تولید بیودیزل از روغن پسماند خوراکی به روش متانول فوق بحرانی

بیودیزل به عنوان یک نوع سوخت برای موتورهای دیزلی، شامل آلکیل استر اسیدهای چرب زنجیره بلند بوده که توسط انجام یک واکنش شیمیایی بین روغن گیاهی یا چربی حیوانی با یک الکل مانند متانول بدست می آید. بیودیزل یک سوخت غیر سمی و زیست تجزیه پذیر بوده و اشتعال پذیری کمتری نسبت به دیزل معمولی دارد. همچنین به طور کلی بیودیزل دارای گوگرد و آروماتیک ها نبوده و آلودگی کمتری نسبت به دیزل معمولی تولید می کند. به نظر می رسد به دلیل قیمت بالای روغن های گیاهی مانند کانولا، سویا و ذرت، تجاری سازی تولید بیودیزل از روغن های گیاهی به صرفه ی اقتصادی نباشد؛ درحالیکه استفاده از روغن پسماند خوراکی به عنوان ماده اولیه که دارای قیمت بسیار کمتری نسبت به روغن های خام است، می تواند هزینه ی تولید بیودیزل را کاهش دهد. علاوه برآن تبدیل روغن پسماند خوراکی به سوخت می تواند مانع از اثرات مخرب ناشی از رهاسازی آن به محیط زیست شود. ترانس استریفیکاسیون یا الکل دار کردن واکنش بین یک روغن یا چربی با یک الکل به منظور تولید بیودیزل و گلیسرول است. واکنش ترانس استریفیکاسیون می تواند توسط کاتالیست های قلیایی، اسیدی یا آنزیمی انجام شود. فرآیندهای کاتالیستی قلیایی و اسیدی همگن نیاز به مراحل جداسازی و خالص سازی پیچیده ای داشته که عموماً با مصرف انرژی زیادی نیز همراه است. روش متانول فوق بحرانی فرآیندی برای انجام واکنش ترانس استریفیکاسیون بدون حضور کاتالیست در محیط واکنش است. عدم حضور کاتالیست در فرآیند، سبب ساده تر شدن فرآیندهای جداسازی و خالص سازی بیودیزل خواهد شد. اضافه کردن کمک حلال هایی مانند دی اکسیدکربن، پروپان و هگزان می تواند دما و فشار عملیاتی و همچنین مقدار الکل مصرفی را کاهش دهد. به منظور بررسی اثر چهار متغیر مستقل (نسبت مولی متانول به روغن، دما، فشار و زمان انجام واکنش ) بر روی بازده تولید بیودیزل به روش متانول فوق بحرانی، روش سطح پاسخ استفاده شد. از دی اکسیدکربن همزمان به عنوان کمک حلال و عامل افزاینده فشار استفاده گردید. روغن پسماند خوراکی به عنوان ماده اولیه برای تولید بیودیزل استفاده شده و واکنش ترانس استریفیکاسیون در یک راکتور ناپیوسته در شرایط فوق بحرانی الکل انجام شد. برای رسیدن به ماکزیمم بازده تولید بیودیزل از طرح مرکب مرکزی دوران پذیر استفاده شد. مقادیر بهینه ی متغیرهای عملیاتی، توسط روش سطح پاسخ و الگوریتم ژنتیک محاسبه گردید. نسبت مولی متانول به روغن 8:1/33، دمای °c 1/271، فشار mpa 1/23 و زمان واکنش 4/20 دقیقه به عنوان شرایط بهینه عملیاتی برای رسیدن به ماکزیمم بازده پیش بینی شده ی تولید بیودیزل (% 27/95) محاسبه شدند. آنالیز سطح پاسخ نشان داد که مدل درجه دوم می تواند به خوبی داده های تجربی را برازش کند (%60/98 = ). تمام ترم های خطی، مربع و ترم های متقابل نسبت مولی-زمان و دما-زمان به عنوان متغیرهای تأثیرگذار بر بازده تولید بیودیزل در نظر گرفته شدند. علاوه برآن یک مدل سینتیکی واکنش درجه اول برگشت ناپذیر برای انجام واکنش ترانس استریفیکاسیون متانول فوق بحرانی جهت پیش بینی رفتار سیستم، به کار گرفته شد که توانست به خوبی داده های تجربی را برازش کند. مقادیر ضریب تابع نمایی (k0) و انرژی فعالسازی واکنش مربوط به معادله ی آرنیوس به ترتیب s-1 37/3 و kj/mol 71/31 محاسبه شدند.