Atık ağartma toprağı yağının yağ kimyasalları üretiminde değerlendirilmesi ve ürün özelliklerinin belirlenmesi
Utilization of waste bleaching earth oil in oleochemical production and determination of product properties
Yazar: ÖMER FARUK GÜL
Danışman: PROF. DR. MELEK TÜTER
İstanbul Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2011
Konu: Enerji = Energy ; Kimya Mühendisliği = Chemical Engineering
Dizin: Biyodizel = Biodiesel

Özet:
Bu çalışmada, bitkisel yağların rafinasyonu sırasında atık olarak çıkan atık ağartma toprağı yağı, yağ kimyasalları üretiminde değerlendirilmiş ve elde edilen ürünün özellikleri belirlenmiştir. Atık ağartma toprağının yerinde değerlendirilmesi için sistem tasarımı yapılmış ve bu sistem için tekno-ekonomik analiz yapılmıştır. Çalışmada öncelikle atık ağartma toprağından yağ eldesinde karşılaşılan filtrasyon problemi çözülmüştür. Elde edilen yağın metanol ile farklı katalizörler varlığında çözücüsüz ortamda transesterifikasyon çalışmaları gerçekleştirilmiştir. En yüksek metil ester içeriği (%98,9), %2 katalizör/yağ miktarında ve 55 °C'de NaOCH3 varlığında gerçekleşen reaksiyonda elde edilmiştir. Atık ağartma toprağının yağ kimyasalları üretiminde değerlendirilmesi amacı ile sistem tasarımı yapılmış ve bu sistemde etanol ve metanol ile NaOH, NaOCH3 ve HAPJEK varlığında çözücülü ve çözücüsüz ortamda farklı katalizör miktarı ve alkol/yağ mol oranlarında transesterifikasyon reaksiyonları gerçekleştirilmiştir. En yüksek ester içeriği yağın ağırlıkça %2' si miktarında HAPJEK katalizörü ve metanol/yağ mol oranı 7/1 koşulları ile çözücülü ortamda metanol ile gerçekleştirilen reaksiyonlarda elde edilmiştir. Tasarlanan sistemde yürütülen optimizasyon çalışmaları Tepki-Yüzey Metodolojisi kullanılarak alkol olarak metanol ve katalizör olarak NaOCH3 varlığında gerçekleştirilmiştir. Optimizasyon çalışmalarında reaksiyon süresi 210 dakika olarak alınmış ve transesterifikasyon reaksiyonuna etki eden parametrelerin kritik değerleri; sıcaklık:68,4 °C, katalizör/yağ ağırlık oranı: %1,5, metanol/yağ mol oranı:6,4 olarak bulunmuştur. Tasarlanan sistemde 250 ton/gün kapasiteli yağ üretim fabrikası için tekno-ekonomik analiz yapılmıştır. Atık ağartma toprağı yağından yağ kimyasalları üretim tesisinde yatırımın geri dönüşüm oranı %27,6 olarak gerçekleşerek, yatırım maliyetini 3 yıl 8 ayda karşılanabileceği belirlenmiştir.

Abstract:
In this study, waste bleaching earth oil which is a waste material released in edible oil refining process, was evaluated as a raw material for oleochemical production and products properties were determined. Process system for utilization of waste bleaching earth was designed and a techno-economical analysis of the process to estimate the return on capital investment was also presented. Initially, the filtration problem during oil extraction from waste bleaching earth was solved. Then extracted oil was used in solvent-free transesterification with methanol in the presence of different catalysts. The highest ester content (98.9%) was achieved under the conditions of 2% catalyst / oil (w/w) and 55 °C in the presence of NaOCH3. For utilization of waste bleaching earth in oleochemical production, a process was designed and in this system, transesterification reactions were conducted with different reaction conditions. The highest ester content (92.9%) was reached under the condition of 2% catalyst/ oil (w/w), 7/1 methanol/oil molar ratio in the presence of HAPJEK. The optimization studies were conducted with methanol as alcohol and NaOCH3 as catalyst with employment of Response Surface Methodology as an optimization method. Based on this study, the critical conditions were determined as temperature: 68.4 °C, catalyst/ oil (w/w): 1.5% and methanol/ oil molar ratio: 6.4. In designed system, techno-economical analysis was made for a plant with a production capacity of 250 tons oil per day. According to established analyses, the annual return on the capital investment was determined as 27.6% and payoff time was 3 years and 8 months.