پیش‌بینی تولید بیواتانول از ترکیبات لیگنوسلولزی در راکتور بی هوازی با همزن پنوماتیکی-مکانیکی توسط شبکه عصبی

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

1 دانشجوی دکتری تخصصی، گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم، دانشکده کشاورزی، دانشگاه شهرکرد، شهرکرد، ایران.

2 دانشیار/ دانشگاه شهرکرد

3 گروه مهندسی مکانیک بیوسیستم

چکیده

در این تحقیق یک هاضم بی‌هوازی با همزن پنوماتیکی جهت تخمیر ترکیبات لیگنوسلولزی کاه گندم و برنج طراحی گردیده است و با هاضم با همزن مکانیکی مقایسه گردید. پیش‌تیمار فراصوت در زمان 30 دقیقه، غلظت اسید 905/1 %v/v و بار باگاس 6% انجام شد. سپس هیدرولیز اسیدی در زمان 45 دقیقه، غلظت اسید 04/2 %v/v و دمای 4/148 درجه سلسیوس انجام شد. در ادامه زیست‌توده جهت تخمیر در دو هاضم پنوماتیکی و مکانیکی ریخته شد و طی 20 روز فرآیند تخمیر صورت گرفت و توالی نمونه برداری هر 5 روز بود. بر اساس نتایج، هاضم پنوماتیکی توانست به میزان 66/38 درصد نسبت به هاضم با همزن مکانیکی، بیواتانول بیشتری تولید کند. همچنین ترکیبات H2S، CO و O2 نیز در طی تخمیر اندازه‌گیری شد. در هاضم پنوماتیکی میزان تولید H2S و O2 نسبت به مخزن با همزن همکانیکی کمتر بود اما میزان تولید CO در مخزن هاضم پنوماتیکی به طور نامحسوسی بیشتر بود. همچنین توسط شبکه عصبی نیز میزان ترکیبات ایجاد شده در تخمیر طی 50 روز تخمیر بررسی شد و با نتایج واقعی مقایسه گردید. با توجه به نتایج، می‌توان به خوبی توسط شبکه عصبی روند تغییرات ترکیبات تخمیر را پیش‌بینی نمود و تصمیم قطعی جهت تخمیر ترکیبات کاه و گندم و برنج گرفت. در نهایت با کمک سامانه هاضم پنوماتیکی می‌توان میزان ترکیبات مضر تولید شده در طی فرآیند را کنترل کرد و میزان تولید بیواتانول را افزایش داد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

Prediction of bioethanol production from lignocellulosic compounds in an anaerobic digester with pneumatic-mechanical agitator by neural network

نویسندگان [English]

  • Seyedeh Hoda Yoosefian 1
  • rahim ebrahimi
  • bahram hosseinzadeh samani 2
  • ali maleki 3

1 Department of Mechanical Engineering of Biosystem, Shahrekord University, 8818634141, Shahrekord, Iran

2 Department of Mechanical Engineering of Biosystem, Shahrekord University, 8818634141, Shahrekord, Iran

3 Mechanical Engineering of Biosystems

چکیده [English]

In this study, an anaerobic digester with pneumatic digester (PMD) was designed to ferment lignocellulosic compounds of wheat and rice straw and was compared with mechanical digester (MD). Ultrasonic pretreatment was performed with time values of 30 min, acid concentration of 1.905 %v/v and bagasse load of 6%. Then acid hydrolysis was performed in 45 min, acid concentration of 2.04 %v/v and temperature of 148.4 °C. Then biomass was poured for fermentation in PMD and MD digesters and the fermentation process took place within 20 days and the sampling sequence was every 5 days. According to the results, the pneumatic digester was able to produce 38.66% more bioethanol than the mechanical digester. H2S, CO and O2 compounds were also measured during fermentation. In the pneumatic digester, the production of H2S and O2 was lower than in the mechanical digester, but the amount of CO production in the pneumatic digester was significantly higher. Also, the amount of produced compounds created 50 fermentation predicted days was examined by the neural network and compared with the actual results. According to the results, it is possible to predict the trend of changes in fermentation compounds by the neural network and make a definite decision to ferment the straw, wheat and rice compounds. Finally, it can be said that with the help of pneumatic digestion system, the amount of harmful compounds produced during the process can be controlled and the amount of bioethanol production can be increased.

کلیدواژه‌ها [English]

  • Bioethanol
  • Pneumatic
  • Fermentation
  • Digester
  • Stirrer