بخشی از مقاله
خلاصه
در این تحقیق از روغن آفتابگردان برای تولید بیودیزل استفاده گردید. الکل مورد استفاده متانول و از KOH بعنوان کاتالیزور در سه سطح %0/5، %1 و %1/5 وزنی استفاده شد. همچنین از سه سطح نسبت مولی 3، 6 و 9 استفاده شد و اثرات غلظت کاتالیزور و نسبت مولی بر وزن گلیسیرین مورد بررسی قرار گرفت. همچنین جهت ارزیابی کیفیت محصول تولیدی، خوصیات بیودیزل شامل گرانروی، نقطه ابری، نقطه اشتعال و کربن باقی مانده اندازهگیری شد و نشان داده شد که همه خصوصیات سوخت تولیدی در محدوده استاندارد ASTM قرار دارد و میتوان از آن بعنوان یک سوخت استاندارد در موتور استفاده کرد.
-1مقدمه
آلودگیهای زیست محیطی تولید شده توسط ترکیب سوخت های فسیلی باعث شدید اثر گلخانهای و گرم شدن زمین میشود از این رو، سوختهای جایگزین تجدیدپذیر و پاک بدست آمده توجه ها را در مصارف کنونی و آینده به خود جلب کردهاند . آلکیل استرها - بیودیزل - که میتوان از روغنهای گیاهی و چربیهای حیوانی تولید شود، سوخت پیشنهاد شده برای ماشینهای دیزل است که خصوصیات نزدیکی با سوختهای دیزل دارد.
تولید بیودیزل با روش ترانس استریفیکاسیون میباشد که در این عملیات الکل استر با یک الکل دیگر در طی فرایندی جایگزین میشود .این فرایند به طور گستردهای در کاهش ویسکوزیته روغنها جهت رسیدن به ویژگی فیزیکی مورد نظر برای افزایش راندمان موتور انجام میشود.[1] در دهههای اخیر بیودیزل به عنوان یک منبع سوخت تجدیدپذیر و زیستی به منظور تسهیل کارکرد موتور، ارتقاء بهسوزی سوخت و کاهش آلایندههای حاصل از احتراق به عنوان جایگزینی برای سوخت دیزل معرفی شدهاست. همچنین این سوخت بر روی آلایندههای ناشی از احتراق در موتور شامل ذرات معلق، کربن مونواکسید، هیدروکربنهای نسوخته و سایر آلایندههای منتشر شده، تأثیر بسزایی دارد [3,2]
درصد تبدیل بیودیزل در فرآیند ترانس استریفیکاسیون به عوامل مختلفی مانند اندازه و نوع الکل ، اندازه و نوع روغن ، دمای واکنش و زمان واکنش بستگی دارد و استفاده از یک کاتالیزور مناسب به عنوان یک ماده اولیه مهم در تولید بیودیزل از روش ترانس استریفیکاسیون حائز اهمیت میباشد.[4] مواد خام اولیه در تولید بیودیزل شامل روغنهای گیاهی خوراکی و غیر-خوراکی مانند: سویا، منداب، کانولا، گلرنگ، نارگیل، پالم، جاتروفا، گرچک، آفتابگردان، زیتون، ذرت و ... و نیز چربیهای حیوانی مانند چربی خوک، چربی ماکیان و پیه و ... و همچنین روغن ضایعات آشپزخانه میباشد .[5] سرعت واکنش ترنس-استیریفیکاسیون با کاتالیزور بازی تقریباً 4000 مرتبه سریعتر از واکنش مشابه با کاتالیزور اسیدی است، به همین دلیل، تولید بیودیزل به روش صنعتی، اغلب با فرآیند قلیایی انجام میشود. برای این فرآیند گلیسریدها و الکل لزوماً باید فاقد آب باشند.
زیرا آب باعث پیشرفت واکنش به سمت صابونی شدن خواهدشد.[6] یکی از موارد تاثیر گذار بر تولید بیودیزل نسبت مولی الکل به روغن میباشد. انسینار و همکارانش به این نتیجه رسیدند که از میان متغیرهای بررسی شده - نسبت مولی الکل به روغن، غلظت کاتالیست و دما - ، نسبت مولی الکل به روغن بیشترین اثر را در محدوده مورد آزمایش داشته و نسبت بهینه آن را 6:1 گزارش دادند .[7] در ترانس استریفیکاسیون روغن نارگیل با اتانول، در نسبت مولی 6:1 گلیسرول بیشتری نسبت به 3:1 آزاد شده است. اثر نسبت مولی - از 1:1 تا - 6:1 بر میزان تبدیل استر از انواع روغنهای گیاهی مطالعه شده و در خصوص روغن دانه سویا، آفتابگردان، نارگیل و پنبه دانه بیشترین میزان تبدیل در نسبت مولی 6:1 به دست آمده است.[8]
جاین و همکارانش ابراز داشتند که با افزایش میزان کاتالیست در ترانس استری کردن روغن خوراکی پسماند NaOH، بازده متیل استر تولیدی نیز افزایش مییابد و میزان بهینه کاتالیست %1 وزنی گزارش دادند. افزایش بیش از این مقدار باعث افزایش بازده تولید نشد.[9] انسینار و همکارانش کاتالیستهای هیدروکسید سدیم، هیدروکسید پتاسیم، متوکسید سدیم و متوکسید پتاسیم را در ترانس استری کردن روغن خوراکی پسماند به کار بردند که نهایتا هیدروکسید پتاسیم با غلظت % 1 به-عنوان بهترین کاتالیست انتخاب شد.
[7] در آزمایشی که از روغن پنبه دانه به عنوان روغن در تهیه بیودیزل استفاده شده است که در آن نسبت شدت مولی متانول به روغن را از 3-15 و میزان NaOH را از %0/3-0/9 تغییر دادند و به این نتیجه رسیدند که شدت مولی مناسب 6 و مقدار کاتالیزور %0/3 و دمای واکنش 60 و زمان واکنش یک ساعت برای تبدیل این روغن مناسب است.[10] هدف از این تحقیق بررسی تولید بیودیزل از روغن آفتابگردان با استفاده از صفحه داغ و تاثیر آن بر خواص کیفی سوخت میباشد.
-2مواد و روشها
-1-2مواد
در این آزمایش، از KOH بعنوان کاتالیزور استفاده میشود. روغن مورد استفاده در این آزمایش روغن آفتابگردان و الکل مورد استفاده متانول میباشد.
روش انجام آزمایش
برای شروع واکنش ترانس استریفیکاسیون، الکل متانول و کاتالیزور KOH با یکدیگر مخلوط شدند. روغن مورد نظر بر روی صفحه داغ قرار داده شد و تحت دمای60 درجه سانتی گراد قرار گرفت و عمل همزدن انجام گرفت تا دما در تمام نقاط روغن یکنواخت شود. مخلوط الکل و کاتالیزور به بشر حاوی روغن اضافه شده و واکنش ترانس استریفیکاسیون شروع میگردد. ظرف واکنش در جایی ساکن قرار داده شد. بیودیزل بدست آمده با استفاده از آب مقطر آب شویی شد تا ناخاصیهای باقی مانده در آن از بین برود.
بعد از تولید بیودیزل، برای ارزیابی کیفیت محصول تولیدی، خصوصیات بیودیزل شامل گرانروی، نقطه ابری، نقطه اشتعال و مقدار کربن باقی مانده طبق استاندارد ASTM اندازه گرفته شد. در این آزمایش از سه سطح نسبت مولی 3، 6 و - moL/Lit - 9 و سه سطح غلظت کاتالیزور %0/5، %1 و %1/5 وزنی استفاده شد و اثر نسبت مولی و غلظت کاتالیزور بر وزن گلیسیرین مورد بررسی قرار گرفت. این تحقیق در قالب طرح کاملا تصادفی و در سه تکرار انجام گرفت. از نرم افزار Genstat جهت تجزیه تحلیل آماری و از اکسل برای کشیدن نمودارها استفاده گردید.
-3نتایج و بحث
-1-3اثر نسبت مولی
همانطور که در جدول 1 مشاهده میشود با افزایش نسبت مولی از 3 به 6 میزان میانگین وزن گلیسیرین به طور معنی داری افزایش یافت. افزایش الکل بیش از مقدار بهینه، بازده را افزایش نمیدهد و فقط هزینه بازیافت الکل را افزایش می-دهد .[11]
-2-3اثر غلظت کاتالیزور
مطابق آنچه که در جدول 2 نشان داده شده است با افزایش غلظت کاتالیزور از %0/5 به %1 میزان میانگین وزن گلیسیرین افزایش یافت. با افزایش درصد کاتالیزور، میزان تبدیل تری گلیسیرید نیز افزایش مییابد. همچنین با افزایش این میزان از مقدار بهینه باعث تولید صابون در واکنش میشود و میزان تبدیل کاهش مییابد.[12]
