بهینه سازی عملکرد رآکتور حفره‌زای هیدرودینامیکی جهت تولید بیودیزل به‌کمک سطح پاسخ (مطالعه موردی: روغن آفتابگردان)

ماشین های کشاورزی

مقاله 21، دوره 7، شماره 1 - شماره پیاپی 13، 1396، صفحه 260-269   

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v7i1.51920

نویسندگان

حسین جوادی کیا^{* 1}؛ یوسف نصرتی¹؛ مصطفی مصطفایی¹؛ لیلا ندرلو¹؛ میثم طباطبایی²

¹گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشگاه رازی، کرمانشاه، ایران

²پژوهشکده بیوتکنولوژی کشاورزی ایران

چکیده

توسعه و به‌کارگیری فن آوری های شدت بخشی فرآیند تولید بیودیزل در واکنش ترانس استریفیکاسیون جهت بهبود فرآیند همزنی و انتقال جرم و حرارت بین دو فاز مایع واکنش، منجر به ابداع رآکتورهای جدید شد که این امر سبب افزایش بازده واکنش و کاهش زمان تولید سوخت بیودیزل شده است. بنابراین، در این تحقیق عملکرد رآکتور حفره‌زای هیدرودینامیکی ساخته شده که جزء رآکتورهای نوین و قابل توسعه در ابعاد صنعتی می‌باشد، بررسی شد تا تنظیمات دقیق رآکتور برای تولید بیودیزل بهینه شود. روغن مورد استفاده در این آزمایش، روغن آفتابگردان بود و نسبت مولی متانول به روغن 6 به 1 در نظر گرفته شد. همچنین، از هیدروکسید سدیم به‌عنوان کاتالیزور قلیایی با درصد وزنی 01/0 نسبت به روغن استفاده گردید. موارد مورد مطالعه دور رآکتور، دبی سیال ورودی به رآکتور و مدت زمان چرخش سیال در رآکتور بود. نمونه‌های حاصل توسط دستگاه کروماتوگراف گازی تجزیه و تحلیل شد و درصد متیل استر تولید شده استخراج شد. سپس به‌کمک روش سطح پاسخ با استفاده از نرم افزار Design Expert عملکرد رآکتور مدل شد و در فرآیند بهینه سازی بهترین شرایط تولید بیودیزل بررسی گردید. بهترین عملکرد در تولید بیودیزل: دبی سیال ورودی 86/0 لیتر بر دقیقه، زمان گردش 02/1 دقیقه و سرعت دورانی رآکتور 8447 دور بر دقیقه با عملکرد 19/6 میلی‌گرم بر کیلوژول حاصل شد که بهترین خلوص بیودیزل تولیدی بالغ بر 88 درصد متیل استر بود.

کلیدواژه‌ها

بهینه سازی؛ بیودیزل؛ ترانس استریفیکاسیون؛ روش سطح پاسخ

مراجع

1. Amit, P., V. Ashish, S. S. Kachhwaha, and S. Maji. 2010. Biodiesel production through hydrodynamic cavitation and performance testing. Renewable Energy 35 (3): 619-624.

2. Amit, P., M. Shashank, and T. Dhananjay. 2014. Production and performance testing of waste Frying oil biodiesel. International Journal of Current Engineering and Technology 4 (3): 1366-1369.

3. Capocelli, M., D. Musmarra, M. Prisciandaro, and A. Lancia. 2014. Chemical effect of hydrodynamic cavitation: Simulation and experimental comparison. AIChE Journal 60 (7): 2566-2572.

4. Demirbas, A. 2009. Progress and recent trends in biodiesel fuels. Energy Conversion and Management 50 (1): 14-34.

5. Demirbas, A. 2009. Biofuels from agricultural biomass. Energy Sources, Part A: Recovery, Utilization, and Environmental Effects 31 (17): 1573-1582.

6. Fangrui, M., and H. Milford. 1999. Biodiesel production: a review. Bioresource Technol 70 (1): 1-15.

7. Gharat, N., and V. K. Rathod. 2013. Enzyme catalyzed transesterification of waste cooking oil with dimethyl carbonate. Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 88: 36-40

8. Ghobadian, B., H. Rahimi, T. Tavakkoli Hashjin, and M. Khatamifar. 2008. Production of bioethanol and sunflower methyl ester and investigation of fuel blend properties. Journal of Agricultural Science and Technology 10: 225-232.

9. Jianbing, J., J. Wang, L. Yongchao, Y. Yunliang, and X. Zhichao. 2006. Preparation of biodiesel with the help of ultrasonic and hydrodynamic cavitation. Ultrasonics 44: e411-e414.

10. Khatamifar, M. 2006. Design, manufacture, test and evaluation the biodiesel processing device, Ph.D. Thesis in Mechanics of Agricultural Machinery Engineering, Tarbiat Modares University. (In Farsi).

11. Khuri, A. I., and S. Mukhopadhyay. 2010. Response surface methodology. WIREs Computational Statistics 2: 128-149.

12. Liu, K., and R. Wang. 2013. Biodiesel production by transesterification of duck oil with methanol in the presence of alkali catalyst. Petroleum & Coal 55 (1): 68-72.

13. Mandar, K., G. Parag, and P. Aniruddha. 2008. Intensification of esterification of acids for synthesis of biodiesel using acoustic and hydrodynamic cavitation. Ultrasonics Sonochemistry 15 (3): 188-194.

14. Mangesh, G. K., and K. D. Ajay. 2006. Waste cooking oil an economical source for biodiesel: a review. Industrial and Engineering Chemistry Research 45: 2901-2913.

15. Marchetti, J. M., V. U. Miguel, and A. F. Errazu. 2007. Possible methods for biodiesel production. Renewable and Sustainable Energy Reviews 11 (6): 1300-1311.

16. Mostafaei, M. 2012. Effect of Ultrasonic Parameters on Continuous Biodiesel Production, Ph.D. Thesis in Mechanics of Agricultural Machinery Engineering, Tarbiat Modares University. (In Farsi).

17. Ozonek, J., and K. Lenik. 2011. Effect of different design features of the reactor on hydrodynamic cavitation process. Archives of Materials Science and Engineering 52 (2): 112-117.

18. Qiu, Z., L. Zhao, and L. Weatherley. 2010. Process intensification technologies in continuous biodiesel production. Chemical Engineering and Processing: Process Intensification 49 (4): 323-330.

19. Vichare, N. P., P. R. Gogate, and A. B. Pandit. 2000. Optimization of hydrodynamic cavitation using a model reaction. Chemical Engineering & Technology 23 (8): 683-690.

20. Visscher, F., J. V. D. Schaaf, T. A. Nijhuis, and J. C. Schouten. 2013. Rotating reactors-A review. Chemical Engineering Research and Design 91 (10): 1923-1940.