شماره راهنما :
1408 دكتري
پديد آورنده :
ملاوردي، مريم
عنوان :
توليد اتانول از كاه برنج و علوفه ذرت به روش هيدروليز و تخمير همزمان با درصد جامد بالا
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
صفحه شمار :
نه، 121ص: مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي
استاد مشاور :
صفورا ميرمحمدصادقي
توصيفگر ها :
بيواتانول , تركيبات ليگنوسلولزي , هيدروليز و تخمير با درصد جامد بالا , قارچ موكور اينديكوس
استاد داور :
حميد زيلويي، محمد هادي جزيني، مرتضي خان احمدي
تاريخ ورود اطلاعات :
1398/04/22
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1398/04/22
چكيده فارسي :
چکیده امروزه با توجه به افزایش توليد گاز های گلخانه ای افزایش آلودگي هوا و تغييرات زیست محيطي کره زمين توليد اتانول به عنوان سوختي پاک و تجدیدپذیر از اهميت ویژه ای برخوردار است در سال های اخير توليد اتانول از مواد ليگنوسلولزی نسل دوم سوخت های زیستي به علت نداشتن اشتراک و تداخل با منابع غذایي به شدت مورد توجه قرار گرفته است تاکنون تعداد زیادی واحد پایلوت به منظور تبدیل بيولوژیکي مواد ليگنوسلولزی به اتانول ساخته شده است اما یکي از دالیل صنعتي نشدن این روش توليد اتانول پایين بودن حاشيه سود توليد مي باشد چرا که پایين بودن غلظت قند توليدی در مرحله هيدروليز به دليل ساختار پيچيده مواد ليگنوسلولزی و به دنبال آن پایين بودن ميزان غلظت اتانول توليدی در مرحله تخمير سبب افزایش هزینه های واحد جداسازی مي گردد در این پژوهش توليد اتانول از مواد ليگنوسلولزی شامل کاه برنج و علوفه ذرت به روش تخمير با درصد جامد باال با هدف کاهش هزینه های عملياتي جهت صنعتي شدن توليد اتانول از مواد ليگنوسلولزی مورد ارزیابي قرار گرفت در واقع با افزایش درصد جامد در فرایند درصد جامد باالتر از 51 وزني وزني غلظت اتانول توليدی نيز افزایش یافته بيشتر از 04 گرم بر ليتر و همين امر سبب کاهش هزینه های جداسازی و درنتيجه کاهش قيمت تمام شده توليد اتانول مي شود بدین منظور ابتدا ترکيب ليگنوسلولزی تحت پيش فرآوری های سدیم کربنات اسيد فسفریک نرمال متيل مورفولين نرمال اکساید و ترکيب دو پيش فرآوری انفجار بخار و سدیم کربنات قرار گرفت سپس با انجام هيدروليز آنزیمي و نيز هيدروليز و تخمير همزمان با درصد جامد باال با استفاده از قارچ موکور ایندیکوس به عنوان ميگروارگانيسم توليد کننده اتانول فاکتورهای تاثير گذار بر روی فرایند با درصد جامد باال از جمله ميزان درصد جامد 51 02 و 03 وزني وزني معادل با غلظت جامد 871 052 و 034 گرم بر ليتر ميزان آنزیم از 5 2 تا 02 واحد آنزیم سلوالز به ازای هر گرم سوبسترا و مدت زمان انجام فرایند 84 تا 021 ساعت مورد ارزیابي قرار گرفت همچنين به منظور بررسي عملکرد این پيش فرآوری ها آناليز هایي چون XRD یا SEM FTIR ظرفيت جذب آب و ظرفيت بافری به ترتيب جهت بررسي تغييرات بلورینگي مشاهده تغييرات مورفولوژی سطح در دسترس ومقاومت در برابر تغييرات pH انجام گرفت حداکثر غلظت و بازده اتانول توليدی از کاه برنج پيش فرآوری شده با سدیم کربنات پس از 27 ساعت هيدروليز و تخمير همزمان برابر 99 گرم بر ليتر و 5 98 بازده تئوری به ترتيب با ميزان جامد 03 و 51 و ميزان آنزیم 02 واحد آنزیم سلوالز به ازای هر گرم سوبسترا بدست آمد این در حالي است که حداکثر اتانول توليدی به این روش از کاه برنج خام تنها حدود 52 گرم بر ليتر بود نکته قابل توجه دیگر این است که این نتایج بدون استفاده از اختالط در طول فرایند توليد بدون افزایش مدت زمان فرایند در مقایسه با تخمير مرطوب و همچنين بدون انجام پيش هيدروليز انجام گرفت در این پژوهش برای کاهش بيشتر هزینه ها ميزان آنزیم مورد استفاده از 02 واحد آنزیم به ميزان اندک 5 و 5 2 کاهش داده شد حداکثر اتانول توليدی در ميزان آنزیم 5 و 5 2 واحد آنزیم سلوالز به ترتيب برابر 19 و 66 گرم بر ليتر حداکثر 271 گرم اتانول از 1 کيلوگرم کاه برنج خام پس از 021 ساعت هيدروليز و تخمير همزمان با 03 جامد بدست آمد حداکثر اتانول توليدی از کاه برنج پيش فرآوری شده با حالل صنعتي نرمال متيل مورفولين نرمال اکساید و اسيد فسفریک به ترتيب برابر با 36 و 96 گرم بر ليتر در ميزان 03 جامد بود در ادامه پژوهش با توجه به نتایج قابل قبول برای توليد اتانول از کاه برنج پيش فرآوری شده با سدیم کربنات و نيز با توجه به اینکه بيشترین ضایعات کشاورزی در دنيا مربوط به علوفه ذرت مي باشد تاثير این پيش فرآوری به تنهایي و پس از پيش فرآوری انفجار بخار بر ميزان توليد اتانول از علوفه ذرت نيز به روش هيدروليز و تخمير همزمان با درصد جامد باال مورد بررسي قرار گرفت در این بخش تاثير انجام یک مرحله پيش هيدروليز قبل از هيدروليز و تخمير همزمان نيز بررسي شد حداکثر غلظت اتانول توليدی در این بخش برابر با 77 گرم بر ليتر برای ترکيب پيش فرآوری انفجار بخار و پيش فرآوری با سدیم کربنات بدست آمد این در حالي است که اتانول توليدی از علوفه ذرت خام کمتر از 01 گرم بر ليتر بود واژگان کليدی بيواتانول ترکيبات ليگنوسلولزی هيدروليز و تخمير با درصد جامد باال قارچ موکور ایندیکوس
چكيده انگليسي :
121 Production of ethanol from rice straw and corn stover viasimultaneous saccharification and fermentation at high solids loading Maryam Molaverdi Maryam molaverdi@ce iut ac ir Department of Chemical Engineering Isfahan University of Technology Isfahan 84156 83111 Iran Degree PhD Language Farsi Supervisor Keikhosro Karimi karimi@cc iut ac ir Abstract High titer ethanol production from rice straw and corn stover using Mucor indicusfungus and S cerevisiae was investigated through the simultaneous saccharification andfermentation at high solids loading The substrates were pretreated with sodiumcarbonate cellulose solvents and combined steam explosion and sodium carbonate toimprove the efficiency of the process Effects of pretreatments on the composition structural morphology cellulose crystallinity swelling capacity and buffering capacityof the straw were studied Moreover the effects of SSF reaction time enzyme loadings 20 10 15 5 and 2 5 FPU g substrate and solid loadings 30 20 and 15 on glucoseand ethanol production were investigated Additionally the nutritional value of theresidue from the SSF process as an animal feedstock was determined in terms of lipidand protein contents The highest total sugar concentration was 89 2 g L obtained fromthe straw pretreated for 10 h with sodium carbonate after 72 h hydrolysis with 10 FPU gstraw at 15 w w solid loading Total sugars concentration was not significantlyimproved by increasing the pretreatment time at low enzyme loadings whereas it wassignificantly improved at high enzyme loadings The highest ethanol concentration andSSF yield were 99 4 g L and 89 5 71 8 based on the raw material achieved fromthe straw pretreated for 10 h through the 72 h SSF using 20 FPU g straw at 30 and 15 solid loading by M indicus respectively The low enzyme loadings of 2 5 and 5 FPU gstraw yielded ethanol with concentrations as high as 66 3 and 90 9 g L respectively after120 h fermentation at 30 solid loading from the straw pretreated for 5 h After NMMOand phosphoric acid pretreatments the highest ethanol concentrations were 63 and 69g L achieved through the 72 h SSF of the pretreated straw at 30 solids loading respectively Also the effects of sodium carbonate pretreatment and combind with steamexplosion were investigated for ethanol production from corn stover The maximumethanol concentrations were 43 and 77 g L after 72 h SSF of sodium carbonate andcombined steam sodium carbonate pretreated corn stover respectively while the highestethanol concentration from untreated corn stover was less than 10 g L The intriguingpoint in this study was that the ethanol concentration of higher than 40 g L was achievedby batch SSF without mixing prehydrolysis or prolonged fermentation time incomparison with submerged fermentation Keywords Lignocelluloses Hydrolysis and fermentation at high solids loading Sodiumcarbonate pretreatment Solvents pretreatment Mucor indicus
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي
استاد مشاور :
صفورا ميرمحمدصادقي
استاد داور :
حميد زيلويي، محمد هادي جزيني، مرتضي خان احمدي
