Fındık yağından ultrasonik yöntemle biyodizel üretimi
Biodiesel production from hazelnut oil by ultrasonic method
Yazar: CEM KESGİN
Danışman: DOÇ. DR. SEVİL YÜCEL ; DR. DİDEM ÖZÇİMEN
Yıldız Teknik Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2011
Konu: Biyomühendislik = Bioengineering
Dizin: Biyoenerji = Bioenergy ; Ultrason = Ultrasound ; Ultrasonik yöntemler = Ultrasonic methods

Özet:
Biyodizel yenilenebilir kaynaklardan üretiliyor olması ve çevresel açıdan yarattığı faydalarından dolayı son yıllarda yaygın olarak kullanılan alternatif bir yakıttır. Düşük frekanslı ultrasonik metot, son yıllarda yaygın bir şekilde biyodizel üretiminde de kullanılmaya başlanmıştır. Biyodizel üretiminde yağ ve alkolün tamamen karışmış olması gerektiğinden, ultrasonik karıştırma hem daha iyi bir karıştırma sağlamak hem de kütle transferini artırmak için etkili bir karıştırma yöntemi olarak karşımıza çıkmaktadır. Ultrasonik yöntemde küçük baloncukların oluşumuyla yağ ve alkol fazları arasındaki temas yüzeyi artarak geleneksel yönteme göre daha kuvvetli karışma sağlanmaktadır. Kavitasyon etkisi ortamdaki ısı ve kütle transferini artırmakta ve dolayısıyla reaksiyon hızı ve verimi yükselmektedir. Ultrasonik kavitasyon ayrıca transesterleşme reaksiyonu için gerekli aktivasyon enerjisini de sağlamaktadır. Bu çalışmada, fındık yağının metanol ve etanol ile transesterleşmesi potasyum hidroksit katalizörü varlığında 20 kHz frekanslı (200 W) homojenizatör ve 35 kHz (400 W) frekanslı ultrasonik temizleyicide gerçekleştirilmiştir. Reaksiyon süresi, alkol:yağ mol oranı, katalizör miktarı (ağ. %) ve reaksiyon sıcaklığı çalışılan deney parametreleridir. Ester dönüşümü ve biyodizel verimi geleneksel yöntemle elde edilen değerlerle de karşılaştırılmış, sonuçta ultrasonik homojenizatörde yapılan çalışmalarda ultrasonik temizleyici ve geleneksel yöntemle yapılan deneylere kıyasla daha yüksek ester verimi elde edilmiştir. En yüksek verim, ultrasonik homojenizatörde (20 kHz, 200 W) 5:1 metanol yağ mol oranında, % 1 KOH katalizörü eşliğinde, 20 dk reaksiyon süresi ve otojenik sıcaklık koşullarında elde edilmiştir. Ultrasonik homojenizatör yöntemiyle deneyler, klasik yöntemde olduğu gibi ayrıca bir ısıtma ünitesine gerek duyulmadan ortam sıcaklığında gerçekleştirilmiş, bu yönüyle de enerji tasarrufu sağlanmıştır. Ultrasonik yöntemle gerçekleştirilen deneylerin sonuçları bu yöntemin klasik yönteme göre alternatif bir yöntem olabileceğini göstermiştir.

Abstract:
Biodiesel has become more attractive recently because of its environmental benefits and made from renewable resources. Low frequency ultrasonic method is widely used for biodiesel production in recent years. In transesterification reaction, mixing is important factor for increasing biodiesel yield. Oil and alcohol shoul be mixed completely in biodiesel processing. Ultrasonic mixing is an effective mixing method either to achieve a better mixing or enhancing liquid?liquid mass transfer. Vigorous mixing increases the contact area between oil and alcohol phases with producing smaller droplets than conventional stirring. Cavitation effects increase mass and heat transfer in the medium and hence increase the reaction rate and yields. Ultrasonic cavitation also provides the necessary activation energy for initiating transesterification reaction. In this study, the transesteri ? cation of hazelnut oil with methanol and ethanol was performed in the presence of potassium hydroxide as a catalyst using two types of ultrasound irradiation a homogenizer (20 kHz) and cleaner (35 kHz). The reaction time, alcohol/oil molar ratio, catalyst amount (wt % of oil) and reaction temperature were studied as experimental parameters. Ester conversion and biodiesel yield were compared. In the result, ultrasound homogenizer method gave the most methyl ester conversion compared to conventional method and ultrosound cleaner method. The highest yield was obtained by ultrasonic homogenizer at 5:1 methanol:oil molar ratio, % 1 (w/w of oil) KOH catalyst, 20 min. reaction time and autogenius temperature. The use of ultrasonic irradiation with probe decreased the energy consumption, showing that this method may be a promising alternative to the conventional method.