تاثیر اتیل اِستر اسیدهای چرب موجود در سوخت بیودیزل بر خواص ترموفیزیکی آن

نوع مقاله: مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشیار، مهندسی بیوسیستم، دانشگاه محقق اردبیلی

2 دانشجوی دکترای انرژی‌های تجدیدپذیر، دانشگاه محقق اردبیلی

چکیده

سوخت‌های بیودیزل عمدتا حاوی پنج نوع اتیل استر اسید چرب (پالمیتات، استئارات، اولئات، لینولئات و لینولنات) هستند که خواص ترموفیزیکی سوخت‌های بیودیزل تحت تاثیر میزان هر یک از آن­هاست.در این تحقیق، تاثیر هر یک از منواستر اسیدهای چرب موجود در سوخت بیودیزل بر مهم­ترین خواص ترموفیزکی آن (دانسیته، گرانروی، ارزش حرارتی و عدد ستان)بررسی شد. سوخت بیودیزل به روش ترنس استریفیکاسیون، با استفاده از الکل اتانول و کاتالیزور هیدروکسید سدیم، از هفت نوع روغن گیاهی (آفتاب‌گردان، سویا، کلزا، زیتون، ذرت و هسته انگور) تولید شدند و سپس با نسبت‌های دوتایی با همدیگر مخلوط شدند. خواص ترموفیزیکی هر یک از نمونه‌ها، براساساستانداردهایASTM  اندازه‌گیری شدند.برای هر یک از خصوصیات سوخت بیودیزل، یک مدل رگرسیونی چندمتغیره خطی برحسب 5 متغیر مستقل اتیل استرهای اسید‌ چرب موجود ارائه شد. ضرایب همبستگی مدل‌های رگرسیونی برای دانسیته، گرانروی، ارزش حرارتی و عدد ستان به­ترتیب برابر 9457/0، 9169/0، 9731/0 و 9029/0 به­دست آمدند.نتایج نشان داد که ضریب تاثیر اتیل استئارات (C18=0) بر دانسیته سوخت بیودیزل برابر 803/0 بوده و کمتر از حد استاندارد (86/0) است و ضریب تاثیر اتیل لینولنات (C18=3) بر دانسیته برابر 913/0 است که بیشتر از حد استاندارد (9/0) است. ضریب تاثیر اتیل استئارات (C18=0) بر گرانرویبیودیزل برابر 41/8 بوده که بیشتر از حد استاندارد (6) است. بیشترین تاثیر افزایشی بر ارزش حرارتی بیودیزل، مربوط به اتیل استئارات (C18=0) است و کمترین تاثیر مربوط به اتیل پالمیتات (C16=0) و اتیل لینولنات (C18=3) است. ضریب تاثیر اتیل لینولنات (C18=3) بر عدد ستانبیودیزل، برابر 652/19 بوده و کمتر از حد استاندارد (47) است. در نتیجه، با افزایش مقدار اسیدهای چرب اشباع (مخصوصا اتیل استئاراتگرانروی، ارزش حرارتی و عدد ستان سوخت افزایش، ولی دانسیته آن کاهش می‌یابد. افزایش ارزش حرارتی و عدد ستان سوخت باعث بهبود کیفیت احتراق و افزایش توان تولیدشده در موتور می‌شود، ولی افزایش گرانروی و کاهش دانسیته موجب پودرشدن ناقص سوخت می‌شود. لذا، تولید بیودیزل (اتیل استر) از روغن‌های گیاهی با اسیدهای چرب اشباع (استئاریک) بالاتر، به شرطی که موجب نشود تا دانسیته و گرانرویسوخت از حد استاندارد خارج شود، باعث کارایی بهتر موتور و افزایش توان تولیدی خواهد شد.
 

کلیدواژه‌ها


عنوان مقاله [English]

Effect of Fatty Acid Ethyl Esters in Biodiesel on Thermo-physical Properties

نویسندگان [English]

  • Bahman Najafi 1
  • Sina Faizollahzadeh Ardabil 2
1 Department of Biosystem Engineering, Univercity of Mohaghegh Ardabili
2 Department of Renewable Energies, Univercity of Mohaghegh Ardabili
چکیده [English]

Biodiesel fuels generally contain five types of fatty acid ethyl esters (Palmitate, Stearate, Oleate, Linoleate and Linolenate), which affect the thermo-physical properties of biodiesel fuels. The effects of each of the mono ester of fatty acids in biodiesel on the thermo-physical properties (density, viscosity, heating value and cetane number) were examined. Biodiesels were produced by transesterification methodusing ethanol and sodium hydroxide catalyst and seven types of vegetable oils (sunflower, soybean, canola, olive, corn and grapeseed). Thermo-physical properties of each sample were measured according to ASTM standards. For each of the properties, a nonlinear regression model based on five independent variables of the fatty acids ethyl esters (FAEE) were presented. The correlation coefficient regression models for density, viscosity, heating value and cetane number were obtained equal to 0.9457, 0.9169, 0.9731 and 0.9029, respectively. The results showed that of the ethyl stearate (C18=0) impact factor on the density is equal to 0.803, which is lower than the standard (0.86), and Methyl Linolenat (C18=3) impact factor on the density is 0.913, which is more than the standard (9.0). Ethyl Stearate(C18=0) impact factor on the viscosity is equal to 8.41, which is higher than the standard (6). Also, Ethyl stearate has the greatest impact on heating value of biodiesel, and Ethyl Palmitate (C16=0) and Ethyl Linolenate (C18=3) have the smalles impact. Impact factor of Methyl Linolenate (C18=3) on the cetane number of biodiesel is 19.652, which is less than the standard (47). So, by increasing the amount of saturated fatty acids (especially ethyl stearate), viscosity, heating value and cetane number of biodiesel fuel increase, but the density decreases. If the heating value and cetane number of fuel increase, the engine power is increased, but if the viscosity increases and density dicreases, the atomization of the fuel is incomplete. Therefore, the production of biodiesel from vegetable oils with high saturated fatty acids increases the engine power

کلیدواژه‌ها [English]

  • Biodiesel
  • Fatty Acid Ethyl Ester
  • Thermo-Physical Properties
  • Modeling

 

1.     C. M.Caruana, “Pollution Control Drives New Interest in Biodiesel,”Chemical Engineering Process,84, 2000, pp.14-18.

2.     M.Zanchi, “Development of Experiments with Vegetable Oils as a Diesel Substitute,” Applied Engineering in Agriculture, 9, 1998, pp. 103-117.

3.     M.Zanchi, “Development of Experiments with Vegetable Oils as a Diesel Substitute,” Applied Engineering in Agriculture, 9, 1998, pp. 103-117.

4.     M. J. Pratas, M. B. Oliveira, M. J. Pastoriza-Gallego, A. J. Queimada, M. M. Pineiro and J. A. P. Coutinho, “High-Pressure Biodiesel Density: Experimental Measurements, Correlation, and Cubic-Plus-Association Equation of State (CPA EoS) Modeling,” Energy Fuels, 2011, 25, pp. 3806-3814.

5.     M. E. Tat and J. H. Van Gerpen, “Speed of Sound and Isentropic Bulk Modulus of Alkyl Monoesters at Elevated Temperatures and Pressures,” J Am Oil Chem Soc, 2003, 80, pp. 1249-56.

6.     A. I. Bamgboye and A. C. Hansen, “Prediction of Cetane Number of Biodiesel Fuel from the Fatty Acid Methyl Ester (FAME) Composition,” Int. Agrophysics, 2008, 22, pp. 21-29.

7.     J. VanGerpen, B. Shanks, R. Pruszko, D. Clements and G. Knothe, “Biodiesel Analytical Methods,” Golden, Colorado, National Renewable Energy Laboratory, Report No: NREL/SR-510-36240, August 2002-January 2004.

8.     G. Knothe, “Dependence of Biodiesel Fuel Properties on the Structure of Fatty Acid Alkyl Esters,” Fuel Proc. Technol., 86, 2005, pp. 1059-1070.

9.     J. A. Van Gerpen, Cetane Number Testing of Biodiesel,” Proc. 3rd Conf. ASAE Liquid Fuel, Nashville, TN, 1996.

10.  L. F.Ramirez-Verduzco, J. E. Rodriguez-Rodriguez and A. R. Jaramillo-Jacob, “Predicting cetane Number, Kinematic Viscosity, Density and Higher Heating Value of Biodiesel from its Fatty Acid Methyl Ester Composition,” Fuel, 91, 2012, p. 102-111.

11.  C. A.W. Allen, K. C. Watts, R. G. Ackman and M. J. Pegg, “Predicting the Viscosity of Biodiesel Fuels from Their Fatty Acid Ester Composition,” Fuel, 78, 1999, pp. 1319-1326.

12.  Y. C. Su and Y. A. Liu, “Selection of Prediction Methods for Thermophysical Properties for Process Modeling and Product Design of Biodiesel Manufacturing,” Ind. Eng. Chem. Res., 50, 2011, pp. 6809-6836.

13.  A. F. Chang and Y. A. Liu, “Integrated Process Modeling and Product Design of Biodiesel Manufacturing Ind,” Eng. Chem. Res., 49, 2010, pp.1197-1213.

14.  W. Yuan, A. C. Hansen, Q. Zhang, Predicting the Temperature Dependent Viscosity of Biodiesel Fuels,” Fuel, 88, 2009, pp. 1120-1126.

15.  G. Knothe and K. R. Steidley, “Kinematic Viscosity of Biodiesel Components (Fatty Acid Alkyl Esters) and Related Compounds at Low Temperatures,” Fuel, 86, 2007, pp. 2560-2567.

16.  S. M. Sadrameli, W. Seames and M. Mann, “Prediction of Higher Heating Values for Saturated Fatty Acids from Their Physical Properties,” Fuel, 87, 2008, pp. 1776-1780.

17.  B. Freedman and M.O. Bagby,HeatofCombustionofFattyEstersandTriglycerides,”JAOCS,66, No. 11, 1989, pp. 1601-1605.

18.  A. S. Ramadhas, S. Jayaraj, C. Muraleedharan and K. Padmakumari, “Artificial Neural Networks Used for the Prediction of the Cetane Number of Biodiesel,” Renewable Energy, 31, 2005, pp. 2524-2533.

19.  A. I. Bamgboye and A. C. Hansen, “Prediction of Cetane Number of Biodiesel Fuel from the Fatty Acid Methyl Ester (­FAME­) Composition,” Int. Agrophysics, 22, 2008, pp. 21-29

20.  ASAE, ASAE Standards, American Society of Agricultural Engineers, 2006.

21.  M. Abassi Fakhr, B. Najafi, “Prediction of Thermophysical Propreties of Biodiesel using Artificial Neural Network,” MSc Thesis, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran, 2010.

22.  S. Mohammadi, B. Najafi, “Prediction of Cetane Number of Biodiesel from Ethyl Ester Fatty Acids Components,” MSc Thesis, University of Mohaghegh Ardabili, Ardabil, Iran, 2011.

23.  M. J. Pratas, S. Freitas, M. B. Oliveira, S. l. C., Monteiro, A. S. Lima, and J. A. P. Coutinho, “Densities and Viscosities of Fatty Acid Methyl and Ethyl Esters,” Journal of Chemical & Engineering Data, 55, 2010, pp. 3983-3990.

24.  M. J. Pratas, S. Freitas, M. B. Oliveira, S. l. C., Monteiro, A. S. Lima and J. A. P. Coutinho, “Densities and Viscosities of Minority Fatty Acid Methyl and Ethyl Esters Present in Biodiesel,” Journal of Chemical & Engineering Data, 56, pp. 2175-2180.