲波振動(dòng)部件主要包括大功率超聲波換能器、變幅桿、工具頭（發(fā)射頭），用于產(chǎn)生超聲波振動(dòng)，并將此振動(dòng)能量向液體中發(fā)射。換能器將輸入的電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能，即超聲波。其表現(xiàn)形式是換能器在縱向作來(lái)回伸縮運(yùn)動(dòng)，振幅一般在幾個(gè)微米。這樣的振幅功率密度不夠，是不能直接使用的。變幅桿按設(shè)計(jì)需要放大振幅，隔離反應(yīng)溶液和換能器，同時(shí)也起到固定整個(gè)超聲波振動(dòng)系統(tǒng)的作用。工具頭與變幅桿相連，變幅桿將超聲波能量振動(dòng)傳遞給工具頭，再由工具頭將超聲波能量發(fā)射到化學(xué)反應(yīng)液體中。
- 作用原理：
生物柴油制備的關(guān)鍵是脂肪酸甘油酯與甲醇等低碳醇的催化酯交換反應(yīng)，而超聲波具有明顯的強(qiáng)化酯交換反應(yīng)的作用，特別是對(duì)非均相的反應(yīng)體系可明顯增強(qiáng)其混合（乳化）效果和促進(jìn)分子間接觸反應(yīng)，使原本需高溫（高壓）條件下進(jìn)行的反應(yīng)，在室溫（或接近室溫）條件下就可完成，并且縮短反應(yīng)時(shí)間。超聲波不僅用于酯交換反應(yīng)過(guò)程，而且用于反應(yīng)混合物的分離過(guò)程。 美國(guó)密西西比州立大學(xué)的研究人員在生物柴油生產(chǎn)中采用超聲波加工，5分鐘內(nèi)使生物柴油產(chǎn)率超過(guò)99%，而采用常規(guī)的批量反應(yīng)器系統(tǒng)需1個(gè)小時(shí)以上。該成果近日已在美國(guó)《能源和燃料》雜志上發(fā)布。
另?yè)?jù)報(bào)道，采用超聲波加工使常規(guī)攪拌所需的5-10個(gè)小時(shí)的分離時(shí)間縮短到15分鐘以?xún)?nèi)。由一家小型德國(guó)公司提供的超聲波加工設(shè)備已應(yīng)用于各種聲化學(xué)領(lǐng)域，用于生物柴油生產(chǎn)是其中之一。另外，采用超聲波加工還有助于使所需的催化劑用量減少50%~60%，并能提高副產(chǎn)物甘油的純度。
將超聲波應(yīng)用于化學(xué)反應(yīng)和工藝過(guò)程的聲化學(xué)，是基于在大功率超聲波能量作用下的空化現(xiàn)象：液體中無(wú)數(shù)個(gè)微型氣泡體形成、增長(zhǎng)，再瞬間爆破，從而在局部形成高溫、高壓的環(huán)境。這不僅可為化學(xué)反應(yīng)提供能量，而且可達(dá)到較好的混合和更快的分離效果。據(jù)估算，在商業(yè)規(guī)模生物柴油加工中應(yīng)用超聲波處理的成本低于0.01元/升，它取決于物料流速的大小。
另?yè)?jù)報(bào)道，將超聲波技術(shù)應(yīng)用于其他生物燃料和替代燃料產(chǎn)品生產(chǎn)的還有：美國(guó)愛(ài)荷華州立大學(xué)正在研發(fā)用超聲波提高從谷物中生產(chǎn)乙醇的產(chǎn)進(jìn)植物醫(yī)藥品公司在生物柴油加工中采用超聲波處理，以降低生產(chǎn)成本；GreenShift公司組建通用超聲波公司，現(xiàn)已推出技術(shù)，改進(jìn)物理和化學(xué)反應(yīng)，包括使蒸汽重整更高效地制取氫氣。
工作方式：
被處理液體盛在容器中，發(fā)射頭插入液體中，發(fā)射超聲波。被處理的液體在容器中流過(guò)，同時(shí)也被強(qiáng)烈的超聲波作用。被處理液體量可多可少，一般而言，對(duì)同樣大小的容器，液體流量越小，則在容器中停留的時(shí)間也越長(zhǎng)，超聲波作用的時(shí)間也越長(zhǎng)。反之，控制超聲波作用時(shí)間越短，則流量（即產(chǎn)量）就越高。
根據(jù)許多客戶(hù)的經(jīng)驗(yàn)積累，一般作如下的配備：
1000W以下系統(tǒng)：主要用于實(shí)驗(yàn)室和小型或中試系統(tǒng)
1000W系統(tǒng)：適用于***大產(chǎn)量不超過(guò)800 L/h的生物柴油生產(chǎn)設(shè)備
1500W系統(tǒng)：適用于產(chǎn)量200-1000 L/h的生物柴油生產(chǎn)設(shè)備
2000W系統(tǒng)：適用于產(chǎn)量300-2000 L/h的生物柴油生產(chǎn)設(shè)備
一般一套超聲波處理單元的***大功率不超過(guò)2000W。如果需要更大的功率，可以用多個(gè)單元組合。
三、主要技術(shù)指標(biāo)：
可選頻率范圍：15KHz ～60 KHz。- 常用頻率：20kHz
- 每單元標(biāo)稱(chēng)功率：500W、1000W、1500W、2000W、，頻率越低，每單元功率越大；頻率越高，每單元的功率越小。也可以多單元組合使用。
- 工具頭（探頭）材料：不銹鋼，鈦合金，也可根據(jù)用戶(hù)特殊要求定制。
- 超聲波振動(dòng)部件典型尺寸：Φ160mm×800mm
- 超聲波振動(dòng)部件典型重量：12 kg
- 驅(qū)動(dòng)電源：模擬式電源，數(shù)控式電源，頻率自動(dòng)跟蹤、過(guò)流過(guò)壓保護(hù)、功率大小可調(diào)。
- 驅(qū)動(dòng)電源典型尺寸：350×250×120mm
- 驅(qū)動(dòng)電源典型重量：18 kg
- 四、我公司超聲波生物柴油處理系統(tǒng)實(shí)物圖
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