طراحی و انتگراسیون فرآیند تولید بیودیزل از روغن‌های گیاهی با استفاده از واکنش ترانس‌استریفیکاسیون

ماشین های کشاورزی

مقاله 18، دوره 8، شماره 1 - شماره پیاپی 15، 1397، صفحه 223-234   

نوع مقاله: مقاله کوتاه

شناسه دیجیتال (DOI): 10.22067/jam.v8i1.34257

نویسندگان

فرزین عباسپور اقدم¹؛ حمیدرضا کیانی منش¹؛ داریوش عربیان^{* 2}؛ رسول خلیل زاده³

¹دانشکده مهندسی شیمی، دانشگاه صنعتی سهند تبریز، تبریز، ایران

²پژوهشکده علوم پایه، مجتمع دانشگاهی علوم کاربردی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، اصفهان، ایران

³پژوهشکده فناوری زیستی، دانشگاه صنعتی مالک اشتر، تهران، ایران

چکیده

قیمت بالای نفت خام، کاهش منابع فسیلی و افزایش آلودگی هوا موجب شده است که استفاده از سوخت‌های پاک مانند بیودیزل در دهه‌های اخیر مورد توجه قرار گیرد. اما این سوخت به دلیل هزینه زیاد، هنوز صنعتی نشده و در مرحله تحقیقات باقی‌مانده است. در این تحقیق جهت کاهش هزینه تولید بیودیزل، به طراحی بهینه این فرآیند با استفاده از روغن گیاهی و نرم‌افزار شبیه‌ساز Aspen HYSYS V7.2 پرداخته شده است. در بهینه‌سازی فرآیند از انتگراسیون حرارتی و جرمی استفاده شده است. در انتگراسیون حرارتی، به‌منظور کاهش مصرف انرژی و ایجاد شبکه مبدل‌های حرارتی، از تکنولوژی پینچ کمک گرفته شده و در انتگراسیون جرمی سعی شده است که شرایط عملیاتی تجهیزات به‌نحوی تنظیم شود که بیشترین بازیابی و کمترین اتلاف مواد را داشته باشد. در این طراحی، واکنش ترانس‌استریفیکاسیون در حضور کاتالیست سدیم هیدروکسید با میزان تبدیل 70% در دو راکتور متوالی انجام می‌گیرد و از واکنش‌های جانبی نیز صرف نظر شده است. از مهم‌ترین نتایج این نحوه طراحی می‌توان به کاهش چشم‌گیر مصرف الکل، روغن و همچنین یوتیلیتی سرد و گرم اشاره کرد.

کلیدواژه‌ها

تکنولوژی پینچ؛ روغن گیاهی؛ شبکه مبدل‌های حرارتی؛ شبیه‌سازی و انتگراسیون؛ طراحی فرآیند بیودیزل

مراجع

1. Atadashi, I. M., M. K. Aroua, and A. Abdul Aziz. 2011. Biodiesel separation and purification: A review. Renewable Energy 36 (2): 437-443.

2. Balat, M., and H. Balat. 2010. Progress in biodiesel processing. Applied Energy 87 (6): 1815-1835.

3. Chisti, Y. 2007. Biodiesel from microalgae. Biotechnology Advances 25 (3): 294-306.

4. Fukuda, H., A. Kondo, and H. Noda. 2001. Biodiesel fuel production by transesterification of oils. J Biosci Bioeng 92: 405-416.

5. Garcia, M., A. Gonzalo, J. L. Sanchez, J. Arauzo, and J. Pena. 2010. Prediction of normalized biodiesel properties by simulation of multiple feedstock blends. Bioresource Technology 101 (12): 4431-4439.

6. Gerpen, J. V. 2005. Biodiesel processing and production. Fuel Process Technol 86: 1097-1107.

7. Gomez-Castro, F. I., V. Rico-Ramirez, J. G. Segovia-Hernandez, S. Hernandez-Castro, and M. M. El-Halwagi. 2013. Simulation study on biodiesel production by reactive distillation with methanol at high pressure and temperature: Impact on costs and pollutant emissions. Computers & Chemical Engineering 52 (0): 204-215.

8. Herbinet, O., W. J. Pitz, and C. K. Westbrook. 2008. Detailed chemical kinetic oxidation mechanism for a biodiesel surrogate. Combustion and Flame 154 (3): 507-528.

9. Hoekman, S. K., A. Broch, C. Robbins, E. Ceniceros, and M. Natarajan. 2012. Review of biodiesel composition, properties, and specifications. Renewable and Sustainable Energy Reviews 16 (1): 143-169.

10. Huang, G., F. Chen, D. Wei, X. Zhang, and G. Chen. 2010. Biodiesel production by microalgal biotechnology. Applied Energy 87 (1): 38-46.

11. Kemp, I. C. 2007. Pinch analysis and process integration. Elsevier. Oxford.

12. Levy, M. 2013. Simulation of Biodiesel Production Using Reactive Distillation (RD).

13. Lotero, E., J. G. Goodwin, D. A. Bruce, K. Suwannakarn, Y. Liu, and D. E. Lopez. 2006. The catalysis of biodiesel synthesis. Catalysis 19: 41-83.

14. Ma, K. L., C. W. Hui, and T. F. Yeeb. 2000. Constant approach temperature model for HEN retro®t. Applied thermal Engineering (20): 1505-1533.

15. Pisarello, M., B. Dalla Costa, G. Mendow, and C. A. Querini. 2010. Esterification with ethanol to produce biodiesel from high acidity raw materials: kinetic studies and analysis of secondary reactions. Fuel Processing Technology 91 (9): 1005-1014.

16. Pokoo-Aikins, G., A. Nadim, M. M. El-Halwagi, and V. Mahalec. 2010. Design and analysis of biodiesel production from algae grown through carbon sequestration. Clean Technologies and Environmental Policy 12 (3): 239-254.

17. Romero, R., S. L. Martinez, and R. Natividad. 2011. Biodiesel production by using heterogeneous catalysts. Alternative Fuel. ISBN 17: 978-953.

18. Rutz, D., and R. Janssen. 2007. Biofuel technology handbook. WIP Renewable Energies. Munich, Germany.

19. Ryan, L., F. Convery, and S. Ferreira. 2006. Stimulating the use of biofuels in the European Union: implications for climate change policy. Energy Policy 34: 3184-3194.

20. Sanchez, E., K. Ojeda, M. El-Halwagi, and V. Kafarov. 2011. Biodiesel from microalgae oil production in two sequential esterification/transesterification reactors: Pinch analysis of heat integration. Chemical Engineering Journal 176-177 (0): 211-216.

21. Van Gerpen, J., B. Shanks, R. Pruszko, D. Clements, and G. Knithe. 2004. Biodiesel Production Technology, National Renewable Energy Laboratory subcontractor report NREL, SR-510-36244.

22. Veljković, V. B., O. S. Stamenković, Z. B. Todorović, M. L. Lazić, and D. U. Skala. 2009. Kinetics of sunflower oil methanolysis catalyzed by calcium oxide. Fuel 88 (9): 1554-1562.

23. Westbrook, C. K., C. V. Naik, O. Herbinet, W. J. Pitz, M. Mehl, S. M. Sarathy, and H. J. Curran. 2011. Detailed chemical kinetic reaction mechanisms for soy and rapeseed biodiesel fuels. Combustion and Flame 158 (4): 742-755.