DETERMINATION AND MODELLING OF LIQUID-LIQUID PHASE EQUILIBRIUMFOR TERNARY SYSTEMS IN BIODIESEL PRODUCTION FROM VEGETABLEOIL AND ANIMAL FAT MIXTURES

Abstract

Bu çalışmada bitkisel ve hayvansal yağ karışımlarından üretilen biyodizel ile methanol ve gliserin üçlü sistemlerinin sıvı-sıvı denge bilgisi deneysel olarak araştırılmıştır. Bitkisel yağ olarak ayçiçek, hayvansal yağ olarak da sığır iç yağı kullanılmıştır. Deneysel çalışmalarda öncelikle farklı oranlarda hazırlanan ayçiçek yağı ve sığır iç yağı karışımlarından methanol kullanılarak potasyum hidrosit katalizörlüğünde transesterifikasyon yöntemiyle biyodizel üretilmiştir. Daha sonra hazırlanan biyodizel örnekleri ile methanol ve gliserinden oluşan üçlü sıvı-sıvı karışımların çözünürlük eğrileri ve denge bağlantı doğruları deneysel olarak belirlenmiştir. Deneysel çalışmada biyodizel-metanol-gliserin üçlü sıvı-sıvı karışımlarının çözünürlük eğrileri üzerine biyodizel tipi ve sıcaklığın etkisi araştırılmıştır. Benzer şekilde farklı miktarlardaki biodiezel-metanol-gliserin karışımlarından oluşan üçlü sıvı-sıvı sistemleri için denge bağlantı doğruları üzerine biyodizel tipi ve sıcaklığın etkisi belirlenmiştir. Deneylerde kullanılan yağın ağılıkça % 1'i oranında katalizör ve mol olarak yağ-metanol oranı 1/6 olacak miktarda metanol kullanılarak 60 °C sıcaklıkta sığır iç yağı ve ayçiçek yağı hacimsel olarak % 0, % 10 ve % 20 oranlarında karıştırılarak üç farklı biyodizel örnekleri elde edilmiştir. Biyodizel-metanol-gliserin karışımları farklı oranlarda hazırlanarak bu karışımların 25 °C, 35 °C ve 45 °C sıcaklıklarda çözünürlük eğrileri bulutlanma noktası titrasyon metoduna göre belirlenmiştir. Benzer şekilde farklı miktarlardaki biodiezel-metanol-gliserin karışımlarından oluşan üçlü sıvı-sıvı sistemleri için faz denge bağlantı doğruları denge hücresi metodu ile 25 °C, 35 °C ve 45 °C sıcaklıklarda tayin edilmiştir. Denge bağlantı doğruları için faz bileşimleri metanolün buharlaştırılması ve kırılma indisleri kullanılarak hesaplanmıştır. Her bir biyodizel örneği için sıcaklık artışıyla üçlü karışımlardaki metanolün çözünürlüğü artmıştır. Ayrıca biyodizel, metanol ve gliserinin birbirlerindeki çözünürlüklerin sıcaklıkla arttığı gözlenmiştir. Deneysel olarak elde edilen faz denge bağlantı verilerinin doğruluk derecesi Othmer-Tobias korelasyonu kullanılarak test edilmiştir. Ayrıca biyodizel-methanol-gliserin üçlü sıvı-sıvı faz denge bağlantı değerleri NRTL termodinamik aktivite katsayı modeli kullanılarak korele edilmiştir. Deneysel ve model sonuçların birbiriyle uyumlu olduğu ortaya konmuştur. Deneysel ve model sonuçları arasındaki standart sapma 0.663% olarak belirlenmiştir.

In this study, ternary liquid-liquid equilibrium of biodiesel-methanol-glycerol systems were investigated experimentally and thermodynamically. Biodiesel samples were produced from sunflower oil and beef tallow mixtures. In the experimental studies, biodiesel samples were first produced by using potassium hydroxide catalyzed transesterification method with methanol. The solubility curves and tie-lines data for ternary liquid-liquid system of the produced biodiesel samples-methanol-glycerol were determined experimentally. The effects of biodiesel type and temperature on the solubility curves of biodiesel-methanol-glycerin ternary liquid-liquid systems were investigated. Similarly, biodiesel type and temperature effects were also determined on the equilibrium tie-lines for ternary liquid-liquid systems consisting of different amounts of biodiesel-methanol-glycerol mixtures. Biodiesel samples were produced by using catalyst of 1% (v/v) of the oil used and methanol of 1/6 (molar ratio of methanol to oil) at 60 ° C. Three types of biodiesel prepared by using beef tallow and sunflower oil mixtures of 0, 10% and 20% by volume. The solubility curves of the biodiesel-methanol-glycerol mixtures prepared in different ratios of three compounds were determined according to the cloud point titration method at 25 ° C, 35 ° C and 45 ° C. Similarly, for the ternary liquid-liquid systems consisting of mixtures of biodiesel-methanol-glycerol, the phase equilibrium tie-lines were determined by the equilibrium cell method at temperatures of 25 ° C, 35 ° C and 45 ° C. The phase compositions for equilibrium tie-lines were determined by evaporation of methanol and refractive indexes. The solubility of methanol in ternary mixtures increased with the increasing of temperature for each biodiesel sample. The solubility of three components in each other increases as the temperature increases for all biodiesel types used The accuracy of the phase equilibrium data (tie-lines) obtained from the experimentally tested by using the Othmer-Tobias correlation. Biodiesel-methanol-glycerol ternary liquid-liquid phase equilibrium data were correlated with NRTL thermodynamic activity coefficient model. Experimental and model results were found to be in good agreement with each other. Standard deviation between experimental and model results was determined as 0.663%.