Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất isopropyl palmitate từ iso propanl và palmstearin

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 8278 TP. HỒ CHÍ MINH, THÁNG 12/ 2010 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 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 kỹ thuật có hàm lượng axit palmitic là 70.68% từ nguồn nguyên liệu shortening phế thải. Đây là tiền đề để thực hiện đề tài này. Hiện nay nhu cầu về các sản phẩm mỹ phẩm tại Việt Nam tăng theo mức sống cũng như nhu cầu làm đẹp của người dân. Các sản phẩm có sử dụng isopropyl palmitate trên thị trường rất nhiều như sữa tắm, dầu gội đầu, kem dưỡng da, son môi, dầu spa … Sản phẩm này hiện nay được nhập, không có sản xuất tại Việt Nam. Trong thời gian gần đây, nướ c ta đang đẩy mạnh nghiên cứu và ứng dụng nhiên liệu sinh học từ dầu thực vật. Công nghệ sản xuất và dây chuyền thiết bị trong sản xuất nhiên liệu sinh học cũng tương tự trong sản xuất isopropyl palmitate. Vì vậy nghiên cứu này cũng giúp đa dạng hóa các sản phẩm từ dây chuyền thiết bị của các nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học. Mục tiêu của đề tài là: Đa dạ ng hóa các sản phẩm hóa béo, giảm nhập khẩu đồng thời tạo ra sản phẩm 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) i MỤC LỤC Mục lục i Danh sách bảng iii Danh sách biểu đồ iv Danh sách hình v Tóm tắt đề tài 1 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 2 SO 4 đến hiệu suất phản ứng 25 3.2.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất phản ứng 27 3.2.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của của lượng dư và nồng độ dung dịch KOH đến quá trình tinh chế sản phẩm 29 3.3. Xây dựng qui trình sản xuất isopropyl palmitate từ isopropanol và palmstearin 33 3.3.2. Sản xuất isopropyl palmitate từ isopropanol và axit palmitic 34 3.4. Phân tích ch ất lượng sản phẩm isopropyl palmitate 35 3.5. Đánh giá hiệu quả kinh tế 36 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 37 Kết luận 37 Kiến nghị 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO 39 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 iv Danh sách biểu đồ Biểu đồ 1: Ảnh hưởng của tỉ lệ mol tác chất (n IPA /n PA ) đến chỉ số axit của IPP.24 Biểu đồ 2: Ảnh hưởng của tỉ lệ tác chất đối với hiệu suất phản ứng 25 Biểu đồ 3: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến chỉ số axit của IPP 26 Biểu đồ 4: Ảnh hưởng của hàm lượng xúc tác đến chỉ số axit của IPP………26 Biểu đồ 5: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến ch ỉ số axit của IPP 28 Biểu đồ 6: Ảnh hưởng của thời gian phản ứng đến hiệu suất 29 Biểu đồ 7: Ảnh hưởng của lượng dư KOH đến chỉ số axit sau cùng của sản phẩm IPP 30 Biểu đồ 8: Ảnh hưởng của lượng dư KOH đến hiệu suất quá trình xà phòng 30 Biểu đồ 9: Ảnh hưởng của nồng độ KOH đế 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 1 TÓM TẮT ĐỀ TÀI Đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình công nghệ sản xuất Isopropyl Palmitate từ isopropanol và palmstearin” được thực hiện từ tháng 01 – 12/2010 với sự phối hợp giữa Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu với Trung tâm Công nghệ Lọc Hóa Dầu, trường Đại học Bách khoa Tp.HCM. Đề tài đã lựa chọn sử dụng nguyên liệu là axit palmitic (được thủy phân từ palmstearin và loại axit palmitic Malaysia có sẵn trên thị trường) với xúc tác axit đồng thể là H2SO4 đậm đặc. Xây dựng qui trình công nghệ s ản xuất Isopropyl palmitate (IPP) gồm 02 giai đoạn với hiệu suất thu hồi là 89%. - Giai đoạn 1: Quá trình tổng hợp IPP, với các thông số: Tỉ lệ mol của isopropanol/axit palmitic là 25:1, hàm lượng xúc tác H2SO4 đđ là 7%, nhiệt độ phản ứng là 830C, thời gian phản ứng là 8 giờ. - Giai đoạn 2: Quá trình tinh chế sản phẩm (xà phòng hóa), với các thông số: nồng độ dung dịch KOH: 0,2M, hàm lượng dung dịch KOH dư là 6%. Sản phẩm có hàm lượng isopropyl palmitate là 98,74%, chỉ số axit là 0,42 mgKOH/g, chỉ số xà phòng là 186,37 mgKOH/g , độ ẩm 0,062%, đạt chất lượng đã đăng ký. 2 MỞ ĐẦU Cơ sở pháp lý của đề tài Đề tài được thực hiện theo Hợp đồng Giao khoán nội bộ số 08/HĐGK- VD ngày 28 tháng 4 năm 2010, trên cơ sở của Quyết định số 6228/QĐ-BCT của 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 * Chỉ số khúc xạ: 1,435 – 1,438 (25 0 C) Nội dung nghiên cứu: - Chọn nguyên liệu và chất xúc tác phản ứng phù hợp. - Nghiên cứu xây dựng quy trình công nghệ sản xuất isopropyl palmitate từ isopropanol và palmstearin (dầu cọ) quy mô 3kg/mẻ. - Đánh giá hiệu quả kinh tế. [...]... oleic) và tiêu chuẩn của Mỹ (cho axit stearic) - Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất một số sản phẩm hóa béo: Sử dụng axit stearic và axit oleic sản xuất từ nguồn dầu mỡ phế thải làm nguyên liệu để xây dựng quy trình sản xuất các sản phẩm hóa béo tiếp theo là Stearate Magie và Oleate Ammonia - Nghiên cứu ứng dụng Oleate Ammonia để sản xuất phân bón lá và thuốc bảo vệ thực vật cho cây có dầu Ứng dụng sản. .. 3 : KẾT QUẢ VÀ BÌNH LUẬN 3.1 Lựa chọn nguyên liệu và chất xúc tác phù hợp 3.1.1 Sản xuất Axit palmitic từ Palm stearin [2] Dựa trên qui trình sản xuất axit béo kỹ thuật do tác giả Phạm Thị Mai Viện Nghiên cứu Dầu và Cây có dầu, thực hiện trong Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất một số sản phẩm hóa béo” cấp Bộ năm 2005, đề tài tiến hành sản xuất axit palmitic từ palm stearin... 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. .. [3]: - Nghiên cứu sản xuất các loại axit béo kỹ thuật từ nguồn dầu mỡ phế thải Từ nguồn nguyên liệu phế thải là dầu mỡ động thực vật thu hồi trong quá trình tinh luyện dầu ăn, giết mổ gia súc, chế biến thủy sản và thực phẩm ăn liền, đã nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất axit stearic và axit oleic kỹ thuật ở qui mô 5kg/mẻ Sản phẩm đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật sử dụng trong sản xuất cao su và nhựa... Quốc Gia Hà Nội bắt đầu nghiên cứu công nghệ siêu âm để điều chế nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật 3 1.1.2 Tổng quan giới thiệu về Isopropyl palmitate Tên hóa học: Iso- Propyl Palmitate Công thức hóa học: CH3(CH2)14COOCH(CH3)2 Khối lượng phân tử: 298,51 g/mol - Isopropyl palmitate là ester của axit béo, một dạng biến thể từ dầu cọ - Malaysia là một trong những nước sản xuất và xuất khẩu lượng dầu cọ... Phương pháp thực nghiệm: Nội dung 1: Lựa chọn nguyên liệu và chất xúc tác phản ứng phù hợp a Sản xuất axit Palmitic: Dựa trên qui trình sản xuất axit béo kỹ thuật do tác giả Phạm Thị Mai thực hiện trong Báo cáo tổng kết đề tài Nghiên cứu xây dựng qui trình sản xuất một số sản phẩm hóa béo” cấp Bộ năm 2005, tiến hành sản xuất axit Palmitic từ palmstearin làm nguyên liệu cho phản ứng tổng hợp IPP Phân... QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU 1.1 Tình hình nghiên cứu trong nước 1.1.1 Công nghệ hóa dầu béo ở Việt Nam Hiện nay, công nghiệp hóa dầu béo ở nước ta là chưa có Gần như 100% các sản phẩm hóa dầu béo là nhập khẩu Ngành dầu thực vật chỉ mới có được vài sản phẩm căn bản là dầu ăn, magarin, shortening… Từ năm 2005 – 2008, Viện nghiên cứu Dầu và Cây có dầu đã có những nghiên cứu bước đầu trong công nghệ hóa dầu... 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... 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 Quốc Gia) và ở Trung tâm Khoa học Môi trường và Phát... 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 sản 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