بخشی از مقاله
چکیده:
کاهش ذخایر انرژیهای فسیلی و افزایش قیمتهای نفت و مشتقات آن از یک طرف و افزایش آلودگیهای زیست محیطی حاصل از احتراق آنها از طرف دیگر باعث شده که بشر امروز در جهت تولید انرژیهای جایگزین که باعث کاهش آلودگیهای زیست محیطی شده و دارای قیمت مناسب نیز باشد، تلاش کند. بیودیزل به عنوان جایگزین سوخت دیزل از منابع تجدیدپذیر مانند روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی تولید شده است. این سوخت غیر سمی با نشر آلودگیهای کمتر، دوستدار محیط زیست میباشد.
در سالهای اخیر، توسعهی سوختهای جایگزین از منابع تجدیدپذیر مورد توجه قرار گرفته است. در این پژوهش از ترکیب روغنهای گیاهی کلزا و آفتابگردان در سه سطح ترکیبی %30 - کلزا و %70 آفتابگردان، %50 کلزا و %50 آفتابگردان، %70 کلزا و %30 آفتابگردان - به عنوان یک مادهی مناسب جهت تولید بیودیزل استفاده شد و استرسازی آن با استفاده از الکل اتانول و با بکارگیری هیدروکسید پتاسیم به عنوان کاتالیزور انجام گرفت.
تأثیر متغیرهای ترکیب روغنها 70 - ، 50، 30 بر حسب روغن کلزا - ، زمان واکنش 90 - ، 60، 30 دقیقه - ، دمای واکنش 65 - ، 55، 45 درجه سلسیوس - و نسبت مولی الکل به روغن 12:1 - ، 9:1، - 6:1 بر روی بازده تولید اتیل استر - بیودیزل - در سه سطح بررسی شد و هر آزمایش در سه تکرار انجام شد. پارامترهای غلظت کاتالیزور 0/5 - درصد وزنی روغن - و سرعت همزنی 600 - دور بر دقیقه - ثابت بود. خواص ترموفیزیکی بیودیزل تولید شده از روغنهای مذکور با بیودیزل استاندارد مقایسه شد و همهی ویژگیهای آن در محدودهی مجاز استاندارد ASTM D-6751 قرار داشت.
مقدمه:
در قرن حاضر نیاز به انرژی با توجه به توسعهی روز افزون تکنولوژی به ویژه صنعت خودرو، رو به فزونی گذاشته و در عین حال منابع تولید این انرژی که عمدتاً تا کنون سوختهای فسیلی بوده است، محدود و طی برخی برآوردها رو به کاهش میباشد. بنابراین به علت استفادهی روز افزون از سوختهای فسیلی، افزایش قیمت محصولات نفتی، کاهش ذخایر سوختهای فسیلی و افزایش آلودگیهای زیست محیطی ناشی از این سوختها، محققان را در جهت یافتن منابع جدید انرژی غیرنفتی ترغیب نموده است.
در حال حاضر میزان تقریبی حجم ذخایر نفتی به اندازهای است که در صورت ادامهی روند تکیه بر سوختهای فسیلی، در آیندهای نزدیک، جهان با مشکلات زیادی از قبیل کمبود مواد اولیه و آلودگی محیط زیست مواجه خواهد شد. زیرا از یک طرف آلودگیهای ناشی از سوختهای فسیلی بر همگان مشهود بوده و از طرف دیگر بر اساس برآوردها، ذخایر نفتی خام دنیا کمتر از 41 سال دیگر تمام خواهد شد
عمدتاً از سه تکنیک به منظور فرآوری روغنهای گیاهی به شکل سوخت استفاده میشود که عبارتند از: پیرولیزیزٌ، میکروامولسیفیکاسیونٍ و ترانس استریفیکاسیونَ
مهمترین مزیتهای اساسی سوخت بیودیزل نسبت به گازوئیل به شرح ذیل میباشد: میزان اکسیژن موجود در سوخت دیزل صفر است، در حالیکه بیودیزل حاوی 11 درصد وزنی اکسیژن میباشد. اکسیژن موجود در سوخت باعث احتراق کامل سوخت و در نتیجه کاهش آلایندههای حاصل از احتراق ناقص میگردد، در نتیجه بیودیزل با کاهش آلایندههای هوا نظیر هیدروکربنهای نسوخته - UHC - ، ذرات معلق - PM - ، منوکسید کربن - CO - و اکسیدهای گوگرد - - S نقش مهمی را در حفظ محیط زیست و سلامت افراد جامعه ایفا میکند
اهداف این پژوهش به ترتیب زیر میباشند:
- تولید بیودیزل خالص از ترکیب روغنهای ذکر شده توسط واکنش ترانس استریفیکاسیون
- تعیین برخی از خواص فیزیکی و شیمیایی سوخت تولیدی
- انتخاب بهینهترین ترکیب سوختی با بهترین خصوصیت
مواد و روش ها:
برای تولید بیودیزل از روغن گیاهی توسط واکنش ترانس استریفیکاسیون به یک رآکتور با دما و فشار تحت کنترل نیاز بود. این دستگاه در بخش مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی دانشگاه شیراز ساخته شد - شکل. - 1
شکل : 1 دستگاه تولید بیودیزل
در این پژوهش از ترکیب روغنهای گیاهی کلزا و آفتابگردان در سه سطح ترکیبی %30 - کلزا و %70 آفتابگردان، %50 کلزا و %50 آفتابگردان، %70 کلزا و %30 آفتابگردان - به عنوان یک مادهی مناسب جهت تولید بیودیزل استفاده شد و استرسازی آن با استفاده از الکل اتانول و با بکارگیری هیدروکسید پتاسیم به عنوان کاتالیزور انجام گرفت. برای تعیین میزان روغن مصرفی در هر آزمایش، از فرمول - 1 - استفاده شد
اندازه گیری روغن، اندازه گیری الکل و هیدروکسید پتاسیم، آماده سازی روغن و اتوکسید - مخلوط اتانول و هیدروکسید پتاسیم - ، مخلوط کردن روغن و اتوکسید، کاهش دمای مخلوط تا دمای محیط، تفکیک فازهای ایجاد شده، جداسازی فازهای تفکیک شده، جداسازی اتانول از اتیل استر خالص و تولید اتیل استر خالص با انجام عملیات آبشویی مراحل تولید سوخت بیودیزل بودند.
تأثیر متغیرهای زمان واکنش 90 - ، 60، 30 دقیقه - ، دمای واکنش 65 - ، 55، 45 درجه سلسیوس - و نسبت مولی الکل به روغن 12:1 - ، 9:1، - 6:1 بر روی بازده تولید اتیل استر - بیودیزل - در سه سطح بررسی شد و هر آزمایش در سه تکرار انجام شد. پارامترهای غلظت کاتالیزور 0/5 - درصد وزنی روغن - و سرعت همزنی 600 - دور بر دقیقه - ثابت بود. برخی از خواص ترموفیزیکی بیودیزل تولید شده از روغنهای مذکور - چگالی، ویسکوزیتهی سینماتیکی در 28 و 40 درجه سلسیوس، نقطهی ابری شدن، نقطهی ریزش و نقطهی اشتعال - با بیودیزل استاندارد مقایسه شد.
نتایج و بحث:
دادهها با استفاده از نرمافزار SPSS-18به کمک آزمایش فاکتوریل در قالب طرح کاملاً تصادفی تحلیل شدند. نتایج تحلیل واریانس نشان میدهد که متغیرهای ترکیب روغنها و زمان واکنش، تأثیر معناداری بر وزن اتیل استر - بیودیزل - تولیدی نداشته است. درصورتی که متغیرهای دمای واکنش و نسبت مولی الکل به روغن در سطح یک درصد، اثر معناداری بر وزن اتیل استر - بیودیزل - تولیدی داشته است. این بدین معنی است که دماهای مختلف واکنش و نسبتهای مختلف مولی الکل به روغن، تأثیرات معناداری بر میزان تولید بیودیزل داشته است
