عنوان

شبیه‌سازی استخراج کربوهیدرات از ریزجلبک جهت تولید بیواتانل با استفاده از نرم افزار Superpro Designer

۵۰۸۵پ

فارسی

شبیه‌سازی استخراج کربوهیدرات از ریزجلبک جهت تولید بیواتانل با استفاده از نرم افزار Superpro Designer

[پایان نامه]

الهامی بهمنی

صنعتی سهند

۱۴۰۲

۹۸ص.

مصور، جدول، نمودار

CD

کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی- طراحی فرآیند

۱۴۰۲/۰۶/۰۱

با توجه به اثرات مخرب سوخت¬های فسیلی بر محیط زیست و کاهش منابع سوخت¬های فسیلی، از ریزجلبک¬ها به دلیل محتوای کربوهیدارت بالا، عدم نیاز به شرایط خاص کشت و غیره به عنوان یک منبع جدید تولید سوخت زیستی استفاده می¬شود. در این مطالعه از داده¬های تجربی حاصل از تولید بیواتانل در سطح آزمایشگاهی استفاده شده است. معادلات سینتیکی مربوط به کشت ریزجلبک، پیش¬تیمار آنزیمی، پیش¬تیمار اسیدی و تخمیر مطالعه شده و ثوابت سینتیکی مربوطه توسط نرم افزار اکوسیم مدلسازی شده است. سپس با استفاده از معادلات و ثوابت سینتیکی بدست آمده، فرآیند استخراج کربوهیدرات از ریزجلبک توسط نرم¬افزار سوپرپرودیزاینر شبیه¬سازی شده است. بازده استخراج قند با استفاده از دو روش پیش¬تیمار آنزیمی و شیمیایی مورد مقایسه قرار گرفته است. در ادامه تاثیر توالی افزودن آنزیم¬ها بر بازده استخراج قند شبیه¬سازی شده است. در این مطالعه، تولید بیواتانل با استفاده از کربوهیدارت استخراج شده از ریزجلبک به روش پیش¬تیمار آنزیمی و در حالت افزودن همزمان آنزیم¬ها در مقیاس صنعتی توسط نرم افزار سوپرپرودیزاینر شبیه¬سازی شده است. همینطور تاثیر استفاده از زیست توده ریزجلبک خشک و مرطوب با پیش¬تیمار آنزیمی بر بازده استخراج و میزان درآمد حاصل از فرآیند مورد مطالعه قرار گرفته ¬است.نتایج بررسی توالی افزودن آنزیم¬ها نشان داد که بالاترین بازده استخراج قند در حالت افزودن متوالی آنزیم¬های سلولاز، آلفا آمیلاز و آمیلوگلوکوزیداز می¬باشد و این نتایج تطابق مناسبی با نتایج تجربی دارند. در حالت افزودن همزمان آنزیم¬ها، هزینه¬های ناشی از تجهیزات موردنیاز پیش¬تیمار کاهش یافته و سرعت فرآیند افزایش می¬یابد. همچنین نتایج شبیه¬سازی تولید بیواتانل در مقیاس صنعتی با استفاده از ریزجلبک خشک و مرطوب مورد مقایسه قرار گرفتند. براساس این نتایج، استفاده از ریزجلبک خشک علی¬رغم بازده بالای استخراج قند از نظر اقتصادی مقرون به صرفه¬ نمی¬باشد. هزینه¬های عملیاتی مربوط استفاده از ریزجلبک خشک و مرطوب به ترتیب برابر با ۴۰۰۰ و 2000 دلار در سال می¬باشد. همینطور شاخص NPV فرآیند تولید بیواتانل از ریزجلبک خشک 1572000 دلار کمتر از فرآیند تولید بیواتانل از ریزجلبک مرطوب می¬باشد.بر اساس نتایج حاصل از شبیه¬سازی بازده تولید بیواتانل از محصولات هیدرولیز اسیدی در مقیاس صنعتی، به¬دلیل تولید محصولات جانبی مانند فورفورال و هیدروکسی متیل فورفورال کمتر از بازده تولید بیواتانل از محصولات هیدرولیز آنزیمی می¬باشد. زیرا در هر دسته علاوه بر 78/22 کیلوگرم دی اکسید کربن 168/1 کیلوگرم فورفورال نیز به عنوان آلاینده تولید خواهد شد.

Due to the destructive effects of fossil fuels on the environment and the reduction of fossil fuel resources, microalgae are used as a new source of biofuel production due to their high carbohydrate content, lack of special cultivation conditions, etc. In this study, experimental data obtained from the production of bioethanol at the laboratory level have been used. Kinetic equations related to microalgae culture, enzyme pretreatment, and acid pretreatment fermentation have been studied and the corresponding kinetic constants have been modeled by Ecosim software. Then, using the obtained equations and kinetic constants, the process of carbohydrate extraction from microalgae is simulated by Superdesigner software. The efficiency of sugar extraction has been compared using two methods enzymatic and chemical pretreatment. In the following, the effect of the sequence of addition of enzymes on the efficiency of sugar extraction is simulated. In this study, the production of bioethanol using carbohydrates extracted from microalgae by enzyme pretreatment method and in the mode of simultaneous addition of enzymes has been simulated on an industrial scale by Superdesigner software. Also, the effect of using dry and wet microalgae biomass with enzyme pretreatment on the extraction efficiency and the amount of income obtained from the process has been studied. The results of the investigation of the sequence of addition of enzymes showed that the highest efficiency of sugar extraction is in the case of sequential addition of cellulase, alpha-amylase , amyloglucosidase enzymes, and these results are in good agreement with the experimental results. In the case of simultaneous addition of enzymes, the costs of pre-treatment equipment are reduced and the speed of the process is increased.Also, the simulation results of bioethanol production on an industrial scale using dry and wet microalgae were compared. Based on these results, the use of dry microalgae is not economically viable despite the high efficiency of sugar extraction. Operating costs related to the use of dry and wet microalgae are 4000 and 2000 dollars per year, respectively. Also, the NPV index of the bioethanol production process from dry microalgae is $1,572,000 less than the bioethanol production process from wet microalgae. Based on the simulation results, bioethanol production efficiency from acid hydrolysis products on an industrial scale is lower than bioethanol production efficiency from enzymatic hydrolysis products due to the production of side products such as furfural and hydroxymethylfurfural. Because in each category, in addition to 22.78 kg of carbon dioxide, 1.168 kg of furfural will also be produced as a pollutant.

Simulation of carbohydrate extraction from microalgae to produce bioethanol with Superpro Designer software

بیواتانل

هیدرولیز آنزیمی

هیدرولیز اسیدی

، Superpro Designer

بیواتانل، کربوهیدرات، هیدرولیز آنزیمی، هیدرولیز اسیدی، Superpro Designer، ریزجلبک، شبیه‌سازی،‌ مدلسازی

bioethanol, carbohydrate, enzymatic hydrolysis, acid hydrolysis, Superpro Designer, microalgae, simulation, modeling

بهمنی، الهام

شکرکار

علیزاده

احمدی

، هانیه

، رضا

، امید

استاد راهنما

استاد راهنما

استاد مشاور

صنعتی سهند

ایران

دانشگاه صنعتی سهند

شیمی، ۲۱۱۳۴، ۱۴۰۲

p

TF

92029

a

Y