بر طبق مدل…………..52
نمودار 4- 6 پاسخ سطحی برای غلظت فورفورال در هیدرولیز بصورت تابعی از دما وغلظت اسید بر طبق مدل……………..53
نمودار 4 – 7پاسخ سطحی برای غلظت اسیداستیک در هیدرولیز بصورت تابعی از زمان وغلظت اسید بر طبق مدل….53……
نمودار 4-8 پاسخ سطحی برای غلظت اسیداستیک در هیدرولیز بصورت تابعی ازدما وغلظت اسید بر طبق مدل……………..54
فهرست اشکال
شکل 2-1چرخه تولید بیو اتانول از مواد لیگنوسلولزی…………………………………………….12..
شکل 2-2 ساختار سه نوع لگنین سخت چوب، لگنین نرم چوب و لگنین علفی…………………..16..
شکل2-3فرآیند هیدرولیزاسید رقیق(بوردروسایرین،1995)23………………………………
شکل2-4محصولات جانبی در فرآیند هیدرولیز رقیق………………………………………………..26
شکل2-5 نمایش عملیاتی راکتورانفجاری بخاری در یک مدل بسته (زیمباردی،2000)………….32

در این سایت فقط تکه هایی از این مطلب با شماره بندی انتهای صفحه درج می شود که ممکن است هنگام انتقال از فایل ورد به داخل سایت کلمات به هم بریزد یا شکل ها درج نشود

شما می توانید تکه های دیگری از این مطلب را با جستجو در همین سایت بخوانید

ولی برای دانلود فایل اصلی با فرمت ورد حاوی تمامی قسمت ها با منابع کامل

اینجا کلیک کنید

چکیده
در این مطالعه مدلسازی هیدرولیز اسید رقیق پوست سبز گردو بعنوان یک نمونه مواد لیگنوسلولزی به منظور تولید شکر قابل تخمیر در فرایند بیواتانول مطالعه شده است. چهار پارامتر دما، زمان، غلظت اسید و جزءجامد در سه سطح مختلف بعنوان متغیر ومیزان تولید قند های شش کربنه نظیر گلوکز و پنج کربنه نظیر زایلان بعنوان محصولات اصلی و مواد بازدارنده نظیر فورفورال و اسیداستیک بعنوان محصولات فرعی و ناخواسته در نظر گرفته شده اند. واکنش در یک حمام بخار مجهز به کنترل دما و همزن انجام شده است. محصولات هیدرولیز پس از خنثی سازی و فیلتراسون و رقیق سازی توسط دستگاه کروماتورگرافی مایع1 اندازه گیری شده اند. جهت بررسی نقش چهار متغیر یاد شده در میزان محصولات اصلی و فرعی مطالعه شده است. سپس با در نظر گرفتن یک معادله دو مجذوری و استفاده از مدل سطحی برای بهینه سازی فرآیند هیدرولیز اسید رقیق مدل شده اند. نتایج نشان می دهد که پوست سبز گردو می تواند یک منبع لیگنوسولوزی برای تولید شکر قابل تخمیر در فرایند بیواتانول است. غلظت این ترکیبات با دما افزایش می یابد. همچنین افزایش تولید گلوکز در طی زمان مشخص می باشد. زمانی که محتوی جزءجامد افزایش می یابد، غلظت گلوکز و محصولات دیگر نیز افزایش می یابد. مدل سازی و شرایط هیدرولیز قابل بهینه سازی بر اساس دما، زمان، غلظت اسید و غلظت جامد قابل بهینه سازی است.
کلمات کلیدی :
مدل سطحی – بهینه سازی – هیدرولیز – اسید رقیق – پوست سبز گردو – گلوکز
فصل اول
مقدمه
1-1بیواتانول چیست؟
اتانول با فرمول بسته C2H5OH از گروه آلکالهای آلی است که در حالت معمولی مایعی بی رنگ با بویی ویژه است. قابلیت حل شدن اتانول در آب زیاد است بطوریکه به هر نسبتی با آب مخلوط می شود. نقطه جوش آن 3/78 و نقطه انجماد آن_115 است . دانسیته نسبی آن در 20 درجه سانتیگراد 78/0 است. الکلها سمی هستند و اتانول از لحاظ پزشکی، از الکلهای دیگر سمیت کمتری دارد. در شرایط عادی، اتانول یک مایع فرار، قابل اشتعال، صاف و بی رنگ بوده که هم در آب و هم در حلال های غیر قطبی محلول می باشد.
بیواتانول که سوختی با طبیعت کربنی است، با فرمول CH3-CH2-OH(اتیل الکل)می توانند تا بیش از 70% از گازهای گلخانه ای آزاد شده را کاهش دهد. این سوخت دارای عدد اکتان بالاتر از (108)محدوده اشتعال پذیری گسترده تر گرمای تبخیر بالاتری نسبت به بنزین دارد. به علت وجود اکسیژن بالا باعث کاهش انتشار گاز در موتور های احتراق میگردد.
از معایب بیواتانول دانسیته انرژی پایین تری نسبت به بنزین دارد(بیواتانول 66درصد انرژی بنزین را دارد)، خورندگی، تابندگی مشعل کمتر، فشار بخار پائین تر، (استارت سرد را مشکل می سازد)، اختلاط پذیری با آب و سمیت برای اکوسیستمها می باشد. برخی ویژگیها در جدول 1-1 نشان داده شده است.
جدول 1-1:مقایسه سه ماده قابل اشتعال اتانول، بنزین، گازوییل
اتانولبنزینگازوئیلدانسیته انرژی (Mj/Kg)6/268/438/42دانسیته انرژی (Mj/l)0/210/324/36دمای شعله(C(r))193019772054عدد اکتان00/392/2ناچیز
ناگفته نماند اعداد اکتان بالاتر در موتورهای احتراق داخل ترجیح داده می شود زیرا باعث کاهش ضربات سیلندر میگردد.
بیواتانول دارای 35% اکسیژن است. هرچه سوخت شامل اکسیژن بیشتری باشد احتراق کامل تر است و می توانند تولید NOX و ذرات معلق را که در طی فرآیند احتراق تولید می شوند به میزان قابل توجهی کاهش دهد یکی دیگر از مزایای استفاده از اتانول این است که می توانند از منابع تجدید پذیر حیات، بر پایه مواد سلولزی، که به میزان قابل توجهی در طبیعت یافت می شود، تولید شود. می توان از مواد ارزان قیمت و در دسترس استفاده نمود. مخلوطهای سوخت اتانول، به طور موفق در همه انواع وسایل و موتورهایی به کار برده می شوند که نیاز به بنزین دارند. مشهورترین مخلوط برای وسایل سبک کار بنام E85 شناخته شده است، که شامل 85% بیواتانول و 15% بنزین است.
مخلوطهایی که غلظتهایی بالاتر بیواتانول در بنزین دارند نیز مورد استفاده قرار می گیرند. مثلاً بعضی موتورها میتوانند روی مخلوطهای بالاتر از 85% بیوتانول E85 کار کنند. برخی کشورها برنامه سوخت زیستی شامل هر دو فرم برنامه مخلوط بیواتانول و بنزین را امتحان کرده اند.
همان طور که گفته شد، احتراق کامل یک سوخت به وجود میزان اکسیژن استوکیومتری نیاز دارد. محتوی اکسیژن یک سوخت کارایی احتراقش را افزایش می دهد. به همین دلیل کارایی احتراق و عدد اکتان بیواتانول بالاتر از بنزین است. و اعداد اکتان بالاتر در موتورهای احتراق داخلی ترجیح داده می شوند زیرا باعث کاهش ضربات سیلندر میگردد.
جدول 1-2برخی ویژگیهای سوختهای الکلی
ویژگی سوختاتانولمتانولایزواکتانعدد ستان85-عدد اکتان107112100دمای اشتعال اتوماتیک(k)606737530گرمای ویژه تبخیرMj/kg0.911.180.26انرژی گرمادهی Mj/kg26.719.944.4
1-2ضرورت استفاده از اتانول :
بیواتانول یک سوخت مایع مهم تجدید شدنی در وسایل نقلیه می باشد، که برخلاف بنزین یک سوخت آمیخته با اکسیژن، که شامل 35% اکسیژن است. بطوری که می توانند ذرات ریز و نشر NOX را از احتراق کاهش دهد. زمانی که عمل سوختن صورت می گیرد. اتانول منتج شده از تخمیر، هیچ افزایش خالصی را در میزان دی اکسید کربن جو بوجود نمیآورد.
اگر بیواتانول حاصل از توده زیستی جهت به حرکت در آوردن وسایل نقلیه با آلودگی کم استفاده شود نشر خالص CO2 کمتر از 7% از مقداری است که ماشین یکسان از بنزینی دارای فرمول جدید استفاده می کند. از طرف دیگر با ملاحظه افزایش مستمر هزینه های مواد نفتی و وا بستگی به منابع سوخت فسیلی توجه قابل ملاحظه ای به منابع انرژی دیگر معطوف شده است. تولید اتانول یا اتیل الکل C2H5OH از توده زیستی روشی جهت کاهش مصرف مواد نفتی می باشد. تولید داخل و استفاده از اتانول به عنوان سوخت می توانند باعث کاهش وابستگی به بنزین، کاهش کمبودهای تجاری ایجاد شغل در مناطق روستایی کاهش آلودگی همراه کاهش تغییرات جوی جهانی از دی اکسید کربن شود. و ادامه استفاده از سوختهای فسیلی برای بر آوردن تقاضای جهانی انرژی منجر به افزایش غلظتهای CO2 در جو و گرم شدن جهان شده است.
بدین سبب تلاشها برا ی توسعه روشهایی برای کاهش اثر انتشار گازهای گلخانه ای افزایش یافته است. غلظت CO2 اتمسفر از مقدار اولیه v ppm280 به حدود ppmv370 درسال 2000 رسید و همچنان رو به افزایش است. و دمای جو زمین را افزایش می دهد. کاهش استفاده از سوختهای فسیلی بطور قابل توجهی میزان CO2 تولید شده را کاهش داده و باعث کاهش سطوح آلودگیها می شود. بسیاری از برنامه های تحقیقاتی اخیرأ روی بهبود مفاهیم چون منابع تجدید پذیر توسعه پایدار انرژی های زیستی فرایند های سازگار با محیط زیست و غیره متمرکز نموده اند و به طور کلی فرایند استفاده از سوختهای زیستی به شرح زیر است.
1- سوختهای زیستی به راحتی از منایع معمول بیومس بدست می آید.
2- در فرآیند سوختن CO3 وجود دارد.
3- توانایی سازگاری قابل توجهی با محیط زیست دارد.
4- این سوختها توسط میکروبها تجزیه پذیرند و در چرخه طبیعی شرکت می کنند.

فصل دوم
کلیات

2-1مقدمه:
سلولز فراوا نترین پلی ساکارید در طبیعت است که حدود یک سوم وزن تمام گیاهان را تشکیل می دهد. سلولز پلیمری از گلوکز بتا است که توسط اتصالات گلیکوزیدی و به صورت رشته های موازی بهم متصلند. تئوری احتراق وهیدرولیز در فرآیند تولید بیواتانول از پسماندهای سلولزی مهم هستند.
مزایای هیدرولیز آنزیمی سلولز به قند شامل حل مشکلات ضایعات مواد سلولزی، تبدیل گلوکز به اتانول ازطریق تخمیر که بعنوان سوخت مورد استفاده قرار می گیرد و تولید اتیلن از اتانول می باشد. این مواد در صنایع شیمیایی و خود گلوکز بستگی به درجه خلوص آن در صنایع دارویی، غذایی کاربرد دارد. مناسب ترین روش تولید گلوکز روش ترکیبی (هیبرید) است که مراحل پیش فرایند آن که قبل از هیدرولیز آنزیمی انجام می شود برای حذف ناخالصی های غیر سلولزی (لیگنین و همی سلولز) می باشد.
برای اینکه بیو مس جامد به انرژی گرمایی تبدیل شود بایستی عملیات احتراق را طی نماید اگر چه تکنولوژی احتراق بسیار مختلفی در دسترس است. سه مرحله احتراق داریم که اشاره می شود.
2-2تئوری احتراق:
2-2-1سوزاندن (احتراق مستقیم)
2-2-2فساد