đồ án môn học quản trị và thiết bị

đồ án môn học quản trị và thiết bị

Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 Giới thiệu về BD 1.1.1 Sơ lược về BD 1.1.1.1 Khái niệm về Diesel: BD đã manh nha từ rất sớm năm 1853 nhờ công trình nghiên cứu của E.Dufy và J.Patrick về chuyển hóa este của dầu thực vật, nhưng BD chỉ được chính thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho ra mắt động cơ Diesel chạy bằng dầu lạc, sau đó ngày 10/08 được chọn là Ngày BD quốc tế ( International BD Day). Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho ra đời chiếc xe bằng Etanol. Nhưng do xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hóa thạch có giá rẻ hơn nên nhiên liệu sinh học chưa được coi trọng. Nhưng trong thời gian gần đây, do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về chống sự biến đổi khí hậu toàn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của nhân loại, nhất là khi các công nghệ biết đổi gen góp phần làm tăng đột biến sản lượng một số sản phẩm nông lâm nghiệp. Tóm lại, có thể hiểu một cách tổng quát Diesel là loại nhiên liệu bất kì dùng cho động cơ Diesel. Dựa theo nguồn gốc, có thể chia Diesel thành 2 loại: − Petrodiesel ( thường được gọi tắt là Diesel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được khi chưng cất dầu mỏ ở phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0 C đến 370 0 C, thành phần chủ yếu là hidrocacbon từ C16 – C21. − Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật ( cỏ, tảo, cây Jatropha, cây cao su…) hay mỡ động vật. Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng có thể cháy ở điều kiện thường nhưng vì có độ nhớt cao, một số loại có chỉ số acid lớn nên chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển hoá thành Monoankyl – Este rồi mới đem đi sử dụng. Theo phương diện hóa học, BD là metyl este của những acid béo ( trong đó, thành phần tạo năng lượng chủ yếu là gốc hidrocacbon). 1.1.1.2 Tại sao phải sử dụng BD? SVTH: Hồ Thanh Tuyền 1 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải − Dân số thế giới ngày càng tăng nhanh, áp lực về năng lượng và môi trường càng lớn. Trữ lượng dầu mỏ ngày càng giảm dần, do đó vấn đề đặt ra là cần tìm những nguồn năng lượng thay thế. Đó là có thể năng lượng hạt nhân, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, sóng biển, năng lượng nhiệt trong lòng đất. Tất cả nguồn năng lượng đó hiện đang được nghiên cứu ứng dụng nhưng vấn đề an toàn khi sản xuất và giá thành của nó còn cao nên việc áp dụng đại trà còn nhiều trở ngại. − M ột nguồn năng lượng mới từ Biomass đang được chú ý và có nhiều triển vọng vì tính hiện thực cũng như khả năng tái sinh và phù hợp với sinh thái của nó. − Etanol đi từ mía đường, tinh bột cũng sẽ là một dạng nhiên liệu sinh học có triển vọng. − Dầu mỡ động thực vật cũng là một dạng nguyên liệu để tạo ra không chỉ các hợp chất hữu cơ cơ bản mà còn tạo ra nhiên liệu cho các động cơ đốt trong tương tự dầu DO hay FO của dầu mỏ. Đó chính là Biodiesel. Dự báo nguồn nhiên liệu này sẽ chiếm 15-20% trong tổng nhu cầu nhiên liệu của thế giới trong vòng 50 năm tới. − Biodiesel không đơn thuần là nhiên liệu sinh học, mà kèm theo nó là trồng cây có dầu để phủ xanh đất trống đồi trọc, chống xói mòn đất, tăng lượng oxy khí quyển, giảm khí CO 2 , xóa đói giảm nghèo cho vùng trung du miền núi. Bên cạnh VO là một loạt sản phẩm có giá trò khác thu được qua quá trình sản xuất Biodiesel như glixerin, vitamin, đạm từ bả và các chất có hoạt tính sinh học khác như saponin, photpholipit, gluxit… 1.1.2 Ưu nhược điểm của BD so với diesel truyền thống: 1.1.2.1 Ưu điểm: − BD là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế ít gây ảnh hưởng đến môi trường và sức khoẻ con người; là loại nhiên liệu sạch hơn vì khí thải khi đốt BD hầu như sẽ không có SOx , hàm lượng CO và hidrocacbon thơm giảm so với khi đốt diesel truyền thống (chẳng hạn như benzofluoranthense ít hơn 56%, benzopysenes ít hơn 71% ). − Là nguồn nhiên liệu thay thế cho diesel khi sử dụng cho động cơ diesel mà không ảnh hưởng đến động cơ. − Là loại nhiên liệu có thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với diesel nhằm đạt được hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc qia. − Là loại nhiên liệu tái sinh nên BD sẽ là thế mạnh của các nước có nền nông nghiệp phát triển. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 2 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải − Là loại nhiên liệu bò vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thoát ra ngoài môi trường sẽ ít độc hại hơn rất nhiều so với các loại xăng dầu từ dầu mỏ. − Khi đạt các tiêu chuẩn thì BD sẽ là nhiên liệu ít ăn mòn động cơ hơn so với diesel. 1.1.2.2 Nhược điểm: − Trong phân tử biodiesel có chứa nguyên tử oxy nên nhiệt trò thấp hơn diesel truyền thống. Vì vậy, khi sử dụng biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống. − Dễ bò oxy hoá nên vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng BD ( Lưu trữ trung bình 6 tháng). − Hàm lượng NOx cao trong khí thải. Đây là nhược điểm đang được nghiên cứu khắc phục. − Nhiệt trò thấp hơn so với diesel nên cần một lượng nhiên liệu lớn hơn để đi được cùng một quãng đường. − Chi phí sản xuất còn cao so với diesel. Hiện tại BD trở thành thương phẩm vẫn phải cần chính sách hỗ trợ của chính phủ nhằm thúc đẩy nền công nghiệp năng lượng này. Với tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn dần, diesel truyền thống ngày càng tăng giá, thì trong tương lai, BD gần như là giải pháp thay thế duy nhất. 1.1.3 Một số thông số kỹ thuật được đưa ra so sánh giữa hai loại nhiên liệu: Khí thải Đơn vò Diesel truyền thống BD từ dầu nành BD từ dầu thải NOx g 0.944 1.156 1.156 CO g 0.23 0.136 0.156 Hidrocacbon g 0.0835 0.0040 0.0038 − Bảng1.1.3.1: So sánh nồng độ khí thải giữa DO và Biodisel Nhiên liệu Năng suất toả nhiệt (MJ/Kg) DO 44,8 BDO 37,2 Methanol 18,2 Glyxerin 18,3 Dầu dừa 35,3 Dầu Jatropha 39,6 Dầu hạt cao su 39.18 Bảng1.1.3.2: Bảng so sánh năng suất toả nhiệt của một số loại nhiên liệu Đặc tính nhiên liệu Diesel Biodiesel Nhiệt trò, Btu/gal 129,05 118,17 Độ nhớt động học ở 40 0 C, mm 2 /s 1,3 – 4,1 4,0 – 6,0 SVTH: Hồ Thanh Tuyền 3 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải Tỉ trọng ở 15 0 C, lb/gal 7,079 7,328 Hàm lượng nước và cặn cơ học, max 0,05 0,05 Điểm chớp cháy, 0 C 60 - 80 100 – 170 Điểm đông đặc, 0 C -15 - 5 -3 _ -12 Chỉ số cetane 40 - 55 48 - 65 Bảng 1.1.3.3 – Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel [5] 1.1.4 Các thông số hoá lý kỹ thuật của Biodiesel: 1.1.4.1 Chỉ số Cetan: Chỉ số Cetan là đơn vò đo quy ước, dùng để đánh giá khả năng tự bắt cháy của các loại nhiên liệu diesel, có giá trò đúng bằng giá trò của hỗn hợp chuẩn có cùng khả năng tự bắt cháy. Hỗn hợp chuẩn này gồm 2 hidrocacbon: − n – Cetan C 16 H 34 là chất có khả năng bắt cháy cao nhất với chỉ số qui đònh là 100 , khi đó “hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-Cetan − α - metyl naphtalen C 11 H 10 là chất khó bắt cháy nhất với chỉ số cetan qui đònh là 0 Những hợp chất có mạch thẳng thì dễ bắt cháy nên có chỉ số Cetan cao, trong khi hợp chất vòng hoặc mạch nhánh thì có chỉ số Cetan thấp hơn. Bản chất cháy của diesel trong động cơ là bò nén áp suất cao (tỷ số nén khoảng 14:1 đến 25:1) ở dạng đã phối trộn với Oxy và có nhiệt độ cao thích hợp sẽ cháy và sinh công. Biodiesel cần có chỉ số cetan cao để đảm bảo quá trình cháy, nếu cao quá sẽ gây lãng phí nhiên liệu vì 1 số thành phần ở nhiệt độ cao trong xilang sẽ phân hủy thành cacbon tự do (còn gọi là muội than) trước khi cháy, tuy nhiên nếu chỉ số cetan quá thấp sẽ dễ gây ra hiện tượng kích nổ (do có nhiều thành phần khó bò oxy hóa đòi hỏi phải phun rất nhiều nhiên liệu vào xylanh mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bò đốt cháy nhiều hơn yêu cầu, nhiệt lượng sinh ra rất lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh dễ bò mòn và động cơ rung giật).Vì thế, chỉ số Cetan là một trong những tiêu chuẩn đã được quy đònh theo từng quốc gia cho các loại nhiên liệu trong đó có Biodiesel.Thông thường, với động cơ Diesel chậm (dưới 500 rpm), chỉ số cetan khoảng 45 đến 50; còn đối với động cơ chạy nhanh (đến 1000 rpm) chỉ cần trên 50. 1.1.4.2 Trò số octan: là một đơn vò đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả năng chống kích nổ nhiên liệu, có giá trò đúng bằng giá trò của hỗn hợp chuẩn (ở điều kiện tiêu chuẩn) gồm iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8 H 18 ) và n-helptan ( n- C 7 H 16 ). Hỗn hợp chuẩn có trò số octan là x ( x có giá trò từ 0 đến 100) tức là hỗn hợp có chứa x% (thể tích) iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8 H 18 ). Nhiên liệu có trò số octan càng cao thì càng tốt. Để tăng trò số octan, ta có 3 cách chính: − Pha thêm phụ gia: +Hợp chất cơ kim: Pb (hiện cấm dùng), Mn và Fe (dùng hạn chế)… +Phụ gia Ferrocene- Diclopentadienyl (C 2 H 5 ) 2 Cl. Phụ gia này rẻ tiền, ít độc với môi trường nhưng lại độc với động cơ. Khi cháy, Ferrocene tạo ra lớp oxit sắt ( lớp màu đỏ trên bugi) ảnh hưởng đến các lớp xúc tác trong oto hiện đại, gây mài mòn các vòng piston, lỗ khoan trên SVTH: Hồ Thanh Tuyền 4 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải xylanh và trục cam .Hiện Ferrocene không được cơ quan bảo vệ môi trường của Mỹ chấp nhận cho sử dụng. +MMT ( Methylcyclopentadienyl Maanganese Tricabonyl): hiện được dùng thay thế cho phụ gia Pb +… − Pha trộn với nhiên liệu có trò số octan cao − Chuyển các hidrocacbon mạch thẳng thành mạch nhánh, hoặc vòng no, vòng thơm có trò số octan cao như cracking, reforming … 1.1.4.3 Điểm đục: Điểm đục là nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu vẩn đục do có một số chất bắt đầu kết tinh. Điểm đục có ý nghóa rất quan trọng đối với dầu diesel, đặc biệt khi nó được sử dụng ở các nước có nhiệt độ hạ thấp khi mùa đông đến. Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt sẽ tăng lên, ảnh hưởng đến việc phun nhiên liệu. Nếu nhiệt độ hạ thấp hơn nhiệt độ tạo điểm đục thì những tinh thể kết tinh sẽ kết hợp lại với nhau tạo thành những mạng tinh thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn cũng như thiết bò lọc làm động cơ không hoạt động được. 1.1.4.4 Điểm chảy: Điểm chảy là nhiệt độ mà toàn bộ thể tích của hỗn hợp chuyển pha từ thể rắn sang thể lỏng. Điểm đục và điểm chảy là thông số được xác đònh nhằm dự đoán khả năng sử dụng của Biodiesel ở nhiệt độ thấp. 1.1.4.5 Điểm chớp cháy: Điểm chớp cháy là nhiệt độ mà ở đó hỗn hợp bắt đầu bắt lửa và cháy. Chỉ số này dùng để phân loại nhiên liệu theo khả năng cháy nổ của chúng. Điểm chớp cháy của Metyl este tinh khiết là hơn 200 0 C, và Metyl este được xếp loại vào những chất khó cháy. Tuy nhiên, trong quá trình điều chế và tinh chế, Methanol dư còn lẫn trong sản phẩm và làm hạ thấp điểm chớp cháy. Điều này gây nguy hiểm khi điểm chớp cháy hạ xuống thấp. Đồng thời Methanol là chất ăn mòn thiết bò kim loại. Do vậy điểm chớp cháy vừa được sử dụng như một tiêu chuẩn quản lý chất lượng Biodiesel vừa để kiểm tra lượng Methanol dư thừa. 1.1.4.6 Độ nhớt: Độ nhớt: thể hiện khả năng kháng lại tính chảy của chất lỏng. Thông số này phụ thuộc vào sự ma sát của một phần chất lỏng khi trượt lên phần chất lỏng khác. Độ nhớt của nhiên liệu càng cao càng không có lợi khi sử dụng vì nó làm giảm khả năng phân tán khi được phun vào thiết bò để đốt cũng như làm tăng khả năng lắng căn trong thiết bò. Chính vì vậy người ta mới buộc phải chuyển các loại dầu mỡ động thực vật thành Biodiesel rồi mới đem đi sử dụng vì Biodiesel có độ nhớt thấp hơn nhiều. Ngoài ra cón có các chỉ số khác. Tất cả các chỉ số hoá lý này được nghiên cứu và xây dựng thành tiêu chuẩn cụ thể cho Biodiesel. Tính chất Phương pháp thử Giới hạn Đơn vò Nhiệt độ chớp cháy (phương pháp cốc kín) ASTM D 93 130 min 0 C Nước và cặn ASTM D 2709 0,05 max % thể tích Độ nhớt động học ở 40 0 C ASTM D 445 1,9 – 6,0 mm2/s SVTH: Hồ Thanh Tuyền 5 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải Tro Sulfat ASTM D 874 0,020 max % khối lượng Sulfur tổng ASTM D 4294 - 99 0,05 max % khối lượng Điểm đục ASTM D 2500 oC Cặn Carbon ASTM D 4530 0,05 max % khối lượng Chỉ số acid ASTM D 664 0,8 max mg KOH/g Hàm lượng Glyxerin tự do ASTM D 6854 0,02 max % khối lượng Hàm lượng Glyxerin tổng ASTM D 6854 0,24 max % khối lượng Hàm lượng photpho ASTM D 4951 10 ppm 1.2 Các nguồn nguyên liệu để sản xuất BD 1.2.1 Các nguồn nguyên liệu chính 1.2.1.1 Dầu thực vật: Cọ dầu Từ hơn 10 năm trước đã trồng tại Long An, đạt 4 tấn dầu /ha. Tuy nhiên có 1 số khó khăn: trồng qui mô lớn mới hiệu quả vì cần đầu tư dây chuyền xử lý ngay sau thu hoạch do trong hạt chứa mem lipase phân hủy dầu trong vòng 24 giờ thành este và glycerin nên cần diệt men lipase (bằng nồi hơi); cọ dầu không khó trồng nhưng cần mưa quanh năm – khó đạt được ở Việt Nam. Hiện nay hầu như không phát triển được. Vừng Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, hiện đang trồng đại trà tại Nghệ An, Thanh Hóa, Gia Lai, An Giang.Hiện nay vừng chủ yếu được xuất khẩu sang Nhật (cả hạt và dầu). Dừa Diện tích trên 180000 ha, nhưng năng suất dầu thấp, tối đa đạt 1 tấn dầu/ha, bằng ¼ so với cọ dầu. Sản lượng dầu ép không cao vì cây dừa rất hiệu quả đối với nông dân do các sản phẩm khác như cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… nên giá dừa trái tăng (khoảng 15000 đ/l). Đậu nành Hạt thu mua trong dân 5000 đ/kg, đậu nành nhập khẩu từ Mỹ 3500 đ/kg ( kể cả thuế nhập khẩu). Hướng dương Trồng thử nghiệm ở Củ Chi (đạt khoảng 2.5 tấn /ha), Lâm Đồng ( đạt 3.5 – 5 tấn/ha). Khi trồng thử nghiệm các thế hệ lai, năng suất đã tăng đáng kể. Do đó hướng dương trở thành nguồn nguyên liệu có triển vọng. Bông vải Theo chính sách Nhà nước về tự túc 70% nguyên liệu dệt may, diện tích trồng cây bông sẽ phát triển nhanh chóng. Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng là 33000 ha, 60000ha và 120000ha. Dầu hạt bông cải có thể là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất BD và ta chưa loại được độc tố gossypol nên không thể dùng để sản xuất dầu ăn. Dầu bông vải thô hiện nay giá khoảng 7000 đ/l. (Theo báo cáo khoa học lần thứ nhất về nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (Biofuel và BD ở Việt Nam) 23/08/2006 trang 18) Tính chất Dầu hạt Dầu hoa Dầu hạt Dầu hạt Dầu hạt SVTH: Hồ Thanh Tuyền 6 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải cao su hướng dương cải bông cải dậu nành Thành phần acid béo (i) Acid panmitic C(16:0) (ii) Acid stearic C(18:0) (iii) Acid oleic C(18:1) (iv) Acid linoleic C(18:2) (v) Acid linolenic C(18:3) 10,2 8,7 24,6 39,6 16,3 6,8 3,26 16,93 73,73 0 3,49 0,85 64,4 22,3 8,23 11,67 0,89 13,27 57,51 0 11,75 3,15 23,26 55,53 6,31 Tỉ trọng 0,91 0,918 0,914 0,912 0,92 Độ nhớt ở 40 0 C (mm 2 /s) 66,2 58 39,5 50 65 Điểm chớp cháy ( 0 C) 198 220 280 210 230 Nhiệt trị (MJ/kg) 37,5 39,5 37,6 39,6 39,6 Chỉ số acid 34 0,15 1,14 0,11 0,2 Nước ta tuy là nước nông nghiệp nhưng hàng năm chúng ta vẫn phải nhập một lượng rất lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu. Sở dó như vậy vì giá mua nguyên liệu hạt, quả có dầu ở nước ta đôi khi bằng hoặc cao hơn so với giá nhập dầu thực vật thô từ những nước có tiềm năng như Malayxia, Mỹ…Do đó ta nên đònh hướng nghiên cứu sản xuất BD từ các loại dầu thực vật không có giá trò thực phẩm có giá thành thấp như dầu bông, dầu hạt cao su, dầu hạt Jatropha … 1.2.1.2 Mỡ động vật: Mỡ động vật được chia ra làm 2 nhóm : mỡ động vật trên cạn và mỡ động vật dưới nước. − Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu là palmaitic và axit stearic (mỡ heo, mỡ bò). Mỡ động vật trên cạn chứa nhiều axit béo thuộc nhóm omêga-6 hơn, hầu như không có omêga-3 nên thường ở trạng thái rắn trong điều kiện nhiệt độ thường. Các axit béo thuộc nhóm omêga-6 có tác dụng làm co mạch, tăng huyết áp. − Mỡ động vật dưới nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhóm omêga-3 tương đối lơn, ở thể lỏng trong điều kiện nhiệt độ thường. Nước ta thuộc vùng nhiệt đới, có nhiều sông nước nên nghề nuôi và chế biến thủy sản phát triển mạnh về cả chất và lượng, không chỉ phục vụ nhu cầu trong nước mà còn hướng đến xuất khẩu. Trong đó phải kể đến nghề nuôi và chế biến cá da trơn ở khu vực Đồng bằng sông Cửu Long. Hoạt động chế biến các sản phẩm từ cá da trơn thải ra ngoài một lượng lớn các phế phẩm, ảnh hưởng đến môi trường, mà trong đó chiếm chủ yếu là dầu hạt cao su. Do đó, nếu sử dụng dầu hạt cao su như nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu mới là một phương án có hiệu quả về mặt kinh tế lẫn cho môi trường. Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồi tài nguyên sẵn có và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng. Chẳng hạn như ởÛ Châu u sử dụng chỉ yếu là cải dầu và dầu hướng dương; ở Mỹ- dầu đậu nành; ở Châu Mỹ- dầu đậu nành, hướng dương và thầu dầu; ở miền Nam Châu Phi- dầu đậu nành, dầu mè; ở Đông Nam Á- dầu cọ, dầu dừa và dầu mè; ở Châu c- cải dầu,dầu lanh và dầu cọ nhập từ Đông Nam Á. Sử dụng nguồn tài nguyên sẵn có, các nguyên liệu phế thải sẽ góp phần làm giảm giá BD, đưa BD vào sử dụng rộng rãi hơn. 1.2.2 Giới thiệu dầu hạt cao su Cây cao su (danh pháp khoa học là Hevea brasiliensis) là một loài cây thân gỗ thuộc họ Đại kích (Euphorbiaceae). SVTH: Hồ Thanh Tuyền 7 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải Nhân hạt cao su ( chiếm 50 – 60% hạt) chứa 40 – 50 % (khối lượng hạt) là dầu có màu nâu. Hạt cao su có hình elipxoid với nhiều kích cỡ, dài 2.5 – 3 cm. Hạt bóng, nặng 2- 4 g/hạt, trên hạt có các chấm nâu. Hàng năm, khoảng tháng 8 hoặc tháng 9 là thời điểm cao su cho trái rộ nhất với năng suất khoảng 1 tấn hạt/ 1 ha. Theo thống kê trên thế giới, khi ép 1 tấn hạt, trung bình ta thu được 100 kg dầu hạt cao su. Tại Việt Nam, theo thống kê năm 2007, diện tích trồng cao su hơn 500000 ha( Theo http://www.hochiminhcity.gov.vn/left/tin_tuc/tin_thoi_su/2007/08/27-08-2007.02). Thu nhập từ cây cao su chỉ chú ý đến mủ và thân, còn hạt cao su thì bò bỏ quên. Như vậy, với 500000 ha ta sẽ thu được 5000 tấn hạt, tương đương 500 tấn dầu. Dầu hạt cao su có chứa cyanogenic glycosides, hợp chất này dưới tác dụng của enzyme đặc hiệu hoặc trong môi trường acid yếu sẽ chuyển hóa thành hợp chất cyanua. Do đó dầu cao su không thể sử dụng được trong thực phẩm. Thực ra, hạt dầu cao su cũng có khả năng chế biến ra Methyl Ester như các loại dầu thực vật khác để sử dụng trong công nghiệp. Vỏ bọc rớt trên đất được thu về và tách lấy nhân hạt.Những nhân hạt này được sấy khô để tách ẩm. Sau đó, hạt được đưa vào máy nghiền và dầu được lọc lấy. Dầu qua lọc sẽ được dùng làm nguyên liệu để sản xuất Biodiesel. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 8 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải Tại thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh lân cận có khoảng 20 cơ sở thủ công hoặc bán thủ công ép hạt cao su lấy dầu với hiệu suất khoảng 17% là cao nhất và mỗi cơ sở chỉ làm khoảng vài tấn hạt trong một ngày, mặc khác do nguồn nguyên liệu không ổn đònh ( cao su cho trái rộ chỉ trong khoảng 2 tháng) nên giá thành dầu hạt cao su rất cao, khoảng 17000 đồng/kg ( giá hạt trung bình khoảng 2500 đồng/kg). Để sử dụng hiệu quả hạt cao su đang có ta phải đổi mới công nghệ chiết, tách nhằm tăng hiệu suất lên 30% và qua đó ta có thể dùng dầu này để sản xuất Metyl Este giá thành khoảng 10000 đồng/ lít nhưng chất lượng tương đương với chất lượng Metyl Este của dầu đậu nành mà ở Mỹ đang sản xuất sử dụng và xuất khẩu với tên thương mại là Soyat. Thành phần dầu cao su thu được: − Chứa trên 90% gốc Acid có mạch C18 và phân tử lượng khoảng 870± 10, Kg/m 3 − Chỉ số Iot 130 ± 5 g iot/ 100g. − Chỉ số xà phòng 185 ± 5 mg KOH/g. − Chỉ số acid 50 ± 5 mg KOH/g. − Acid trong dầu hạt cao su gồm 2 nhóm chính: + Acid béo bão hòa: o Acid Palmitic SVTH: Hồ Thanh Tuyền 9 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải o Acid Stearic + Acid béo không bão hòa: o Acid oleic o Acid linoleic o Acid linolenic Trong dầu hạt cao su, các metyl este của các acid béo no làm tăng điểm đông, trò số cetan và tăng độ bền trong khi những polymer không no làm giảm điểm đông, trò số cetan và cả độ bền, Loại và thành phần acid béo có trong dầu thực vật phụ thuộc vào vùng đất trồng cây và điều kiện chăm sóc. Mặc dù cây thực vật thuộc nhóm có độ bay hơi thấp trong tự nhiên, nó lại nhanh chóng tạo ra các hợp chất dễ cháy có khả năng bay hơi khi cháy. 1.3 Công nghệ sản xuất BD : 1.3.1 Các phương pháp điều chế BD từ dầu thực vật: Để sản xuất BD cần áp dụng các phương pháp xử lí VO để tính chất của nó gần với nhiên liệu Diesel. Sự khác nhau cơ bản của VO so với nhiên liệu Diesel chính là độ nhớt. nh hưởng của độ nhớt cao làm cho hệ thống cấp nhiên liệu của động cơ làm việc không bình thường, nên chất lượng của quá trình phun và cháy kém hơn. Do chất lượng của quá trình phun và cháy kém nên các chỉ tiêu của động cơ Diesel sẽ kém đi khi sử dụng VO. Vì lý do trên, trong số các giải pháp xử lý VO để tính chất của nó gần với Diesel thì các giải pháp làm giảm độ nhớt được quan tâm trước tiên. 1.3.1.1 Phương pháp sấy nóng: Hiện ít sử dụng vì không thích hợp, cần có nhiệt độ trên 80 0 C. 1.3.1.2 Phương pháp pha loãng: Đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện ở mọi qui mô. Pha trộn được tiến hành bằng phương pháp cơ học, không đòi hỏi thiết bò phức tạp, hỗn hợp nhận được bền vững và ổn đònh trong thời gian dài. Nhược điểm của phương pháp này là khi tỷ lệ dầu thực vật lớn hơn 50% thì không thích hợp, vì lúc này độ nhớt của hỗn hợp lớn hơn độ nhớt Diesel nhiều. Khi pha loãng Diesel bằng dầu thực vật, hỗn hợp 10% VO có độ nhớt thay đổi không đáng kể so với Diesel và thể hiện tính năng kỹ thuật tốt đối với động cơ Diesel. 1.3.1.3 Phương pháp cracking: Quá trình này gần giống với quá trình cracking dầu mỏ. Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của VO dưới tác dụng của nhiệt và chất xúc tác thích hợp. Sản phẩm của quá trình cracking VO thông thường bao gồm khí, xăng, Diesel và một số sản phẩm phụ khác. Phương pháp này có nhược điểm là tốn năng lượng, khó thực hiện ở qui mô nhỏ và sản phẩm gồm nhiều dạng nhiên liệu. 1.3.1.4 Phương pháp nhũ tương hóa: Nhũ tương là một hệ phân tán cao của hai chất lỏng mà thông thường không tan được với nhau. Thể trong ( thể phân tán) là các giọt nhỏ được phân tán trong thể ngoài ( chất phân tán). Tùy theo môi trường chất phân tán mà người ta gọi thí dụ như là nhũ tương nước trong dầu hau nhũ tương dầu trong nước. Để tạo độ bền cho nhũ tương có thể cho thêm các chất hoạt tính bề mặt ( như chất nhũ hóa, xà phòng…), các chất này ngăn hỗn hợp tự tách ra thành các thành phần riêng lẻ. Nhìn về mặt nhiệt động lực học thì nhũ tương lại là một hệ thống không bền. SVTH: Hồ Thanh Tuyền 10 [...]... của thiết bị sau khi rửa… Tùy thuộc vào thời gian rửa thiết bị mà ta xác định được số thiết bị tách pha cần thiết tương ứng SVTH: Hồ Thanh Tuyền 21 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải + Sau q trình tách pha ta thu được: + Pha A ở phía trên: gồm rượu dư, acid sunfuric và tạp chất + Pha B ở phía dưới: chứa chủ yếu là BD, lượng dầu hạt cao su chưa được chuyển hóa Hỗn hợp này được phân tách và. .. hợp dòng vào, quá trình phản ứng, quá trình bay hơi của Methanol và tổn thất nhiệt qua vỏ thiết bò Nhiệt lượng cần cung cấp ở thiết bò phản ứng 2 và ở thiết bò 14(theo sơ đồ nguyên lý ở trên) là lớn nhất Tuy nhiên, thể tích lượng lỏng trong thiết bò 14 nhiều hơn ở thiết bò 2 nên ta sẽ thực hiện tính toán thiết kế và kiểm tra các điều kiện bền cũng như quá trình khuấy trộn, trao đổi nhiệt trên thiết bò... khuấy trộn, trao đổi nhiệt trên thiết bò này Các thông số thu được cũng sẽ là thông số thiết kế cho các thiết bò tương tự còn lại trong hệ thống SVTH: Hồ Thanh Tuyền 23 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải CHƯƠNG 3: TÍNH TỐN THIẾT BỊ 3.1 Thiết bị phản ứng chính 3.1.1 Các thông số kỹ thuật phục vụ cho tính toán thiết kế STT Chỉ tiêu phân tích Phương pháp Kết quả 1 FFA AOCS CD 3d – 93 28.58(Theo... Glycerine vào thiết bò 16: Trước khi thực hiện phản ứng: + Phần khối lượng của dầu hạt cao su( xem khối lượng xúc tác là không đáng kể): SVTH: Hồ Thanh Tuyền 30 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải Sau khi thực hiện phản ứng + Hỗn hợp vào thiết bị 16 gồm Metanol dư , Glycerine và Triglyceride: Tính chất hoá lý của hỗn hợp phản ứng thay đổi theo thời gian phản ứng Với hệ thống phản ứng hoạt động gián... = 0,1 m và h = 40 → Qui chuẩn chiều cao thiết bò Ht = 0,55 m Chiều cao thuỷ tónh của hỗn hợp chất lỏng trong thiết bò 5: 0,33 m = 25 = 0,46 m Ta thấy khi Dt= 0,30 m, chiều cao thiết bò và chiều cao mực chất lỏng trong thiết bò đều cân đối Do đó chọn Dt = 0,30 m SVTH: Hồ Thanh Tuyền 33 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải p suất tính tóan Ptt = Pth + Ph − p suất trên mặt thoáng Pth : Thiết bò... trong bình 11 Từ đây, hỗn hợp được dẫn đến thiết bị phản ứng 13 Metanol và xúc tác bazo cũng được dẫn vào thiết bị 13 trong thời gian này + Khuấy trộn và gia nhiệt hỗn hợp đến 45 0C Thời gian lưu trung bình của hỗn hợp ở thiết bị này là 30 phút Sau khoảng thời gian trên, ta cũng tiến hành thực hiện q trình phân pha như ở giai đoạn 1.Lớp dưới, chủ yếu chứa tạp chất và glixerin, được lấy ra trước ( chứa trong... Để đảm bảo tính bền của thiết bò và độ tinh khiết của sản phẩm, ta dùng điện trở ngoài Ở đây tôi chọn vòng nhiệt Ta cũng có thể dùng điện trở dạng sợi hoặc bản mỏng quấn quanh thiết bò, nhưng như thế thì diện tích truyền nhiệt và độ bền của thiết bò (dưới tác dụng của điểm nhiệt) đều giảm SVTH: Hồ Thanh Tuyền 22 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải 2.3 Chọn thiết bò thiết kế Các quá trình cần... xúc tác axit tạo tác nhân ái điện tử còn xúc tác bazơ tạo tác nhân ái nhân SVTH: Hồ Thanh Tuyền 18 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 2.1.Quy trình cơng nghệ: 2.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị: SVTH: Hồ Thanh Tuyền 19 Đồ án mơn học QT&TB 2.1.2 GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải Sơ đồ khối qui trình (theo [4]) Dầu hạt cao su Metanol , xúc tác H2SO4 Este hóa bằng acid T = 50 0C,... từng thiết bò Chọn thông số hoá lý của hỗn hợp theo giá trò trung bình cộng của hỗn hợp dòng lưu chất nhập liệu ban đầu và hỗn hợp lưu chất ra khỏi hệ thống thiết bò kết thúc phản ứng và tạm coi đây là giá trò dùng để tính thiết kế cho thiết bò − Nhiệt dung riêng của hỗn hợp đầu: − Nhiệt dung riêng của hỗn hợp cuối: − Nhiệt dung riêng trung bình của hỗn hợp phản ứng: SVTH: Hồ Thanh Tuyền 31 Đồ án mơn học. .. trong : Dt SVTH: Hồ Thanh Tuyền 32 Đồ án mơn học QT&TB GVHD: PGS.TSKH Lê Xn Hải (a) Với thiết bò có dùng cánh khuấy, để thiết bò cân đối, ta chọn Dt = H Khi Vđ =0, → + Chọn giá trò đường kính quy chuẩn Dt= 0,4 m h Đáy nắp elíp tiêu chuẩn có gờ: ht = 0,1 m h = 25 ht m Thay Vđ, Dt vào (a), tìm lại H = 0,215m Qui chuẩn chiều cao thiết bò H = 0,25 m Tỉ số khá nhỏ làm thiết bò mất cân đối + Chọn giá trò . CÔNG NGHỆ 2.1.Quy trình công nghệ: 2.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị: SVTH: Hồ Thanh Tuyền 19 Đồ án mơn học QT&TB . sinh enzyme…) để thiết lập những đặc tính phù hợp để áp dụng vào sản xuất. Tuy nhiên, hiệu suất SVTH: Hồ Thanh Tuyền 12 Đồ án mơn học QT&TB