بررسی تعیین الگوی ریاضی تولید الکل از منابع سلولزی به روش هیدرولیز و تخمیر همزمان

مواد لیگنوسلولزی را می توان از طریق آبکافت و تخمیر به اتانول تبدیل نمود. زمانیکه این دو فرآیند بصورت متوالی انجام شوند، به آن فرآیند آبکافت و تخمیر جداگانه گویند و در صورتیکه هر دو فرآیند بصورت همزمان انجام شوند آن را فرآیند آبکافت و تخمیر همزمان نامند. در کار حاضر ابتدا تولید اتانول از سلولز خالص در شرایط متفاوت بررسی شد. سپس اثر سه فرآیند: آبکافت و تخمیر جداگانه، آبکافت و تخمیر همزمان و آبکافت و تخمیر شبه همزمان (یک مرحله پیش آبکافت و یک مرحله آبکافت و تخمیر همزمان) بر روی تولید اتانول مطالعه شد. بالاترین غلظت، بازده نظری و میزان بهره وری اتانول به ترتیب 39/8 (گرم بر لیتر)، 8/29% و 155/0 (گرم بر لیتر. ساعت) از روش آبکافت و تخمیر شبه همزمان بدست آمد. برای توصیف آبکافت آنزیمی سلولز خالص در غلظت های اولیه متفاوت از آنزیم، از یک مدل سینتیکی بر مبنای غیرفعال شدن آنزیم استفاده شد. آزمایش ها نشان دادند که غلظت گلوکز با افزایش غلظت اولیه آنزیم افزایش می یابد. همچنین جهت مدل سازی فرآیند آبکافت و تخمیر همزمان سلولز خالص از یک مدل ریاضی که دربردارنده چهار معادله دیفرانسیل است، استفاده شد. پارامترهای مدل با استفاده از برنامه نوشته شده در محیط matlab و بر اساس نتایج آزمایشگاهی بدست آمده، تعیین شدند. بررسی سرعت های واکنش اجزاء مختلف نشان داد که واکنش تبدیل سلولز به سلوبیوز، مرحله کنترل کننده سرعت در فرآیند آبکافت و تخمیر همزمان است. در تحقیق حاضر از ساقه سورگوم جارویی و شلتوک برنج (از ضایعات کشاورزی شمال ایران) پیش تیماری شده با هیدروکسید سدیم، به عنوان مواد اولیه برای تولید بیواتانول به روش آبکافت و تخمیر همزمان استفاده شد. شرایط عملیاتی پیش تیماری هیدروکسید سدیم بر روی ساقه سورگوم و شلتوک برنج بهینه سازی شد. در شرایط عملیاتی بهینه برای پیش تیماری هر یک از این مواد، بیش ترین مقدار برای بازده گلوکز و زایلوز به ترتیب برای ساقه سورگوم 86/98% و 02/65% و برای شلتوک برنج 82/68% و 56/51% بدست آمد. مشابه قبل اثر سه حالت از آبکافت و تخمیر بر روی اتانول حاصل از ساقه سورگوم و شلتوک برنج بررسی شد. بالاترین میزان اتانول برای سورگوم و شلتوک برنج به ترتیب 92/15 و 22/10 (گرم بر لیتر) از فرآیند آبکافت و تخمیر شبه همزمان حاصل شد. در ادامه یک مدل ریاضی جدید برای مدل سازی فرآیند آبکافت و تخمیر همزمان مواد لیگنوسلولزی ارائه شد. در این مدل اثر لیگنین بر روی غیرفعال شدن آنزیم و اثر بازدارندگی اتانول بر روی فرآیند آبکافت و تخمیر همزمان معرفی شد. پارامترهای مدل با استفاده از برنامه نوشته شده در محیط matlab و نتایج آزمایشگاهی بدست آمده از آبکافت و تخمیر همزمان ساقه سورگوم و شلتوک برنج تعیین شدند. پارامتر آماری ضریب تعیین و میانگین مربع خطا برای هر یک از اجزاء مدل محاسبه شد که بالا بودن ضریب تعیین و کوچک بودن مقدار خطا حاکی از دقت مدل ارائه شده است.