Nghiên cứu quá trình tổng hợp và tinh chế biodiesel từ dầu đậu nành

Download miễn phí Đồ án Nghiên cứu quá trình tổng hợp và tinh chế biodiesel từ dầu đậu nành





 

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2

I.1 Khái quát chung về nhiên liệu khoáng và nhiên liệu diesel.[1,2,6.7] 2

I.2 Tổng quan về dầu thực vật.[4,7,13,14] 7

I.2.1 Thành phần hoá học của dầu thực vật. 7

I.2.2 Tính chất lý học của dầu thực vật . 9

I.2.3 Tính chất hoá học của dầu thực vật. 10

I.2.4 Các chỉ số quan trọng của dầu thực vật. 11

I.2.5 Giới thiệu về một số dầu thông dụng. 13

I.3 Động cơ diesel và nhiên liệu diesel .[6,9,12,23]. 15

I.3.1 Động cơ diesel . 15

I.3.2. Nhiên liệu diesel truyền thống. 16

I.3.3 Khí thải của nhiên liệu diesel truyền thống. 19

I.4. Tổng quan về biodiesel .[1,2,7,9 ,11] 20

I.4.1 Nhiên liệu sinh học. 20

I.4.2 Giới thiệu về biodiesel . 21

I.4.3. Các quá trình chuyển hoá este tạo biodiesel. [9] 28

I.4.4.Quá trình chuyển hoá este sử dụng xúc tác bazơ. 31

CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM 37

II.1. Quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành. 37

II.1.1. Yêu cầu về nguyên liệu. 37

II.1.1.1 Alcol. 37

II.1.1.2. Dầu thực vật( dầu đậu nành). 38

II.1.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá tổng hợp biodiesel. 39

II.1.3. Cách tiến hành tổng hợp biodiesel. 41

II.1.3.1. Các thiết bị chính trong quá trình thực nghiệm. 41

II.1.3.2. Các bước làm. 42

II.1.3.3. Quá trình tách và tinh chế sản phẩm: 43

II.2. Các phương pháp phân tích chất lượng sản phẩm.[3,5] 46

Thực nghiêm: 52

CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 53

III.1. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quả trình tổng hợp biodiesel từ dầu đậu nành trên xúc tác NaOH . 53

III.1.1. Nồng độ xúc tác NaOH. 53

III.1.2. Ảnh hưởng thời gian phản ứng. 54

III.1.3. Tỷ lệ metanol/ dầu. 56

III.1.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng. 57

III.1.5. Ảnh hưởng của tốc độ nạp liệu. 58

III.2.1. Các yếu tố ảnh hưởng tới quá trình phân tách sản phẩm. 59

III.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình làm sạch metyl este. 61

III.2.3 Đáng giá chất lượng sản phẩm. 63

III.2. Khảo sát quá trình tổng hợp biodiesel từ etanol. 66

III.3.Thử nghiệm nhiên liệu biodiesel ( B20) trong động cơ. 69

III.3.1. Ảnh hưởng của nhiên liệu biodiesel tới công suất của động cơ. 70

III.3.2. Xác định thành phần khí thải và so sánh với diesel khoáng. 71

KẾT LUẬN 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 76

I.TIẾNG VIỆT. 76

II.TIẾNG ANH. 76

 

 

 





Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.

Ket-noi - Kho tài liệu miễn phí lớn nhất của bạn


Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ket-noi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí

Tóm tắt nội dung tài liệu:


el /diesel cao. Tuy nhiên cũng có thể giảm NOx bằng cách sử dụng bộ tuần hoàn khí thải, hay lắp hộp xúc tác ở ống xả của động cơ.
* Tính chất thời vụ của nguồn nguyên liệu dầu thực vật . Vì vậy muốn sử dụng biodiesel như là một dạng nhiên liệu thường xuyên thì cần quy hoạch tốt vùng nguyên liệu.
* Tính kém ổn định. Biodiesel dễ bị phân huỷ do vậy kém ổn định.
*Quá trình sản xuất biodiesel không đảm bảo: Rửa diesel không sạch thì khi sử dụng vẫn gây ra các vấn đề về ô nhiễm: Do vẫn còn xà phòng, kiềm dư, methanol, glyxerin tự do là những chất gây ô nhiễm mạnh. Vì vậy phải có các tiêu chuẩn cụ thể để đánh giá chất lượng của biodiesel .
Các tiêu chuẩn đánh giá chất lượng của biodiesel được cho trong bảng I.9:
Bảng I.9: Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM – D6751
STT
Chỉ tiêu đánh giá
Giá trị
1
Tỷ trọng
0.8 – 0.9
2
Độ nhớt (400C, mm2/s)
1.9 – 6.0
3
Nhiệt độ chớp cháy, 0C
Min 130
4
Hàm lượng nước, % thể tích
Max0.05
5
Glyxerin tự do, % khối lượng
Max0.02
6
Hàm lượng lưu huỳnh sulfat, % khối lượng
0.02
7
Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng
Max 0.05
8
Hàm lượng phốt pho, % khối lượng
Max 0.001
9
Chỉ số axit, mg KOH/g nhiên liệu
Max 0.8
10
Độ ăn mòn đồng (3h/500C)
< N03
11
Trị số xetan
>47
12
Cặn cacbon, % khối lượng
<0.05
13
Tổng lượng glyxerin, % khối lượng
Max 0.24
I.4.3. Các quá trình chuyển hoá este tạo biodiesel. [9]
Biodiesel có thể được sản xuất bởi nhiều công nghệ este hóa khác nhau. Về phương diện hóa học quá trình chuyển hóa este (hay còn gọi là quá trình rượu hóa) có nghĩa là từ một phân tử glyxerit hay các axit béo, trung hòa các axit béo tự do, tách glyxerin và tạo ra các alkyl este. Rượu được sử dụng trong các quá trình này thường là các rượu đơn chức chứa khoảng từ một đến tám nguyên tử cacbon: metanol, etanol, butanol, và amylalcol. Metanol và etanol là hay được sử dụng nhất. Etanol có ưu điểm là sản phẩm của nông nghiệp, có thể tái tạo được, dễ bị phân hủy sinh học, ít ô nhiễm môi trường hơn, nhưng metanol lại được sử dụng nhiều hơn do giá thành thấp hơn, cho phép tách đồng thời pha glyerin, do nó là rượu mạch ngắn nhất và phân cực. Phản ứng tương tự sử dụng etanol phức tạp hơn vì nó yêu cầu lượng nước trong rượu và trong dầu rất thấp. Ngoài ra, metyl este có năng lượng lớn hơn etyl este, khả năng tạo cốc ở vòi phun thấp hơn. Có ba phương pháp cơ bản để sản xuất biodiesel từ dầu thực vật và mỡ động vật là:
*Phương pháp siêu tới hạn: Đây là phương pháp mới không cần sử dụng xúc tác nhưng nhiệt độ và áp suất tiến hành phản ứng rất cao (áp suất trên 100Mpa và nhiệt độ 850K). Phương pháp này cho độ chuyển hóa cao, thời gian phản ứng ngắn nhất, quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản nhất vì không sử dụng xúc tác, nhưng đòi hỏi chế độ công nghệ cao, phức tạp.
*Phương pháp chuyển hóa dầu thành axit, và sau đó este hóa thành biodiesel . Phương pháp này phải trải qua hai giai đoạn, hiệu quả của quá trình này không cao nên ít được sử dụng.
*Phương pháp trao đổi este có sử dụng xúc tác. Có ba loại xú tác hay được sử dụng đó là
+Xúc tác axit: Chủ yếu là axit Bronsted như H2SO4, HClxúc tác đồng thể trong pha lỏng. Phương pháp xúc tác đồng thể này đòi hỏi nhiều năng lượng cho quá trình tinh chế sản phẩm. Các xúc tác này cho độ chuyển hóa thành este cao, nhưng phản ứng chỉ đạt độ chuyển hóa cao khi nhiệt độ cao trên 1000C và thời gian phản ứng lâu hơn, ít nhất trên 6 giờ mới đạt độ chuyển hóa hoàn toàn. Ví dụ như sử dụng xúc tác H2SO4 nồng độ 1% với tỷ lệ metanol/ dầu đậu nành là 30/1 tại 650C mất 50 giờ mới đạt độ chuyển hóa 99%. Xúc tác axit dị thể được sử dụng trong quá trình này như là SnCl2, zeolite USY-292, nhựa trao đổi anion Amberlyst A26, A27Xúc tác này có ưu điểm là quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản, không tốn nhiều năng lượng, nhưng ít được sử dụng vì nó có độ chuyển hóa thấp.
+Xúc tác bazơ: Xúc tác bazơ được sử dụng trong quá trình chuyển hóa este dầu thực vật có thể là xúc tác đồng thể trong pha lỏng như: KOH, NaOH, K2CO3, CH3ONa hay xúc tác dị thể như: MgO, nhựa trao đổi cation Amberlyst 15, titanium silicate TISXúc tác đồng thể CH3ONa cho độ chuyển hóa cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, nhưng yêu cầu không được có mặt của nước vì vậy không thích hợp trong các quá trình công nghiệp. Còn xúc tác dị thể có hoạt tính cao nhất là MgO nhưng hiệu suất sản phẩm thu được khi sử dụng xúc tác này thấp hơn khoảng 10 lần so với NaOH hay KOH.
Kết quả thử nghiệm đối với các loại xúc tác khác nhau ở cùng điều kiện nhiệt độ là 600C , thời gian phản ứng là 8 giờ, cùng một loại dầu, cùng một tác nhân rượu hóa, tỷ lệ mol rượu/dầu như nhau đưa ra ở bảng I.10:
Bảng I.10: Độ chuyển hóa của sản phẩm metyl este được điều chế bởi phản ứng trao đổi este với các loại xúc tác khác nhau.
Xúc tác
Độ chuyển hóa
NaOH
100,0
Amberlyst A26
0,1
Amberlyst A27
0,4
Amberlyst 15
0,7
TIS
0,6
SnCl2
3,0
MgO
11,0
USY-292
0,2
Từ bảng số liệu trên ta thấy: độ chuyển hóa đạt cao nhất khi sử dụng xúc tác kiềm, còn các loại xúc tác dị thể cho độ chuyển hóa rất thấp, cao nhất cũng chỉ đạt 11% với xúc tác MgO.
+Xúc tác enzym: gần đây có rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến khả năng ứng dụng của xúc tác vi sinh trong quá trình sản xuất biodiesel. Các enzym nhìn chung là xúc tác sinh học có đặc tính pha nền, đặc tính nhóm chức và đặc tính lập thể trong môi trường nước. Cả hai dạng lipaza ngoại bào và nội bào đều xúc tác một cách có hiệu quả cho quá trình trao đổi este của triglyxerit trong môi trường hay nước hay không nước. Các phản ứng trao đổi este sử dụng xúc tác enzym có thể vượt qua được tất cả các trở ngại gặp phải đối với quá trình chuyển hóa hóa học trình bày ở trên. Đó là những sản phẩm phụ như: metanol và glyxerin có thể được tách ra khỏi sản phẩm một cách dễ dàng mà không cần bất kỳ một quá trình nào phức tạp, đồng thời các axit béo tự do có chứa trong dầu mỡ sẽ được chuyển hóa hoàn toàn thành metyl este. Sử dụng xúc tác enzym có ưu điểm là độ chuyển hóa cao nhất, thời gian phản ứng ngắn nhất, quá trình tinh chế sản phẩm đơn giản, nhưng xúc tác này chưa được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp vì xúc tác enzym có giá thành rất cao. Để có thể sử dụng xúc tác enzym lặp lại nhiều lần, người ta đã mang enzym lipaza trên chất mang xốp (có thể là vật liệu vô cơ, cũng có thể là nhựa anionic,). Việc dễ dàng thu hồi xúc tác để sử dụng nhiều lần đã làm giảm rất nhiều chi phí của quá trình, tạo tiền đề cho việc ứng dụng của công nghệ vi sinh trong quá trình sản xuất biodiesel.
Bảng I.11: So sánh các điều kiện công nghệ của quá trình sản xuất biodiesel theo phương pháp xúc tác kiềm và xúc tác enzym
Xúc tác sử dụng
Các thông số công nghệ
Xúc tác kiềm
Xúc tác sinh học
Nhiệt độ phản ứng
60 ¸ 700C
30 ¸ 400C
Các axit béo tự do trong nguyên liệu
Sản phẩm xà phòng hóa
Metyl este
Nước trong nguyên liệu
Tham gia vào phản ứng
Không ảnh hưởng
Hiệu suất metyl este
Cao
Rất cao
Thu hồi glyxerin
Khó
Dễ
Làm sạch metyl este
Rửa nhiều lần
Không cần rửa
Giá thành xúc tác
Rẻ tiền
Khá đắt
Qua bảng số liệu trên ta thấy sử dụng xúc tác enzym sẽ cho hiệu suất cao hơn, các điều kiện của nguyên liệu cũng được mở rộng hơn (cho phép nguyên liệu có chỉ số axit, có lẫn nước) và các yêu cầu công nghệ cũng không phức tạp như khi sử dụng xúc tác bazơ. Nhưng trong công nghiệp thì xúc tác kiềm vẫn được ưu tiên số một do giá thành rẻ hơn.
I.4.4.Quá trình chuyển hoá este sử dụng xúc tác bazơ.
Hiện nay, trên thế giới biodiesel được sản xuất theo phương pháp sử dụng xúc tác trực tiếp bazơ. Do sử dụng xúc tác này hiệu xuất chuyển hoá cao. Dầu thực vật hay mỡ động vật sẽ được lọc và sử lý trước để loại bỏ nước và tạp chất. Nếu nguyên liệu của ta còn hàm lượng axit béo lớn thì ta có thể sử lý theo cách sau:
*Phương pháp tách axit béo tự do bằng cách rửa bằng dung dịch sô đa (Na2CO3) 10% sau đó rửa sạch sô đa bằng nước nóng 80-90oC.
*Phương pháp chuyển hoá các axit béo thành biodiesel bằng cách sử dụng các công nghệ tiền sử lý đặc biệt. Có nghĩa là axit béo tự do trong dầu thực vật kết hợp với metanol trong môi trường axit để tạo ra biodiesel .
Sau khi dầu đã qua sử lý được trộn lẫn với alcol( thường là metanol, etanol) và chất xúc tác thường là NaOH hay KOH. Các phân tử dầu glyxerit bị bẻ gẫy và chuyển hoá thành este và glyxerin. Theo tính toán một tấn dầu thực vật và 100 kg metanol sẽ cho chúng ta khoản 1 tấn biodiesel và 100 kg glyxerin . Sản phẩm thu được sẽ tách thành hai pha este và glyxerin . Metanol chưa phản ứng hết và chất xúc tác phân tán trong cả hai pha. Glyxerin có tỷ trọng nặng hơn( d=1.261) nên lắng xuống dưới và được tách ra ở đáy tháp. Pha giàu biodiesel sẽ được lấy ra ở trên sau đó este được rửa bằng nước ( để loại bỏ metanol chưa phản ứng và tách chất chất xúc tác và vết glyxerin ) sau đó sấy chân không và lọc
Quá trình sản xuất biodiesel có thể được thực hiện theo sơ đồ sau đây:
Metanol
Xúc tác
Dầu thưc vật
Khuấy trộn
Chuyển hoá este
Thu hồi metanol từ biodiesel
Tách pha
Trung hoà xách tác của pha glyxerin
Trung hoà ...

Music ♫

Copyright: Tài liệu đại học ©