مدلسازی و بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن سویا

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز- دانشگاه صنعتی شیراز ، شیراز، ایران

2 دانشکده مهندسی شیمی، نفت و گاز، دانشگاه صنعتی شیراز، شیراز، ایران

چکیده

با توجه به افزایش روز افزون آلودگی‌های زیست محیطی و کاهش ذخایر سوخت‌های فسیلی، انتخاب جایگزینی مناسب برای سوخت‌های تجدید ناپذیر بسیار مورد توجه قرار گرفته است؛ از جمله این سوخت‌های جایگزین می‌توان به بیودیزل‌ها که سوخت‌های تجدید پذیر هستند اشاره کرد. در این پژوهش، به مدلسازی و بهینه‌سازی ریاضی تولید بیودیزل روغن سویا طی فرآیند ترانس استریفیکاسیون با نرم افزار متلب و الگوریتم تکامل تفاضلی پرداخته شده است. واکنش ترانس استریفیکاسیون در حضور کاتالیزور پتاسیم هیدروکسید و در یک راکتور ناپیوسته انجام شده است. با توجه به داده‌ها و اطلاعات آزمایشگاهی، مدلی برای بررسی همزمان غلظت کاتالیزور در محدوده (wt% 1-4/0)، نسبت مولی متانول به روغن در محدوده (12-5) و دما در محدوده (°C65-°C25) طراحی شده است. همچنین پارامترهای سینتیکی مجهول در مدل توسعه داده شده محاسبه شد. مقایسه نتایج مدل و داده‌های تجربی نشان داد که مدل پیشنهادی از دقت مناسبی برخوردار است. نتایج مدلسازی نشان داد بین بازده بیودیزل و پارامترهای موثر (دما، نسبت مولی روغن به الکل و غلظت کاتالیست) رابطه وجود دارد. با افزایش دما و نسبت مولی روغن به الکل و کاهش غلظت کاتالیست بازده بیودیزل افزایش می یابد. در انتها از مدل برای یافتن شرایط بهینه واکنش ترانس استریفیکاسیون جهت به حداکثر رساندن بازده بیودیزل استفاده شد. در شرایط بهینه‌ی غلظت کاتالیزور wt% 4501/0، نسبت مولی متانول به روغن 15 و دمای °C70 مقدار بازده تولید بیودیزل به % 87/96 رسید.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


- مراجع
 
[1]  T.L. Chewand and S. Bhatia, Catalytic processes towards the production of biofuels in a palm oil and oil palm biomass-based biorefinery, Bioresource technology, Vol. 99, No. 17, pp. 7911-7922, 2008.
[2]  I.M. Atadashi, M.K. Aroua, and A.A. Aziz, Biodiesel separation and purification: a review, Renewable Energy, Vol. 36, No. 2, pp. 437-443, 2011.
[3]  J.K. Volkman, S.W. Jeffrey, P.D. Nichols, G.I. Rogers, and C.D. Garland, Fatty acid and lipid composition of 10 species of microalgae used in mariculture, Journal of experimental marine biology and ecology, Vol. 128, No. 3, pp. 219-240, 1989.
[4]  F.J. Gordillo, M. Goutx, F.L. Figueroa, and F.X. Niell, Effects of light intensity, CO2 and nitrogen supply on lipid class composition of Dunaliella viridis, Journal of Applied Phycology, Vol. 10, No. 2, pp. 135-144, 1998.
[5]  L.G. Roberts, and T.J. Patterson, Biofuels, Biomedical Sciences, pp. 469-475, 2014.
[6]  D. Adu-Mensah, D. Mei, L. Zuo, Q. Zhang, and J. Wang, A review on partial hydrogenation of biodiesel and its influence on fuel properties, Fuel, Vol. 251, pp. 660-668, 2019.
[7]  F. Haghighat Shoar and J. Tarighi, review of different biodiesel production methods, conditions, raw materials and technologies, Journal of renewable and new energy, Vol. 8, No. 2, pp. 21-32, 2021.
[8]  S.P. Singh, and D. Singh, Biodiesel production through the use of different sources and characterization of oils and their esters as the substitute of diesel: a review, Renewable and sustainable energy reviews, Vol. 14, No. 1, pp. 200-216, 2010.
[9]  M. Mittelbach, and B. Trathnigg, Kinetics of alkaline catalyzed methanolysis of sunflower oil, Lipid/Fett, Vol. 92, No. 4, pp.145-148, 1990.
[10] D. Ganesan, A. Rajendran, and V. Thangavelu, An overview on the recent advances in the transesterification of vegetable oils for biodiesel production using chemical and biocatalysts, Reviews in Environmental Science and Bio/Technology, Vol. 8, No. 4, p. 367, 2009.
[11] H. Fukuda, A. Kondo, and H. Noda, Biodiesel fuel production by transesterification of oils, Journal of bioscience and bioengineering, Vol. 92, No. 5, pp. 405-416, 2001.
[12] A.V. Marjanović, O.S. Stamenković, Z.B. Todorović, M.L. Lazić, and V.B. Veljković, Kinetics of the base-catalyzed sunflower oil ethanolysis, Fuel, Vol. 89, No. 3, pp. 665-671, 2010.
[13] K. Komers, F. Skopal, R. Stloukal, and J. Machek, Kinetics and mechanism of the KOH—catalyzed methanolysis of rapeseed oil for biodiesel production, European Journal of Lipid Science and Technology, Vol. 104, No. 11, pp.728-737, 2002.
[14] A .C. Pinto, L.L. Guarieiro, M.J. Rezende, N.M. Ribeiro, E.A. Torres, W.A. Lopes, P.A.D.P. Pereira, and J.B.D. Andrade, Biodiesel: an overview, Journal of the Brazilian Chemical Society, No. 16, pp. 1313-1330, 2005.
[15] B. Freedman, R.O. Butterfield, and E.H. Pryde, Transesterification kinetics of soybean oil 1, Journal of the American oil chemists’ society, Vol. 63, No. 10, pp. 1375-1380, 1986.
[16] H. Noureddini, and D. Zhu, Kinetics of transesterification of soybean oil, Journal of the American Oil Chemists' Society, Vol. 74, No. 11, pp. 1457-1463, 1997.
[17] G.F. Zagonel, P.G. Peralta-Zamora, and L.P. Ramos, Production of ethyl esters from crude soybean oil: optimization of reaction yields using a 23 experimental design and development of a new analytical strategy for reaction control, Fuel Chemistry Division Preprints, Vol. 47 No. 1, pp. 363-364, 2002.
[18] I. Jacob, E. Clausen, and D.J. Carrier, Kinetics determination of soybean oil transesterification in the design of a continuous biodiesel production process, Biological and Agricultural Engineering, Undergraduate Honors Theses, 2005.
[19] G. Vicente, M. Martinez, J. Aracil, and A. Esteban, Kinetics of sunflower oil methanolysis, Industrial & Engineering Chemistry Research, Vol. 44, No. 15, pp. 5447-5454, 2005.