Đề tài: Nghiên cứu quy trình sản xuất biodiesel từ dầu hạt cây dầu mè (Jatropha curcas L.)

Xác định các yếu tố để tối ưu hóa hiệu suất thu biodiesel từ dầu hạt cây Jatropha curcas L. Xác định một số chỉ tiêu trong mẫu dầu ban đầu và dầu biodiesel sau khi thực hiện phản ứng chuyển vị ester tạo biodiesel. Sản xuất một số sản phẩm phụ từ dầu hạt cây Jatropha curcas L.

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CÂY DẦU MÈ (JATROPHA CURCAS L.) Họ tên sinh viên: NGUYỄN HỒNG CHÂU CAO THỊ HẬU Ngành: CƠNG NGHỆ HĨA HỌC Niên khóa: 2005 – 2009 Tháng 9/2009 NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CÂY DẦU MÈ (JATROPHA CURCAS L.) Tác giả NGUYỄN HOÀNG CHÂU CAO THỊ HẬU Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp kỹ sư ngành Công nghệ Hóa học Giáo viên hướng dẫn: TS Phan Phước Hiền Tháng năm 2009 i    LỜI CẢM TẠ Lời đầu tiên, chúng xin khắc ghi công lao trời biển ba mẹ, nuôi nấng, dạy dỗ chúng khôn lớn ngày hôm Chúng em xin gửi lời lòng biết ơn đến Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh Ban giám đốc Trung Tâm Phân Tích Và Thí Nghiệm Hóa Sinh, Trường Đại học Nơng Lâm Thành phố Hồ Chí Minh Gởi lời cám ơn chân thành đến TS Phan Phước Hiền tận tình hướng dẫn, ln theo sát giúp đỡ chúng em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Xin chân thành gởi lời cảm ơn đến Thầy Cô, Bộ môn Công nghệ Hóa học, Trường Đại học Nơng Lâm, Thành phố Hồ Chí Minh truyền đạt kiến thức khơng giúp chúng em hồn thành tốt khóa luận tốt nghiệp, mà cịn hành trang vững vàng cho chúng em sau Cảm ơn Ks Nguyễn Thị Ngọc Sương hướng dẫn, giúp đỡ chúng em Cảm ơn tập thể CNHH K31, bạn động viên giúp đỡ chúng tơi suốt q trình học tập, làm đề tài Cuối chúng em xin chúc TS Phan Phước Hiền, quý Thầy, Cô Bộ môn Công nghệ Hóa học, tồn thể bạn lớp Cơng nghệ Hóa học khóa 31 dồi sức khỏe thăng tiến đường nghiệp ii    TĨM TẮT Đề tài “Nghiên cứu quy trình sản xuất biodiesel từ dầu hạt dầu mè (Jatropha curcas L.)” tiến hành phịng thí nghiệm I4, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa học Trường Đại học Nơng Lâm, Thành phố Hồ Chí Minh, thời gian từ tháng năm 2009 đến tháng năm 2009 Thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến q trình trích ly dầu (thời gian, tỷ lệ dung môi/ khối lượng hạt) lên lượng dầu thu được, thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng chuyển vị ester từ dầu hạt dầu mè (Jatropha curcas L.) từ Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Quốc gia (tỷ lệ methanol, tỷ lệ acid sulfuric, thời gian phản ứng) lên hiệu suất thu biodiesel Mục đích: tìm điều kiện tốt cho phản ứng chuyển vị ester từ dầu hạt Jatropha curcas L nhằm tăng hiệu suất thu biodiesel Phản ứng chuyển vị ester gồm hai bước: phản ứng ester hóa phản ứng chuyển vị ester Quy hoạch thực nghiệm bố trí theo phương pháp bề mặt đáp ứng kiểu phương án bậc hai có tâm hai giai đoạn Giai đoạn một, khảo sát tìm điều kiện tốt để hạ số acid dầu hạt Jatropha curcas L Giai đoạn hai, khảo sát tìm điều kiện tốt cho phản ứng chuyển vị ester có hiệu suất thu biodiesel cao Kết quả: điều kiện thực phản ứng giai đoạn tỷ lệ methanol/ dầu theo thể tích 0,41, tỷ lệ acid sulfuric theo phần trăm thể tích 1,42%, với thời gian phản ứng 41 phút Điều kiện phản ứng chuyển vị ester kiến nghị, tỷ lệ methanol/ dầu theo thể tích 0,21; thời gian phản ứng 29,8 phút Tồn q trình thực điều kiện nhiệt độ 600C tốc độ khuấy trộn 500 vòng/phút Hiệu suất thu biodiesel 97,58 % Tổng hàm lượng methyl ester phân tích sắc ký khí khối phổ GC/MS 99,83%, hàm lượng oleic acid methyl ester (49,90 % ) , linoleic acid methyl ester ( 26,84% ) palmitic acid methyl ester (13,26 % ), stearic acid methyl ester 7,71 % đạt hàm lượng cao Sản phẩm biodiesel đạt tiêu chuẩn nhiên liệu sinh học gốc B100, TCVN 7717: 2007, tiêu chuẩn Mỹ ASTM 6751 Bước đầu sản xuất xà phịng thơm theo cơng thức có tỷ lệ dầu/ nước/ NaOH 1/0,75/0,035 theo thể tích iii    SUMMARY Project "Research on the production process biodiesel from oil seeds sesame oil (Jatropha curcas L.)" was conducted in the laboratory I4, Department of Chemical Engineering University of Agriculture and Forestry, Ho Chi Minh City, period from January 2009 to August 2009 Experimental survey of factors affecting the process of extracting oil (time, ratio of solvent / particle volume) to obtain oil, experimental survey of factors affecting reactions are ester transfer from oil and sesame seed oil (Jatropha curcas L.) from the Corporation Biofuels Country (percentage of methanol, sulfuric acid ratio, response time) to collect performance biodiesel Purpose: find good conditions for the transesterification reactions oil from Jatropha curcas L seed to increase revenue performance biodiesel Transesterification reaction are two steps: esterification reaction and transesterification reaction Planned experiments are arranged according to the method response surface quadratic model plan for a center in both phases Phase one, the survey found good conditions to lower the index of the acid plant Jatropha curcas L seed oil Second phase, surveys find good conditions for the transesterification reaction biodiesel has the highest collection efficiency Results: The conditions made the period a response rate of methanol / oil by volume is 0,41, the proportion of sulfuric acid as a percentage of volume is 1,42%, the response time is 41 minutes Transesterification reaction conditions are proposals, the proportion of methanol / oil by volume is 0,21; response time was 29,8 minutes The whole process is done in the same conditions of temperature 600C and stirring speed mixer 500 rpm Revenue performance biodiesel is 97,58% Total methyl ester content in the analysis of gas chromatography mass spectrometry GC / MS was 99,83%, oleic acid methyl ester content (49,90%), linoleic acid methyl ester (26,84%) and palmitic acid methyl ester (13,26%), Stearic acid methyl ester contentreached 7,71% highest Initially be produced by aromatic soap formula rate and oil / water / NaOH in turn is / 0, 75 / 0.035 by volume iv    MỤC LỤC TRANG TỰA LỜI CẢM TẠ ii TÓM TẮT iii MỤC LỤC iv DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT ix DANH SÁCH CÁC HÌNH x Chương MỞ ĐẦU 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Mục đích đề tài .1 1.3 Nội dung .2 1.4 Yêu cầu 1.5 Ý nghĩa đề tài 1.5.1 Về kinh tế 1.5.2 Về xã hội 1.5.3 Về môi trường Chương TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Tình hình sản xuất biodiesel giới 2.2 Tình hình Việt Nam 2.3 Khái quát biodiesel 2.3.1 Định nghĩa .9 2.3.2 Tính chất 2.3.3 Quy trình sản suất chung biodiesel từ hạt có dầu 12 2.3.4 Yêu cầu kỹ thuật cho B100 theo TCVN 7717: 2007 .13 v    2.3.5 So sánh tính chất biodiesel diesel 14 2.3.6 Ưu nhược điểm biodisel 15 2.4 Tổng quan nguồn nguyên liệu 18 2.5 Tổng quan dầu mè (Jatropha curcas L.) 19 2.5.1 Vị trí phân loại .19 2.5.2 Đặc điểm sinh học 20 2.5.3 Tình hình phân bố dầu mè (Jatropha curcas L.) giới Việt Nam 21 2.5.4 Thành phần hóa học .21 2.5.5 Công dụng dầu mè (Jatropha curcas L.) 22 2.5.6 Ưu nhược điểm 23 2.6 Quy trình sản xuất biodiesel từ dầu hạt dầu mè (Jatropha curcas L.) .23 2.6.1 Sơ đồ chung 24 2.6.2 Quá trình xử lý sơ nguyên liệu 25 2.6.3 Quá trình thực phản ứng chuyển vị ester .33 2.7 Sản xuất số sản phẩm phụ từ dầu hạt dầu mè (Jatropha curcas L.) 42 2.7.1 Khái niệm xà phòng .42 2.7.2 Tác dụng tẩy rửa xà phòng chất tẩy rửa tổng hợp 42 Chương VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 43 3.1 Vật liệu .43 3.1.1 Địa điểm thời gian thực 43 3.1.2 Thiết bị, dụng cụ hóa chất 43 3.2 Phương pháp thí nghiệm .45 3.2.1 Thí nghiệm xác định lượng dầu thu từ trình ép 45 3.2.2 Thí nghiệm xác định ẩm độ 45 vi    3.2.3 Thí nghiệm khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ dung mơi thời gian trích ly lên lượng dầu thu 46 3.2.4 Thí nghiệm xác định lượng “gum” 46 3.2.5 Thí nghiệm xác định số acid béo tự dầu nguyên liệu .47 3.2.6 Thí nghiệm xác định số xà phịng hóa dầu ngun liệu .47 3.2.7 Thí nghiệm xác định số peroxide dầu nguyên liệu 49 3.2.8 Thí nghiệm xác định điều kiện tốt cho phản ứng chuyển hóa giai đoạn .49 3.2.9 Thí nghiệm xác định điều kiện tốt cho phản ứng chuyển hóa giai đoạn hai 52 3.2.10 Thí nghiệm xác định số tiêu biodiesel .55 3.2.11 Thí nghiệm sản xuất thử nghiệm xà phòng .57 Chương KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 58 4.1 Kết 58 4.1.1 Lượng dầu sau ép .58 4.1.2 Ẩm độ 58 4.1.3 Ảnh hưởng tỷ lệ dung mơi thời gian trích ly đến lượng dầu thu .59 4.1.4 Khối lượng “gum” 61 4.1.5 Chỉ số acid béo tự dầu nguyên liệu 62 4.1.6 Chỉ số xà phòng số ester 62 4.1.7 Chỉ số peroxide 62 4.1.8 Điều kiện tốt cho phản ứng giai đoạn 63 4.1.9 Điều kiện tốt cho phản ứng giai đoạn hai .69 4.1.10 Một số tiêu biodiesel .75 4.1.10 Quy trình sản xuất xà phòng 77 vii    Chương KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .79 5.1 Kết luận 79 5.2 Đề nghị .80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 PHỤ LỤC 87 viii    DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT HFRR high – frequency receiprocating rig ASTM D 6751-06, Standard Specification For Biodiesel Fuel Blend Stock ( B100 ) For Middle Distillate Fuels TCVN 7717: 2007 Tiêu chuẩn Việt Nam EN 14214:2003 Automotive Fuels-Fatty Acid Methyl Esters (FAME) For Diesel Engines – Requirements And Test Methods Ctv Cộng tác viên EBB European Biodiesel Board EU European Union ADM Archer Daniels Midland Co UK United Kingdom TBHQ tert-butylhydroqinone HPL hydratable phospholipid NHPL nonhydratable phospholipid ix    B1 B25 B6 B14 B28 B31 B32 B33 B8 B12 B19 B20 B21 B23 3.02 3.03 3.01 3.01 3.01 0.65 0.55 0.5 0.52 0.45 1.21 1.02 0.93 0.97 0.84 0.65 1.22 3.01 0.6 1.12 3.01 0.5 0.93 3.01 3.73 3.01 2.05 3.82 3.01 3.01 3.01 3.01 3.01 3.01 3.01 3.02 3.01 3.01 3.01 3.01 3.01 3.01 3.07 3.01 3.06 3.02 3.01 3.03 3.01 3.03 3.05 3.01 3.03 3.06 3.03 3.03 0.5 0.5 0.5 0.5 0.45 0.5 0.5 0.45 0.4 0.45 0.45 0.5 0.4 0.45 0.45 0.85 0.85 0.85 0.4 0.4 0.35 0.4 0.4 0.4 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 0.7 1.95 3.74 0.93 0.93 0.93 0.94 0.84 0.93 0.93 0.84 0.74 0.84 0.84 0.93 0.75 0.84 0.84 1.58 1.55 1.58 0.75 0.73 0.65 0.75 0.74 0.75 1.30 1.29 1.30 1.30 1.28 1.30 3.61 88    0.91 1.09 3.76 0.93 0.90 0.84 0.87 0.81 1.57 0.71 0.74 1.30 1.29 3.65 B24 B26 B27 B29 B30 B34 3.03 1.01 1.03 1.02 1.01 1.09 1.05 1.01 1.01 1.02 1.02 1.04 1.02 1.05 1 1.95 0.2 0.2 0.2 0.35 0.35 0.3 0.15 0.2 0.15 0.2 0.25 0.2 0.25 0.25 0.2 0.15 0.15 0.15 3.74 3.61 1.12 1.11 1.09 1.96 1.93 1.67 0.84 1.03 0.80 1.11 1.39 1.10 1.38 1.35 1.10 0.80 0.84 0.84 1.11 1.85 0.89 1.20 1.27 0.83 Phụ lục 2: bảng số liệu trích ly dầu dung mơi Phụ lục 2.1 bảng phân tích ANOVA thí nghiệm khảo sát lượng dầu thu Multiple range analysis for TRICHLY.ptdau by TRICHLY.thoigian Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups 6 43.710000 X 45.610000 X 45.745000 X contrast difference limits - -1.90000 0.31019 * - -2.03500 0.31019 * - -0.13500 0.31019 * denotes a statistically significant difference Analysis of Variance for TRICHLY.ptdau - Type III Sums of Squares Source of variation Sum of Squares d.f Mean square F-ratio Sig level 89    MAIN EFFECTS A:TRICHLY.tyle 64.803333 32.401667 597.250 0000 B:TRICHLY.thoigian 15.538900 7.769450 143.212 0000 C:TRICHLY.KHOI 032939 032939 607 4664 INTERACTIONS AB 1.6554667 4138667 7.629 0078 RESIDUAL 4340111 0542514 TOTAL (CORRECTED) 82.464650 17 missing values have been excluded All F-ratios are based on the residual mean square error Phụ lục 2.2 So sánh khoảng dung môi theo trắc nghiệm LSD Multiple range analysis for TRICHLY.ptdau by TRICHLY.thoigian Method: 95 Percent LSD Level Count LS Mean Homogeneous Groups 6 43.710000 X 45.610000 X 45.745000 X contrast difference limits - -1.90000 0.31019 * - -2.03500 0.31019 * - -0.13500 0.31019 * denotes a statistically significant difference Phụ lục 2.3 So sánh khoảng thời gian theo trắc nghiệm LSD Phụ lục 3: Kết xử lý số liệu JMP 4.0 Phụ lục 3.1 Response số acid 90    91    92    93    Phụ lục 3.2 Response hiệu suất thu biodiesel 94    95    96    97    98    Phụ lục 4: Kết phân tích khối phổ CG/MS   99    100    Phụ lục 5: Kết phân tích kiểm định Trung tâm phân tích 101    102    ... vấn đề xã hội Được phân công BM CNHH, hướng dẫn TS Phan Phước Hiền, thực đề tài ? ?Nghiên cứu quy trình sản xuất biodiesel từ dầu hạt dầu mè (Jatropha curcas L.)? ?? 1.2 Mục đích đề tài Nghiên cứu quy. ..NGHIÊN CỨU QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIODIESEL TỪ DẦU HẠT CÂY DẦU MÈ (JATROPHA CURCAS L.) Tác giả NGUYỄN HOÀNG CHÂU CAO THỊ HẬU Khóa luận đệ trình để đáp ứng yêu cầu cấp... 31 dồi sức khỏe thăng tiến đường nghiệp ii    TĨM TẮT Đề tài ? ?Nghiên cứu quy trình sản xuất biodiesel từ dầu hạt dầu mè (Jatropha curcas L.)? ?? tiến hành phịng thí nghiệm I4, Bộ mơn Cơng nghệ Hóa