بخشی از مقاله
چکیده
استفاده از روغن پسماند خوراکی به عنوان ماده اولیه براي تولید بیودیزل یکی از راهکارهاي مناسب براي کنترل آلودگی هاي ناشی از این نوع پسماند به شمار می رود. علاوه بر آن بیودیزل به عنوان یک سوخت پاك و تجدید پذیر جایگزین مناسبی براي سوخت هاي فسیلی است.
تولید بیودیزل از روغن پسماند خوراکی با استفاده از روش هاي معمول کاتالیستی علاوه بر زمان طولانی واکنش و انجام واکنش هاي جانبی تولید صابون نیاز به مراحل خالص سازي و جداسازي محصولات از کاتالیست دارد در حالیکه در روش متانول فوق بحرانی به دلیل عدم حضور کاتالیست در فرآیند و همینطور حذف مقاومت هاي انتقال جرم بین اجزاء زمان واکنش بسیار کوتاهتر بوده و روش مناسبی براي تولید بیودیزل از روغن پسماند خوراکی به شمار می رود.
در این مطالعه اثر چهار پارامتر نسبت مولی متانول به روغن، دماي واکنش، فشار کربن دي اکسید و زمان واکنش بر روي بازده تولید بیودیزل به روش متانول فوق بحرانی توسط روش سطح پاسخ بررسی شده و مقادیر بهینه هرکدام از پارامترها مشخص شده اند. همچنین یک مدل درجه دوم بر اساس داده هاي تجربی به دست آمده به منظور پیش بینی رفتار سیستم ارائه شده و صحت آن توسط روش آنالیز واریانس مورد بررسی قرار گرفته است. نمودارهاي اثر پارامترهاي متقابل بر روي بازده تولید بیودیزل نیز ارائه شده اند.
واژه هاي کلیدي: روغن پسماند خوراکی، بیودیزل، واکنش ترانس استریفیکاسیون، متانول فوق بحرانی، روش سطح پاسخ
مقدمه
روغن پسماند خوراکی روغنی است که پس از استفاده در صنایع غذایی قابلیت استفاده بیشتر براي تولید مواد غدایی سالم را نداشته و اغلب به عنوان یک ماده پسماند، دور ریخته می شود. این روغن داراي منابع مختلف خانگی، تجاري و صنعتی بوده که رهاسازي آن به محیط زیست می تواند مشکلات فراوانی را ایجاد کند. ورود روغن پسماند خوراکی به شبکه لوله کشی فاضلاب به سرعت باعث گرفتگی لوله ها به دلیل جامد شدن روغن و خوردگی فلزات و اتصالات شبکه فاضلاب می گردد.
همچنین می تواند بر روي تأسیسات تصفیه فاضلاب اثر گذاشته و افزایش هزینه تصفیه آب از مواد آلاینده را به دنبال خواهد داشت از طرفی تغذیه حیوانات با این نوع روغن می تواند باعث تجمع آن در زنجیره غذایی شده و در نهایت سلامتی انسان ها را به خطر خواهد انداخت.بنابراین ارائه راهکارهاي مناسب به منظور مدیریت این نوع پسماند، ضروري به نظر می رسد. یکی از راه هاي استفاده بهینه از روغن پسماند خوراکی استفاده از آن به عنوان ماده اولیه براي تهیه بیودیزل - سوخت زیستی - می باشد.
امروزه به دلیل رشد سریع علم و فن آوري تقاضا براي سوخت هاي فسیلی مانند فراورده هاي نفتی و گاز طبیعی در سراسر جهان رو به افزایش است. از طرفی به علت کمبود منابع این نوع سوخت در جهان، در سال هاي اخیر با افزایش قیمت سوخت هاي فسیلی مواجه بوده ایم. همچنین به کارگیري این نوع منابع انرژي یکی از دلایل اصلی آلودگی محیط زیست بوده است. فرآیند احتراق سوخت هاي فسیلی که از جمله منابع انرژي تجدید ناپذیر به شمار می آیند، باعث انتشار گازهاي سمی شامل کربن مونوکسید - قه - ، نیتروژن دي اکسید - لقش - و سولفور دي اکسید - لقح - می شود.
بیودیزل که یک سوخت تجدید پذیر، زیست تجزیه پذیر، غیر سمی، سازگار با محیط زیست و داراي آلودگی بسیار کمتري نسبت به دیزل معمولی است، به عنوان آلکیل استر اسید هاي چرب تعریف شده و از واکنش ترانس استریفیکاسیون تري گلیسریدها با یک الکل مانند متانول یا اتانول بدست می آید. واکنش مذکور به صورت زیر می باشد:در واکنش فوق یک مول تري گلیسرید با سه مول الکل - در اینجا متانول - در حضور کاتالیزور واکنش داده و سه مول متیل استر اسید چرب - بیودیزل - به همراه یک مول گلیسرول تولید می شود. به طور کلی منابع تري گلیسریدها از دانه هاي روغنی مانند سویا، آفتابگردان، پنبه دانه و ... و همچنین چربی هاي حیوانی تأمین می شود.
تولید بیودیزل با استفاده از روغن هاي خوراکی به عنوان ماده اولیه، به دلیل قیمت بالا و مصارف متنوع غذایی مقرون به صرفه نیست. به همین دلیل امروزه بیشتر توجهات به سمت استفاده از روغن هاي گیاهی غیرخوراکی و روغن هاي پسماند خوراکی معطوف شده است. استفاده از روغن هاي پسماند خوراکی به علت در دسترس بودن و قیمت پایین به عنوان یک گزینه مناسب براي تولید بیودیزل مطرح است.
واکنش ترانس استریفیکاسیون می تواند توسط کاتالیست هاي قلیایی، اسیدي یا آنزیم ها انجام شود. واکنش هاي کاتالیستی قلیایی و اسیدي نسبت به واکنش هاي آنزیمی داراي سرعت بیشتر و هزینه کمتري می باشند . به طور کلی روغن پسماند نسبت به روغن تازه داراي مقادیر بیشتر اسیدهاي چرب آزاد A - ًً - و آب می باشد. استفاده از این نوع روغن در انجام واکنش هاي کاتالیستی ترانس استریفیکاسیون سبب انجام واکنش هاي جانبی تولید صابون به دلیل حضور کاتالیست در واکنش می شود.
تولید صابون در محیط واکنش از یک طرف با احاطه کاتالیست باعث مصرف بیشتر آن و از طرف دیگر سبب مشکل تر شدن جداسازي گلیسرول از متیل استر اسیدهاي چرب خواهد شد.روش هاي متعددي براي تولید بیودیزل به روش کاتالیستی با استفاده از روغن پسماند خوراکی پیشنهاد شده است. این روش ها شامل یک مرحله پیش تصفیه توسط کاتالیست اسیدي و به دنبال آن مرحله انجام واکنش ترانس استریفیکاسیون توسط کاتالیست قلیایی می باشد. مرحله پیش تصفیه به منظور کاهش اسیدهاي چرب آزاد به مقداري کمتر از %1 - وزنی-وزنی - براي جلوگیري از تولید صابون انجام می شود.
از جمله معایب روش هاي دو مرحله اي می توان به زمان طولانی واکنش، بازیابی کم کاتالیست و نیاز به مراحل پیش تصفیه و خالص سازي محصول از کاتالیست که مستلزم مصرف انرژي و آب فراوان براي شستشوي محصول است اشاره کرد. به منظور رفع این مشکلات روش الکل فوق بحرانی که یک روش با بازدهی بالاي تولید بیودیزل، بدون استفاده از کاتالیست و زمان واکنش کوتاه است پیشنهاد شده است. در این روش مخلوط روغن و الکل به دما و فشاري بالاتر از دما و فشار بحرانی الکل رسانده می شود.
در این حالت به دلیل تشکیل یک فاز محلول همگن، مقاومت انتقال جرم بین اجزاء از بین رفته و واکنش در زمانی بسیار کمتر از زمان معمول در واکنش هاي کاتالیستی انجام می شود. علاوه بر آن به دلیل عدم حضور کاتالیست در محیط واکنش، نیازي به مراحل پیچیده خالص سازي و جداسازي محصول از کاتالیست ندارد.دما و فشار بحرانی تعدادي از الکل هاي مورد استفاده در انجام واکنش ترانس استریفیکاسیون آورده شده است. استفاده از کمک حلال هایی مانند کربن دي اکسید، پروپان و هگزان می تواند با افزایش حلالیت الکل و روغن باعث کاهش دما و فشار عملیاتی سیستم و همچنین کاهش نسبت مولی الکل به روغن شود.
