Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
LỜI MỞ ĐẦU
Vấn đề ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu là vấn đề đang được mọi quốc gia
trên thế giới quan tâm và đang trở thành mối e ngại lớn cho toàn thể xã hội, trong đó ô
nhiễm không khí là một trong những dạng ô nhiễm môi trường được quan tâm nhiều
nhất, chủ yếu là do khói thải từ các nhà máy, khu công nghiệp và từ các phương tiện
giao thông. Đặc biệt, khi các phương tiện giao thông ngày càng gia tăng thì nguy cơ
thải ra môi trường các chất độc hại cũng tăng theo.
Việc sử dụng nguồn nguyên liệu hóa thạch thải ra môi trường một lượng lớn các
khí SO
2
, CO
2
, NO
2
là nguyên nhân gây ra hiệu ứng nhà kín. Chính vì vậy việc tìm ra
nguồn nguyên liệu thân thiện với môi trường để thay thế cho nguồn nguyên liệu truyền
thống là hết sức cần thiết. Trong đó nhiên liệu sinh học được biết đến như là một dạng
năng lượng mới, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường. Nhiên
liệu sinh học đã thu hút được sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà khoa học trên thế
giới, bởi nó mang lại nhiều lợi ích như đảm bảo an ninh năng lượng và đáp ứng được
các yêu cầu về môi trường. Trong số các nhiên liệu sinh học thì nhiên liệu diesel sinh
học (biodiesel) được quan tâm hơn cả, do xu hướng diesel hóa động cơ và gía diesel
khoáng ngày càng tăng cao. Hơn nữa biodiesel được xem là phụ gia rất tốt cho nhiên
liệu diesel khoáng, làm giảm lượng đáng kể khí thải độc hại, nguồn nguyên liệu có thể
tái tạo được.
Ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ các nguồn
nguyên liệu sẵn có trong nước như dầu đậu nành, dầu mù u, dầu cao su, mỡ cá,… đã
thu được kết quả khá tốt. Tuy nhiên vì nền công nghiệp sản xuất dầu, mỡ nước ta còn
khá non trẻ, chưa đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel ở quy mô
lớn. Ngoài ra, nếu sản xuất biodiesel từ dầu tinh chế thì giá thành khá cao. Do đó, việc
Sinh viên thực hiện
Trần Ánh Thái Dương
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -2- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
MỤC LỤC
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -3- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
DANH MỤC HÌNH
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -4- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
TỪ VIẾT TẮT
BDF
DO
B100
% tt
% kl
% tl
v/v
w/w
ASTM
TCVN
GC
FID
Diesel sinh học (biodiesel)
Nhiên liệu diesel
Nhiên liệu 100% diesel sinh học
Phần trăm thể tích
Phần trăm khối lượng
Phần trăm trọng lượng
0,87 ÷ 0,89 0,81 ÷ 0,89
Độ nhớt động học ở 40
0
C, cSt
1,9 ÷ 6,0 2,0 ÷ 6,0
Trị số cetan
47 ÷70 46 ÷ 55
Hàm lượng lưu huỳnh, % kl
0,0 ÷ 0,0024
0,5
Chỉ số iốt, mg KOH/g dầu
60 ÷ 135
8,6
Điểm chớp cháy cốc hở,
0
C 100 – 180 60 - 80
1.2.1. Ưu điểm
a. Trị số cetan cao [2, 4, 9]
Trị số cetan là một đơn vị đo khả năng tự bắt cháy của nhiên liệu diesel. Trị số
cetan càng cao thì sự bắt cháy, mồi lửa càng tốt, động cơ chạy đều đặn hơn. Biodiesel
có thành phần chủ yếu là các ankyl mạch thẳng do vậy nhiên liệu nhiên liệu này có trị
số cetan cao hơn diesel khoáng, trị số cetan của biodiesel thường 56 đến 58 (dầu
diesel thường từ 50 – 54). Với trị số cetan như vậy, biodiesel hoàn toàn có thể đáp
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -6- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
ứng dễ dàng yêu cầu của những động cơ đòi hỏi chất lượng cao với khả năng tự bắt
cháy tốt mà không cần tăng trị số cetan.
b. Hàm lượng lưu huỳnh thấp [4, 32, 33]
Trong biodiesel hàm lượng lưu huỳnh rất thấp, khoảng 0,001 % (diesel thường
từ 0,05 % – 0,25 %). Đặc tính này của biodiesel rất tốt cho quá trình sử dụng nhiên
biodiesel khoảng 200. Vì vậy, biodiesel là phụ gia rất tốt đối với nhiên liệu diesel
thông thường để tăng khả năng bôi trơn [4].
e. An toàn về cháy nổ tốt hơn
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -7- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
Biodiesel có nhiệt độ chớp cháy cao trên 110
o
C (dầu diesel khoảng 60 - 80
o
C),
cao nhiều hơn so với diesel khoáng, vì vậy tính chất nguy hiểm của nó thấp hơn, an
toàn hơn trong việc tồn chứa và vận chuyển.
f. Nguồn nguyên liệu cho tổng hợp hóa học
Ngoài việc được sử dụng làm nhiên liệu, các alkyl este của axít béo còn là nguồn
nguyên liệu quan trọng cho nghành công nghệ hóa học, sản xuất các rượu béo, ứng
dụng trong dược phẩm và mỹ phẩm: isopropylic este, các polyeste được ứng dụng
như chất nhựa, chất hoạt động bề mặt
1.2.2. Nhược điểm
a. Dễ bị oxi hóa: tính chất của biodiesel phụ thuộc nhiều vào thành phần hóa học của
dầu nguyên liệu. Do trong dầu thực vật chứa nhiều axít béo không no nên dễ bị oxi
hóa. Vì vậy, vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng diesel sinh học.
b. Tính kém ổn định:
biodiesel bị phân hủy rất nhanh (phân hủy 98 % chỉ trong 21
ngày),
do vậy kém ổn định.
c. Chi phí công nghệ sản xuất cao hơn so với diesel: diesel sinh học thu được từ dầu
thực vật đắt hơn so với nhiên liệu diesel thông thường. Nhưng trong quá trình sản xuất
diesel sinh học có thể tạo ra sản phẩm phụ là glyxerin, một chất có tiềm năng thương
mại lớn có thể bù lại phần nào giá cả cao của diesel sinh học.
d. Quy trình sản xuất diesel sinh học không đảm bảo: hiện nay diesel sinh học
R
1
, R
2
, R
3
là các gốc alkyl của các axít béo. Các gốc R này có thể no hoặc
không
no, và thường có khoảng 8 – 30
cacbon.
Ngoài các hợp chất chủ yếu ở trên, trong dầu ăn phế thải còn chứa một lượng
nhỏ các hợp
chất
khác như photphatit, các chất sáp, chất nhựa, chất nhờn, các chất
màu, các chất gây mùi và nhiều tạp chất như muối, tạp chất cơ học, cặn carbon,
nước, lượng axit béo tự do
tăng.
Do đó, nguồn nguyên liệu này cần được xử lý
trước khi sử dụng như lọc tách cặn rắn, tách nước,
trung
hòa để giảm lượng axit béo
tự
do,…[4, 35]
b. Một số tính chất của dầu thực vật [4, 8, 35]
Tính chất vật lý của dầu thực vật
•
Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc: vì dầu lấy từ nguồn nguyên liệu khác nhau
nên sẽ có thành phần hóa học khác nhau, vì vậy sẽ có nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ
đông đặc khác nhau.
•
carbon, làm cho dầu ổn định hơn, hạn chế được quá trình oxy hóa. Ngoài ra phản ứng
này còn có tác dụng giữ cho dầu không bị trở mùi khi bảo quản.
•
Phản ứng este hóa
Các glyxerit trong điều kiện có mặt của xúc tác vô cơ (H
2
SO
4
, HCl hoặc NaOH,
KOH) có thể tiến hành este hóa trao đổi với các rượu bậc một (như methanol,
ethanol) tạo thành các alkyl este của axít béo và các glyxerin:
Phản ứng này có ý nghĩa thực tế rất quan trọng vì người ta có thể sử dụng các
alkyl este làm nhiên liệu do giảm đáng kể khí thải độc hại ra môi trường. Đồng thời
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -10- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
cũng thu được một lượng glyxerin sử dụng cho các nghành công nghiệp mỹ phẩm,
hàng tiêu dùng, sản xuất nitrô glyxerin làm thuốc nổ.
• Phản ứng oxy hóa
Dầu thực vật có chứa nhiều loại axít béo không no dễ bị oxy hóa bởi oxi không
khí, đa số các phản ứng xảy ra tại nối đôi của các hydrocarbon.
Sự ôi chua của dầu do phản ứng oxy hóa hóa học, phản ứng này xảy ra dễ dàng
với các triglyxerit có chứa nhiều nối đôi. Nó bắt nguồn từ phản ứng cộng vào các nối
đôi hay xen vào C
α
đối với nối đôi để tạo thành các hydroperoxit. Các hydroperoxit
này tiếp tục phân hủy để tạo ra sản phẩm sau cùng như các hợp chất carbonyl, aldehyt,
aceton, alcol.
Phương trình phản ứng tổng quát:
Chất béo + O
2
Đây là chỉ số rất quan trọng đối với dầu sử dụng làm nguyên liệu sản xuất biodiesel.
Chỉ số AV càng cao tức là lượng axít béo trong dầu càng nhiều, nếu dùng trực tiếp
tổng hợp biodiesel sẽ gây phản ứng xà phòng hóa, làm giảm hiệu suất phản ứng.
− Tỷ trọng của dầu thải
Tỷ trọng là một đại lượng đặc trưng cho độ nặng nhẹ của dầu, được đo bằng khối
lượng trên một đơn vị thể tích nguyên liệu.
− Độ nhớt
Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra
giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy, độ nhớt có liên
quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong các hệ
đường ống. Độ nhớt động học được xác định theo phương pháp ASTM D445 (TCVN
3171-1995).
1.3.2. Mỡ động vật
Mỡ động vật là một trong những nguyên liệu rẻ tiền cho sản xuất biodiesel. Hầu
hết các mỡ động vật như mỡ cá tra, cá basa, mỡ bò, mỡ gà…[1, 4]. Thành phần chủ
yếu của mỡ là các triglyxerit, diglyxerit, monoglyxerit và các axít béo tự do [1] nên có
thể tham gia phản ứng trao đổi este với rượu bậc một để tạo biodiesel.
1.4. Tổng hợp biodiesel theo phương pháp trao đổi este
1.4.1. Phản ứng transester hóa điều chế biodiesel
Phương pháp chuyển hóa este tạo biodiesel là sự lựa chọn tốt nhất vì các đặc tính
của các alkyl este rất gần với nhiên liệu diesel thông dụng và các quá trình này cũng
tương đối đơn giản, chi phí không cao. Hơn nữa, các alkyl este có thể cháy trong động
cơ mà không cần thay đổi chi tiết của động cơ với sự tạo cặn thấp. Bản chất hóa học
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -12- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
của phản ứng trao đổi este như sau:
Dầu thực
vật Rượu mạch thẳng Glyxerin Biodiesel
Thực chất quá trình chuyển hóa này
này gồm một loạt các phản ứng thuận
,
di, monoglyxerin chưa phản ứng hết. Các monoglyrexit là nguyên nhân làm cho
hỗn
hợp sản phẩm bị mờ
đục.
Glyxerin dễ dàng được tách ra khỏi este và sử dụng trong các ngành công
nghiệp
khác.
Este sau khi tách khỏi glyxerin được đưa đến khâu trung hòa và qua tháp
tách methanol.
Ở
khâu trung hòa người ta dùng axít như H
2
SO
4
hay H
3
PO
4
để
trung hòa lượng xúc tác
kiềm
dư và lượng xà phòng tạo thành. Tất cả lượng dư
xúc tác, xà phòng, muối, methanol và glyxerin
tự
do được tách khỏi biodiesel
bằng quá trình rửa nước. Trung hòa bằng axít trước khi rửa nước
nhằm
giảm tối
axít béo tự do, trước phản ứng transester hóa, người ta
dùng xúc tác axít như H
2
SO
4
hay bazơ chuyển
hóa
axit béo tự do. Vì vậy, hàm
lượng axít béo tự do là yếu tố
chính
trong
việc lựa chọn công nghệ cho quá trình sản
xuất biodiesel.
1.4.2. Tác nhân phản ứng trao đổi este
Tác nhân phản ứng trao đổi este là các alcol khác nhau, alcol được sử dụng trong
các quá trình này thường là các loại alcol đơn chức chứa khoảng từ
1đến
4 nguyên
tử carbon: methanol, ethanol, buthanol Methanol và ethanol là các
loại
rượu hay
được sử dụng nhất. Nhưng hiệu quả kinh
tế cao
trong sản xuất biodiesel là rượu
methanol.
Methanol là một hợp
chất
hóa học với công thức phân tử CH
3
thể gây mù mắt. Methanol là chất dễ bay hơi,
hơi của nó kích ứng hệ thần kinh rất mạnh, gây đau
đầu,
chóng mặt, ảnh hưởng rất
lớn đến sức khỏe. Do đó, tất cả các thao tác với methanol cần phải thực
hiện
trong tủ
hút, đeo khẩu trang phòng độc, đeo găng tay, đeo kính mắt, dùng phễu rót, không để
methanol
đổ ra ngoài.
1.4.3. Xúc tác sử dụng cho phản ứng tổng hợp biodiesel
a. Xúc tác axít
Xúc tác axít chủ yếu là xúc tác Bronsted như H
2
SO
4
, HCl, Các xúc tác này
thường là xúc tác đồng thể trong pha lỏng. Các xúc tác axít cho độ chuyển hóa thành
este cao, nhưng phản ứng chỉ đạt độ chuyển hóa cao khi nhiệt độ cao trên 100
o
C và
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -14- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
thời gian phản ứng lâu hơn, ít nhất trên 6 giờ mới đạt độ chuyển hóa hoàn toàn. Ví
dụ: khi sử dụng xúc tác H
2
SO
4
nồng độ 1 ÷ 5 % với tỷ lệ methanol:dầu đậu nành là
30:1 tại 60
trong phản ứng vì dễ tạo xà phòng gây đặc quánh khối
phản
ứng,
giảm hiệu suất
tạo biodiesel, gây khó khăn cho quá trình sản xuất công nghiệp. Quá trình tinh
chế
sản phẩm khó
khăn.
Để khắc phục tất cả các nhược điểm của xúc tác đồng thể, các nhà khoa học
hiện nay đang có
xu
hướng dị thể hóa xúc tác. Các xúc tác dị thể thường được sử
dụng
là
các hợp chất của kim loại kiềm hay kiềm thổ mang trên chất mang
rắn như NaOH/MgO, NaOH/γ-Al
2
O
3
, Na
2
SiO
3
/MgO, Na
2
SiO
3
/SiO
2
-
tấn công vào nhóm cacbonyl của phân tử triglyxerit
tạo thành hợp chất trung gian.
• Giai đoạn 3: hợp chất trung gian này không bền, tiếp tục tạo một anion và một alkyl
este tương ứng.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -16- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
• Giai đoạn 4: phản ứng giữa anion và methanol
Sau đó, xúc tác NaOH lại tiếp tục phản ứng với rượu tạo ankoxit ion, các ion
này phản ứng với các diglyxerit và monoglyxerit giống như cơ chế trên, cuối cùng
tạo thành các alkyl este và glyxerin.
Trong đó: R’, R”, R’” là mạch carbon của axít béo.
c. Xúc tác dị thể
Xúc tác đồng thể bazơ cho hiệu suất biodiesel cao, tuy nhiên gặp phải một số
khó khăn như: quá trình lọc rửa sản phẩm biodiesel khó khăn, mất đi chi phí để xử
lý môi trường vì sau mỗi lần phản ứng hỗn hợp nước rửa phải bỏ đi. Để khắc phục
nhược điểm đó, các nhà khoa học đã nghiên cứu tìm ra xúc tác dị thể. Trong các loại
xúc tác dị thể điển hình là các loại sau đây:
− Xúc tác MgO, CaO: đây cũng là xúc tác bazơ nhưng sử dụng ở dạng rắn.
Hiệu suất thu biodiesel trên xúc tác này thấp hơn so với NaOH hay KOH. Để nâng
cao hoạt tính của xúc tác dị thể như MgO, CaO, có thể hoạt hóa MgO, CaO bằng
NaOH hoặc trên Al
2
O
3
. Việc dị thể hóa xúc tác sẽ dẫn đến dễ lọc, rửa sản phẩm, mặt
khác xúc tác này có thể tái sử dụng và tái sinh được, sẽ nâng cao hiệu quả kinh tế và
giảm số lần cần phải xử lý môi trường.
* Cơ chế phản ứng trao đổi este với xúc tác rắn CaO
Giai đoạn 1:
2
+ 2 C
3
H
8
O
3
→ Ca(C
3
H
7
O
3
)
2
+ 2CH
3
OH (5)
CaO + 2 C
3
H
8
O
3
→ Ca(C
3
H
7
O
3
3
)
2
.
Giai đoạn tiếp theo, Ca(C
3
H
7
O
3
)
2
phản ứng với methanol tạo ra CH
3
O
-
đẩy nhanh
phản ứng tạo thành metyl este và diglyxerin và được tái tạo sau phản ứng. Quá trình
này được lặp lại cho đến khi metyl este và glyxerin được tạo thành.
Như vậy, cơ chế này đã thể hiện tính dị thể của xúc tác CaO trong phản ứng methanol
phân tổng hợp biodiesel [1].
− Xúc tác nhựa trao đổi cation Amberlyts 15, titanium silicat TIS: xúc tác dạng
này mới được nghiên cứu, hoạt tính xúc tác còn thấp.
− Xúc tác Na/NaOH/γ-Al
2
O
3
: để thay thế xúc tác NaOH đồng thể, một số tác giả
đã nghiên cứu điều chế được xúc tác dị thể dạng Na/NaOH/γ-Al
2
đã đạt hiệu suất chuyển hóa 93 % khi phản ứng este hóa methanol và dầu jatropha ở
70
o
C, thời gian phản ứng là 2,5 giờ, tỷ lệ mol methanol:dầu là 9:1 và 1,5 % xúc tác
CaO [20]…
d. Xúc tác enzym
Gần đây có rất nhiều nhà nghiên cứu quan tâm đến khả năng ứng dụng xúc tác vi
sinh trong quá trình sản xuất diesel sinh học. Các xúc tác sinh học có đặc tính pha nền,
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -19- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
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 nước hoặc không nước, những sản phẩm phụ như:
methanol 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.
e. So sánh hiệu quả của các loại xúc tác khác nhau [1, 4]
Bảng 1.2. Ưu, nhược điểm của các loại xúc tác trong quá trình tổng hợp biodiesel
Xúc tác đồng thể Xúc tác dị thể Xúc tác enzym
Ưu
điểm
- Độ chuyển hóa cao.
- Thời gian phản ứng
nhanh.
- Giá thành rẻ do tái
sử dụng và tái sinh
được xúc tác.
Từ các so sánh trên thấy rằng, dị thể hóa xúc tác tổng hợp diesel sinh học là
phương hướng đúng đắn trong tương lai.
1.4.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp biodiesel
a. Ảnh hưởng của độ ẩm và các axít béo tự do [4, 9]
Nguyên liệu cho quá trình este hóa triglyxerit với xúc tác kiềm theo Wright
cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
+ Nguyên liệu cần phải có trị số axít thấp, phải được làm khan hoàn toàn.
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -20- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Đồ án tốt nghiệp đại học – Khóa 2009 – 2013 Trường ĐHBRVT
+ Hàm lượng nước phải rất nhỏ (nước có tác hại vì gây ra phản ứng xà phòng
hóa, làm tiêu tốn và giảm hiệu suất phản úng). Mặt khác, glyxerin sinh ra làm tăng độ
nhớt, tạo gel làm quá trình tách pha glyxerin gặp khó khăn. Nếu lượng glyxerin nhiều
có thể làm cho khối phản ứng đông đặc lại.
Như vậy hàm lượng nước và axit béo tự do trong nguyên liệu có ảnh hưởng rất
mạnh đến hiệu suất chuyển hóa của quá trình trao đổi este. Do vậy công nghệ sản xuất
diesel sinh học phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu. Nếu nguyên liệu có hàm
lượng nước và axít béo tự do cao thì nhất thiết phải qua công đoạn xử lý sơ bộ trước
khi đưa vào phản ứng.
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
Phản ứng trao đổi este có thể tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau phụ thuộc vào
loại dầu sử dụng. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ tạo thành metyl este càng cao. Đối với
các loại dầu thông dụng, nhiệt độ thường nằm trong khoảng 55
o
C đến 70
o
C. Thông
thường phản ứng xảy ra tốt nhất ở gần nhiệt độ sôi của rượu. Vì khi nhiệt độ quá cao
tốc độ tạo thành gyxerin sẽ tăng lên, vì nhiệt độ sôi của methanol là 64,7
o
C nên nhiệt
giờ ở 70
o
C, tốc độ khuấy 600 vòng/phút [25].
e. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol alcol:dầu
Một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng chuyển hóa phản ứng là tỷ lệ
mol alcol và triglyxerit. Tỷ lệ phụ thuộc vào loại xúc tác sử dụng. Theo lý thuyết tỷ lệ
này là 3 mol alcol và 1mol triglyxerit để tạo thành 3 mol este của axit béo và 1 mol
glyxerin. Trên thực tế phản ứng xảy ra với hiệu suất cao hơn nếu sử dụng một lượng
thừa rượu để phản ứng chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận.
1.4.5. Các công nghệ sản xuất biodiesel
Các kỹ thuật thực hiện phản ứng chuyển hóa este tạo biodiesel thường được tiến
hành theo những phương pháp sau:
a. Phương pháp khuấy gia nhiệt
Đây là phương pháp cổ điển, rất thường được sử dụng, do đầu tư thấp. Phương
pháp
này cơ bản sử dụng thiết bị khuấy (khuấy cơ học hoặc khuấy từ) kết hợp với
gia nhiệt trực tiếp
bằng
bếp, hơi nước hay điện trở…phương pháp này dễ thực hiện,
nếu xúc tốt có thể đạt độ chuyển hóa rất cao, tuy nhiên đòi hỏi thời gian phản ứng dài
[4].
Nhóm tác giả Lưu Cẩm Lộc sử dụng phương pháp khuấy gia nhiệt với tốc độ
khuấy 600 vòng/ phút, nhiệt độ 60
o
C, thời gian phản ứng 120 phút, hàm lượng xúc tác
KOH bằng 1 % (khối lượng dầu), tỷ lệ mol methanol:dầu 6:1, thực hiện phản ứng este
hóa giữa methanol và dầu mù u đạt hiệu suất cực đại 92,1 % [11], nhóm tác giả Nguyễn
Văn Đạt, Bùi Thị Bửu Huê thực hiện phản ứng este hóa giữa methanol và dầu hạt cao su
bằng phương pháp khuấy gia nhiệt đạt hiệu suất 75 % với điều kiện hàm lượng xúc tác
KOH: 1% (so với khối lượng dầu), tỷ lệmol methanol:dầu là 8:1, nhiệt độ phản ứng là
% xúc tác KOH (tính theo khối lượng mỡ, công suất siêu âm 100 %, thời gian siêu âm
10 phút [17]. Năm 2010, Darwin Sebayang đã sử dụng phương pháp siêu âm với tần
số 20 kHz, đạt hiệu suất chuyển hóa 95,69 % với điều kiện tỷ lệ mol methanol:dầu là
6:1, hàm lượng xúc tác 1 % NaOH, thời gian phản ứng 5 phút, tốc độ khuấy 600
vòng/phút [19].
c. Phương pháp vi sóng
Phương pháp này cơ bản giống phương pháp khuấy gia nhiệt, chỉ khác ở chỗ
dùng lò vi
sóng
để gia nhiệt cho hệ thống. Phương pháp này cho hiệu suất tương
đối cao, và rút ngắn được thời
gian
phản ứng. Cũng giống như phương pháp siêu
âm, phương pháp này khó áp dụng, do rất khó đầu
tư
một
thiết bị vi sóng có công
suất
lớn
.
Theo nghiên cứu của tác giả Azcan và Danisman cho thấy dưới ảnh hưởng của vi
sóng , thời gian phản ứng chuyển hóa hòa toàn của dầu cải và methanol, xúc tác NaOH
và KOH chỉ còn 5 phút, hiệu suất đạt 92 %, nhưng các thông số khác như tỷ lệ mol
methanol:dầu là 6:1, nhiệt độ phản ứng từ 50 ÷ 60
o
C, hàm lượng xúc tác 1 % thì không
thay đổi nhiều so với phương pháp gia nhiệt truyền thống [18].
d. Phương pháp sử dụng môi trường alcol siêu tới hạn
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -23- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
Các thiết bị và dụng cụ cần sử dụng trong nghiên cứu bao gồm:
Ngoài ra còn sử dụng một số dụng cụ khác:
Pipet, bếp điện, phễu lọc, buret, becher, erlen, ống đong, phễu chiết, bơm hút
chân không.
2.1.2. Nguyên liệu
Dầu thải được cung cấp từ nhà hàng Cô Nên- Bãi Trước, thành phố Vũng Tàu.
Hình 2.2. Dầu ăn thải
Ngành Công nghệ kỹ thuật hóa học -25- Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm
1 Ống sinh hàn
2 Bình cầu ba cổ
3 Thiết bị khuấy từ gia nhiệt
4 Nhiệt kế
5 Con khuấy từ
Hình 2.1. Cấu tạo hệ thống phản ứng
Copyright: Tài liệu đại học ©