Điều chế biodiesel từ mỡ cá basa bằng phản ứng alcol phân trên xúc tác bazơ naoh na2co3

Đại Học Quốc Gia Tp Hồ Chí Minh TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ……o0o…… BÙI TẤN NGHĨA ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ MỢ CÁ BASA BẰNG PHẢN ỨNG ALCOL PHÂN TRÊN XÚC TÁC BAZƠ NaOH & Na2CO3 Chuyên ngành: Công nghệ hóa học Mã ngành: 2.10.00 LUẬN VĂN THẠC SĨ Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2007 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA PHÒNG ĐÀO TẠO SĐH CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ĐỘC LẬP – TỰ DO – HẠNH PHÚC Tp HCM ngày …… tháng ……năm 2007 NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: ……………….Bùi Tấn Nghóa …………………….…Phái: nam………………………… Ngày tháng năm sinh: …………10 – – 1978 ……………………………… ……Nơi sinh: Bình Phước Chuyên ngành: …………………………CÔNG NGHỆ HOÁ HỌC …………………MSHV: 00505106 I TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ MỢ CÁ BASA BẰNG PHẢN ỨNG ALCOL PHÂN TRÊN XÚC TÁC BAZƠ NaOH & Na2CO3 II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1/ Khảo sát thành phần tính chất nguyên liệu mỡ cá 2/ Điều chế biodiesel phản ứng alcol phân triglycerid từ mỡ cá basa với methanol xúc tác NaOH Na2CO3 Khảo sát quy trình điều kiện cho trình điều chế biodiesel: + Tỷ lệ mol methanol/mỡ cá + Nhiệt độ phản ứng + Thời gian phản ứng + Hàm lượng xúc tác 3/ Xác định tính chất biodiesel điều chế theo tiêu chuẩn ASTM 4/ Khảo sát sơ quy trình thu hồi tinh chế glycerin III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ: ………………………………………………………………………………………………… IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: ………………………………………………………………………………… Cán hướng dẫn CN BỘ MÔN QL CHUYÊN NGÀNH PGS.TS.TRẦN THỊ VIỆT HOA Nội dung đề cương luận văn thạc só Hội đồng chuyên ngành thông qua Ngày TRƯỞNG PHÒNG ĐT – SĐH tháng năm TRƯỞNG KHOA QL NGÀNH CÔNG TRÌNH ĐƯC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS TRẦN THỊ VIỆT HOA Cán chấm nhận xét 1: …………………………………………………………………………………………… Cán chấm nhận xét 2: …………………………………………………………………………………………… Luận văn thạc só bảo vệ HỘI ĐỒNG CHẤM BẢO VỆ LUẬN VĂN THẠC SỸ TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA, ngày ……….…tháng ………….năm ……………… LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gởi lời cảm ơn tất lòng kính trọng đến cô hướng dẫn PGS.TS.Trần Thị Việt Hoa dành nhiều thời gian công sức cho em, để em hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Em xin gởi lời cảm ơn đến thầy TS.Phan Thanh Sơn Nam dành nhiều thời gian xem xét góp ý cho em thời gian em thực luận văn Em xin gởi lời cảm ơn đến cô NCS.Lê Thị Thanh Hương anh chị Trung tâm công nghệ hóa học – Đại học Công nghiệp Tp.HCM, thầy TS.Nguyễn Hữu Lương Bộ môn KT Hóa dầu, thầy cô Bộ môn KT Hóa hữu giúp đỡ em nhiều việc thực luận văn tốp nghiệp Tôi xin cảm ơn tất bạn bè có quan tâm, giúp đỡ thời gian thực luận văn Xin chân thành cảm ơn Bùi Tấn Nghóa TÓM TẮT Đối với phản ứng trao đổi ester sử dụng nhiều loại xúc tác xúc tác acid, bazơ hay enzym Các loại xúc tác thường dụng alcolat kim loại kiềm, KOH, NaOH, K2CO3, Na2CO3, CaO, ZnO, MgO… Xúc tác KOH NaOH sử dụng nhiều công nghiệp để sản xuất bodisel giá thành rẻ, cho hiệu suất cao quy trình đơn giản Trong đề tài nghiên cứu điều kiện điều chế biodiesel phản ứng alcol phân triglycerid thành phần mỡ cá basa với methanol xúc tác NaOH Na2CO3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng khảo sát tỷ lệ mol alcol/mỡ cá, thời gian, nhiệt độ phản ứng, hàm lượng xúc tác Đồng thời đánh giá chất lượng biodiesel qua xác định độ tinh khiết sản phẩm hàm lượng ester glycerin, độ ẩm, số acid, xà phòng iod, tính chất thể tính đặc trưng bodiesel tỷ trọng, độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, độ ăn mòn kim loai… Kết thực nghiệm với điều kiện 1% khối lượng xúc tác NaOH, nhiệt độ phản ứng 50oC, tỷ lệ mol methanol/mỡ cá 7:1, thời gian phản ứng 60 phút, hiệu suất phản ứng alcol phân đạt 90,66%.Với xúc tác Na2CO3 điều kiện nhiệt độ 70oC, thời gian phản ứng giờ, tỷ lệ mol alcol/mỡõ cá 9:1 cho hiệu suất phản ứng 87,31% Biodiesel điều chế có tính chất phù hợp tiêu chuẩn ASTM Một sản phẩm phụ quan trọng việc làm giảm giá thành biodiesel glycerin khảo sát sơ để tìm qui trình xử lý màu, mùi, loại nước, muối Sản phẩm glycerin thô thu suốt, không mùi ABSTRACT Biodiesel can be produced from vegetable oils, animal fat, and even from recycled grease from the food industry using acid, base or enzyme – catalyzed transesterification processes Transesterification reactions using base catalysts such as NaOH, Na2CO3, KOH, K2CO3 … offer several advantages over other processes In this report, biodiesel production from catfish fat and methanol via transesterification reactions using NaOH and Na2CO3 catalysts, respectively, was developed Effects of methanol / catfish fat ratio, reaction temperature, reaction time, catalyst concentration, and stirring rate on reaction yield were investigated It was observed that a reaction yield of 90.66% was achieved using 1% NaOH, methanol / catfish ratio of 7:1, at 50 oC in 60 minutes However, the reaction using Na2CO3 catalyst proceeded signifcantly slower, with 87.31% yield being achieved after hours at 70 oC and a methanol / catfish ratio of 9:1 Biodiesel product was analyzed according to ASTM standard, exhibiting comparable quality to biodiesel in the literature Furthermore, a procedure to recover glycerine from the process was also preported MỤC LỤC Nhiệm vụ luận văn Lời cảm ơn Tóm tắt Danh mục bảng Danh mục hình Danh mục đồ thị Danh mục qui trình Danh mục từ viết tắt Mở đầu Trang Phần I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT I.1 Biodiesel I.1.1 Định nghóa biodiesel I.1.2 Những tính chất đặc trưng nhiên liệu biodiesel I.1.2.1 Chỉ số cetan I.1.2.2 Nhiệt cháy (heat of combustion) I.1.2.3 Độ nhớt I.1.2.4 Điểm vẩn đục (cloud point) I.1.2.5 Điểm chảy (pour point) I.1.2.6 Điểm chớp cháy (flash point) I.1.3 Ưu nhược điểm biodiesel so với diesel I.1.3.1 So sánh đặc tính diesel biodiesel I.1.3.2 Những ưu nhược ñieåm I.2 Phản ứng alcol phân điều chế biodiesel I.2.1 Định nghóa I.2.2 Cơ chế 10 I.2.2.1 Xuùc tác bazơ 10 I.2.2.2 Xúc tác acid 12 I.2.3 Caùc yếu tố ảnh hưởng đến trình sản xuất biodiesel 14 I.2.3.1 Xúc tác 14 I.2.3.2 Tỷ lệ tác chất 16 I.2.3.3 Nhiệt độ phản ứng 17 I.2.3.4 Khuấy trộn 19 I.2.3.5 Thời gian phản ứng 19 I.2.3.6 Nguyên liệu 20 I.3 Các công trình nghiên cứu sản xuất biodiesel giới 20 I.3.1 Sản xuất biodiesel từ triglycerid sử dụng xúc tác bazơ 20 I.3.1.1 Nguồn nguyên liệu có hàm lượng acid béo tự thấp 20 I.3.1.2 Nguồn nguyên liệu có chứa hàm lượng acid béo tự cao 22 I.3.2 Sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác acid từ nguồn nguyên liệu dầu ăn qua sử dụng có hàm lượng acid béo tự cao 26 I.3.3 Saûn xuất biodiesel sử dụng xúc tác bazơ không ion 27 I.3.4 Sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác dị thể 29 I.3.5 Sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác enzym (lipase) 30 I.3.6 Tinh cheá biodiesel với chất hấp phụ .31 I.3.7 Nghiên cứu làm tăng độ bền tồn trữ biodiesel việc sử dụng 2,4-di-tert-butylhydroxytoluen ï 31 I.4 Caùc công trình nghiên cứu biodiesel Việt Nam 32 I.5 Nguyên liệu 34 I.5.1 Caù basa 34 I.5.1.1 Giới thiệu caù basa 34 I.5.1.2 Mỡ cá basa 36 I.5.2 Methanol 39 Phần II THỰC NGHIỆM………………………………………………………………………… ……………….…….41 II.1 MỤC TIÊU VÀ PHƯƠNG PHÁP 41 II.1.1 Mục tiêu 41 II.1.2 Phương pháp 41 II.1.2.1 Vi soùng 41 II.1.2.2 Siêu âm 42 II.1.2.3 Phương pháp khuấy – gia nhiệt 43 II.1.2.4 Lựa chọn phương pháp 43 II.2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 43 II.2.1 Khảo sát nguyên liệu 43 II.2.1.1 Xác định số hóa lý mỡ cá basa 43 II.2.1.2 Xác định thành phần acid béo có mỡ cá basa…………… … ….47 II.2.2 Khảo sát phản ứng tổng hợp methyl ester mỡ cá basa 48 II.2.2.1 Hệ thống thiết bị ……48 II.2.2.2 Qui trình 49 II.2.2.3 Cách tính hiệu suaát 50 II.2.2.4 Khảo sát ảnh hưởng yếu tố 51 II.2.3 Xác định thành phần tính chất methyl ester mỡ cá basa……………………51 II.2.3.1 Xác định thành phần hóa học sản phẩm methyl ester 51 II.2.2.4 Khảo sát tính chất sản phẩm methyl ester 53 II.2.4 Thu hồi tinh cheá glycerin 84 Phần III KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN……………………………………………………………………… …86 III.1 Khảo sát nguyên liệu…………………………………………………….…………………………………….….86 III.1.1 Thành phần acid béo có mỡ cá basa………………………………… ………86 III.1.2 Các số hóa lý mỡ cá basa ……………………………………….….………………………87 III.2 Nghiên cứu phản ứng tổng hợp methyl ester mỡ cá basa…………………….… 88 III.2.1 nh hưởng tỷ lệ mol MeOH/mỡ cá …………………………………… …………….…88 III.2.1.1 Thông số quy trình…………………………………………………………………………….………88 III.2.1.2 Kết quả……………………………………………………………………………………………….….…….88 III.2.2 nh hưởng nhiệt độ phản ứng ……………………………………….…………………………92 III.2.2.1 Thông số quy trình………………………………………………………………………………….…92 III.2.2.2 Kết ………………………………………………………………………….…………………………….92 III.2.3 nh hưởng thời gian phản ứng …………………………………………………………………96 III.2.3.1 Thông số quy trình………………………………………………………………….…………………96 Hàm lượng triglyceride sản phẩm methyl ester (LC – MS) (x10,000,000) 2.00 TIC 3.620/269459941 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 17.5 Inten.(x1,000,000) 1.4 309 1.3 1.2 1.1 1.0 293 0.9 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 263 0.3 0.2 65 0.1 91 0.0 221 207 179 277 291 331 333 285 319 283 577 650 746 802 885 930 972 (x10,000,000) TIC 4.640/145293714 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 Inten.(x1,000,000) 5.0 263 4.5 4.0 3.5 3.0 2.5 245 2.0 1.5 1.0 0.5 65 0.0 67 91 295 345 237 321 219 269 319 179 221 371 993 445 509 600 636 711745 840 888 5.075/313740129 (x10,000,000) TIC 2.00 1.75 1.50 1.25 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 Inten.(x10,000,000) 1.3 1.2 1.1 1.0 0.9 265 0.8 0.7 0.6 0.5 0.4 247 297 0.3 0.2 0.1 65 0.0 95 163 209 291 373 491 561 606 693 769 838 891 946 (x10,000,000) 2.00 TIC 1.75 1.50 1.25 5.795/50330624 1.00 0.75 0.50 0.25 0.00 2.5 5.0 7.5 10.0 12.5 15.0 Inten.(x1,000,000) 2.50 2.25 2.00 1.75 293 1.50 1.25 1.00 0.75 275 0.50 325 0.25 0.00 75 209 265 297 375 507 577 649 695 746 851 898 961 Các số hóa lý methyl ester (biodiesel) Hàm lượng glycerin ... TÀI: ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ MỢ CÁ BASA BẰNG PHẢN ỨNG ALCOL PHÂN TRÊN XÚC TÁC BAZƠ NaOH & Na2CO3 II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG: 1/ Khảo sát thành phần tính chất nguyên liệu mỡ cá 2/ Điều chế biodiesel phản. .. cứu điều kiện điều chế biodiesel phản ứng alcol phân triglycerid thành phần mỡ cá basa với methanol xúc tác NaOH Na2CO3 Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng khảo sát tỷ lệ mol alcol /mỡ cá, ... biodiesel phản ứng alcol phân triglycerid từ mỡ cá basa với methanol xúc tác NaOH Na2CO3 Khảo sát quy trình điều kiện cho trình điều chế biodiesel: + Tỷ lệ mol methanol /mỡ cá + Nhiệt độ phản ứng + Thời