شماره ركورد
33420
پديد آورنده
بهزاد كنعاني
عنوان
بهينهسازي فرايند توليد بيواتانول بهعنوان يك افزودني سوخت با استفاده از منابع تجديدپذير
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي سيستمهاي انرژي
سال تحصيل
1399
تاريخ دفاع
1403/11/30
استاد راهنما
عليرضا زاهدي
استاد مشاور
سلمان موحدي راد
دانشكده
دانشكده فناوريهاي نوين
چكيده
بيواتانول بهعنوان رايجترين شكل سوخت زيستي، يكي از گزينههاي مهم جايگزيني سوختهاي فسيلي محسوب ميشود كه بدون نياز به تغيير در طراحي موتور، قابليت افزودن تا 20 درصد به بنزين را دارد. اين سوخت علاوه بر افزايش عدد اكتان و كاهش كوبش، منجر به كاهش انتشار آلايندههايي نظير مونوكسيدكربن و هيدروكربنهاي نسوخته ميگردد. هدف اين پژوهش، بهينهسازي توليد بيواتانول از ملاس نيشكر با رويكرد افزايش راندمان و كاهش هزينه توليد بود. طراحي آزمايش پس از پيش آزمايش ها با روش سطح پاسخ صورت گرفت و مقدار قند اوليه، زمان و pH به عنوان متغير در نظر گفته شدند. در فرايند تخمير تحت خلأ در بازههاي 12 ساعته به مدت يك ساعت بهعنوان راهكاري براي حذف مرحلهاي بيواتانول، كاهش اثرات مهاري، و افزايش تبديل قند به كار گرفته شد. توان حرارتي و الكتريكي موردنياز از سامانهاي تركيبي شامل پنلهاي فوتوولتائيك، كالكتور سهموي خطي و آبشيرينكن خورشيدي تأمين گرديد. نتايج نشان داد در شرايط بهينه (بريكس 43 درصد، pH برابر 5/5 و زمان 71 ساعت)، بيواتانول با راندمان 93 درصد و غلظت 86/11 درصد حجمي/حجمي توليد شد؛ در حاليكه در شرايط كنترل (بدون اعمال خلأ)، تنها 7/9 درصد حجمي/حجمي با راندمان 35 درصد حاصل شد. همچنين، زيستتوده كلرلا ولگاريس با وجود راندمان 97 درصد، بهدليل محدوديت استخراج قند و توليد زيستتوده، تنها 4/7 گرم در ليتر بيواتانول توليد كرد. بررسي عملكرد سوخت E10 حاصل از بيواتانول نيز افزايش 25/4 درصد گشتاور، كاهش 23 درصد مونوكسيدكربن و كاهش مشابهي در هيدروكربنهاي نسوخته را نشان داد، گرچه مصرف سوخت ويژه 5/12 درصد و دماي گاز خروجي 7/8 درصد افزايش يافت. از منظر زيستمحيطي نيز مشخص شد كه افزايش توليد در حجم ثابت موجب كاهش نسبي مصرف آب و در پي آن كاهش حجم پساب فرآيند ميشود. بهطور كلي، نتايج اين تحقيق نشان داد كه استفاده از تخمير تحت خلأ، راهكاري مؤثر براي افزايش عملكرد، پايداري زيستمحيطي و بهرهوري اقتصادي در توليد بيواتانول است.
تاريخ ورود اطلاعات
1404/02/28
عنوان به انگليسي
Optimization of Bioethanol Production Process as a Fuel Additive Using Renewable Resources
تاريخ بهره برداري
2/18/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
بهزاد كنعاني
چكيده به لاتين
Bioethanol, as the most common form of biofuel, is considered a key alternative to fossil fuels, capable of being blended with gasoline up to 20% without requiring engine modification. In addition to increasing octane number and reducing engine knocking, it contributes to lowering emissions of pollutants such as carbon monoxide and unburned hydrocarbons. This study aimed to optimize bioethanol production from sugarcane molasses with a focus on improving yield and reducing production costs. Following preliminary trials, a response surface methodology was employed to design the experiments, considering initial sugar concentration, fermentation time, and pH as the main variables. Vacuum fermentation was applied in 12-hour intervals for one hour each, as a strategy for in-situ ethanol removal, alleviation of inhibitory effects, and enhancement of sugar-to-ethanol conversion. The thermal and electrical energy required for the process was supplied through a hybrid renewable system consisting of photovoltaic panels, parabolic trough collectors, and a solar-powered water desalination unit. Results showed that under optimized conditions (43% Brix, pH 5.5, and 71 hours), bioethanol was produced at a concentration of 11.86% v/v with a yield of 93%. In contrast, under control conditions (no vacuum applied), only 9.7% v/v ethanol was produced with a yield of 35%. Additionally, although Chlorella vulgaris biomass fermentation resulted in a high yield of 97%, the final ethanol concentration was only 7.4 g/L due to challenges in glucose extraction and biomass cultivation. evaluation of E10 fuel derived from the produced bioethanol revealed a 4.25% increase in torque, a 23% reduction in carbon monoxide, and a similar decrease in unburned hydrocarbons, though specific fuel consumption and exhaust gas temperature increased by 12.5% and 7.8%, respectively. From an environmental perspective, higher ethanol production within a fixed reactor volume led to reduced water consumption per liter of ethanol and consequently decreased wastewater generation. Overall, the findings of this research confirm that vacuum fermentation is an effective strategy for enhancing performance, environmental sustainability, and economic efficiency in industrial bioethanol production.
كليدواژه هاي فارسي
سوخت زيستي , بيواتانول , تخمير تحت خلأ , بهينهسازي فرايند , راندمان توليد , هزينه توليد
كليدواژه هاي لاتين
Biofuel , Bioethanol , Vacuum Fermentation , Process Optimization , Production Yield , Production Cost
Author
Behzad Kanani
SuperVisor
Alireza Zahedi