شماره مدرك :
16846
شماره راهنما :
14936
پديد آورنده :
ابراهيميان، الهام
عنوان :

توليد انرژي از گياه انرژي زاي آفتابگردان

مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
بيوتكنولوژي
محل تحصيل :
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
سال دفاع :
1400
صفحه شمار :
سيزده، 105 ص. : مصور، جدول، نمودار
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي
توصيفگر ها :
پالايش زيستي , گياه آفتابگردان , اتانول , متان , بيوديزل , پروتئين
استاد داور :
حميد زيلويي، پوراندخت گلكار
تاريخ ورود اطلاعات :
1400/09/13
كتابنامه :
كتابنامه
رشته تحصيلي :
مهندسي شيمي
دانشكده :
مهندسي شيمي
تاريخ ويرايش اطلاعات :
1400/09/16
كد ايرانداك :
2789821
چكيده فارسي :
افزايش جمعيت جهاني و افزايش نياز به توليد سوخت مورد نياز سيستم¬هاي حمل و نقل، سبب افزايش مصرف سوخت¬هاي فسيلي شده¬است. از سوي ديگر، آلودگي هوا و افزايش گازهاي گلخانه¬اي، افزايش تدريجي دماي كره زمين، بالا آمدن سطح آب درياها و اقيانوس¬ها و بسياري از مشكلات زيست¬محيطي ديگر، ناشي از مصرف سوخت¬هاي فسيلي است. علاوه براين، منابع اين سوخت¬ها محدود بوده و نياز به جايگزيني با منابع تجديدپذير وجود دارد. بنابراين، كاربرد ضايعات ليگنوسلولزي با قابليت زياد در تبديل شدن به محصولات با ارزش افزوده بالا و سوخت¬هاي تجديدپذير، مي¬تواند راه حلي براي اين مشكلات باشد. گياه آفتابگردان يك گياه با سرعت رشد بالا و قابليت تبديل شدن به سوخت¬هاي زيستي باارزش، ازجمله اتانول است. باتوجه به اين موضوع، هدف از انجام اين پژوهش به كار بردن اين گياه در پالايش زيستي و توليد سوخت¬هاي بيواتانول، بيوگاز و بيوديزل است. اجزاي اين گياه به دو صورت، يكي اجزاي مجزا و ديگري مخلوط اجزا، استفاده¬شد. جهت تبديل بهتر پليمرهاي قندي به قندهاي ساده و قابل تخمير، از سه پيش¬فرآوري آب داغ(180 درجه سانتي-گراد، يك ساعت)، اسيدفسفريك (85 % اسيد، 50 درجه سانتي¬گراد، يك ساعت) و كربنات سديم (4 % ، 140 درجه سانتي¬گراد، 18 دقيقه) بهره گرفته¬شد. پس از عمليات پيش¬فرآوري، جامد و مايع پيش¬فرآوري جدا شدند و جامدات حاصل جهت توليد اتانول و بيوگاز استفاده-شد. همچنين مايعات و پسماند جامد حاصل از تخمير، وارد فرآيند بيوگاز شدند. بيشترين بازده توليد اتانول و بيشترين مقدار توليد متان براي بيشتر اجزاء، مربوط به پيش¬فرآوري اسيدفسفريك بود. بيشترين مقادير توليد اتانول و بيوگاز از جامدات، به ترتيب از نمونه¬هاي ساقه و كنجاله پيش¬فرآوري شده با اسيدفسفريك به دست آمد. در مورد نمونه¬هاي ساقه، برگ، پوست تخمه و مخلوط اجزاء، بيشترين ميزان توليد اتانول و بيوگاز از جامدات، مربوط به پيش فرآوري اسيد فسفريك بود؛ به اين صورت كه به ترتيب 2/11، 4/6، 7/9 و 8/9 گرم بر ليتر اتانول و 5/317، 9/277، 6/276 و 7/322 ميلي¬ليتر متان به ازاي هر گرم جامد فرار توليد شد. مايعات حاصل از پيش¬فرآوري اسيد فسفريك اين چهار نمونه نيز به ترتيب 0/110، 5/90، 4/70 و 4/35 و پسماند حاصل از تخمير آن¬ها 7/158، 5/168، 8/151 و 0/172 ميلي¬ليتر متان به ازاي هر گرم جامد فرار توليد كردند. اما در مورد جزء سرگل، بيشترين ميزان توليد اتانول از جامدات آن 0/8 گرم بر ليتر از جامد پيش¬فرآوري آب داغ بود و 6/80 و 4/236 ميلي¬ليتر متان به ازاي هر گرم جامد فرار به ترتيب از پسماند حاصل از اين تخمير و مايعات اين پيش¬فرآوري حاصل شد. بيشترين ميزان توليد متان از جامد و مايع سرگل مربوط به پيش¬فرآوري كربنات¬سديم و به ترتيب 9/315 و 9/271 ميلي¬ليتر به ازاي هر گرم جامد فرار بود. در مورد كنجاله بيشترين ميزان توليد اتانول از جامد و مايع پيش¬فرآوري كربنات¬سديم و به ترتيب 9/8 و 7/2 گرم بر ليتر بود. مايعات حاصل از اين پيش¬فرآوري و پسماند حاصل از تخمير جامدات آن نيز به ترتيب 1/380 و 3/201 ميلي¬ليتر متان به ازاي هر گرم جامد فرار توليد كردند، همچنين بيشترين ميزان توليد متان از جامد و مايع پيش¬فرآوري اسيدفسفريك و به ترتيب 7/342 و 9/56 ميلي¬ليتر به ازاي هر گرم جامد فرار بود. بازده توليد بيوديزل در شرايطي كه از نسبت مولي 6 به 1 متانول به روغن و 7/0% كاتاليست به ازاي هر كيلوگرم روغن در دماي 50 درجه سانتي¬گراد و مدت زمان واكنش 65 دقيقه استفاده شد، 2/96 % بود. بيوديزل حاصل نمونه¬اي مطلوب با ويسكوزيته سينماتيكي و عدد اسيد پائين و ارزش حرارتي MJ/kg 2/37 بود. براي هر يك از دو سناريو كاربرد اجزاي مجزا يا مخلوط اجزاء، سه مسير پالايش زيستي در نظر گرفته¬شد. موازنه جرم كلي مشخص كرد كه از ميان شش مسير پالايش زيستي گياه آفتابگردان، بهترين مسير، انرژي معادل 6/314 ليتر بنزين از هر تن ضايعات آفتابگردان حاصل كرد كه در نتيجه¬ي به كارگيري پنج جزء برگ، ساقه، سرگل، پوست تخمه و كنجاله در توليد بيوگاز از جامد و مايع پيش¬فرآوري آن¬ها و توليد بيوديزل از روغن استخراجي از دانه-ها بود. از به كار بردن مخلوط اجزاء در همين مسير، انرژي معادل 3/301 ليتر بنزين حاصل شد و بيشترين ميزان توليد انرژي در اين حالت بود. به طور كلي به كار بردن مخلوط اجزاء، در همه مسيرهاي پالايش زيستي انرژي كمتري، هرچند با اختلاف نه چندان زياد، نسبت به كاربرد اجزاي مجزا توليد كرد. بنابراين، جداكردن اجزا جهت توليد سوخت الزامي نيست. در مجموع به نظر مي¬رسد نمونه گياه آفتابگردان مورد استفاده سوبستراي مناسبي جهت توليد سوخت¬هاي زيستي است؛ البته با اين شرط كه از روش پيش¬فرآوري با اسيد فسفريك براي مخلوط و كنجاله استفاده شود.
چكيده انگليسي :
Increasing global population and fuel demand by transportation systems have led to an increase in fossil fuel consumption. In addition, fossil fuels reserves are limited and there is a need to replace them with renewable resources. Sunflower is a plant with high growth rate and potential to generate valuable biofuels, including ethanol. Accordingly, the goal of this study is to employ this energy crop in a biorefinery for production of bioethanol, biogas, and biodiesel fuels. Two different routes were suggested for biorefinery, i.e., using individual components and a mixture of components. Three pretreatments of hot water (180°C, 1h), phosphoric acid (85%, 50°C, 1h), and sodium carbonate (4%, 140°C, 18min) were used to improve polymeric carbohydrates to simple and fermentable sugars. Afterward, the solid and liquid phases were separated and the solid phase was used to produce ethanol and biogas. The liquid phase and fermentation residue underwent the biogas process. The highest ethanol efficiency and methane production for most components were achieved when phosphoric acid pretreatment was conducted. The highest production of ethanol and methane from solids were attained from the stem and meal samples pretreated with phosphoric acid, respectively. Phosphoric acid pretreatment yielded the highest amounts of ethanol and biogas that could be derived from the solid phase of stalk, leaf, seed hull, and mixture samples. In this way, 11.2, 6.4, 9.7, and 9.8 g ethanol /L and 317.5, 277.9, 276.6, and 322.7 mL CH4/g volatile solid (VS) were produced, respectively. The liquid phase of the phosphoric acid pretreatment and fermentation residue of these four samples produced 110.0, 90.5, 70.4, and 35.4 mL CH4/g VS, 158.7, 168.5, 151.8, and 172.0 mL CH4/g VS, respectively. The highest amount of ethanol from solid phase of the head was gained by hot water pretreatment (8.0 g/L), and 80.6 and 236.4 mL CH4/g VS were produced from the fermentation residue and liquid phase of this pretreatment, respectively. The highest amounts of methane obtained from the head was from the solid and liquid phase of sodium carbonate pretreatment, valued at 315.9 and 271.9 mL/g VS, respectively. In the case of meal, the highest production of ethanol was from solid and liquid phase of sodium carbonate pretreatment (8.9 and 2.7 g/L, respectively). The liquids obtained from this pretreatment and the residue from fermentation of its solids also produced 380.1 and 201.3 mL CH4/g VS, respectively. Besides, the highest amount of methane was from solid and liquid phase of phosphoric acid pretreatment (342.7 and 56.9 mL/g VS, respectively). The yield of biodiesel production using 6 to 1 methanol to oil molar ratio with 0.7% catalyst concentration at 50°C for 65 min was 96.2%. Biodiesel was the favorable sample with low kinematic viscosity and acid number, and heating value of 37.2 MJ/kg. For each of the two scenarios, application of individual components or mixtures of components, three biorefining pathways were considered. The overall mass balance showed that the energy production equivalent to 314.6 liters of gasoline per ton of sunflower waste resulted from the best biorefinery pathway of the sunflower energy crop. This pathway used the solid and liquid phases of five pretreated components, i.e., leaf, stem, head, seed hull, and meal in the biogas production and the seed oil extracted in the biodiesel production. Using the mixture of components produced energy equivalent to 301.3 liters of gasoline per ton of sunflower waste in the same pathway and was the best case. Overall, the application of individual components produced slightly more energy than that of the mixture of components in all biorefining pathways. Therefore, the separation of components is not necessary to produce fuel. In conclusion, sunflower plant is a suitable substrate for producing biofuels after pretreatment with phosphoric acid.
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي
استاد داور :
حميد زيلويي، پوراندخت گلكار
لينک به اين مدرک :

بازگشت