Đồ án sản xuất biodiesel

Đồ án sản xuất biodiesel

Từ hạt cao su CHƯƠNG 1:TỔNG QUAN 1.1 1.1.1 1.1.1.1 Giới thiệu BD Sơ lược BD Khái niệm Diesel: BD manh nha từ sớm năm 1853 nhờ cơng trình nghiên cứu E.Dufy J.Patrick chuyển hĩa este dầu thực vật, BD thức ghi nhận vào ngày 10/08/1893, ngày mà kỹ sư người Đức Rudolf Christian Karl Diesel cho mắt động Diesel chạy dầu lạc, sau đĩ ngày 10/08 chọn Ngày BD quốc tế ( International BD Day) Đến năm 1907 Herry Ford, người sáng lập công ty đa quốc gia Ford Motor Company, cho đời xe Etanol Nhưng xăng dầu có nguồn gốc từ nhiên liệu hĩa thạch có giá rẻ nên nhiên liệu sinh học chưa coi trọng Nhưng thời gian gần đây, giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cạn kiệt nhiên liệu hĩa thạch đe dọa yêu cầu thiết chống biến đổi khí hậu tồn cầu mà nhiên liệu sinh học trở thành nhu cầu thiết thực nhân loại, công nghệ biết đổi gen gĩp phần làm tăng đột biến sản lượng số sản phẩm nơng lâm nghiệp Tĩm lại, hiểu cách tổng quát Diesel loại nhiên liệu dùng cho động Diesel Dựa theo nguồn gốc, chia Diesel thành loại: − Petrodiesel ( thường gọi tắt Diesel) loại nhiên liệu lỏng thu chưng cất dầu mỏ phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0C đến 370 0C, thành phần chủ yếu hidrocacbon từ C16 – C21 − Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật ( cỏ, tảo, Jatropha, cao su…) hay mỡ động vật Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải cháy điều kiện thường có độ nhớt cao, số loại có số acid lớn nên chúng khơng thể dùng trực tiếp cho động mà chúng cần phải chuyển hố thành Monoankyl – Este đem sử dụng Theo phương diện hĩa học, BD metyl este acid béo ( đĩ, thành phần tạo lượng chủ yếu gốc hidrocacbon) 1.1.1.2 Tại phải sử dụng BD? biodiesel Page Từ hạt cao su − Dân số giới ngày tăng nhanh, áp lực lượng môi trường lớn Trữ lượng dầu mỏ ngày giảm dần, đĩ vấn đề đặt cần tìm nguồn lượng thay Đĩ lượng hạt nhân, lượng mặt trời, lượng giĩ, sĩng biển, lượng nhiệt lịng đất Tất nguồn lượng đĩ nghiên cứu ứng dụng vấn đề an tồn sản xuất giá thành nĩ cịn cao nên việc áp dụng đại trà cịn nhiều trở ngại − M ột nguồn lượng từ Biomass ý có nhiều triển vọng tính thực khả tái sinh phù hợp với sinh thái nĩ − Etanol từ mía đường, tinh bột dạng nhiên liệu sinh học có triển vọng − Dầu mỡ động thực vật dạng nguyên liệu để tạo không hợp chất hữu cịn tạo nhiên liệu cho động đốt tương tự dầu DO hay FO dầu mỏ Đĩ Biodiesel Dự báo nguồn nhiên liệu chiếm 15-20% tổng nhu cầu nhiên liệu giới vịng 50 năm tới − Biodiesel không đơn nhiên liệu sinh học, mà kèm theo nĩ trồng có dầu để phủ xanh đất trống đồi trọc, chống xĩi mịn đất, tăng lượng oxy khí quyển, giảm khí CO2, xĩa đĩi giảm nghèo cho vùng trung du miền núi Bên cạnh VO loạt sản phẩm có giá trị khác thu qua trình sản xuất Biodiesel glixerin, vitamin, đạm từ bả chất có hoạt tính sinh học khác saponin, photpholipit, gluxit… 1.1.2 Ưu nhược điểm BD so với diesel truyền thống: 1.1.2.1 Ưu điểm: − BD nguồn nhiên liệu thay gây ảnh hưởng đến môi trường sức khoẻ người; loại nhiên liệu khí thải đốt BD khơng có SOx , hàm lượng CO hidrocacbon thơm giảm so với đốt diesel truyền thống (chẳng hạn benzofluoranthense 56%, benzopysenes 71% ) − Là nguồn nhiên liệu thay cho diesel sử dụng cho động diesel mà không ảnh hưởng đến động biodiesel Page Từ hạt cao su − Là loại nhiên liệu dùng dạng tự pha trộn với diesel nhằm đạt hiệu sử dụng kinh tế theo yêu cầu quốc qia − Là loại nhiên liệu tái sinh nên BD mạnh nước có nơng nghiệp phát triển − Là loại nhiên liệu bị vi sinh vật phân huỷ nên thất ngồi môi trường độc hại nhiều so với loại xăng dầu từ dầu mỏ − Khi đạt tiêu chuẩn BD nhiên liệu ăn mịn động so với diesel 1.1.2.2 Nhược điểm: − Trong phân tử biodiesel có chứa nguyên tử oxy nên nhiệt trị thấp diesel truyền thống Vì vậy, sử dụng biodiesel làm nhiên liệu tiêu hao nhiều so với nhiên liệu diesel truyền thống − Dễ bị oxy hố nên vấn đề bảo quản vấn đề hàng đầu sử dụng BD ( Lưu trữ trung bình tháng) − Hàm lượng NOx cao khí thải Đây nhược điểm nghiên cứu khắc phục − Nhiệt trị thấp so với diesel nên cần lượng nhiên liệu lớn để quãng đường − Chi phí sản xuất cịn cao so với diesel Hiện BD trở thành thương phẩm phải cần sách hỗ trợ phủ nhằm thúc đẩy cơng nghiệp lượng Với tình trạng nguồn nhiên liệu hĩa thạch cạn dần, diesel truyền thống ngày tăng giá, tương lai, BD gần giải pháp thay 1.1.3Một số thông số kỹ thuật đưa so sánh hai loại nhiên liệu: Khí thải Đơn Diesel truyền BD từ dầu BD từ dầu vị thống nành thải NOx g 0.944 1.156 1.156 CO g 0.23 0.136 0.156 Hidrocacb g 0.0835 0.0040 0.0038 on − Bảng1.1.3.1: So sánh nồng độ khí thải DO Biodisel Nhiên liệu Năng suất toả nhiệt (MJ/Kg) biodiesel DO 44,8 BDO 37,2 Methanol 18,2 Glyxerin 18,3 Dầu dừa 35,3 Dầu Jatropha 39,6 Page Từ hạt cao su Dầu hạt cao su 39.18 Bảng1.1.3.2: Bảng so sánh suất toả nhiệt số loại nhiên liệu Đặc tính nhiên liệu Diesel Biodiesel Nhiệt trị, Btu/gal 129,05 118,17 1,3 – 4,0 – 6,0 Độ nhớt động học 400C, mm2/s Tỉ trọng 150C, lb/gal 4,1 7,079 7,328 0,05 0,05 Điểm chớp cháy, 0C 60 - 80 100 – 170 Điểm đông đặc, 0C -15 - -3 _ -12 Chỉ số cetane 40 - 55 48 - 65 Hàm lượng nước cặn học, max Bảng 1.1.3.3 – Một số đặc tính chọn lọc Diesel Biodiesel [5] 1.1.4 Các thông số hố lý kỹ thuật Biodiesel: 1.1.4.1 Chỉ số Cetan: Chỉ số Cetan đơn vị đo quy ước, dùng để đánh giá khả tự bắt cháy loại nhiên liệu diesel, có giá trị giá trị hỗn hợp chuẩn có khả tự bắt cháy Hỗn hợp chuẩn gồm hidrocacbon: − n – Cetan C16H34 chất có khả bắt cháy cao với số qui định 100 , đĩ “hỗn hợp” chứa 100% thể tích n-Cetan − α - metyl naphtalen C11H10 chất khĩ bắt cháy với số cetan qui định Những hợp chất có mạch thẳng dễ bắt cháy nên có số Cetan cao, hợp chất vịng mạch nhánh có số Cetan thấp Bản chất cháy diesel động bị nén áp suất cao (tỷ số nén khoảng 14:1 đến 25:1) dạng phối trộn với Oxy có nhiệt độ cao thích hợp cháy sinh cơng Biodiesel cần có số cetan cao để đảm bảo trình cháy, cao q gây lãng phí nhiên liệu số thành phần nhiệt độ cao xilang phân hủy thành cacbon tự (cịn gọi muội than) trước cháy, nhiên số cetan thấp dễ gây tượng kích nổ (do có nhiều thành phần khĩ bị oxy hĩa địi hỏi phải phun nhiều nhiên liệu vào xylanh xảy trình tự cháy, dẫn đến lượng nhiên liệu bị đốt cháy nhiều yêu cầu, nhiệt lượng sinh lớn gây tăng mạnh áp suất, làm xylanh dễ bị mịn động rung giật).Vì thế, số Cetan tiêu chuẩn quy định theo quốc gia cho loại nhiên liệu đĩ có Biodiesel.Thơng thường, với động Diesel chậm (dưới 500 rpm), số cetan khoảng 45 đến 50; cịn động chạy nhanh (đến 1000 rpm) cần 50 biodiesel Page Từ hạt cao su 1.1.4.2 Trị số octan: đơn vị đo quy ước dùng để đặc trưng cho khả chống kích nổ nhiên liệu, có giá trị giá trị hỗn hợp chuẩn (ở điều kiện tiêu chuẩn) gồm iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8H18) nhelptan ( n- C7H16) Hỗn hợp chuẩn có trị số octan x ( x có giá trị từ đến 100) tức hỗn hợp có chứa x% (thể tích) iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C8H18) Nhiên liệu có trị số octan cao tốt Để tăng trị số octan, ta có cách chính: − Pha thêm phụ gia: +Hợp chất kim: Pb (hiện cấm dùng), Mn Fe (dùng hạn chế)… +Phụ gia Ferrocene- Diclopentadienyl (C 2H5)2Cl Phụ gia rẻ tiền, độc với môi trường lại độc với động Khi cháy, Ferrocene tạo lớp oxit sắt ( lớp màu đỏ bugi) ảnh hưởng đến lớp xúc tác oto đại, gây mài mịn vịng piston, lỗ khoan xylanh trục cam Hiện Ferrocene không quan bảo vệ môi trường Mỹ chấp nhận cho sử dụng +MMT ( Methylcyclopentadienyl Maanganese Tricabonyl): dùng thay cho phụ gia Pb +… − Pha trộn với nhiên liệu có trị số octan cao − Chuyển hidrocacbon mạch thẳng thành mạch nhánh, vịng no, vịng thơm có trị số octan cao cracking, reforming … 1.1.4.3 Điểm đục: Điểm đục nhiệt độ mà hỗn hợp bắt đầu vẩn đục có số chất bắt đầu kết tinh Điểm đục có ý nghĩa quan trọng dầu diesel, đặc biệt nĩ sử dụng nước có nhiệt độ hạ thấp mùa đông đến Khi nhiệt độ thấp, độ nhớt tăng lên, ảnh hưởng đến việc phun nhiên liệu Nếu nhiệt độ hạ thấp nhiệt độ tạo điểm đục tinh thể kết tinh kết hợp lại với tạo thành mạng tinh thể gây tắc nghẽn đường ống dẫn thiết bị lọc làm động không hoạt động 1.1.4.4 Điểm chảy: Điểm chảy nhiệt độ mà tồn thể tích hỗn hợp chuyển pha từ thể rắn sang thể lỏng Điểm đục điểm chảy thông số xác định nhằm dự đốn khả sử dụng Biodiesel nhiệt độ thấp 1.1.4.5 Điểm chớp cháy: Điểm chớp cháy nhiệt độ mà đĩ hỗn hợp bắt đầu bắt lửa cháy Chỉ số dùng để phân loại nhiên liệu theo khả cháy nổ chúng Điểm chớp cháy Metyl este tinh khiết 200 0C, Metyl este xếp loại vào chất khĩ cháy Tuy nhiên, trình điều chế tinh chế, Methanol dư cịn lẫn sản phẩm làm hạ thấp điểm chớp cháy Điều gây nguy hiểm điểm chớp cháy hạ xuống thấp Đồng thời Methanol chất ăn mịn thiết bị kim loại Do điểm chớp cháy vừa sử dụng tiêu chuẩn quản lý chất lượng Biodiesel vừa để kiểm tra lượng Methanol dư thừa 1.1.4.6 Độ nhớt: Độ nhớt: thể khả kháng lại tính chảy chất lỏng Thơng số phụ thuộc vào ma sát phần chất lỏng trượt lên phần chất lỏng khác Độ nhớt nhiên liệu cao khơng có lợi sử dụng nĩ biodiesel Page Từ hạt cao su làm giảm khả phân tán phun vào thiết bị để đốt làm tăng khả lắng thiết bị Chính người ta buộc phải chuyển loại dầu mỡ động thực vật thành Biodiesel đem sử dụng Biodiesel có độ nhớt thấp nhiều Ngồi cón có số khác Tất số hố lý nghiên cứu xây dựng thành tiêu chuẩn cụ thể cho Biodiesel Tính chất Phương pháp Giới hạn Đơn vị thử Nhiệt độ chớp cháy (phương pháp cốc kín) Nước cặn ASTM D 93 ASTM D 2709 Độ nhớt động học ASTM D 445 130 C 0,05 max % thể tích 1,9 – 6,0 mm2/s 400C Tro Sulfat ASTM D 874 0,020 max Sulfur tổng ASTM D 4294 - 0,05 max % lượng % 99 lượng Điểm đục ASTM D 2500 oC Cặn Carbon ASTM D 4530 0,05 max khối % khối khối lượng Chỉ số acid ASTM D 664 Hàm lượng Glyxerin tự ASTM D 6854 0,8 max 0,02 max Hàm mg KOH/g % khối lượng lượng Glyxerin ASTM D 6854 0,24 max tổng % 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 1.2.1.1 Dầu thực vật: Cọ dầu Vừng biodiesel Từ 10 năm trước trồng Long An, đạt dầu /ha Tuy nhiên có số khĩ khăn: trồng qui mơ lớn hiệu cần đầu tư dây chuyền xử lý sau thu hoạch hạt chứa mem lipase phân hủy dầu vịng 24 thành este glycerin nên cần diệt men lipase (bằng nồi hơi); cọ dầu không khĩ trồng cần mưa quanh năm – khĩ đạt Việt Nam Hiện không phát triển Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, trồng đại trà Nghệ Page Từ hạt cao su An, Thanh Hĩa, Gia Lai, An Giang.Hiện vừng chủ yếu xuất sang Nhật (cả hạt dầu) Dừa Diện tích 180000 ha, suất dầu thấp, tối đa đạt dầu/ha, ¼ so với cọ dầu Sản lượng dầu ép không cao dừa hiệu nơng dân sản phẩm khác 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 Hạt thu mua dân 5000 đ/kg, đậu nành nhập từ Mỹ 3500 nành đ/kg ( kể thuế nhập khẩu) Hướng Trồng thử nghiệm Củ Chi (đạt khoảng 2.5 /ha), Lâm Đồng ( đạt dương 3.5 – tấn/ha) Khi trồng thử nghiệm hệ lai, suất tăng đáng kể Do đĩ hướng dương trở thành nguồn ngun liệu có triển vọng Bơng vải Theo sách Nhà nước tự túc 70% ngun liệu dệt may, diện tích trồng bơng phát triển nhanh chĩng Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng 33000 ha, 60000ha 120000ha Dầu hạt cải nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất BD ta chưa loại độc tố gossypol nên dùng để sản xuất dầu ăn Dầu vải thô giá khoảng 7000 đ/l (Theo báo cáo khoa học lần thứ nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (Biofuel BD Việt Nam) 23/08/2006 trang 18) Tính chất 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) Tỉ trọng Độ nhớt 400C (mm2/s) Điểm chớp cháy (0C) Nhiệt trị (MJ/kg) Chỉ số acid Dầu hạt cao su Dầu hoa hướng dương Dầu hạt cải Dầu hạt Dầu hạt cải dậu nành 10,2 8,7 24,6 39,6 16,3 0,91 66,2 198 37,5 34 6,8 3,26 16,93 73,73 0,918 58 220 39,5 0,15 3,49 0,85 64,4 22,3 8,23 0,914 39,5 280 37,6 1,14 11,67 0,89 13,27 57,51 0,912 50 210 39,6 0,11 11,75 3,15 23,26 55,53 6,31 0,92 65 230 39,6 0,2 Nước ta nước nông nghiệp hàng năm phải nhập lượng lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu nước xuất Sở dĩ giá mua nguyên liệu hạt, có dầu nước ta đơi cao so với giá nhập dầu thực vật thô từ nước có tiềm Malayxia, Mỹ…Do đĩ ta nên định hướng nghiên cứu sản xuất BD từ loại dầu thực vật khơng có giá trị thực phẩm có giá thành thấp dầu bơng, dầu hạt cao su, dầu hạt Jatropha … 1.2.1.2 Mỡ động vật: Mỡ động vật chia làm nhĩm : mỡ động vật cạn mỡ động vật nước biodiesel Page Từ hạt cao su − Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu palmaitic axit stearic (mỡ heo, mỡ bị) Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo thuộc nhĩm omêga-6 hơn, khơng có omêga-3 nên thường trạng thái rắn điều kiện nhiệt độ thường Các axit béo thuộc nhĩm omêga-6 có tác dụng làm co mạch, tăng huyết áp − Mỡ động vật nước chứa hàm lượng axit béo không no thuộc nhĩm omêga-3 tương đối lơn, thể lỏng điều kiện nhiệt độ thường Nước ta thuộc vùng nhiệt đới, có nhiều sông nước nên nghề nuôi chế biến thủy sản phát triển mạnh chất lượng, không phục vụ nhu cầu nước mà cịn hướng đến xuất Trong đĩ phải kể đến nghề nuôi chế biến cá da trơn khu vực Đồng sông Cửu Long Hoạt động chế biến sản phẩm từ cá da trơn thải ngồi lượng lớn phế phẩm, ảnh hưởng đến môi trường, mà đĩ chiếm chủ yếu dầu hạt cao su Do đĩ, sử dụng dầu hạt cao su nguồn nguyên liệu cho nhiên liệu phương án có hiệu mặt kinh tế lẫn cho môi trường Việc lựa chọn loại dầu thực vật mỡ động vật phụ thuộc vào nguồi tài nguyên sẵn có điều kiện khí hậu cụ thể vùng Chẳng hạn ởÛ Châu Aâu sử dụng yếu cải dầu dầu hướng dương; Mỹ- dầu đậu nành; Châu Mỹ- dầu đậu nành, hướng dương thầu dầu; miền Nam Châu Phi- dầu đậu nành, dầu mè; Đông Nam Á- dầu cọ, dầu dừa dầu mè; Châu Uùc- cải dầu,dầu lanh dầu cọ nhập từ Đông Nam Á Sử dụng nguồn tài nguyên sẵn có, nguyên liệu phế thải gĩp phần làm giảm giá BD, đưa BD vào sử dụng rộng rãi 1.2.2 Giới thiệu dầu hạt cao su Cây cao su (danh pháp khoa học Hevea brasiliensis) lồi thân gỗ thuộc họ Đại kích (Euphorbiaceae) Nhân hạt cao su ( chiếm 50 – 60% hạt) chứa 40 – 50 % (khối lượng hạt) dầu có màu nâu Hạt cao su có hình elipxoid với nhiều kích cỡ, dài 2.5 – cm Hạt bĩng, nặng 2- g/hạt, hạt có chấm nâu Hàng năm, khoảng tháng tháng thời điểm cao su cho trái rộ với suất khoảng hạt/ Theo thống kê giới, ép hạt, trung bình ta thu 100 kg dầu hạt cao su Tại Việt Nam, theo thống kê năm 2007, diện tích trồng cao su 500000 ha( Theo http://www.hochiminhcity.gov.vn/left/tin_tuc/tin_thoi_su/2007/08/27-08- biodiesel Page Từ hạt cao su 2007.02) Thu nhập từ cao su ý đến mủ thân, cịn hạt cao su bị bỏ quên Như vậy, với 500000 ta thu 5000 hạt, tương đương 500 dầu Dầu hạt cao su có chứa cyanogenic glycosides, hợp chất tác dụng enzyme đặc hiệu môi trường acid yếu chuyển hĩa thành hợp chất cyanua Do đĩ dầu cao su sử dụng thực phẩm Thực ra, hạt dầu cao su có khả chế biến Methyl Ester loại dầu thực vật khác để sử dụng công nghiệp Vỏ bọc rớt đất thu tách lấy nhân hạt.Những nhân hạt sấy khô để tách ẩm Sau đĩ, hạt đưa vào máy nghiền dầu lọc lấy Dầu qua lọc dùng làm nguyên liệu để sản xuất Biodiesel Tại thành phố Hồ Chí Minh tỉnh lân cận có khoảng 20 sở thủ công bán thủ công ép hạt cao su lấy dầu với hiệu suất khoảng 17% cao sở làm khoảng vài hạt ngày, mặc khác nguồn nguyên liệu không ổn định ( cao su cho trái rộ khoảng tháng) nên giá thành dầu hạt cao su cao, khoảng 17000 đồng/kg ( giá hạt trung bình khoảng 2500 đồng/kg) Để sử dụng hiệu hạt cao su có ta phải đổi công nghệ chiết, tách nhằm tăng hiệu suất lên 30% qua đĩ ta dùng dầu để sản biodiesel Page Từ hạt cao su xuất Metyl Este giá thành khoảng 10000 đồng/ lít chất lượng tương đương với chất lượng Metyl Este dầu đậu nành mà Mỹ sản xuất sử dụng xuất với tên thương mại Soyat Thành phần dầu cao su thu được: − Chứa 90% gốc Acid có mạch C18 phân tử lượng khoảng 870± 10, Kg/m3 − Chỉ số Iot 130 ± g iot/ 100g − Chỉ số xà phịng 185 ± mg KOH/g − Chỉ số acid 50 ± mg KOH/g − Acid dầu hạt cao su gồm nhĩm chính: + Acid béo bão hịa: o Acid Palmitic o Acid Stearic + Acid béo không bão hịa: o Acid oleic o Acid linoleic o Acid linolenic Trong dầu hạt cao su, metyl este acid béo no làm tăng điểm đông, trị số cetan tăng độ bền polymer không no làm giảm điểm đông, trị số cetan độ bền, Loại thành phần acid béo có dầu thực vật phụ thuộc vào vùng đất trồng điều kiện chăm sĩc Mặc dù thực vật thuộc nhĩm có độ bay thấp tự nhiên, nĩ lại nhanh chĩng tạo hợp chất dễ cháy có khả bay 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 phương pháp xử lí VO để tính chất nĩ gần với nhiên liệu Diesel Sự khác VO so với nhiên liệu Diesel độ nhớt Aûnh hưởng độ nhớt cao làm cho hệ thống cấp nhiên liệu động làm việc khơng bình thường, nên chất lượng q trình phun cháy Do chất lượng trình phun cháy nên tiêu động Diesel sử dụng VO Vì lý trên, số giải pháp xử lý VO để tính chất nĩ gần với Diesel giải pháp làm giảm độ nhớt quan tâm trước tiên 1.3.1.1 Phương pháp sấy nĩng: Hiện sử dụng khơng thích hợp, cần có nhiệt độ 80 0C 1.3.1.2 Phương pháp pha lỗng: Đây phương pháp đơn giản, dễ dàng thực qui mô Pha trộn tiến hành phương pháp học, không địi hỏi thiết bị phức tạp, hỗn hợp nhận bền vững ổn định thời gian dài Nhược điểm phương pháp tỷ lệ dầu thực vật lớn 50% khơng thích hợp, lúc độ nhớt hỗn hợp lớn độ nhớt Diesel nhiều Khi pha lỗng Diesel dầu thực vật, hỗn hợp 10% VO có độ nhớt thay đổi không đáng kể so với Diesel thể tính kỹ thuật tốt động Diesel 1.3.1.3 Phương pháp cracking: Quá trình gần giống với trình cracking dầu mỏ Nguyên tắc trình cắt ngắn mạch hydrocacbon VO tác dụng nhiệt chất xúc tác thích hợp Sản phẩm q trình cracking VO thơng thường bao gồm khí, xăng, Diesel số sản phẩm phụ khác Phương pháp có biodiesel Page 10 Từ hạt cao su - Nhiệt độ trung bình nước ống : Ttb = 0,5.(T1 + T2) = 0,5.(27 + 41) = 340C - Tại nhiệt độ thì:  Khối lượng riêng nước: ρn = 994 (kg/m3)  Độ nhớt nước: νn = 7,23.10-7 (m2/s)  Hệ số dẫn nhiệt nước: λn = 0,626 (W/mK)  Chuẩn số Prandtl: Prn = 4,9 - Vận tốc thực tế nước ống: = • 4.GN 4.0,081 = = 0,24 m/s ρ π d 'tr 994.π 0,0212 Chuẩn số Reynolds nước ống: Re = • v N d 'tr 0,24.0,021 = = 6880 > 2300 υn 7,23.10 −7 =) nước ngồi ống chế độ chảy độ Áp dụng cơng thức [V.44, trang 16, 9] để tính chuẩn số Nusselt phía nước: Nu = k ε l Pr , 43  Pr    Pr  w , 25 Trong đĩ: k0 – hệ số phụ thuộc Reynolds Với Re = 6880 , tra bảng [trang 16, 9], k0 = 22 ε l - hệ số tính đến ảnh hưởng hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ chiều dài l đường kính d ống Chọn sơ ε l = • Hệ số cấp nhiệt n phía nước: αn = • Nu.λ n d 'tr Nhiệt tải nước làm lạnh : q n = α n ( Tv − Ttb )  Xác định nhiệt trở lớp cáu: ∑r w = rcaùu1 + δ + rcaùu2 λ Trong đĩ: rcáu – nhiệt trở lớp cáu phía methanol ngưng tụ , m2.K/W o δ = 0,002 m – chiều dày thành ống thép o biodiesel Page 56 Từ hạt cao su λ = 16,3 W/m.K – độ dẫn nhiệt thép X18H10T o rcáu – nhiệt trở lớp cáu phía nước, m2.K/W o Theo phụ lục bảng 31, bảng tra cứu trình học – truyền nhiệt: rcáu = rcáu = ⇒ • ∑r w = m2.K/W 5000 0,002 + + = 5,23.10-4 m2.K/W 5000 16,3 5000 Nhiệt tải qua thành ống lớp cáu: qw =  Tv1 − Tv ∑ rw Xác định hệ số cấp nhiệt methanol ngưng tụ phía ngồi ống: α S = 1,154 rS.ρ g.λ3 µ (TS - TV1 ).l'0 Ẩn nhiệt ngưng tụ : rmethanol = 1118 kJ/kg o Các thông số hố lý cịn lại tra nhiệt độ trung bình Tm = TS + Tw o  Trong trường hợp này, nhiệt độ vách Tv1 Tv2 chưa biết nên cần chọn trước giá trị để thực việc tính tốn Q trình tính tốn dựa cân nhiệt lượng: lượng nhiệt truyền từ methanol ngưng tụ đến vách ngồi qS, phải với lượng nhiệt truyền qua tường lớp cáu qw, với lượng nhiệt truyền từ tường đến nước qn Chọn Tv1 = 630C (< TS = 650C):  Trong trường hợp này, nhiệt độ vách Tv1 Tv2 chưa biết nên cần chọn trước giá trị để thực việc tính tốn Q trình tính tốn dựa cân nhiệt lượng: lượng nhiệt truyền từ methanol ngưng tụ đến vách ngồi qS, phải với lượng nhiệt truyền qua tường lớp cáu qw, với lượng nhiệt truyền từ tường đến nước qn Chọn Tv1 = 630C (< TS = 650C): biodiesel o Tm = 0,5.(TS + Tv1) = 0,5.(65 + 63) = 640C o ∆T1 = TS – Tw1 = 65 – 63 = 20C Page 57 Từ hạt cao su ⇒ α S = 4221,7 W/m2.K qS = α D ( TS − Tv1 ) = 4221,7.( 65 − 63) = 8443,5 W/m2 ∆Tv = qS.∑rw = 8443,5 x 5,23.10-4 = 4,4 K Tv2 = Tv1 - ∆Tw = 63 – 4,4 = 58,60C Tv = 0,5.(63+ 58,6) = 60,80C ⇒ Prw = 2,97 αn = 1471,4 W/m2.K qn = α n ( Tv − Ttb ) = 1471,4 × ( 58,6 − 34 ) = 36177 W/m2 Do qS qn cách xa nên cần tính lại lần Chọn Tv1 = 550C (∆T1 = 10 K) Quá trình tính tốn tương tự lần thứ thu kết bảng sau: s Tv1 2823 ,3 55 qs 28232, Tv Tv2 Tv n qn ∆q 14,8 40,2 47,6 1398 8725,3 0,69 Kết sai số ∆q lúc lớn, cần tính lặp lần Ở lần này, ta vẽ đường thẳng nối điểm ứng với q S va øqn để tìm giao điểm xác Từ đồ thị, ta chọn xác tw1 = 58,50C (sai số 3,57 %) Khi đĩ, n = 1426 W/m2.K • s = 3144 W/m2.K Hệ số truyền nhiệt tổng quát K: biodiesel Page 58 Từ hạt cao su K= • 1 + ∑ rt + αn αS 1 + 5,23.10 −4 + 1426 3144 = 648,4 W/m2.K Diện tích bề mặt truyền nhiệt : Fnt = • = Q'hh 2,8.1118 = = 0,16 m2 K ∆Tlog 648,4 × 30,47 Tổng chiều dài truyền nhiệt : L = Fnt × 0,16 = = d 'tr + d 'ng 3,14 × (0,021 + 0,025) 2,2 m π • Kiểm tra lại: L/d’tr = 4,1/0,021 = 195 > 50 nên chọn εl = phù hợp • Vậy thiết bị ngưng tụ loại vỏ ống có cấu tạo sau:  Số ống truyền nhiệt ống  Kích thước ống truyền nhiệt: 21 x 2mm, chiều dài ống 0,35 m  Bước ống: t = 1,35.d’ng = 1,35 25 = 34 mm 3.2.3 Thiết bị tách pha: Hỗn hợp thiết bị tích 30L Hệ số chứa đầy: 0,8 →Thể tích thiết bị 37,5L Chọn thiết bị có đường kính 400 mm, đáy nĩn tiêu chuẩn, nắp phẳng Đáy: Đáy gĩc 600: 2.R ht r s hđ r biodiesel rđ r Page 59 Từ hạt cao su Thể tích đáy nĩn: Đáy nĩn 600 tiêu chuẩn đường kính 400 mm tích đáy Qui chuẩn Chiều cao thiết bị tách pha: 3.2.4 Thiết bị thu hồi Methanol từ pha Glycerine: Thể tích hỗn hợp thiết bị Do thể tích hỗn hợp G-M mẻ bé, nên ta dồn nhiều mẻ lại xử lí Chọn số mẻ Thể tích làm việc thiết bị Chọn sơ hệ số chứa đầy 0,7 Thể tích thiết bị sơ Chọn thiết bị có đường kính 300 mm, đáy nắp elip Các thơng số hình học thiết bị nhằm thu hồi Metanol từ pha Glycerine giống thiết bị phản ứng tính trên, khác chiều cao thân thiết bị → Qui chuẩn chiều cao thiết bị Ht = 0,400 m Chiều cao thuỷ tĩnh hỗn hợp chất lỏng thiết bị 5: 0,307 m = 25 3.2.5 biodiesel = 0,432 m Bơm: Page 60 Từ hạt cao su i Năng suất: - Thể tích hỗn hợp lỏng nhập liệu: GF = 30 lít = 0,03 m3 - Thời gian bơm nhập liệu: τ = phút - Suất lượng thể tích dịng nhập liệu ống: VF 0,03 = = QF = τ 1,8 (m3/h) 60 Vậy chọn bơm có suất Qb = (m3/h) ii Cột áp: - Chọn :  Mặt cắt (1-1) mặt thống chất lỏng thiết bị khuấy trộn sơ  Mặt cắt (2-2) mặt thống chất lỏng thiết bị phản ứng - Áp dụng phương trình Bernoulli cho mặt cắt (1-1) (2-2): 2 P1 P2 v1 v2 z1 + + + Hb = z2 + + +∑hf1-2 ρ F g ρ F g 2.g 2.g Trong đĩ:  z1: độ cao tính từ mặt đất đến mép thân thiết bị o Chọn z1 = 20 mm  z2: độ cao tính từ mặt đất đến mép thân thiết bị 11 o Chọn z2 = 240 + 50 = 290 mm  v1,v2 : vận tốc mặt thống chất lỏng thiết bị (mặt 1-1) mặt thống chất lỏng thiết bị 11(2-2) o Xem v1= v2 = 0(m/s)  ∑hf1-2 : tổng tổn thất ống từ (1-1) đến (2-2)  Hb : cột áp bơm  Tính tổng trở lực ống: - Chọn đường kính ống hút ống đẩy nhau: dtr = 21 mm - Tra bảng II.15, trang 381, [8] ⇒ Độ nhám ống: ε = 0,1(mm) = 0,0001(m) - Tổng trở lực ống hút ống đẩy  l +l v ∑hf1-2 =  λ h d + Σξ h + Σξ d  F d tr   2g Trong đĩ: biodiesel Page 61 Từ hạt cao su lh : chiều dài ống hút  ⇒ Chọn lh = 0,5 (m)  lđ : chiều dài ống đẩy, chọn lđ = (m)  ∑ξh : tổng tổn thất cục ống hút  ∑ξđ : tổng tổn thất cục ống đẩy  λ : hệ số ma sát ống hút ống đẩy  vF : vận tốc dịng nhập liệu ống hút ống đẩy (m/s) vF = 4Qb 4× = = 1,6 m/s 3600πd tr 3600 × π × 0,0212  Xác định hệ số ma sát ống hút ống đẩy : Re F = v F d tr ρ F 1,6 × 0,021 × 842 = = 39568 > 4000 => chế độ chảy xốy µF 0,000715 rối - Chuẩn số Reynolds giới hạn thuộc khu vực nhẵn thuỷ học: Regh d  = 6. tr   ε  8/  0,021  = 6.   0,0001  8/7 = 37581 Trong đĩ: ε = 0,0001 m – độ nhám tuyệt đối - Chuẩn số Reynolds bắt đầu xuất vùng nhám: d  Ren = 220. tr   ε  9/8  0,021  = 220.   0,0001  9/8 = 90140 - Do Regh < ReF < Ren nên hệ số ma sát λ tra theo bảng II.14, trang 379, [8] λ = 0,033  Xác định tổng tổn thất cục đường ống hút :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [8]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu1 (1 chỗ) = 0,15 Ống hút có chỗ uốn ⇒ ξu1 = 0,15 = 0,15  Van : Tra bảng 9.5, trang 110, [16]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξv1 (1 cái) = 10 Ống hút có van cầu ⇒ ξv1 = 10 Do đĩ, tổng tổn thất cục đường ống hút là: biodiesel Page 62 Từ hạt cao su ∑ξh = ξu1 + ξv1 = 10,15  Xác định tổng tổn thất cục đường ống đẩy :  Chỗ uốn cong : Tra bảng II.16, trang 382, [8]: Chọn dạng ống uốn cong 90o có bán kính R với R/d = ξu2 (1 chỗ) = 0,15 Ống đẩy có chỗ uốn ⇒ ξu2 = 0,15 = 0,45  Van : Tra bảng 9.5, trang 110, [1]: Chọn van cầu với độ mở hồn tồn ξv2 (1 cái) = 10 Ống đẩy có van cầu ⇒ ξv2 = 10  Vào thiết bị phản ứng : ξcv = Nên: ∑ξđ = ξu2 + ξv2 + ξcv = 0,45 + 10 + = 11,45 Vậy tổng trở lực ống hút ống đẩy là: 2+5   1,6 + 10,15 + 11,45  ∑hf1-2 =  0,033 = 0,019 m 0,021   × 9,81  Tính cột áp bơm: Hb = (z2 – z1) + ∑hf1-2 = (3 – 1) + 0,019 = 2,019 m Công suất: Chọn hiệu suất bơm: ηb = 0,9 Công suất thực tế bơm: Nb = Qb H b ρ F g × 2,02 × 842 × 9,81 = = 31,86 W 3600.η b 3600 × 0,9 Kết luận: Bơm ly tâm chọn có thơng số sau: - Năng suất: Qb = (m3/h) - Cột áp: Hb = 2,02 (m) - Cơng suất: Nb = 50 W 3.2.6 Tính tốn tai đỡ thiết bị: Tải trọng tối đa: − Khối lượng thiết bị phản ứng: biodiesel Page 63 Từ hạt cao su 22,91 Kg − Khối lượng chất lỏng chứa thiết bị 14: − Khối lượng chặn: Ngồi chịu tải trọng từ vật liệu làm thân thiết bị, làm chặn, khối lượng hỗn hợp lỏng thiết bị , tai đỡ cịn chịu tải trọng chi tiết kèm ống nối, sinh hàn… Khối lượng trừ hao: 1,2 9,81 Tải trọng cho phép tai treo Bệ đỡ: chọn vật liệu làm bệ đỡ thép CT3 Theo bảng XIII.36, tr 438, [8], G = 1000 N, ta xác định kích thước hình học tai đỡ sau: F,m2 42,5 Q, 0,24 L,mm 80 Btđ, B1,m Htđ,m Stđ,m l,m mtđ, mm m m m m Kg 55 70 125 30 0,53 Trong đĩ: Bề mặt đỡ : F − Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: q − Khối lượng tai đỡ: mtđ − biodiesel Page 64 Từ hạt cao su đ Htđđđ l Btđ B1đđ stđđđ Htđđđ L Vị trí đặt tai đỡ: Ht Htđ Thiết bị gia nhiệt vịng nhiệt, đĩ vị trí gắn tai treo cần cao vị trí mép vịng nhiệt Chiều cao mực lỏng thiết bị Chọn chiều cao mép vịng nhiệt: Ở ta chọn vị trí tai đỡ: 3.2.7 biodiesel Bộ phận điều khiển điều chỉnh nhiệt độ cho vịng nhiệt: Page 65 Từ hạt cao su Mạch cơng suất PC, Win XP Vịng nhiệt Mạch biến đổi Nhiệt độ điện trở ảnh hưởng trực tiếp đến nhiệt độ hỗn hợp thiết bị Nhiệt độ đĩ điều khiển tự động cách: Điều khiển chế độ ON-OFF: Phương pháp điều khiển ON-OFF cịn gọi phương pháp đĩng ngắt, tức cấu chấp hành đĩng nguồn để cung cấp lượng mức tối đa cho thiết bị tiêu thụ nhiệt nhiệt độ đặt ( nhiệt độ lỏng cần đạt được) lớn nhiệt độ đo ( nhiệt độ lỏng xác định nhờ vào thiết bị lấy tín hiệu nhiệt độ) Ngược lại, mạch điều khiển ngắt mạch cung cấp lượng nhiệt độ đặt nhỏ nhiệt độ đo Một vùng trễ đưa vào để hạn chế tần số đĩng ngắt sơ đồ khối: Vòng nhiệt biodiesel Page 66 Từ hạt cao su Nguồn đĩng sai số e(k) = | nhiệt độ đặt – nhiệt độ đo | Δ ngắt |nhiệt độ đặt – nhiệt độ đo| Δ Như vậy, nhiệt độ đo dao động quanh giá trị đặt Δ cịn gọi vùng trễ Rơ le Điều khiển ON-OFF + Ưu điểm là: o Thiết bị tin cậy, đơn giản, chắn, hệ thĩng hoạt động với tải o Tính tốn thiết kế phức tạp, dễ dàng + Nhược điểm: nhiệt độ dao động quanh giá trị đặt, đĩ không dùng chế độ điều khiển ON-OFF cần gia nhiệt hỗn hợp có khoảng sai số nhiệt độ nhỏ Tuy nhiên khuyết điểm hạn chế dùng phần tử đĩng ngắt điện tử mạch cơng suất o Điện tử cơng suất cơng nghệ biến đổi điện từ dạng sang dạng khác đĩ phần tử bán dẫn cơng suất đĩng vai trị trung tâm o Bộ biến đổi điện tử cơng suất cịn gọi biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa nguyên tắc biến đổi điện từ trường o Theo nghĩa rộng, nhiệm vụ điện tử cơng suất xử lý điều khiển dịng lượng điện cách cung cấp điện áp dịng điện dạng thích hợp cho tải Tải định thơng số điện áp, dịng điện, tần số, số pha ngõ biến đổi Thơng thường, điều khiển có hồi dõi ngõ biến đổi cực tiểu hĩa sai lệch giá trị thực ngõ giá trị mong muốn (hay giá trị đặt) Điều khiển PID (proportional integral derivative controller): Bộ điều khiển PID sử dụng rộng rãi thực tế để điều khiển nhiều loại đối tượng khác nhiệt độ lị nhiệt, tốc độ động cơ, mực lỏng bồn chứa…Lý điều khiển sử dụng rộng rãi nĩ có khả làm giảm (hoặc triệt tiêu) độ giao động nhiệt độ quanh giá trị đặt Do thông dụng nĩ nên ngày có nhiều hãng sản xuất thiết bị điều khiển cho đời điều khiển thương mại thơng dụng Vịng nhiệt Với hệ thống ta thiết kế, ta chọn điều khiển PID để điều khiển Cài đặt ban đầu: nhiệt độ đặt thời gian để đạt nhiệt độ Tín hiệu điều khiển: lấy tín hiệu nhiệt độ lỏng thiết bị biodiesel Page 67 Từ hạt cao su Nguyên lí hoạt động : biodiesel Page 68 Từ hạt cao su Bắt đầu Đọc nhiệt độ đặt Đọc giá trị nhiệt độ lò Tính sai số : e = nhiệt độ đặt – nhiệt độ đo Xử lý PID Công suất cấp cho lò Kết thúc TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1]: hội thảo khoa học [2]: Báo cáo kết biodiesel Page 69 Từ hạt cao su [3]: Lê Duy Hùng, Thiết kế phân xưởng chế biến Biodiesel từ mỡ cá da trơn (60 dầu cá ngày), Luận văn tốt nghiệp, 2008 [4]: Sản xuất [5]: Nguyễn Minh Tuyển, Q trình thiết bị khuấy trộn cơng nghệ [6]: Nguyễn Văn Lụa, Q trình thiết bị cơng nghệ hĩa học thực phẩm, tập trình thiết bị học, khuấy lắng lọc [7]: Nguyễn Bin (chủ biên), Sổ tay Quá trình Thiết bị hĩa chất tập 1, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [8]: Nguyễn Bin (chủ biên), Sổ tay Quá trình Thiết bị hĩa chất tập 2, NXB Khoa học & Kỹ thuật, Hà Nội, 2004 [9]:Hồ Lê Viên, tính tốn thiết kế chi tiết thiết bị hĩa chất dầu khí, ĐH Bách Khoa Hà Nội [10]:Bảng tra cứu trình học truyền nhiệt [11]: Quá trình thiết bị truyền nhiệt,tập trình thiết bị truyền nhiệt, truyền nhiệt ổn định [12]: Nguyễn Thị Hồng Nơ (2005) Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ dầu thực vật với xúc tác rắn Luận văn tốt nghiệp, trường Đại học Bách Khoa TPHCM [13]: Phan Ngọc Anh (2002) Nghiên cứu cơng nghệ sản xuất biodiesel từ dầu ăn phế thải Luận văn cao học, trường Đại học Bách Khoa TPHCM [14]: 10 Nguyễn Thị Phương Thoa (2005) Điều chế nhiên liệu diesel sinh học (biodiesel) từ dầu thực vật phế thải theo cơng nghệ hĩa siêu âm Báo cáo tổng kết đề tài nghiên cứu khoa học, trường Đại học Khoa học Tự nhiên, Đại học Quốc Gia TPHCM [15]: Nguyễn Hữu Lương, Tổng quan tài liệu nghiên cứu sản xuất biodiesel, Trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM, 2005 [16]:Phạm Văn Bơn, Q trình thiết bị công nghệ hố học & thực phẩm - Tập - Quyển 1,Bài tập truyền nhiệt, NXB ĐHQGTPHCM, 2004 biodiesel Page 70 ... iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C 8H18) nhelptan ( n- C7H16) Hỗn hợp chuẩn có trị số octan x ( x có giá trị từ đến 100) tức hỗn hợp có chứa x% (thể tích) iso-octan (2,2,4- trimetylpentan C8H18)... mưa quanh năm – khĩ đạt Việt Nam Hiện không phát triển Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, trồng đại trà Nghệ Page Từ hạt cao su An, Thanh Hĩa, Gia Lai, An Giang.Hiện vừng chủ yếu xuất sang Nhật... cơng Biodiesel cần có số cetan cao để đảm bảo q trình cháy, cao gây lãng phí nhiên liệu số thành phần nhiệt độ cao xilang phân hủy thành cacbon tự (cịn gọi muội than) trước cháy, nhiên số cetan