Theoretical and experimental investigation of supercritical extraction of triglycerides from microalgae chlorella vulgaris for biodiesel production
Mikroalg chlorella vulgaris'ten biyodizel üretimi için süperkritik karbondioksit ile yağ ekstraksiyonunun teorik ve deneysel olarak incelenmesi
- Tez No: 473023
- Danışmanlar: PROF. DR. CAN ERKEY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyoteknoloji, Kimya Mühendisliği, Biotechnology, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Koç Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Fosil yakıtların tükenecek olması ve küresel ısınmaya sebep olan insan kaynaklı sera gazı emisyonlarının çevreye olumsuz etkileri ulaşım amaçlı kullanılan yakıtlara alternatif kaynaklar geliştirilmesini tetiklemiştir. Alternatifler arasında, mevcut altyapıda direkt olarak kullanılabilecek olan biyodizel gibi biyoyakıtlar ilgi çekmektedir. Son zamanlarda, biyodizel kaynağı olarak mikroalg lipitlerinin kullanılması, mikroalglerin üstün özellikleri sebebiyle büyük ilgi çekmektedir. Mikroalgler tarıma uygun olmayan arazilerde, insanların tükettikleri besinlerle rekabet etmeden yetiştirilebilirler. Mikroalglerin lipit verimleri tarımsal ürünlerden yüzlerce kat daha fazladır. Mikroalglerden lipit ekstraksiyonu, mikroalglerden biyodizel üretiminin ekonomik fizibilitesini etkileyen süreçlerden biridir. Çevre dostu olması ve solvent içermeyen ekstrakt elde edilmesiyle solvent kirliliğini engelleyen süperkritik karbondioksit (scCO2) ekstraksiyon teknolojisi gelecek vaat eden bir alternatiftir. Bu çalışmada, yüksek miktarda lipit üreten mikroalg Chlorella vulgaris'ten scCO2 ekstraksiyon yöntemiyle lipit ekstrakt edilmesi 200 ila 400 bar arası değişen basınçlarda ve 40 ila 70 °C arası değişen sıcaklıklarda incelenmiştir. Mikroalgler 27 litrelik düz panel fotobiyoreaktörlerde yetiştirilmiştir. Lipit verimi“Nile red”yöntemiyle takip edilmiştir ve en yüksek lipit veriminin durağan evrenin başında elde edildiği bulunmuştur. ScCO2 ekstraksiyon yöntemi, geleneksel hekzan ile Soxhlet ekstraksiyonu yöntemiyle karşılaştırılmıştır ve benzer ekstraksiyon verimleri elde edilmiştir. Buna ek olarak, aynı ekstraksiyon verimine scCO2 ekstraksiyon yöntemiyle çok daha hızlı ulaşıldığı gözlemlenmiştir. Sabit sıcaklıkta basınç artışı ve sabit basınçta sıcaklık artışı ekstraksiyon verimini önemli şekilde arttırmıştır. Lipit çıkış konsantrasyon eğrileri hızlı ekstraksiyon periyodunun ardından çok daha yavaş bir ekstraksiyon periyodu olduğunu göstermiştir. Deneysel sonuçlar, bu periyotları dış kütle transferi ve iç difüzyon tarafından kontrol edilen periyotlar olarak tanımlayan Sovova'nın modeli kullanılarak tahmin edilmiştir. Lipitlerin deney koşullarındaki çözünürlükleri ekstraksiyon eğrilerinin ilk kısmının eğimi kullanılarak bulunmuştur. Bulunan çözünürlükler 2,7 ve 9,0 mg lipit/g CO2 arasında değişmiştir. Deneysel sonuçlardan elde edilen akışkan faz kütle transfer katsayısı 10-4 m/s, katı faz kütle transfer katsayısı 10-8 m/s civarındadır. Kütle transferinde sıkça kullanılan korelasyonlar, deneysel olarak elde edilen akışkan faz kütle transfer katsayılarının tahmin edilmesinde kullanılmıştır. Damlaların buharlaşmasında kullanılmak üzere geliştirilen kütle transfer korelasyonu (Sh=2+1,1*〖Re〗^0,6*〖Sc〗^(1/3)) deneysel sonuçlara en iyi uyumu göstermiştir. Transesterifikasyon yöntemiyle elde edilen yağ asidi metil esterleri (FAME) profili ekstraksiyon yönteminden ve deneysel koşullardan önemli ölçüde etkilenmiştir. ScCO2 ekstraksiyon süresinin FAME profiline herhangi bir etkisi gözlemlenmemiştir.
Özet (Çeviri)
Finite availability of fossil fuels and negative impacts of anthropogenic greenhouse gases emissions causing global warming have stimulated development of alternative resources for transportation fuels. Among alternatives, liquid biofuels such as biodiesel is attractive as they can be directly utilized in existing infrastructure. Recently, microalgae lipids has attracted increasing attention to be used for biodiesel resources thanks to superior properties of microalgae. They can be cultivated on non-arable land without competing with human food. Their lipid productivity is much higher than agricultural crops. Lipid extraction from microalgae is one of the steps affecting economic feasibility of biodiesel production from microalgae. Supercritical CO2 (scCO2) extraction technology is considered as a promising alternative since it is environmentally friendly and prevents solvent contamination by enabling solvent free extract. In this study, scCO2 extraction of high amount of lipid producing microalgae Chlorella vulgaris lipids was investigated in the pressure range from 200 to 400 bar and temperature range from 40 to 70 °C. Microalgae cultivation was performed with 27 liter flat panel type photobioreactor. Lipid productivity was tracked by Nile red method and it was found that highest lipid productivity was reached at early stationary phase. ScCO2 extraction was compared with conventional Soxhlet extraction with n-hexane and comparable extraction yields were obtained. Moreover, it took far less time to reach same extraction yield with scCO2. Increase in pressure at constant temperature and increase in temperature at constant pressure significantly improved scCO2 extraction yield. Effluent lipid concentration curves showed a fast extraction period followed by a much slower extraction period. Sovova's model describing these periods as external mass transfer controlled and internal diffusion controlled was used to predict experimental data. Lipid solubility in scCO2 at operating conditions was predicted from slope of the first part of the extraction curve. Predicted solubilities ranged between 2.7 and 9.0 mg lipid/g CO2. Fluid and solid phase mass transfer coefficients regressed from experimental data were the order of 10-4 m/s and 10-8 m/s, respectively. Common correlations in mass transfer for forced convection were used to predict fluid phase mass transfer coefficient. Best agreement was found with mass transfer correlation Sh=2+1.1*〖Re〗^0.6*〖Sc〗^(1/3) which was developed for evaporation from drops. Fatty acid methyl esters (FAME) profiles obtained by transesterification were considerably affected by extraction method and operating conditions of scCO2 extraction. No changes on FAME profiles were detected as a function of scCO2 extraction time.
Benzer Tezler
- Investigation of aerogel based systems for drug delivery
Nanoyapılı aerojellerin ilaç taşıyıcı sistemi olarak incelenmesi
ZEYNEP ÜLKER DEMİR
Doktora
İngilizce
2015
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. CAN ERKEY
- Experimental and theoretical investigation of supercritical drying of gels
Jellerin süperkritik yöntemle kurutulmasının teorik ve deneysel olarak incelenmesi
İBRAHİM ŞAHİN
Doktora
İngilizce
2019
Kimya MühendisliğiKoç ÜniversitesiKimya ve Biyoloji Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. CAN ERKEY
- Experimental and theoretical investigations of magnesium-chlorine cycle and its integrated systems
Başlık çevirisi yok
HASAN ÖZCAN
Doktora
İngilizce
2015
Makine MühendisliğiUnıversıty Of Ontarıo Instıtute Of TechnologyPROF. DR. İBRAHİM DİNÇER
- Kristal alanlarının, elektrik alan gradiyentlerinin ve faz geçişlerinin SbC13 ve K2ZnC14 de incelenmesi
The Study of crystal fields, electrical field gradients and phase transitions in SbC13 and K2 ZnC14
MEHMET KAYMAK
