فایل پژوهش: پایان نامه ارشد رشته شیمی : طراحی و بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن سبوس برنج به روش ترانس استریفیکاسیون

با عنوان : طراحی و بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن سبوس برنج به روش ترانس استریفیکاسیون

در ادامه مطلب می توانید تکه هایی از ابتدای این پایان نامه را بخوانید

و در صورت نیاز به متن کامل آن می توانید از لینک پرداخت و دانلود آنی برای خرید این پایان نامه اقدام نمائید.

دانشگاه آزاد اسلامي

واحد شاهرود

دانشکده فنی و مهندسی گروه مهندسی شیمی

پايان نامه برای دریافت درجه کارشناسي ارشد M.A.

«گرايش بیوتکنولوژی»

عنوان:

طراحی و بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن سبوس برنج به روش ترانس استریفیکاسیون با بهره گیری ازآنزیم لیپاز

استادراهنما:

پروفسور سلیمان محجوب

استاد مشاور:

دکتر آرزو قادی

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده درج نمی گردد

تکه هایی از متن به عنوان نمونه : (ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

فهرست مطالب

عنوان                                                                                                                                   صفحه

چکیده………………………………………………………………………………………………………….. 1

فصل اول: کلیات

1-1- زیست توده……………………………………………………………………………………………… 3

1-2- منابع زیست توده……………………………………………………………………………………….. 4

1-3- کارکرد زیست توده…………………………………………………………………………………….. 5

1-4- تقسیم بندی سوختهای زیستی………………………………………………………………………….. 6

1-5- بیودیزل………………………………………………………………………………………………….. 8

1-6- محدودیتهای تولید و بهره گیری از سوختهای سبز……………………………………………………….. 12

1-7- مزایای مواد بیودیزلی بعنوان سوخت دیزلی………………………………………………………….. 12

1-8- بازار بیودیزل………………………………………………………………………………………….. 12

فصل دوم: ادبیات و پیشینه پژوهش

2-1- تاریخچه تولید بیودیزل………………………………………………………………………………… 16

2-2- اظهار مسئله……………………………………………………………………………………………… 22

2-3- اهداف و فرضیات……………………………………………………………………………………… 24

2-4- هدف از پژوهش…………………………………………………………………………………………. 25

فصل سوم: مواد و روشها

3-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………. 27

3-2- موادشیمیایی…………………………………………………………………………………………….. 27

3-3- وسائل و دستگاه های مورد نیاز………………………………………………………………………. 28

3-3-1- ظروف آزمایشگاهی……………………………………………………………………… 28

3-3-2- دستگاه ها…………………………………………………………………………………. 28

3-4- روشهای آزمایشگاهی بکار گرفته شده در پایان نامه……………………………………………….. 33

3-4-1- تهیه محلول آنزیمی لیپاز…………………………………………………………………. 33

3-4-2- بافر فسفات……………………………………………………………………………….. 33

3-4-3- سنجش فعالیت لیپاز به روش طیف سنجی با سوبسترای پارانیتروفنیل پالمیتات(pNNP)        33

3-4-4- اندازه­گیری پروتئین تام به روش برادفورد……………………………………………… 40

3-4-5- واکنش ترانس استریفیکاسیون آنزیمی…………………………………………………… 43

فصل چهارم: بحث و نتیجه گیری و پیشنهادات

4-1- نتيجه گيري…………………………………………………………………………………………….. 46

معضلات………………………………………………………………………………………………………. 48

پیشنهادات……………………………………………………………………………………………………… 48

فصل پنجم: نتایج

5-1- مقدمه……………………………………………………………………………………………………. 50

5-2- نتيجه بيوديزل توليد شده با آنزيم (Novozyme) …………………………………………………… 50

5-3- نتیجه بيوديزل توليد شده با آنزيم ليپاز آزاد…………………………………………………………… 51

5-4- نتيجه بيوديزل توليد شده با آنزيم لیپاز نووزیم تثبیت شده (Immobilized Novozyme)          52

5-5- شرایط بهینه تولید بيوديزل…………………………………………………………………………….. 53

5-6- محاسبه بازده تولید بیودیزل با بهره گیری از نتايج کروماتوگرافی گازی………………………………. 53

منابع و مآخذ………………………………………………………………………………………………….. 54

Abestract ………………………………………………………………………………………………….. 58

چکیده

امروزه به دلیل کاهش منابع سوخت های فسیلی و اثرات مخرب این نوع سوخت ها بر محیط زیست، محققان به فکر جایگزین کردن آن می باشند. در سالهای اخیر، سوخت بیودیزل به علت تجدید پذیری و خاصیت آلایندگی کمتر، مناسب ترین جایگزین سوخت دیزل به شمار می رود. منابع اولیه تولید بیودیزل شامل ضایعات چوبی، تفاله های محصولات کشاورزی، نیشکر، جلبک و روغن های گیاهی و حیوانی می باشند. روغن سبوس برنج یک روغن گیاهی می باشد که به مقدار زیاد در کشورهای زیر کشت برنج موجود می باشد. هدف از مطالعه حاضر طراحی و بهینه سازی تولید بیودیزل از روغن سبوس برنج به روش ترانس استریفیکاسیون با بهره گیری از آنزیم لیپاز می باشد. در این مطالعه آزمایشگاهی آغاز از آنزیم لیپاز آزاد و لیپاز نووزیم 435 تثبیت شده بر روی نانوکیتوسان، محلول های آنزیمی تهیه و به 2 روش مانند روش بهره گیری از سوبسترای پارانیتروفنیل پالمیتات (pNPP) تعیین فعالیت شدند و با اندازه گیری پروتئین تام موجود در محلول آنزیمی به روش برادفورد، فعالیت مخصوص آنزیم تعیین گردید.

سپس آنزیم های لیپاز آزاد و تثبیت شده بعنوان کاتالیزور در واکنش ترانس استریفیکاسیون بکار رفتند. برای تولید بیودیزل آغاز شرایط مطلوب واکنش ترانس استریفیکاسیون مطالعه گردید و در نهایت مخلوط واکنشی حاوی روغن سبوس برنج 9% وزنی، آنزیم آزاد یا تثبیت شده به نسبت مولی 3:1 با متانول و نسبت 2:1 حجمی حلال ترت بوتانول در دمای Co40 به مدت 72 ساعت در 300 دور بر دقیقه بعنوان شرایط بهینه تعیین گردید. بعد از اتمام واکنش، تایید تولید متیل استر (بیودیزل) آغاز به شیوه کیفی به روش کروماتوگرافی لایه نازک (TLC) انجام گردید و سپس واکاوی نهایی و کمی نمونه های بیودیزل با بهره گیری از دستگاه گاز کروماتوگرافی(GC) بعمل آمد.

بالاترین بازده تولید بیودیزل با بهره گیری از آنزیم لیپاز نووزیم ۴۳۵ تثبیت شده بر روی نانوکیتوسان به مقدار۲۱% بدست آمد. بهره گیری از آنزیم لیپاز آزاد سیگما، میزان بازدهی برابر با %12 را نشان داد. میزان بالاتر بازده لیپاز نووزیم ۴۳۵ در مقایسه با لیپاز آزاد سیگما می‌‌تواند به دلیل پایداری بیشترآنزیم و حفظ فعالیت انزیمی بالاتر دراثرعملیات تثبیت باشد.

واژه های کلیدی: بیودیزل، ترانس استریفیکاسیون، روغن سبوس برنج، لیپاز آزاد و تثبیت شده، سوخت.

1-1- زیست توده

افزایش آگاهی محیط زیستی و کاهش ذخائر منابع فسیلی، صنعت را به سمت گسترش تولید سوختهای دیگر قابل دوام از منابع تجدید شدنی سوق می‏دهد که از نظر زیست محیطی قابل قبولترند. سوخت زیستی1 نوعی از سوخت می باشد که از منابع زیست توده بدست می‏آید. زیست توده ترجمه کلمهBiomass می باشد و به تمام مواد حاصل از موجودات زنده و فضولات آنها اطلاق می‏گردد.

سوختهای فسیلی هم که امروزه مورد بهره‏ برداری قرارگرفته، منبع آن زیست توده بوده اما در سالهای بسیار دور شکل گرفته‏اند.

امروزه به دلیل کاهش منابع سوخت های فسیلی، از سویی تأثیر مخرب بهره گیری از این نوع سوخت ها بر محیط زیست، محققان را بر آن داشته به فکر جایگزین کردن این منابع باشند. سوخت زیستی[1] نوعی از سوخت می باشد که از منابع زیست توده بدست می آید. زیست توده ترجمه کلمه Biomass می باشد و به تمام مواد حاصل از موجودات زنده و یا زایدات و فضولات آنها اطلاق می گردد.

سوخت های فسیلی هم که امروزه مورد بهره برداری قرار گرفته، منبع آن زیست توده بوده اما در سال های بسیار دور شکل گرفته اند]1[.

1-2- منابع زیست توده

—جنگل­ها و ضایعات جنگل

چوب، خرده‌های چوب و خاک اره، از منابع جنگلی زیست توده به شمار می‌طریقه. این منبع انرژی از قرن­ها پیش برای مصارف خانگی و صنعتی مورد بهره گیری قرار می‌گرفته می باشد. حدود صد و پنجاه سال پیش، 75 درصد از انرژی مورد نیاز بشر از زیست توده(اکثراً از جنگلها و ضایعات جنگلی) تأمین می‌گردید. در حال حاضر، سالانه در جهان بیش از 1/2 گیگاتن چوب به مصرف تولید انرژی می‌رسد. بسیاری از صنایع کشورهای در حال توسعه، مانند صنایع پخت نان، فرآوری محصولاتی مانند شکر، چای، قهوه، نارگیل، کاکائو و کارخانه‌های آجرپزی و آهک پزی، از این ضایعات به عنوان سوخت بهره گیری می‌کنند.

—محصولات و ضایعات کشاورزی

این دسته از منابع زیست توده، شامل گیاهان مختلفی مانند ذرت، برنج، سیب زمینی ترشی (سورگم)، نیشکر، انواع میوه، گیاهان روغنی و ضایعات آنها مانند سبوس برنج، کاه و غره می باشد. بطور نسبی، 25 درصد وزن هر محصول کشاورزی تفاله می باشد، 25 درصد وزن برنج، متعلق به سبوس آن می باشد. حدود 45 درصد از بادام زمینی نیز پوته می باشد. مطالعات انجام شده نشان می‌دهد که به لحاظ نظری می‌توان نیازهای سوخت خانگی مناطق روستایی را از طریق ضایعات تأمین نمود.

الکل و بیودیزل، دو فرآورده انرژی­زای مهمی هستند که از محصولات و ضایعات کشاورزی بدست می‌آیند.

— ضایعات فاضلاب­های صنعتی

در پساب بعضی از کارخانه‌ها مانند صنایع نساجی، الکل سازی، چوب و کاغذ و پساب و ضایعات صنایع غذایی مانند پنیر سازی و تولید آب میوه، مقدار زیادی زیست توده هست که می‌توان از آن­ها برای تولید انرژی و غذای دام بهره گیری نمود. حدود 20 درصد از وزن میوه را تفاله تشکیل می‌دهد(بسته به نوع میوه، این مقدار بین 9 درصد تا 25 درصد متغیر می باشد). یکی دیگر از صنایع غذایی که فاضلاب آن آلودگی شدید در محیط زیست ایجاد می کند، صنایع پنیر سازی می باشد. آب پنیر مایعی می باشد که پس از حذف چربی و کازئین شیر، طی فرآیند پنیر سازی بدست می‌آید. از آب پنیر، هم به مقصود غذای دام و هم برای تولید الکل می‌توان بهره گیری نمود. در صنایع غذای دام، با پرورش موجودات زنده ذره بینی که می‌توانند پروتئین زیادی را در خود جمع کنند و رشد بسیار خوبی بر روی آب پنیر دارند، زیست توده بسیار غنی و مغذی تهیه می‌کنند، که پس از خشک کردن و آسیاب کردن ماده حاصل، آن را به مصرف غذای دام می‌رسانند. در بسیاری از کشورهای جهان، از آب پنیر به مقصود تولید الکل بهره گیری می گردد.

— ضایعات جامد، فاضلاب­های شهری و فضولات دامی

ضایعات جامد شهری را می‌توان به دو دسته تقسیم نمود:

زباله‌های معمولی: مانند زباله منازل، ادرات، فروشگاه­ها و رستوران­ها (پسماند مواد غذایی، کاغذ، کارتن) زباله‌های حجیم خانگی(وسایل چوبی مانند کمد، میز و…) زباله باغ­ها و گلخانه‌ها(شاخه و برگ).

زباله‌های ویژه: مانند زباله‌های صنعتی، نخاله‌های ساختمانی، لاستیک­های فرسوده، مواد تابش زای هسته‌ای­(رادیواکتیو) و زباله‌های آلوده بیمارستانی.

1-3- کارکرد زیست توده

بخش اعظمی از سهم انرژی زیست توده در تامین انرژی اولیه مصرفی جهان به کاربردهای حرارتی و احتراق مستقیم به ویژه در کشور های در حال توسعه اختصاص دارد. عمده ترین کاربرد منابع زیست توده در تامین حرارت و پخت و پز می باشد]1[.

بیش از 25 میلیون هاضم های کوچک و متوسط در دنیا نصب شده که از فضولات و زایدات دامی و انسانی بهره گیری می کنند و از این طریق، تولید گاز انجام می شود. کشورهای هند و چین در این زمینه پیشتاز هستند. مانند مباحث داغ که امروزه در زمینه زیست توده مطرح می باشد، تولید سوخت خودرو از این طریق می باشد که تولید 50 میلیارد لیتر سوخت از این منبع در سال 2006 صورت گرفته می باشد. سوخت های زیستی(بیوفیول ها) شامل بیواتانول، بیو متانول و بیودیزل در کشورهای زیادی مورد توجه واقع شده و برزیل بخش اعظمی از مصارف بنزین خود را با سوخت های تجدیدپذیر جایگزین کرده می باشد]1[.

در سال 2005 بیش از800 میلیون خانوار در سطح جهان برای گرمایش و پخت و پز از منابع زیست توده بهره گیری کردند.

هزینه تولید حرارت از زیست توده 1 تا 5 سنت بر کیلووات ساعت حرارتی می باشد و متوسط نرخ رشد سالانه کاربردهای حرارتی 1/2% در سال طی سال های 2005-2000 بوده می باشد.

در سال 2005 در مجموع 33 میلیارد لیتر بیواتانول با نرخ رشد سالانه 8% در جهان تولید شده که معادل 17 میلیون تن نفت خام می باشد.

در سال 2005 در مجموع 9/3 میلیارد لیتر بیودیزل با نرخ رشد 85% در جهان تولید شده که این میزان بیودیزل معادل 5/3 میلیون تن نفت خام می باشد]1 .[

1-4- تقسیم بندی سوخت های زیستی

سوخت­هاي حاصل از زيست توده را مي­توان در يك تقسيم بندي كلي به سوخت­هاي مايع و گازي شكل طبقه بندي كرد. سوختهاي مايع عبارتند از بيواتانول، بيومتانول و بيوديزل. بيواتانول و بيومتانول از طريق تخمير موادي همچون چغندرقند، سیب زميني و يا غلات بدست مي­آيند.

زیست توده چهارمین منبع انرژی جهان می باشد و حدود 14 درصد از نیازهای انرژی جهان را تأمین می‌کنند. سوخت حاصل از فنآوری­های تبدیل زیست توده یا به حالت گاز(زیست گاز) و یا مایع(متانول، اتانول و بیودیزل) می باشد که برای تولید الکتریسیته و گرما مورد بهره گیری قرار می‌گیرد. بهره گیری از منابع زیست توده، یکی از مناسب‌ترین و اقتصادی‌ترین راه حل­های تأمین نیازهای اساسی انرژی مردم فقیر در مناطق دور افتاده می باشد.

سوخت دیزل زیستی و اتانول زیستی، از مهم ترین سوخت های زیستی هستند که می توان از آنها در صنعت حمل و نقل بهره گیری نمود. انواع سوخت های زیستی به همراه منابع گیاهی و روش تولید در جدول1-1 آورده شده می باشد.

جدول (1-1): انواع سوخت های زیستی به همراه منابع گیاهی و روش تولید

سوخت نام معمول یا جایگزین منبع گیاهی
شما می توانید مطالب مشابه این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید                     
روش تولید بیواتانول

چغندرقند، غلات

هیدرولیسیز روغن گیاهی

Pure Plant Oil

(PPO)

گیاهان روغنی

(کلزا، سویا)

پرس سرد/ اکستراکسوین بیودیزل

گیاهان روغنی (کلزا، سویا، آفتابگردان، …)

ترانستریفیکاسیون – پیرولیسیز و میکروامولسیون بیودیزل

روغن پسماند (WVO)

ترانستریفیکاسیون بیوگاز

زیست توده (biomass)

اتاق هاضم Bio-ETBE

بیواتانول

ترکیب شیمیایی بیواتانول

Cellulosic

bioethanol

Lignocellulosic

Material

هیدرولیسیز پیشرفته و تخمیر بیوفیول ترکیبی

Fischer-Tropsch

(FT) diesel

Synthetic

Biodiesel

Biomass-to-

liquids

Lignocellulosic

Material

Gasification and

Synthesis بیوفیول ترکیبی

Heavier mixed

Alcohols

Biomass-to-liquid

Lignocellulosic

Material

Gasification and

Synthesis بیوگاز

Bio-SNG

(synthetic natural Gas)

Lignocellulosic

Material

Gasification and

Synthesis بیومتانول

Biomass-to-liquid

Lignocellulosic

Material

Gasification and

Synthesis Biodimethylether

Bio-DME

Lignocellulosic

Material

Gasification and

Synthesis بیوهیدروژن

Lignocellulosic

Material

Gasification and

Synthesis

1-5- بیودیزل

تاکنون مهم ترین و معمول ترین سوخت، برای بهره گیری در بخش حمل و نقل، در بسیاری از کشور ها بنزین و گازوییل بوده می باشد. از آنجا که قسمت اعظم آلاینده های مختلف و ذرات جامد معلق، از گاز خروجی اگزوز موتورهای دیزلی ناشی می گردد، لذا در میان سوخت های زیستی موجود، پژوهش در راستای یافتن سوختی جایگزین و مناسب برای پترو دیزل(گازوئیل یا دیزل پایه نفتی) سهم وسیعی از تحقیقات را به خود اختصاص داده می باشد.

بيوديزل به سوختهایی اطلاق می گردد که منشاء بیولوژیکی دارند و یک عنوان کلی می باشد که به گستره ای از سوختهای اکسیژن دهی شده با پایه استری(که از منابع بیولوژیکی تجدید پذیر نشات می گیرد) نسبت داده می گردد. بیودیزل ممکن می باشد از روغن های آلی و چربیها تولید گردد. از دیدگاه علم شیمی، بیودیزل به استرهای منوالکیل با زنجیرهای بلند اسید چرب که بیولیپیدهای تجدیدپذیر مشتق می شوند منسوب می گردد.

در اغلب موارد مهم ترین منابع تامین لیپید های تجدید پذیر را چربی های حیوانی و روغن های نباتی تشکیل می دهند. بخش عمده این روغن ها تری گلیسیریدها هستند. لذا در اثر انجام این واکنش علاوه بر استر، محصول ارزشمند دیگری به نام گلیسیرین نیز حاصل می گردد.

سوخت ایمن و تمیز بیودیزل سلامت اپراتور هایی را که با این سوخت سرو کار دارند، تضمین می کند. همچنین جایگزین تمیزی برای سوختهای نفتی می باشد و در زمره سوختهای سبز قرار می گیرند. این سوختها به خاطر این که پایه گیاهی و حیوانی دارند مورد توجه بسیاری از کشورها قرار گرفته اند.

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را در شماره بندی انتهای صفحه بخوانید              

مهم ترین تفاوت اساسی در ترکیبات بیودیزل و دیزل، محتوای اکسیژن می باشد. میزان اکسیژن موجود در دیزل صفر می باشد، در حالی که بیودیزل حاوی 10 -12 درصد وزنی اکسیژن را داراست که سبب کاهش دانسیته انرژی و انتشار ذرات معلق می گردد. به علاوه بیودیزل سوختی بدون گوگرد می باشد، در حالی که در دیزل گوگرد هست که در سیستم اگزوز موتور به اکسید های گوگرد و سپس بخشی از آن به اسید سولفوریک تبدیل می گردد. این اسید خود به تولیدات ریز منجر می گردد. گازوییل به گونه معمول 20–40 درصد حجمی آروماتیک دارد که سبب افزایش انتشار آلاینده های مختلف و ذرات معلق می گردد. بیودیزل به گونه اساسی بدون آروماتیک می باشد. در گازوییل هیچ پیوند دوگانه وجود ندارد، در حالی که در بیودیزل به واسطه حضور چشمگیر محل های غیر اشباع پایداری پیش روی اکسیداسیون کم می باشد]2[.

تعداد صفحه :65

قیمت : چهارده هزار و هفتصد تومان

***

—-

پشتیبانی سایت :        ———-        serderehi@gmail.com

, , , , , , ,