فهرست مطالب

 فصل اول

با تمام شدن سوختهاي فسيلي بايد به دنبال سوختهاي تجديد پذير بود. استفاده روزافزون از سوختهای فسیلی، افزایش قیمت محصولات نفتی و کاهش ذخایر موجود، محققان را در جهت یافتن منابع جدید انرژی غیر نفتی ترغیب نموده است. در حال حاضر میزان تقریبی حجم ذخایر نفتی جهان به اندازه ای است که چنانچه روند تکیه بر سوختهای فسیلی ادامه یابد در آینده نزدیک جهان با مشکلات زیادی در موارد زیست محیطی و کمبود مواد اولیه مواجه خواهد شد.عمده ترین مصرف سوختهای فسیلی در موتورهای احتراق داخلی می باشد. انواع موتورهای اشتعال تراکمی که با سوخت دیزل و موتورهای اشتعال جرقه ای که عمدتاً با بنزین کار می کنند، از این سوختها مصرف می کنند. این موتورها که از انواع آنها به عنوان منبع نیروی محرکه برای انجام کارهای مختلف استفاده می شود، سهم عمده ای در مصرف سوختهای یاد شده دارند. سوختهای جایگزین موتورهای اشتعال جرقه ای، گاز مایع، گاز طبیعی فشرده و انواع الکل ها بوده و بکارگیری آنها مزایا و معایب متعددی به همراه دارد. در رابطه با موتورهای دیزل، سوختهای جایگزین بدلیل منشأ حیاتی آنها به نام های بیودیزل یا بیوفیول شناخته می شوند [1].روغن های گیاهی به عنوان سوخت، اولین بار در حدود 100 سال قبل استفاده می شد. رادلف دیزل سازنده ماشین های دیزل، طرحی پیرامون استفاده از روغن ها به جای سوخت فسیلی ارائه داد و از روغن بادام زمینی در موتور دیزل خود استفاده کرد.درسال 1920 نيز از روغن هاي گياهي استفاده مي شد؛ اما اشكالاتي از جمله رسوب کردن، چسبندگی حلقه روغن، ویسکوزیته بالا، فراریت پایین و مشکل روان سازی در آن وارد بود.نام بيوديزل اولين بار در آمريکا در سال 1992 به وسيلهNational Soydiesel Development  Broad  که هم اکنون به نام  National Biodiesel Broadناميده مي شود تعيين شد. اين موسسه پيش قدم در تجاري کردن بيوديزل در آمريکا مي باشد .[2] لذا بیودیزل به طیف وسیعی از سوختها گفته می شود که از انواع روغن های گیاهی و چربی های حیوانی تهیه می شوند. از نظر شيميايي، بيوديزل منو الکيل استر با زنجيره اسيد چرب بلند است که از منابع تجديدپذير ليپيد به وجود مي آيد. اين سوخت مي تواند در موتورهاي ديزل (اشتعال تراکمي) با اندکي تغيير و يا بدون تغيير و اصلاح در آن مورد استفاده قرار گيرد. بيوديزل تجديدپذير، غير سمي و بدون گوگرد و ترکيبات آروماتيک است. امروزه روغن های گیاهی علاوه بر مصارف غذایی، از دیدگاه های تولید انرژی و تهیه مواد خام صنعتی از اهمیت بالایی برخوردار می باشند [3].

1-1-1- ترکیب زنجیرهای اسیدهای چرب

روغن های گیاهی شامل تركیبات مختلفی از زنجیرهای اسیدهای چرب هستند. خصوصیات سوخت بیودیزل به طور قابل توجهی به زنجیرهای اسیدهای چرب موجود در خوراك مورد استفاده در فرایند استری شدن بستگی دارد. سویا، بادام زمینی، پنبه دانه[1]، گل آفتاب گردان و كانولا (گونه ای از دانه شلغم روغنی) از منابع روغن های گیاهی به شمار می روند. چربی های حیوانی و روغن مصرف شده در آشپزی (كه به عنوان شبه گریس شناخته می شود) نیز منابع تولید اسیدهای چرب مورد نیاز بیودیزل هستند. همچنین امروزه استفاده از منابع غیر خوراکی از جمله میکروجلبک ها بیشتر مورد توجه قرار گرفته است [4].

1-1-1-1- ترکیب اسید های چرب میکروجلبک ها:

یک مول اسید چرب (FA) همانطور که در شکل (1-1) می بینید شامل گروه آبدوست کربوکسیلات است که به انتهای یک زنجیره هیدروکربنی متصل می باشد.اسیدهای چرب، ترکیباتی از مولکول های چربی هستند و بر اساس دو خصوصیت مهم زیر طراحی شده اند: 1- تعداد کل اتم های کربن در زنجیره هیدروکربنی  2- پیوند های دوگانهوقتی انتهای یک مولکول اسید چرب کربوکسیلات به یک گروه عاملی مانند گلیسرول می چسبد، یک مولکول چربی خنثی شکل می گیرد(تریاگلیسرول)، از طرف دیگر ارتباط یک مولکول اسید چرب با گروه عاملی باردار (گلیسرول و فسفات)، یک مولکول چربی قطبی ایجاد می کند. (فسفولیپید)بیشتر چربی ها شامل اسید های چرب هستند که بطور کلی به دو دسته تقسیم می  شوند:

  • چربی های خنثی که شامل اسیل گلیسرول ها و اسیدهای چرب آزاد (FFA) هستند.
  • چربی های قطبی که می توانند بیشتر به شکل های فسفولیپید و کلسیولیپید باشند.

چربی های خنثی عمدتاً در سلول های میکروجلبک برای ذخیره انرژی استفاده می شوند. در حالیکه چربی های قطبی به صورت موازی برای تشکیل لایه ی غشای سلولی فشرده می شوند. اسیل گلیسرول شامل پیوند استری اسید های چرب با یک مولکول گلیسرول است و بر اساس تعداد اسیدهای چرب خود دسته بندی می شود به: تریاسیل گلیسرول (TG)، دیاسیل گلیسرول (DG)، مونو اسیل گلیسرول (MG). اسید های چرب آزاد (FFA) اسید چربی هستند که با یک اتم هیدروژن پیوند داده اند. کلمه چربی (Oil) اغلب برای اشاره به هر جزء چربی که در شرایط محیطی مایع باشد بکار می رود. در حالیکه لیپیدها (Lipids) بویژه آنهایی که از میکروجلبک استخراج می شوند، مخلوط هایی شامل اجزای مختلف هستند که اغلب مایع نمی باشند. بنابراین برای چربی استخراج شده میکروجلبک ها کلمه لیپید را بکار می برند.میزان لیپید موجود در میکروجلبک ها در حدود 5-77 درصد وزنی از وزن زیست توده خشک را تشکیل می دهد.اسید های چرب میکروجلبک ها در حدود 12 تا 22 اتم کربن در طول زنجیره خود دارند که می تواند هم اشباع و هم غیر اشباع باشد. تعداد پیوند های دوگانه در زنجیرهای اسید چرب هرگز به 6 عدد نمی رسد و اغلب همه اسیدهای چرب غیر اشباع یک پیوند دوگانه دارند [5].

1-1-2- تولید بیودیزل

برای تهیه بیودیزل، از روغن های گیاهی و چربی های حیوانی استفاده می شود. این سوخت، قابل تجزیه بیولوژیك است و هنگامی كه به عنوان یك جزء تركیبی مورد استفاده قرار می‌گیرد، نیازمند حداقل تغییرات در موتور است و نسبت به گازوئیلی كه جانشین آن می‌شود، سوختی پاك است. امروزه بیودیزل در فرآیندی با نام ترنس استریفیکاسیون[2] تولید می‌شود. در این فرآیند ابتدا روغن گیاهی(یا چربی حیوانی) از فیلتر عبور داده می‌شود، سپس برای از بین بردن اسیدهای چرب آزاد، با قلیا واکنش نشان می دهد، بعد با یك الكل (معمولا متانول) و یك كاتالیزور (معمولا هیدروكسید سدیم یا پتاسیم) تركیب می‌شود. تری گلیسریدهای روغن برای تشكیل استرها و گلیسرول واكنش شیمیایی انجام می‌دهند. در انتها نیز متیل استر و گلیسرول از یكدیگر جدا و تصفیه می‌شوند.

بنابراین بیودیزل با فناوری جدیدی مانند كاتالیست‌ها (كه از ذرات محلول گازوییل می‌كاهند نه كربن جامد) و EGR (با كربن كمتر عمر موتور بیشتر می‌شود) بسیار خوب كار می‌كند. ویژگی های فیزیكی بیودیزل بسیار شبیه گازوییل معمولی است. با این حال ویژگی های خروجی های اگزوز بیودیزل بهتر از گازوییل معمولی است.بیشتر تمایلاتی كه امروزه برای تولید بیودیزل وجود دارد، ناشی از ظرفیت بسیار بالای تولید سویا، تولیدات مازاد و كاهش قیمت‌ها است. متیل سویات، یا سوی دیزل كه از واكنش متانول با روغن سویا حاصل می‌شود، اصلی‌ترین شكل بیودیزل در آمریكاست. چربی های بدون استفاده حیوانی و روغن سوخته كه به عنوان «شبه گریس» شناخته می‌شوند نیز، منابع و ذخایر خوبی هستند. این منابع از روغن سویا ارزان‌ترند و به عنوان راهی برای كاهش هزینه‌های تأمین مواد اولیه در نظر گرفته می‌شوند. استرهایی كه از هر یك از این منابع ساخته شده‌اند، گرچه شاید در میزان انرژی و عدد ستان (مشابه اكتان بنزین) یا دیگر مشابهات فیزیكی كمی متفاوت باشند، ولی می‌توانند با موفقیت در موتورهای گازوییلی مورد استفاده قرار گیرند.بیودیزل سوختی تقریبا ناشناخته است و برای رسیدن به استفاده تجاری گسترده، باید از موانع گوناگونی بگذرد. این سوخت ‌باید قبل از هرگونه ورود به بازار، بر موانع نظارتی فائق آید و قیمت آن نیز رقابتی تر شود. براساس اطلاعات سازمان سوخت‌های طبیعی آمریكا، تولید بیودیزل از دانه‌های روغنی می‌تواند به حدود ۲ میلیارد بشكه در سال برسد كه این رقم حدود ۸ درصد مصرف بزرگراهی گازوئیل در اوایل این قرن است. بیودیزل با بازار كنونی‌‌ به عنوان سوخت مورد استفاده در ناوگان اتوبوس و كامیون‌های سنگین استفاده می‌شود كه در ابتدا به صورت تركیب با گازوئیل فسیلی با استاندارد ۲۰ درصد است. (B100) هزینه‌های تأمین مواد اولیه علت ۹۰ درصد از هزینه‌های مستقیم تولیدند كه هزینه سرمایه و برگشت سرمایه را نیز شامل می‌شوند. تلاش می‌شود كه با توسعه گیاه‌های پیوندی سویا كه روغن بیشتری دارند، بتوان این هزینه‌ها را كاهش داد.[2]

1- مقدمه…………………………………………………………………………………….. 2

1-1- بيوديزل………………………………………………………………………………… 2

1-1-1- ترکیب زنجیرهای اسیدهای چرب ………………………………………….. 3

1-1-1-1- ترکیب اسیدهای چرب میکروجلبک ها…………………………………. 4

1-1-2- تولید بیودیزل……………………………………………………………………. 6

1-1-3- مقايسه ديزل و بيوديزل از جنبه هاي مختلف …………………………….. 9

1-1-4- موارد مصرف بیودیزل…………………………………………………………. 13

1-1-5- امكان توليد بيوديزل از ميكروجلبك…………………………………………. 14

1-2- جلبک ها………………………………………………………………………….. 16

1-2-1- ريزجلبک کلرلا ولگاريس……………………………………………………. 18

1-2-2- ارزش تغذیه ای جلبک ها………………………………………………….. 19

1-2-3- کاربرد جلبک ها……………………………………………………………… 20

1-3- انواع روش های استخراج روغن از میکروجلبک ها…………………………… 20

1-3-1- استخراج فیزیکی…………………………………………………………….. 21

1-3-1-1- آسیاب کردن ………………………………………………………….. 21

1-3-1-2- شوک اوسموتیک ……………………………………………………. 21

1-3-1-3- استخراج اولتراسونیک ………………………………………………. 21

1-3-2- استخراج شیمیایی………………………………………………………. 22

1-3-2-1- حلال های شیمیایی………………………………………………… 22

1-3-2-2- استخراج با سوکسله………………………………………………… 22

1-3-2-3- استخراج آنزیمی …………………………………………………….. 22

1-3-2-4- استخراج فوق بحرانی……………………………………………….. 22

1-4- استخراج با سیال فوق بحرانی……………………………………………… 23

1-4-1- تاریخچه سیال فوق بحرانی……………………………………………. 23

1-4-2- مفاهیم اولیه استخراج فوق بحرانی………………………………….. 23

1-4-3- فرایند استخراج فوق بحرانی………………………………………….. 25

1-4-4- روش عملياتي استخراج ………………………………………………. 26

1-4-5- کاربردهای استخراج فوق بحرانی درصنايع مختلف ………………… 27

تصویر فتوبیوراکتور

تصویر فتوبیوراکتور

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل دوم

مطالعات اولیه بر روی سوخت های مایع از میکروجلبک ها در اواسط دهه 1980 آغاز شد. در طول جنگ جهانی دوم، برخی از دانشمندان آلمانی تلاش کردند تا از دیاتوم ها روغن استخراج کنند تا بحران انرژی را حل کنند. اندکی بعد از آن در آمریکا، تحقیقات توسط گروهی از دانشمندان در واشنگتن پی گیری شد و نتایج آزمایشات آنها در کتابی با عنوان “رشد میکروجلبک ها از آزمایشگاه تا مقیاس صنعتی” خلاصه شد [29].استخراج با حلال از دیرباز در صنایع مختلف شیمیایی کاربرد داشته است. استخراج قند از چغندر و نیشکر، استخراج روغن های خوراکی، ساخت نوشابه های فوری مانند قهوه و چای و بسیاری از کاربردهای دیگر مثال هایی از این قبیل می باشند.از دهه 90، روش سیال فوق بحرانی برای استخراج مواد آنتی اکسیدان و توکوفرول و… از گیاهان مختلف مانند رزماری، گندم و گشنیز بکار گرفته شد. همچنین از دی اکسید کربن فوق بحرانی برای استخراج اسانس های میوه به خصوص اسانس های مرکبات مانند ترپن ها[1] و ترکیبات اکسیژن دار و باقیمانده غیر فرار استفاده می شد [11].اخیراً تمایل زیادی برای استخراج روغن های خوراکی اعم از حیوانی و نباتی با استفاده از سیال فوق بحرانی بوجود آمده است. در استخراج متداول، از حلال هگزان استفاده می شود که خطرات سرطان زایی و هزینه های استخراج با این حلال محققین را به سمت روش های جایگزین سوق داده است. طراحی سیستم استخراج روغن های خوراکی با سیال فوق بحرانی به پارامترهایی مانند توزیع تعادلی روغن بین فاز فوق بحرانی و بافت گیاه و نیز سرعت انتقال جرم روغن از منبع روغن به حلال بستگی دارد. روغن دانه های سویا، کانولا، خرما، جوانه گندم، خردل، ذرت و پنبه دانه توسط دی اکسید کربن فوق بحرانی استخراج شده اند [12].در سال 1995، Minowa  و همکارانش در تحقیقات خود به این نتیجه رسیدند که ریزجلبک ها دارای بازده فتوسنتزی بالاتری نسبت به سایر زیست توده ها مثل درخت ها هستند و اگر از آنها سوخت تولید شود،  می توانند به عنوان جایگزین سوخت های فسیلی استفاده شوند [19].در سال 1997 تحقیقی برای استخراج ترکیبات فنولی از برگ های گیاه زیتون با سیال فوق بحرانی دی اکسیدکربن توسط Tena و Floch صورت گرفت. آنها با استفاده از برگ های خشک شده زیتون در شرایط مختلف در دما و فشار و دبی سیال فوق بحرانی دی اکسید کربن در اندازه های مختلف، آزمایشاتی را به انجام رساندند. شرایط بهینه استخراج در دمای ˚C 100 و فشار bar 334 و دبی ml/min10 می باشد. آنها نیز مقایسه ای بین این روش و استخراج با هگزان را بررسی کردند و مشاهده نمودند که مواد فنولی استخراج نموده با سیال فوق بحرانی بازده بالاتری دارد [15].در سال 1999 آقای Chueng بر روی استخراج روغن از جلبک دریایی Hypneacharoides به کمک سیال فوق بحرانی دی اکسید کربن تحقیق نمود. او آزمایشاتی را در رنج دمایی C˚ 50-40 و رنج فشار Mpa 9/37-1/24 انجام داد. اولین نتیجه عمومی که وی بدست آورد این بود که بازدهی استخراج، به غیر از حالت فشار Mpa 1/24، با دما و فشار متناسب می باشد. او همچنین دریافت که تأثیر همزمان دما و فشار بر روی حلالیت اسیدهای چرب 3- ω در سیال فوق بحرانی، با طول زنجیره هیدروکربنی تغییر می کند [16].در سال 2005، Mendes و همکارانش بر روی استخراج فوق بحرانی روغن از جلبک اسپرولینا به همراهی اتانول به عنوان کمک حلال کار کردند. آنها آزمایشاتی را در دماهای 50 و 60  و نیز فشار های 250 و 300 بار انجام دادند. آنها به این نتیجه رسیدند که اولاً استفاده از کمک حلال، بازدهی استخراج را بالا می برد و ثانیاً اینکه افزایش فشار و دما تأثیر مثبت در عملیات استخراج دارد .[17]در سال 2005، Andrich و همکارانش بر روی سینتیک استخراج به کمک سیالات فوق بحرانی تحقیق نمودند بدین منظور آنها یک نوع جلبک بنام Nannochloropsis را مورد بررسی قرار دادند. هدف اصلی آنها بررسی تأثیر شرایط عملیاتی بر روی سینتیک سیال فوق بحرانی، بازدهی فرایند استخراج و نیز مقدار اسید چرب مخلوط های استخراج شده بود. آنها یک سال بعد بر روی مدل سازی ریاضی سینتیک استخراج کار نمودند [30]. Cravottoو همکارانش در سال 2005 در تحقیقات خود به مقایسه زمان استخراج روغن از منابع گیاهی با روش های فراصوت[2]و ریزموج[3] و نتایج استخراج با روش های سنتی پرداختند. نتایج آنها نشان داد که با استفاده از این روش ها میزان روغن تا حدود زیادی افزایش یافته بود , زمان استخراج کاهش و بازده محصول 50 تا 500 % افزایش داشت و سمیت آن نیز ناچیز بود [22].Lee و همکارانش در سال 2009 روش های مختلفی برای استخراج روغن (تخریب سلولی) از ریزجلبک های Botryococcus sp، Chlorella vulgaris و  Scenedesmus spمانند امواج الکترومغناطیسی، فراصوت، ضربه های مکانیکی مخرب را بکار بردند و این نتیجه را گرفتند که بازده استخراج لیپید از ریزجلبک به نوع ریزجلبک و روش استخراج آن بستگی دارد. آن ها نشان دادند که بیشترین مقدار لیپید از ریز جلبک  Botryococcus spاستخراج شده و حدود دو برار بیشتر از دو گونه دیگر است و همچنین روش امواج الکترومغناطیسی بیشترین بازده برای تمام گونه ها را دارد. برای ریزجلبک Botryococcus sp بیشترین مقدار تولید اسید روغنی، بر اساس روش مایکروویو، ٧/٥ میلی گرم بر لیتر در روز است. آن ها نتیجه گرفتند

2- مروری بر تحقیقات انجام شده ……………………………………………….. 31

دیافراگم شماتیک یک فرایند SCFE

دیافراگم شماتیک یک فرایند SCFE

فصل سوم

3-2-3-1- سیستم های باز[1]

اين روش ساده ترين و قديمي ترين روش براي كشت جلبك ها به حساب مي آيد كه اولين بار در سال 1950 انجام گرفت. این حوضچه ها عبارتند از یک سری کانالهای روباز و به هم پیوسته ای که عمدتاًً از جنس سیمان می باشند. عمق حوضچه ها کم و تا حدود 30 سانتیمتر هست تا نور به ته کانال ها نفوذ پیدا کند. در طراحی این حوضچه ها مساحت سطح نسبت به حجم آن حالت بحرانی تر دارد چون در این حوضچه ها مسئله دریافت نور فاکتور مهم و محدود کننده به حساب می آید. در این حوضچه ها برای گردش آب از چرخهای پدالی استفاده می شود. مواد مغذی عمدتاً بعد از این چرخ پدالی به آب اضافه می شود و دی اکسیدکربن در چند جای مختلف به محیط کشت اضافه می گردد. برداشت میکروجلبک قبل از اتمام سیکل گردش در پشت چرخ پدالی انجام می شود. از جمله معایب پرورش جلبک در حوضچه های روباز می توان به تبخیر آب، عدم استفاده بهینه از دی اکسیدکربن، عملکرد پایین، آلودگی میکروجلبک با دیگر ارگانیزم ها اشاره کرد ولی پایین بودن هزینه تولید و سادگی کاربرد آن در مقیاس وسیع از مزایای این روش می باشد [

فتوبیوراکتورها شامل مدارهای بسته و پوشیده ای از آب می باشند که شرایط مناسبی برای رشد جلبک با عملکرد بالاتر بوجود می آورند. شکل فتوبیوراکتورها یا به صورت لوله های مارپیچ است که عمدتاً در آزمایشگاه مورد استفاده قرار می گیرند و یا به صورت لوله های مستقیم که در واحدهای گلخانه ای به کار می روند. ساختمان فتوبیوراکتورها شامل لوله های شفاف پلاستیکی یا شیشه ای، کالکتور خورشیدی، مخزن، پمپ، خنک کننده و منطقه گاز ربایی برای خارج کردن اکسیژن، می باشد. لوله ها در سه شکل مارپیچی، استوانه ای و افقی قرار می گیرند. به دلیل اهمیت نفوذ نور خورشید و رسیدن آن به تمام بیوماس میکروجلبک قطر لوله ها معمولا از 10 سانتیمتر تجاوز نمی کند. طول لوله ها نباید بیش از 80 متر باشد زیرا میکروجلبک ها در عمل فتوسنتز خود اکسیژن آزاد می کنند و در صورت طولانی بودن طول لوله ها احتمال اکسیداسیون آنها وجود دارد، البته طول موثر لوله ها به غلظت بیوماس، چگالی نور، سرعت جریان و غلظت اکسیژن داخل لوله ها بستگی دارد.سیستم کاری فتوبیوراکتورها به این صورت می باشد که میکروجلبک اولیه که به عنوان مایه تلقیح شناخته می شود به همراه آب داخل مخزن ریخته می شود و از آنجا توسط پمپ به لوله هایی که در کالکتور خورشیدی قرار دارند هدایت و پمپاژ می شود. مواد مغذی بعد از پمپ به آن افزوده شده و دی اکسیدکربن در چندین مکان به داخل لوله ها تزریق می شود. برای اینکه اکسیژن موجود در داخل لوله ها باعث از بین رفتن میکروجلبک ها نشود در منطقه ای به اسم منطقه گازربایی اکسیژن از محل کشت جدا می شود، همچنین سیستم ممکن است به یک خنک کننده نیز مجهز باشد تا دمای محیط کشت قابل کنترل شود. بهترین دما برای پرورش میکروجلبک ها بین 20 تا 28 درجه سانتی گراد می باشد. در انتهای لوله ها محلول کشت وارد یک مخزن بزرگ می شود و از آنجا برداشت انجام می گردد که برای برداشت، می توان مخلوط آب و میکروجلبک را فیلتر کرده و یا از دستگاه های سانتریفیوژ بهره برد.در اين روش مشكلات روش حوضچه های روبازبه طور كل حذف مي شود. فتوبيوراكتورها مي توانند به مشكلات آلودگي و تبخير در روش قبل چيره شده و بازده بهتري داشته باشند. همچنين جداسازي زیست توده توليدي از فتوبيوراكتور كم خرج تر از روش پيشين است.

3- مبانی تئوری ……………………………………………………………………. 37

3-1- تولید بیودیزل از ریزجلبک …………………………………………………. 37

3-2- کشت ریزجلبک …………………………………………………………… 38

3-2-1- پارامترهای مهم در تنظیم رشد جلبک ……………………………. 39

3-2-2- دینامیک رشد ………………………………………………………..  40

3-2-3-  انواع محیط های کشت……………………………………………… 41

3-2-3-1- سیستم های باز……………………………………………….. 42

3-2-3-2- سیستم های بسته ……………………………………………. 43

3-3- برداشت…………………………………………………………………… 44

3-4- استخراج روغن………………………………………………………….. 45

3-5- تولید بیودیزل از روغن ریزجلبک……………………………………….. 48

3-6- جداسازی………………………………………………………………. 50

مولکول لیپید

مولکول لیپید

 فصل چهارم

جهت استخراج روغن از جلبک با استفاده از سیال فوق بحرانی نیاز به یک دستگاه ترمودینامیکی استخراج فشار بالا می باشد.این پایلوت برای استخراج روغن و جداسازی آن بوسیله سیالات فوق بحرانی قابل استفاده می باشد. شکل شماتیک (4-7) نمایانگر پایلوت استخراج فوق بحرانی که در این پژوهش مورد استفاده قرار گرفته است می باشد. از آنجاییکه ایجاد فشار در دستگاه آزمایشگاهی توسط یک دستگاه پمپ به انجام می رسد. لذا در ابتدا گاز خروجی از کپسول دی اکسید کربن وارد یک ظرف مایع سازی می شود تا از حالت گاز به حالت مایع تبدیل شود. سپس دی اکسید کربن مایع فشرده شده بوسیله پمپ وارد ظرف نوسانگیر به منظور جلوگیری از نوسانات فشار و بدنبال آن وارد یک لوله مارپیچ که در مخزن آب گرم با دمای ثابت به منظور رسیدن دمای سیال به دمای فوق بحرانی می شود. حال سیال به صورت فوق بحرانی وارد ظرف استخراج می گردد. ظرف استخراج به صورت دوجداره طراحی شده است که آب گرم با استفاده از یک مخزن مجزای دیگر در جداره بیرونی آن بوسیله یک پمپ در حال گردش می باشد تا سیستم با دمای ثابت در شرایط فوق بحرانی مورد استفاده قرار گیرد. دمای مخازن آب گرم بوسیله کنترل کننده های دیجیتالی مجهز به ترموکوپل از نوع PT-100 با دقت C˚1± و پمپ های نصب شده روی مخازن ثابت نگه داشته می شوند. جهت جلوگیری از پدیده های کانالیزه[1]و حجم مرده[2]در ظرف استخراج، از گلوله های کروی شکل استیل به قطر تقریبی  mm4 مخلوط با نمونه مورد آزمایش به صورت ذره هایی با ابعاد مشخص به صورت فشرده در سبدهای طراحی شده قرار می دهیم.

4- شرح آزمایشات…………………………………………………………….. 52

4-1- تهیه ریزجلبک…………………………………………………………… 52

4-2- کشت ریزجلبک………………………………………………………… 53

4-3- آبگیری از جلبک و خشک کردن آن…………………………………. 57

4-4- مبانی و مشخصات پایلوت آزمایشگاهی دستگاه استخراج فوق بحرانی …………………………………………………………………………………… 59

4-5- بررسی اجزای اصلی تشکیل دهنده پایلوت استخراج روغن توسط دی اکسید کربن فوق بحرانی        …………………………………………………………..   61

4-5-1- ظرف استخراج …………………………………………………… 62

4-5-2- جدا کننده…………………………………………………………. 65

4-5-3- ظرف مایع سازی گاز CO2 لا……………………………………. 66

4-5-4- پمپ فشار قوی…………………………………………………. 67

4-5-5- سیستم گرمایش و سرمایش ………………………………… 68

4-5-6- سیستم های کنترل ……………………………………………. 69

4-5-7- لوازم جانبی……………………………………………………… 70

4-6- آزمایش های استخراج فوق بحرانی……………………………….. 73

4-6-1- انجام تست هیدرولیک دستگاه………………………………… 74

4-6-2- آماده سازی مواد اولیه و خوراک……………………………….. 74

4-6-3- مراحل آزمایش ………………………………………………….. 75

4-7- آنالیز…………………………………………………………………… 78

4-8- استخراج به روش سوکسله (با حلال هگزان)…………………….. 79

4-8-1- وسایل مورد نیاز…………………………………………………. 80

4-8-2- مواد مورد نیاز…………………………………………………… 80

4-8-3- مراحل آزمایش…………………………………………………. 80

4-9- تولید بیودیزل از روغن استخراج شده (ترنس استریفیکاسیون).. 81

4-9-1- واکنش استری شدن ………………………………………… 81

4-9-2- جداسازی و شستشوی بیودیزل…………………………….. 82

نمایی از یک مولکول اسید چرب

نمایی از یک مولکول اسید چرب

فصل پنجم

5-  بررسی نتایج………………………………………………………….. 87

5-1- اثر زمان ماند در مرحله استاتیک بر بازده استخراج روغن……… 87

5-2- اثر دما بر استخراج روغن از جلبک………………………………. 88

5-3- اثر فشار بر استخراج روغن از جلبک…………………………….. 92

5-4- اثردبی دی اکسیدکربن فوق بحرانی بر استخراج روغن از جلبک……………………………………… 95

5-5- استخراج بوسیله دستگاه فوق بحرانی در شرایط بهینه…….. 96

5-6- آنالیز GC روغن  استخراج شده از دستگاه فوق بحرانی……. 97

5-7- مقایسه استخراج روغن از جلبک به روش های فوق بحرانی و استخراج با هگزان…………………………………………………………………….. 99

5-8- نتایج آزمون های مربوط به تعیین خصوصیات متیل استر……………………………………………………………………….. 101

نمونه هایی از انواع جلبک ها

نمونه هایی از انواع جلبک ها

برای دانلود رایگان قسمت های بیشتراز فایل به انتهای مطلب مراجعه کنید

فصل  ششم

6- نتیجه گیری و پیشنهادات………………………………………………….. 103

6-1- نتیجه گیری……………………………………………………………….. 103

6-2-پیشنهادات………………………………………………………………….. 104

فهرست منابع…………………………………………………………………. 105

 

Abstract

In this study, different stages of biodiesel production from Microalgae Chlorella Vulgaris, particularly oil extraction process was studied experimentally. Microalgae cultivation and growth was chosen from previous experimental studies. The optimum amounts for cultivation was considered. In next stage, supercritical extraction was performed on Microalgae and optimal conditions of temperature and pressure were determined.According to the results obtained from supercritical extraction the optimum condition to achieve maximum efficiency was 50 °C temperature and 340 bar pressure, static time 120 min and CO2 flowrate 1/5 cc/s.At this optimum conditions, the maximum oil yield was 0/2106 (gr oil/gr algae extracted input). And total efficiency was 90 % (max oil yield by SCCO2 extraction in our work/max oil yield in Chlorella vulgaris (24%))Composition of the extracted oil after GC analysing was obtained as below;



بلافاصله بعد از پرداخت به ایمیلی که در مرحله بعد وارد میکنید ارسال میشود.


فایل pdf غیر قابل ویرایش

قیمت25000تومان

خرید فایل word

قیمت35000تومان