پایان نامه استفاده از مدل سطحی برای بهینه سازی فرآیند هیدرولیز اسید رقیق از پوست سبز گردو برای تولید گلوکز

  • Code: # 31826

  • تعداد صفحات: 88
  • فرمت فایل: word
  • سال: 1393
  • مقطع: کارشناسی ارشد
  • دسته بندی: مهندسی شیمی
قیمت جدید: ۳۵,۰۰۰ تومان
۶۵,۰۰۰ تومان
دانلود
  • خلاصه
  • فهرست
  • خلاصه پایان نامه استفاده از مدل سطحی برای بهینه سازی فرآیند هیدرولیز اسید رقیق از پوست سبز گردو برای تولید گلوکز

    پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد «M.Sc.»

    گرایش مهندسی شیمی مهندسی ترمودینامیک و سنتیک

    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 مایع[1] 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

     

     

     

    1-1 بیواتانول 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.

    (جداول در فایل اصلی موجود است)

    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.

     

    Abstract

           In this project, attenuate biomass hydrolysis acid are studied as lignocelluloses materials in order to produce sugar that is able to fermentation in  bioethanol  process. Three parameters, temperature, time and acid density are considered in three different factors as the variable and the amount of glucose produce that are the main products. The reaction is accomplished in a steam bathroom that was appointed to temperature control and a mixer. Hydrolysis productions are measured after frustration, filtration and dilution by HPLC. The amount of production is tested in 3^4 experiments in order to scrutiny the role of the four variables that are given for determining the amount of the main production. Then they are been model by use of the superficial model to optimize the process of hydrolysis of attenuate acid.

           The results demonstrate that modeling and the situation of hydrolysis are able to optimize in base of temperature, time, density of acid and density of heavyset

  • فهرست پایان نامه استفاده از مدل سطحی برای بهینه سازی فرآیند هیدرولیز اسید رقیق از پوست سبز گردو برای تولید گلوکز

    فهرست:

    عنوان..……………………………………… …………………………………………..صفحه

    چکیده………………………………….………….........….…………..…….………….1

    فصل اول: مقدمه

    1-1بیواتانول چیست؟...............................................................................................3

    1-2ضرورت استفاده از اتانول...................................................................................4

    فصل دوم: کلیات

    2-1مقدمه…………………....................................................... .........................7

    2-2تئوری احتراق..................................................................................................7

    2-2-1سوزاندن (احتراق مستقیم)....... ........................................................................7

    2-2-2فساد باکتریایی...............................................................................................7

    2-2-3تخمیر................................................................................................      7….….

    2-3روشهای هیدرولیز پسماندهای سلولزی..................................................................8..

    2-4مواد اولیه مورد استفاده در تولید بیواتانول.........................................................8…...

    2-4-1مواد اولیه قندی..............................................................................................8

    2-4-2مواد اولیه نشاسته…………….…...................................................................9

    2-4-3مواداولیه سلولزی (لیگنوسلولز)………..……....................................................9

    2-4-3-1سلوز…...................................................................................................14

    2-4-3-2  همی سلولز…………….……………...........................15……………..…

    2-4-3-3 لگنین15……………..……………………………………………………

    2-5 بیواتانول سوخت سبز……………………………...........................17….……….

    2-6 تولید بیواتانول بوسیله تخمیر کربوهیدراتها19….………….………………………….

    2-7هیدرولیز……………….………….................................................................20

    2-7-1هیدرولیز اسیدی…………………………………..........................................21

    2-7-2هیدرولیز اسید رقیق22…..………………………………….…………………..

    2-7-2-1 محصولات جانبی هیدرولیز اسید رقیق…………………………......................25

    2-7-2-1-1اسید های آلی………………………..……….........................................26

    2-7-2-1-2ترکیبات فنولیک27…..…………………………………………………….

    2-7-2-1-3 ترکیبات فورال........................................................................................ 27

    2-7-3هیدرولیز اسید غلیظ……….............................................................................28

    2-7-4 هیدرولیز آنزیمی…….…….……………….……………………………….30

    2-8 پیش فرآوری فیزیکی.…….……...…………………………………………….31

    2-8-1انفجاربخار....................................................................................................31

    2-8-2 انفجار آمونیاک و دی اکسید کربن.......................................................................32

    2-8-3 پیش فرآوری شیمیایی......................................................................................32

    2-8-4 پیش عملیات بیولوژیکی...................................................................................34

    2-9تخمیر………………..………………………………………………...….....34

    2-10 بازیابی جامدات و محصول................................................................................35

    فصل سوم:روش آزمایش

    3-1 مواد و سایل مورد استفاده 37...................................................................................

    2-3آزمایشات 37........................................................................................................

    3-3 طراحی روش آزمایش 37........................................................................................

    1-2-3اثر غلظت 40.....................................................................................................

    2-2-3اثر دما 40.........................................................................................................

    3-2-3اثر زمان 41…..................................................................................................

    3-4 نتایج تست زایلوز (XYL)..................................................................................41

    1-3-3اثر غلظت 41………...………………….........................................................

    2-3-3اثر دما 42........................................................................................................

    3-3-3اثر زمان 42......................................................................................................

    3-4 نتایج تست فورفورال(FER)................................................................................43

    1-4-3غلظت 43.……...…………………….............................................................

    -2-4-3دما 43............................................................................................................

    -3-4-3زمان 44.........................................................................................................

    3-5 نتایج تست گلوکز(GLU)....................................................................................44

    1-5-3غلظت 44.........................................................................................................

    2-5-3دما 45.............................................................................................................

    3-5-3زمان..........................................................................................................45.

    فصل چهارم:  نمودار و جداول

    4-1مدل سازی فرآیند:..............................................................................................48

    4-2بررسی انطباق نتایج حاصل از گلوکز استحصال شده در مدلهای پیشنهادی........................48

    4-2-1 مدل اول......................................................................................................54

    4-2-1-1بررسی صحت مدل......................................................................................54

    فصل پنجم: نتیجه گیری

    نتیجه گیری56……………………………………………………………………….

     پیشنهادها...............................................................................................................57

    مراجع....................................................................................................................58

     

    منبع:

     

     

    1- Aguilar R., Ramirez, J.A., Garrote, G. and Vazquez, M., (2002), Kinetic study of the acid hydrolysis of sugar cane bagasse. J. Food Eng., 55, 309-315.

    2- Al-Masri M.R., Zarkawi M. (1999). Digestibility and composition of broiler litter, as affected by gamma irradiation. Bioresource Technology 69, 129-132

    3- Balat M. (2005), Current alternative engine fuels. Energy Sources 27:569-77.

    4- Balat M., (2007), Global bio-fuel processing and production trends. Energy Explor Exploit;25:195-218

    5- Balat M, Balat H, Cahide O, (2008) , “Progress in bioethanol processing”, Progress in Energy and Combustion Science, 34, 551–573

    6- Ballesteros, I, Martinez, Oliva, J.M., Navarro, AA, Carrasco J., Ballesteros, M. (1998). Feasibility of steam explosion pretreatment to enhance enzymatic hydrolysis of municipal solid organic waste In Biomass for Energy and Industry, Proceeding of the International Conference of Wtirzburg. Kopetz

    7- Brennan, A., Hoagland, W. and Schell, D. J., (1986). High temperature acid hydrolysis of biomass using an engineering-scale plug flow reactor: results of low solids testing. Biotechnology and Bioengineering Symposium, 17.

    8- Belkacemi K; Turcotte G; de Halleux D; Savoie (1998) P Ethanol production from APEX-treated forages and agricultural residues, Appl Biochem Biotechnol, 70-72,441-62.

    9- Bezerraa M. A., Santelli R. E., Oliveiraa E. P., Leonardo S., 2008. Response surface methodology (RSM) as a tool for optimization in analytical chemistry. Talanta 76: 965–977.

    10- Brandberg, T., Sanandaji, N., Gustafsson, L., and Franzen, C. 1. (2005). "Continuous fermentation of undetoxified dilute acid lignocellulose hydrolysate by Saccharomyces cerevisiae ATCC 96581 using cell recirculation," Biotechnol. Prog. 21(4), 1093-101.

    11- Broder, J., Barrier, J. W., Lee, K P., Bulls, M.M, (1995) World resource review, 7 (4), 560-569.

    12- Carrasco, F. and Roy, C., (1992). Kinetic study  of dilute-acid prehydrolysis of   xylan - containing biomass. Wood Science Technology, 26, 189-199.

    13- Castro E., Díaz M., Cara C., Ruiz E., Romero I., Moya M., (2011). Dilute acid pretreatment of rapeseed straw for fermentable sugar generation. Bioresource Technology 102: 1270–1276.

    14- Dale, B. E., Leong, CK, Pham, TK, Esquivel, V.M., Rios, I., Latimer, V.M. (1996). Hydrolysis oflignocellulosics at low enzyme levels: application of the APEX process. Bioresource Technology, 56, 111-116.

    15- Demirbas A. Bioethanol from cellulosic materials: a renewable motor fuel from biomass. Energy Sources 2005;27:327-37.

    16- Demirbas F, Bozbas K, Balat M., 2004, Carbon dioxide emission trends and environmental problems in Turkey. Energy Explor Exploit ,22:355-65.

    17- Dien BS, Cotta MA, Jeffries TW. 2003, Bacteria engineered for fuel ethanol production: current status. Appl Microbiol Biotechnol ; 63:258-66.

    18- Diaz M.J., Cara C., Ruiz C., Romero I., Moya, M., Castro E., 2010, Hydrothermal pretreatment of rapeseed straw, Bioresour, Technol. 101,:2428-2435.

    19- Esteghlalian, A., Hashimoto, A. G., Fenske, J.J., Penner, M.H. (1997). Modeling and optimization of the dilutesulfuric acid pretreatment of corn stover, poplar and switchgrass. Bioresource Technology, 59, 129-136 .

    20- Faith, W. (1945). "Development of the Scholler process in the United States," Ind. Eng. Chem. 37(1),9-11.

    21- Fan, L.T, Gharpuray, M.M, Lee, Y-H. (1987). Enzymatic hydrolysis in Cellulose Hydrolysis, Ed. by Springer - Verlag Berlin Heidelberg

    22- Fan, L.T., Lee, YH., and Gharpuray, M.M. (1982) The nature of lignocellulosics and their pretreatments for enzymatic hydrolysis. Adv. Biochem. Eng. Biotechnol. 23, 158-187.

    23- Frederick Jr., S.J. Lien , C.E. Courchene , N.A. DeMartini ,A.J. Ragauskas c, K. Iisa, (2008) ,“Production of ethanol from carbohydrates from loblolly pine”, Bioresource Technology 99 5051–5057.

  • ثبت سفارش
    عنوان محصول
    قیمت