استخراج روغن از گياه اكاليپتوس با روش‌هاي كربن‌دي‌اكسيد فوق‌بحراني و استخراج با حلال اتانولي و توليد بيوديزل از روغن استخراج شده

اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان

مهندسي شيمي

كارشناسي ارشد

در حال حاضر، به دليل افزايش جمعيت و گسترش صنايع، مصرف سوخت‌هاي فسيلي به طور مداوم در حال افزايش است. از سوي ديگر، محدود بودن منابع اين سوخت‌ها و آلودگي‌هاي محيطي ناشي از آن‌ها، پژوهشگران را به فكر توليد سوخت‌هاي جايگزين با منبع گياهي واداشته است. گياه اكاليپتوس به‌خاطر محتواي بالاي سينئول در برگ‌هاي خود و كاربردهاي وسيع در صنايع پزشكي، غذايي، چوب و كاغذ، موردتوجه قرار گرفته است. علاوه بر كاربردهاي مختلف، اين گياه مي‌تواند به‌عنوان منبعي براي توليد بيوديزل به دليل وجود روغن زياد در برگ‌هاي خود مورداستفاده قرار گيرد. روش متداول استخراج روغن، استفاده از حلال است؛ اما استخراج با سيال فوق‌بحراني، به‌ويژه با استفاده از كربن‌دي‌اكسيد فوق‌بحراني، موردتوجه قرار گرفته است. در اين پژوهش، از روش سطح پاسخ و طرح مركب مركزي براي طراحي آزمايش‌ها در شرايط مختلف عملياتي استفاده شد. تأثير چهار متغير شامل دما، فشار، دبي جريان كربن‌دي‌اكسيد فوق‌بحراني و زمان ديناميك به ترتيب در محدوده‌هاي 35 تا 75 درجه سلسيوس، 15 تا 35 مگاپاسكال، 8/0 تا 2/2 ميلي‌ليتر بر دقيقه و 40 تا 160 دقيقه، بر بازده و ميزان بازيابي استخراج روغن بررسي گرديد. براي توليد بيوديزل از روش ترانس‌استري و روغن استخراج‌شده با حلال كه داراي بيشترين بازده استخراج بود، استفاده شد. نتايج به‌دست‌آمده از فرايند استخراج و روش ترانس‌استري شامل بازده استخراج، درصد بازيابي روغن و بيوديزل (مجموع متيل استرهاي اسيدهاي چرب) ارائه گرديد. آزمايش‌ها نشان داد كه مدل استخراج با ضريب تشخيص 27/95 و ضريب تشخيص اصلاح شده 12/91 به‌خوبي برازش دارد. يافته‌ها نشان داد كه با افزايش فشار و زمان ديناميك، ميزان استخراج روغن افزايش مي‌يابد. اين افزايش به دليل افزايش دانسيته سيال فوق‌بحراني در فشارهاي بالا و افزايش نيروي محركه ناشي از عبور حلال تازه و زمان ديناميك طولاني‌تر است. اما در افزايش‌هاي بيشتر فشار و زمان ديناميك، شيب درصد استخراج كاهش مي‌يابد؛ چرا كه افزايش فشار ممكن است نفوذپذيري و ضريب انتقال جرم را كاهش دهد و با افزايش زمان، به دليل كاهش روغن موجود در نمونه، ميزان استخراج نيز كاهش يابد. افزايش دما تا حدود 55 تا 60 درجه سلسيوس سبب افزايش درصد استخراج روغن مي‌شود، زيرا فشار بخار اجزاي حل‌شونده افزايش مي‌يابد و اين به معناي افزايش حلاليت مادهٔ حل‌شونده در كربن‌دي‌اكسيد فوق‌بحراني است. اما با افزايش بيشتر دما، درصد استخراج روغن كاهش مي‌يابد كه علت آن كاهش دانسيته حلال و در نتيجه كاهش حلاليت كربن‌دي‌اكسيد فوق‌بحراني است. همچنين، پيش‌بيني مي‌شود كه افزايش دبي جريان تا حدود 7/1 ميلي‌ليتر بر دقيقه، به دليل كاهش ضخامت لايه انتقال جرم اطراف ذرات جامد، موجب افزايش درصد بازيابي روغن شود. اما با افزايش بيشتر دبي جريان، به دليل كاهش زمان اقامت و تماس ناكافي حلال با جامد، درصد بازيابي روغن كاهش خواهد يافت. روش سطح پاسخ شرايط عملياتي بهينه براي استخراج روغن را در دماي 5/57 درجه سلسيوس، فشار 35 مگاپاسكال، دبي جريان 7/1 ميلي‌ليتر بر دقيقه و زمان ديناميك 160 دقيقه مشخص كرد و بازده استخراج بهينه را 12/13درصد محاسبه كرد كه با نتايج آزمايشگاهي، مقدار 32/11 درصد به دست آمد و تقريب خوبي ارائه گرديد. در نهايت، بازده بيوديزل به‌دست‌آمده از واكنش روغن حاصل شده از شرايط بهينه استخراج به 2/88 درصد رسيد.

232619

طراحي فرايند

مهندسي شيمي

دانشگاه صنعتي اصفهان