Tổng hợp biodiesel từ dầu dừa

Tổng hợp biodiesel từ dầu dừa file word chuẩn font 100%..Tài liệu có sai sót mong các bạn bỏ qua cho.cảm ơn................................................................................................

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TÀI LIỆU THAM KHẢO CHO CÁC BẠN GVHD: PGS TS Nguyễn Văn A SVTH: Trần Quỳnh Bê MSSV: 19001020 TP HCM, Tháng … Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ DẦU DỪA: .3 CHIẾT XUẤT DẦU DỪA: 2.1 Phương pháp truyền thống: .6 2.2 Phương pháp chiết xuất dầu dừa công nghệ li tâm: .7 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT BÔI TRƠN TỪ DẦU DỪA: .10 3.1 Nguyên liệu xúc tác cho trình: 10 3.1.1 Methanol 10 3.1.2 Dầu dừa 11 3.1.3 Xúc tác cách điều chế xúc tác: 12 3.2 Cách tiến hành tổng hợp biodiezel dừa: 14 3.2.1 Thiết bị q trình thực nghiệm: 15 3.2.2 Các bước tiến hành: .15 3.2.3 Quá trình tách tinh chế sản phẩm: .16 3.2.4 Tính tốn hiệu suất phản ứng tổng hợp biodiezel dừa: 17 3.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp biodiezel dừa: .19 3.2.6 Bổ sung phụ gia chống oxh,trợ tan,chống ăn mòn: 19 ĐÁNH GIÁ: 20 4.1 Ưu điểm: .20 4.2 Nhược điểm: 21 4.3 Các tính chất đặc trưng: 21 ỨNG DỤNG: .23 Ứng dụng thực tế: Thực nghiệm nhiên liệu xăng B5 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 25 TỔNG QUAN VỀ DẦU DỪA: Cây dừa loại mà tất phận chúng có cơng dụng hữu ích Nước dừa làm nước giải khát, cơm dừa làm thực phẩm hay ép lấy dầu, vỏ dừa dùng làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính chất lượng cao, vỏ dừa (gáo dừa) chế tác thành sản phẩm thủ công mỹ nghệ, cành dừa dùng làm vật liệu lợp mái nhà, thân rễ dừa phơi khô dùng làm củi đun hay vật liệu xây dựng…Chính mà dừa có tên gọi “cây sống” (tree of life) Dừa loại thân gỗ, sinh trưởng vùng khí hậu nhiệt đới, chịu đất mặn, đất cát tốt, Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage ta hay gặp lồi vùng nhiệt đới ven biển hay đảo nhiệt đới Tuy vậy, dừa sống vùng khí hậu lạnh giá tính chịu lạnh kém, chí nhỏ đợt lạnh ngắn ngày làm chết Dừa loài ưa sáng, cần nhiều lượng từ ánh sáng mặt trời nên phát triển tàn lụi sinh trưởng khu vực khơng có ánh nắng mặt trời (trong nhà, tán loại khác ) Cây dừa nhân giống từ dừa, loại hạt chịu nhiều điều kiện thời tiết Quả dừa có lớp vỏ ngồi đặc biệt nhẹ khơng thấm nước, chúng làm cho dừa trơi thời gian dài biển trước bị sóng đánh vùng đất để nảy mầm Vỏ dừa cứng để bảo vệ mầm cơm dừa Chỉ cần có lượng nước cần thiết tưới đặn dừa nảy mầm được.Tất chất dinh dưỡng ban đầu cần thiết cho phát triển có cơm nước dừa nên dừa non không cần nhiều chất dinh dưỡng từ đất Khi dừa phát triển, rễ chúng đâm sâu xuống lòng đất để hút nước chất dinh dưỡng Do rễ chùm dài khỏe nên chúng tồn vùng đất cát, đất mặn bề mặt ven biển mà khơng cần chăm bón hay tưới nước Dừa trồng nhiều nước nhiệt đới, sau trồng từ 8-10 năm dừa bắt đầu cho thu hoạch Cây dừa cho trái quanh năm,và thời gian cho trái dừa kéo dài khoảng 70-80 năm, trung bình cho chùm khoảng 60-80 trái/tháng.Với đặc tính vậy, dừa trở thành loại mang lại nhiều thu nhập cho nhiều nước vùng nhiệt đới số đảo thuộc Thái Bình Dương, đời sống nhiều người địa phụ thuộc hoàn toàn vào loại Dầu dừa loại dầu có giá trị nhiều công dụng loại dầu thực vật, dầu dừa loại dầu thực vật có giá thành đắt Dầu dừa chiết xuất từ cơm dừa khô (cơm dừa phơi khô tự nhiên ánh nắng mặt trời hay sấy khô tác dụng nhiệt độ), mục đích q trình loại bỏ phần lớn lượng nước có cơm dừa, nâng cao giá trị dầu dừa Cơm dừa khơ sau đưa vào ép lấy dầu, bã dừa sau ép làm thực phẩm, phân bón hay làm thức ăn gia súc tốt chúng có chứa nhiều protein (18-25%) Cơm dừa chứa hàm lượng lớn dầu, từ 65%-72% nên trung bình 19 cho lít dầu dừa Sản lượng dầu dừa ln lớn nhiều so với loại dầu thực vật khác, chiếm 20% tổng sản lượng loại dầu thực vật Mặc dù loại trồng rộng rãi nhiều quốc gia Philipin nước sản xuất dầu dừa lớn giới Trung bình hàng năm nước sản xuất tới 1,4 tỷ m3 dầu dừa Chỉ 20% sản lượng sử dụng cho nhu cầu nước 80% lượng dầu dừa lại dành cho xuất Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage Dầu dừa chất lỏng màu vàng nhạt, kết tinh đông đặc nhiệt độ giảm xuống 250C cho ta chất rắn dạng sáp mềm màu trắng Thành phần gốc axit béo triglyxerit dầu dừa sau : Bảng 1.1: Thành phần gốc axit béo dầu dừa Kí hiệu Thành phần (Số nguyên tử Hàm lượng (%) C:Liên kết đôi) Axit Lauric C12:0 39-54 Axit Myristic C14:0 15-23 Axit Caprylic C8:0 6-10 Axit Palmitic C16:0 6-11 Axit Capric C10:0 5-10 Axit Oleic C18:1 4-11 Axit Stearic C18:0 1- Axit Linoleic C18:2 1-2 Do thành phần nhiều gốc hydrocacbon no dẫn đến tính chất nhiệt độ kết tinh cao dầu dừa Các thơng số lý hóa dầu dừa thể bảng sau : Bảng 1.2 : Tính chất lý hóa dầu dừa Tính chất Giá trị Tỷ trọng 400C 0,9 - 0,94 Trị số xetan 70 Chỉ số Iốt 8-10 Nhiệt độ nóng chảy 250C Độ nhớt 400C 25,58mm2/s Nhiệt độ đông đặc 25,10C Nhiệt độ lưu chuyển 200C Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage Điểm chớp cháy 2250C Chỉ số xà phòng hóa 246-260 Ngồi ra, dầu dừa chất dẫn nhiệt hiệu quả, có khả bơi trơn cao, hòa trộn tốt với loại nhiên liệu khác (diezel , kerosen) chuyển hóa sang nhiên liệu biodiezel cách dễ dàng Dầu dừa sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động diezel So với loại dầu thực vật khác, dầu dừa có ưu điểm số iốt thấp (từ 8-10) Chỉ số iốt thông số phản ánh hàm lượng hidrocacbon không no nhiên liệu Đây thông số quan trọng dầu thực vật định xem liệu loại dầu thực vật sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động diezel hay khơng Đối với loại dầu thực vật có số iốt nhỏ 25 dùng trực tiếp làm nhiên liệu mà thay đổi cấu tạo động cơ, với loại dầu có số iốt lớn khả trùng hợp tăng hàm lượng hiđrocacbon không no dầu lớn, việc sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động bị hạn chế hay động phải thay đổi cấu tạo số chi tiết (vòi phun, bầu lọc…) thích hợp cho việc sử dụng loại dầu thực vật Như có dầu dừa có số iốt phù hợp để sử dụng trực tiếp làm nhiên liệu cho động diezel, nhiên nhiệt độ nóng chảy cao (24-25 0C) hạn chế việc sử dụng dầu dừa làm nhiên liệu vùng có nhiệt độ thấp Để sử dụng dầu dừa trực tiếp làm nhiên liệu cho động diezel, ngồi việc nhiệt độ mơi trường phải cao hay có cách gia nhiệt cưỡng để giữ cho dầu dừa thể lỏng, người ta phải thay đổi chế độ chạy động Khi khởi động kết thúc động sử dụng nhiên liệu diezel, chạy ổn định chuyển sang dùng nhiên liệu dầu dừa Vì trình hoạt động phức tạp nên người ta trộn phần dầu dừa vào diezel kerosen để làm nhiên liệu cho động Các nghiên cứu chứng minh trộn 20% dầu dừa vào nhiên liệu đảm bảo chế độ hoạt động động mà thay đổi cấu tạo Tuy nhiên xét thời gian dài loại nhiên liệu sử dụng trực tiếp dầu dừa mang đến vấn đề xấu cho động lượng cặn bám vào vòi phun, tắc bầu lọc, giảm khoảng nhiệt độ hoạt động nhiên liệu…mà lý độ linh động loại dầu Chính vấn đề đặt phải giảm độ nhớt, giảm nhiệt độ đông đặc dầu dừa phương pháp mà đảm bảo khả sử dụng làm nhiên liệu Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage cho động Và phương pháp tổng hợp biodiezel từ dầu dừa giải triệt để vấn đề CHIẾT XUẤT DẦU DỪA: Hiện có phương pháp chiết xuất dầu dừa là: 2.1 Phương pháp truyền thống: Dầu dừa chiết xuất theo phương pháp truyền thống có màu vàng nâu tùy vào độ lửa lúc nấu Phương pháp: - Cơm dừa nạo để chiết dầu Nước cốt dừa đun sôi với nhiệt độ cao để loại bỏ độ ẩm Phần nước cốt (với độ ẩm cực thấp) sau lọc để loại bỏ sợi dừa bụi dơ khác • Ưu điểm: - Dễ làm - Thường nông dân xứ dừa tự làm nhà • Bất lợi: - Khơng đảm bảo vệ sinh - Chất lượng không - Chất lượng số lượng thấp ( mặt chất lượng so sánh tỷ lệ thành phần chất tinh dầu dừa theo quy trình ép lạnh quy trình truyền thống này) - Khơng hiệu mặt kinh tế Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage - Sản phẩm xử lý với nhiệt độ cao nên không gọi tinh dầu dừa(Virgin Coconut Oil) theo phân loại quốc tế (có thể tham khảo định nghĩa VCO) 2.2 Phương pháp chiết xuất dầu dừa công nghệ li tâm: Sơ đồ quy trình: Ngun liệu(trái dừa) Xử lí cùi dừa Nạo lấy cơm dừa Nghiền mịn cơm dừa Ly tâm Dầu dừa Làm khơ chân khơng Thuyết minh quy trình: - Chọn giống dừa trồng tuổi từ 11 - 12 tháng tuổi, thời gian lưu trữ không 15 ngày sau thu hái Dừa khô nhập vào nhà máy chọn lọc trái để chuẩn bị cho khâu gọt vỏ chế biến dầu dừa Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage - - Dừa nguyên liệu tách bỏ xơ, gáo thu cơm dừa, cơm dừa loại bỏ vỏ nâu, q trình: rửa, băm, nghiền thơ, nghiền mịn, sau cho qua máy ép trục xoắn để thu dịch sữa dừa Sau ta rửa dừa - Đưa chất - Nạo thành cơm dừa Sấy khô cơm dừa khoảng tiếng nhiệt độ từ 40 - 45 °C Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage vào máy đo lượng dừa - Dịch sữa dừa lọc qua lưới lọc có kích thước lỗ từ 125 mesh thu dịch sữa dừa tinh sử dụng cho nghiên cứu - Ép lạnh từ cơm dừa sấy khô, sau tinh dầu qua máy lọc để loại bỏ tạp chất cho sản phẩm Dầu Dừa Tinh Khiết - Quá trình nghiên cứu: Sữa dừa thu sau ép cùi dừa tươi từ dừa tách pha thiết bị ly tâm pha Ảnh hưởng thơng số gồm độ hòa lỗng dịch sữa, nhiệt độ dịch sữa trước ly tâm, tốc độ vòng quay ly tâm xem xét đến - Kết cho thấy, thông số kỹ thuật trình tách pha nêu có tác động trực tiếp đến tỷ lệ thu hồi dầu, đặc biệt hàm ẩm dầu Theo đó, dịch sữa dừa Nhóm 7-Chất bôi trơn vật liệu sinh họcPage pha lỗng 1,5 lần, sau điều chỉnh đến nhiệt độ 45 °C cho qua thiết bị ly tâm lần với tốc độ ly tâm 15.000 v/ph, lần 21.000 v/ph lần 24.000 v/ph thu dầu dừa - Tỷ lệ thu hồi dầu đạt 99,92% hàm ẩm dầu đạt 0,08% Dầu dừa thu sau lần ly tâm loại nước thiết bị cô chân không, độ chân không 40 mbar, thời gian 13 phút, nhiệt độ 50°C, sau lọc chân không thu dầu dừa tinh khiết có hàm lượng tương đương với tiêu chuẩn cho phép CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CHẤT BÔI TRƠN TỪ DẦU DỪA: 3.1 Nguyên liệu xúc tác cho trình: Nguyên liệu cho trình tổng hợp biodiezel dầu dừa, metanol Xúc tác sử dụng cho trình tổng hợp biodiezel xúc tác dị thể MgO hoạt hóa NaOH 3.1.1 Methanol Rượu sử dụng trình tổng hợp biodiezel rượu đơn chức có từ đến tám nguyên tử cacbon Tuy nhiên số lượng cacbon phân tử rượu ngắn tốt chúng dễ dàng việc tiếp cận với phân tử glyxerit để tạo hợp chất trung gian trình bày phần chế Trong loại rượu metanol ln lựa chọn hàng đầu giá thành thấp, cho phép tách đồng thời pha glyxerin Mặt khác metanol rượu có mạch cacbon ngắn phân cực (metanol tan vơ hạn nước) nên q trình phản ứng thuận lợi hơn, cho hiệu suất cao, công đoạn tách sản phẩm dễ dàng nhiều tốn lượng vào q trình phân tách tinh chế sản phẩm Hơn nữa, metyl este có lượng lớn este rượu khác nên hạn chế khả tạo cốc vòi phun, metanol trở thành lựa chọn tối ưu cho q trình tổng hợp biodiezel cơng nghiệp phòng thí nghiệm Metanol tổng hợp chủ yếu từ than đá khí dầu mỏ Đây chất lỏng không màu, mùi xốc, dễ bay (nhiệt độ sôi metanol 64,7 °C), dễ bắt cháy độc Nếu hàm lượng metanol tồn thể vượt qua ngưỡng dẫn tới mù mắt tử vong Do tiến hành thí nghiệm với metanol phải tiến hành tủ hút, tránh xa nguồn nhiệt; người thí nghiệm phải đeo trang găng tay bảo hộ để tránh ngộ độc metanol qua đường hô hấp hay qua đường tiếp xúc qua da Để đảm bảo xác cho trình nghiên cứu, metanol thực phản ứng loại rượu tinh khiết dành cho phân tích có hàm lượng CH 3OH 99,8% Do nhiệt độ sơi metanol thấp nên để tránh mát, cần giữ nhiệt độ phản ứng nhỏ 60°C có Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 10  Cân lượng KOH theo số liệu tính tốn, dùng dư KOH để đảm bảo cho KOH trung hòa lượng lớn axit béo tự dầu Hòa KOH vào nước cất để tạo thành dung dịch KOH khoảng 10%  Đổ dung dịch KOH vừa pha vào dầu dừa tiến hành khuấy nhẹ để lắng thời gian Hàm lượng axit béo thấp, lượng xà phòng tạo khơng nhiều Một phần nhỏ xà phòng lên dầu dạng váng, đa phần lượng xà phòng tạo nằm phần nước không tan lẫn dầu nằm phía Đưa vào bình chiết để chiết hết lượng nước khơng tan, tránh q trình tạo nhũ rửa dầu bước  Tiến hành rửa dầu nước nóng (khoảng 80 °C) để loại bỏ KOH lượng định KOH tồn dầu Quá trình rửa thực nhiều lần bình chiết Kiềm xác định nước rửa thử dung dịch phenolphatalein Quá trình rửa kết thúc nước rửa không làm đổi màu phenolphtalein để đảm bảo KOH gần rửa khỏi dầu Số lần rửa q trình thí nghiệm khoảng 14 lần  Tiến hành làm khan dầu cách gia nhiệt 80 °C kết hợp với hút chân khơng Q trình gia nhiệt đun cách thủy để khống chế nhiệt độ không lên cao làm phân hủy dầu Hút chân không làm giảm nhiệt độ sôi nước giúp nước bay tốt nhiệt độ sơi bình thường Dầu dừa sau xử lý đem chuẩn độ lại để xác định số axit Tất mẫu dầu sau xử lý cho số axit mgKOH/g dầu Như dầu dừa sẵn sàng cho trình tổng hợp biodiezel 3.1.3 Xúc tác cách điều chế xúc tác: Quá trình tổng hợp biodiezel sử dụng xúc tác kiềm, axít enzym Tuy nhiên xúc tác kiềm cho hiệu suất cao nhất, giá thành rẻ thời gian phản ứng ngắn nên công nghiệp sử dụng xúc tác kiềm mà tiêu biểu NaOH KOH Do q trình phản ứng, KOH (hoặc NaOH) rắn hòa tan vào rượu nên phản ứng diễn pha lỏng xúc tác coi xúc tác đồng thể Hiện giới tất q trình sản xuất theo quy mơ cơng nghiệp sử dụng loại xúc tác Xúc tác đồng thể có ưu điểm hoạt tính cao, phân bố tiếp xúc tốt với chất phản ứng nên cho hiệu suất cao Tuy nhiên chúng có nhiều nhược điểm :  Rất dễ tạo xà phòng q trình phản ứng có mặt nước axit béo Do sử dụng xúc tác đồng thể đòi hỏi nguyên liệu phải xử lý triệt để để giảm số axit xuống mức tối thiểu làm khan hoàn toàn nguyên liệu, hàm lượng nước hạn chế cách khắt khe Nhóm 7-Chất bôi trơn vật liệu sinh họcPage 12  Thu hồi tinh chế glyxerin gặp nhiều khó khăn  Xúc tác tồn sản phẩm nên việc tách xúc tác khỏi sản phẩm phức tạp Do biodiezel có giới hạn hàm lượng kiềm tổng nên trình khơng thể bỏ qua Bởi việc nghiên cứu khảo sát khả sử dụng xúc tác dị thể trình tổng hợp biodiezel yêu cầu đặt Xúc tác dị thể có ưu điểm lớn việc tách tinh chế sản phẩm dễ dàng, đặc biệt tách xúc tác xúc tác sản phẩm dị pha với nhau, giảm nhiễm mơi trường q trình xử lý sản phẩm Mặc dù xúc tác dị thể có số nhược điểm tổng hợp phức tạp (không thể dùng thẳng trực tiếp xúc tác kiềm) dẫn đến chi phí cao hơn, lượng khuấy trộn mạnh để đảm bảo tiếp xúc pha tốt Tuy nhiên với chất lượng sản phẩm đảm bảo lượng q trình phân tách làm sản phẩm bù vào nhược điểm Nói chung xúc tác dị thể hướng có triển vọng cần phải tiến hành nhiều thử nghiệm để nghiên cứu tính khả thi loại xúc tác nhiều hứa hẹn Như ta trình bày trên, MgO xúc tác có tính bazơ yếu, hiệu suất tổng hợp biodiezel xúc tác không cao, hiệu suất thấp (tối đa 11%) thời gian tiến hành phản ứng dài Nhưng MgO chất không tan rượu dung mơi hữu cơ, có bề mặt riêng trung bình (khoảng 153 m 2/g) nên chất mang tốt Còn NaOH bazơ mạnh, tan tốt rượu xúc tác cho phản ứng tổng hợp biodiezel với hiệu suất cao Lý mà NaOH tan rượu phân tử rượu phá vỡ liên kết mạng tinh thể phân tử NaOH với nhau, làm phân tử NaOH tách rời khuyếch tán vào rượu Như tẩm NaOH lên MgO phương pháp phù hợp, đảm bảo cho liên kết NaOH-MgO trở lên vững khơng bị phá phân tử rượu loại xúc tác dị thể lý tưởng cho q trình tổng hợp biodiezel Tuy khơng tài liệu đưa xác kích thước trung bình mao quản MgO đường kính MgO đủ lớn để phân tử NaOH chui vào giữ lại hoạt tính xúc tác MgO cải thiện nhiều Các thực nghiệm chứng minh giả thiết chấp nhận Thực tế việc nghiên cứu xúc tác dị thể cho phản ứng tổng hợp biodiezel tiến hành số trường đại học viện nghiên cứu giới Các nhà nghiên cứu viện lượng đại học Hàn Quốc tiến hành tổng hợp xúc tác dị thể NaOH/- Al2O3 phòng thí nghiệm Cách tiến hành tẩm NaOH lên - Al 2O3 họ phức tạp, đòi hỏi hệ thống thiết bị phản ứng đại, nhiên hiệu suất tổng hợp biodiezel dầu đậu nành khả quan Với điều kiện cho phép phòng thí Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 13 nghiệm, tiến hành nghiên cứu tổng hợp xúc tác dị thể NaOH/MgO phương pháp ngâm tẩm Quá trình tổng hợp xúc tác tiến hành sau :  MgO loại tinh khiết cân lượng định nung 900 °C 2h để hoạt hóa, loại bỏ tạp chất hữu cơ, tăng diện tích bề mặt mao quản  NaOH cân với khối lượng tỷ lệ định so với MgO (trong thí nghiệm tiến hành với khối lượng NaOH 10%, 15%, 20% 25% so với khối lượng MgO), hòa tan NaOH nước cất  Đổ MgO vào dung dịch NaOH vừa pha, tiến hành khuấy trộn mạnh 2h để lắng 24h  Tiến hành đuổi nước làm khan xúc tác NaOH/MgO Sau nung 450 °C 4h Xúc tác thu làm nguội, đổ vào lọ kín, bảo quản bình hút ẩm chờ sử dụng Trong trình ngâm tẩm, lượng NaOH định xâm nhập vào mao quản MgO, phần nhiều bám bên bề mặt Khi nung nhiệt độ 450 °C, NaOH (nhiệt độ nóng chảy tnc = 315°C) nóng chảy bám chặt lên bề mặt MgO rắn (nhiệt độ nóng chảy tnc = 2800°C) tạo thành liên kết bền Hiệu suất đánh giá khả làm việc xúc tác trình bày chương sau 3.2 Cách tiến hành tổng hợp biodiezel dừa: Q trình tổng hợp biodiezel dừa phòng thí nghiệm tiến hành nhiệt độ thấp, áp suất khí với có mặt xúc tác NaOH/MgO Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến trình phản ứng nhiệt độ, lượng xúc tác, tốc độ khuấy, thời gian phản ứng, tỷ lệ metanol/dầu hàm lượng axit béo hàm lượng nước Nhiệt độ phản ứng cao tốt phải trì 600C để tránh bay mát metanol Do sử dụng mẫu dầu xử lý đảm bảo nên ảnh hưởng nước lượng axit béo tự giảm tối thiểu Nhiệt độ phản ứng giữ 600C để tăng vận tốc phản ứng Tốc độ khuấy trộn không đổi Phản ứng tổng hợp biodiezel khảo sát quan hệ lượng xúc tác, thành phần NaOH xúc tác, thời gian phản ứng…với hiệu suất phản ứng đồng thời nghiên cứu khả tái sử dụng tái sinh loại xúc tác dị thể 3.2.1 Thiết bị q trình thực nghiệm:  Một bình ba cổ dung tích 500 ml làm thiết bị phản ứng Một cổ cắm nhiệt kế đo nhiệt độ theo yêu cầu, cổ lắp sinh hàn để ngưng tụ metanol bay lên hồi lưu lại thiết bị phản ứng, cổ để nạp metanol vào thiết bị phản ứng  Một nhiệt kế 1000C Nhóm 7-Chất bôi trơn vật liệu sinh họcPage 14  Một máy khuấy từ có kèm theo chức gia nhiệt điều chỉnh tốc độ khuấy nhiệt độ  Một khuấy từ  Một sinh hàn làm lạnh nước để ngưng tụ hồi lưu metanol bay  Một số bình tam giác 250 ml, cốc 500 ml , ống đong, phễu, bình chiết 500 ml giấy lọc, nước cất Trước phản ứng, tất thiết bị phải rửa sạch, sấy khô để không ảnh hưởng xấu đến phản ứng, làm sai lệch kết 3.2.2 Các bước tiến hành: Dùng cân phân tích cân lượng xác xúc tác NaOH/MgO cho vào bình ba cổ Sau đổ lượng xác dầu dừa xử lý vào xúc tác bình ba cổ để tránh xúc tác tiếp xúc lâu với khơng khí hút ẩm Lượng dầu dừa tính tốn trước để phù hợp với mục đích nghiên cứu khảo sát Lắp sơ đồ hệ thống sau : Sinh hàn nƯ c Nhiệt kế Bì nh phản ứng Khy tõ m¸y khy tõ cã gia nhiƯt Bật máy khuấy từ gia nhiệt cho thiết bị phản ứng Khi nhiệt độ lên tới 400C đổ lượng xác rượu metanol vào thiết bị phản ứng qua cổ nhỏ bình phản ứng Sau cho hết rượu vào phải đậy nắp cho thiết bị phải thật kín, tránh mát metanol q trình phản ứng mở van nước để sinh hàn hoạt động tránh metanol bay Điều chỉnh tốc độ khuấy phù hợp sau gia nhiệt hỗn hợp tới nhiệt độ phản ứng Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 15 mong muốn Cố định nhiệt độ tốc độ khuấy suốt thời gian phản ứng.Thời gian bắt đầu phản ứng tính từ rót metanol vào hỗn hợp dầu dừa xúc tác 3.2.3 Quá trình tách tinh chế sản phẩm: Hỗn hợp thu sau phản ứng rót sang cốc 250 ml, để lắng 12h Hỗn hợp phản ứng sau lắng chia làm pha : nằm metyl este dừa lẫn phần nhỏ rượu metanol dư , pha có tỷ trọng lớn glyxerin có lẫn phần lớn rượu metanol chưa phản ứng, pha xúc tác thể rắn Gạn bỏ phần chất lỏng khỏi xúc tác rắn Hỗn hợp thu được lọc qua giấy lọc để loại bỏ triệt để phần xúc tác rắn lẫn đó, tránh tạo nhũ trình rửa sau Chất lỏng sau đổ vào bình chiết, để lắng 1h để phân tách pha rõ ràng chiết phần glyxerin (2) khỏi phần metyl este dừa (1) Biodiezel dừa sau chiết tách khỏi glyxerin bên cạnh metyl este dầu dừa chưa phản ứng lẫn nhiều tạp chất rượu metanol dư, glyxerin dạng vết…nên phải tinh chế để thu biodiezel đạt yêu cầu Ta tiến hành rửa este để tách metanol, glyxerin tạp chất tan nước khác Do metanol glyxerin chất phân cực nên chúng tan tốt nước Biodiezel rửa nước cất nóng (khoảng 80°C) để tránh tạo nhũ làm tăng khả hòa tan tạp chất rượu glyxerin Lượng nước rửa cho vào bình chiết khoảng lần thể tích biodiezel, đậy kín lắc mạnh khoảng phút, sau để lắng cho phân tách pha rõ ràng (khoảng 20 phút) chiết đổ phần nước rửa bên Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 16 Do tạp chất tan mạnh nước nên tiến hành rửa lần lượng metanol glyxerin gần tách hoàn toàn khỏi sản phẩm Sản phẩm sau rửa làm khan CaCl2 khan để loại bỏ nước, sau lọc qua giấy lọc để loại bỏ CaCl ngậm nước Biodiezel dừa sau tinh chế chất lỏng suốt, vàng nhạt sẵn sàng cho việc đo tiêu hóa lý dùng để chạy động Glyxerin sản phẩm phụ trình nhiên lượng glyxerin tạo phản ứng este hóa khơng nhỏ (nếu xét tỉ lượng mol chúng với lượng mol triglyxerit dừa phản ứng) Hơn nữa, glyxerin chất có giá trị kinh tế cao có nhiều ứng dụng ngành cơng nghiệp hóa chất, thực phẩm số ngành cơng nghiệp khác Chính khơng thu hồi phòng thí nghiệm cơng nghiệp, trình thu hồi tinh chế glyxerin cần thiết Mặt khác, lượng metanol dư hòa tan phần lớn pha nên cần chưng tách thu hồi metanol để tái sử dụng cho trình sản xuất 3.2.4 Tính tốn hiệu suất phản ứng tổng hợp biodiezel dừa: Dựa vào khối lượng biodiezel glyxerin tinh khiết tính hiệu suất phản ứng :  Hiệu suất phản ứng tính theo lượng biodiezel thu theo cơng thức sau : Trong : mbio, moil : khối lượng sản phẩm khối lượng ngun liệu, g Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 17 Cbio : hàm lượng biodiezel dừa có sản phẩm (tính tốn theo kết sắc kí) Mbio,Moil : khối lượng phân tử trung bình dầu dừa biodiezel dừa  Hệ số xuất phương trình phân tử triglyxerit tạo phân tử metyl este  Tính tốn Mbio : Mbio tính cách lấy trung bình phân tử lượng metyl este có hỗn hợp biodiezel dừa Mbio = Trong : Mi : phân tử lượng metyl este i Ci : thành phần % metyl este i hỗn hợp  Tính tốn Moil : Vì phân tử este trừ khối lượng gốc metyl CH 3- cộng thêm khối lượng gốc C 3H5- tạo phân tử dầu (triglyxerit) nên khối lượng trung bình dầu dừa : Moil = 3.(Mbio-15) + 41  Cũng tính hiệu suất phản ứng theo lượng glyxerin tạo thành theo công thức sau : Trong : moil : khối lượng dầu đem phản ứng Moil : khối lượng phân tử trung bình dầu dừa mgly : khối lượng glyxerin thu 92 khối lượng phân tử glyxerin 3.2.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình tổng hợp biodiezel dừa:  Tỷ lệ mol metanol/dầu  Thành phần NaOH xúc tác  Lượng xúc tác  Thời gian phản ứng Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 18  Tốc độ khuấy  Nhiệt độ phản ứng 3.2.6 Bổ sung phụ gia chống oxh,trợ tan,chống ăn mòn: Phụ gia quan trọng nhiên liệu định tới đặc tính nhiên liệu, tính kinh tế, kỹ thuật tuổi thọ động cơ… Phụ gia chất cho thêm vào nhiên liệu với lượng nhỏ, lại làm tăng tính chất sẵn có tạo tính chất cho sản phẩm Phụ gia cho NLSH chia thành hai nhóm: nhóm phụ gia tính nhóm phụ gia tồn trữ bảo quản  Nhóm phụ gia tính năng: nhóm phụ gia giúp nhiên liệu đáp ứng đầy đủ yêu cầu kỹ thuật chất lượng (tăng trị số octan xăng, cải thiện trị số xetan nhiên liệu diesel )  Nhóm phụ gia tồn trữ bảo quản: nhóm phụ gia giúp nhiên liệu giữ thành phần chất lượng ổn định chưa sử dụng (chống phân tách pha, chống ăn mòn )  Phụ gia đa chức Phụ gia đưa vào biodiesel dừa để đảm bảo yếu tố cần thiết:  Phụ gia trợ tan: 0,09% (2-etyl hexanol 0,075%, Bis (2-hydroxy etyl) oleyl amin 0,015%)  Phụ gia chống ăn mòn: 0,008% (N-axyl sarcosin 0,004%, (dietyl amino)-ethanol 0,002%, Amin photphat 0,002%)  Phụ gia chống oxy hóa: 0,002% (Butylat diphenyl amin 0.002%) Tổ hợp phụ gia đặt tên VPI-G (trong phụ gia trợ tan chiếm 90%, chống ăn mòn 8%, chống oxi hóa 2%) ĐÁNH GIÁ: 4.1 Ưu điểm:  Khơng loại nhiên liệu biodiezel khác, lượng khí thải NO x biodiezel dừa giảm 20% so với nhiên liệu diezel khống Điều biodiezel dừa có chứa hidrocacbon mạch ngắn hơn, khoảng nhiệt độ cất rộng số xetan lớn dẫn đến nhiệt độ cháy thấp nhiên liệu xylanh) Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 19  Lượng khí thải hạt chất rắn (vi hạt) giảm 60% trộn 1% biodiezel vào nhiên liệu diezel khống lưu huỳnh  So với loại nhiên liệu biodiezel khác, biodiezel dừa có tính chất riêng biệt mà loại nhiên liệu có làm thúc đẩy q trình cháy hiệu động Tác dụng tích cực giải thích sau :  Hàm lượng oxy : Tất loại biodiezel chứa khoảng 11% oxy, oxy tồn biodiezel thúc đẩy trình cháy cháy triệt để, giảm thiểu lượng hidrocacbon chưa cháy hết động  Khả bôi trơn : Khả bôi trơn tốt đặc điểm hầu hết loại biodiezel tổng hợp từ nguyên liệu khác Theo nghiên cứu Viện nghiên cứu San Antonio (Texas, Mỹ) cần trộn 1% biodiezel vào diezel khống giúp cải thiện khả bơi trơn nhiên liệu khống lên 36% Nhờ giảm thiểu ma sát, mài mòn chi tiết máy động bên cạnh nhiệm vụ bơi trơn dầu nhờn  Độ hòa tan cao : Đặc điểm có biodiezel dừa mạch cacbon ngắn trung bình hidrocacbon có thành phần dầu dừa loại biodiezel khác có độ hòa tan trung bình Chính khả làm giảm thiểu tắc nghẽn vòi phun, hệ thống dẫn nhiên liệu làm tăng khả bơm phun nhiên liệu vào xylanh Sự hòa tan tốt làm giảm lượng cacbon cháy không triệt để bám vào xylanh làm xylanh hơn, chí với tỷ lệ trộn 1% biodiezel dừa  Chỉ số xetan cao : Đây đặc tính có biodiezel dừa dựa vào hàm lượng axit béo chưa bão hòa thấp Liên kết đôi gốc axit béo chưa bão hòa biodiezel dầu thực vật làm giảm số xetan nhiên liệu, tăng thời gian cháy trễ làm động dễ bị kích nổ, gây hư hại giảm tuổi thọ động Hơn làm giảm tính ổn định oxy hóa, dẫn đến thời gian bảo quản ngắn yêu cầu bảo quản phải chặt chẽ Đây nhược điểm thường thấy loại dầu có thành phần hydrocacbon cao dầu nành, dầu cao su, dầu hạt cải…Chỉ số iốt (thông số phản ánh lượng axit béo không bão hòa) có mối liên hệ trực tiếp tới số xetan Chỉ số iốt thấp đồng nghĩa với số xetan cao vào ngược lại Biodiezel dừa có số iốt từ 8-10 số xetan từ 68-70 Các loại biodiezel khác có số iốt khoảng 45 (do hàm lượng hidrocacbon không no nhiều hơn) số xetan thấp 60 Chính mà biodiezel dừa cho thời gian đáp ứng nhanh hơn, cháy qng đường dài Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 20 4.2 Nhược điểm:  Nhược điểm biodiezel tính kinh tế loại nhiên liệu sinh học Do giá thành tương đối cao so với loại nhiên liệu khoáng nên biodiezel thường trộn với diezel khoáng theo tỷ lệ định để làm tăng chất lượng nhiên liệu diezel thường mà giá thành không cao Đối với loại biodiezel dừa, hạt cải, cọ…tỷ lệ trộn thường 5-10%, nhiên với biodiezel dừa tỷ lệ trộn cần 1-2% đạt hiệu mong muốn, giảm thiểu phần lớn lượng khí thải độc hại kéo dài tuổi thọ động Do khẳng định biodiezel dừa vừa nhiên liệu cao cấp, phụ gia cao cấp lý tưởng cho nhiên liệu động diezel  Các nhiên liệu biodiezel dễ bị phân hủy sinh học nên việc bảo quản biodiezel cần phải trọng Do thành phần có nhiều gốc hidrocacbon no nên so với nhiên liệu biodiezel khác biodiezel dừa có độ bền oxi hóa ổn định nhiệt cao Chính mà biodiezel dừa 100% nhiên liệu trộn biodiezel dừa bảo quản khoảng thời gian 12 tháng mà không ảnh hưởng đến tiêu chất lượng Nếu bảo quản B100 dừa thời gian nên thêm vào phụ gia chống oxi hóa để đảm bảo chất lượng nhiên liệu, tránh phân hủy sinh học oxi hóa tác nhân mơi trường 4.3 Các tính chất đặc trưng: Bảng 4.1 : Tính chất hóa lý tiêu biểu biodiezel dừa STT Tính chất hóa lý Phương pháp Biodiezel dừa Tiêu chuẩn biodiezel ASTM D 445 2,656 2,0 - 4,5 Độ nhớt động học, 400C, cSt Hàm lượng nước cặn (% ASTM D2709 thể tích) 0,0 0,05 max Điểm chớp cháy ASTM D93 107 100 Cặn sunfat, % khối lượng ASTM D874 0,002 0,02 max Hàm lượng lưu huỳnh, ppm ASTM D5453 50 max ăn mòn đồng, 3h, 500C ASTM D 130 1A No.3 max Trị số xetan ASTM D613 70 42 Điểm đông đặc, 0C ASTM D2500 -5 - Chỉ số axit, mg KOH/g ASTM D664 0,17 0,5 max Nhóm 7-Chất bơi trơn vật liệu sinh họcPage 21 10 Cặn cacbon, % khối lượng ASTM D524