ˇ ˘ - JFNC · 2020. 11. 27. · 1396 !ˆ "#$ ˝ ˘ˇˆ˙ ˝˛ ˚ ˜ˆ 1"˘ ! ˘ ˜˙ ˛˝˚ ˆ˙˝ˇ ˘ 4 0 (- ˙.˘ / 3 ! + %*2 (&'˘ (&'˘ %1# [email protected] ˘ˆ ˆ#+,$

احتراق پژوهشي سوخت و - نشريه علمي

1396 زمستانم، سوسال دهم، شماره

1

ريزموج و مكانيكي همزن تركيب كمكبه ماهي ضايعات روغن از بيوديزل توليد

4الدين اردبيليسيد محمد صفي و 3ليلا ندرلو، *2اييفمصطفي مصط، 1ندا ياري

[email protected] ،كرمانشاه، دانشگاه رازي ،بيوسيستممهندسي مكانيك ، دانشجوي كارشناسي ارشد -1

[email protected] ،كرمانشاه، دانشگاه رازي، مهندسي مكانيك بيوسيستم ،استاديار -2

[email protected] ،كرمانشاه، دانشگاه رازي، مهندسي مكانيك بيوسيستم ،استاديار -3

[email protected]اهواز، چمران شهيد دانشگاه كشاورزي، دانشكده بيوسيستم، مهندسي ،استاديار -4

نويسند مخاطب *

)15/8/96پذيرش: ،14/8/96 ، دريافت آخرين اصلاحات:27/6/96(تاريخ دريافت:

موج از تركيب همزن و ريزهدف توليد بيوديزل از روغن ضايعات ماهي و متانول و استفاده ،در تحقيق حاضر چكيده:

موج استفاده شد كه شامل ريز . در انجام اين تحقيق از سامانهاستعنوان تكنيكي براي سرعت بخشيدن به اين امر به

6، 1به 4كمك اين سامانه اثر عوامل نسبت مولي الكل به روغن (است. بهمارپيچي و دكانتور منبع ريزموج، همزن، لوله

دقيقه) و زمان مايكروويو 25و 15، 5( همزني)، زمان درصد وزني روغن 5/1و 1، 5/0كاتاليزور ()، غلظت 1به 8و 1به

چرب به متيل استر بررسي شد. براي تجزيه و تحليل نتايج از هايدقيقه) بر روي درصد تبديل اسيد 5/2و 5/1، 5/0(

شد. پس از تحليل استفاده Deisign Exeprt) در نرم افزار Box Behnkenو طرح باكس بنكن () RSM(روش سطح پاسخ

) در غلظت كاتاليزور 62/92سازي واكنش توليد بيوديزل مشخص شد كه بيشترين درصد تبديل بيوديزل (ها و بهينهداده

دست آمد. دقيقه به 5/0و زمان مايكروويو 91/5دقيقه، نسبت مولي الكل به روغن 61/24، زمان واكنش درصد 13/1

ن ضريب تبييصورت معادله درجه دوم با بين متغيرهاي مستقل و متغير وابسته (درصد تبديل) به مدل رگرسيوني

9953/0=R2 دست آمد.به

استريفيكاسيون، ريزموج، روش سطح پاسخبيوديزل، روغن ضايعات ماهي، ترانس كليدواژگان:

مقدمه

، گاز طبيعي و نفتنظير ذغال سنگ، ،هاي فسيليسوختلحاظ مصرف اي را ازر، جهان وضعيت پرمخاطرههاي اخيدر دهه

درصد نياز انرژي جهان از طريق همين منابع 80به طوري كه ،]1است[ تجربه كرده ،يلهمچون بنزين و گازوي ،مشتقات نفتي

عبارت ديگر (به . بيوديزل]2گيرد[مي نقل مورد استفاده قراروتنهايي در بخش حملدرصد آن به 58شود كه ي تأمين ميفسيل

عنوان تواند بهز سوخت محترق است كه ميا ديگرياست، نوع كه جايگزين سوخت ديزل شده ،هاي اسيد چرب)آلكيل استر

كه عمدتا توسط ييهاهاي گياهي و چربيپذير مانند روغنشود كه از منابع تجديد ها استفادهسوخت جايگزين براي موتور

، مقطع انتشار يند از: تجديدپذيرا]. مزاياي اصلي استفاده از بيوديزل عبارت5-3شود[اند توليد ميها تشكيل شدهگليسريدتري

بيوديزل حاصل از ]. با توجه به شباهت فرمول شيميايي 6،7اري عالي و عدد ستان برتر آن[تر، نقطه اشتعال بالا، روانككم

عنوان سوخت به بيوديزلگيري كاربه ي از محققان در حال مطالعهبسيارهاي حيواني با سوخت ديزل، هاي گياهي و چربيروغن

هاي گياهي در توليد هاي روغنعنوان جايگزينتازگي بهخوراكي مانند ضايعات چربي حيواني بهغير مواد اوليه ].8[نداديزل موتور

ها موجب بروز چرب آزاد در اين نوع روغن مقدار اسيد و بالا، تركيب اسيد گرانروي ].9اند[بيوديزل افزايش محبوبيت داشته

منظور توليد سوخت به .]8[شودميها شدن كربن و تشكيل صمغ در طول احتراق مستقيم در موتورنشينمشكلاتي مانند ته

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

2

وش شود تا قابل استفاده در موتور باشد. براي توليد بيوديزل سه رتري شكسته ميهاي روغن به اجزاي سادهبيوديزل، مولكول

استريفيكاسيون ها، ترانس از بين اين روش ]10[3استريفيكاسيونو ترانس 2، پيروليز1شده وجود دارد: ميكروامولسيونشناخته

بيشتر ،بر توليد آلكيل استرعلاوه ،استريفيكاسيونترانساز واكنش كاربرد بيشتري در تحقيقات و توليد صنعتي بيوديزل دارد.

گليسيريد در اين روش، روغن يا تري شود.هاي گياهي استفاده ميحيواني و روغن هايچربي گرانروي كاهش براي روشي عنوانبه

استريفيكاسيون متانول، هاي مناسب براي انجام واكنش ترانس. الكل]13-11دهد[واكنش مي يمناسب كاتاليزورحضور در الكل با

استريفيكاسيون با بندي كرد: ترانستوان به دو دسته طبقهاستريفيكاسيون را مي]. ترانس14،15ند [ااتانول، پروپانول و بوتانول

.استريفيكاسيون بدون كاتاليزوركاتاليزور، ترانس

و كاتاليزور 5، ناهمگن4تواند به همگنمي ،كاررفتهبا توجه به نوع كاتاليزور به ،استريفيكاسيون با كاتاليزورروش ترانس

يند توليد ال مهم در فر) براي كاهش مساي7. ترانس استريفيكاسيون بدون كاتاليزور (فرايند فوق بحرانيبندي شودگروه 6آنزيمي

.استترين روش توليد بيوديزل استفاده از كاتاليزور همگن قليايي متداول ].16،17رود[كار ميآوردن هزينه توليد بهو پايين

استريفيكاسيونكننده به ترانسهاي كمكروش، از بالاترين بازده ممكنحصول وكاهش زمان عملكرد راكتور منظور به

)ATT(8 استفاده از. شود استفاده مي ATT به كاهش دادهمدت زمان واكنش را)تر و نسبت عنوان مثال غلظت كاتاليزور كم

طور كلي در يك راكتوراستريفيكاسيون بهترانس]. 9د[كنم ميهاي كلي توليد را كبنابراين هزينه و تر)الكل به چربي پايين

اين نوعشود. روش متداول مورد استفاده در همزدن مكانيكي انجام مياز گرمايش الكتريكي معمولي و با استفادهناپيوسته

فاز ها و جداسازيررسيساعت براي ب 5تا 3] و حدود 18راكتور به بيش از يك ساعت انرژي الكتريكي براي گرمايش و همزني[

كه معمولا در توليد ، ATTاز اين رو دو نوع .]19سرعت و بازده واكنش است[افزايش مانع انتقال انرژي و جرممشكل نياز دارد.

) و تكنيك UA(9ند از: تكنيك كمكي فراصوتاعبارت ،شوندهاي حيواني استفاده ميهاي گياهي و چربيبيوديزل از روغن

يند جداسازي در مقايسه مزاياي بالابردن سرعت واكنش و بهتركردن فرا داراي ها از فناوري. استفاده ]MA](9(10كمكي ريزموج

يند توليد بيوديزل و كاهش زمان و هزينه بردن فراپيشرفته پتانسيل قابل توجهي در بالا هاي . اين فناوريندابا روش معمولي

.]18توليد دارد[

هايي از موجج راديويي در طيف الكترومغناطيسي قرار دارد. ريزموج طولناحيه تابش ريزموج بين تابش مادون قرمز و اموا

mm1 تاm1 هاي بين مربوط به فركانسGHz 3/0 وGHz 300 ]در خلال تابش ريزموج، پيوندها نه تشكيل 20دارد .[

منظور بهريزموج سامانه در انتقال حرارت ]. 21شود[سرعت به نمونه منتقل مياما انرژي به ،شوندشوند و نه شكسته ميمي

چرخش شامل از طريق فرايندهاي قطبشمعمولا شدن مواد واكنشي افزايش تمركز حرارتي و نيز سرعت بخشيدن به گرم

عنوان منبع حرارتي در طول تواند به. تابش ريزموج مي]22،23گيرد[سطحي صورت ميقطبش دوقطبي، انتقال يوني و مكانيزم

طور قابل الكتريك ريزموج بهگيرد. خواص ديواكنش در دقيقه يا ثانيه انجام اين شده واستريفيكاسيون استفاده ترانسواكنش

ها مانند دهندهكمك ريزموج، واكنشبه ،د توليد بيوديزل]. در واح21توجهي به درجه حرارت، فركانس و كاتاليزور بستگي دارد[

منبع گرمايي ريزموج حرارت داده شوند و توسطوسط دستگاه همزن مناسب مخلوط ميگياهي، الكل و كاتاليزور ت روغن

محصولات گيرند. بعد از آن بهنياز واكنش در معرض تابش ريزموج قرار مي زمان موردها به مدتدهندهشوند. واكنشمي

دقيقه طول 60تا 30شود. جدايي فاز بيوديزل و گليسيرين ي داده مينشينته ها واستريفيكاسيون اجازه جدايي فازترانس

1. Micro-emulsions

2. Pyrolysis

3. Transesterification

4. Homogeneous

5. Heterogeneous

6. Enzymatically-Catalyzed

7. Supercritical Process 8. Assisted Transesterification Techniques (ATT)

9. Ultrasound-assisted Technique

10. Microwave-assisted Technique

1396 زمستان، سومپژوهشي سوخت و احتراق، سال دهم، شماره -نشريه علمي

3

ها حذف شوند. زمان واكنش و تنظيم زمان گيرد تا ناخالصيكشد. بعد از آن بيوديزل خام در معرض شستشوي آب قرار ميمي

يابد. خواص سوخت هش ميي كاطور قابل توجهو از اين رو هزينه توليد به بودهاين روش كم در نشينيته نياز براي مورد

].18[توليدشده توسط روش معمولي است شده توسط اين روش شبيه به بيوديزلتوليد

،Cº 80ثانيه، دماي واكنش حدود 180تا 40زمان واكنش صورت هب راشرايط بهينه در تحقيقشان پريامبودو و همكاران

درصد 93و درصد 99توليد بازده. در اين شرايط اند گزارش كرده وات 1000متانول به روغن و توان خروجي ريزموج 6نسبت

جايگزين عنواندست آمده بههب بيوديزل سوخت ،اين مطالعه در دست آمد.خوراكي و پسماند روغن خوراكي به براي روغن

].24[قرار گيرداستفاده مورد موتورها با توجه به شرايط آن در زيادتغيير ايجاد واند بدونت شود كه مي مطرح ميديزل ت سوخ

و اثر تابش ريزموج انتخاب كردهعنوان يك راكتور توليد بيوديزل اي يك مايكروويو خانگي را بهلعهزارع و همكاران در مطا

WCOاستريفيكاسيون در توليد بيوديزل را بررسي كردند. ترانس WCO(1استريفيكاسيون ضايعات روغن خانگي (روي ترانس

عنوان درصد وزني پتاسيم هيدروكسيد، به 1الكل به روغن و 1:6نسبت مولي از ؛عنوان الكل انجام شددر حضور متانول به

در مقايسه با روش نتايج نشان داد كه دقيقه) انجام شد. 3 و 2 ،1هاي واكنش مختلف (استفاده شد. واكنش در زمان ،كاتاليزور

هاي اسيد چرب (بيويزل) به طور موثر عمل استردست آمدن بازده بالاي متيلتواند در بهمي ريزموج استفاده ازحرارت معمولي

].25يند جداسازي را بهبود بخشد[او فر دادهكند، زمان واكنش را كاهش

اي هاي زيستي در ايران فراوان است. دولت ايران توجه عمدهدر ميان منابع انرژي تجديدپذير، پتانسيل براي انرژي سوخت

صورت بهضايعات ماهي از هاي اخير، دارد. در طول سال ،هاي زيستيويژه سوختهاي تجديدپذير، بهفاده از انرژيبراي است

هاي . توليد بيوديزل، كمپوست كود، توليد بيوگاز و سوزاندن ضايعات ماهي براي توليد انرژي، راهشده استبهينه استفاده نمي

هاي هاي فسيلي در جهان، كاهش منابع سوختماهي در جهان هستند. افزايش تقاضا براي سوختمختلف استاده از ضايعات

يحيايي و همكاران ،همچنين. استمنابع تجديدپذير جايگزين از عوامل اصلي افزايش استفاده از فسيلي و مشكلات آلودگي

از كل مصرف سوخت ديزل درصد 5دارد كه جايگزين را پتانسيل اين گزارش دادند كه بيوديزل توليدي از روغن ضايعات ماهي

].26[نقل ايران شودودر بخش حمل

اين محصول داراي ارزش شود. عنوان يك محصول جانبي در حجم بالايي توليد ميماهي بهفرآوري روغن ماهي در صنعت

عنوان سوخت استفاده از روغن ماهي بهدي براي گرمايي مشابه نفت خام و يك منبع انرژي تجديدپذير است. مطالعات متعد

تري از كربن و مقدار بالاتري ، روغن ماهي مقدار پايين6يل شماره نجام شده است. در مقايسه با گازويبراي موتورهاي ديزل ا

بني طول زنجيره كر ].27[تري داردسينماتيكي پايين گرانروينقطه اشتعال بالاتر اما ،همچنين ،هيدروژن دارد. روغن ماهي

هاي گياهي است كه از اسيد چرب، اسيد اولئيك، اسيد لينولئيك و اسيد لينولنيك تشكيل تر از روغنروغن ماهي اغلب بيش

دهد. با اين توليد بيوديزل از روغن ضايعات ماهي قيمت مواد اوليه و مشكلات زيست محيطي را كاهش مي ].28[است شده

هايي مانند آب و اسيد چرب آزاد، روغن ضايعات بايد قبل از واكنش مورد بررسي قرار گيرد. برخي دليل مقدار ناخالصي، بهحال

]29،30[دست آيدكنند تا بازده بالاتري بهاز محققان روغن ضايعات ماهي را با روغن پسماند مخلوط مي

كيفيت بالا مورد استفاده قرار گرفت. شده از قطعات ماهي دورريز براي توليد بيوديزل با روغن استخراج ،ايدر مطالعه

،عنوان كاتاليزور همگن) بهCH3ONaبا استفاده از سديم هيدروكسيد ( ،استريفيكاسيون روغن ضايعات ماهي با متانولترانس

.]31[بيوديزل خالص نتيجه داد درصد 98بيش از ،تحت شرايط عملياتي متوسط

فناوري ريزموج است. تركيب همزن مكانيكي و هدف تحقيق حاضر توليد بيوديزل از روغن پسماند ماهي با استفاده از

استريفيكاسيون اثر متغيرهاي مستقلي همچون نسبت مولي الكل به روغن، غلظت درصد بازده واكنش ترانسبررسي براي

1. Waste Cooking Oil

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

4

دست آمده از روش سطح هابي قرار گرفت. براي تجزيه و تحليل نتايج بمورد ارزي كاتاليزور، زمان همزني و زمان تابش ريزموج

استفاده شد. Design Expertافزار در نرم 2و طرح باكس بنكن RSM( 1پاسخ (

هامواد و روش

ماهي استريفيكاسيون با كاتاليزور بازي از روغن ضايعات ماهي استفاده شد. اين روغن از براي توليد بيوديزل به روش ترانس

شد. روغن مورد خريداري ،شود صورت دستي و سنتي تهيه ميكه معمولا براي مصارف غيرخوراكي به ،هاي مازندرانفروشي

gr/cmاستفاده در اين تحقيق داراي چگالي منظور ، بههاي شيمياييقبل از انجام واكنش ،روغن مورد استفاده .است 89/0 3

روغن، ابتدا چندين مرتبه يرد. براي تصفيهگقرار تصفيه و مواد، بايد مورد فرآوريهاي هايي نظير آب و تكهحذف ناخالصي

هايي قرار داده شد تا يك روز در داخل ظرف ،سپس .عبور داده شد تا مقداري از مواد آن گرفته شود اي پارچه صافيروغن از

ده شد و بدين ترتيب روغن تميز و آماده شد. براي استفا نهايي براي تصفيهكاغذي د و درنهايت از صافي شونشين مواد آن ته

ساعت 2سپس هر سه نمونه به مدت د.شو مين يوزتريخته و اي شيشه، ابتدا مقداري روغن داخل سه ظرف تعيين درصد آب

.دش توزينمجددا و شدهخارج بعد از زمان مذكور از آون ها نمونهقرار داده شد. لسيوسدرجه س 5/103در آون با دماي

.مقدار آب موجود در روغن بودناچيزي دهندهنشان هانيوزمقايسه ت

از روش شناساگر فنول فتالئين استفاده شد، به اين ،دست آوردن نقطه پاياني تيتراسيونبه و تعيين اسيديته روغنبراي

قطره فنول فتالئين به آن اضافه شد. ليتر الكل پروپانول حل و سه ميلي 10گرم روغن در 1ترتيب كه مقدار مشخصي در حدود

قطره به آن اضافه شد. اين ليتري، قطرهميلي 50كمك بورت به ،مول در ليتر 0/1محلول پتاسيم هيدروكسيد الكلي با غلظت

ار سه بار تكر ثانيه) ادامه يافت. با 15ماندن رنگ ارغواني در حدود زدن محلول تا تغيير رنگ خنثي (ثابتر همراه با همكا

د.شهاي زير قرار گرفته، عدد اسيدي و اسيديته روغن محاسبه آزمايش، ميانگين محلول پتاس مصرفي در رابطه

)1( �� = ��.�××�

)2( � = � �����

ميانگين حجم مصرفي محلول پتاسيم Vاسيديته روغن (%)، mg KOH/g Oil ،(Aعدد اسيدي روغن ( AVها، كه در آن

واكنش كامل براي انجام .است) gوزن نمونه روغن ( m ) وmol/l( غلظت محلول پتاسيم هيدروكسيد C )،ml( هيدروكسيد

،در اين تحقيق ].32،33[درصد باشد 3و 1بايد زير ترتيبمقدار مناسب درصد آب و اسيديته روغن بهاستريفيكاسيون ترانس

درصد بود. 5/2و 09/0ترتيب مقادير ميانگين درصد آب و ميانگين اسيديته روغن پس از فرآوري و تصفيه اوليه روغن به

از 99خلوص درصد با )KOHو هيدروكسيد پتاسيم ( )CH3OH( مورد استفاده در اين تحقيق متانول و كاتاليزورالكل

پذيري كاتاليزور، محلول متوكسيد (مخلوط هيدروكسيد انحلال و واكنشمنظور افزايش به .شيمي تهيه شدشركت اطلس

-پتاسيم و متانول) با درصد وزني كاتاليزور و نسبت مولي الكل به روغن متناسب با هر آزمايش، قبل از انجام هر يك از آزمايش

از همزن ،طيسي استفاده شد. در اين تحقيقصورت جداگانه تهيه شد. براي اينكه بازده انحلال بالا برود از يك همزن مغناها، به

د. شكردن هيدروكسيد پتاسيم در متانول استفاده آلمان براي حل Heidolphساخت شركت MR 3001مغناطيسي مدل

عنوان ساخت كشور كره به NN-ST342 WWدر اين پژوهش از يك دستگاه اجاق ريزموج پاناسونيك مدل ،همچنين

،كه در محفظه اجاق جانمايي شده ،3از يك پيچه ،استفاده شد. براي دستيابي به هدف اين پروژهكننده امواج منبع توليد

از شلنگ در انجام اين پژوهش متر است.سانتي 185متر بوده و طول كلي شلنگ آن سانتي 21استفاده شد. قطر اين پيچه

متر و ضخامت ميلي 6مورد استفاده داراي قطر دروني استفاده شد. شلنگ آن بودن پذيري و نشكنتفلون با توجه به انعطاف

1. Response Surface Methodology 2. Box Behnken

3. coil reactor

1396 زمستان، سومپژوهشي سوخت و احتراق، سال دهم، شماره -نشريه علمي

5

كردن پوسته محفظه درنظر ي راكتور به محفظه اجاق با سوراخهايي نيز براي ورودي و خروجمتر است. درگاهميلي 1جداره

شود. ديده مي 1ها در شكل آزمايش طرحوارهتصويري از رفته شد.گ

Figure 1- The experimental set-up used in this study for biodiesel producing

براي توليد بيوديزل مورد استفاده در اين تحقيق طرحواره -1شكل

براي تبديل تري گليسيريدها به بيوديزل، گليسرول، مونو و دي آسيل گليسرول شكل استريفيكاسيونترانسطي واكنش

نداده، بر اين، تري گليسيريدهاي واكنشبيوديزل نهايي باقي بماند. علاوهتواند در ها ميگيرد كه مقادير كمي از آنمي

توانند در محصول نهايي (بيوديزل) گليسيرين جدانشده، اسيدهاي چرب آزاد موجود در روغن، الكل اضافي و كاتاليزور مي

ليتري انجام شد. از ميلي 1 1ط سمپلرگيري توسناخالصي ايجاد كنند؛ در نتيجه لازم است بيوديزل توليدي آناليز شود. نمونه

طور كامل متوقف شود. گيري واكنش ممكن است ادامه يابد، بايستي بلافاصله بعد از تهيه نمونه واكنش بهآنجا كه بعد از نمونه

زريق سازي استفاد شد؛ بدين ترتيب كه مقدار اسيد سولفوريك مشخصي را به هر نمونه تبه همين منظور، از اسيد براي خنثي

طور كامل دوفازي ها در دستگاه سانتريفيوژ قرار گرفتند تا بيوديزل و گليسيرين بهكرده تا واكنش متوقف شود. سپس، نمونه

نشان داده شده است. 2اي از بيوديزل توليدشده در شكل شوند. نمونه

گرم جدا كرده 1/0داري در حدود شد. از فاز بيوديزل جداشده مقسپس، فاز بيوديزل توسط سمپلر جدا شده و توزين مي

سي) به آن اضافه شد. مخلوط پس از تكان گرم در سيميلي 10شده استاندارد داخلي در حلال (سي محلول رقيقسي 1و

مخصوص تزريق دستگاه كروماتوگرافي گازي مستقر در آزمايشگاه مركزي دانشگاه رازي منتقل شد. تصوير 2شدن به ويالداده

) و حلال C12آورده شده است. استاندارد داخلي استفاده شده در تحقيق حاضر ( 3توگرافي مورد استفاده در شكل دستگاه كروما

) با استفاده از رابطه زير محاسبه شد.C) است. محتواي متيل استر موجود در نمونه بيوديزل (n-Heهگزان (-مورد استفاده ان

1. sampler 2. vial

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

6

)3( � = ∑� − ������

×���� × 100

سطح زير پيك متناظر با استاندارد C24 )uV*sec،( AISتا C6مجموع سطح زير پيك مربوط به اسيدهاي چرب ∑A آنكه در

) است. mgجرم نمونه بيوديزل ( M و )mgشده (جرم داخلي استاندارد استفاده MIS ،)uV*secداخلي (متيل هپتا دكانوات) (

دهد. را نشان مي GCاسيدهاي چرب حاصل از نتايج 1اي از توزيع نمونه 4شكل

Figure 2- A sample of synthesized biodiesel

بيوديزل توليدشده اي از نمونه -2شكل

Figure 3- The chromatography apparatus used in this research

در اين تحقيقشده استفادهدستگاه كروماتوگرافي -3شكل

1. Profile

1396 زمستان، سومپژوهشي سوخت و احتراق، سال دهم، شماره -نشريه علمي

7

Figure 4- An example of fatty acids profile

اسيدهاي چرب توزيعنمونه اي از - 4شكل

هاي استفاده شده است. تعداد آزمايش باكس بنكن سازي واكنش توليد بيوديزل از روشمنظور بهينه، بهدر اين پژوهش

كردن واكنش توليد بيوديزل بنا به منظور مدلبهتكرار براي نقطه مركزي درنظر گرفته شده است. 3عدد بوده كه 29شده انجام

Rو با توجه به ضريب تبيين () Design Expert 10افزار (پيشنهاد نرماستفاده شد. شكل 2اي درجه از تابع چندجمله) بالا، 2

:است) 4صورت رابطه (به 2اي درجه جملهكلي يك تابع چند

)4( � = �� +�����

�

���+�������

�

���+� � �� ���! + "

�

��#�

�

���

Xjو Xi ترتيب ضرايب خطي، مربعي و اثر متقابل پارامترها،به βi ،βii ،βijضريب ثابت، β0پاسخ (متغير وابسته)، Yكه در آن

.استنشده بينيخطاي پيش ε متغيرهاي مستقل و

و بحث گيرينتيجه

R=9953/0) با )5((رابطه 2صورت معادله درجه (درصد تبديل) بهمدل رگرسيوني بين متغيرهاي مستقل و متغير وابسته 2

بيني و تشخيص داد. شكل توان مقادير بازده واكنش تحت شرايط مختلف كاري را پيش با استفاده از اين مدل مي دست آمد.به

را با ضريب تبيين بالاي بيني شده توسط مدلو مقادير پيش دست آمده با روش تجربي، تطابق نزديك بين نتايج به5

9953/0=R دهد. نشان مي 2

)5(

�$%&'(%* = +14.04141 − 0.12266. + 33.721241 − 61.97482� + 6.419004 − 0.096275.1− 0.19439.� + 0.65405.4 + 3.48000�4 + 0.020707.� − 2.947281�+ 16.85199�� − 11.245194�

. علامت مثبت در استبيانگر غلظت كاتاليزور Wبيانگر ريزموج و Mبيانگر نسبت مولي، Rبيانگر زمان همزني، Tكه در آن

دهنده تأثير كاهشي متغير (ها) بر روي پاسخ دهنده تأثير افزايشي و علامت منفي نشانها نشانپيش روي هر كدام از جمله

است.

تبديل بيوديزل آورده شده است. اين جدول نشان ، تحليل واريانس مدل رگرسيوني درجه دوم براي درصد 1در جدول

دار است.بيني روند توليد بيوديزل با متغيرهاي مستقل انتخابي معنيدهد كه مدل پيشنهادي در پيشمي

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

8

Figure 5- The observed reaction efficiency versus predicted reaction efficiency.

شدهبينيواكنش پيشبازده ازاي شده بهواكنش مشاهده بازده -5شكل

واريانس مدل رگرسيوني درجه دوم براي درصد تبديل بيوديزلتحليل -1جدول Table 1- Analysis of variance of quadratic regression model for biodiesel conversion percent

Source Sum of Squares df F

Value

P-value

Prob > F

Model 5634.44 14 213.18 < 0.0001

A-Time 96.34 1 51.03 < 0.0001

B-Molar rat io 370.05 1 196.01 < 0.0001

C-Microwave 1607.66 1 851.55 < 0.0001

D-Catalyst 11.08 1 5.87 0.0296

AB 14.83 1 7.86 0.0141

AC 15.12 1 8.01 0.0134

AD 42.78 1 22.66 0.0003

BC 0.23 1 0.12 0.7321

BD 0.97 1 0.52 0.4842

CD 12.11 1 6.41 0.0239

A2 27.81 1 14.73 0.0018

B 2 901.52 1 477.52 < 0.0001

C 2 1842.10 1 975.73 < 0.0001

D2 51.27 1 27.15 0.0001

Residual 26.43 14 1.55 0.3567

Lack of Fit 21.01 10

Pure Error 5.42 4

Cor Tota l 5660.88 28

دهد كه اين نمودار مقايسه اثر همه پارامترها در يك نقطه خاص از فضاي طراحي را را نشان مي 1نمودار آشفتگي 6شكل

گونه كند و نقطه مرجع در نقطه مياني تمام عوامل، كه با كد صفر مشخص شده است، قرار داده شده است. همانپذير ميامكان

1. Perturbation plot

Actual

Pre

dic

ted

Predicted vs. Actual

30

40

50

60

70

80

90

100

30 40 50 60 70 80 90 100

1396 زمستان، سومپژوهشي سوخت و احتراق، سال دهم، شماره -نشريه علمي

9

يابد و سپس شده، درصد تبديل كاهش مي) تا نقطه مركزي انتخابAشود، با افزايش زمان همزني (كه در شكل مشاهده مي

يابد، اما در )، درصد تبديل در ابتدا افزايش ميBيابد. با افزايش نسبت مولي (شود و در انتها مقدار كمي افزايش ميثابت مي

) تا بعد از نقطه مركزي Cيابد. افزايش زمان ريزموج (هش مينزديكي نقطه مركزي ثابت شده و سپس با شيب نسبتا تندي كا

يابد و چون شيب و انحناي آن تند شود و پس از آن درصد تبديل افزايش ميشدت باعث كاهش درصد تبديل بيوديزل ميبه

بديل با شيب )، درصد تDدهد كه پاسخ به اين پارامتر حساس است. همچنين، با افزايش غلظت كاتاليزور (است، نشان مي

صورت خط نسبتا صافي است، يابد و از آنجا كه بهصورت اندك افزايش يافته و پس از نقطه مركزي كاهش ميبسيار ملايمي به

دهد.بودن پاسخ را به تغيير در آن عامل خاص نشان ميغيرحساس

زمان همزني و نسبت مولي نشان ازاي تغيير سطح پاسخ و خطوط تراز را براي درصد تبديل بيوديزل به نمودار 7شكل

يابد؛ سپس، ثابت تبديل ابتدا كاهش ميشود، با افزايش زمان واكنش، درصد گونه كه در اين شكل مشاهده ميدهد. همانمي

شدن گليسيرين و متانول اي از زمان همزني حليافتن نمودار در بازهكند. علت كاهشمانده و پس از نقطه اوج افزايش پيدا مي

شود اند و در نتيجه با بيشترشدن زمان همزني، گليسيرين بيشتري توليد شده كه باعث ميزيرا هر دو قطبي .همديگر استدر

سمت توليد متانول اتفاق بيفتد و دوباره متانول توليد شده و بازده كمي متانول بيشتري در آن حل شود و برگشت واكنش به

يابد و پس از رسيدن به نقطه اوج كاهش درصد تبديل بيوديزل افزايش ميبا افزايش نسبت مولي، همچنين، يابد.افزايش مي

دقيقه تفاوتي با هم ندارند و اين عدم 25دقيقه و 5هاي همزني هاي مولي مختلف، درصدهاي تبديل در زمانيابد. در نسبتمي

داشتن غلظت كاتاليزور و زمان ي بالاست. همچنين، با ثابت نگههااستريفيكاسيون در زمانخاطر برگشت واكنش ترانستفاوت به

رسد.به مقدار بيشينه خود مي 6ريزموج در مقادير متوسط، بازده واكنش در نسبت مولي نزديك به

Figure 6- The perturbation plot of all the factors effect on the percent conversion of biodiesel

درصد تبديل بيوديزل رويمتغيرها نمودار آشفتگي تاثير - 6 شكل

) را 10تا 6( ميكروجلبك دقيقه) و نسبت مولي متانول به روغن 20تا 5در تحقيقي، ازكان و همكاران اثر تركيبي زمان (

عناداري بر روي درصد مورد بررسي قرار دادند و نتيجه مشابهي گرفتند. نتايج نشان داده نسبت مولي متانول به روغن تأثير م

دست آمد به 7/96دقيقه، درصد تبديل 20متانول به روغن بعد از زمان 1به 6تبديل بيوديزل دارد. با استفاده از نسبت مولي

.]34[دست آمدبه 54/96دقيقه زمان واكنش، درصد تبديل 5متانول به روغن بعد از 1به 8و با استفاده از نسبت مولي

-1.000 -0.500 0.000 0.500 1.000

30

40

50

60

70

80

90

100

A

A

B

B

C

C

DD

Perturbation

Deviation from Reference Point (Coded Units)

R1

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

10

Figure 7- The response level and the alignment lines of biodiesel conversion percent for reaction time variations and molar ratio

(microwave time and catalyst concentration adjusted to 1.5 and 1 respectively)

ي تغييرات زمان واكنش و نسبت مولي ( زمان ريزموج و غلظت كاتاليزور ازادرصد تبديل بيوديزل به و خطوط تراز سطح پاسخ - 7شكل

تنظيم شده است) 1و 5/1ترتيب روي به

،همزنيازاي تغيير در زمان ريزموج و زمان به ،نمودار سطح پاسخ و خطوط تراز را براي درصد تبديل بيوديزل 8 شكل

و زمان ريزموج، درصد تبديل ابتدا همزنيشود، با افزايش توأمان زمان شكل مشاهده مياين گونه كه در دهد. هماننشان مي

نظر از زمان همزني، تا نقطه اوج صرف ،ازاي افزايش زمان ريزموجدرصد توليد بيوديزل به يابد.كاهش يافته و سپس افزايش مي

دقيقه 25دقيقه نسبت به 5ن همزني يابد و منحني زمان ريزموج در زمايابد و سپس افزايش ميخود با شيب تندي كاهش مي

رود. زارع و همكاران كند و در نتيجه درصد توليد بيوديزل بالا ميرسد و افزايش بيشتري پيدا ميزودتر به نقطه اوج مي

ه از ) را با استفاددرصد 29/89ها بالاترين بازده بيوديزل (دست آوردند. آن) در مورد زمان ريزموج هم نتيجه مشابهي به2013(

].25[دست آوردنددقيقه به 3و 2دقيقه در مقايسه با 1تابش ريزموج در

Figure 8- The response level and the alignment lines of the biodiesel conversion percentage for the reaction time and time of the

microwave (molar ratio and catalyst concentration are adjusted to 6 and 1 respectively)

(نسبت مولي و غلظت كاتاليزور ازاي تغييرات زمان واكنش و زمان ريزموجبهدرصد تبديل بيوديزل و خطوط تراز سطح پاسخ -8شكل

).اندتنظيم شده 1و 6ترتيب روي به

Design points below predicted value

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

30

40

50

60

70

80

90

100

R1

A: Time (min)B: Molar ratio

5.00 10.00 15.00 20.00 25.00

4.00

5.00

6.00

7.00

8.00R1

A: Time (min)

B: M

ola

r ra

tio

45

50

50

55

55

60

5

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0.50

1.00

1.50

2.00

2.50

30

40

50

60

70

80

90

100

R1

C: Microwave (min)A: Time (min)

0.50 1.00 1.50 2.00 2.50

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00R1

C: Microwave (min)

A:

Tim

e (

min

)

60 6070805

1396 زمستان، سومپژوهشي سوخت و احتراق، سال دهم، شماره -نشريه علمي

11

يابد درصد، ابتدا كاهش مي 5/0ازاي افزايش زمان همزني در غلظت كاتاليزور درصد تبديل بيوديزل به ،9با توجه به شكل

درصد سير صعودي دارد. منحني زمان مربوط به غلظت 5/1اما در غلظت كاتاليزور ،كندو بعد از نقطه اوج شروع به افزايش مي

زودتر به نقطه اوج رسيده و همچنين افزايش بازده بيشتري را داشته است. درصد 5/0نسبت به غلظت درصد 5/1كاتاليزور

دقيقه از ابتدا سير صعودي داشته و 25 ازاي زمان همزنيبا افزايش غلظت كاتاليزور، منحني غلظت به ،در اين شكل ،همچنين

يعني افزايش غلظت كاتاليزور ؛دقيقه از ابتدا تا انتها سير نزولي دارد 5اما منحني مربوط به زمان همزني ،يابدبازده افزايش مي

. استهاي توليدشده شدن بين كاتاليزور و استردليل انجام واكنش صابونيبه كهبراي واكنش دارد منفي تأثير كم همزني زمان در

Figure 9- The level of response and the alignment lines of biodiesel conversion percent for reaction time variations and catalyst

concentration (molar ratio and microwave time adjusted to 6 and 1.5, respectively)

(نسبت مولي و زمان ريزموج ازاي تغييرات زمان واكنش و غلظت كاتاليزور تراز درصد تبديل بيوديزل بهو خطوط سطح پاسخ -9شكل

اند)تنظيم شده 5/1و 6ترتيب روي به

ثانيه، نسبت 40درجه سلسيوس، زمان واكنش 80پريامبودو و همكاران نيز در قسمتي از آزمايش خود دماي واكنش

درصد تا Sro )42/1دور در دقيقه را ثابت نگه داشتند و غلظت كاتاليزور ناهمگن 600و شدت همزني 6غن مولي متانول به رو

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

0.50

0.70

0.90

1.10

1.30

1.50

30

40

50

60

70

80

90

100

R1

D: Catalyst (%)A: Time (min)

0.50 0.70 0.90 1.10 1.30 1.50

5.00

10.00

15.00

20.00

25.00R1

D: Catalyst (%)

A: Tim

e (m

in)

52

54

54

56

56

58

60

62

5

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

12

درصد با غلظت 1/99درصد) بر روي بازده بيوديزل را بررسي كردند. نتايج نشان داد كه بيشترين بازده بيوديزل 25/3

طور چشمگيري كاهش يافت درصد كاتاليزور درصد تبديل به 85/1كردن بيش از دست آمد و با اضافهدرصد به 85/1كاتاليزور

شود تري گليسيريد بيشتر در واكنش طور كه در بالا گفته شد، اين است كه مقدار اضافه كاتاليزور باعث ميكه دليل آن، همان

].24[شدن درگير شودصابوني

شرايط مرزي متغيرهاي يند توليد بيوديزل بايد ميزان درصد تبديل به بيشينه مقدار خود برسد. سازي فرابراي بهينه

5شده و پاسخ مربوطه با درجه اهميت صورتي تعيين شد كه پارامترهاي مستقل در محدوده تعيينمستقل و متغير وابسته به

شده براي درصد تبديل بينيمقدار بهينه پيش ،شود ميديده 10طور كه در شكل شدن قرار داشته باشند. همانبراي بيشينه

همزنيدقيقه و زمان 5/0، زمان ريزموج 33/5، نسبت مولي الكل به روغن درصد 1نزديك در غلظت كاتاليزور 62/92برابر

.حاصل شد 14/24

Figure 10- Optimization conditions for independent variables to maximize biodiesel conversion

بيوديزلدرصد تبديل كردنبيشينهل براي قسازي متغيرهاي مست بهينه شرايط -10شكل

گيرينتيجه

انجام گرفت. بيوديزل از روغن پسماند ماهي با كمك تركيب ريزموج و همزن مكانيكيسوخت تجديدپذير توليد ،در اين تحقيق

براي بررسي اثر پارامترهايي همچون نسبت مولي روغن به الكل، غلظت كاتاليزور، زمان همزني و زمان تابش ريزموج با كمك

هايي ترتيب داده شد. آزمايش Design Expert 10.0افزار وش سطح پاسخ و با استفاده از نرمطرح آزمايشي باكس بنكن در ر

داري روي اثر متقابل پارامترها) تاثير معناها ( كنش همه متغيرهاي مستقل و نيز برخي برهم داد كهدست آمده نشان هنتايج ب

صورت مدل رگرسيوني بين متغيرهاي مستقل و متغير وابسته (درصد تبديل بيوديزل) بهبازده واكنش توليد بيوديزل دارند.

A:Time = 24.61

5.00 25.00

B:Molar ratio = 5.91

4.00 8.00

C:Microwave = 0.50

0.50 2.50

D:Catalyst = 1.13

0.50 1.50

R1 = 92.6217

35.0978 92.4341

StdErr(R1) = 1.04591

0.614479 1.04942

Desirability = 1.000

1396 زمستان، سومپژوهشي سوخت و احتراق، سال دهم، شماره -نشريه علمي

13

ريزموج تاثير بسيار زيادي پارامترهاي مورد بررسي زمان تابشدست آمد. ازبين هب R2=9953/0با ضريب تبيين 2معادله درجه

دقيقه بازده 5/1به 5/0ريزموج با افزايش زمان طوري كه به ،نشان داد دخوروي بازده واكنش از نسبت به ساير پارامترها

ه و پس از نقطه فتايهش تبديل ابتدا كادرصد ،با افزايش زمان همزني ،يابد. همچنين با شيب بسيار تندي كاهش ميواكنش

،شدن گليسيرين و متانول در همديگر استاي از زمان همزني حليافتن نمودار در بازهكند. علت كاهشافزايش پيدا مي مياني

،در شرايط بهينه ،همچنين .شودميبا بيشترشدن زمان همزني، متانول بيشتري در آن حل ،در نتيجه و بودهزيرا هر دو قطبي

و خطاي استاندارد 62/92، درصد تبديل بيشينه 0/1ازاي تغييرات زمان همزني و زمان ريزموج، با مقدار شاخص مطلوبيت به

5/0، زمان ريزموج 91/5درصد ، نسبت مولي الكل به روغن 13/1شده براي غلظت كاتاليزور بيني. مقدار بهينه پيشاست 04/1

دست آمد.هب 61/24دقيقه و زمان واكنش

منابع1. N. Mrad, E. G. Varuvel, M. Tazerout and F. Aloui, “Effects of biofuel from fish oil industrial residue diesel blend in

diesel engine,” Energy, 44, 2012, pp. 955-963.

2. P. S. Nigam and A. Singh. “Production of liquid biofuels from renewable resources,” Progress in Energy and

Combustion Science, 2011, pp. 52-68.

3. L. Gao, G. Tang, G. Xiao and R. Wei, “Biodiesel from palm oil via loading KF/CA-AL hydrotalcite catalyst,” Bioenergy,

34, No. 9, 2012, pp. 1283-1288.

4. Y. Li, F. Qiu, D. Yang, P. Sun and X. Li, “Transesterification of soybean oil and analysis of bioproduct,” Food and

Bioproduct Processing, 90, 2012, pp. 135-140.

5. P. Shao, X. Meng, J. He and P. Sun, “Analysis of immobilized candida rugose lipase catalyzed preparation of biodiesel

from rapeseed soapstock,” Food and Bioproducts Processing, 86, No. 4, 2008, pp. 283-289.

6. Y. Li, F. Qiu, D. Yang, X. Li and P. Sun, “Preparation, characterization an application of heterogeneous solid base

catalyst for biodiesel production from soybean oil,” Biomass and Bioenergy, 35, No.7, 2011, pp. 2787-2795.

7. D. Y. C. Leung, X. Wu and M. K. H. Leung, “Areview on biodiesel production using catalyzed transesterification,”

Applied Energy, 87, No. 4, 2010, pp. 1083-1095.

8. A. Kleinova, I. Vailing, J. Labaj, J. Mikulec and J. Cvengros, “Vegetable oils and animal fats as alternative fuels for

diesel engines with dual fuel operation,” Fuel Processing Technology, 92, 2011, pp. 1980-1986.

9. P. Adewale, M. J. Dumont and M. Ngadi, “Recent trends of biodiesel production from animal fat wastes and associated

production techniques,” Renewable and Sustainable Energy Reviews, 45, 2015, pp. 574-588.

10. N. Martini and S. Schell, Plant oil as fuels: Present state of future developments, First Edition, Germany, Berlin,

springer, 1998.

11. P. Felizardo, M. J. N. Correia, I. Raposo, J. F. Mendes, R. Berkemeier and J. M. Bordado, “Production of biodiesel from

waste frying oils,” Waste Management, 26, 2006, pp. 487-494.

12. J. V. Gerpen, “Biodiesel processing and production,” Journal of Fuel Processing Technology, 86, 2005, pp. 1097-1107.

13. S. K. Karmee and A. Chadha, “Preparation of biodiesel from crude oil of pongamia pinnata,” Journal of Bioresource

Technology, 96, 2005, pp. 1425-1429.

14. P. Rose and M. Norris, Evaluate biodiesel made from wastes fats and oils, Final Report, Agriculture Utilization Research

Institute, Crookston, MN, USA, 2002.

15. G. Vicente, M. Matinez and J. Aracil, “Integrated biodiesel production: a comparison of different homogeneous catalysts

systems,” Bioresource Technology, 92, 2004, pp. 297-305.

16. H. Y. Shin, S. H. Lee, J. H. Ryu and S. Y. Bae, “Biodiesel production from waste lard using supercritical methanol,” The

Journal of Supercritical Fluids, 61, 2012, 134-138.

17. L. K. Ong, A. Kurniawan. A. C. Suwandi, C. X. Lin, X. S. Zhao and S. Ismadji, “Transesterification of leather tanning

waste to biodiesel at supercritical condition: kinetics and thermodynamics studies,” The Journal of Supercritical Fluids,

75, 2013, pp. 11-20.

18. N. Kapilan and B. Baykov, “A review on new methods used for the production of biodiesel,” Petroleum & Coal, 56, No.

1, 2014, pp. 62-73.

19. G. Vicente, M. Martinez and J. Aracil, “Optimisation of integrated biodiesel production, Part I: A study of the biodiesel

purity and yield,” Bioresource technology, 98, No. 9, 2007, pp.1724-1733.

20. A. K. Singh, S. D. Fernando and R. Hernandez, “Base-catalyzed fast transesterification of soybean oil using

ultrasonication,” Energy Fuel, 21, 2007, pp. 1161-1164.

21. D. M. Pranjali and B. Dorin, “Investigation of microwave dielectric properties of biodiesel components,” Bioresource

Technology, 127, 2013, pp. 1665-174.

22. L. M. Das and P. K. Sahoo, “Combustion analysis of jatropha, karanja and polanga based biodiesel as fuel in a diesel

engine,” Fuel, 88, 2008, pp. 994-999.

الدين اردبيليليلا ندرلو و سيد محمد صفي، مصطفي مصطفايي، ندا ياري

14

23. P. Patil, H. Reddy, T. Muppaneni, S. Ponnusamy, Y. Sun, P. Dailey, P. Cook, U. Patil and S. Deng, “Optimization of

microwave-enhanced methanolysis of algal biomass to biodiesel under temperature controlled conditions,” Bioresource

Technology, 137, 2013, pp. 278-285.

24. R. Priambodo, T. C. Chen, M. C. Lu, A. Gedanken, J. D. Liao and Y. H. Huang, “Novel technology for biodiesel

production from cooking and waste cooking oil by microwave irradiation,” Energy procedia, 75, 2015, pp. 84-91.

25. M. Zare, B. Ghobadian, E. Fayyazi, GH. Najafi and B. Hosseinzadeh, “Microwave-assisted biodiesel fuel production

from waste cooking oil,” International Journal of Agriculture and Crop Sciences, 5, No. 12, 2013, pp. 1314-1317.

26. R. Yahyaee. B. Ghobadian and G. Najafi, “Waste fish oil biodiesel asasource of renewable fuel in Iran,” Renewable And

Sustainable Energy Reviews, 17, 2013, pp. 312-319.

27. F. Preto, F. Zhang, and J. Wang, “A study on using fish oil as an alternative fuel for conventional combustors,” Fuel, 87,

2008, pp. 2258-2268.

28. Y. L Cherng, and J. Rong, “Fuel properties of biodiesel produced from the crude fish oil from the soap stock of marine

fish,” Fuel Processing Technology, 90, 2009, pp. 130-136. 29. M. J. Dias, M. C. M. Alvim-Ferraz and M. F. Almeida, “Production of biodiesel from acid waste lard,” Bioresource

Technology, 100, No. 24, 2009, pp. 6355-6361.

30. J. F. Costa, M. F. Almeida, M. C. M. Alvim-Ferraz and J. M. Dias, “Biodiesel production using oil from fish canning

industry wastes,” Energy conversion and management, 74, 2013, pp. 17-23. 31. C. S. Yogesh, S. Bhaskar, M. Devarapaga, L. Yun and Y. Zahira, “Fast Synthesis of High Quality Biodiesel from ‘Waste

Fish Oil’ by Single Step Transesterification,” Biofuel Research Journal, 3, 2014, pp. 78-80.

32. A. Demirbas, “Biodiesel production via non-catalytic SCF method and biodiesel fuel characteristics,” Energy Conversion

and Management, 47, No. 15, 2006, pp. 2271-2282.

33. A. Demirbas, Biodiesel: a realistic fuel alternative for diesel engines, Springer-Verlag London Limited, London, 2008.

34. N. Azcan, and O. Yilmaz, “Microwave irradiation application in biodiesel production from promising biodiesel fedstock

microalgae,” Proceedings of the world congress on engineering and computer science, WCECS 2012, October 24-26,

2012, San Francisco, USA.

English Abstract

Biodiesel production from fish-waste oil by combining mechanical stirring

and microwave

Neda Yari1, Mostafa Mostafaei

2*, Leila Naderloo

3, Seyed Mohammad Safieddin Ardebili

4

1- Mechanics of Biosystems Engineering Department, Razi University, Kermanshah, Iran, [email protected]

2- Mechanics of Biosystems Engineering Department, Razi University, Kermanshah, Iran, [email protected]

3- Mechanics of Biosystems Engineering Department, Razi University, Kermanshah, Iran, [email protected]

4- Department of Biosystems Engineering, Shahid Chamran University of Ahvaz, Ahvaz, Iran, [email protected]

*Corresponding author

)06.5, Accepted: 2017.11.011, Received in revised form: 2017.18.9Received: 2017.0(

The purpose of the present study is to produce biodiesel from fish-waste oil and methanol by combining

mechanical stirring and microwave as a technique to accelerate this process. In this research, a microwave

system was used including microwave source, stirrer, spiral tube and decanter. With the help of this system,

the effects of multiple parameters on the conversion of fatty acid to methyl ester is investigated. These

parameters include molar ratio of alcohol to oil (4 to 1, 6 to 1 and 8 to 1), catalyst concentration (0.5, 1 and

1.5 weight percent of oil), reaction time (5, 15 and 25 min) and microwave time (0.5, 1.5 and 2.5 min).

Analyzing the obtained results is performed using the response surface method and Box Behnken layout in

Design Expert 10.0 software. After analyzing the data and optimizing the biodiesel production reaction, the

highest percentage of biodiesel conversion (92.62%) was found in the catalyst concentration of 1.13%, the

reaction time of 24.61 minutes, the molar ratio of alcohol to oil of 5.55 and the microwave time of 0.5 minute.

The regression model between independent variables and dependent variable (percent conversion) was

obtained as a quadratic equation with R2 = 0.9953.

Keywords: Biodiesel, Fish-waste oil, Transesterification, Microwave, Response surface method