Process Modelling and Optimization of Green Lube Oil Synthesis

Abstract

Modeling and optimization of trans-esterification of palm kernel oil (PKO) to trimethylolpropone ester (TMP ester- a bio-lubricant) via palm kernel oil methyl ester (PKOME-a biodiesel) synthesis were investigated. The central composite design (CCD) component of the response surface methodology (RSM) was adopted for the optimization of the process parameters, where temperature and weight ratio of PKOME to TMP were held constant at 130 °C and 3.9 : 1 respectively, to generate 20 experimental runs. Bio-lubricant yield was calculated for each experimental run. A quadratic-like model was generated that related the yield to the process parameters (Reaction time, Stirring Speed, and Catalyst concentration). The predicted and actual R2 value were 0.9856 and 0.9959 respectively, which indicate an excellent agreement between experimental and predicted bio-lubricant yield. The predicted maximum bio-lubricant yield was 98.11 % at reaction time of 99.9084 mins, stirring speed of 863.794 rpm, and catalyst concentration 0.84522 wt. %. The experimental value obtained under same conditions was 96.996 %. Physico-chemical analysis of the bio-lubricant synthesized at optimum conditions were found to be within the range of the ASTM standard for bio-lubricants

Были исследованы моделирование и оптимизация трансэтерификации косточко- вого пальмового масла (PKO) в сложный эфир триметилолпропана (сложный эфир TMP – био- лубрикант) посредством синтеза метилового эфира косточкового масла (PKOME-a биодизель). Компонент центрального композитного дизайна (CCD) методологии поверхности отклика (RSM) был принят для оптимизации параметров процесса, где температура и массовое отно- шение PKOME к TMP поддерживались постоянными на уровне 130 °C и 3,9:1 соответственно, чтобы получить 20 экспериментальных прогонов. Ресурс биосмазки был рассчитан для каж- дого экспериментального цикла. Была создана квадратичная модель, которая связала выход с параметрами процесса (время реакции, скорость перемешивания и концентрация катализа- тора). Прогнозируемое и фактическое значения R2 составили 0,9856 и 0,9959 соответственно, что указывает на превосходное соответствие экспериментального и прогнозируемого выходов биосмазки. Прогнозируемый максимальный выход биосмазки был равен 98,11 % при времени реакции 99,9084 мин, скорости перемешивания 863,794 об/мин и концентрации катализато- ра 0,84522 мас. %. Экспериментальное значение, полученное при тех же условиях, составило 96,996 %. Было обнаружено, что физико-химический анализ биосмазок, синтезированных в оптимальных условиях, находится в пределах диапазона стандарта ASTM для биосмазок