Skip to main content
SUPERVISOR
Akram Zamani foroshani,Fatemeh Banakashani,Keikhosro Karimi
اکرم زمانی فروشانی (استاد راهنما) فاطمه بناء کاشانی (استاد مشاور) کیخسرو کریمی (استاد راهنما)
 
STUDENT
Hamed Bateni
حامد باطنی

FACULTY - DEPARTMENT

دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1390

TITLE

Bioenergy Production from Castor and Eruca Sativa Plants
Increasing concerns regarding depletion of crude oil sources, fluctuation in oil price and petroleum products, greenhouse gas emissions, and increasing of energy demands in the world have prompted considerable researchesfor finding alternative fuel sources wherebiofuels have special importance. Biorefining of various biomasses towards multiple bioproductsis a promising route for production of biofuels. In this research, Castor plant and Eruca Sativa were used as biorefiningfeedstocks for biodiesel, biogas, and ethanol production. The free fattyacid (FFA)contents of extracted Castor and Eruca Sativa oilwere measuredbefore biodiesel production. Since castor oil contained a low of level of FFA (1.2%), it was directly subjected to alkaline transesterification process. On the other hand, the high FFA (23.8%)Eruca Sativa oil was subjected to a two-step process. In the first step, acid catalyzedesterification was applied to decrease the FFA content from 23.8% to lower than 2.5%. In the next step, alkaline transesterificationwas performed on the pretreated oil. Effective parameters on the yield of transesterification process were investigated and optimal conditions were determined. Finally, the physical properties of the obtained biodiesels were measured. The maximum yield of castor biodiesel, obtained at 40 °C, methanol to oil mass ratio of 0.4, and 90 min, was 88.2%. On the other hand, biodiesel production from pretreated Etuca Sativa using methanol to oil mass ratio of 0.3, at 40 °C, and for thesame reaction time resulted in the maximum production yield of 92.7%. The castor plant wastes (stem, leaves, and seeds cake) and alsoEruca Sativa wastes (straw and seeds cake) wereused for biogas and ethanol production. The effects of alkaline pretreatment using 8% (w/v) NaOHat two different temperatures (0 and 100 °C) and for two various reaction times (30 and 60 min) on biogas and ethanol production wereevaluated. In the case of methane production from castor plant wastes, pretreatment at 0 °C for 60 min increased the methane production from castor stem up to 145 mL/g-VS while the pretreatment had a negative effect on methane production from castor seeds cake and leaves wherethe untreated substrates produced higher amount of methane (252.1 and 186.5 mL/g-VS, respectively). The pretreatment at 100 °C for 60 min ended withthe best results inenzymatic hydrolysis and simultaneous saccharification and fermentation (SSF) for all substrates. The best hydrolysis yields of castor stem, seeds cake, and leaves were 82.8, 35.4, and 61.1%, respectively. Moreover, the best yields of SSF were 82.2, 33.7, and 77.6%, respectively. In the case of methane production from Eruca Sativa plant wastes, alkaline pretreatment at 0 °C for 60 min improved methane production from the straw while pretreatment at 100 °C for 60 min was more effective for the seeds cake. The methane production from the pretreated straw and seeds cake were 251.7 and 498.4 mL/g-VS.The pretreatment at 100 °C for 60 min resulted in the best results for both enzymatic hydrolysis and SSF of Eruca Sativa wastes. The hydrolysis yields of pretreated straw and seeds cake were 81.7 and 77.2%, respectively,whilethe yields of ethanol production were 75.5 and 68.2%, respectively. Keywords: Biorefining, Biodiesel, Biogas, Ethanol, Castor plant, Eruca Sativa plant
با افزایش نگرانی ها پیرامون کاهش مداوم ذخایر تجدیدناپذیر نفت خام، نوسانات قیمت محصولات نفتی، انتشار گازهای گلخانه ای و همچنین افزایش روز افزون تقاضای انرژی، استفاده از منابع دیگر انرژی مورد توجه قرار گرفته است ودراین راستا استفاده از سوخت های زیستی اهمیت ویژه ای یافته است. احداث پالایشگاه زیست توده که منجر به تولید چندین محصول با ارزش و انرژی می شود، یکی از راه های تولید انرژی های تجدیدپذیر با ارزش افزوده بالا می باشد. در این تحقیق دو گیاه کرچک و منداب به عنوان خوراک پالایشگاه زیستی جهت تولید بیودیزل، بیوگاز و اتانول مورد استفاده قرار گرفت. روغن دانه های کرچک و منداب استخراج و میزان اسیدهای چرب روغن آزاد موجود در آن ها اندازه گیری و برای تولید بیودیزل به کار برده شد. با توجه به محتوای پایین اسیدهای چرب آزاد روغن کرچک، از این روغن مستقیماً جهت تولید بیودیزل به روش ترانس استریفیکاسیون قلیایی استفاده شد، در حالیکه روغن منداب استحصال شده حاوی مقدار زیادی اسید های چرب آزاد بود که میزان آن با استفاده از یک مرحله پیش فرآوری به روش استریفیکاسیون اسیدی با استفاده از 1% وزنی اسید سولفوریک از 8/23% به کمتر از 5/2% کاهش داده شد. عوامل مؤثر بر بازده فرآیند ترانس استریفیکاسیون هر یک از روغن ها جهت دستیابی به حالت بهینه در تولید بیودیزل بررسی و خواص فیزیکی نمونه های بیودیزل تولید شده در حالت بهینه اندازه گیری شد. بیشترین بازده تولید بیودیزل از روغن کرچک برابر با 2/88% بود که توسط واکنش در دمای 40 درجه سانتیگراد، نسبت وزنی الکل به روغن 4/0 به مدت 90 دقیقه بدست آمد. بازده فرآیند تولید بیودیزل از روغن منداب پیش فرآوری شده در دمای 60 درجه سانتیگراد، با استفاده از نسبت وزنی الکل به روغن 3/0 برای مدت زمان مشابه به بیشترین میزان خود رسید که این میزان برابر با 7/92% بود. از سوی دیگر، ضایعات گیاه کرچک (ساقه، برگ و کنجاله ها) و گیاه منداب (کاه و کلش و کنجاله ها) جهت تولید بیوگاز و اتانول استفاده شد. اثر پیش فرآوری قلیایی با سود 8% (وزنی - حجمی) در دو دمای مختلف (صفر و 100درجه سانتیگراد) و دو مدت زمان مختلف (30 و 60 دقیقه) بربازده تولید بیوگاز و اتانول، مورد ارزیابی قرار گرفت. در مورد تولید متان از ضایعات گیاه کرچک، پیش فرآوری در دمای صفر درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه منجر به افزایش میزان تولید متان از ساقه کرچک شد و مقدار متان تولیدی را از 9/80 به 5/145 میلی لیتر به ازای هر گرم جامد فرار رسانید. در مقابل، پیش فرآوری بر میزان تولید متان از نمونه های کنجاله و برگ کرچک اثر منفی داشت. پیش فرآوری در دمای 100 درجه به مدت 60 دقیقه بهترین نتایج برای هیدرولیز آنزیمی و هیدرولیز و تخمیر همزمان کلیه ی اجزای زیست توده کرچک را در پی داشت. بیشترین بازده برای فرآیند هیدرولیز آنزیمی نمونه های ساقه، کنجاله و برگ کرچک به ترتیب برابر با 8/82، 4/35 و 1/61% و برای فرآیند هیدرولیز و تخمیر همزمان آن ها به ترتیب برابر با 2/82، 7/33 و 6/77% بود. در مورد تولید متان از ضایعات گیاه منداب، استفاده از پیش فرآوری قلیایی در دمای صفر درجه سانتیگراد به مدت 60 دقیقه توانست باعث بهبود میزان متان تولیدی از کاه و کلش منداب شود در حالیکه برای کنجاله ی منداب، پیش فرآوری در دمای 100 درجه با مدت زمان مشابه بهترین نتیجه را به دنبال داشت. بیشترین میزان تولید متان برای کاه و کلش و کنجاله منداب به ترتیب برابر با 7/251 و 4/498 میلی لیتر به ازای هر گرم جامدات فرار بدست آمد. استفاده از پیش فرآوری در دمای بالا به مدت 60 دقیقه موجب دستیابی به بهترین بازده های فرآیند هیدرولیز آنزیمی و هیدرولیز و تخمیر همزمان نمونه های کاه و کلش و همچنین کنجاله منداب شد. بازده هیدرولیز نمونه های پیش فرآوری شده به ترتیب 7/81 و 2/77% و بازده تولید اتانول آن ها به ترتیب 5/75 و 2/68% بود. واژگان کلیدی پالایش زیستی، بیودیزل، متان، اتانول، گیاه کرچک، گیاه منداب.

ارتقاء امنیت وب با وف بومی