đề tài thu hồi glycerol quá trình sản xuất biodiesel

Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM - TPHCM KHOA CÔNG NGHỆ HÓA HỌC Đề tài : Nhóm Thực Hiện: Nhóm I TPHCM., Tháng 06 năm 2010. TPHCM., Tháng 06 năm 2010 Nguyễn Thiên Long 3004080019 Vũ Đình Tài 3004080032 Trần Thanh Trước 3004080049 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 2 Mục lục Lời giới thiệu. 2 I – Tổng quan về Glycerol 5 1 Giới thiệu về Glycerol. 5 1.1 Tính chất hóa học: 5 1.2 . Tính chất vật lý: 5 1.3 Ứng dụng của Glycerol: 6 2 Giới thiệu về một số phương pháp sản xuất Glycerol 7 2.1 Sản xuất glycerol từ Anlyl Clorua: 7 2.2 Lên men đường: 7 2.3 Hidro hóa Cacbonhidrat: 7 2.4 Một số phương pháp thử nghiệm: 7 2.5 Phương pháp tổng hợp từ thủy phân chất béo: 8 II – Phương pháp tổng hợp Glycerol từ thủy phân chất béo: 9 1.Nguyên liệu: 9 2. Sản xuất Biodiesel: 10 2.1 Cơ chế phản ứng: 10 2.2 Trong phòng thí nghiệm: 11 2.3 Quy trình công nghệ: 13 2.3.1 Sản xuất Biodiesel từ nhiều nguồn nguyên liệu: 13 2.3.2 Sản xuất Biodiesel từ dầu tinh luyện: 15 III – Tinh chế Glycerol: 16 1. Tinh chế Glycerol bằng cách hút chân không: 16 2. Tinh chế Glycerol bằng phương pháp sắc ký lỏng: 17 Tài liệu tham khảo: Lời giới thiệu Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 3  Trong quá trình sản xuất xà phòng từ chất béo người ta thu được một chất lỏng rất nhớt, đó là 1,2,3 – propitriol, hay tên thương mại là Glycerol. Glycerol được xem là sản phẩm phụ của quá trình xà phòng hóa nhưng lại đóng vai trò là chất bảo quản cho xà phòng không bị đóng rắn. Glycerol là một thành phần quan trong chất béo vì Glycerol tạo với axit béo thành Trieste làm nên cấu trúc bền vững của lipit. Không chỉ là chất bảo quản cho xà phòng, Glycerol còn có vai trò quan trọng trong các lĩnh vực sản xuất mỹ phẩm dưỡng da, làm trắng… Glycerol còn có một số dược tính dùng để sản xuất dược phẩm. Vì vậy, con người đã tạo rất nhiều công nghệ được nghiên cứu để tạo ra Glycerol. Ngày nay, trong công nghệ sản xuất chất đốt xanh bidiosel, Glycerol là sản phẩm phụ của quá trình thu được với hàm lượng lớn nên được sử dụng để sản xuất nhiều chất hữu cơ cơ bản. Qua một thời gian tìm hiểu, ở đây, nhóm xin trình bày về quy trình sản xuất Glycerol trong quá trình sản xuất bidiosel và phương pháp tinh chế Glycerol trong công nghiệp. Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 4 I – Tổng quan về Glycerol 1. Giới thiệu về Glycerol. 1.1 Tính chất hóa học: Glycerol là một rượu đa chức, gồm 3 nhóm -OH gắn vào gốc hyđrocacbon C 3 H 5 (hay công thức hóa học là C 3 H 5 (OH) 3 ). Glycerol là một chất lỏng không màu, không mùi, nhớt, có vị ngọt (có 3 nhóm –OH), sôi ở 290 o C, nóng chảy ở 17 o C. Phân tử khối 92,09382 g / mol, độ nhớt 1,2 Pa °. Hình glycerol Có một số tính chất của một rượu đa như phản ứng với Cu(OH) 2 tạo 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. 1.3 Tính chất vật lý: Glycerol có sức căng bề mặt 6400mN/m ở 20 0 C, 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 -36 0 F 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: Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 5 Glycerol Freezing Point Nội dung Glycerol Freezing Point Freezing Point (Wt.%) (° F) (° C) 0 32,0 0 15 29,1 -1,2 20 23,4 -4,8 30 14,9 -9,5 40 4,3 -15,4 50 -7,4 -21,9 60 -28,5 -33,6 70 -36,0 -37,8 80 -2,3 -19,1 90 29,1 -1,6 100 62,6 17,0 1.3 Ứng dụng của Glycerol: Glycerol là một thành phần quan trọng tạo nên chất béo, thuốc nổ nitroglycerin Glycerol còn được dùng nhiều trong công nghiệp dệt, thuộc da động vật do có khả năng giữ nước làm mềm da động vật, vải Cho thêm glycerol vào mực in, mực viết, kem đánh răng sẽ giúp cho các vật phẩm đó chậm bị khô. Nó còn được sử dụng nhiều trong dược phẩm và mỹ phẩm vì glycerol có khả năng hút ẩm tốt và tạo rao một lớp màng bảo vệ cho da, dạ dày … Hiện nay, do sự phát triển của Biodiesel nên lượng Glycerol từ quá trình này cũng rất dồi dào. Glycerol được dùng làm nguyên liệu điều chế propylene glycol, acrolein, ethanol, và là nguyên liệu để sản xuất một số loại nhựa epoxy. Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 6 2. Giới thiệu về một số phương pháp sản xuất Glycerol 2.1 Sản xuất glycerol từ Anlyl Clorua: Việc tổng hợp glycerol từ propen và Clo đầu tiên được xuất hiện vào năm 1943 bởi I.G. Farben tại Oppau và Hydebreck. Và được hoàn thiện cho tới ngày hôm nay với sơ đồ phản ứng sau: CH 2 =CH–CH 3 CH 2 =CH– CH 2 Cl CH 2 Cl–CHOH–CH 2 Cl CH 2 OH–CHOH–CH 2 OH Propen được cho tác dụng với Clo ở 400 o C và tạo ra anlyl Clorua sau đó anlyl Clorua tiếp tục cho tác dụng với nước Clo rồi thủy phân cho Glycerol. Phần lớn lượng Glycerol hiện nay được sản xuất bằng phương pháp này. Song hiện nay các nhà sản xuất đang nhắm đến nguồn nguyên liệu sạch có nguồn gốc từ thiên nhiên để sản xuất Glycerol. 2.2 Lên men đường. Sự hình thành của glycerol bằng lên men đường được phát hiện năm 1858. Công nghệ sử dụng đường có thể được hiểu; lên men đường gián đoạn tại các giai đoạn glyceraldehyde 3-phosphate với cacbonat natri hoặc với kiềm hoặc kiềm thổ sulfite. Sau khi giảm tới phosphate glycerol, glycerol thu được trong năng suất tối đa 25% do thủy phân. Phương pháp này ít phổ biến vì năng suất không cao. 2.3 Hidro hóa Cacbonhidrat: Hiđrô hóa polyalcohol tự nhiên như cellulose, tinh bột, hoặc đường dẫn đến hỗn hợp của glycol, mà tách được bằng cách chưng cất. Chất xúc tác được sử dụng trong nhiệt độ cao bao gồm niken, coban, đồng, crôm và vonfram cũng như oxit của một số các nguyên tố nhóm Lantan. Glycerol được sản xuất kém chất lượng và đòi hỏi các phương pháp tinh chế tốn kém. 2.4 Một số phương pháp thử nghiệm: Sản xuất glycerol cùng với nhiên liệu sinh học khác có thể bằng năng lượng mặt trời và tảo. Một quá trình tổng hợp liên quan đến việc hydro hóa xúc tác của khí carbon monoxide. Một quy trình dựa trên sản xuất glycerol tổng hợp từ mật đường nghịch chuyển qua sorbitol đã bị đình chỉ từ năm 1969. 2.5 Phương pháp tổng hợp từ thủy phân chất béo: Cl 2 ;400 o C Cl 2 + H 2 O H 2 O Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 7 Mặc dù là một thành phần của tất cả mỡ động vật và các loại dầu, glycerol không tồn tại tự do nhưng tồn tại ở dạng este của axit béo, tất cả ba nhóm hydroxyl thường bị este hóa. Este như vậy được 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 được như là một sản phẩm phụ trong việc chuyển đổi chất béo và dầu để thu được axit béo hoặc acid béo methyl este. Phương pháp này rất phổ biến và đơn giản.  Xà phòng hóa: Sau phản ứng xà phòng hóa, sản phẩm tạo thành là glycerol và Sodium stearate. Cả hai chất đều tan được trong nước, do glycerol tạo được liên kết hydro với nước, còn sodium stearate là chất điện ly. Người ta cho dung dịch NaCl bão hòa vào hỗn hợp sản phẩm, thì xà phòng tách ra và nổi lên trên. Nguyên nhân là do thay đổi môi trường điện ly, độ phân ly sodium stearate sẽ giảm, hòa tan rất ít trong môi trường NaCl bão hòa. Sodium stearate tách khỏi hỗn hợp glycerol + nước + NaCl và nổi lên trên. Người ta dùng phương pháp chiết tách thì thu được glycerol và xà phòng. Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 8 II – Phương pháp tổng hợp Glycerol từ thủy phân chất béo 1.Nguyên liệu: Dầu mỡ thải đã qua sử dụng: Gồm các phế phẩm dầu mỡ đi từ các nhà máy chế biến dầu mỡ, dầu mỡ đã qua sử dụng, được thu hồi sau quá trình rán, nấu từ các cơ sở chế biến thức ăn. Vi tảo là giải pháp duy nhất có thể giải quyết vấn đề diện tích đất trồng vì nó có chu kỳ phát triển rất ngắn, sống được ở khắp nơi có ánh nắng mặt trời, nước và CO 2 . Rỉ đường, ngũ cốc, vừng, lạc, dừa, mỡ cá basa… Cây Jatropha, có nguồn gốc từ Trung Mỹ, di thực sang châu Phi, Ấn Độ và Nam Mỹ, cây chịu hạn, trồng ở đất khô cằn, có nhiều loại. Nước ta có thể tận dụng 9 triệu ha đất hoang hóa, dọc ven các đường quốc lộ, trồng cây Jatropha để lấy dầu. Một số nguồn nguyên liệu chứa một lượng lớn axit béo tự do. Axit béo tự do phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xà phòng và nước. Thực tế cho thấy rằng quá trình thu biodiesel có thể xảy ra bình thường với hàm lượng axit béo tự do thấp hơn 5%. Khi đó, cần dùng thêm xúc tác để trung hòa axit béo tự do. Quả Jatropa Tinh dầu thực vật Vi tảo Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 9 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: 2.1 Cơ chế phản ứng . Để thực hiện phản ứng chuyển hóa này cần có chất xúc tác như NaOH, hoặc KOH. Vai trò của các chất xúc tác này rất quan trọng vì nó phản ứng với Methanol trước để tạo tiền chất cho phản ứng: Phản ứng 1: Tạo Alkoxide Trong môi trường có nước alkoxide phân ly tạo CH 3 O– và Na + , CH 3 O– tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo (Eq.)1 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 10 Phản ứng 2: Tạo Triglyceride amion Phản ứng 3: Tạo diglyceride và CH 3 O- tiếp tục cho các phản ứng dây chuyền tiếp theo để tạo ra monoglyceride, methyl este và cuối cùng tạo glycerol methyl este Như vậy: trong quá trình này cứ 1 phân tử Triglyceride tác dụng với 3 phân tử CH 3 OH tạo ra 1 phân tử glycerol và 3 phân tử methyl este 2.2 Trong phòng thí nghiệm [...]... luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I III – Tinh chế Glycerol: Hầu hết các quá trình sản xuất Biodiesel đều cho Glycerol có nồng độ từ 8085% Để sử dụng nguồn Glycerol này vào chế biến thực phẩm và dược phẩm cần nâng nồng độ của Glycerol lên 95-99,5% 1 Tinh chế Glycerol bằng cách hút chân không: GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 15 Tiểu luận thu hồi Glycerol. .. tụ glycerol tinh khiết, nhiệt độ quá trình tăng lên giữa 554 và 572 ° F (290 và 300 ° C) và hơi glycerol được dẫn tới các bình ngưng tủ lạnh Độ PH của glycerol phải được lưu giữ ở PH= 4 - 5.Nếu PH >5 Glycerol sẽ tạo bọt gây khó khăn cho quá trình tinh chế GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 16 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I 2 Tinh chế Glycerol. ..Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Công đoạn 1 Công đoạn 2 Công đoạn 3 Công đoạn 4 Công đoạn 5 Nhóm I Công đoạn 6 Công đoạn 7 GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Công đoạn 8 Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 11 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel         Nhóm I Công đoạn 1: Mỡ và dầu sau khi đã... dụng của lớp lọc cũng như có thể gây bẩn cho sản phẩm Trong quá trình này nước vô khoáng đóng vai trò là nước rửa nên được hồi lưu để sử dụng liên tục, ít thất thoát nước , nhưng cũng cần bổ sung nước để đảm bảo chất lượng sản phẩm GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 18 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I Tài liệu tham khảo Tham khảo ở một số website:... Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 15 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I Tinh chế Glycerol sử dụng quy trình hai giai đoạn của quá trình bốc hơi chân không liên tục Glycerol thô được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt nâng nhiệt độ lên 1000C ( 2120F) bằng nhiệt tận dụng của dòng sản phẩm Glycerol nóng và nguồn dầu nóng Sau đó được bơm vào thiết bị bốc hơi số 1 Tại... Nhóm I Vì vậy, hàm lượng axit béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ cho quá trình sản xuất biodiesel 2.3.2 Sản xuất Biodiesel từ dầu tinh luyện: Quy trình công nghệ này cũng tương tự như quy trình trên, chỉ khác nhau về nguồn nhập liệu là dầu tinh luyện và acid rửa sử dụng acid H2SO4 98% Quá trình chuyển vị este (Thời gian phản ứng): Nguyên nhân làm giảm tốc độ phản ứng chính là sự... Sau khi khử khí dòng sản phẩm sẽ được đưa vào thiết bị tách sắc ký lỏng bằng polymer GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 17 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I trao đổi ion để loại bỏ muối NaCl còn lẫn trong Glycerol Sau thời gian lưu trong thiết bị tách sắc ký dòng sản phẩm được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ sản phẩm xuống còn... khoáng việc rửa sản phẩm lại bằng nước để đảm bảo sản phẩm sạch hơn , sau đó sản phẩm được chuyển vào thiết bị cô đặc , glycerol tinh khiết sẽ được thu ở đáy của thiết bị cô đặc với hàm lượng muối 5-10ppm ,80%DS , nồng độ 99,5% Sau khi tách NaCl ra khỏi sản phẩm , NaCl còn lẫn glycerol được đưa vào thiết bị kết tinh nhằm thu NaCl tái sử dụng để tách pha Biodiesel và Glycerol từ quá trình thủy phân... chậm quá trình tách pha este và glixerin, đồng thời tăng mạnh sự tạo nhũ tương trong quá trình rửa nước Để giảm hàm lượng axit béo tự do, trước phản ứng chuyển vị este, người ta dùng xúc tác axit, như H2SO4, HCl, acid xitric chuyển hóa axit béo tự do thành este (phản ứng este hóa) GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 13 Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel. .. dòng nguyên liệu phụ hồi lưu từ quá trình kết tinh NaCl và quá trình cô đặc Glyerol Dòng nguyên liệu phụ này cũng được gia nhiệt lọc tạp chất và khử khí như dòng sản phẩm chính  Lưu ý: 1.Đối với quy trình thủy phân : Do tác chất của quá trình thủy phân là methanol ( CH3OH ) độc nên các thiết bị phản ứng cũng như các thiết bị tách ,chứa methanol cần phải đảm bảo an toàn Nếu muốn sản xuất liên tục hệ . bày về quy trình sản xuất Glycerol trong quá trình sản xuất bidiosel và phương pháp tinh chế Glycerol trong công nghiệp. Tiểu luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH:. luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 3  Trong quá trình sản xuất xà phòng từ chất béo người ta thu. luận thu hồi Glycerol từ quá trình sản xuất Biodiesel Nhóm I GVHH: Nguyễn Thị Hồng Anh Website: www.sinhviencnhh.net Trang: 6 2. Giới thiệu về một số phương pháp sản xuất Glycerol 2.1 Sản xuất