Geri Dön

Pamuk yağı-metanol enzimatik transesterifikasyon reaksiyonunun incelenmesi

The Investigation of the enzymatic transesterification reactions between methanol and cottonseed oil

  1. Tez No: 100563
  2. Yazar: ÖZNUR KÖSE
  3. Danışmanlar: DOÇ.DR. MELEK TÜTER
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 1999
  8. Dil: Türkçe
  9. Üniversite: İstanbul Teknik Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 43

Özet

PAMUK YAĞI-METANOL ENZİMATİK TRANSESTERİFİKASYON REAKSİYONUNUN İNCELENMESİ ÖZET Enerji, ülkelerin sosyal ve ekonomik kalkınması için en önemli temel girdidir. Dünya enerji ihtiyacı artan endüstrileşme ve nüfus ile sürekli artarken, fosil enerji kaynaklan da hızla tükenmektedir. Mevcut enerji kaynaklarının hızla tükenir olması ve yaşanan enerji krizleri sonrasında yeni enerji kaynaklarına ilgi artmıştır. Bu amaçla, yeni yakıt teknolojileri kapsamında değerlendirilebilen önemli bir enerji kaynağı biyokütle kökenli bitkisel yağlardır. Yüksek ısıl değerleri ve uygun setan sayılan ile bitkisel yağlar, alternatif dizel yakıt olarak önemli bir potansiyeldirler. Ancak, bitkisel yağların yüksek viskoziteye sahip olmaları, alternatif dizel yakıtı olarak IcuUanılmalanm sınırlamaktadır. Ortaya çıkan sorunlar şu şekilde sıralanabilir: filtrede tıkanma, soğukta ilk hareket zorluğu, yağlama yağının işlevini yitirmesi, enjeksiyon sırasında tane boyutunda büyüme ile tam yanma oluşamaması, koklaşma ve motor ömrü kısalması ve yağların soğuk iklim koşullarında katılaşma eğilimleri. Bu sorunlan ortadan kaldırmak için dört ayn modifikasyon tekniği önerilmektedir: seyreltme, mikroemülsiyon oluşturma, piroliz ve transesterifikasyon. Transesterifikasyon, bu teknikler içinde ham, rafine ve atık yağlar için en çok tercih edilen yöntemdir. Transesterifikasyon reaksiyonunda, yağ monohidrik bir alkol (metanol, etanol, v.b) ile katalizör varlığında gliserin ve yağ asidi vererek esterleşir. Ürün olarak elde edilen yağ asidi esterleri dizel motorunda yakıt olarak kullanılmaktadır. Avrupa' da birçok ülkede bu esterlerin dizel yakıtı olarak kullanımı gündemdedir. Bitkisel yağların dizel yakıtı olarak alkil esterlerine dönüştürülme amaçlan şunlardır: gliseridleri bütünüyle ortadan kaldırmak, yağın viskozitesini düşürmek, yağın kaynama noktasını düşürmek, yağın akma noktasını düşürmek, yağm alevlenme noktasını düşürmek, gliserini kimya endüstrisinde kullanmak ve yan ürünleri sabun ve deterjan endüstrileri gibi alanlarda değerlendirmek. Transesterifikasyon reaksiyonlarında kimyasal katalizörlerin dışında, son yıllarda enzimlerin kullanımı da hızla artmaktadır. Böylece, kimyasal katalizörlerin neden olduğu bazı olumsuzluklar enzimlerin kullanımı ile ortadan kaldırılabilmektedir. Bu çalışmada, Türkiye kökenli rafine pamuk tohumu yağının metanol ile Novozym 435 mikrobiyal lipazı varlığında transesterifikasyon reaksiyonunun gerçekleştirilmesi ve elde edilen metil esterlerin yakıt özellilerinin incelenmesi amaçlanmıştır. Çalışma dört aşamada yürütülmüştür: pamuk tohumu yağının karakterizasyonu, transesterifikasyon reaksiyonu için optimum koşulların belirlenmesi, immobilize enzimin kullamlabilirlik derecesinin belirlenmesi ve elde edilen metil esterlerinin yakıt özelliklerinin belirlenmesi. vuıPamuk tohumu yağının bazı teknolojik özellikleri standart yağ analiz yöntemleri ile belirlenmiştir: Yoğunluk, 20°C (kg/m3) Kırılma indisi, 20°C Asit değeri, mg KOH/g Sabunlaşma değeri, mg KOH/g îyot değeri, g 1/100 g 916.9 1.4718 0.309 197.16 121.82 Pamuk yağı yağ asidi bileşimi, kapiler gaz kromatografisi yöntemi ile belirlenmiştir. Yağ asidi bileşimi, (% Ağırlık): Transesterifikasyon reaksiyonu, 100 mi hacminde dibi yuvarlak cam bir balonda gerçeMeştirilmiştir. Belirli süre devam ettirilen reaksiyon, bu süre sonunda durdurularak 90°C deki su banyosunda 30 dakika ısıtılarak enzimin inaktivasyonu sağlanmış ve 100 mi hegzan ile süzülerek enzimin yağ fazından ayrılması sağlanmıştır. Gliserini uzaklaştırmak için ise yağ fazı 3 kez 50°C deki distile su ile ayırma hunisinde yıkanmıştır. Yağ fazı susuz Na2S04 ile loırutulmuş ve çözücüsü giderilen ürün karışımı, fraksiyonlarına kolon kromatografisi yöntemi kullanılarak ayrılmıştır. Kolon kromatografisinden elde edilen fraksiyonlara, kalitatif analizleri için ince tabaka kromatografisi uygulanmıştır. Çalışmada 4 parametrenin etkisi incelenmiştir. Optimum enzim miktarı, yağın % 30' u kadar, yağ/alkol mol oram 1/4, sıcaklık 50°C ve reaksiyon süresi 7 saat olarak belirlenmiştir. Çalışmada kullanılan Novozym 435 immobilize mikrobiyal lipazının üçüncü kullanımı sonucunda ME içeriği % 91.45' ten % 1 1.69' a düşmüştür. Elde edilen biyomotorin TS 3082-EN 590 standartında yer alan“Normal İklimler - Tip A”sınıfı özelliklerine sahip bir yakıttır. Biyomotorinin akma noktası, bulutlanma noktası ve soğukta filtre tıkanma noktası değerlerini düşürmek amacı ile katkı maddeleri kullanımı uygun olacaktır. Böylece, yakıt daha soğuk iklim koşullarında da kullanılabilir özelliklere sahip olabilir. Biyomotorinin 40°C deki kinematik viskozitesi 4.5 cSt' dur. Bu değer, normal iklimler için kullanılan viskozite (2.0-4.5 cSt) aralığındadır. Biyomotorin; kükürt, kül, su ve tortu içermemektedir. Bu özellikler, çevre kirliliği ve korozyon açısından yakıta avantaj sağlar. Biyomotorinin setan indeksi 48.1 olarak hesaplanmıştır. Biyomotorinin çok düşük oranda içerdiği serbest yağ asitleri miktarı yakıtın saflığı açısından olumludur. Biyomotorin çevre dostu özelliklere sahip yenilenebilir kaynaklı bir yakıt alternatifidir. ıx

Özet (Çeviri)

THE INVESTIGATION OF THE ENZYMATIC TRANSESTERIFICATION REACTIONS BETWEEN METHANOL AND COTTONSEED ODL SUMMARY Energy is the most important basic input required for the countries to make social and economical progress. The fossil energy sources are being used up day by day as the energy need of the world rises continuously with the increasing industrialization and population. Rapid exhaustion of these sources and the appearing energy shortages force human beings to search for new and alternative energy fields. For this purpose, important energy sources considered as useful materials used in new fuel technologies are vegetable oils based on biomass. Vegetable oils, with their high heat contents and appropriate cetane numbers, are great potential for alternative diesel fuels. However, a characteristic known as viscosity limits its applications and it leads to serious problems such as poor atomization of the fuel, incomplete combustion, coking of the fuel injectors, ring carbonization and accumulation of fuel in the lubricating oil. Solution to viscosity problems have been approached by four routes; dilution, microemulsification, pyrolysis and transesterification. The latter one is the most preferred technique for crude, refined and waste oils. In transesterification reactions, vegetable oils react with monohydric alcohols (methanol, ethanol, etc.) in the presence of acidic or alkali catalysts to give glycerol and fatty acid esters which are excellent substitutes for diesel fuel. In Europe, many countries use fatty acid esters for this purpose. The aims of the conversion of vegetable oils to their esters can be classified as follows: complete removal of the glycerides, lowering the boiling point of the oil, lowering the flash point of the oil, lowering the pour point of the oil, lowering the viscosity of the oil use of glycerol in chemical industries and use of byproducts in the soap and detergent industries. Besides chemical catalysts used in the transesterification reactions, enzymes are taking place in recent works. Thus, the disadvantages caused by chemical catalysts are largely prevented by the enzymes which allow milder reaction conditions and easy recovery of glycerol without any purification and no chemical waste is formed. In this study, we have intended to realize transesterification reaction of Türkiye originated cottonseed oil with methanol in the presence of an immobilized enzyme, commercially called Novozym 435 and to investigate the fuel characteristics of the methyl esters produced. The experimental study is performed in 4 steps: (1) characterization of the cottonseed oil, (2) determination of optimum conditions for the transesterification reaction, (3) recovery of the immobilized enzyme and investing the extent of reuse of the enzyme, (4) evaluation of the fuel characteristics of the ester product.Some technological characteristics of the cottonseed oil were determined according to standart methods for fats and oils. Some oil characteristics are: Density, 20°C (kg/m3) Refractive index, 20°C Acid value (mg KOH /g) Saponification value (mg KOH/g) Iodine value (g 1/100 g) 916.9 1.4718 0.309 197.16 121.82 The fatty acid composition of cottonseed oil was analyzed by using capillary gas chromatography. Component fatty acids (wt %): Lipase-catalyzed transesterification reactions of cottonseed oil were carried out in a round-bottomed flask (100 ml) equipped with a magnetic stirrer and a contact thermometer. After a certain time the reaction was stopped and the reaction mixture was placed in a water bath at 90°C for 30 minutes to inactivate the enzyme. The enzyme was removed from the oil phase by filtration using 100 ml of hexane. To separate glycerol, the oil phase was washed 3 times with distilled water at 50°C in a separatory funnel. The oil phase was then dried by using anhydrous Na2S04. After removing the solvents, the product was separated into ME, TAG, DAG and MAG fractions by column chromatography. Samples eluted from the column were checked by thin layer chromatography (TLC) and weighed after evaporation. The effects that were investigated are; enzyme quantity, molar ratio of substrates, temperature and the reaction time. The highest ME content was obtained when the amount of the enzyme was taken as 30 % of oil. Optimum oil/alcohol molar ratio was determined as 1/4, temperature and reaction time was 50°C and 7 hours, respectively. To determine the extent of reuse of the immobilized enzyme, three consecutive runs were done and ME content decreased from 91.45 % to 1 1.69 %. According to Turkish standards of TS 3082-EN 590, biodiesel obtained from the cottonseed oil is a fuel suitable for Normal Climates-Class A. The fuel characteristics of biodiesel are generally fitting with the standard characteristics. Biodiesel has higher pour, cloud and cold filter plugging points than those of diesel fuels. In order to decrease these values, substitutes have to be used and thus, biodiesel can be used in cold climatic conditions. The kinematic viscosity of biodiesel at 40°C is 4.5 cSt. The diesel fuels used in the normal climates have the viscosity between 2.0-4.5 cSt. xiIt is seen that biodiesel is within these limits. Biodiesel contains no sulphur, ash, water and sediment. The cetane index of the biodiesel is calculated as 48.1. Purity of the biodiesel as a fuel is good because its free fatty acids content is low. Biodiesel is an environmental friendly, renewable, alternative diesel fuel candidate. xn

Benzer Tezler

  1. Tez No

    276377

    Pamuk yağı metil esterinde farklı yıkama yöntemlerinin biyodizel kalitesine etkisi üzerine bir çalışma

    An investigation on effect of different washing processes in cotton seed oil methyl ester on quality of biodiesel

    TUBA BUKET AYDEMİR

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2010

    BiyomühendislikEge Üniversitesi

    Güneş Enerjisi Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. GÜNNUR KOÇAR

  2. Tez No

    197005

    Dizel motorlar için alternatif yakıt olarak biyodizel üretimi ve kullanımı

    Production and using biodiesel as an alternative fuel for diesel engines

    İSMAİL TİLLEM

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2005

    Makine MühendisliğiPamukkale Üniversitesi

    Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    Y.DOÇ.DR. NAZIM USTA

  3. Tez No

    39920

    Pamuk sapı ve selülozik katı atıkların sıvılaştırılmasında NABH4, MgCL2; MgCO3 ve kükürt'ün etkisinin araştırılması

    Başlık çevirisi yok

    ALİEKBER SOYSÜREN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    1993

    KimyaÇukurova Üniversitesi

    Kimya Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. FADİME TANER

  4. Tez No

    578141

    Pamuk yağı metil esteri ve enjektör basıncının motor performansına, titreşimine ve gürültüsüne olan etkilerinin incelenmesi.

    Investigation the effects of cotton oil methyl ester and injektor pressure on engine performance, vibration and noise

    SÜLEYMAN KAPLAN

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    BiyoteknolojiDüzce Üniversitesi

    İmalat Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. SUAT SARIDEMİR

  5. Tez No

    582338

    Pamuk yağı ve atık pamuk yağı biyodizelinin dizel motorlu bir jeneratörde yakıt olarak kullanım olanaklarının araştırılması

    Investigation of the use of cotton oil and waste cotton oil biodiesel as a fuel in a diesel engine generator

    SELÇUK YAĞIZ

    Yüksek Lisans

    Türkçe

    Türkçe

    2019

    EnerjiBatman Üniversitesi

    Otomotiv Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ HAKAN KARAKAYA

Geri Dön