منابع پایان نامه ارشد درباره of، and، بیوراکتور، Energy

دانلود پایان نامه ارشد

همزن بررسی شد. نتایج نشان داد که افزایش نرخ رقیق سازی تا 018/0 (بر ساعت) در شدت جریان گاز و دور همزن ثابت موجب بهبود مصرف گاز و تولید محصول گردید، هرچند افزایش نرخ رقیق سازی به بیش از این مقدار اثر نامطلوبی روی عملکرد سلولها داشت. بیشترین مقدار اتانول و استات تولید شده در این نرخ رقیق سازی به ترتیب حدود 18 و 33 میلی مول در لیتر بودند. افزایش شدت جریان گاز و دور همزن در نرخ رقیق سازی بهینه، اگر چه موجب کاهش میزان تبدیل سوبسترای گازی و نرخ مصرف گاز شد اما ضرایب انتقال جرم را به میزان قابل ملاحظه ای افزایش داده و موجب بهبود نرخ تولید محصول گردید. بالاترین نرخ تولید محصول (0048/0 مول بر گرم بر لیتر) و بیشترین نسبت مولی تولید اتانول به استات (73/0) در شدت جریان گاز 12 میلی لیتر بر دقیقه، نرخ رقیق سازی 018/0 بر ساعت و دور همزن 500 (rpm) به دست آمد.

5-2 ارائه پیشنهادات برای طرحهای آتی
فرایند تخمیر گاز سنتز برای تولید سوختهای بیولوژیکی می تواند یکی از راه حلهای موجود برای تامین بخشی از نیازهای سوخت و انرژی در آینده باشد. اما این تکنولوژی همچنان یک فرایند تکامل نیافته برای استفاده در مقیاس صنعتی است و بنابراین لازم است که تحقیقات گسترده ای در این زمینه انجام گیرد تا تضمینی برای تولید پایدار سوخت از گاز سنتز با روشهای بیولوژیکی باشد. در اینجا، پیشنهاداتی که ممکن است برای رسیدن به این مقصود سودمند واقع شوند ارائه می گردند:
با توجه به اینکه pH محیط کشت یکی از عوامل مهم در رشد سلولها و تولید محصولات بیولوژیکی است و از آنجا که محدوده pH رشد باکتری لانگالی (7-5) با pH تولید اتانول به عنوان محصول مطلوب (5/4-4) متفاوت است پیشنهاد می شود که فرایند تخمیر توسط این باکتری در دو بیوراکتور سری انجام گیرد. بدین ترتیب که در بیوراکتور اول با حفظ pH رشد دانسیته محیط کشت را افزایش داد و در بیوراکتور دوم با کاهش pH فاز متابولیکی باکتری را به سمت تولید الکل هدایت کرد.
به منظور افزایش دانسیته سلولی در محیط کشت و در نتیجه بهبود مصرف سوبسترای گازی و تولید محصول پیشنهاد می شود که از یک جریان بازگشتی338 استفاده شود. بدین ترتیب که بخشی از جریان خروجی از راکتور از یک غشاء عبور داده شود و مقداری از سلولها به محیط کشت داخل بیوراکتور برگردانده شوند.
پیشنهاد می شود که فرایند تخمیر گاز سنتز توسط گونه های دیگری از باکتریهای کلستریدیوم (مانند کلستریدیوم راگسالی339) انجام گیرد و عملکرد محیط کشت و بازده تولید محصول با باکتری کلستریدیوم لانگالی مقایسه شود. اگرچه، تاکنون مطالعاتی در این زمینه انجام گرفته است اما بیشتر آنها در مقیاس ناپیوسته بوده و اطلاعات فرایندی و کینتیکی چندانی از آنها در متون یافت نمی شود.
بیشتر مطالعاتی که تاکنون در زمینه تخمیر گاز سنتز انجام گرفته است با گاز سنتز مصنوعی و با ترکیب ثابت و مشخص بوده است. با اطمینان کافی می توان گفت که ترکیب گاز سنتزی که از فرایند تبدیل به گاز کردن ذغالسنگ340 یا بیومس حاصل می گردد ثابت نبوده و همواره با ناخالصیهایی همراه است. از این رو استفاده از گاز سنتزی که از فرایند تبدیل به گاز کردن حاصل شده باشد (پس از خالص سازی) می تواند اطلاعات سودمندی را در این زمینه فراهم آورد.
با توجه به اهمیت این پروژه در راستای تولید سوختهای بیولوژیکی پیشنهاد می شود که فرایند تخمیر گاز سنتز در بیوراکتورهایی با حجم بیشتر و در سیستمهایی که بر مبنای بزرگ سازی مقیاس341 طراحی شده اند انجام گیرد تا اطمینانی برای تولید پایدار سوخت در ابعاد بزرگ حاصل گردد.

پیوست الف

شکل الف-1: مونوگرام GC مربوط به گاز استاندارد حاوی 30% CO، 30% H2، 30% CO2 و 10% Ar

شکل الف-2: مونوگرام GC مربوط به گاز سنتز مصرف شده در سرم باتل

شکل الف-3: مونوگرام GC مربوط به گاز سنتز خروجی از بیوراکتور

شکل الف-4: مونوگرام GC محلول استاندارد مایع حاوی 0/1 گرم بر لیتر اتانول، استون و استات همراه با
2-پنتانون به عنوان استاندارد

شکل الف-5: مونوگرام GC مربوط به محصولات آزمایش ناپیوسته در سرم باتل همراه با 2-پنتانون به عنوان استاندارد

شکل الف-6: مونوگرام GC مربوط به محصولات آزمایش پیوسته در بیوراکتور همراه با 2-پنتانون به عنوان استاندارد

پیوست ب

رابطه تجربی برای ضریب انتقال جرم
برای ارائه رابطه ای تجربی برای تعیین ضریب انتقال جرم در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط باکتری لانگالی لازم است ثوابت معادله (4-29) بر اساس یافته های آزمایشگاهی تعیین شوند. نحوه محاسبه ثوابت در ادامه ارائه شده است.

برخی از اطلاعات مربوط به ابعاد سیستم و شرایط عملیاتی عبارتند از:
حجم بیوراکتور: 2 لیتر
حجم محیط کشت درون بیوراکتور (V): 5/1 لیتر
قطر بیوراکتور (Dt): 120 میلی متر
قطر پروانه همزن (Di): 50 میلی متر
ویسکوزیته محیط کشت (ηs): 1 میلی پاسکال ثانیه
دانسیته محیط کشت (ρ): 1200 کیلوگرم بر متر مکعب
شدت جریان گاز سنتز (νg): 12 میلی لیتر بر دقیقه
سرعت همزن (Ni): 500 دور در دقیقه

محاسبات:
Ni=500 rpm = 8.33 rps
(ب-1)

با توجه به عدد رینولدز به دست آمده الگوی جریان در داخل بیوراکتور، جریان متلاطم است و برای چنین حالتی با توجه به همزن نوع راشتون برای عدد توان (Pno ) داریم [127].
Pno=6
(ب-2)

gc= 1 kg.m/N.s2
با استفاده از رابطه (ب-2) توان همزن به صورت زیر محاسبه می گردد:
P= 6 × 1200 × (8.33)3 × (0.05)5 = 1.3 W
برای محاسبه توان واقعی از ضریب تصحیح استفاده گردید:

با توجه به ضریب تصحیح به دست آمده و با وجود دو سری پروانه روی همزن توان همزن در حالت بدون گاز محاسبه می شود:
P = 1.3 × 0.894 × 2 = 2.3177 W
برای محاسبه توان همزن در حالتی که گاز نیز به دورن بیوراکتور جریان دارد (Pg) از فرمول زیر استفاده می گردد [127]:
(ب-3)

با محاسبه شدت جریان گاز به درون بیوراکتور بر حسب مترمکعب بر ثانیه:

توان همزن در حالتی که جریان گاز وجود دارد از رابطه (ب-3) محاسبه می شود:

سرعت ظاهری گاز در بیوراکتور نیز از رابطه زیر به دست می آید:

چنانچه از طرفین رابطه (4-29) لگاریتم طبیعی گرفته شود رابطه خطی (ب-4) حاصل می گردد:
(ب-4)

در هر سرعت گاز ثابت، با رسم ln (KLa) بر حسب ln (Pg/V) خط مستقیمی حاصل می گردد که ثوابت C، α و β از شیب و عرض از مبدا این خطوط تعیین می گردند. شکل ب-1 ترسیم معادله (ب-4) برای یافته های آزمایشگاهی در شدت جریانهای مختلف گاز را نشان می دهد.

شکل ب-1: ترسیم رابطه خطی (ب-4) برای یافته های آزمایشگاهی در شدت جریانهای مختلف گاز
◊: 4، □: 8، Δ: 10و ○: 12 میلی لیتر بر دقیقه

بدین ترتیب ضرایب 2905/0=α، 0699/0=β و 044/18=C به دست آمد و رابطه زیر برای تعیین ضریب انتقال جرم CO در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط باکتری لانگالی قابل ارائه است.
(ب-5)

ضرایب انتقال جرم محاسبه شده از رابطه (ب-5) و ضرایب انتقال جرم تجربی بر اساس رابطه (4-31) برای CO در دورهای مختلف همزن در جدول ب-1 ارائه شده اند.

جدول ب-1: ضرایب انتقال جرم محاسبه شده و تجربی برای CO در دورهای مختلف همزن
میزان خطا (%)

ضریب انتقال جرم تجربی
ضریب انتقال جرم محاسبه شده
دور همزن (rpm)
164/7
304/17
070/16
200
828/10
671/20
908/22
300
323/7
452/27
460/29
400
394/9
524/39
807/35
500

6 مراجع

1- A. Eisentraut, Sustainable Production of Second-Generation Biofuels: Potential and perspectives in major economies and developing countries, IEA Energy Papers 2010.
2- S. Naik, V.V. Goud, P.K. Rout, A.K. Dalai, Production of first and second generation biofuels: A comprehensive review, Renewable Sustainable Energy Rev 14 2010 578-597.
3- J. Ruane, A. Sonnino, A. Agostini, Bioenergy and the potential contribution of agricultural biotechnologies in developing countries, Biomass Bioenergy 34 2010 1427-1439.
4- T.D. Foust, A. Aden, A. Dutta, S. Phillips, An economic and environmental comparison of a biochemical and a thermochemical lignocellulosic ethanol conversion processes, Cellulose 16 2009 547-565.
5- R.E.H. Sims, W. Mabee, J.N. Saddler, M. Taylor, An overview of second generation biofuel technologies, Bioresour Technol 101 2010 1570-1580.
6- T. Damartzis, A. Zabaniotou, Thermochemical conversion of biomass to second generation biofuels through integrated process design–A review, Renewable Sustainable Energy Rev 15 2011 366-378.
7- A. Demirbas, Biofuels securing the planet’s future energy needs, Energy Convers Manage 50 2009 2239-2249.
8- F. Demirbas, Biorefineries for biofuel upgrading: a critical review, Appl Energy 86 2009 S151-S161.
9- C. Piccolo, F. Bezzo, Ethanol from lignocellulosic biomass: a comparison between conversion technologies, Computer Aided Chemical Engineering 24 2007 1277-1282.
10- R.P. Datar, R.M. Shenkman, B.G. Cateni, R.L. Huhnke, R.S. Lewis, Fermentation of biomass-generated producer gas to ethanol, Biotechnol Bioeng 86 2004 587-594.
11- A. Ahmed, A.M. White, P. Hu, R.S. Lewis, R.L. Huhnke, Biofuels from Syngas.
12- M.J. Burk, C.H. Schilling, A.P. Burgard, J.D. Trawick, Methods and organisms for utililizing synthesis gas or other gaseous carbon sources and methanol, US Patent No. 7,803,589 2010.
13- Z.A.B.Z. Alauddin, P. Lahijani, M. Mohammadi, A.R. Mohamed, Gasification of lignocellulosic biomass in fluidized beds for renewable energy development: A review, Renewable Sustainable Energy Rev 14 2010 2852-2862.
14- H.N. Abubackar, M.C. Veiga, C. Kennes, Biological conversion of carbon monoxide: rich syngas or waste gases to bioethanol, Biofuels, Bioprod Biorefin 5 2011 93-114.
15- C. Piccolo, F. Bezzo, A techno-economic comparison between two technologies for bioethanol production from lignocellulose, Biomass Bioenergy 33 2009 478-491.
16- J. Mackaluso, The use of syngas derived from biomass and waste products to produce ethanol and hydrogen, MMG 445 Basic Biotechnology eJournal 3 2007 98-103.
17- D.W. Choi, D.C. Chipman, S.C. Bents, R.C. Brown, A Techno-economic Analysis of Polyhydroxyalkanoate and Hydrogen Production from Syngas Fermentation of Gasified Biomass, Appl Biochem Biotechnol 160 2010 1032-1046.
18- L. Mississippi Ethanol. Final report from Mississippi Ethanol LLC to the National Renewable Energy Laboratory. Report NREL/SR-510-31720, NREL, Golden, CO (USA); 2002.
19- J. Abrini, H. Naveau, E.J. Nyns, Clostridium autoethanogenum, sp. nov., an anaerobic bacterium that produces ethanol from carbon monoxide, Arch Microbiol 161 1994 345-351.
20- J.L. Gaddy, Biological production of ethanol from waste gases with Clostridium ljungdahlii, Us Patent No 6,136,577 2000.
21- J.H. Sim, A.H. Kamaruddin, W.S. Long, Biocatalytic conversion of CO to acetic acid by Clostridium aceticum–Medium optimization using response surface methodology (RSM), Biochem Eng J 40 2008 337-347.
22- M. Ackerson, E. Clausen, J. Gaddy. Biological conversion of

پایان نامه
Previous Entries تحقیق با موضوع توسل به زور، ممنوعیت توسل به زور، حقوق بین الملل، سازمان ملل Next Entries منابع پایان نامه ارشد درباره of، and، a، Biotechnol