SUPERVISOR
S.Mohammad Ghoreshi
سیدمحمد قریشی (استاد راهنما)
STUDENT
Mohammad Javad Mansouri
محمدجواد منصوری
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده مهندسی شیمی
DEGREE
Master of Science (MSc)
YEAR
1396
TITLE
experimental evaluation and Optimization of Oil extraction and biodiesel production reactor using Salicornia plant by supercritical fluid method
Nowadays, increasing consumption of fossil fuels and limite of reserves in certain parts of the world, as well as environmental pollution due to the use of fossil fuels, has drawn the attention of researchers to alternative fuels with plant sources. Salicornia is one of the plant sources for biodiesel production, Which has a rich oil content. supercritical extraction method using supercritical carbon dioxide fluid was used to extract oil from Salicornia plant. In this research, the response surface design method and the central composite design were used to design of experiments in the separation process under different operating conditions. Also, the effect of four variables of temperature, pressure, supercritical carbon dioxide flow rate and dynamic time in the range of 35 to 75 ° C, 12 to 32 MPa, 0.8 to 2.2 ml / min, 40 to 160 minutes on the efficiency and recovery rate of oil extraction has been investigated. Laboratory results in oil extraction achieved a good fit with a relativity coefficient of 96.60 and a modified relativity coefficient of 93.62. The results of laboratory data and modeling showed that with increasing pressure, the percentage of oil recovery increases. This observation and prediction is due to increasing in the density of supercritical fluid at high pressures, which leads to an increase in the solubility of supercritical carbon dioxide.With increasing the temperature to the range of 55 to 65 °C the oil recovery percentage increase due to the increasing in vapor pressure of the soluble components, which increases the solubility of the solute in supercritical carbon dioxide. However, with further increasing of temperature from the mentioned range, the decrease of oil recovery percentage shows that this decrease is due to the decreasing of solvent density and further decrease of supercritical carbon dioxide solubility. In addition, increasing the dynamic time has increased the oil recovery percentage, which can be attributed to the effect of the driving force between the fluid and the sample to transfer the mass due to the passage of fresh solvent. However, it was observed that at higher times the slope of the graph is decreasing and it was predicted that this is due to the reduction of oil in the sample and consequently the reduction of oil recovery percentage. In addition, it was predicted that increasing the flow rate to about 1.9 ml / min due to reducing the thickness of the mass transfer layer around the solid particles and consequently reducing the mass transfer resistance has increased the oil recovery percentage, However, with further increase of flow rate due to reduced residence time and weak contact of solvent with solid, the percentage of oil recovery decreases. The response surface design method achieved optimal operating conditions for oil extraction at 66.51 °C, pressure 32 MPa, flow rate of 1.9 ml / min and dynamic time of 160 minutes and the optimum efficiency of 70.2 Percent calculated that with laboratory results obtained this value 68.57, a good approximation was obtained. Finally, the amount of biodiesel obtained from the oil reaction obtained from the optimal extraction state was 92%. Keywords: Supercritical Fluid, Biodiesel, Salicornia, Response Surface Method, Extraction.
در عصرر حاضرر، افزایش مصررف سروخت های فسریل ی و محدود بودن ذخایر آن در نواحی خاصری از جهان و همچنین آلودگی محیط زیسرت در اثر اسرتفاده از سروخت های فسریل ی، توجه پژوهشرگران را به سروخت های جایگزین با منبع گیاهی معطوف داشرته اسرت. از جمله منابع گیاهی برای تولید بیودیزل گیاه سرالیکورنیا اسرت، که دارای محتوای غنی از روغن اسرت. روش اسرتخراج فوق بحرانی به کمک سری ال کربن دی اکسررید فوق بحرانی برای اسررتخراج روغن از گیاه سررالیکورنیا به کار گرفته شررد. در این پژوهش، از روش سررطح پاسررخ و طرح مرکرب مرکزی برای طراحی آزمرایش هرا در فرآینرد جرداسرررازی در شررررایط عملیراتی متفراوت، اسرررتفراده گردیرد. همچنین اثر چهرار متغیر دما،فشررار،دبی جریان کربن دی اکسررید فوق بحران ی و زمان دینامیک به ترتیب در محدوده های 35 تا 75 درجه ی سررانتی گراد، 12 تا 32 مگاپاسکال، 8 / 0 تا 2 / 2 میلی لیتر بر دقیقه، 40 تا 160 دقیقه بر بازدهی و میزان بازیابی استخراج روغن بررسی شده است. برای تولید بیودیزل از روغن اسرتخراج شرده از گیاه سرالیکورنیا، از روش ترانس اسرتری با اسرتفاده از کاتالیسرت بازی اسرتفاده گردید، که به موجب آن تحت تاثیر کاتالیسرت بازی، به متیل اسرتر اسریدهای چرب تبدیل می شروند. نتایج حاصرل از فرآیند اسرتخراج و روش ترانس اسرتری به صرورت بازده اسرت خراج، درصرد بازیابی روغن و بیودیزل )مجمو متیل اسرتر اسریدهای چرب( ارائه شرده اسرت. نتایج آزمایشرگاهی در اسرتخراج روغن برازش خوبی با ضرریب تشرخیص 60 / 96 و ضرریب تشرخیص اصرلاح شرده 62 / 93 به دسرت آورد. نتایج حاصرل از داده های آزمایشرگاهی و مدل سازی نشان داد که با افزایش فشار میزان درصد بازیابی روغن افزایش م ی یابد. این مشاهده و پیش بینی به دلیل افزایش دانسیته ی سیال فوقبحرانی در فشرار های بالا اسرت، که افزایش حلالیت کربن دی اکسرید فوق بحران ی را به دنبال دارد. افزایش دما تا محدوده ی 55 تا 65 درجهی سرانتی گراد سربب افزایش میزان درصرد بازیابی روغن می شرود که علت آن افزایش فشرار بخار اجزا حل شرونده که به موجب آن حلالیت ماده ی حل شرونده درون کربن دی اکسرید فوق بحرانی افزایش می یابد. اما با افزایش بیشرتر دما از محدوده ی ذکر شرده کاهش میزان درصررد بازیابی روغن را نشرران می دهد که این کاهش به دلیل کاهش دانسرریته ی حلال ودر ادامه کاهش میزان حلالیت کربن دی اکسررید فوق بحرانی اسررت. علاوه بر آن افزایش زمان دینامیک باعث افرایش میزان درصررد بازیابی روغن گردیده اسررت، که علت آن را میتوان تاثیر نیرومحرکه ی میان سرریال و نمونه برای انتقال جرم به دلیل عبور حلال تازه دانسررت. اما مشرراهده گردید که در زمان های بالاتر شرریب نمودار کاهشرری اسررت و پیش بینی گردید این امر به دلیل کاهش روغن موجود در نمونه و به دنبال آن کاهش میزان درصررد بازیابی روغن اسرت. علاوه بر آن پیش بینی گردید که افزایش دب یجریان تا حدود 9 / 1 میلی لیتر بر دقیقه به دلیل کاهش ضرخامت لایه انتقال جرمی اطراف ذرات جامد و به دنبال آن کاهش مقاومت انتقال جرم سربب افزایش میزان درصرد بازیابی روغن شرده اسرت، اما با افزایش بیشرتر دبی جریان به دلیل کاهش زمان اقامت و تماس ضرعیف حلال با جامد میزان درصرد بازیابی روغن کاهش می یابد. روش سرطح پاسرخ شررایط عملیاتی بهینه برای اسرتخراج روغن را در دمای 51 / 66 درجه سرانتی گراد، فشرار 32 مگاپاسرکال، دبی جریان 9 / 1 میلی لیتر بر دقیقه و زمان دینامیک 160 دقیقه به دسرت آورد و بازده بهینه را برابر با 2 / 70 درصرد محاسربه کرد که با نتایج آزمایشرگاهی که این مقدار 57 / 68 به دسرت آمد، تقریب خوبی حاصل گردید. نهایتا مقدار بازده بیودیزل به دست آمده از واکنش روغن حاصل شده از حالت بهینه استخراج 92 درصد شد. کلمات کلیدی: سیال فوق بحرانی، بیودیزل، سالیکورنیا، روش سطح پاسخ ، استخراج