BỘ CÔNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU DẦU VÀ CÂY CÓ DẦU BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT ISOPROPYL PALMITATE TỪ
ISOPROPANOL VÀ PALMSTEARIN
MÃ SỐ ĐỀ TÀI: 226.10.RD/ HĐ-KHCN CHỦ TRÌ THỰC HIỆN: KS. BÙI THANH BÌNH

NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT ISOPROPYL PALMITATE
TỪ ISOPROPANOL VÀ PALMSTEARIN
Thực hiện theo Hợp đồng đặt hàng sản xuất và cung cấp dịch vụ
sự nghiệp công nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ
số 226.10.RD/HĐ-KHCN ngày 02/4/2010 giữa Bộ Công
Thương và Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu Chủ trì thực hiện: KS. Bùi Thanh Bình

Tham gia thực hiện: KS. Võ Bửu Lợi
KS. Đặng Thị Thanh Hương
CN. Lê Thị Xuân Mai
TS. Nguyễn Hữu Lương

TP. Hồ Chí Minh, tháng 12/ 2010
LỜI NÓI ĐẦU
Năm 2005, Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu đã thực hiện đề tài
“Nghiên cứu sản xuất một số axit béo kỹ thuật từ nguồn dầu mỡ phế thải phục
vụ cho công nghiệp sản xuất cao su và nhựa” kết quả đã sản xuất được axit béo

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 3
1.1. Tình hình nghiên cứu trong nước 3
1.1.1. Công nghệ hóa dầu béo ở Việt Nam 3
1.1.2. Tổng quan giới thiệu về Isopropyl palmitate 4
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước: 7
1.2.1. Nhu cầu về các sản ph
ẩm hóa dầu béo 7
1.2.2. Các nghiên cứu về tổng hợp isopropyl palmitate (IPP): 9
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM 12
2.1. Vật liệu 12
2.2. Phương pháp nghiên cứu 12
2.2.1. Phương pháp kế thừa: 12
2.2.2. Phương pháp phân tích 12
2.2.3. Phương pháp toán học: 12
2.2.4. Phương pháp thực nghiệm 12
2.3. Thiết bị - dụng cụ 19
CHƯƠNG 3 : KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 20
3.1. Lựa chọn nguyên liệu và chất xúc tác phù hợp 20
3.1.1. Sản xuất Axit palmitic từ Palm stearin [2] 20
3.1.2. Lựa chọn xúc tác phù hợp 22
3.2. Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật cho qui trình sản xuất
isopropyl palmitate 23
3.2.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng: 23
3.2.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của tỉ lệ isopropanol/axit palmitic
đến hiệu

ii

suất phản ứng 23
3.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất xúc tác H

iii

Danh sách bảng

Bảng 1: Đặc điểm kỹ thuật của Isopropyl palmitate 4
Bảng 2: Một số sản phẩm mỹ phẩm có sử dụng isopropyl palmitate trong thành
phần của mình 8
Bảng 3: Chất lượng và thành phần của palm stearin và axit palmitic thành
phẩm 21
Bảng 4: Chất lượng và thành phần của axit palmitic (Malaysia) trên thị trường22
Bảng 5: Sự thay đổi chỉ
số axit (AV) trong quá trình phản ứng khi sử dụng 2
loại xúc tác đồng thể (H
2
SO
4
đđ) và dị thể (Amberlyst-15WET): 22
Bảng 6: Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến chỉ số axit và hiệu suất phản
ứng 23
Bảng 7 : Kết quả phân tích chất lượng sản phẩm Isopropyl palmitate 35
Bảng 8: Tính toán giá thành sản phẩm 36

n chỉ số axit sau cùng của sản
phẩm IPP 31
Biểu đồ 10: Ảnh hưởng của nồng độ KOH đến hiệu suất quá trình xà phòng. 32 v

Danh sách hình

Hình 1: Sơ đồ lắp đặt phản ứng tổng hợp IPP. 14
Hình 2: Qui trình sản xuất axit palmitic từ palm stearin 20
Hình 3: Qui trình sản xuất axit palmitic từ palmstearin 33
Hình 4: Qui trình sản xuất Isopropyl Palmitate từ axit palmitic và isopropanol34
Hình 5,6: Quá trình tổng hợp Isopropyl palmitate 41
Hình 7: Quá trình lắng, rửa Isopropyl palmitate 41
Hình 8: Sản xuất thử nghiệm Isopropyl palmitate (3kg/mẻ) 42
Hình 9: Sản phẩm Isopropyl palmiate 42


Bộ trưởng Bộ Công thương về việc đặt hàng thực hiện các nhiệm vụ KH và CN
năm 2010 cho Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu và Hợp đồng Nghiên cứu
Khoa học và Phát triển công nghệ số 226.10.RD/HĐ-KHCN ký ngày 02/4/2010
giữ
a Vụ Khoa học và Công nghệ - Bộ Công thương và Viện Nghiên cứu Dầu
và Cây có dầu.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài:
Tận dụng isopropanol (trong công nghiệp dầu mỏ) và palmstearin (trong
dầu cọ) để sản xuất isopropyl palmitate sử dụng trong công nghiệp sản xuất mỹ
phẩm và các chất hoạt động bề mặt.
Đa dạng hóa các sản phẩm hóa béo, giảm nhập khẩu đồng thời tạo ra sản
phẩ
m có giá trị cao phục vụ cho nhu cầu chăm sóc con người như các sản phẩm
kem dưỡng da, dầu tắm, dầu spa … giúp làm mềm, mịn, chống lão hóa da. Góp
phần đi vào nghiên cứu phát triển các sản phẩm hóa dầu béo (oleochemie)
Đối tượng / phạm vi và nội dung nghiên cứu:
Đối tượng nghiên cứu:
- Isopropanol và Axit Palmitic từ Palmstearin, Axit palmitic thị trường
- Xúc tác axit đồng thể và dị thể: H
2
SO
4
đậm đặc và Amberlyst -15WET
Phạm vi nghiên cứu:
- Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất Isopropyl palmitate từ
Isopropanol và Palmstearin
- Sản xuất thử ở qui mô 3kg/mẻ. Sản phẩm đạt chất lượng:
* Hàm lượng Isopropyl palmitate: ≥ 90%
* Chỉ số axit : ≤0,5 mgKOH/g
* Chỉ số xà phòng: 180 – 190

theo là Stearate Magie và Oleate Ammonia.
- Nghiên cứu ứng dụng Oleate Ammonia để s
ản xuất phân bón lá và
thuốc bảo vệ thực vật cho cây có dầu. Ứng dụng sản phẩm Oleate
Ammonia làm ra từ quy trình sản xuất các sản phẩm hóa béo để làm
chất bám dính thay thế thành phần có công dụng tương tự trong sản
xuất phân bón lá và thuốc bảo vệ thực vật dùng cho các cây có dầu.
Bên cạnh đó, việc nghiên cứu và ứng dụng dầu béo để sản xuất nhiên liệu
sinh học (biodiesel) chủ yếu tập trung vào quá trình transester hóa các
triglyceride có trong dầu thực vật với methanol trên các lọai xúc tác acid và baz.
Trong khỏang 5 năm gần đây, các nghiên cứu về điều chế nhiên liệu biodiesel
từ dầu thực vật đã được thực hiện ở Hà Nội (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và
Công nghệ Quốc Gia) và Tp. Hồ Chí Minh (Đại học Quốc Gia Tp. Hồ Chí
Minh). Từ năm 2000, một số nhóm nghiên cứu ở Viện Hóa Học, Viện Môi
Trường (Trung tâm Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Quố
c Gia) và ở Trung
tâm Khoa học Môi trường và Phát triển bền vững thuộc Đại học Quốc Gia Hà
Nội bắt đầu nghiên cứu công nghệ siêu âm để điều chế nhiên liệu biodiesel từ
dầu thực vật.

4
1.1.2. Tổng quan giới thiệu về Isopropyl palmitate

Tên hóa học: Iso-Propyl Palmitate
Công thức hóa học: CH
3
(CH
2
)
14

Tỷ trọng (25
o
C) 0,850 – 0,855
Chỉ số iot (gI
2
/100g) ≤ 1
Chỉ số xà phòng hóa (mgKOH/g) 185 – 191
Điểm đục (
o
C) 9 – 12
pH (10% dung môi) ≥ 4,4
Độ ẩm ≤ 0,1

5
Tạp chất hữu cơ dễ bay hơi trong khoảng cho phép
Mùi đặc trưng

b. Ứng dụng của Isopropyl palmitate:
Ester của axit béo chủ yếu được dùng làm chất độn cơ bản trong ngành
mỹ phẩm (có thể giữ ẩm cho da và giúp da không bị khô), y dược, và các sản
phẩm chăm sóc cá nhân. Lượng Isopropyl palmitate có thể thêm vào trong mỹ
phẩm từ 2 – 10%.
Isopropyl palmitate là một loại dung môi tốt cho dầu khoáng, silicon và
mỡ cừu. Từ tính chất này, người ta đang nghiên cứu dùng Isopropyl palmitate
để làm phụ gia chống đóng băng cho Biodiesel, nó sẽ giúp hạ đi
ểm đông của
Biodiesel xuống thấp hơn đối với các khu vực có khí hậu lạnh.
c. Cơ chế phản ứng tổng hợpisopropyl palmiate
- Phản ứng ester hóa tổng hợp Isopropyl palmitate diễn ra theo phương trình:


14
; R’ = (CH
3
)
2
CH
H
2
SO
4
T

6

- Giải thích cơ chế phản ứng:
• Trong môi trường axit (H
+
), axit palmitic [I] được proton hóa tạo hợp
chất trung gian [II].
• Đôi (e) trên C bị kéo về nguyên tử oxy kế cận làm C thiếu (e).
• Nguyên tử oxy của rượu [III[ giàu (e) hơn, tác kích vào nguyên tử C
thiếu (e) hình thành hợp chất trung gian [IV].
• Nguyên tử oxy thiếu e rút đôi (e) chung của nguyên tử C kế cận hình
thành hợp chất ester [VI].
- Các thông số ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp IPP:
+ Tỉ lệ tác chất rượu : axit palmitic
+ Hàm lượng chấ
t xúc tác axit sulphuric đậm đặc
+ Nhiệt độ phản ứng
+ Thời gian phản ứng

+ Tốn lượng nhiều xúc tác cho các phản ứng.
+ Phải tinh chế và thu hồi sản phẩm (tách axit ra khỏi sản phẩ
m).
1.2. Tình hình nghiên cứu ngoài nước:
1.2.1. Nhu cầu về các sản phẩm hóa dầu béo
Nhu cầu của Thế giới về các sản phẩm của công nghệ hóa dầu béo ngày
càng tăng và vì vậy công nghiệp hóa dầu béo cũng ngày càng phát triển. Năm
2000, tổng các sản phẩm là 6,26 triệu tấn và người ta dự đoán đến năm 2010 là
7,75 triệu tấn. Doanh thu của tập đoàn Cognis từ các sản phẩm hóa dầu béo
năm 2004 là 430 triệu euro, năm 2005 là 436 triệ
u euro (tăng 1,5%).
Các sản phẩm hóa dầu béo có các ứng dụng rất rộng rãi trong các ngành
công nghiệp như dược phẩm, mỹ phẩm, dệt, nhựa, cao su, khoáng chất … Chỉ
riêng các sản phẩm của công nghiệp các chất hoạt động bề mặt tính bình quân
trên đầu người hàng năm ở các nước công nghiệp là 20kg, ở các nước Đông
Nam Á là 5kg. Trong tương lai gần, với mức sống tăng lên, Đông Nam Á, đặc
biệt là Tây Á và Trung Quốc là một th
ị trường tiềm năng to lớn cho các sản
phẩm chăm sóc con người, và các chất tẩy rửa, chất hoạt động bề mặt. Người ta
dự đoán đến năm 2010 các sản phẩm làm sạch chăm sóc con người, các chất
tẩy rửa sẽ tăng 4%/năm và các sản phẩm mỹ phẩm tăng 7,7%/năm tại châu Á.
Trong các sản phẩm trên thì lượng các ester béo (isopropyl palmitate và
isopropyl stearate) sử dụng từ 2-10%. Đặc biệt là trong các s
ản phẩm Spa
chúng được dùng làm dầu nền cao cấp với lượng sử dụng lên đến 90% vì khả
năng thấm sâu vào da, giúp làm mềm, mịn và chống lão hóa da.
Nhu cầu về các sản phẩm hóa dầu béo, trong đó có các sản phẩm chăm sóc
phục vụ cho con người, các chất tẩy rửa cao cấp và mỹ phẩm là rất lớn và ngày
càng gia tăng theo mức sống của xã hội.


olyethylene glycol ether complex, glyceryl
monostearate, cetyl alcohol, isopropyl palmitate, light
liquid paraffin, myristyl lactate, antaria essence 73/82,
purified water
Sản phẩm dầu tắm Thành phần
Oilatum bath emollient Light liquid paraffin, acetylated lanolin alcohols,
isopropyl palmitate, polyethylene glycol 400 dilaurate,
polyoxyethylene 40 sorbital septaoleate, floral spice
Oilatum fragrance free Light liquid paraffin, acetylated lanolin alcohols,
isopropyl palmitate, polyethylene glycol 400 dilaurate,

9
macrogol ester
Oilatum plus Light liquid paraffin, benzalkonium chloride solution,
triclosan, acetylated lanolin alcohols, isopropyl
palmitate, oleyl alcohol, polyoxyethylene lauryl ether
- Trong thành phần son dưỡng môi Apo 8X “Thế hệ mới” của công ty
Ronto Metholatum có chứa isopropyl palmitate với hàm lượng 15%.
1.2.2. Các nghiên cứu về tổng hợp isopropyl palmitate (IPP):
a. Các nhà nghiên cứu thuộc tập đoàn Mobil Oil Corp đã phát triển 1
loại vật liệu rây phân tử kích thước lỗ xốp trung bình MCM-41 để tổng hợp
phản ứng ester hóa giữa axit palmitic và isopropanol.
MCM-41 có thể tích riêng, diện tích bề mặt lớn, đường kính lỗ xốp trung
bình, độ phân bố trật tự xắp xế
p có trật tự cao cho phép khả năng tương hợp tốt
với các kim loại vào cấu trúc nên gia tăng tính ổn định nhiệt và tạo thêm nhiều
vùng hoạt hóa. Do đó được dùng là chất hấp thụ, xúc tác dị thể không những
cho phản ứng ester hóa mà còn cho công nghiệp hóa học như: sản xuất biofuel,
quá trình alkyl hóa các phân đoạn dầu mỏ.
b. Nhóm tác giả Alípio C. Carmo Jr, Luiz K.C. de Souza, Carlos E.F. da

 Hỗn hợp phản ứng sau đó được làm lạnh ở nhiệt độ phòng, sau đó thêm
vào 20ml diethyl ether. Dung dịch sau đó được rửa lại với dung dịch
NaOH 2M hai lần và sau đó tiếp tục được rửa lại với nước.
 Hỗn hợp sau đó được làm khô với MgSO
4
và được lọc. Dung môi từ hỗn
hợp sẽ được bay hơi ở áp suất thấp. Sản phẩm thô thu được từ các quá
trình này sẽ trải qua quá trình chưng cất chân không nhằm thu được sản
phẩm tinh khiết.
d. Nhóm các tác giả S. Bhatia, A.L. Ahmad, A.R. Mohamed, S.Y. Chin,
(Malaysia), năm 2006 đã tiến hành sản xuất thử nghiệm isopropyl palmitate từ
axit palmitic và 2-propanol trong một tháp chưng cất xúc tác với đường kính
102 mm, chiều dài lớp packing xúc tác thiết kế 3m. Xúc tác phản ứng là kẽm
acetat trên n
ền chất mang silicagel [8].
Kết quả nghiên cứu
 Thành phần tỉ lệ mol của nguyên liệu isopropanol/ axit palmitic là 2.
 Các thông số tối ưu đối với quy trình sau khi tiến hành thí nghiệm thu
được là: Lưu lượng đầu vào: 50 mol/h, tỉ lệ dòng nguyên liệu hồi lưu 0,5.
0,6 kW, thành phần axit palmitic:100 mol% và nhiệt độ axit palmitic là
120
o
C.
 Sản phẩm isopropyl palmitate thu được với độ tinh khiết 86%,độ chuyển
hóa axit plamitic 94% ở điều kiện tối ưu.
e. Các nghiên cứu khác
- Các tác giả Sang-Wook Park, Hyun-Bum Cho, Dong_soo Suh và Chan-
Woo Kim (1999) đã nghiên cứu động học của phản ứng giữa isopropyl alcohol
và axit lauric trên xúc tác tricaprylylmethylammonium chloride trong khỏang
nhiệt độ 25-5512
CHƯƠNG 2. THỰC NGHIỆM
2.1. Vật liệu
* Nguyên liệu:
- Isopropanol (IPA) (99,7%): Trung Quốc
- Palm stearin: Malaysia
- Axit Palmitic: Malaysia
- H
2
SO
4
đậm đặc: Trung Quốc
- Xúc tác dị thể Amberlyst-15WET.
* Hoá chất cho phân tích:
- KOH, Ethanol, Hexan, Benzen, HCl, Na
2
SO
4
, Methanol, Diethyl
ether….3.1. Phương pháp tiến hành nghiên cứu:
2.2. Phương pháp nghiên cứu
2.2.1. Phương pháp kế thừa: Dựa trên tổng quan tài liệu về các nghiên cứu đã
thực hiện liên quan đến phản ứng tổng hợp Isopropyl palmitate.
2.2.2. Phương pháp phân tích: Sử dụng các phương pháp phân tích hiện đại
theo AOAC, TCVN để đánh giá thành phần và tính chất của nguyên liệu và
sản phẩm.

4
đđ
- TN 2: Xúc tác axit dạng rắn: Amberlyst – 15WET
+ Các yếu tố cố định:
- Tỉ lệ mol Isopropanol/axit Palmitic : 20:1
- Hàm lượng xúc tác: 7,0%
- Nhiệt độ phản ứng: 83
0
C
- Tốc độ khuấy: 500 vòng/phút
+ Chỉ tiêu theo dõi: Chỉ số axit theo thời gian
Nội dung 2:
Nghiên cứu xác định các thông số kỹ thuật (tỉ lệ IPA/PA,
nồng độ xúc tác, nhiệt độ, thời gian phản ứng và phương pháp tinh chế hỗn
hợp sản phẩm để thu IPP)
Quá trình tổng hợp IPP được chia thành hai giai đọan: (1) tổng hợp IPP
và (2) tinh chế sản phẩm.
Giai đọan 1: Tổng hợp IPP: Khảo sát tìm điều kiện tối ưu cho quá trình
chuyển hóa axit Palmitic thành Isopropyl palmitate
Cách thức tiến hành:
- Cân chính xác khối lượng axit palmitic rắ
n bằng cân 4 chữ số.
- Đong chính xác thể tích isopropyl alcohol (IPA) bằng ống đong theo tỉ lệ
đặt ra.
- Cân xúc tác H
2
SO
4
đúng tỉ lệ phần trăm khối lượng theo axit palmitic.
- Cho tất cả vào thiết bị phản ứng dạng bình cầu 3 cổ (500ml).

AV sản phẩm)
- Dựa vào AV của hỗn hợp và nồng độ KOH sử dụng, tính toán lượng
KOH cần thiết để trung hòa.
- Sử dụng một lượng dư KOH so với tính toán để xà phòng hóa hỗn hợp.
Sau đó rửa lại hỗn hợp bằng nước cất ấm (60
0
C).
- Sau đó, sấy hỗn hợp ở nhiệt độ 105
o
C trong khoảng 60 phút để bay hơi
nước (tương tự lần sấy trước).
- Đo chỉ số axit của mẫu sản phẩm sau sấy.

15
- Xác định hiệu suất thu IPP.
Mỗi thí nghiệm được thực hiện 3 lần để đánh giá độ lặp lại của kết quả thí
nghiệm, sai số giữa các kết quả của cùng điều kiện thí nghiệm cho phép không
vượt quá 5%.
a. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng đến hiệu suất
phản ứng
- NT1: Nhiệt độ phả
n ứng : 65
o
C
- NT2: Nhiệt độ phản ứng : 83
o
C
+ Yếu tố cố định:
- Tỉ lệ mol isopropanol/axit palmitic : 25:1
- Hàm lượng xúc tác H

2
SO
4
)
đến hiệu suất phản ứng
- NT1: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 5,0%
- NT2: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 6,0%

16
- NT3: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 7,0%
- NT4: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO
4
đđ: 8,0%
- NT5: Hàm lượng chất xúc tác H
2
SO

chế sản phẩm
- NT1: Lượng KOH dư : 2,0%
- NT2: Lượng KOH dư : 4,0%
- NT3: Lượng KOH dư : 6,0%
- NT4: Lượng KOH dư : 8,0%
- NT5: Lượng KOH dư : 10,0%
+ Yếu tố cố định:
- Chế
độ rửa sản phẩm: bằng nước cất 60
0
C
- Nồng độ KOH : 0,1 M
+ Chỉ tiêu đánh giá: Độ giảm AV tương đối, hiệu suất quá trình xà phòng
hóa

17
f. Các nghiệm thức nghiên cứu ảnh hưởng của nồng độ KOH đến quá trình tinh
chế sản phẩm
- NT1: Nồng độ KOH : 0,05 M
- NT2: Nồng độ KOH : 0,10 M
- NT3: Nồng độ KOH : 0,20 M
- NT4: Nồng độ KOH : 0,50 M
+ Yếu tố cố định:
- Lượng KOH dư : 6,0%
- Chế độ rửa sản phẩm: bằng nước cất 60
0
C
+ Chỉ tiêu đánh giá: Độ giảm AV tương đối, hiệu suất quá trình xà phòng
hóa
Các phương pháp tính chỉ số axit và hiệu suất phản ứng