Nghiên cứu sản xuất dầu gốc sinh học từ mỡ cá ứng dụng kỹ thuật cavitation

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN MINH TIẾN NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DẦU GỐC SINH HỌC TỪ MỠ CÁ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAVITATION Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 60520330 LUẬN VĂN THẠC SĨ TP.HỒ CHÍ MINH, Ngày 06 tháng 02 năm 2018 CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA - ĐHQG - HCM Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS Phan Minh Tân (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 1: TS Hoàng Minh Nam (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Cán chấm nhận xét 2: TS Nguyễn Mạnh Huấn (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị chữ ký) Luận văn thạc sĩ bảo vệ Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày 06 tháng 02 năm 2018 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) GS.TSKH Lưu Cẩm Lộc TS Hoàng Minh Nam TS Nguyễn Mạnh Huấn TS Đào Thị Kim Thoa TS Võ Thành Phước Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) CHỦ TỊCH HỘI ĐỜNG TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HĨA HỌC i ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập – Tự – Hạnh phúc NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SỸ Họ tên: Nguyễn Minh Tiến MSHV: 7140212 Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1988 Nơi sinh: Quảng Bình Chun ngành: Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 60520330 I TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DẦU GỐC SINH HỌC TỪ MỠ CÁ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAVITATION” II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG - Thực trình xử lý vật lý hệ thống cavitation để pha chế dầu nhờn sinh học - Thực q trình xử lý hóa học tăng độ bền oxy hóa cho dầu gốc sinh học III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 01/04/2017 IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25/12/2017 V HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: PGS.TS PHAN MINH TÂN Nội dung đề cương LVTN thông qua Bộ mơn Tp.Hồ Chí Minh, Ngày… tháng… năm 2017 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) (Họ tên chữ ký) TS ĐÀO THỊ KIM THOA PGS.TS PHAN MINH TÂN TRƯỞNG KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC (Họ tên chữ ký) ii LỜI CẢM ƠN Để có ngày hôm xin chân thành cảm ơn tất thầy cô Khoa Kỹ Thuật Hóa Học giảng dạy, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm quý báu cho em suốt trình học tập trường Trong trình làm luận văn, nhận hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ thầy cô Bộ mơn Kỹ Thuật Chế Biến Dầu Khí, đặc biệt Thầy PGS.TS.Phan Minh Tân cho phép tham gia vào đề tài Thầy hướng dẫn, định hướng liên quan đến đề tài Tôi cũng xin gửi lời cám ơn chân thành đến Cô TS.Đào Thị Kim Thoa ln tận tình bảo, quan tâm, hướng dẫn phương pháp nghiên cứu thực nghiệm cũng tạo điều kiện thuận lợi để em hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn NCS.ThS.Trần Thị Hồng bám sát bảo, giúp đỡ tận tình hướng dẫn cách giải vấn đề đề tài cũng góp ý cho luận văn tơi hồn thiện Tơi cũng xin cảm ơn bạn làm chung đề tài từ trước đến giúp đỡ, chia để hồn thiện luận văn Cuối tơi xin gửi lời chúc sức khỏe đến tồn thể Thầy Cơ, lời chúc thành công hạnh phúc nghiệp trồng người Xin chân thành cảm ơn! Tp Hồ Chí Minh, ngày tháng năm 2018 Học viên Nguyễn Minh Tiến iii TĨM TẮT LUẬN VĂN Việt Nam nước ni xuất nhiều cá da trơn Trong trình chế biến phát sinh lượng phế phẩm mỡ cá lớn Việc thải bỏ cũng tận dụng chưa triệt để mỡ cá gây lãng phí ảnh hưởng nghiêm trọng đến môi trường Trong đó, nó nguồn lượng sinh khối tiềm biết cách sử dụng Từ thực tế đó định hướng đề tài nhằm tăng giá trị cho mỡ cá việc chuyển đổi mỡ cá thành dầu gốc ứng dụng dầu nhờn động Việc chuyển đổi thông qua bước xử lý vật lý xử lý hóa học Thứ nhất, phần xử lý vật lý mỡ cá lọc sơ bộ, thủy hóa, tách sáp nhằm làm giảm điểm rót chảy cho dầu cá Sau đó tiến hành phối trộn dầu cá vật lý với phụ gia dầu gốc khoáng Thứ hai, phần xử lý hóa học nhằm tăng độ bền oxi hóa, độ nhớt cũng thông số khác dầu cá Chúng tơi tiến hành biến tính hóa học phản ứng epoxy hóa, mở vịng epoxy hố mỡ cá phản ứng este hóa mỡ cá Kết trình đáp ứng tiêu dầu nhờn sinh học Kết luận văn cho thấy mỡ cá da trơn nguồn nguyên liệu sử dụng phối trộn dầu nhờn sinh học vừa góp phần nâng cao hiệu kinh tế cũng giảm thiểu tác hại môi trường iv ABSTRACT Vietnam is a country raising and exporting much catfish During processing waste’s fish will be remove to environment Removing and using uncompletely will waste anh affect seriously environment However, it is a potential source of biomass if it knows how to use it From the fact that the orientation of the subject to increase the value of fish fat by converting fish fat into base oil used in engine lubricants Transformation through two physical processes and chemical treatment First, fish oil is treated with physical method Fish oil is filtered, hydrated and seperated paraffin to increase pour point Then, fish oil is mixed additive with orginal oil Second, fish oil is treated with chemical method to increase oxidation stanbility, viscosity and other parameters Chemical reaction includered are epoxidation fish oil, opening ring and esterfication fish oil After treating fish oil with chemical method, lubricant from fish oil achieved standard of bio-lubricant The results of the thesis show that fatty fish is a source of raw materials that can be used for the preparation of bio-lubricants and contributes to economic efficiency as well as to the reduction of harmful effects of the environment v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN iii TÓM TẮT LUẬN VĂN iv ABSTRACT v MỤC LỤC vi DANH SÁCH BẢNG xii DANH SÁCH ĐỒ THỊ xiv DANH MỤC HÌNH ẢNH .xv CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT xvi MỞ ĐẦU 1 Đặt vấn đề Mục tiêu đề tài 3 Phương pháp nghiên cứu CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nguyên liệu mỡ cá 1.2 Tổng quan dầu gốc 1.2.1 Nguồn gốc .5 1.2.2 Dầu gốc khoáng 1.2.2.1 Phân loại theo thành phần: .5 1.2.2.2 Phân loại theo độ nhớt: .5 1.2.2.3 Phân loại theo số độ nhớt (VI): 1.2.2.4 Phân loại theo nhóm: 1.2.3 Dầu gốc tổng hợp 1.3 Tổng quan dầu nhờn sinh học 1.3.1 Nguồn gốc .7 vi 1.3.2 Thành phần dầu nhờn sinh học .7 1.3.3 Ưu điểm nhược điểm dầu nhờn sinh học 1.3.3.1 Ưu điểm 1.3.3.2 Nhược điểm 1.4 Các phương pháp tổng hợp dầu nhờn sinh học .8 1.4.1 Phương pháp xử lý vật lý 1.4.1.1 Ưu điểm: 1.4.1.2 Nhược điểm: .8 1.4.2 Quá trình xử lý vật lý mỡ cá 1.4.2.1 Tách tạp chất học: 1.4.2.2 Tách tạp chất háo nước (thủy hóa): 1.4.2.3 Tách sáp: 1.4.2.4 Trung hòa (tách axit béo tự do): .9 1.4.2.5 Rửa sấy dầu: 10 1.4.3 Các phương pháp xử lý hóa học 10 1.4.3.1 Chuyển hóa hóa học cách tác động vào nhóm carboxyl mạch acid béo triglyceride .10 1.4.3.2 Chuyển hóa hóa học cách tác động vào mạch carbon acid béo 11 1.4.4 Cơ sở xác định mục tiêu nghiên cứu 14 1.5 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng 19 1.5.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng epoxy hóa 19 1.5.1.1 Ảnh hưởng nhiệt độ 19 1.5.1.2 Ảnh hưởng áp suất 20 1.5.1.3 Ảnh hưởng lượng tác chất .20 1.5.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng mỡ vòng epoxy 20 vii 1.6 Kỹ thuật cavitation (bong bong hơi) 14 1.6.1 Giới thiệu cavitation .14 1.6.2 Cơ chế phản ứng cavitation 15 1.6.3 Thiết bị phản ứng dạng cavitation dạng thủy động lực học 16 1.6.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu cavitation 18 1.6.4.1 Áp suất đầu vào 19 1.6.4.2 Tính chất vật lý, hóa học chất lỏng 19 1.6.4.3 Độ nhớt chất lỏng 19 1.6.5 Ứng dụng Cavitation xử lý mỡ cá 21 1.7 Quy hoạch thực nghiệm 23 1.7.1 Kế hoạch thực nghiệm 24 1.7.2 Quy hoạch trực giao cấp I .25 1.8 Nghiên cứu tởng hợp dầu nhờn sinh học ngồi nước 27 1.8.1 Các nghiên cứu nước 27 1.8.2 Các nghiên cứu nước 28 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM 31 2.1 Hóa chất, dụng cụ thiết bị .31 2.1.1 Nguyên liệu 31 2.1.2 Hóa chất 31 2.1.3 Thiết bị dụng cụ .32 2.2 Các phương pháp phân tích 34 2.3 Phương pháp tiến hành 34 2.3.1 Quy trình xử lý mỡ cá phương pháp vật lý 34 2.3.1.1 Quá trình tách sơ hợp chất học .34 2.3.1.2 Quá trình thủy hóa 35 viii 2.3.1.3 Quá trình tách sáp 36 2.3.1.4 Q trình trung hịa 37 2.3.1.5 Rửa sấy dầu .39 2.3.1.6 Pha chế dầu nhờn sinh học từ mỡ cá sau xử lý vật lý với dầu gốc khoáng 39 2.3.2 Quy trình xử lý mỡ cá hóa học: 41 2.3.2.1 Epoxy hóa mỡ cá vật lý 41 2.3.2.2 Phản ứng mỡ vòng epoxy mỡ cá 44 2.3.2.3 Phản ứng este hóa: 45 2.3.2.4 Pha chế dầu nhờn sinh học từ mỡ cá hóa học 48 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 50 3.1 Kết xử lý vật lý mỡ cá 50 3.1.1 Kết giai đoạn thủy hóa mỡ cá vật lý (cavitation) 50 3.1.2 Kết giai đoạn trung hòa mỡ cá vật lý .55 3.1.3 Kết phối trộn MCVL với dầu gốc khoáng phụ gia 59 3.1.3.1 Kết độ nhớt số độ nhớt: .61 3.1.3.2 Kết điểm chớp cháy cốc hở .62 3.1.3.3 Kết đo điểm chảy .62 3.1.3.4 Kết trị số kiềm tổng (TBN) .63 3.1.3.5 Kết đo hàm lượng kim loại 65 3.2 Kết xử lý hóa học mỡ cá: .65 3.2.1 Kết giai đoạn epoxy hóa mỡ cá 65 3.2.1.1 Khảo sát giai đoạn epoxy hóa mỡ cá theo áp suất 66 3.2.1.2 Khảo sát giai đoạn epoxy hóa mỡ cá theo nhiệt độ 68 3.2.1.3 Khảo sát giai đoạn epoxy hóa mỡ cá theo tỷ lệ mol H2O2/nối đôi: 70 ix Luận văn thạc sỹ 1.3 GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết đo TGA mẫu 9-1 92 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 1.2 Kết đo hàm lượng kim loại dầu nhờn sinh học vật lý 1.2.1 Kết đo hàm lượng kim loại VL 1:9 93 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 1.2.2 Kết đo hàm lượng kim loại VL 2:8 94 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 1.2.3 Kết đo hàm lượng kim loại VL 3:7 95 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 1.2.4 Kết đo hàm lượng kim loại VL 4:6 96 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 1.2.5 Kết đo hàm lượng kim loại VL 5:5 97 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết đo trị số kiềm tổng hàm lượng kim loại DNSHHH 2.1 Kết mẫu dầu 1:9 98 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 2.2 Kết mẫu dầu 2:8 99 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ 2.3 GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết mẫu dầu 3:7 100 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ 2.4 GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết mẫu dầu 4:6 101 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ 2.5 GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết mẫu dầu 5:5 102 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ 2.6 GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết mẫu dầu 20W-50 103 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân Kết đo TGA dầu nhờn sinh học hóa học 3.1 Kết mẫu dầu gốc sinh học hóa học 104 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 3.2 Kết mẫu dầu 4:6 105 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 Luận văn thạc sỹ GVHD: PGS.TS.Phan Minh Tân 3.3 Kết mẫu dầu 2:8 106 HVTH: Nguyễn Minh Tiến Khóa: 2014 ... có nghiên cứu tận dụng nguồn phế phẩm góp phần bảo vệ mơi trường Chính tơi chọn hướng nghiên cứu cho đề tài ? ?Nghiên Cứu Sản Xuất Dầu Gốc Sinh Học Từ Mỡ Cá Ứng Dụng Kỹ Thuật Cavitation? ?? Nghiên. .. Ngày, tháng, năm sinh: 20/10/1988 Nơi sinh: Quảng Bình Chun ngành: Kỹ thuật hóa dầu Mã số: 60520330 I TÊN ĐỀ TÀI: “NGHIÊN CỨU SẢN XUẤT DẦU GỐC SINH HỌC TỪ MỠ CÁ ỨNG DỤNG KỸ THUẬT CAVITATION? ?? II... Minh Tân Tổng quan dầu nhờn sinh học 1.3.1 Nguồn gốc Dầu nhờn sinh học loại dầu có nguồn gốc từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật Dầu nhờn sinh học sản xuất trực tiếp từ loại dầu thực vật, mỡ