Mikrodalga ısıtmalı bir biyodizel reaktör tasarımı ve pilot ölçekli prototip geliştirilmesi

Abstract

Yapılan bu çalışmada, pilot ölçekte mikrodalga destekli biyodizel üretimi yapabilen bir biyodizel reaktörü tasarlanmış ve imal edilmiştir. Mikrodalga ve konvansiyonel ısıtma sistemlerine sahip reaktörde ayçiçek, kanola, soya ve atık ayçiçek yağlarından transesterifikasyon ve sulu yıkama yöntemleri kullanılarak biyodizel (AYB, KYB, SYB, AAYB) üretimleri gerçekleştirilmiştir. Deney sonuçlarına göre, mikrodalga ışıma altında ayçiçek, kanola ve soya yağlarından; 6:1 molar metanol:yağ oranında metanol, yağın kütlece %1.0’ı kadar KOH, 60°C sıcaklık ve 5 dakika reaksiyon süresi koşullarında EN 14214 standartlarına uygun biyodizel üretilebildiği tespit edilmiştir. Bunun yanında, aynı reaksiyon koşulları ve hammadde kullanılarak gerçekleştirilen konvansiyonel üretimde, 60 dakika sonunda dahi transesterifikasyonun tamamlanamadığı ve standartlara uygun biyodizel üretilemediği görülmüştür. Mikrodalga ışıma altında AAYB üretimi için optimum reaksiyon koşulları ise kullanılmamış yağlardan farklı olarak %1.5 KOH varlığında elde edilmiştir. Üretilen AYB, KYB ve SYB’nin saf ve motorin ile belirli oranlardaki karışımlarının motor testleri, tek silindirli ve direk püskürtmeli bir dizel motorda, sabit devir-değişen yük koşullarında gerçekleştirilmiştir. Üretilen tüm biyodizel çeşitleri, motorine çok benzer motor performansları sağlamışlar; CO ve HC emisyonlarında iyileştirme, NOx ve CO2’de ise bir miktar artışa neden olmuşlardır. Genel olarak, biyodizeller içinde SYB düşük yükte, AYB ise yüksek yükte daha iyi sonuç vermiştir. Çalışmanın son bölümünde, Diesel-RK programı ile SYB20 ve motorine ait motor simülasyonları oluşturularak, testlerde incelenemeyen yanma analizleri ve duman koyuluğu - PM emisyon salınım değerleri tahmin edilmiş ve çıkan sonuçlar irdelenmiştir.

In this study, a biodiesel reactor being capable of microwave assisted biodiesel production on pilot scale was designed and manufactured. In the reactor having microwave and conventional heating systems, the biodiesel productions (SOB, COB, SYOB and WSOB) have been realized by using transesterification and water washing methods from sunflower, canola, soybean and waste sunflower oils. According to the results of the experiments, it has been found that biodiesel in accordance with EN 14214 standards can be produced from sunflower, canola and soy oils under microwave irradiation at a molar ratio of methanol to oil of 6: 1 molar: methanol, oil at a mass of 1.0% KOH, 60°C temperature and 5 minutes reaction time. However, in the conventional production using the same reaction conditions and feedstock, the transesterification could not be completed even after 60 minutes, and biodiesel which is suitable to the standards could not be produced. The optimum reaction conditions for WSOB production under microwave irradiation were obtained in the presence of 1.5% KOH, unlike the unused oils. Engine tests of being produced of SOB, COB and SYOB, diesel and their various blends were carried out using a single-cylinder and direct-injection diesel engine under constant speed and various load conditions. Consequently, all the sorts of the produced biodiesels achieved much similar engine performances with diesel, while causing improvements in CO and HC, a slight increase in NOx and CO2 emissions. In general, among the biodiesels, SBOB and SOB gave better results at low and high loads, respectively. In the last part of the study, combustion analyzes and smoke-PM emissions were estimated by making engine simulations of SBOB20 and diesel using Diesel-RK software, and the results were criticized.