سوخت و احتراق
سال:1397 | دوره:11 | شماره:4 |تعداد مقالات:7

در طول سال های اخیر، با توجه به شرایط آب وهوایی مطلوب ایران، کشت کلزا به میزان قابل توجهی افزایش یافت، به طوری که در سال 2010 تولید کلزا در ایران به 145900 تن در سال بود که در سال 2013 به 174999 تن در سال رسید. هدف از این تحقیق بررسی امکان تولید بیودیزل از روغن کلزای غیرخوراکی با استفاده از سامانه فراصوت است. در این تحقیق، چهار فاکتور مختلف، ازجمله نسبت مولی، زمان واکنش، پالس و دامنه، در سه سطح درنظر گرفته شد. برای تجزیه و تحلیل آماری از نرم افزار Designe Exeprt، روش سطح پاسخ (RSM) و طرح Box Behnken برای شناسایی شرایط مطلوب روند استفاده شد. پس از تجزیه و تحلیل داده ها و بهینه سازی واکنش تولید بیودیزل نتیجه تحقیق نشان داد که در شرایط بهینه تولید بیودیزل در نسبت مولی 87/1: 4، زمان واکنش77/3 دقیقه، پالس 58/99 درصد و دامنه 5/73 درصد، بازده واکنش 26/89 درصد به دست آمد. خواص فیزیکی و شیمیایی بیودیزل تولیدشده با استاندارد EN 14112 مطابقت دارد و نشان دهنده این است که بیودیزل تولیدشده دارای عملکرد قابل قبولی است و می توان به عنوان سوخت جایگزین در موتور دیزل استفاده کرد.

استفاده از سامانه پایش کیفی بیودیزل تولیدی (به صورت برخط و ناپیوسته) همواره نیاز اساسی تولید این فرآورده است که نیازمند تحقیقاتی در این زمینه است. هدف از این تحقیق پیش بینی و بهینه سازی ویژگی های بیودیزل پالم با استفاده از خواص دی الکتریک آن است. متغیرهای خواص دی الکتریک بیودیزل (έ ، ثابت دی الکتریک و ″ ε ، فاکتور اتلاف) در فرکانس های مایکروویو (434، 915 و MHz 2450) به عنوان متغیرهای ورودی مورد استفاده قرار گرفت. ویژگی های بیودیزل پالم، محتوای متیل استر اسیدهای چرب و نقطه اشتعال در سه سطح مختلف زمان واکنش (7، 21 و 63 دقیقه) و غلظت کاتالیزور (1، 5/1 و %w/woil2) به عنوان متغیرهای خروجی مدل درنظر گرفته شد. روش سطح پاسخ برای پیش بینی و بهینه سازی محتوای متیل استر و نقطه اشتعال مورد ارزیابی قرار گرفت. شرایط بهینه با استفاده از سطح پاسخ برای محتوای متیل استر به میزان 87/91 درصد و نقطه اشتعال به میزان C° 7/162 با مطلوبیت 999/0 به دست آمد. همچنین، با استفاده از این روش معادله درجه دو برای پیش بینی محتوای متیل استر و نقطه اشتعال به دست آمد.

در موتورهای دیزل سهم قابل توجهی از انرژی حاصل از احتراق سوخت از طریق اگزوز و سیستم خنک کننده موتور تلف می-شود. استفاده از سوخت های زیستی می تواند بر میزان حرارت بازیافتی از موتور نیز اثر گذار باشد. در تحقیقی که به-تازگی در این مورد منتشر شده، تأکید شده است که افزایش درصد بیودیزل در مخلوط سوخت پتانسیل بازیافت حرارت را کاهش می دهد. در تحقیق مذکور تنها سوخت های بیودیزل خالص و مخلوط 50 درصد بیودیزل با دیزل معمولی بررسی شده است. این در حالی است که معمولاً در استانداردها استفاده از مخلوط های کمتر از 20 درصد بیودیزل توصیه شده است. در مقاله حاضر تأثیر استفاده از مخلوط های بیودیزل با درصدهای 10، 20 و 30 درصد حجمی بر پتانسیل بازیافت حرارت از اگزوز و سیستم خنک کاری یک مولد برق کوچک به کمک یک سامانه بازیاب ترموالکتریک تک ماژوله بررسی و با سوخت دیزل معمولی مقایسه شده است. نتایج نشان داد که تأثیر بیودیزل بر امکان بازیافت حرارت از موتور یک روند یکنوای کاهشی ندارد، به طوری که با افزایش درصد حجمی بیودیزل تا 20 درصد، پتانسیل بازیافت حرارت افزایش می یابد. افزایش بیشتر سهم بیودیزل در مخلوط سوخت باعث کاهش پتانسیل بازیافت حرارت خواهد شد. بیشترین پتانسیل بازیافت حرارت برای مخلوط B20 مشاهده شد. نتایج تجربی انجام شده با یک ماژول ترموالکتریک نشان داد که استفاده از مخلوط B20 نسبت به دیزل معمولی بسته به میزان بار موتور می تواند ولتاژ مدار باز ماژول را تا 12 درصد و بیشینه توان خروجی از آن را تا 25 درصد افزایش دهد.

اختلاط هوا و سوخت در یک محفظه احتراق گردابه دربند با استفاده از روش شبیه سازی گردابه های بزرگ کوپل شده با تابع توزیع جرمی فیلترشده مورد مطالعه قرار گرفته است. در این پژوهش اثر نسبت طول به عمق حفره (L/D) به عنوان یک پارامتر هندسی تأثیرگذار بر کیفیت اختلاط هوا و سوخت در جریان غیراحتراقی مورد ارزیابی قرار می گیرد. ساختار گردابه ای در داخل حفره به همراه معیارهای کمّی مختلف همانند نسبت هم ارزی میانگین حفره و نسبت هم ارزی استوکیومتریک، توزیع کلی سوخت و منحنی های اختلاط به منظور بررسی نحوه تغییرات کیفیت اختلاط مورد استفاده قرار گرفته اند. نتایج شبیه سازی نشان می دهند که با افزایش نسبت طول به عمق حفره از 60/0 به 85/0 به دلیل افزایش حجم گردابه اصلی، کیفیت اختلاط در داخل حفره افزایش می یابد. با افزایش بیشتر این نسبت تا نزدیکی 93/0 کیفیت اختلاط در داخل حفره افتی موقتی را تجربه می کند و سپس در نزدیکی 00/1 روند بهبود کیفیت از سر گرفته می شود. اما بهترین بازدهی اختلاط در همان نسبت طول به عمق حفره 85/0 رخ می دهد، به طوری که این نسبت دارای بیشترین تمرکز جرم سوخت در محدوده نسبت هم ارزی میانگین حفره و نسبت هم ارزی استوکیومتریک است. یافته ها با شواهد و قرائن برخاسته از ساختار گردابه ای جریان در داخل حفره هم خوانی دارد.

به دلیل مصرف بیش از حد منابع نفتی در کشور های در حال توسعه، تلاش های زیادی برای ایجاد یک سوخت جایگزین مناسب بر روی سیستم های انرژی و حمل ونقل فعلی انجام شده است که یکی از انتخاب های مناسب بیودیزل است. هدف در این مطالعه، ابتدا، شبیه سازی فرایند تولید بیودیزل از روغن مصرف شده توسط نرم افزار ASPEN PLUS و سپس بهینه سازی این فرایند با درنظرگرفتن شرایط سینتیکی مختلف در مرحله استریفیکاسیون است. به این دلیل که میزان اسیدهای چرب در خوراک فرایند بیشتر از یک درصد وزنی است، فرایند در دو مرحله، شامل مرحله اول استریفیکاسیون و مرحله دوم ترنس استریفیکاسیون، انجام می شود. تابع هدف بهینه سازی رسیدن به حداکثر میزان فروش بیودیزل و گلیسرول در مقابل حداقل هزینه های تولید است. با توجه به نتایج، حالت بهینه زمانی حاصل می شود که نسبت مولی متانول به روغن برابر 3 انتخاب شود. همچنین، دمای دو راکتور استریفیکاسیون و ترنس استریفیکاسیون، از آن جهت که بر میزان تولید بیودیزل و نیز انرژی مصرفی راکتورها تأثیرگذار بود، تأثیر زیادی در تعیین حالت بهینه اقتصادی این فرایند داشت. هزینه تولید برای این فرایند 24/16 میلیون دلار در سال و سود حاصل از آن 93/12 میلیون دلار در سال به دست آمد.

امروزه، استفاده از ترموکوپل با جنس مقاوم و نقطه ذوب بالا به عنوان ابزاری کارآمد و ارزان برای اندازه گیری دمای گازهای داغ در احتراق استفاده می شود. اندازه گیری دما توسط ترموکوپل دارای خطای ذاتی ناشی از اتلاف تابشی و هدایتی است و لازم است این خطا اصلاح شود. در این پژوهش، ابتدا، با استفاده از روش عددی ترموکوپل مدل سازی می شود و صحت کد اولیه، با مقایسه نتایج پژوهش های پیشین، اعتبارسنجی می شود. سپس، اثر، قطر ترموکوپل و سرعت متوسط جریان بر مقدار خطای ترموکوپل بررسی می شود. نتایج نشان می دهد، با افزایش قطر ترموکوپل از 5/0 به 1 میلی متر، خطا 50 درصد افزایش یافته و با افزایش سرعت متوسط جریان از 1 به 5 متر بر ثانیه، خطا 41 درصد کاهش می یابد. در مقایسه با داده های یک کار تجربی، نتایج مدل سازی ترموکوپل نشان می دهد که بیشینه مقدار خطا برای ترموکوپل 300 و 500 میکرونی در شرایط مورد بررسی به ترتیب برابر 30/8 و 39/6 درصد است. در ادامه پژوهش، الگوریتمی به منظور محاسبه توزیع شعاعی همزمان دما و سرعت جریان پیشنهاد شده و نتایج بیانگر دقت قابل قبول این الگوریتم برای شرایط جریان با دمای بالاست. نتایج مربوطه نشان می دهد که خطای الگوریتم 2 درصد است.

در این پژوهش، زئولیت های HZSM-5 با استفاده از منابع آلومینیوم نیترات و آلومینیوم هیدروکسید و نسبت Si/Al برابر 20 سنتز شد و تاثیر توزیع آلومینیوم روی اصلاح زئولیت HZSM-5 با فسفر در واکنش شکست کاتالیستی سوخت گاز مایع بررسی شد. کاتالیست های تهیه شده با استفاده از تحلیل های طیف سنجی پراش پرتو ایکس (XRD)، میکروسکوپ الکترونی روبشی گسیل میدانی (FESEM)، جذب و دفع نیتروژن (N2-BET)، طیف سنجی فلورسانس اشعه ایکس (XRF)، و دفع برنامه ریزی شده دمایی آمونیاک (NH3-TPD) مشخصه یابی شدند. توزیع آلومینیوم شبکه زئولیت HZSM-5 با استفاده از آنالیز XRF و طیف سنجی فرابنفش-مرئی بازتابی (DR UV-Vis)، تعیین شد. بیشترین سهم آلومینیوم های منفرد برابر 90/6 درصد برای زئولیت سنتز شده با آلومینیوم نیترات و بیشترین سهم آلومینیوم های نزدیک به هم، برابر 47/8 درصد برای زئولیت سنتز شده با آلومینیوم هیدروکسید بوده است. آزمون های شکست کاتالیستی نشان دادند که پایداری کاتالیستی و بازده اولفین های سبک در شکست سوخت گاز مایع توسط زئولیت سنتز شده با آلومینیوم نیترات نسبت به زئولیت سنتز شده با آلومینیوم هیدروکسید بالاتر بوده است. پس از گذشت 240 دقیقه از انجام واکنش، بازده اولفین سبک برای زئولیت P/HZSM-5 سنتز شده با آلومینیوم نیترات از49/8 درصد به 41/5 درصد کاهش یافته است. همچنین، نسبت پروپلین به اتیلن، بازده محصولات سنگین C5+، درصد کک تشکیل شده و نرخ غیرفعال شدن برای P/HZSM-5 سنتز شده با آلومینیوم نیترات، به-ترتیب، برابر 0/986، 2%، 6% و 21/31% بوده است.