بررسی آزمایشگاهی و مدلسازی استخراج فوق بحرانی اسانس روغنی از بذر گیاه جاتروفا و تبدیل کاتالیستی آن به بیودیزل

امروزه افزایش تقاضای محصولات نفتی و محدود بودن ذخایر سوختهای حاصل از آن در نواحی خاصی از جهان، توجه محققان را به سوختهای جایگزین با منشأ گیاهی معطوف داشته است. دی اکسید کربن فوق بحرانی جهت استخراج روغن از بذر گیاه جاتروفا بکار گرفته شد. در کار حاضر، طراحی آزمایشها برای انجام فرآیند جداسازی در شرایط عملیاتی متفاوت، توسط روش رویه پاسخ و طرح مرکب مرکزی صورت گرفت. بدین منظور اثر چهار متغیّر دما، فشار، شدت جریان سیال فوق بحرانی و زمان دینامیک به ترتیب در محدوده های 60-40 درجه سانتی گراد، 300-200 بار،2-1 میلی لیتر بر دقیقه و160-40 دقیقه بر بازدهی و میزان بازیابی استخراج بررسی شده است. برای تولید بیودیزل از روغن حاصل از استخراج، از روش ترانس استری استفاده گردید، که به موجب آن اسیدهای چرب تحت تاثیر کاتالیست به متیل استر اسیدهای چرب تبدیل میشوند. در این مطالعه دو نوع کاتالیست اسیدی و بازی بکار گرفته شد، که استفاده از کاتالیست قلیایی در واکنش ترانس استری بیشترین بازدهی را نشان داد. نتایج حاصل از فرآیند استخراج و روش ترانس استری در قالب بازده استخراج، درصد بازیابی روغن و بیودیزل (مجموع متیل استر اسیدهای چرب) ارائه شده است. مقدار ضریب تشخیص اصلاح شده(r2adj) برای مدل درجه دوم مربوط به درصد بازیابی روغن، 6/97% محاسبه شد. همچنین این مقدار برای مدل مربوط به درصد بازیابی متیل استر اسیدهای چرب پالمتیک، استئاریک، اولئیک، لینولئیک و بیودیزل به ترتیب، 5/90، 4/92، 0/92، 5/92 و 2/95% مشخص گردید. علاوه بر طراحی و تحلیل داده های آزمایشگاهی، بهینه سازی شرایط عملیاتی نیز توسط روش رویه پاسخ انجام گرفت، که براساس آن با تنظیم شرایط دما، فشار، دبی جریان و زمان به ترتیب در مقادیر55 درجه سانتی گراد، 300 بار،74/1 میلی لیتر بر دقیقه و 160 دقیقه بیشترین میزان بازیابی روغن70/82% بدست آمد. همچنین در دمای 52 درجه سانتی گراد، فشار 300 بار،دبی جریان64/1 میلی لیتر بر دقیقه و زمان160 دقیقه مقدار بهینه برای درصد بازیابی متیل استر اسیدهای چرب (پالمتیک، استئاریک، اولئیک و لینولئیک) و بیودیزل به ترتیب، 74/94، 88/75، 94/75، 74/77 و 38/79% حاصل شد. افزون بر مدل ارائه شده توسط روش رویه پاسخ، یک مدل ریاضی مبتنی بر موازنه جرم دیفرانسیلی نیز برای هر دو فاز سیال و جامد انجام گرفت و با استفاده از روش تفاضل محدود پسرو، مرکزی و پیشرو حل گردید. مدل توسعه یافته شامل یک رابطه خطی تعادلی در حفره های جاتروفا و سه پارامتر از جمله ضریب انتقال جرم فیلمی، ضریب نفوذ موثّر، ضریب پراکندگی محوری میباشد. پیش بینی های مدل با داده های آزمایشگاهی مقایسه شد، که صحّت مدل را به سبب تطابق نزدیک آن (967/0= r2) نشان داد.