Xây dựng quy trình sản xuất biodiesel liên tục

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN THANH THIỆN XÂY DỰNG QUY TRÌNH SẢN XUẤT BIODIESEL LIÊN TỤC Chuyên ngành: Kỹ Thuật Hóa Dầu LUẬN VĂN THẠC SĨ Hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN HỮU LƯƠNG TP HỒ CHÍ MINH, ngày tháng năm2011 CƠNG TRÌNH NÀY ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ: Nguyễn Hữu Lương Cán chấm nhận xét 1: Cán chấm nhận xét 2: Luận văn thạc sĩ bảo vệ trường Đại Học Bách Khoa, D9HQD TP.HCM ngày … tháng … năm 2011 Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: Xác nhận Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn môn quản lý chuyên ngành sau luận văn sửa chữa (nếu có) Chủ tịch Hội đồng đánh giá luận văn Bộ môn quản lý chuyên ngành ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc Lập – Tự Do – Hạnh Phúc -o0o Tp HCM, ngày 10 tháng 07 năm 2011 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: Nguyễn Thanh Thiện Giới tính: Nam/Nữ Ngày, tháng, năm sinh: 08/02/1985 Nơi sinh: Lâm Đồng Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa dầu Khóa (Năm trúng tuyển): 2009 1- TÊN ĐỀ TÀI: Xây dựng quy trình sản xuất Biodiesel liên tục 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Khảo sát hiệu suất tạo thành Biodiesel sau thiết bị phản ứng dạng bình khuấy hoạt động liên tục - Xây dựng quy trình sản xuất Biodiesel liên tục quy mô Pilot gồm thiết bị phản ứng dạng bình khuấy hoạt động liên tục mắc nối tiếp - Sản phẩm Biodiesel thỏa mãn tiêu chuẩn chất lượng nhiên liệu Diesel sinh học gốc B100 Việt Nam (TCVN 7717:2007) 3- NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: 07/2010 4- NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 07/2011 5- HỌ VÀ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghị đầy đủ học hàm, học vị): Tiến sĩ Nguyễn Hữu Lương Nội dung đề cương thạc sĩ Hội Đồng Chuyên Ngành thông qua CÁN BỘ HƯỚNG DẪN CHỦ NHIỆM BỘ MÔN (Họ tên chữ ký) QUẢN LÝ CHUYÊN NGÀNH (Họ tên chữ ký) Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương LỜI CÁM ƠN Em xin cám ơn thầy mơn Chế Biến Dầu Khí, thầy cô giảng dạy cao học ngành Kỹ Thuật Hóa dầu, trường Đại học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Thầy hết lịng giảng dạy truyền đạt tri thức cho em, hỗ trợ tạo điều kiện tốt để em hoàn thành luận văn Em xin bày tỏ lời cám ơn chân thành tới thầy TS Nguyễn Hữu Lương người giúp đỡ, dẫn, góp ý giúp em giải nhiều vấn đề để em thực đề tài luận văn Em xin chân thành cám ơn anh Th.S Trần Bình Trọng, người tạo điều kiện thí nghiệm định hướng cho luận văn em Tôi xin gởi lời cám ơn đến tất bạn bè, Tồn, chia sẻ, giúp đỡ động viên tơi thời gian qua Và cuối cùng, xin gởi lời biết ơn sâu sắc đến ba mẹ anh chị thân u Gia đình ln động viên, hỏi han, chăm sóc cho em Chân thành cám ơn! Nguyễn Thanh Thiện Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Tóm tắt (Abstract) Nowadays, Biodiesel is well accepted as a renewable energy But the high production cost of Biodiesel is a remaining problem This problem is resolve by A system for continuous transesterification of oil A system for continuous transesterification of vegetable oil was developed using two continuous stirred-tank reactor and pumps for continuous delivery of oil, methanol and catalyst and for continuous removal of product Sodium hydroxide (by 0.5% weight of vegetable oil) was used as the catalyst, the methanol-to-oil molar ratio was 6:1, and reaction temperature was 60°C The yield of methyl esters increased from 88.63% of theoretical yield at first continuous stirred-tank reactor to 96.61% at second continuous stirred-tank reactor it takes 50 However, higher residence times decreased the production rate This process has good potential in the manufacture of biodiesel Ngày nay, Biodiesel xem loại lượng tái tạo tốt, trình sản xuất biodiesel có giá thành cịn cao Vấn đề giải hệ thống chuyển hóa dầu liên tục Hệ thống chuyển hóa dầu thực vật phát triển dựa thiết bị phản ứng gồm hai bình khuấy hoạt động liên tục bơm nhập dầu, Methanol, xúc tác liên tục, sản phẩm tháo liên tục Xúc tác sử dụng cho quy trình Natri hidroxit (0,5% khối lượng dầu thực vật), tỷ lệ mol Methanol/dầu thực vật 6/1, nhiệt độ phản ứng T = 600C Hiệu suất tạo thành Methyl ester tăng từ 88,63% bình khuấy hoạt động liên tục thứ lên đến 96,61% bình khuấy hoạt động liên tục thứ hai ứng với khoảng thời gian lưu 50 phút Tuy nhiên, tăng thời gian lưu cao làm giảm tỷ lệ tạo thành sản phẩm Quy trình thích hợp cho việc sản xuất biodiesel tương lai Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Mục lục LỜI CÁM ƠN Error! Bookmark not defined Tóm tắt (Abstract) Danh mục hình Danh mục bảng MỞ ĐẦU .9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .10 Nguyên liệu sản phẩm 10 1.1 Biodiesel .10 1.1.1 Giới thiệu 10 1.1.2 Tính chất Biodiesel 13 1.1.3 Ưu nhược điểm Biodiesel so với Diesel truyền thống [28] 14 1.1.4 Tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu Biodiesel giới Việt Nam 16 1.1.5 Công nghệ sản xuất Biodiesel 19 1.2 DẦU THỰC VẬT 26 1.2.1 Giới thiệu 26 1.2.2 Thành phần Tính chất dầu thực vật: 28 1.2.3 Ứng dụng dầu thực vật: 32 Sản xuất Biodiesel gián đoạn liên tục .33 2.1 Quy trình sản xuất Biodiesel gián đoạn 33 2.1.1 Đặc điểm 34 2.1.2 Sơ đồ quy trình sản xuất Biodiesel gián đoạn 34 2.2 Quy trình sản xuất Biodiesel liên tục 35 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 2.2.1 Đặc điểm 35 2.2.2 Sơ đồ quy trình sản xuất liên tục .36 2.3 Các vấn đề cần giải chuyển quy trình sản xuất Biodiesel từ gián đoạn sang liên tục 37 2.4 Các giải pháp công nghệ quy trình sản xuất Biodiesel liên tục 38 2.4.1 Giải pháp điều kiện thực phản ứng [7] 38 2.4.2 Giải pháp xúc tác 43 2.4.3 Giải pháp cấu tạo thiết bị phản ứng .45 2.4.4 Giải pháp thiết kế hệ thống sản xuất Biodiesel .49 2.5 Lựa chọn quy trình sản xuất Biodiesel phù hợp Việt Nam 52 2.5.1 Nguyên lý hoạt động 53 2.5.2 Lý lựa chọn thiết bị phản ứng dạng khuấy hoạt động ổn định 54 2.5.3 Mơ hình khảo sát 55 CHƯƠNG 2: THỰC NGHIỆM .56 2.1 Nghiên cứu tổng hợp Biodiesel phương pháp liên tục thơng qua thiết bị phản ứng dạng bình khuấy mắc nối tiếp 56 2.1.1.Mục đích – phương pháp 56 2.1.2 Nguyên liệu – hóa chất – dụng cụ 57 2.2 Các bước thực nghiệm 59 2.2.1 Khảo sát hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động liên tục với khoảng thời gian lưu khác .59 2.2.2 Thu, tách rửa sản phẩm .62 2.2.3 Phương pháp phân tích .63 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 3.1 Khảo sát ảnh hưởng hàm lượng methyl ester hỗn hợp chúng dầu 64 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 3.2 Khảo sát hiệu suất Biodiesel tạo thành theo thời gian phản ứng bình khuấy hoạt động gián đoạn 66 3.3 Khảo sát hiệu suất tạo thành thiết bị phản ứng thứ (bình khuấy hoạt động liên tục) .67 3.4 Khảo sát hiệu suất tạo thành thiết bị phản ứng thứ (bình khuấy hoạt động liên tục) 73 3.5 Khảo sát ảnh hưởng hiệu suất hoạt động gián đoạn đến hiệu suất khi hoạt liên tục bình khuấy thực phản ứng chuyển hóa ester lúc khởi động quy trình 78 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 81 4.1 Kết luận .81 4.2 Kiến nghị .82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 PHỤ LỤC 87 Phụ lục 1: Nhận Diện Các Chất Trong Hỗn Hợp 87 Phụ lục 2: Kết Quả Thí Nghiệm 90 Phụ lục 3: Tổng Hợp Biodiesel 96 Phụ lục 4: Độ Nhớt Động Học (ASTM 445) 99 Phụ lục 5: Xác Dịnh Chỉ Số Axit (TVCN 992-70) 100 Phụ lục 6: Đo Tỷ Trọng (ASTM D 1298) .102 Phụ lục 7: Cặn Cacbon Conradson (ASTM 189) 103 Phụ lục 8: Điểm Chớp Cháy Cốc Kín (ASTM D 56) 105 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Danh mục hình Hình 1.1: Tình hình dầu thô giới [27] 12 Hình 1.2: Quy trình sản xuất Biodiesel đồng thể 25 Hình 1.3: Quá trình sản xuất gián đoạn 35 Hình 1.4: Sơ Đồ Quy Trình Cơng Nghệ Sản Xuất Biodiesel Liên Tục .36 Hình 1.5: Ảnh hưởng áp suất đến hiệu suất tạo thành Biodiesel 39 Hình 1.6: Ảnh hưởng thời gian phản ứng đến hiệu suất tạo thành biodiesel 40 Hình 1.7: Ảnh hưởng tỷ lệ phối trộn dòng nhập liệu đến hiệu suất tạo thành Biodiesel (P:32 MPa, mol tỷ lệ: 40:1) 42 Hình 1.8: Ảnh hưởng nhiệt độ đến hiệu suất tạo thành Biodiesel 43 Hình 1.9: Lị phản ứng phối trộn tĩnh 46 Hình 1.10: Cấu tạo lị phản ứng Microchannel 47 Hình 1.11: Sơ đồ quy trình sản xuất lị phản ứng có dịng chảy dao động 48 Hình 1.12: Sơ đồ quy trình cơng nghệ AXENS 50 Hình 1.13: Sơ đồ quy trình cơng nghệ DESMET BALLESTRA .51 Hình 1.14: Miêu tả quy trình sản xuất Biodiesel phù hợp với điều kiện Việt Nam 53 Hình 1.15: Quy trình sản xuất Biodiesel liên tục nghiên cứu thực nghiệm 55 Hình 2.1: hệ thống thiết bị phản ứng .59 Hình 3.1: Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ nhớt theo thành phần Methyl ester có hỗn hợp methyl ester dầu thực vật 66 Hình 3.2: Đồ thị thể phụ thuộc hiệu suất vào thời gian bình khuấy hoạt động gián đoạn 67 Hình 3.3: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ ứng với khoảng thời gian lưu 20 phút 67 Hình 3.4: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ ứng với khoảng thời gian lưu 30 phút 68 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Hình 3.5: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ ứng với khoảng thời gian lưu 40 phút 69 Hình 3.6: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ ứng với khoảng thời gian lưu 50 phút 69 Hình 3.7: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ ứng với khoảng thời gian lưu 60 phút 70 Hình 3.8: Đồ thị thể phụ thuộc hiệu suất vào thời gian lưu bình khuấy thứ 72 Hình 3.9: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ hai ứng với khoảng thời gian lưu 30 phút 74 Hình 3.10: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ hai ứng với khoảng thời gian lưu 40 phút 75 Hình 3.11: Đồ thị thể hiệu suất tạo thành Biodiesel bình khuấy hoạt động ổn định thứ hai ứng với khoảng thời gian lưu 50 phút 75 Hình 3.12: Sản phẩm 77 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 30 496 496 493 493 492 556 556 556 556 559 626 628 628 629 629 739 739 736 733 739 786 789 809 813 821 954 951 957 951 954 337 337 337 338 339 25 20 15 10 200 F15 C = 0.11427 17.93945 17.93945 17.82518 17.82518 17.82518 20.11046 20.11046 20.11046 20.11046 20.22473 22.62427 22.73854 22.73854 22.73854 22.73854 26.73778 26.73778 26.62351 26.50925 26.73778 28.42962 28.53813 29.26153 29.40621 29.69557 34.50773 34.39346 34.62199 34.39346 34.50773 38.50697 38.50697 38.50697 38.62123 38.7355 17.870888 20.133314 22.715686 26.66922 29.066212 34.484874 38.575528 2.2 Hiệu suất Biodiesel tạo thành theo thời gian phản ứng bình khuấy hoạt động gián đoạn Thời gian (phút) Hiệu suất Biodiesel (%) 0 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 93 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 10 70.52 20 84.46 30 90,52 40 93,45 50 95,15 60 97,88 70 98,52 80 98,65 90 98,72 2.3 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ với thời gian lưu 20 phút Thời gian (s) 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 TN (s) 434 1117 1076 1055 1000 923 909 925 924 927 934 927 921 TN (s) 439 1110 1082 1049 1008 918 926 931 918 852 919 931 934 20 phút TN3 T trung bình (s) (s) 430 434 1104 1110 1081 1080 1056 1053 1007 1005 918 920 911 915 935 930 919 920 922 900 921 925 933 930 906 920 Độ nhớt (s) 6.05895 15.48915 15.06135 14.694 14.01975 12.82935 12.7689 12.97815 12.83865 12.55965 12.8991 12.97815 12.83865 Hiệu suất (%) 82.84 35.79 37.31 38.69 40.97 44.67 44.89 44.24 44.67 45.54 44.45 44.24 44.67 2.4 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ với thời gian lưu 30 phút Thời gian (s) 30 40 50 TN (s) 375 752 777 TN (s) 433 774 747 30 phút TN3 T trung bình (s) (s) 391 400 784 770 759 761 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Độ nhớt (s) 5.57535 10.7415 10.61595 Hiệu suất (%) 87.73 53.43 53.97 94 Luận Văn Tốt Nghiệp 60 70 80 90 100 110 120 704 681 653 640 638 635 635 GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 692 627 595 631 636 634 645 712 642 641 629 631 629 632 703 650 630 633 635 633 637 9.8022 9.0675 8.78385 8.835 8.85825 8.8257 8.8908 57.43 61.6 64.76 64.23 63.98 64.29 63.66 2.5 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ với thời gian lưu 40 phút Thời gian (s) 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 TN (s) 380 529 495 470 432 428 437 435 431 431 TN (s) 378 530 491 470 428 425 434 430 439 435 TN3 (s) 371 531 494 475 429 429 429 430 430 427 40 phút T trung bình (s) 376 530 493 472 430 427 433 432 433 431 Độ nhớt (s) 5.24985 7.3935 6.882 6.57975 5.99385 5.9613 6.045 6.02175 6.045 6.01245 Hiệu suất (%) 91.36 72 76.55 80 83.36 83.75 82.97 83.1 82.97 83.23 2.6 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ với thời gian lưu 50 phút Thời gian (s) 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 TN (s) 363 537 315 495 470 433 419 398 391 389 396 387 TN (s) 360 536 505 489 481 434 415 396 406 395 400 401 50 phút TN3 T trung bình (s) (s) 361 361 533 535 508 443 492 492 475 475 430 432 407 414 384 393 390 396 396 393 388 395 398 395 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Độ nhớt (s) 5.0406 7.4679 6.1752 6.8634 6.6309 6.03105 5.77065 5.4777 5.51955 5.487 5.5056 5.5149 Hiệu suất (%) 93.52 71.25 72.5 76.65 80 83.1 85.69 88.83 88.51 88.82 88.51 88.51 95 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 2.7 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ với thời gian lưu 60 phút Thời gian (s) 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 TN (s) 336 423 400 376 368 366 367 372 375 370 372 362 363 362 TN (s) 327 420 406 382 370 366 369 370 373 369 368 365 368 372 60 phút TN3 T trung bình (s) (s) 328 330 417 420 410 405 381 380 372 370 369 367 360 365 369 370 369 372 365 368 390 377 362 363 364 365 361 365 Độ nhớt (s) 4.60815 5.859 5.6544 5.29635 5.1615 5.11965 5.0964 5.16615 5.19405 5.1336 5.2545 5.06385 5.09175 5.09175 Hiệu suất (%) 97.92 84.66 86.95 90.79 92.23 92.66 92.94 92.23 91.94 92.51 91.22 93.23 92.95 92.94 2.8 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ hai với thời gian lưu 30 phút Thời gian (s) 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 TN (s) 468 445 436 440 442 442 439 440 445 445 442 437 TN (s) 479 449 440 443 442 439 420 443 448 437 442 435 30 phút TN3 T trung bình (s) (s) 462 470 457 450 430 435 444 442 450 445 459 447 438 432 447 443 456 450 435 439 439 441 447 440 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 Độ nhớt (s) 6.68205 6.26355 6.138 6.17985 6.1659 6.12405 5.859 6.17985 6.2496 6.09615 6.1659 6.06825 Hiệu suất (%) 78.68 80.76 82.71 81.8 81.41 81.15 83.1 81.67 80.76 82.19 82.06 82.06 96 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 2.9 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ hai với thời gian lưu 40 phút Thời gian (s) 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 TN (s) 384 376 376 381 377 377 380 379 376 378 379 377 TN (s) 398 379 382 374 378 379 377 385 378 377 374 380 40 phút TN3 T trung bình (s) (s) 396 393 378 378 383 380 374 376 377 377 378 378 378 378 380 381 381 378 375 377 377 377 384 380 Độ nhớt (s) 5.5521 5.28705 5.3289 5.2173 5.2731 5.28705 5.25915 5.37075 5.2731 5.25915 5.2173 5.301 Hiệu suất (%) 88.98 91.08 90.79 92.95 92.23 91.07 90.79 89.79 91.51 90.07 91.79 90.79 2.10 Hiệu suất tạo thành Biodiesel thiết bị phản ứng thứ hai với thời gian lưu 50 phút Thời gian (s) 100 110 120 130 140 150 160 170 180 190 200 210 TN (s) 342 342 344 346 345 337 320 342 341 341 342 338 TN (s) 348 344 343 337 343 340 337 341 338 340 338 342 50 phút TN3 T trung bình (s) (s) 348 346 347 344 337 341 343 342 318 335 337 338 342 333 338 340 327 335 337 339 338 339 339 340 Độ nhớt (s) 4.8546 4.7988 4.78485 4.70115 4.78485 4.743 4.70115 4.75695 4.7151 4.743 4.7151 4.7709 Hiệu suất (%) 95.66 95.94 96.37 96.23 97.22 96.79 97.49 96.51 97.22 96.65 96.65 96.51 Phụ lục 3: Tổng Hợp Biodiesel Dụng cụ hóa chất Dụng cụ Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 97 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Bình cầu cổ 500ml (1) Sinh hàn nước (1) Nhiệt kế 100oC (1) Ống đong 100ml (2) Phễu chiết 500ml (1) Becher 500ml (1) Becher 250ml (1) Cốc đựng nước thải (1) Pipet 1ml (1) Bếp điện, từ (1) Cá từ (1) Phễu (1) Bình nước cất (1) Hóa chất NaOH công nghiệp H3PO4 đậm đặc Dầu thực vật MeOH Cách tiến hành Dùng ống đong 100ml lấy 250ml dầu thực vật cho vào bình cầu cổ Lắp thiết bị hình vẽ Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 98 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Trong chờ cho nhiệt độ dầu lên 60oC, cân xác khoảng 1.6875 (g) NaOH cơng nghiệp vào becher 250ml sau cho 62.5ml MeOH vào Khuấy cho NaOH tan MeOH Sau NaOH tan hết, cho dung dịch vào bình cầu cổ Cẩn thận MeOH độc Thực phản ứng ester hóa 1.5h Lưu ý phải ổn định nhiệt độ 60oC Sau phản ứng xong, đổ hỗn hợp vào phễu chiết Chờ đến hỗn hợp phân pha rõ ràng, chiết tách phần Glycerin Phần Biodiesel thô đem rửa Quá trình rửa gồm nước Nước thứ nhất: dùng pipet 1ml hút 0.022ml H3PO4 đậm đặc cho vào 65ml nước cất Nước thứ hai ba dùng nước cất Các lần rửa tiến hành sau: Biodiesel thơ cho vào becher 500ml sau cho nước rửa vào, để lên bếp từ khuấy khoảng phút sau cho vào phễu tách Phần nước phía tách Sau lần rửa cuối cùng, Biodiesel sấy 110oC 1h Giữ mẫu để sau đo tiêu chất lượng sản phẩm Đánh giá sản phẩm Cân lượng sản phẩm thu để đánh giá hiệu suất thu biodiesel Dựa vào đồ thị biểu diễn phụ thuộc % methyl ester hỗn hợp sản phẩm vào độ nhớt hỗn hợp (xem Hình) để đánh giá khả chuyển hóa triglyceride dầu thực vật Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 99 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Đánh giá chất lượng sản phẩm theo tiêu chuẩn ASTM D6751 theo tiêu sau: - Đo độ nhớt động học Biodiesel 40oC theo ASTM D445 - Đo hàm lượng cặn carbon Biodiesel theo ASTM D4530 (tiêu chuẩn tương đương ASTM D189) 50 45 40 Độ nhớt (Cst) 35 30 25 20 15 10 0 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100 Lượng methyl ester (%v/v) Đồ thị biểu diễn phụ thuộc độ nhớt hỗn hợp theo % methyl ester hỗn hợp dầu Phụ lục 4: Độ Nhớt Động Học (ASTM 445) Nguyên tắc Xác định độ nhớt động học sản phẩm dầu mỏ đục theo tiêu chuẩn ASTM D 445 Đo thời gian để thể tích chất lỏng xác định chảy qua mao quản thủy tinh tác dụng trọng lực, kết hợp với số nhớt kế tính độ nhớt động học Phương pháp thực Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 100 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Bật máy giữ nguyên nhệt độ bể điều nhiệt nhiệt độ yêu cầu thí nghiệmlà 400C Chuẩn bị nhớt kế phải sạch, khơ, có đường kính mao quản thích hợp với sản phẩm dầu nhờn có thời gian chảy ∃ 200 (size 150 300) Nạp ml mẫu dầu Để nhớt kế nạp mẫu vào bể điều nhiệt 30 phút để đảm bảo đạt đến nhiệt độ cần xác định độ nhớt Dùng bóp cao su tạo lực hút cho mực chất lỏng mao quản lên cao mực đánh dấu thứ khoảng 5mm Để chất lỏng chảy tự dùng đồng hồ bấm giây xác định thời gian chất lỏng chảy từ mực đánh dấu thứ đến mực đánh dấu thứ hai Lặp lại trình Kết ghi nhận sai số lần đo # 0.2% Kết tính tốn Tiến hành đo độ nhớt mẫu nhiệt độ 40oC Tính độ nhớt động học từ thời gian chảy t (giây) số nhớt kế C (phụ thuộc vào nhớt kế sử dụng) theo công thức sau: V(cSt) = C.t Phụ lục 5: Xác Dịnh Chỉ Số Axit (TVCN 992-70) Nguyên tắc Chỉ số acid số mg KOH cần để trung hồ acide béo tự có 1g chất béo Trung hoà lượng acid béo tự có chất béo dung dịch KOH, phản ứng xảy ra: RCOOH + KOH → RCOOK + H2O Dựa vào lượng KOH dùng để trung hoà acid, tính số acid Dụng cụ, hố chất a Dụng cụ: Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 101 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Burette 25ml Erlen 100ml nút nhám Bercher 100ml Ống đong 25ml b Hoá chất Ether ethylic Rượu ethylic 96o KOH 0.05N rượu Phenolphtalein 1% rượu Thylmolphtalein 1% rượu Cách tiến hành Lấy vào erlen khơ xác khoảng 3g chất béo Thêm 30ml hỗn hợp ether-rượu ethylic (1:1) để hoà tan chất béo Nếu sai lắc chất béo chưa tan hết, đun nhẹ nồi cách thủy, lắc Định phân hỗn hợp KOH 0.05 N rượu (dùng dung dịch KOH rượu để tránh nhứng sai sót xảy thủy phân chất béo, trường hợp chất béo có màu thẫm dùng thị thymolphtalein (1ml) định phân màu xanh Tính kết Chỉ số acid (AX) tính theo cơng thức: AX= 2,8055 × V × T m Trong đó: V-thể tích dung dịch KOH dùng định phân, ml T-Hệ số hiệu chỉnh nồng độ KOH sử dụng m-Lượng mẫu thí nghiệm, g Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 102 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương 2,8055-số mg KOH có 1ml KOH 0,05N Phụ lục 6: Đo Tỷ Trọng (ASTM D 1298) Nguyên tắc Tỷ trọng tỉ số khôi lượng riêng chất so với khối lượng riêng nước nguyên chất nhiệt độ xác định Trong thực tế tỷ trọng quy điều kiện tiêu chuẩn, tùy theo nước mà tỷ trọng sử dụng là: - D204 (áp dụng Việt Nam), d154 hay spgr 600F/600F Có thể xác định tỷ trọng kế (phù kế – hydrometer), bình đo tỷ trọng (picnometer) Theo tiêu chuẩn ASTM D 1289, áp dụng cho dầu thô sản phẩm dầu khí dạng lỏng, tỷ trọng xác định tỷ trọng kế thủy tinh Phương pháp xác định dựa nguyên tắc sức đẩy Archimede Thiết bị phương pháp thực Dụng cụ Cách thực Cân picnometer rỗng, làm khô sạch, với độ sác 0.0002g Ta m1 Dùng pipet cho nước cất vào đến vào miệng picnometer cân Đậy nút mao quản dùng giấy lọc lau khơ phần nước dư tràn phía ngồi Rồi đem cân xác đến ∀ 0.0002g Ta m2 Xác định nhiệt độ mẫu nước cất Đổ bỏ nước làm khô picnometer Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 103 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Dùng pipet lấy mẫu sản phẩm dầu mỏ cho vào picnometer Tránh làm rớt mẫu lên thành picnometer Đậy nút mao quản dùng giấy lọc thấm khô phần dầu dư tràn qua nút Cân xác đến 0.0002g Ta m3 Xác định nhiệt độ mẫu dầu Rửa làm khô picnometer Kết tính tốn Tỉ trọng đo mẫu dầu xác định đo picnometer nhiệt độ phịng tính theo công thức d'= m3 − m1 m − m1 Từ tỉ trọng d’ suy tỷ trọng chuẩn d420 Phụ lục 7: Cặn Cacbon Conradson (ASTM 189) Nguyên tắc Phương pháp xác định hàm lượng cặn carbon conradson ASTM D 189 dùng để xác định hàm lượng cặn than hình thành tiến hành đốt cháy mẫu dầu Phương pháp thường áp dụng cho sản phẩm tương đối khó bay Thiết bị cách thức tiến hành Thực hiên theo hướng dẫn tiêu chuẩn ASTM D 189 Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 104 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Cách tiến hành Cân khoảng 8g mẫu dầu với độ sác 5mg, cho vào chén sứ cân bì trước có sẵn hạt thuỷ tinh đường kính cỡ 2.5mm Đặt chén mẫu chén chén sắt San cát chén sắt đặt chén sắt vào trong, chén sắt ngồi Đậy nắp chai chén sắt Nắp chén sắt đậy hờ phép tạo thành tự ngồi Đặt tam giác mạ Ni-Cr lên kiềng, đặt cụm chén mẫu lên cho đáy chén sắt dựa lên tam giác mạ, đậy nắp chụp lên tồn Dùng đèn khí cấp nhiệt với ngon lửa cao mạnh cho thời kì bắt cháy 10 ∀ 1.5 phút Khi khói suất phía ống khói, nhanh chóng di chuyển nghiêng đèn cho lửa đèn khí thành chén đốt cháy Vặn van ống dẫn khí đốt cho bắt cháy cách đặn với lửa ống khói khơng vượt q cầu bắt ngang sợi dây làm mức Thời gian bốc cháy 13 ∀ phút Chú ý thời gian đốt cháy Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 105 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Khi ngừng cháy quan sát không thấy lửa điều chỉnh lại đèn chốt giữ nhiệt để phần đáy chén sắt ngồi có màu đỏ tím, giữ phút Tổng thời gian nung nóng 30 ∀ phút Lấy đèn đốt thiết bị nguội khơng cịn khói Mở nắp chén sắt ngồi Dùng kẹp hơ nóng lấy chén sứ đặt carbon theo lượng mẫu ban đầu Kết tính tốn Tiến hành thí nghiệm lần Tính cặn carbon mẫu cặn chưng cất 10% theo phần trăm khối lượng Phụ lục 8: Điểm Chớp Cháy Cốc Kín (ASTM D 56) Nguyên tắc Phương pháp dùng cho chất lỏng có điểm chớp cháy < 930C, ngoại trừ bitume lỏng chất lỏng có khuynh hướng tạo thành màng bề mặt, xác định theo tiêu chuẩn ASTM D 56 Mẫu đặt thiết bị thí nghiệm với nắp đóng gia nhiệt tốc độ truyền nhiệt ổn định; lửa có kích thước tiêu chuẩn đưa vào cốc phạm vi qui định Điểm chớp cháy nhiệt độ thấp mà tác dụng ngon lửa thử, hỗn hợp nằm phía mẫu đủ để bắt lửa chớp cháy Cách thực Mẫu thí nghiệm giữ nhiệt độ môi trường, đảm bảo mẫu giữ nhiệt độ thấp nhiệt độ chớp cháy dự đốn 110C Đong 50ml mẫu cho vào cốc Tránh làm ướt phần cốc phía mực chất lỏng cuối Phá vỡ bọt khí bề mặt mẫu Lau bề mặt bên nắp khăn giấy Gắn nắp nhiệt kế vào vị trí Thắp lửa thử điều chỉnh kích thước với kích thước hạt gắn nắp Vận hành cấu nắp để hướng lửa thử vào không gian nước cốc nhanh chóng đóng lại Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 106 Luận Văn Tốt Nghiệp GVHD: TS Nguyễn Hữu Lương Điều chỉnh nhiệt độ cung cấp để đạt tốc độ 3oC /phút Khi nhiệt độ mẫu cốc thử thấp 60C so với nhiệt độ chớp cháy dự đốn bật lửa thử lặp lại việc thử sau lần tăng nhiệt độ lên 10C Quan sát việc cung cấp lửa thử gây bắt lửa rõ ràng bên cốc, nhiệt độ quan sát ghi nhận mẫu lúc nhiệt độ chớp cháy Ngưng thí nghiệm tắt nguồn nhiệt Nâng nắp lên lau chỗ bẩn Lấy cốc đựng mẫu ra, đổ mẫu lau khơ Kết tính tốn Tiến hành thí nghiệm hai lần Chênh lệch hai lần đo không 10C Ghi nhận áp suất thí nghiệm để hiệu chỉnh kết Đối với 25mm Hg giảm áp suất thí nghiệm để hiệu chỉnh kết Đối với 25mm Hg giảm áp so với 760mm Hg làm tăng điểm chớp cháy lên 0.90C ngược lại Làm tròn giá trị sau hiệu chỉnh Phụ lục 9: Bảng kết phân tích dầu thực vật Viện Nghiên Cứu Dầu Và Cây Có Dầu, số 171-175, đường Hàm Nghi, Quận 1, Tp Hồ Chí Minh Học viên: Nguyễn Thanh Thiên - 09400143 107 ... đồ trình sản xuất liên tục thiết bị phản ứng dịng chảy trình bày hình 1.7.[10] 2.2.2 Sơ đồ quy trình sản xuất liên tục Hình 1.4: Sơ Đồ Quy Trình Cơng Nghệ Sản Xuất Biodiesel Liên Tục + Mô tả quy. .. tương lai nên vấn đề nghiên cứu qui trình sản xuất nhiên liệu Biodiesel liên tục cần thiết Quy trình sản xuất Biodiesel liên tục cải tiến từ quy trình sản xuất Biodiesel nhiên liệu gián đoạn cách... TÀI: Xây dựng quy trình sản xuất Biodiesel liên tục 2- NHIỆM VỤ LUẬN VĂN: - Khảo sát hiệu suất tạo thành Biodiesel sau thiết bị phản ứng dạng bình khuấy hoạt động liên tục - Xây dựng quy trình sản