Phân tích glyceron trong biodiesel

Tiểu luận trình bày phương pháp "PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL"

PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL M C L CỤ Ụ PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 1.TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL 1.1Năng lượng không tái sinh Nguồn năng lượng không tái sinh là những nguồn năng lượng thiên nhiên mà con người không có khả năng can thiệp vào sự hình thành cũng như quá trình tích lũy. Đó là dạng năng lượng không thể phục hồi, không thể tái tạo hay không thể tái sử dụng. Tuy nhiên dạng năng lượng này được sử dụng trên phạm vi rộng lớn khắp toàn cầu, và cho thấy rằng không thể đáp ứng nhu cầu sử dụng của con người trong tương lai. Năng lượng không tái sinh đươc chia thành 2 dạng : năng lượng hóa thạch và năng lượng hạt nhân - Năng lượng hóa thạch : là dạng năng lượng được hình thành trên các quá trình địa chất dài hang triệu năm xảy ra đối với xác động thực vật, như một dạng hóa thạch bao gồm : than đá, dầu mỏ và khí thiên nhiên. Do quá trình hình thành lâu dài như vậy, nên khi bị con người khai thác hết sẽ không có khả năng phục hồi lại được. Một trong những nhiên liệu hóa thạch ngày càng được sử dụng rộng rãi là diesel Diesel là một loại nhiên liệu lỏng, là sản phẩm thuộc phân đoạn nhẹ của quá trình chưng cất trực tiếp dầu mỏ với khoảng nhiệt độ sôi ở áp suất khí quyển từ 250 0 C đến 350 0 C ( cao hơn dầu hỏa và xăng ) bao gồm các hidrocacbon khác nhau từ C14 đến C20. Nhiên liệu diesel được sử dụng chủ yếu cho động cơ diesel và một phần được sử dụng cho các tuabin cơ khí. PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL - Năng lượng hạt nhân : là dạng năng lượng được hình thành do khả năng phóng xạ của một vài nguyên tố. Có 2 kiểu phản ứng hình thành nên năng lượng hạt nhân, đó là phản ứng phân hạch và phản ứng nhiệt hạch. 1.1.1 Năng lượng tái sinh Năng lượng tái sinh là dạng năng lượng thu được từ các nguồn mà con người xem như là vô hạn. Sự vô hạn ở đây ngoài ý nghĩa nhiều đến mức không thể cạn kiệt, nên hiểu theo ý nghĩa rộng hơn đó là khả năng tái tạo trong một thời gian ngắn và liên tục. Dạng năng lượng này gồm : - Năng lượng mặt trời - Năng lượng gió - Năng lượng sóng - Năng lượng thủy triều - Năng lượng địa nhiệt - Năng lượng sinh khối PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL Nguồn năng lượng tái sinh đang được sử dụng nhiều nhất hiện nay là thủy năng. Song, nguồn năng lượng sinh khối cũng là một trong những nguồn con người khai thác và sử dụng hiệu quả. Sinh khối được xem là nguồn năng lượng lớn thứ tư, ước tính chiếm khoảng 14%- 15% tổng năng lượng tiêu thụ trên toàn thế giới. Ở các nước đang phát triển, sinh khối thường là nguồn năng lượng lớn nhất, trung bình đóng góp khoảng 35% trong tổng cung cấp năng lượng. Vì vậy, trong chiến lược sử dụng các nguồn năng lượng một cách hiệu quả thì năng lượng sinh khối luôn được xem là ưu tiên hang đầu và mang tính quyết định trong việc đáp ứng nhu cầu năng lượng của thế giới trong tương lai. Hiện nay, theo thuật ngữ về nhiên liệu, thì sinh khối ( biomass ) được xem là nhiên liệu ở dạng rắn, nhiên liệu sinh học ( biofuel) là những nguyên liệu dưới dạng lỏng thu nhận từ nhiên liệu sinh khối và khí sinh họ ( biogas ) là sản phẩm của quá trinh phân giải yếm khí các chật hữu cơ. Hai dạng nhiên liệu sinh học phổ biến nhất là biodiesel và bio-ethanol, là 2 dạng nhiên liệu tương ứng có thể thay thế cho diesel và gasoline mà không cần phải cải tiến hoặc không cần cải tiến động cơ các phương tiện giao thông PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL cũng như máy móc sản xuất. Chúng được sản xuất chủ yếu từ sinh khối hay các nguồn năng lượng tái sinh khác và góp phần giảm thiểu khí thải từ việc đốt cháy nhiên liệu so với nhiên liệu hóa thạch tính trên cùng đơn vị hiệu suất. - Định nghĩa Biodiesel: Biodiesel là hỗn hợp các alkyl monoesters thu nhận từ quá trình chuyển vị ester dầu thực vật và mỡ động va65tcho nên biodiesel có khả năng thay thế cho diesel từ dầu mỏ. 1.2Tầm quan trọng của Biodiesel và khả năng thay thế cho nguồn nhiên liệu hóa thạch. 1.1.2 Ưu điểm 1. Đối với môi trường: Nhiên liệu sinh học có nguồn gốc từ thực vật không đóng góp vào quá trình phát thải CO2 - khí nhà kính. Hơn nữa, sự cân bằng trong phát thải CO2 đối với biodiesel còn thể hiện qua chu trình khép kín: biodiesel sau khi sử dụng sẽ thải khí CO2, cây trồng hấp thụ khí CO2 cùng với năng lượng mặt trời lại phát triển, tạo ra nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên biodiesel. Ở phạm vi toàn cầu, khí thải ôtô chiếm gần 20% tổng khí thải gây hiệu ứng nhà kính phát tán ra từ các quá trình liên quan tới năng lượng. Cả ethanol và biodiesel đều bảo đảm giảm đáng kể phát thải khí gây hiệu ứng nhà kính. Kết quả các công trình nghiên cứu cho thấy biodiesel giảm tới 70% so với dầu diesel. Hàm lượng các khí thải độc hại khác như CO, NOx, SOx, hydrocarbon đều giảm đi đáng kể khi sử dụng nhiên liệu sinh học. Ngoài ra, nhiên liệu sinh học còn có khả năng phân hủy sinh học nhanh, ít gây ô nhiễm nguồn nước và đất. 2. Sản xuất và ứng dụng biodiescl: Sản xuất và sử dụng biodiesel tương đối đơn giản hơn so với các dạng nhiên liệu mới khác như hydro, pin nhiên liệu, LPG; không đòi hỏi phải sử dụng những thiết bị và công nghệ đắt tiền. Công nghệ sản xuất biodiesel không phức tạp, có thể sản xuất ở quy mô nhỏ (hộ gia đình) đến quy mô lớn. Việc sử dụng nhiên liệu sinh học cũng sẽ nâng cao ý thức tiết kiệm năng lượng cho cộng đồng do nhận thức về nguồn nhiên liệu có nguồn gốc từ thực phẩm. 3. Phát triển kinh tế nông nghiệp: Thông qua nguyên liệu đầu vào của các nhà máy là sản phẩm nông nghiệp, do đó việc sản xuất biodiesel có thể kích thích sản xuất nông nghiệp và mở rộng thị trường cho sản phẩm nông nghiệp trong nước. Việc sản xuất biodiesel từ một số cây trồng như dừa, lạc mở ra cơ hội thị trường sản phẩm mới cho nông dân với tiềm năng tăng thu nhập hoặc tăng năng lực sản xuất của đất canh tác hiện có, tận dụng các vùng đất hoang hóa và tạo thêm công ăn việc làm cho người dân. Chính PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL sách phát triển nguồn nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học phù hợp cũng sẽ tạo ra sự đa dạng môi trường sinh học với các chủng loại thực vật mới. Bên cạnh đó, việc tận dụng các nguồn phụ, phế phẩm nông nghiệp để sản xuất biodiesel giúp bảo đảm không ảnh hưởng đến an ninh lương thực khi phát triển nhiên liệu sinh học, đồng thời nâng cao giá trị của sản phẩm nông nghiệp. 4. Bảo đảm an ninh năng lượng: Phát triển nhiên liệu sinh học giúp các quốc gia chủ động, không bị lệ thuộc vào vấn đề nhập khẩu nhiên liệu, đặc biệt đối với những quốc gia không có nguồn dầu mỏ và than đá; đồng thời kiềm chế sự gia tăng giá xăng dầu, ổn định tình hình năng lượng cho thế giới. Do được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái tạo, biodiesel thật sự là một lựa chọn ưu tiên cho các quốc gia trong vấn đề an ninh năng lượng. Hơn nữa, việc phát triển nhiên liệu sinh học trên cơ sở tận dụng các nguồn nguyên liệu sinh khối khổng lồ sẽ là một bảo đảm an ninh năng lượng cho các quốc gia. 1.1.2 Nhược điểm: Hiện nay, từ những thông tin quảng bá về diesel sinh học, nhiều người lầm tưởng rằng việc sử dụng nó chỉ có lợi mà không có hại gì. Trên thực tế, biodiesel cung có những nhược điểm hạn chế việc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp và đời sống. Việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây nên những vấn đề sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ bị oxi hóa của biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự không tương thích của biodiesel với chất liệu làm vòng đệm. Nhiệt độ đông đặc của biodiesel phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất nhưng nói chung là cao hơn nhiều so với dầu diesel thành phẩm. Điều này ảnh hưởng rất lớn đến việc sử dụng biodiesel ở những vùng có thời tiết lạnh. Biodiesel không bền rất dễ bị oxi hóa nên gây nhiều khó khăn trong việc bảo quản. Theo khuyến cáo của NBB thì không nên sử dụng B20 sau 6 tháng bảo quản trong khi hạn sử dụng của dầu diesel thông thường có thể đến 5 năm. 2.TỒNG QUAN VỀ GLYCERON 1 Giới thiệu về Glyceron 1. Tính chất hóa học: Glycerol là một rượu đa chức, gồm 3 nhóm -OH gắn vào gốc hyđrocacbon C3H5(hay công thức hóa học là C3H5(OH)3). Glycerol là một chất lỏng không màu, không mùi, nhớt, có vị ngọt (có 3 nhóm –OH), sôi ở 290 0 C, nóng chảy ở 17 0 C. Phân tử khối 92,09382 g / mol, độ nhớt 1,2 Pa °. PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL Hình glycerol Có một số tính chất của một rượu đa như phản ứng với Cu(OH)2tạo ra dung dịch xanh trong suốt. Đây cũng là phản ứng đặc trưng để nhận biết rượu đa chức có 2 nhóm -OH trở lên gắn liền kề nhau. 2. Tính chất vật lý: Glycerol có sức căng bề mặt 6400mN/m ở 200C, và nó có hệ số nhiệt độ -0,0598mN/(mK). Glycerol hòa tan tốt trong nước phá vỡ các liên kết hydro giữa các phân tử nước sao cho hỗn hợp không thể tạo thành một cấu trúc mạng tinh thể ổn định ở nhiệt độ thường. Nhiệt độ điểm đông là -360F hay -37,8 0 C, tương ứng với nồng độ Glycerol 6-70% làm cho nó trở thành một chất chống đông ở nhiệt độ thường. Nhiệt độ điểm đông được thể hiện ở bảng sau: PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 3. Ứng dụng của Glycerol: - Glycerol là một thành phần quan trọng tạo nên chất béo, thuốc nổ nitroglycerin Glycerol còn ðýợc dùng nhiều trong công nghiệp dệt, thuộc da ðộng vật do có khả nãng giữ nýớc làm mềm da ðộng vật, vải Cho thêm glycerol vào mực in, mực viết, kem ðánh rãng sẽ giúp cho các vật phẩm ðó chậm bị khô. - Nó còn ðýợc sử dụng nhiều trong dýợc phẩm và mỹ phẩm vì glycerol có khả nãng hút ẩm tốt và tạo rao một lớp màng bảo vệ cho da, dạ dày … - Hiện nay, do sự phát triển của Biodiesel nên lýợng Glycerol từ quá trình này cũng rất dồi dào. Glycerol ðýợc dùng làm nguyên liệu ðiều chế propylene glycol, acrolein, ethanol, và là nguyên liệu ðể sản xuất một số loại nhựa epoxy 4. Giới thiệu về một số phýõng pháp sản xuất Glycerol 1. Sản xuất glycerol từ Anlyl Clorua: Việc tổng hợp glycerol từ propen và Clo ðầu tiên ðýợc xuất hiện vào nãm 1943 bởi I.G. Farben tại Oppau và Hydebreck. Và ðýợc hoàn thiện cho tới ngày hôm nay với sõ ðồ phản ứng sau: PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL Propen ðýợc cho tác dụng với Clo ở 400 0 C và tạo ra anlyl Clorua sau ðó anlyl Clorua tiếp tục cho tác dụng với nýớc Clo rồi thủy phân cho Glycerol. Phần lớn lýợng Glycerol hiện nay ðýợc sản xuất bằng phýõng pháp này. Song hiện nay các nhà sản xuất ðang nhắm ðến nguồn nguyên liệu sạch có nguồn gốc từ thiên nhiên ðể sản xuất Glycerol. 2. Lên men ðýờng. Sự hình thành của glycerol bằng lên men ðýờng ðýợc phát hiện nãm 1858. Công nghệ sử dụng ðýờng có thể ðýợc hiểu; lên men ðýờng gián ðoạn tại các giai ðoạn glyceraldehyde 3-phosphate với cacbonat natri hoặc với kiềm hoặc kiềm thổ sulfite. Sau khi giảm tới phosphate glycerol, glycerol thu ðýợc trong nãng suất tối ða 25% do thủy phân. Phýõng pháp này ít phổ biến vì nãng suất không cao. 3. Phýõng pháp tổng hợp từ thủy phân chất béo: Mặc dù là một thành phần của tất cả mỡ ðộng vật và các loại dầu, glycerol không tồn tại tự do nhýng tồn tại ở dạng este của axit béo, tất cả ba nhóm hydroxyl thýờng bị este hóa. Este nhý vậy ðýợc gọi là chất béo trung tính. Glycerol của chất béo và các loại dầu khác nhau khoảng 8 - 14%, tùy thuộc vào tỷ lệ các acid tự do và chiều dài chuỗi phân phối của các este axit béo. Glycerol thu ðýợc nhý là một sản phẩm phụ trong việc chuyển ðổi chất béo và dầu ðể thu ðýợc axit béo hoặc acid béo methyl este. Phýõng pháp này rất phổ biến và ðõn giản.  Xà phòng hóa: Sau phản ứng xà phòng hóa, sản phẩm tạo thành là glycerol và Sodium stearate. Cả hai chất ðều tan ðýợc trong nýớc, do glycerol tạo ðýợc liên kết hydro với nýớc, còn sodium stearate là chất ðiện ly. Ngýời ta cho dung dịch NaCl bão hòa vào hỗn hợp sản phẩm, thì xà phòng tách ra và nổi lên trên. PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL Nguyên nhân là do thay ðổi môi trýờng ðiện ly, ðộ phân ly sodium stearate sẽ giảm, hòa tan rất ít trong môi trýờng NaCl bão hòa. Sodium stearate tách khỏi hỗn hợp glycerol + nýớc + NaCl và nổi lên trên. Ngýời ta dùng phýõng pháp chiết tách thì thu ðýợc glycerol và xà phòng. 2.Sản xuất Biodiesel Nguồn gốc đi từ dầu thực vật và methanol thu được Biodiezel (methyl esters) và sản phẩm phụ là glycerol. theo sở đồ phản ứng sau: [...]...PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 3.1 Cõ chế phản ứng Ðể thực hiện phản ứng chuyển hóa này cần có chất xúc tác nhý NaOH, hoặc KOH Vai trò của các chất xúc tác này rất quan trọng vì nó phản ứng với Methanol trýớc ðể tạo tiền chất cho phản ứng: Phản ứng 1: Tạo Alkoxide Trong môi trýờng có nýớc alkoxide phân ly tạo CH3O– và Na+, CH3O– tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL. .. cao và van trên thiết bị phân tách PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL mở ra ðể nýớc bay hõi Ðể phân riêng và ngýng tụ glycerol tinh khiết, nhiệt ðộ quá trình tãng lên giữa 554 và 572 ° F (290 và 300 ° C) và hõi glycerol ðýợc dẫn tới các bình ngýng tủ lạnh Ðộ PH của glycerol phải ðýợc lýu giữ ở PH= 4 - 5.Nếu PH >5 Glycerol sẽ tạo bọt gây khó khãn cho quá trình tinh chế 2.Tinh chế glyceron bằng phương pháp... thực hiện phản ứng tiếp theo PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 3.CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ GLYCERON Hầu hết các quá trình sản xuất Biodiesel đều cho Glycerol có nồng độ từ 80-85% Để sử dụng nguồn Glycerol này vào chế biến thực phẩm và dược phẩm cần nâng nồng độ của Glycerol lên 95-99,5% PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 3.1 Tinh chế Glycerol bằng cách hút chân không: Tinh chế Glycerol sử dụng quy trình... methanol và hơi của các cấu tử dễ bay hơi Sau khi khử khí dòng sản phẩm sẽ được đưa vào thiết bị tách sắc ký lỏng bằng polymertrao ðổi ion ðể loại bỏ muối NaCl còn lẫn trong Glycerol Sau thời gian lýu trong PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL thiết bị tách sắc ký dòng sản phẩm ðýợc ðýa qua thiết bị trao ðổi nhiệt ðể hạ nhiệt ðộ sản phẩm xuống còn 40 0C trýớc khi ðýợc rửa bằng nýớc vô khoáng việc rửa... 2 Tại thiết bị bốc hõi số 2 Rotor quay tạo áp suất thấp (P= 0,1Bars) và phân tách Glycerol tinh khiết dạng hõi qua thiết bị tinh cất lại Glycerol và ðýợc dẫn vào thiết bị ngýng tụ và thu sản phẩm là Glycerol có ðộ tinh khiết từ 95-99,5%.Còn phần cặn ðýợc ðýa ra khỏi thiết bị bốc hõi số 2 và ðýợc ðem ði xử lý Nếu sử dụng thiết bị phân tách thông thýờng ở áp suất khí quyển: Ðối với việc tách nýớc, các... đặc với hàm lýợng muối 5-10ppm ,80%DS , nồng ðộ 99,5% Sau khi tách NaCl ra khỏi sản phẩm , NaCl còn lẫn glycerol ðýợc ðýa vào thiết bị kết tinh nhằm thu NaCl tái sử dụng ðể tách pha Biodiesel và Glycerol từ quá trình thủy phân Tại thiết bị tách sắc ký sẽ ðýợc bổ sung dòng nguyên liệu phụ hồi lýu từ quá trình kết tinh NaCl và quá trình cô ðặc Glyerol Dòng nguyên liệu phụ này cũng ðýợc gia nhiệt lọc tạp . PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL M C L CỤ Ụ PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 1.TỔNG QUAN VỀ BIODIESEL 1.1Năng lượng không tái sinh Nguồn năng lượng. Tạo Alkoxide Trong môi trýờng có nýớc alkoxide phân ly tạo CH3O– và Na + , CH3O– tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL 3.CÁC PHƯƠNG PHÁP TINH CHẾ GLYCERON Hầu. ký lỏng bằng polymertrao ðổi ion ðể loại bỏ muối NaCl còn lẫn trong Glycerol . Sau thời gian lýu trong PHÂN TÍCH GLYCERON TRONG BIODIESEL thiết bị tách sắc ký dòng sản phẩm ðýợc ðýa qua thiết