دانلود پایان نامه ارشد : تولید اتانول و استات از گاز سنتز با استفاده از باکتری کلستریدیوم لانگالی |
 |
1-4 مزیتهای بیوکاتالیستها 10
1-5 تولید اتانول به عنوان سوخت بیولوژیکی.. 11
1-6 طرح مساله و ضرورت انجام پروژه 14
1-7 اهداف کلی پروژه 14
1-8 اهداف و چهارچوب پروژه 15
1-9 تقسیم بندی فصول پایان نامه. 17
2 فصل دوم: مروری بر متون علمی 19
2-1 مقدمه. 19
2-2 واکنش بیولوژیکی جابجائی آب-گاز 20
2-3 باکتریهای استوژنیک.. 29
2-3-1 کلستریدیوم لانگالی.. 34
2-4 مسیر متابولیکی استوژنها 36
2-5 عوامل موثر در تخمیر گاز سنتز. 42
2-5-1 تاثیر ترکیب محیط کشت.. 42
2-5-2 تاثیر منبع آلی.. 46
2-5-3 تاثیر pH محیط کشت.. 49
2-5-4 تاثیر عامل کاهنده 51
2-5-5 تاثیر عناصر جزئی.. 54
2-5-6 اثرات بازدارندگی در محیط تخمیر. 56
2-5-7 محدودیتهایانتقال جرم. 58
2-5-8 تاثیر فشار سوبسترای گازی.. 64
3 فصل سوم: مواد مورد نیاز و روش کار 68
3-1 مقدمه. 68
3-2 باکتری کلستریدیوم لانگالی.. 69
3-3 محیط کشت باکتری لانگالی.. 70
3-3-1 ترکیبات محیط کشت مایع. 72
3-3-1-1 محلول عناصر جزئی.. 72
3-3-1-2 محلول ویتامین ولف.. 72
3-3-1-3 محلول عوامل کاهنده 73
3-4 روش تهیه محیط کشت مایع. 73
3-4-1 روش تهیه محیط کشت جامد. 75
3-5 نحوه تکثیر باکتری لانگالی.. 75
3-6 آزمایشهای ناپیوسته کشت لانگالی.. 79
3-6-1 رشد باکتری با سوبسترای آلی.. 79
3-6-1-1 تاثیر نوع سوبسترای آلی.. 79
3-6-1-2 تاثیر غلظت سوبسترای آلی.. 80
3-6-2 رشد باکتری با گاز سنتز. 81
3-6-2-1 تاثیر همزمان عوامل کاهنده و pH اولیه محیط کشت.. 81
3-6-2-2 تاثیر فشار اولیه گاز سنتز در بیوراکتورهای ناپیوسته. 83
3-7 آزمایشهای پیوسته تخمیر گاز سنتز. 84
3-7-1 تاثیر نرخ رقیق سازی.. 87
3-7-2 تاثیر شدت جریان گاز سنتز و دور همزن. 88
3-8 آنالیز نتایج 88
3-8-1 اندازه گیری دانسیته سلولی.. 88
3-8-2 آنالیز فروکتوز و گلوکز در محیط کشت.. 90
3-8-3 آنالیز نمونه های مایع برای اتانول و استات.. 93
3-8-4 آنالیز نمونه های گاز 94
3-9 مدلهای کینتیکی و روش به دست آوردن آنها 95
3-9-1 کینتیک رشد سلول. 95
3-9-2 محاسبات انتقال جرم. 98
3-9-2-1 انتقال جرم در سیستم ناپیوسته. 98
3-9-2-2 انتقال جرم در سیستم پیوسته. 100
3-9-3 نرخ واکنش… 102
4 فصل چهارم: نتایج آزمایشها و تحلیل داده ها 103
4-1 مقدمه. 103
4-2 تاثیر سوبسترای آلی.. 104
4-2-1 رشد سلول و مصرف سوبسترا 104
4-2-2 مسیر متابولیکی پیشنهاد شده برای لانگالی.. 108
4-2-3 تولید محصول. 111
4-2-4 تاثیر غلظت فروکتوز 115
4-2-4-1 رشد سلول. 115
4-2-4-2 تولید محصول. 118
4-3 تاثیر همزمان عوامل کاهنده و pH.. 122
4-3-1 رشد سلول. 123
4-3-2 مصرف سوبسترای گازی.. 125
4-3-3 تولید اتانول و استات.. 129
4-3-4 بازده محصول. 133
4-4 مطالعات کینتیکی.. 135
4-4-1 کینتیک رشد سلول. 136
4-4-2 کینتیک مصرف سوبسترای گازی.. 145
4-4-3 بررسی کینتیک نرخ مصرف سوبسترای گازی و انتقال جرم. 147
4-4-4 کینتیک مصرف سوبسترا 152
4-5 آزمایشهای پیوسته تخمیر گاز سنتز در بیوراکتور 154
4-5-1 تاثیر نرخ رقیق سازی.. 154
4-5-1-1 دانسیته سلولی و pH محیط کشت.. 155
4-5-1-2 مصرف سوبسترای گازی.. 157
4-5-1-3 تولید محصول. 158
4-5-2 تاثیر شدت جریان گاز و دور همزن. 159
4-5-2-1 مصرف سوبسترای گازی.. 160
4-5-2-2 تولید محصول. 162
4-5-2-3 ضریب انتقال جرم در بیوراکتور 163
4-5-2-4 بازده محصول. 169
5 فصل پنجم: نتیجه گیری و پیشنهادات 172
5-1 نتیجه گیری از آزمایشها 172
5-2 ارائه پیشنهادات برای طرحهای آتی.. 175
پیوست الف… 177
پیوست ب.. 181
6 مراجع. 187
Abstract. 194
لیست جدول ها
جدول 2‑1: میکروبهای مختلف برای تخمیر سوبسترای گازی به سوختهای بیولوژیکی.. 21
جدول 2‑2 : تولید هیدروژن با استفاده از باکتریهای هیدروژنوژنیک.. 26
جدول 2‑3 : تولید سوختهای بیولوژیکی با استفاده از باکتریهای استوژنیک.. 30
جدول 3‑1: ترکیبات شیمیائی و بیوشیمیائی مورد استفاده در محیط کشت باکتری لانگالی.. 71
جدول 3‑2: محیطهای کشت مختلف برای بررسی تاثیر همزمان عوامل کاهنده و pH محیط کشت.. 83
جدول 4‑1: بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی رشد داده شده با سوبستراهای آلی مختلف 114
جدول 4‑2: پارامترهای کینتیکی بر اساس مدل ولترا برای رشد لانگالی با غلظتهای مختلف فروکتوز 117
جدول 4‑3: بازده مصرف سوبسترا، رشد سلول و تولید محصول در باکتری لانگالی رشد داده شده با غلظتهای مختلف فروکتوز 121
جدول 4‑4: پارامترهای مربوط به بازده در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده و pH اولیه مختلف محیط کشت.. 135
جدول 4‑5: پارامترهای کینتیکی به دست آمده بر اساس مدل ولترا برای رشد سلول لانگالی روی گاز سنتز. 137
جدول 4‑6: مدلهای کینتیکی مختلف بر اساس سوبسترای تکی برای ارائه مدل رشد با سوبسترای دوتایی.. 141
، پارامترهای کینتیکی و SSD.. 145
جدول 4‑8: ضرایب انتقال جرم محاسبه شده در فشارهای مختلف در بیوراکتور ناپیوسته. 149
جدول 4‑9: پارامترهای بیوکینتیکی محاسبه شده از مدل گمپرتز اصلاح شده برای تولید محصول. 154
جدول 4‑10: روابط تجربی برای پیش بینی ضریب انتقال جرم حجمی به شکل معادله (4-29) 165
و CO محاسبه شده و نرخ واکنش در دورهای مختلف همزن بیوراکتور.. 168
جدول 4‑12: پارامترهای مربوط به بازده در فرایند تخمیر پیوسته گاز سنتز توسط باکتری لانگالی در شدت جریانهای گاز مختلف و دور همزن متفاوت.. 171
جدول ب-1: ضرایب انتقال جرم محاسبه شده و تجربی برای CO در دورهای مختلف همزن……………………190
لیست شکل ها
شکل 1‑1: نمایی کلی از مواد اولیه مناسب برای تولید سوختهای بیولوژیکی نسل دوم. 4
شکل 1‑2: شمایی از فرایند تبدیل به گاز کردن بیومس همراه با فرایند تخمیر گاز سنتز برای تولید سوختهای بیولوژیکی 8
شکل 1‑3 : تولید جهانی اتانول بیولوژیکی در سالهای 2008-2000. 12
شکل 2‑1: میکروگراف TEM باکتری کلستریدیوم لانگالی.. 34
شکل 2‑2: مسیر متابولیکی استیل-کو آنزیم A برای باکتریهای استوژنیک.. 38
شکل 3‑1: نمایی شماتیک از سیستم پیوسته در فرایند تخمیر گاز سنتز. 84
شکل 3‑2: منحنی کالیبراسیون برای محاسبه دانسیته سلولی باکتری لانگالی.. 90
شکل 3‑3: منحنی کالیبراسیون برای فروکتوز 92
شکل 3‑4 : منحنی کالیبراسیون برای گلوکز. 92
شکل 4‑1: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با فروکتوز 105
شکل 4‑2: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با گلوکز. 105
شکل 4‑3: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با اتانول. 106
شکل 4‑4: دانسیته سلولی، مصرف سوبسترا و تولید محصول در لانگالی رشد داده شده با استات.. 107
شکل 4‑5: مسیر متابولیکی پیشنهاد شده برای رشد هتروتروفیک باکتری لانگالی و تولید محصول. 109
شکل 4‑6: استفاده از مدل ولترا برای توصیف رشد سلول در غلظتهای مختلف فروکتوز 116
شکل 4‑7: تولید استات در محیط کشت توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز 119
شکل 4‑8: تولید اتانول در محیط کشت توسط باکتری لانگالی در غلظتهای مختلف فروکتوز 120
شکل 4‑9: نسبت تولید اتانول به استات در باکتری لانگالی با استفاده از غلظتهای مختلف فروکتوز 122
شکل 4‑10: منحنی رشد سلول باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) 8/6 و (ب) 9/5. 124
و (ب) CO توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه 8/6 126
و (ب) CO توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه 9/5 127
شکل 4‑13: تولید اتانول توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) 8/6 و (ب) 9/5. 130
شکل 4‑14: تولید استات توسط باکتری لانگالی با عوامل کاهنده مختلف در pH اولیه (الف) 8/6 و (ب) 9/5. 131
و CO.. 134
شکل 4‑16: استفاده از مدل ولترا برای توصیف پروفایل رشد سلولی در فشارهای مختلف گاز 136
و CO مصرف شده در فشار اولیه 0/1 اتمسفر. 139
شکل 4‑18: تعیین نرخ رشد ویژه لانگالی روی گاز سنتز در فشار 0/1 اتمسفر. 143
شکل 4‑19: نرخ رشد ویژه پیش بینی شده از معادله (4-20) که با یافته های آزمایشگاهی تطابق داده شد. 144
شکل 4‑20: تغییرات فشار جزئی CO اندازه گیری شده در فاز گاز (شکل داخلی) و فشار محاسبه شده CO در فاز مایع در فشارهای مختلف در بیوراکتور ناپیوسته. 147
شکل 4‑21: تغییرات فشار CO در فاز گاز و مایع در طول فرایند تخمیر در فشار 0/1 اتمسفر بیوراکتور 150
شکل 4‑22: مدل خطی و درجه دوم اندرو برای مصرف CO توسط باکتری لانگالی در فشارهای مختلف.. 151
شکل 4‑23: مدل گمپرتز اصلاح شده برای تولید الف) اتانول و ب) استات در فشارهای مختلف گاز سنتز توسط لانگالی 153
شکل 4‑24: رشد سلولی و تغییرات pH در محیط کشت پیوسته لانگالی با نرخهای رقیق سازی مختلف با شدت جریان گاز 0/8 میلی لیتر در دقیقه و دور همزن 500 (rpm) 156
و CO در محیط کشت پیوسته لانگالی با نرخهای رقیق سازی مختلف در شدت جریان گاز 0/8 میلی لیتر در دقیقه و دور همزن 500 (rpm) 157
شکل 4‑26: تولید اتانول و استات در محیط کشت پیوسته لانگالی با نرخهای رقیق سازی مختلف در شدت جریان گاز 0/8 میلی لیتر در دقیقه و دور همزن 500 (rpm) 159
و CO در محیط کشت پیوسته لانگالی با شدت جریانهای مختلف گاز سنتز و دورهای متفاوت همزن با نرخ رقیق سازی 018/0 بر ساعت.. 161
شکل 4‑28: تاثیر شدت جریان گاز روی میزان تبدیل CO در دورهای مختلف همزن. 161
شکل 4‑29: تاثیر دور همزن روی میزان تبدیل CO در شدت جریانهای مختلف گاز سنتز. 162
شکل 4‑30: تولید اتانول و استات در محیط کشت پیوسته لانگالی با شدت جریانهای مختلف گاز سنتز و دورهای متفاوت همزن با نرخ رقیق سازی 018/0 بر ساعت.. 163
شکل 4‑31: ضرایب انتقال جرم در بیوراکتور در شرایط پایدار برای CO.. 167
167
و CO در فرایند تخمیر پیوسته گاز سنتز توسط لانگالی برای شدت جریانهای گاز 170
شکل الف-1: مونوگرام GC مربوط به گاز استاندارد حاوی 30% CO، 30% H2، 30% CO2و 10% Ar…………182
شکل الف-2: مونوگرام GC مربوط به گاز سنتز مصرف شده در سرم باتل………………………………………………182
شکل الف-3: مونوگرام GC مربوط به گاز سنتز خروجی از بیوراکتور…………………………………………………….183
شکل الف-4: مونوگرام GC محلول استاندارد مایع حاوی 0/1 گرم بر لیتر اتانول، استون و استات همراه با
2-پنتانون به عنوان استاندارد……………………………………………………………………………………………………….183
شکل الف-5: مونوگرام GC مربوط به محصولات آزمایش ناپیوسته در سرم باتل همراه با2-پنتانون به عنوان استاندارد……………………………………………………………………………………………………………………….184
شکل الف-6: مونوگرام GC مربوط به محصولات آزمایش پیوسته در بیوراکتور همراه با2-پنتانون به عنوان استاندارد……………………………………………………………………………………………………………………….184
شکل ب-1: ترسیم رابطه خطی (ب-4) برای یافته های آزمایشگاهی در شدت جریانهای مختلف گاز…………..189
لیست تصویرها
تصویر 3‑1: آمپول حاوی باکتری کلستریدیوم لانگالی ATCC 55383. 69
تصویر 3‑2: نحوه وارد کردن گاز به داخل سرم باتل. 74
تصویر 3‑3: محفظه بی هوازی همراه با کپسول نیتروژن برای ایجاد شرایط بی هوازی.. 76
تصویر 3‑4: باکتری لانگالی رشد داده شده روی پلیت آگار 78
تصویر 3‑5: باکتری رشد کرده در محیط کشت مایع (سرم باتل سمت راست) و محیط کشت تازه بدون باکتری (سرم باتل سمت چپ) 78
تصویر 3‑6: محیط کشت استریل همراه با تدلار بگ و جریان ورودی به بیوراکتور 86
تصویر 3‑7: نمایی از سیسستم پیوسته در فرایند تخمیر گاز سنتز توسط باکتری لانگالی.. 87
لیست علایم و اختصارات
ی نوشته‌ها
فرم در حال بارگذاری ...
|
[چهارشنبه 1399-10-17] [ 05:44:00 ق.ظ ]
|
