تولید بیودیزل با استفاده از کمک حلال در میکروراکتورها

تولید بیودیزل تجدیدپذیر به عنوان جایگزینی برای سوخت های فسیلی رو به پایان جذابیت و اهمیت بسیار زیادی دارد. کارهای پژوهشی بسیاری در زمینه تولید بیودیزل با واکنش ترانس استری شدن انجام می شود. پارامترهای بسیاری بر تولید بیودیزل اثرگذار هستند. زمان اقامت تولید بیودیزل در واکنش ترانس استری شدن پارامتر بسیار مهمی است و در سیستم های ناپیوسته به زمانی حدود یک ساعت نیاز می باشد. دو راهکار متفاوت برای کاهش زمان اقامت در این پژوهش به کار گرفته شده است: نخست این که یک کمک حلال برای افزایش امتزاج پذیری روغن و متانول و کاهش مقاومت انتقال جرم میان فازها و تعیین کنندگی آن و دوم به کارگیری فناوری میکروراکتورها برای افزایش درصد تبدیل و انتخاب پذیری بالاتری در زمان های کمتری در مقایسه با سیستم های ناپیوسته است. انتخاب دوم به دلیل آن است که در میکروراکتور سرعت انتقال جرم و حرارت بالا و طول نفوذ مولکولی کوتاه است. بنابراین در این مطالعه، ترانس استری شدن روغن سویا با به کارگیری هگزان به عنوان کمک حلال در سیستم میکرو بررسی شد. روش سطح پاسخ از طراحی مرکب مرکزی برای تعیین شرایط بهینه واکنش استفاده شد و در آن اثر پنج عامل دمای واکنش (c°60- 30)، زمان اقامت (s15-3)، نسبت حجمی هگزان به متانول (7/0- 1/0)، نسبت حجمی روغن به متانول (3-1) و نوع میکرومیکسر بر روی درصد خلوص بیودیزل در فرآورده تولید شده بررسی شد. آزمایش در شرایط بهینه ی دمای واکنش c° 63/59، زمان اقامت s57/7، نسبت حجمی هگزان به متانول 44/0، نسبت حجمی روغن به متانول 9/2 در میکرومیکسر e1 منجر به درصد خلوص 1/99 درصد برای بیودیزل شد. مدل برازش شده بر داده های آزمایش با روش سطح پاسخ خلوص بیودیزل در همین شرایط را برابر 23/100 % پیش بینی می کند. نزدیکی نتایج آزمایشگاهی و مقادیر پیش بینی شده ی مدل حاکی از اعتبار مدل رگرسیون تطبیق داده شده بود. همچنین عملکرد بالای سیستم مورد بررسی در تولید بیودیزل در طی زمان های فوق العاده کم به دلیل تشدید فرایندهای انتقال جرم و حرارت در میکروتیوب به کارگرفته شده و استفاده همزمان کمک حلال می باشد. لازم به ذکر است که زمان اقامت های تولید بیودیزل در این کار نسبت به کارهای انجام شده در سیستم میکرو بسیار کوچکتر می- باشد (s15- 3) که این مطلب به استفاده ی همزمان از دو تکنیک میکروتیوب و کمک حلال مربوط می شود. تحت شرایط بهینه ی تعیین شده، واکنش ترانس استری شدن در سیستم ناپیوسته در حضور و عدم حضور کمک حلال نیز انجام شد و نتایج سیستم ناپیوسته (در حضور کمک حلال) و راکتور میکروتیوب با یکدیگر مقایسه شدند. زمان مورد نیاز برای رسیدن به درصد خلوص %1/99 بیودیزل در حضور حلال در سیستم ناپیوسته حدود min 9 اندازه گیری شد در حالی که در میکروتیوب برای رسیدن به این درصد خلوص تنها s 57/7 زمان نیاز است و این نشان از کارآمدی سیستم پیشنهادی به کارگیری میکروراکتور و کمک حلال در کار کنونی دارد. در انتها، الگوی جریان در واکنش ترانس استری شدن در میکرومیکسرهایی با دو و سه ورودی در حضور و عدم حضور کمک حلال بررسی شد. مشاهدات بصری و نتایج گاز کروماتوگرافی هر دو حاکی از آن بود که استفاده از کمک حلال و میکرومیکسر مناسب می تواند اثر قابل توجهی بر درصد خلوص بیودیزل داشته باشد. افزودن کمک حلال در سیستمی با میکرومیکسر y شکل (میکرومیکسر با دو ورودی) درصد خلوص را 23 درصد افزایش داد و هنگامی که از میکرومیکسری با سه ورودی استفاده شد درصد خلوص 13 درصد دیگر افزایش یافت.