بخشی از مقاله
چکیده
با مطالعات انجام شده بر روی منابع علمی و فنی، مشخص شده است که فرایند تولید مواد آروماتیک از باگاس نیشکر تاکنون در کشور انجام نشده است و عمده باگاس نیشکر تولیدی در صنایع شکر سوزانده می شود و از بین می رود. در خارج از کشور نیز هیچ گزارشی مبنی بر تولید تجاری و یا تولید نیمه صنعتی مواد آروماتیک از باگاس نیشکر با قابلیت استفاده در تولید سموم کشاورزی منتشر نشده است. آنچه که از تبدیل شیمیایی لیگنین موجود در باگاس نیشکر منتشر شده است بیشتر به فرایند های پیرولیز مربوط می شود که اساسا برای تولید فنولها می باشند که درجه اکسایش آنها بالاتر از آن است که در تولید مواد اولیه مورد نیاز صنایع مهمات سازی و یا تولید سموم استفاده شوند.
واژه های کلیدی:باگاس نیشکر،لیگنین،سموم کشاورزی
-1مقدمه:
باگاس بازمانده فیبری شکل حاصل از فرایند خرد کردن و استخراج شربت نیشکر می باشد. این ماده شامل فیبر ، آب ومقداری جزیی موادجامد محلول می باشد. در دنیا 60 میلیون تن باگاس تولید می شود و این میزان یک چهارم نیشکر خام تولیدی می باشد. باگاس حاصل ازآسیاب ها 48 درصد فیبر ، 50 درصد آب و حدود 3 درصد مواد محلول دارد. فیبر باگاس شامل 60 تا 70 درصد کربوهیدرات ، 20 تا 30درصد لیگنین و 3 تا 5 درصد خاکستر است.] 1 [با وجود محدودیت مصرف باگاس در این صنایع هنوز هیچ فرایند تبدیل مناسبی که از نظر اقتصادی رقابتی باشد ، در این منطقه وجود ندارد[2]طبق امار سازمان مرکزی مطالعات140 کیلوگرم تفاله 140کیلوگرم باگاس و150 کیلوگرم شکر از هر تن نیشکر تمیز زراعی بدست می آید[3]
در برزیل مواد باقیمانده نیشکر در خود زمین سوزانده میشود[4] اما در آفریقای جنوبی از پسماند نیشکر به عنوان منبع تولید انرژی در طی یک واکنش پیرولیز استفاده می شود[5] بعد از مطالعه فرایند پیرولیز توس .Putun et al مشخص شد که روغن زیستی بدست آمده از گیاه نیشکر می تواند به عنوان یک منبع سوخت تجدید پذیر ویا در صنایع شیمیایی مورد استفاده قرار گیرد. ]6[مطالعات دیگر توس -Amen]7[ .Chen et alبه بررسی جزییات درباره بهینه سازی شرای فرایندی درباره تولید محتویات فنول و روغن زیستی از لیگنین می پردازد. این انالیز شبیه روش>8@ .Tsai et al و>9@ .Lee et al در آنالیز تاثیرات چند پارامتری روی بازده تولید روغن ازپوسته برنج وپیرولیز علف میباشد. >10@
شروع توجه به اهمیت تولید اجزای شبه آروماتیک در مطالعات Peng و>11‚12@Wu روی پیرولیز ساقه گندم برای ارزیابی این اجزای مورد استفاده در صنایع شیمیایی است.هدف اصلی در این تحقیق این است که با تبدیل لیگنین موجود در باگاس نیشکر تولید شده در کارخانه های شکر، به مواد مواد آروماتیک که دارای دمای جوشی در محدوده 110 تا 170 درجه سانتیگراد می باشند، مواد اولیه موردنیاز برای تولید مواد منفجره قوی را فراهم نمود. با مطالعات انجام شده بر روی منابع علمی و فنی، مشخص شده است که فرایند تولید مواد آروماتیک از باگاس نیشکر تاکنون در کشور انجام نشده است و عمده باگاس نیشکر تولیدی در صنایع شکر سوزانده می شود و از بین می رود
در این تحقیق برای حل مشکلات فنی اشاره شده لیگنین موجود در باگاس نیشکر به مواد آروماتیکی که در تولید مواد منفجره قوی استفاده می شوند، تبدیل می گردد.با توجه به اطلاعات کسب شده در زمینه تولید مواد آروماتیک مورد نیاز جهت تولید سموم کشاورزی از لیگنین موجود در باگاس نیشکر، این طرح که مواد ترکیبی- آن در ذیل این موارد ذکر می شود، برای اولین بار است که در کشور صورت می گیرد.در حال حاضر تهیه مواد آروماتیک مورد نیاز جهت تولید سموم کشاورزی و مواد منفجره پر قدرت از منابع فسیلی نظیر نفت خام و زغال سنگ انجام می شود ودارای معایب زیر است:
-1 در حال حاضر مواد آروماتیکی مورد استفاده در صنایع مهمات سازی و تولید سموم کشاورزی از به منابع فسیلی وابسته است و این منابع رو به پایان می باشند.
-2 هزینه بالای جداسازی و خالص سازی و تهیه مواد آروماتیک از منابع فسیلی، هزینه تولید مواد منفجره قوی و سموم کشاورزی را افزایش داده است.
-3 تولید و استفاده از مواد آروماتیکی تهیه شده از منابع فسیلی با آلودگی شدید محیط زیست همراه است.
-4 استفاده گسترده از مواد آروماتیک موجود در منابع فسیلی باعث کاهش شدید این منابع می شود در حالی که منبع تجدیدپذیر آن که همان لیگنین موجود در باگاس نیشکر است بلا استفاده مانده و سوزانده می شود.
-2 روش تحقیق
. روش بکار گرفته شده در این تحقیق برای تبدیل لیگنین، شامل ترکیب فرایند هیدرولیز قلیایی برای جداکردن لیگنین از سلولز و تجزیه کاهشی لیگنین در حضور سود و گوگرد است. فرایند هیدرولیز قلیایی به این صورت است که ابتدا از محلول آمونیاک 40 درصد و در دمای 130 درجه سانتیگراد برای هیدرولیز باگاس نیشکر و جداسازی لیگنین در مدت نیم ساعت استفاده می شود. پس از آن محلول آمونیاکی توسط تبخیر و تقطیر از محصول هیدرولیز شده جدا می شود. محصول فرایند که لیگنین می باشند در مخلوطی از رشته های سلولز و آب غوطه ور می باشد. این رشته های سلولزی، توسط فیلتر سانتریفیوژی از لیگنین و آب جدا می شوند. سپس مخلوط لیگنین و آب به یک دستگاه مخلوط کن وارد می شوند و در این دستگاه با مقادیری از گوگرد زرد و هیدروکسید سدیم مخلوط می گردند، بطوری که مخلوط حاصل دارای 10 درصد لیگنین،10درصد هیدروکسید سدیم،10درصد گوگردو 70 درصد آب باشد.
مخلوط در دمای 300 درجه سانتی گراد به مدت یک ساعت نگه داشته می شود. سپس انتقال حرارت متوقف شده تا مجموعه سرد شود و به دمای محیط برسد. در پایان محصولات واکنش که شامل مواد آروماتیک کاهش یافته و بخشی از مواد اولیه باقی مانده می باشد، از طریق تبخیر و تقطیر از هم جدا می شوند. مواد آروماتیکی حاصل که دارای دمای جوش در محدوده 110 درجه سانتی گراد تا 170 درجه سانتیگراد می باشند، به عنوان مواد اولیه برای تولید سموم کشاورزی استفاده می شوند.حال با انجام آزمایشات روی چهار پارامتر دما غلظت سود غلظت لیگنین وزمان وهمچنین استفاده از روش یک متغیر در یک زمان شرایط خود را بهینه می کنیم که در جدول 1 آورده شده است:
