بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن تصفیه شده پنبه دانه و بررسی خصوصیات آن Optimization of biodiesel production from refined cotton seed oil and its characterization
- نوع فایل : کتاب
- زبان : فارسی
- ناشر : الزویر Elsevier
- چاپ و سال / کشور: 2016
توضیحات
رشته های مرتبط: شیمی و مهندسی انرژی، شیمی آلی، شیمی تجزیه، شیمی کاتالیست، انرژی های تجدیدپذیر و انرژی و محیط زیست
۱٫ مقدمه در گذشته تقاضای انرژی جهان به استفاده از سوختهای فسیلی تجدید ناپذیر برای تولید انرژی، کاربردهای حمل و نقل و صنعت متکی بود. انتشار گازهای احتراق این سوخت ها علل اصلی گرمایش جهانی و بسیاری از پیامدهای زیست محیطی است. کاهش ذخایر نفت خام جهان و افزایش رو به وخامت شرایط آب و هوایی مرتبط به استفاده از سوخت های فسیلی محققان را به جستجو برای سوختی جایگزین و کارآمد در سال های اخیر برانگیخته است. یکی از امیدوار کننده ترین سوخت های جایگزین، بیودیزل است که توجه سراسر جهان را به خود جلب کرده است. این بدان علت است که مزایای مهمی نسبت به دیزل پتروشیمی متداول دارد. این سوخت با نقطه اشتعال بالا و کاهش خوب در پروفایل انتشار گاز گلخانه ای تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر و غیر سمی است. بیودیزل که تحت عنوان FAME شناخته می شود متیل استرهای اسید چرب آزاد است که از منابع چربی و روغن مشتق شده است. فرایندهای مختلفی در تولید بیودیزل از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی وجود دارند که در آن تبادل استری فرآیند کلیدی است و مهمترین فرآیند برای تولید سوخت پاک و سازگار با محیط زیست است. تبادل استری معمولا با استفاده از الکل های اولیه و ثانویه انجام می شود. Fukuda و همکاران گزارش دادند که متانول و اتانول در تولید بیودیزل بیشترین استفاده را دارند، اما متانول با توجه به هزینه پایین آن ترجیح داده می شود. بیودیزل از طریق تبادل استری روغنهای خوراکی تولید شده اند. در حال حاضر بیش از ۹۵ درصد بیودیزل تجاری از روغن خوراکی مانند پنبه دانه، کلزا، نخل، روغن آفتابگردان و روغن سویا تولید می شود. پارامترهای متعددی وجود دارد که بر راندمان تولید بیودیزل از طریق تبادل استری روغن های گیاهی تاثیر می گذارند. آنها نسبت مولی الکل/ روغن، غلظت کاتالیزور، دمای واکنش، زمان واکنش و سرعت همزدن می باشند. بهینه سازی واکنش تبادل استری نیاز به تعداد زیادی آزمایش و ابزار ریاضی دارد که می تواند تاثیر هر پارامتر را فرآیند واکنش و برهمکنش های آنها پیش بینی کند. روش سطح پاسخ برای بهینه سازی تولید بیودیزل از مواد خام مختلف و انواع مختلف کاتالیزورها موفقیت آمیز بوده است. در این مطالعه، روش سطح پاسخ در ترکیب با طراحی کامپوزیت مرکزی برای بهینه سازی تبادل استری روغن پنبه دانه با متانول در حضور هیدروکسید پتاسیم در بیودیزل مورد استفاده قرار گرفت. ۲٫ مواد و روش ها ۲٫۱ مواد روغن تصفیه شده پنبه دانه از Shoprite Enugu تهیه شد و واکنشگرها از Head Bridge Onitsha و دیزل پتروشیمی از ایستگاه پرکنی Awka، Anambra State نیجریه به دست آمد. ۲٫۲ مواد و روش ها یک مقدار دقیق از روغن اندازه گیری و داخل یک مخزن مخروطی ریخته شد. روغن ابتدا تا ۵۰ درجه سانتیگراد گرم شد (با استفاده از حمام آب با تنظیم کننده دما). یک مقدار خاص از قرص های هیدروکسید پتاسیم وزن شد و در مقادیر مورد نیاز متانول حل گردید. سپس محلول متوکسید پتاسیم به روغن پیش گرم شده در فلاسک شیشه ای سه دهانه ۲۵۰ میلی لیتری اضافه شد و در دمای خاص بر روی یک همزن مغناطیسی با سرعت ثابت ۳۰۰ دور در دقیقه قرار گرفت. اجازه داده شد که واکنش در یک زمان تعریف شده انجام و سپس متوقف شود. محصول واکنش به مدت یک شب برای ته نشینی مناسب بیودیزل تولید شده نگهداشته شد. محصول با استفاده از قیف جداکننده از گلیسرول جدا شد. سپس، ۵۰ میلی لیتر آب اندازه گیری و به آرامی بر روی نمونه محصول ریخته شد تا آن را تمیز کند. مخلوط به تدریج برای جلوگیری از تشکیل فوم هم زده شد و به مدت یک شب دو فاز ته نشین گردید: فاز ناخالص آب و فاز بیودیزل. مخلوط دو فاز با استفاده از قیف جداکننده جدا شد. سپس لایه بیودیزل به مدت ۱ ساعت تا دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده شد تا مولکولهای آب باقیمانده در آن تبخیر شود. درصد تولید بیودیزل با مقایسه وزن لایه بیودیزل با وزن روغن تصفیه شده پنبه دانه مورد استفاده قرار گرفت.
۱٫ مقدمه در گذشته تقاضای انرژی جهان به استفاده از سوختهای فسیلی تجدید ناپذیر برای تولید انرژی، کاربردهای حمل و نقل و صنعت متکی بود. انتشار گازهای احتراق این سوخت ها علل اصلی گرمایش جهانی و بسیاری از پیامدهای زیست محیطی است. کاهش ذخایر نفت خام جهان و افزایش رو به وخامت شرایط آب و هوایی مرتبط به استفاده از سوخت های فسیلی محققان را به جستجو برای سوختی جایگزین و کارآمد در سال های اخیر برانگیخته است. یکی از امیدوار کننده ترین سوخت های جایگزین، بیودیزل است که توجه سراسر جهان را به خود جلب کرده است. این بدان علت است که مزایای مهمی نسبت به دیزل پتروشیمی متداول دارد. این سوخت با نقطه اشتعال بالا و کاهش خوب در پروفایل انتشار گاز گلخانه ای تجدید پذیر، زیست تخریب پذیر و غیر سمی است. بیودیزل که تحت عنوان FAME شناخته می شود متیل استرهای اسید چرب آزاد است که از منابع چربی و روغن مشتق شده است. فرایندهای مختلفی در تولید بیودیزل از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی وجود دارند که در آن تبادل استری فرآیند کلیدی است و مهمترین فرآیند برای تولید سوخت پاک و سازگار با محیط زیست است. تبادل استری معمولا با استفاده از الکل های اولیه و ثانویه انجام می شود. Fukuda و همکاران گزارش دادند که متانول و اتانول در تولید بیودیزل بیشترین استفاده را دارند، اما متانول با توجه به هزینه پایین آن ترجیح داده می شود. بیودیزل از طریق تبادل استری روغنهای خوراکی تولید شده اند. در حال حاضر بیش از ۹۵ درصد بیودیزل تجاری از روغن خوراکی مانند پنبه دانه، کلزا، نخل، روغن آفتابگردان و روغن سویا تولید می شود. پارامترهای متعددی وجود دارد که بر راندمان تولید بیودیزل از طریق تبادل استری روغن های گیاهی تاثیر می گذارند. آنها نسبت مولی الکل/ روغن، غلظت کاتالیزور، دمای واکنش، زمان واکنش و سرعت همزدن می باشند. بهینه سازی واکنش تبادل استری نیاز به تعداد زیادی آزمایش و ابزار ریاضی دارد که می تواند تاثیر هر پارامتر را فرآیند واکنش و برهمکنش های آنها پیش بینی کند. روش سطح پاسخ برای بهینه سازی تولید بیودیزل از مواد خام مختلف و انواع مختلف کاتالیزورها موفقیت آمیز بوده است. در این مطالعه، روش سطح پاسخ در ترکیب با طراحی کامپوزیت مرکزی برای بهینه سازی تبادل استری روغن پنبه دانه با متانول در حضور هیدروکسید پتاسیم در بیودیزل مورد استفاده قرار گرفت. ۲٫ مواد و روش ها ۲٫۱ مواد روغن تصفیه شده پنبه دانه از Shoprite Enugu تهیه شد و واکنشگرها از Head Bridge Onitsha و دیزل پتروشیمی از ایستگاه پرکنی Awka، Anambra State نیجریه به دست آمد. ۲٫۲ مواد و روش ها یک مقدار دقیق از روغن اندازه گیری و داخل یک مخزن مخروطی ریخته شد. روغن ابتدا تا ۵۰ درجه سانتیگراد گرم شد (با استفاده از حمام آب با تنظیم کننده دما). یک مقدار خاص از قرص های هیدروکسید پتاسیم وزن شد و در مقادیر مورد نیاز متانول حل گردید. سپس محلول متوکسید پتاسیم به روغن پیش گرم شده در فلاسک شیشه ای سه دهانه ۲۵۰ میلی لیتری اضافه شد و در دمای خاص بر روی یک همزن مغناطیسی با سرعت ثابت ۳۰۰ دور در دقیقه قرار گرفت. اجازه داده شد که واکنش در یک زمان تعریف شده انجام و سپس متوقف شود. محصول واکنش به مدت یک شب برای ته نشینی مناسب بیودیزل تولید شده نگهداشته شد. محصول با استفاده از قیف جداکننده از گلیسرول جدا شد. سپس، ۵۰ میلی لیتر آب اندازه گیری و به آرامی بر روی نمونه محصول ریخته شد تا آن را تمیز کند. مخلوط به تدریج برای جلوگیری از تشکیل فوم هم زده شد و به مدت یک شب دو فاز ته نشین گردید: فاز ناخالص آب و فاز بیودیزل. مخلوط دو فاز با استفاده از قیف جداکننده جدا شد. سپس لایه بیودیزل به مدت ۱ ساعت تا دمای ۱۰۰ درجه سانتیگراد حرارت داده شد تا مولکولهای آب باقیمانده در آن تبخیر شود. درصد تولید بیودیزل با مقایسه وزن لایه بیودیزل با وزن روغن تصفیه شده پنبه دانه مورد استفاده قرار گرفت.
Description
In the past the world energy demand has relied on nonrenewable fossil fuels for energy generation, transportation and industrial applications. The gaseous emissions from the combustion of these fuels are the principal causes of global warming and many environmental consequences. The depletion of world crude oil reserves and increased deteriorating climate conditions associated to the use of fossil fuels have stimulated the search for an alternative and efficient fuel by many researchers in recent years. One of the most promising alternative fuels is biodiesel, which has attracted attention worldwide [1]. This is due to its overwhelming benefits over the conventional petro diesel. It is renewable, biodegradable, and non-toxic, with high flash point and good reduction in greenhouse emissions profile [2,3]. Biodiesel is the free fatty acid methyl esters known as FAME, derived from fat and oil sources. There are various processes that have been adopted in the production of biodiesel from vegetable oils and animal fats among which transesterification is the key and foremost important process to produce the cleaner and environmentally safe fuel [4,5]. The transesterification is usually carried out using primary and secondary alcohols. Fukuda et al. [6] reported that methanol and ethanol are most frequently used in the production of biodiesel but methanol is more preferred due to its low cost. Biodiesel has been produced through transesterification of edible oils [1]. Presently, more than 95% of commercial biodiesel is produced from edible oil, such as cotton seed, rapeseed, palm, sunflower and soybean oil [3]. There are several parameters that affect the yield of biodiesel through transesterification of vegetable oils. They are alcohol/oil molar ratio, catalyst concentration, reaction temperature, reaction time and agitation speed. The optimization of transesterification reaction requires a large number of experiments and mathematical tool that can predict the effect of each process parameter of the reaction and their interactions. Response surface methodology has been successfully applied to the optimization of biodiesel production from different raw materials and different types of catalysts. In this study, response surface methodology in combination with central composite design was applied to optimize the transesterification of refined cottonseed oil with methanol in the presence of potassium hydroxide to produce biodiesel.
