دانشگاه آزاد اسلامی

واحد تهران جنوب

دانشکده تحصیلات تکمیلی

“M.Sc” پایان نامه برای دریافت درجه کارشناسی ارشد

مهندسی شیمی- طراحی فرآیند

عنوان:

مدلسازی استخراج از دانه های گیاهی با استفاده از سیال فوق بحرانی دی اکسید کربن

چکیده

آفتابگردان (Helianthus annuus) بعد از سویا دومین دانه روغنی یکساله است که به منظور استخراج روغن آن در دنیا کشت می شود. روغن آفتابگردان (sunflower oil) یک روغن غیر فرار است که به دلیل داشتن مقادیر زیاد اسیدهای چرب غیراشباع در دمای اتاق مایع بوده و در غذا به عنوان روغن سرخ کردنی و در فرمولاسیون مواد آرایشی – بهداشتی به عنوان یک نرم کننده استفاده می شود.

در این تحقیق استخراج روغن از دانه های آفتابگردان با استفاده از فرآیند استخراج به کمک سیال فوق بحرانی با روش هسته کوچک شونده (shrinking core) در یک ستون استخراج پر شده در دماهای 313، 333 و 353 کلوین و فشارهای 20 تا 60 مگاپاسکال با قطر ذره 2/18 – 0/23 میلیمتر و با میزان جریان 6-1 cm3/min مورد مطالعه قرار گرفته است. همچنین اثر پارامترهای عملیاتی مانند دما، فشار، قطر ذرات و میزان جریان حلال بر راندمان استخراج بررسی گردیده و بوسیله روابط گوناگون پارامترهای موجود در مدل مانند ضریب نفوذ موثر در ذرات، Dep، ضریب انتقال جرم در بستر و ضریب انتقال جرم در ذره، kf و k’f، ضریب پراکندگی محوری، DL، محاسبه شده است. نتایج بدست آمده بیانگر این موضوع می باشد که ضریب انتقال جرم در بستر در دما و فشارهای مختلف در فاصله 3/93*10-6 8/86-*10-6 m/s قرار دارد که این مقادیر در محدوده نتایج بدست آمده توسط بیشتر محققان می باشد. همچنین میزان بازدهی استخراج به کمک روش سوکسله در پایان زمان فرآیند (200 دقیقه) 92/3 درصد و میزان بازدهی در مدلسازی توسط روش فوق بحرانی در مدت زمان مشابه بین 89/96 تا 90/87 درصد بدست آمده است به طوریکه تغییرات دما و فشار در انتهای استخراج تاثیری زیادی بر روند افزایش بازدهی ندارد. میزان بازدهی مطلوب که نتیجه مقادیر مدلسازی و آزمایش است نیز در فاصله 93/4 – 92/5 درصد می باشد به طوریکه خلوص محصول با استفاده از این روش بسیار بالاتر از روش سوکسله است.

مقدمه

جهت روغن کشی کاشت و برداشت می گردند . از مهمترین دانه های روغنی می توان از دانه کنجد، آفتابگردان، بادام، زیتون، هسته خرما، بذر چای، انگور و سویا نام برد. سالانه سطح بسیار وسیعی از زمینهای کشاورزی زیر کشت انواع این دانه ها قرار می گیرد و برخی کشورها از صادرات دانه های روغن درآمد زیادی را عاید خود می کنند . منابع دیگری نیز برای روغن های نباتی وجود دارند که کمتر شناخته شده اند، این دانه ها اغلب محصول فرعی دیگر کارخانجات هستند . مواردی از قبیل جوانه ذرت، سبوس، برنج، دانه گوجه فرنگی، دانه مرکبات و صیفی جات از این دسته می باشند، لذا بسیار ارزان بوده و به سادگی در دسترس هستند. در کشور ما دانه های روغنی شناخته شده کمتر مورد توجه کشاورزان قرار گر فته اند و به دلایل مختلف، تولید این دانه ها بسیار کمتر از میزان مورد نیاز تا حد خودکفایی می باشد. چربیها و روغنها ترکیباتی نامحلول در آب از منشا حیوانی یا گیاهی هستند. چربیها و روغنهای خوراکی که معمولاً لیپیدهای غذایی نامیده می شوند عمدتاً از تری گلیسریدها (تری اسیل گلیسرول ها ) ساخته شده اند که شامل استرهای گلیسرول و اسیدهای چرب هستند. ویژگی های فیزیکی چربیها و روغنهای طبیعی بر حسب نوع اسیدهای چرب تشکیل دهنده تغییر می کند.

مصرف سرانه روغن در کشور ما کمتر از میانگین مصرف سرانه کشورهای توسعه یافته است و از آنجا که روغن یکی از ضروری ترین مواد مورد نیاز بدن می باشد نیاز به افزایش مصرف سرانه احساس می گردد. قدرت خرید از مهمترین عوامل میزان مصرف می باشد که در ایران نسبتاً کم است، عامل دیگر میزان تولید داخلی روغن می باشد که در صورت افزایش تولید می توان مصرف سرانه را به نسبت افزایش داد.

روغن آفتابگردان مانند بسیاری دیگر از روغنهای نباتی به طور عمده از اسیدهای چرب (fattyacids) تشکیل شده که مهمترین آنها عبارتند از:

اسید لینولئیک (74% – 48)

اسید اولئیک (40% – 14)

اسید پالمتیک (9% – 4)

اسید استئاریک (7% – 1)

این روغن عموماً در مقایسه با اکثر روغنهای نباتی یک روغن پر ارزش محسوب می شود که دلیل آن روشن بودن رنگ، طعم ملایم، نقطه دود بالا، بالا بودن میزان اسید لینولئیک و عاری بودن از اسید لینولنیک می باشد.

به طور کلی، اسیدهای چرب غیراشباع اولئیک و لینولئیک حدود 90% کل اسیدهای چرب آن و بقیه را اسیدهای چرب اشباع پالمتیک و استئاریک تشکیل می دهند. نسبت اولئیک به لینولئیک متغیر و بستگی به درجه حرارت هوا در محل کشت و ژنتیک آن دارد، به طوریکه در هوای خنک تر حدود 75 – 60 درصد آنرا اسید لینولئیک تشکیل می دهد که آفتابگردان تولیدی کانادا و آمریکا این خصوصیات را دارند. سه نوع روغن آفتابگردان تولید می شود که شامل: روغن با اسید لینولئیک بالا، روغن با اسید اولئیک بالا و متوسط می باشد به نحوی که نوع اول حد اقل 69% اسید لینولئیک و نوع دوم حداقل 82% اسید اولئیک دارد. بالا بودن اسیدهای چرب غیراشباع روغن آفتابگردان از نظر تغذیه ای یک مزیت ویژه است.

روش کار و تحقیق

در فصل اول این تحقیق به معرفی دانه های روغنی آفتابگردان، سویا، بذرچای و گلرنگ که معمولاً در بیشتر کارخانجات روغنکشی ایران مورد استفاده قرار می گیرند پرداخته و سپس به طور اجمالی در مورد سیالات فوق بحرانی، کاربردها، ویژگیها، خواص فیزیکی و همچنین مزایای آنها در مقایسه با حلالهای معمول بحث می شود.

در فصل دوم روشهای معمول مدلسازی استخراج روغنهای نباتی به کمک سیالات فوق بحرانی مانند مدل هسته کوچک شونده و روش سلولهای سالم و شکسته مورد مطالعه قرارگرفته است به طوریکه در مورد هر مدل فرضیات و برخی از کارهای انجام شده توسط گروه های مختلف پژوهشگران در سالهای اخیر به همراه روابط مورد استفاده به منظور انجام مدلسازی بررسی گردیده است.

در فصل سوم، تحقیق انجام شده در مورد این کار جهت مدلسازی استخراج روغن دانه آفتابگردان به کمک دی اکسیدکربن فوق بحرانی آورده شده است، همچنین روابط مورد استفاده به منظور محاسبه پارامترهای موردنیاز در مدلسازی و معادلات موازنه جرم بر روی سیال و ذره جامد به همراه شرایط اولیه و مرزی آنها معرفی گردیده است. در پایان این فصل نیز به آزمایش انجام شده توسط روش سوکسله در استخراج روغن آفتابگردان با هگزان و داده های بدست آمده از آن پرداخته شده است.

در فصل چهارم نتایج بدست آمده از مدلسازی و آزمایش سوکسله بررسی می شود به طوریکه اثر پارامترهای میزان جریان، دما، فشار و اندازه ذره بر روی بازدهی در دقیقه 80 (جایی که نفوذپذیری کنترل کننده است ) و در پایان زمان استخراج مورد مطالعه قرارگرفته است. همچنین رفتار غلظت روغن در ذره جامد و حلال در لایه ه ای مختلف بستر بررسی گردید ه و در پایان به مقایسه نتایج بدست آمده از مدلسازی استخراج روغن از دانه های استوانه ای و کروی پرداخته و پیشنهاداتی در مورد این کار داده شده است.

برای دانلود متن کامل پایان نامه اینجا کلیک کنید.