عنوان

بهینه‌سازی فرآیند تولید بیودیزل از پسماند روغن‌های خوراکی با استفاده از نانو کاتالیست کلسیم اکسید

پ۲۸۲۰۶

per

بهینه‌سازی فرآیند تولید بیودیزل از پسماند روغن‌های خوراکی با استفاده از نانو کاتالیست کلسیم اکسید

شیرین قربان‌زاده‌ گبلو

کشاورزی

۱۴۰۱

۸۹ص.

سی دی

کارشناسی ارشد

مکانیک بیوسیستم – انرژی‌های تجدیدپذیر

۱۴۰۱/۱۱/۱۸

به دلیل اهمیت روزافزون انرژی در جهان و مشکلات مربوط به استفاده از منابع سوخت‌های فسیلی مانند مسائل زیست محیطی و امنیت انرژی سبب شده است تا در سال‌های اخیر سرمایه‌گذاری‌ها و مطالعات قابل توجهی در زمینه تأمین منابع انرژی پاک و پایدار صورت بگیرد. در میان انرژی‌های تجدیدپذیر، سوخت‌های زیستی مانند بیودیزل از جایگاه ویژه‌ای در سبد انرژی بسیاری از کشورها برخوردار است. بیودیزل یک سوخت تجدیدپذیر است و از منابع قابل تجدید مانند روغن‌های گیاهی، دانه‌های روغنی، چربی‌های حیوانی، پسماند روغن‌های خوراکی و جلبک‌ها تولید می‌شود و به عنوان سوخت مکمل همراه با سوخت‌های دیزلی در موتورهای احتراقی عمل می‌کند. رایج‌ترین روش تولید بیودیزل در دنیا، روش ترانس استریفیکاسیون تری‌گلیسیریدها با الکل در حضور کاتالیزور مناسب و با استفاده از راکتورهای همزن‌دار می‌باشد. در این تحقیق به بررسی فرایند ترانس استریفیکاسیون پسماند روغن‌های خوراکی با استفاده از کاتالیزور ناهمگن پوکه دوپه شده با نانو اکسیدکلسیم پرداخته شده است. کاتالیزور مورداستفاده در این تحقیق، از طریق فرایند دوپه کردن نانو اکسیدکلسیم بر روی پوکه سیاه معدنی قروه تهیه شد. و از روش سطح پاسخ (RSM) و طرح آزمایشی مرکب مرکزی (CCD) برای مدل‌سازی و بهینه‌سازی عوامل مؤثر بر فرایند ترانس استریفیکاسیون استفاده شد. در این تحقیق اثر متغیرهای نسبت مولی متانول به روغن (3، 4، 5، 6 و 7 به 1)، غلظت کاتالیزور (25/0، 5/0، 75/0، 1 و 25/1 درصد وزنی نسبت به روغن برداشته شده)، زمان واکنش (50، 70، 90، 110 و 130 دقیقه) و دمای واکنش (25، 35، 45، 55 و 65 درجه سانتی‌گراد) بر بازده فرایند تولید بیودیزل بررسی شده‌اند. مدل پیشنهادی برای بازده بیودیزل تولیدی یک مدل رگرسیونی درجه دوم با ضریب تبیین 95/95 درصد و ضریب تغییرات (C.V) 81/1 درصد بود. نتایج آنالیز واریانس نشان داد که متغیرهای مستقل نسبت مولی متانول به روغن و غلظت کاتالیزور اثر معناداری در سطح %5 بر روی بازده تولید بیودیزل داشته است و متغیر مستقل غلظت کاتالیزور بیش‌ترین تأثیر را بر روی بازده تولید بیودیزل داشت. همچنین نتایج آنالیز واریانس برای اثر متقابل متغیرهای مستقل نشان داد که اثر متقابل متغیرهای غلظت کاتالیزور در زمان تأثیر معناداری در سطح %1 بر روی بازده تولید بیودیزل داشت. نتایج بهینه‌سازی فرایند تولید بیودیزل از پسماند روغن‌های خوراکی و با استفاده از کاتالیزور ناهمگن پوکه دوپه شده با نانو اکسیدکلسیم نشان داد که مقدار بیشینه بازده تولید بیودیزل در شرایط نسبت مولی متانول به روغن (m/m) 4942/5، غلظت کاتالیزور (%w/w) 762/0، زمان واکنش (min) 675/90 و دمای واکنش (℃) 877/47 حاصل شد و در این شرایط بازده بیودیزل تولیدی 480/89 درصد به دست آمد. نتایج سینتیک فرایند ترانس استریفیکاسیون مشخص نمود که میزان انرژی فعال‌سازی واکنش ترانس استریفیکاسیون بر اساس نتایج تحقیق برابر با (kj/mol) 22/25 و مقدار ضریب آرنیوس (min^"-1" ) 306/155 با مقدار ضریب تبیین 92/0 است.

AbstractDue to the increasing importance of energy in the world and the problems related to the use of fossil fuel sources, such as environmental issues and energy security, significant investments and studies have been made in the field of providing clean and sustainable energy sources in recent years. Among renewable energies, biofuels such as biodiesel have a special place in the energy portfolio of many countries. Biodiesel is a clean and renewable fuel and is produced from renewable sources such as vegetable oils, oilseeds, animal fats, waste edible oils, and algae, and acts as a complementary fuel along with diesel fuels in combustion engines. The most common method of biodiesel production in the world is the method of transesterification of triglycerides with alcohol in the presence of a suitable catalyst and using stirred reactors. In this research, the process of transesterification of edible oil waste has been investigated using a heterogeneous pumice catalyst doped with nano calcium oxide. The catalyst used in this research was prepared through the process of nano-calcium oxide doping on black lentil pumice. And the response surface method (RSM) and the central composite experimental design (CCD) were used to model and optimize the factors affecting the transesterification process. In this research, the variables of molar ratio of methanol to oil (3, 4, 5, 6, and 7 to 1), catalyst concentration (0.25, 0.5, 0.75, 1, and 1.25% by weight), reaction time (50, 70, 90, 110 and 130 minutes) and reaction temperature (25, 35, 45, 55 and 65 °C) on the efficiency of the biodiesel production process were discussed. The proposed model for biodiesel production efficiency was a quadratic regression model with a coefficient of determination of 95.95% and a coefficient of variation (C.V.) of 1.81%. The results of the analysis of variance showed that the independent variables of the molar ratio of methanol to oil and catalyst concentration had a significant effect at the 5% level on biodiesel production efficiency and the independent variable of catalyst concentration had the greatest effect on biodiesel production efficiency. Also, the results of analysis of variance to evaluate the interaction of independent variables showed that variable catalyst concentrations at different times had a significant effect at the 1% level on biodiesel production efficiency. The results of the optimization of the biodiesel production process from the waste of edible oils and using the heterogeneous catalyst of pumice doped with nano calcium oxide showed that the maximum yield of biodiesel production in the conditions of the molar ratio of methanol to oil (m/m) is 5.4942, the concentration of the catalyst 0.762 (%w/w), reaction time 90.675 (min) and reaction temperature 47.877 (℃) were obtained, and in these conditions, the yield of biodiesel produced was 89.480%. The results of the kinetics of the transesterification process indicated that the amount of activation energy of the transesterification reaction according to the research results is equal to 25.22 (kJ/mol) and the Arrhenius coefficient value is 155.306 (〖min〗^"-1" ) and the value of the coefficient of determination is 0.92.

Optimization of Biodiesel Production Process from Edible Oil Waste using Calcium Oxide (CaO) Nano Catalyst

‏قربان‌زاده‌ گبلو،

‏ شیرین

تهیه کننده

‏عبدی،

نجار،

‏ رضا

‏ رضا

استاد راهنما

استاد مشاور

‏تبریز