بخشی از مقاله
چکیده
امروزه معضل هایی همچون آلودگیهای زیست محیطی ناشی ازمصرف سوختهای فسیلی که سبب برهم خوردن شرایط اکولوژیک و ایجاد خطرهای زیست محیطی گردیده، همچنین محدود بودن ذخایر سوختهای فسیلی باعث شده تا از سوی کشورهای جهان به این نوع انرژیها بیش از پیش توجه شود . در این تحقیق از چربی حاصل از دنبه گوسفند سوخت بیودیزل حاصل گردید. بدین منظور در تحقیق حاضر به فرآوری بیودیزل از روغن دنبه گوسفند پرداخته شد. با توجه به روش ترانس استریفیکاسیون ; متغیرها و محدوده هایی که مورد بررسی قرار گرفت ترتیب عبارتند از نسبت مولی الکل به روغن - 3 : 1-9:1 - ، دمای واکنش - 45-65œC - ، میزان کاتالیزور بازی هیدروکسید پتاسیم 0/25 - تا 1/5 درصد وزنی - ، و شدت همزنی . - 200-600 rpm - از در طراحی آزمایشها، روش فاکتوریل در طرح کاملاً تصادفی استفاده شد. حداکثر درصد تبدیل برابر با %95 و در مدت 2 ساعت حاصل گردید.
کلیدواژه: بیودیزل، ترانس استریفیکاسیون، دنبه گوسفند
مقدمه
بحران فزاینده انرژی در جهان صنعتی امروز با شتاب تندی همه کشورهای جهان را بیش و کم به چالشی عظیم کشانده است و کمبود، میرایی و تجدید ناپذیری سوختهای فسیلی ، اندیشمندان و محققان حوزه های مختلف علوم را به تنگنای فکری واداشته و گروههای تحقیقاتی به دنبال راهکارهای عملی برای فائق آمدن برمشکلات و تبعات بحران انرژی در عرصه های مختلف صنعتی و اجتماعی هستند. کمبود سوختهای فسیلی موجود و محدود بودن منابع آن به برخی مناطق جهان، افزایش تشعشعات آلاینده زیست محیطی حاصل از احتراق سوختهای فسیلی و افزایش بهای آنها، استفاده از منابع بیوتوده را بسیار جذاب و در خور توجه ساخته است. کارشناسان اظهار می کنند که نفت موجود و منابع گاز برای فقط چند دهه کوتاه کافی خواهند بود.از این رو انرژیهای بیولوژیک به عنوان یک انرژی جایگزین مطرح شده اندکه برای استفاده از آن نیاز چندانی به تغییر در موتور نیست.
مطابق با افزایش تقاضای انرژی و لزوم جایگزینی منابع نفتی، سوختهایی نظیر بیودیزل طلایه داران تکنولوژیهای جایگزین هستند و از اینرو راهکار مناسب و قابل پیشرفت برای مصرف در موتورهای احتراقی، بی تردید انواع بیودیزل است.بیو دیزل به سوختهایی اطلاق می شود که منشاء بیولوژیکی دارند و یک عنوان کلی است که به گستره ای از سوختهای اکسیژن دهی شده با پایه استری - که از منابع بیولوژیکی تجدیدپذیر نشات می گیرد - نسبت داده می شود.[4] بیودیزل بطور خلاصه به عنوان استرهای مونوالکیلی روغنهای نباتی یا چربیهای حیوانات تعریف می شود . بیودیزل ممکن است از روغن های آلی و چربیها تولید شود. از دیدگاه علم شیمی، بیودیزل به استرهای منوالکیل با زنجیرهای بلند اسید چرب که از بیولیپیدهای تجدید پذیر مشتق می شوند منسوب می شود.
برای تولید بیودیزل لازم است تا ساختار تریگلیسیریدهای روغن های طبیعی به اجزای ساده تری شکسته شود که این کار به سه روش پیرولیز، میکروامولسیون و ترانس استریفیکاسیون انجام می شود. از بین این روش ها روش ترانس استریفیکاسی ون به لحاظ سادگی کاربرد بیش تری دارد . این فرآیند شیبه به فرآیند هیدرولیز است با این تفاوت که به جای آب الکل جایگزین می شود. بدین منظور مولکول های ترکیبات روغن یا چربی با یک الکل مانند متانول یا اتانو ل در حضور یک کاتالیزور اسیدی یا قلیایی شرکت کرده و OH الکل مورد استفاده جایگزین زنجیره هیدروکربنی موجود در روغن میشود در نتیجه استرهایی با ساختمان مولکولی جدید به نام استرهای آلکیل اسید چرب بوجود می آید. [3]
از طریق فرآیند پالایش موسوم به واکنش تبادل استری، گلیسیرین را که یک محصول فرعی بوده و برای موتور خودرو مناسب نیست، حذف می کنند. گلیسرین حذف شده می تواند برای تهیه صابون استفاده شود. بیودیزل می تواند در بسیاری از موتورهای دیزلی بصورت خالص یا مخلوط با سوختهای نفتی در مقادیر مختلف استفاده شود. به ویژه در مخلوطی با80 درصد بیودیزل و20 درصد سوخت نفتی، بطور چشمگیری تابشهای سرطانی و گازهایی را که در گرم شدن زمین سهیم می شوند، کاهش می دهد.در این تحقیق از دنبه ی گوسفند استفاده شد که حاوی 95-85 درصد چربی، 3/12-3/3 درصد رطوبت و طعم و بوی خاصی است که بسته به نژاد، تغذیه، شرایط رشد و سن حیوان متغیر است .
مواد و روشها
خوراک مورد استفاده دارای حدود 1/25 درصد وزنی اسیدهای چرب آزاد میباشد . الکل مورد استفاده، متانول ایرانی با خلوص 99/8 درصد و کاتالیزور بازی هیدروکسید پتاسیم با خلوص 99 درصد بوده است. در بخش آنالیز محصولات، متیل هپتا دکانوات به عنوان استاندارد داخلی، الکل -n هپتان به عنوان حلال و ستون GC قطبی مورد استفاده قرار گرفت. در بخش آنالیز محصولات،متیل هپتا دکانوات به عنوان استاندارد داخلی، الکل -n هپتان به عنوان حلال و ستون GC قطبی مورد استفاده قرار گرفت. همانگونه که اشاره شد، در مورد روغنهایی با محتوای اسیدهای چرب آزاد بالای %0/5، فرآیند نیازمند یک مرحله پیش تصفیه - مرحله استریفیکاسیون - میباشد. لذا مراحل کلی عملکرد به صورت زیر در نظر گرفته شد.
آماده سازی روغنهای تازه: خوراکهای مورد استفاده قبل از انجام واکنشهای شیمیایی به منظور حذف ناخالصیهایی نظیر آب و تکههای مواد، مورد فرآوری قرار گرفت. وجود آب تاثیر به سزایی در درصد تبدیل واکنشها و کیفیت محصولات تولیدی داشت. در برخی از حالات، آب موجود منجر به عدم پیشرفت واکنش میشد . [1] در این قسمت به منظور حذف ذرات ریز از یک صافی در قسمت خروجی مخزن نگهداری استفاده شده است.تعیین درصد اسیدهای چرب آزاد: جهت تعیین نوع روغن پسماند مورد استفاده - گریس زرد یا قهوهای - ، لزوم یا عدم لزوم اعمال مرحله استریفیکاسیون و تعیین مقدار کاتالیست و واکنشگرهای مورد نیاز لازم بود تا به تعیین درصد اسیدهای چرب آزاد خوراک پرداخته شود. برای این منظور با استفاده از محلول 0/1 نرمال هیدروکسید پتاسیم و معرف فنلفتالئین به تیتراسیون خوراک فرآیند پرداخته شد.
آمادهسازی متوکسید: بواسطه سمی بودن متانول مورد استفاده، آماده سازی محلول متوکسید - مخلوطی از واکنشگر متانول و کاتالیست قلیایی - بصورت مکانیکی انجام گرفت. لذا برای این منظوراز یک همزن مکانیکی با محفظه کاملاً ایزوله استفاده شد. با هر دوره آمادهسازی متوکسید، مواد مورد نیاز در سه دوره تولید بیودیزل تهیه شد. به واسطه پایین بودن نقطه اشتعال متانول، جهت جلوگیری از ایجاد جرقه و احتمال اشتعال متانول، تجهیزات الکتریکی مورد استفاده به سیم ارت مجهز شدند.مرحله ترانساستریفیکاسیون: در این مرحله از واکنش، روغن و متانول در حضور کاتالیزور بازی هیدروکسید پتاسیم محصولات بیودیزل و گلیسیرین تولید گردید.
بازیافت الکل: وجود متانول در مخلوط واکنشی، باعث تاخیر در جداسازی دو فاز بیودیزل و گلیسیرین در مرحله بعد شد. لذا در ادامه کار متانول مازاد قبل از جداسازی گلیسیرین از ترکیب خارج گردید.
جداسازی گلیسیرین: در اینجا برای جداسازی گلیسیرین از روش تهنشینی استفاده شده است. علت انتخاب این روش، سادگی و هزینه پایین آن میباشد. گلیسیرین در مدت زمان 80 دقیقه به طور کامل تهنشین گردید.
آبشویی سوخت: اولین هدف از آبشویی حذف صابون تولیدی در طی فرآیند ترانساستریفیکاسیون بوده است. همچنین آبشویی منجر به حذف متانول، گلیسرین و کاتالیست باقیمانده در سوخت گردید. استفاده از آب گرم 45 - تا 60 درجه سلسیوس - از رسوب اسیدهای چرب اشباع جلوگیری کرده و تشکیل امولسیون با آبشویی ملایم را کاهش میداد. همچنین با اضافه کردن مقدار کم اسید به داخل آب مورد استفاده واکنشگر باقیمانده را خنثی میکرد. [1] در بین روشهای موجود، روش آبشویی با دمیدن هوا راندمان بسیار بالایی داشته و تعداد دفعات آبشویی را کاهش میداد . [2 ] از این رو، در پایلوت طراحی شده در این تحقیق، از روش آبشویی با تزریق هوا استفاده شد . استفاده از سه مرحله آبشویی، منجر به تولید سوختی کاملاً شفاف گردید. زمان مورد نیاز هر مرحله در حدود 15 دقیقه بوده است.
نحوه انجام آزمایشها: در تحقیق حاضر، اثرات نسبت مولی الکل به روغن از نسبت 3:1 تا 9:1، اثر شدت همزنی از 200 تا 600 دور در دقیقه، دمای واکنش از 45 تا 65 œC، مقدار کاتالیزور بازی هیدروکسید پتاسیم از 0/25 تا 1/5 درصد وزنی روغن پسماند و همچنین مدت زمان واکنش از 20 تا 90 دقیقه بر درصد تبدیل واکنش مورد ارزیابی قرار گرفته است آزمایشهای مورد نیاز به روش فاکتوریل و در قالب طرح کاملاً تصادفی با سه تکرار طراحی شد.
