پديد آورنده :
استواره، سعيد
عنوان :
بهبود توليد بيوگاز و اتانول از ساقه سورگرم شيرين با استفاده از پيش فرآوري با حلال آلي
مقطع تحصيلي :
كارشناسي ارشد
گرايش تحصيلي :
مهندسي شيمي
محل تحصيل :
اصفهان: دانشگاه صنعتي اصفهان، دانشكده مهندسي شيمي
صفحه شمار :
پانزده،103ص.: مصور،جدول،نمودار
يادداشت :
ص.ع.به فارسي و انگليسي
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي، اكرم زماني
توصيفگر ها :
هيدروليز آنزيمي , هضم بي هوازي , سولفوريك اسيد
تاريخ نمايه سازي :
14/2/93
استاد داور :
حميد زيلويي، پوران گلكار
چكيده فارسي :
چكيده س ورگوم شيرين يك گياه انرژيزاست و يك منبع بسيار مناسب براي توليد اتانول و بيوگاز محسوب ميشود سورگوم شيرين غالبا از مواد قندي نش اس ته سلولز همي سلولز و ليگنين تشكيل شده است پيشفرآوري مستقيم ساقه سورگوم شيرين به دليل حضور همزمان قندهاي آزاد و ليگنين معموال پيچيده اس ت اين پيچيدگي به اين علت است كه پيشفرآوريهاي معمول هر چند ساختار ليگنوسلولزي سورگوم را تخريب ميكند و دس ترس ي به س لولز را افزايش ميدهد اما باعث اس تخراج قندهاي آزاد از ساقه سورگوم شده و ميزان بازده توليد متان و اتانول را به شدت كاهش ميدهد در اين پژوهش تاثير پيشفرآوري با حالل آلي اتانول Organosolv براي بهبود توليد بيوگاز و اتانول بررس ي ش د در مرحله اول تاثير دما 111 121 141 111oC وغلظت اتانول 15 17 و حض وركاتاليس ت اسيدسولفوريك در بهبود توليد بيوگاز از جامد حاصل از پيشفرآوري بررسي شد پيشفرآوري در يك مخزن فشار باال از جنس فوالد ضد زنگ كه داراي دماسنج و فش ارس نج اس ت به عنوان راكتور ناپيوس ته انجام ش د آزمايش ات بيوگاز در راكتورهاي 811 ميليليتري در حالت ناپيوس ته در ش رايط معتدلدوس ت 73 درجه س انتيگراد انجام شد گاز حاصل به كمك دستگاه GC آناليز شد توليد بيوگاز با افزايش دماي پيشفرآوري در حالت بدون كاتاليس ت افزايش يافت نمونهي فرآوري ش ده در دماي 111oC و غلظت اتانول 15 و در غياب اس يد س ولفوريك با توليد 155 4 ml g VS متان بيش ترين ميزان توليد را در بين جامدهاي فرآوري ش ده نسبت به نمونهي پيشفرآوري نشده داشت 111 بيش تر از نمونهي پيشفرآوري نشده متان توليدي در اين حالت 15 ميزان تئوري بود نمونههاي داراي كاتاليست 1 اسيدسولفوريك در دماهاي پايين 111 121oC بازدهي بيوگاز بهتري را نس بت به نمونههاي بدون كاتاليس ت داشتند اما در دماهاي باال وجود اسيد تاثير منفي داش ته تا آنجا كه در نمونهي 111oC توليد متان كمتر از نمونه پيشفرآوري ش ده بود و دليل اين امر احتماال حذف هميس لولز و قندهاي آزاد از ساختار سورگوم و تخريب بيش از حد آنهاست كه موجب كاهش توليد متان ميشود در مرحله دوم از مخلوط مايع پس از تقطير و جامد پيشفرآوري ش ده براي توليد بيوگاز اس تفاده ش د افزايش مايع پيشفرآوري به جامد فرآوري ش ده بدليل داشتن قندهاي گلوكز فروكتوز و س اكاروز موجب بهبود قابل توجه در توليد بيوگاز ش د و نمونهي 111oC غلظت 15 اتانول و بدون كاتاليس ت بيش ترين توليد متان را داش ت 278 7 ml g VS اين مقدار 172 بيش تر از نمونهي پيشفرآوري نشده و 22 ميزان متان تئوري است دليل افزايش توليد متان كاهش ليگنين در س اختار س ورگوم و نيز جلوگيري از هدر رفتن قندهاي آزاد و هميس لولز با اض افه نمودن مايع پيشفرآوري بود در مرحله سوم از مايع پيشفرآوري و جامد فرآوري شده به صورت جداگانه براي توليد اتانول استفاده شد مايع پيشفرآوري پس از تقطير در خال بدليل داش تن قندهاي آزاد گلوكز فروكتوز و س اكاروز به ص ورت مس تقيم بوسيلهي مخمر ساكارومايسيس سرويسيه تخمير ش د اما جامد فرآوري شده در ابتدا تحت هيدروليز آنزيمي در دماي 45oC به مدت 12 ساعت با استفاده از 21 FPU g آنزيم سلوالز و g 51IU آنزيم بتاگلوكوسيداز قرار گرفت و سپس محلول قند حاصل تخمير شده و اتانول توليد شد در تخمير مستقيم مايعات پيشفرآوري نمونهي حاصل از پيشفرآوري در 111oC غلظت 15 اتانول و بدون كاتاليست با بازده 4 51 بيشترين بازده را در توليد اتانول داشت و در بين جامدهاي فراوري ش ده نمونهي 141oC غلظت 15 و 1 اس يد با بازده 5 27 داراي بيشترين بازده در توليد اتانول بود آناليز دادهها نش ان ميدهدكه افزايش توليد بازده اتانول در پيشفرآوري با 1 كاتاليس ت اس يد س ولفوريك احتماال به اين دليل است كه وجود اسيد با حذف بيشتر ليگنين و هميسلولز سطح دسترسي آنزيمها را به سلولز افزايش بيشتري ميدهد واژگان كليدي بيوگاز اتانول س ورگوم ش يرين پيشفرآوري با حالل آلي Organosolv هيدروليز آنزيمي هض م بيهوازي سولفوريك اسيد
چكيده انگليسي :
114AbstractSweet sorghum is a bioenergy crop and is a good source for biogas and bioethanol production Sweet sorghumstalk contains free sugars cellulose and hemicellulose The stalk is rich in soluble sugars i e sucrose glucose and fructose as well as insoluble carbohydrates i e cellulose and hemicelluloses which all can be utilized asraw materials for ethanol and biogas production It is difficult to improve the overall yield of ethanol and biogasfrom sweet sorghum by most of pretreatment as the stalks contain free sugar that which are wasted in most ofthe common pretreatments In this study effect of organosolv pretreatment to improve biogas and ethanol wasinvestigated In the first step effect of temperature 100 120 140 160oC ethanol concentration and presenceof sulfuric acid as catalyst was studied on improvement of biogas production from the solid residue of thestalk after the pretreatment The organosolv pretreatment process was conducted using a high pressure stainlesssteel vessel as a batch reactor with a working volume of 500mL The reactor was equipped with a pressuregage and a thermometer and it was placed in an oil bath equipped with a temperature controller Liquid fractionwas distillated to recover the ethanol The untreated and organosolv treatment samples were digested in 118mL batch digesters Biogas experiments were carried out at mesophilic conditions 37 C Gas samples wereanalyzed for methane and carbon dioxide concentrations using gas chromatography GC Biogas productionby increasing pretreatment temperature was improved The sample treated at 160oC 50 ethanol withoutcatalyst resulted in the maximum yield among solid substrates untreated and pretreated In the second stepmixture of liquid fraction and solid residue was used for biogas production The maximum amount of biogasproduction was related to mixture of liquid and solid fraction treated at 160 oC without catalyst using 50 ethanol concentration 278 ml CH4 g VS This was more than 270 higher than the yield of biogas fromuntreated sweet sorghum stalk At the third step enzymatic hydrolysis of the untreated and all treated sweetsorghum were conducted at 45 C for 96 h with enzyme loading of 20 FPU cellulase and 50 IU glucosidaseper gram of substrate The best pretreatment conditions were 50 ethanol 1 sulfuric acid and 140oC Thispretreatment improved the glucose yield from 34 1 theoretical yield for the untreated sweet sorghum to 83 for the pretreated sample Consequently ethanol production yield from pretreated materials was 2 fold higherthan that of untreated wood The liquid fraction of pretreatment after distillation liquor was used directly forethanol production The maximum ethanol yield 59 4 of theoretical yield was obtained from liquorproduced at 100 C without catalyst 50 ethanol water solution The analysis showed that organosolvpretreatment at elevated temperature can significantly reduce the lignin and xylan contents and the cellulosecrystallinity which is more amenable for anaerobic digestion and enzymatic hydrolysis On the other hand liquid fraction of pretreated material had a good potential for ethanolic fermentation and also biogas production in mixture with the solid residue Key wordsorganosolv pretreatment sweet sorghum biogas ethanol sulfuric acid anaerobic digestion enzymatichydrolysis
استاد راهنما :
كيخسرو كريمي، اكرم زماني
استاد داور :
حميد زيلويي، پوران گلكار
