Nghiên cứu pha trộn để tạo dung môi xanh

Nghiên cứu pha trộn để tạo dung môi xanh.

Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel Mục Lục Mở đầuTrong những năm gần đây, nhu cầu về năng lợng nói chung và nhiên liệu nói riêng ngày càng tăng do sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kĩ thuật và sự gia tăng dân số. Tuy nhiên, nguồn nhiên liệu khoáng ngày càng cạn kiệt bởi sự khai thác ồ ạt của con ngời dẫn đến yêu cầu tìm nguồn nhiên liệu thay thế trở nên cần thiết hơn bao giờ hết. Một trong những nguồn nhiên liệu thay thế là nhiên liệu sinh học, đợc tổng hợp từ sinh khối do đó hoàn toàn có thể tái tạo đợc. Nhiên liệu sinh học bao gồm bioetanol, biodiezel trong đó biodiezel đ ợc sử dụng phổ biến hơn cả.Biodiezel là mono alkyl este của các axit béo, đợc tổng hợp từ dầu thực vật hay mỡ động vật bởi phản ứng trao đổi este. Biodiezel có những tính chất hóa lý gần tơng tự diezel khoáng nên có thể dùng thay cho diezel khoáng. Việc sử dụng biodiezel làm giảm sự phụ thuộc của con ngời vào nguồn năng lợng khoáng đang dần cạn kiệt. Bên cạnh đó, sử dụng biodiezel trong động cơ diezel làm tăng khả năng bôi trơn, giảm đáng kể lợng khí thải độc hại nh CO2, CO, NOx, hidrocacbon cha cháy hết, chất rắn dạng vi hạt và muội cacbon, góp phần bảo vệ môi trờng. Chính vì những lợi ích nh vậy nên biodiezel đã đợc nghiên cứu và đa vào sử dụng ở rất nhiều nớc trên thế giới, đặc biệt ở những nớc phát triển.Không nằm ngoài xu hớng chung của thế giới, các nhà khoa học Việt Nam cũng đã tiến hành nghiên cứu tổng hợp nguồn nhiên liệu sạch này để phục vụ nền kinh tế quốc dân song song với việc khai thác sử dụng một cách hợp lý nguồn nhiên liệu khoáng. Tận dụng u thế Việt Nam có nguồn dầu thực vật cũng nh là mỡ động vật phong phú, quá trình sản xuất biodiezel ở quy mô công nghiệp là hoàn toàn khả thi. Phạm Đăng Sơn 1 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel Tuy nhiên rất nhiều những nghiên cứu cần đợc tiến hành thêm để tìm ra loại xúc tác dị thể phù hợp thay thế cho xúc tác đồng thể có nhiều nhợc điểm cũng nh thử nghiệm loại xúc tác này trên nhiều loại dầu thực vật khác nhau để đánh giá hoạt tính của chúng trong quá trình tổng hợp biodiezel. Đồ án nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH/MgO là một phần nhỏ trong những nỗ lực đó, với mong muốn một ngày không xa biodiezel sẽ đợc sử dụng rộng rãi hơn ở Việt Nam với những u điểm về chất lợng, kinh tế và môi trờng.Chơng I : Tổng Quan Lý ThuyếtI.1. Sơ lợc về nhiên liệu khoáng và nhiên liệu diezel Dầu mỏ đã đợc con ngời biết đến từ khá lâu. Nhng cho đến tận đầu thế kỉ XIX, dầu mỏ vẫn đợc dùng với mục đích thắp sáng. Vào nửa cuối thế kỉ XIX, khi mà một loạt động cơ xăng và động cơ diezel đợc phát minh, cùng với việc tìm ra dầu mỏ ở rất nhiều nơi trên thế giới đã dẫn đến sự tăng nhanh không ngừng quá trình khai thác và chế biến dầu với mục đích làm nhiên liệu cho các động cơ đó phục vụ nhu cầu di chuyển của con ngời.Dầu mỏ khai thác từ dới lòng đất, đó là sản phẩm của sự phân huỷ và biến đổi hàng triệu năm của các lớp xác động thực vật biển hay xác các động thực vật cạn bị cuốn trôi ra biển dới tác dụng của vi khuẩn hay sự thay đổi địa chất mà thành [1]. Vì vậy, dầu mỏ cũng đợc xếp vào nhóm các nhiên liệu khoáng nh than, đá dầu Dầu đ -ợc khai thác lên mặt đất là dầu thô, không thể sử dụng ngay cho dù chỉ để đốt thắp sáng. Để làm nhiên liệu cho các động cơ hay với mục đích thắp sáng, dầu thô trải qua một loạt các quá trình chế biến. Các phơng pháp, công nghệ chế biến dầu thô thành các sản phẩm trắng nh xăng, dầu diezel và kerosen đã không ngừng đợc cải tiến trong suốt hơn một thế kỉ qua, dẫn đến năng suất chế biến và hiệu suất chế biến ngày càng tăng, song song với tăng sản lợng khai thác dầu thô, đáp ứng kịp thời nhu cầu nhiên liệu của con ngời.Trong thế kỉ 20, sự bùng nổ về dân số và sự phát triển của các ngành công nghiệp đã làm nhu cầu về các loại nhiên liệu tăng mạnh mẽ. Nhu cầu về nhiên liệu ngày càng tăng, thúc đẩy việc thăm dò và khai thác rất nhiều những mỏ dầu mới khắp nơi trên toàn thế giới. Khoa học kĩ thuật tiến bộ đã giúp cho việc thăm dò trở lên trở Phạm Đăng Sơn 2 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel lên dễ dàng hơn, với việc xác định và ớc lợng tơng đối chính xác vị trí mỏ dầu. Công nghệ khai thác cũng đạt đợc nhiều tiến bộ làm giảm thời gian khai thác và nâng cao hiệu suất thu hồi dầu ở các mỏ. Ngày càng nhiều mỏ dầu đợc khai thác hết và cũng ngày càng nhiều mỏ dầu mới đợc phát hiện ra, những tởng quá trình khai thác đó sẽ kéo dài vô tận. Tuy nhiên, quá trình khai thác ồ ạt đó đã và sẽ tạo ra những cuộc khủng hoảng năng lợng trên toàn thế giới.Các nguồn năng lợng đang đợc sử dụng phổ biến hiện nay trên thế giới chủ yếu là các nguồn năng lợng khoáng nh dầu mỏ, than và một số nguồn năng lợng khác nh thuỷ điện, hạt nhân, gió Xét về quá trình sử dụng thì năng l ợng đi từ dầu mỏ chiếm 65%, than đá chiếm 20-22%, thuỷ điện chiếm 8-12% và hạt nhân chiếm 8-12,5% [2]. Các nguồn năng lợng khác nh mặt trời, gió, sóng hay địa nhiệt không đáng kể.Chính vì chúng ta quá phụ thuộc vào dầu mỏ nên khủng hoảng năng lợng chắc chắn sẽ xảy ra nếu các nguồn cung cấp dầu thô biến động. Do trữ lợng dầu mỏ trên thế giới là có hạn nên càng khai thác nhiều thì dạng nhiên liệu khoáng này ngày càng cạn kiệt. Theo dự báo của tập đoàn BP thì trữ lợng dầu mỏ đã thăm dò trên toàn cầu là khoảng 150 tỷ tấn. Với đà tiêu thụ năm 2003 (3,6 tỷ tấn) và không phát hiện ra mỏ dầu nào nữa trên thế giới thì dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 41 năm nữa. Đấy là cha tính lợng tiêu thụ dầu ngày càng tăng do dự phát triển dân số trên thế giới và sự gia tăng liên tục của các phơng tiện giao thông, càng làm cho lợng dầu mỏ nhanh chóng bị khai thác triệt để nếu cha tìm đợc nguồn năng lợng thay thế hợp lý.Cuối thế kỉ 20 và đầu thế kỉ 21 đã chứng kiến những cuộc khủng hoảng về dầu mỏ. Hầu hết trữ lợng dầu trên thế giới tập trung ở những vùng nhậy cảm và bất ổn về chính trị nh Trung Đông, Trung á, Trung Mỹ nên mỗi khi có những biến động về chính trị, tôn giáo, sắc tộc ở những vùng trên ảnh hởng tới lợng dầu thô khai thác là dẫn tới khủng hoảng về năng lợng, kéo theo khủng hoảng kinh tế trầm trọng cho rất nhiều nớc khác, đặc biệt nhng nớc không có tài nguyên dầu mỏ và phải phụ thuộc vào bên ngoài. Giá dầu mỏ hiện nay cũng đang ở mức cao, dao động từ 55-80USD/thùng đã ảnh hởng rất nhiều đến các ngành công nghiệp trên thế giới.Việt Nam là một nớc có tài nguyên dầu mỏ, tuy trữ lợng dầu mỏ của Việt Nam không phải là nhiều khi so với một số nớc cùng khu vực. Nhng Việt Nam vẫn khai thác dầu thô để bán và nhập về các sản phẩm đã chế biến nên hiệu quả kinh tế không cao. Năm 2003 tiêu thụ năng lợng thơng mại nớc ta đạt 205kg/ngời chỉ bằng 20% mức bình quân trên thế giới. Xăng dầu dùng cho giao thông vận tải chiếm 30% nhu cầu năng lợng, và hầu hết vẫn phải nhập khẩu. Trong tơng lai gần, các nhà máy lọc dầu Dung Quất, Nghi Sơn và nhà máy lọc dầu 3 (dự kiến) hoàn thành và đa vào hoạt động sẽ tự đáp ứng một phần nhu cầu về nhiên liệu của nền kinh tế quốc dân, giảm bớt sự phụ thuộc của Việt Nam vào nớc ngoài, đảm bảo an ninh năng lợng trong nớc.Việc sử dụng năng lợng khoáng gặp phải một vấn đề lớn là ô nhiễm môi trờng. Đây là vấn đề ngày càng đợc chú ý vì những hậu quả của chúng ngày càng rõ rệt. Phạm Đăng Sơn 3 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel Nhiên liệu khoáng (than đá, dầu mỏ) khi cháy tạo nhiều khí CO2 gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng dần lên. Lợng lu huỳnh khi cháy tạo SO2 gây ma axit, các hydrocacbon thơm khác cháy không triệt để tạo thành CO hay các khí độc hại ảnh h-ởng đến sức khoẻ con ngời Do đó tìm kiếm nguồn năng l ợng sạch là vấn đề vô cùng cấp thiết. Với những mục tiêu giảm tối đa lợng khí thải độc hại, tìm cách sử dụng tối u nhiên liệu khoáng và tìm kiếm nguồn năng lợng sạch mới đang thúc đẩy đội ngũ các nhà khoa học trên thế giới không ngừng nghiên cứu để tìm ra nguồn nhiên liệu lý tởng cho tơng lai.Các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra đợc nhiều nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu khoáng. Một trong những nhiên liệu đó là biodiezel. Đây là một nhiên liệu sinh học điển hình, đợc chế biến từ các loại dầu thực vật hay mỡ động thực vật. Nhiên liệu biodiezel sẽ là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế tốt nhất cho động cơ trong tơng lai khi mà nguồn nguyên liệu khoáng bị cạn kiệt.Trên thế giới, đặc biệt là các nớc phát triển, mật độ giao thông cao đòi hỏi nhu cầu về năng lợng sạch rất lớn. Các nghiên cứu tìm ra nguồn nhiên liệu sạch cho động cơ đã đợc thực hiện từ lâu, nhiều loại năng lợng sạch nh xăng pha cồn hay diezel pha biodiezel đợc sử dụng rất phổ biến. Tại Việt nam, việc nghiên cứu nhiên liệu sạch đã đợc quan tâm và phát triển. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ nh công trình nghiên cứu xăng pha cồn đã đợc công bố, còn đề tài sử dụng biodiezel pha lẫn diezel vẫn còn đang đợc nghiên cứu.I.2. Tổng quan về dầu thực vật.Dầu thực vật là nguyên liệu đợc sử dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm, công nghiệp sản xuất xà phòng và chất tẩy rửa, công nghiệp sơn Trong công nghiệp thực phẩm, ứng dụng phổ biến nhất của dầu thực vật là dùng để chế biến rất nhiều các loại thực phẩm hay sử dụng trực tiếp làm dầu ăn. Dầu sử dụng làm thực phẩm là loại dầu đã đợc tinh chế, loại bỏ tối đa thành phần axít béo tự do, hàm lợng nớc cùng nhiều tạp chất gây hại cho sức khoẻ con ngời khác. Bản thân dầu thực vật là một loại thức ăn dễ tiêu hoá và cung cấp nhiều năng lợng. Khi đợc cơ thể con ngời hấp thụ, nó sẽ đợc dự trữ trong các tế bào và giải phóng năng lợng khi cần thiết. Khi thuỷ phân dầu thực vật ta thu đợc glyxerin, một chất đợc dùng khá nhiều làm thực phẩm hay trong mỹ phẩm để giữ ẩm cho da. Trong công nghiệp sản xuất xà phòng, dầu thực vật đợc nấu với xút (NaOH) trong điều kiện nhất định để tạo thành xà phòng bánh. Trong công nghiệp sơn, dầu thực vật đợc dùng để sản xuất dầu gốc (dầu alkyl ), các chất tạo màng, vécni Nh vậy, dầu thực vật có rất nhiều ứng dụng trong cuộc sống [3,6].Dầu thực vật còn có thể sử dụng làm nhiên liệu. Từ xa xa ông cha ta đã biết sử dụng dầu lạc, dầu vừng để thắp sáng. Khi mới ra đời, động cơ diezel đầu tiên cũng chạy bằng dầu lạc. Một số loại dầu có thể dùng trực tiếp làm nhiên liệu cho các động cơ hiện đại. Tuy nhiên, một số nhợc điểm của dầu thực vật đã cản trở sự vận hành Phạm Đăng Sơn 4 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel trơn tru của động cơ, gây nên nhiều sự cố hỏng hóc nên ngời ta không dùng dầu thực vật trực tiếp làm nhiên liệu mà phải qua nhiều quá trình chế biến phức tạp để tạo ra loại nhiên liệu đảm bảo hơn.Một trong các loại nhiên liệu đi từ dầu thực vật là biodiezel. Đây là loại nhiên liệu khá u việt, nổi lên nh một loại nhiên liệu thay thế lý tởng cho dầu diezel hay nâng cao hiệu suất sử dụng và giảm ô nhiễm môi trờng cho loại nhiên liệu khoáng truyền thống. Đặc biệt trong hoàn cảnh hiện nay, khi thế giới đang đối mặt với vấn đề ô nhiễm môi trờng trầm trọng và sự khan hiếm dần của dầu mỏ thì sự có mặt của nhiên liệu sinh học đi từ thực vật quả là một trong những giải pháp đợc chú ý. Rất nhiều công trình nghiên cứu về nhiên liệu sinh học đã đợc tiến hành và thậm chí đợc sử dụng ở nhiều nớc trên thế giới.I.2.1. Thành phần hoá học của dầu thực vật [3,8,9]Thành phần hoá học chủ yếu của dầu thực vật là các triglyxerit. Nó là este của các axit béo khác nhau với glyxerin. Công thức cấu tạo của triglyxerit này là R1R3R2COO CHCOO CHCOO CH22Trong đó R1, R2, R3 là các gốc axit béo. Các gốc axit này thờng chứa từ 8 đến 22 nguyên tử cacbon. Nếu trong phân tử triglyxerit ba gốc axit này giống nhau ngời ta gọi là triglyxerit đồng nhất, còn nếu khác nhau thì gọi là triglyxerit hỗn tạp. Các loại dầu thực vật khác nhau thì có thành phần và chủng loại triglyxerit khác nhau, nhng đa phần là triglyxerit hỗn tạp.Một trong những thành phần khác của dầu thực vật là các axit béo. Axit béo có trong dầu thực vật thờng có cấu tạo mạch thẳng, có thể no và không no. Phần lớn các axit béo trong dầu thực vật ở trạng thái kết hợp trong triglyxerit và một phần nhỏ ở trạng thái tự do. Hàm lợng các axit béo này cũng khác nhau tuỳ thuộc vào từng loại dầu. Nếu thuỷ phân các triglyxerit, ta sẽ thu đợc axit béo và glyxerin. Lợng axit béo thu đợc có thể vào chiếm 95% so với trọng lợng dầu ban đầu.Glyxerin cũng tồn tại trong dầu thực vật, nhng ở dạng tự do thì thành phần của chúng rất nhỏ. Glyxerin có thể thu đợc khi thuỷ phân triglyxerit, và là một sản phẩm phụ rất có giá trị. Bên cạnh các thành phần chủ yếu nh thế thì dầu thực vật còn chứa nhiều các hợp chất khác nh sáp, nhựa, chất màu, các photphatit, tiền tố và sinh tốI.2.2. Tính chất lý học của dầu thực vật [3,8,9]- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc : Vì dầu thực vật có thành phần không đồng nhất, nó là hỗn hợp của nhiều chất khác nhau nên nhiệt độ nóng chảy và đông đặc của chúng không có một giá trị nhiệt độ xác định mà là một khoảng nhiệt độ. Với Phạm Đăng Sơn 5 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel mỗi loại dầu khác nhau thì các giá trị đó cũng khác nhau. Đối với các loại dầu chứa nhiều axit béo hay gốc axit béo no thì thờng có khoảng nhiệt độ nóng chảy hay đông đặc cao hơn so với loại dầu chứa các gốc axit béo hay axit béo không no.- Tính tan : Dầu thực vật có thành phần chủ yếu là các chất không phân cực nên chúng không tan trong nớc, tan ít trong rợu và tan rất tốt trong dung môi không phân cực nh n-hexan, xăng, benzen Độ tan của dầu vào trong dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi hoà tan một số loại dầu vào dung môi, ta cần kết hợp gia nhiệt để nâng cao độ tan của chúng.- Màu sắc : Màu sắc của dầu do các hợp chất mầu trong dầu quyết định. Dầu tinh khiết không có màu. Nếu dầu chứa nhiều carotenoit thì thờng có màu vàng, dầu chứa clorofin sẽ có màu xanh Đôi khi, với những loại dầu chứa những gốc axit béo không no trong quá trình bảo quản có thể bị oxy hoá tạo mầu sắc khác so với màu dầu gốc.- Khối lợng riêng : Khối lợng riêng của dầu thực vật thờng nằm trong khoảng d20=0,907- 0,971, do đó dầu nhẹ hơn nớc và nổi trên bề mặt nớc. Dầu có các gốc axit càng nhiều cacbon và càng no thì tỷ trọng càng lớn.I.2.3. Tính chất hoá học của dầu thực vật [3,8,9]Thành phần hóa học của dầu thực vật chủ yếu là các triglyxerit, một loại este của axit béo và glyxerin nên chúng có đầy đủ tính chất của một este điển hình :* Phản ứng thuỷ phân :ở điều kiện nhiệt độ, áp suất và xúc tác nhất định (thờng là xúc tác axit,enzym) sẽ xảy ra phản ứng thuỷ phân este lần lợt tạo thành các ditriglyxerit và monotriglyxerit, cuối cùng là axit béo và glyxerin. Đây là các phản ứng thuận nghịch : R1R3R2COO CHCOO CHCOO CH22+H O2+H O2R3R2 CHCOO CHCOO CH22HO+R1COOHR3 CHCOO CH22HO+CHHOR2COOHR3R2 CHCOO CHCOO CH22HOR3 CHCOO CH22HOCHHOH O2 CHCH22HOCHHOHOR3COOH++ Phạm Đăng Sơn 6 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel Phản ứng tổng quát có thể viết nh sau : R1R3R2COO CHCOO CHCOO CH22+3H O2R1R2R3COOHCOOHCOOHCHCHCH22OHOHOH+* Phản ứng xà phòng hoá Trong môi trờng kiềm, este trong dầu thực vật sẽ phản ứng với kiềm tạo thành muối natri (kali) của axit béo (thành phần chính của xà phòng) và glyxerin. Quá trình xà phòng hoá cũng xảy ra theo từng giai đoạn nh quá trình thuỷ phân, cho ta nhiều sản phẩm khác nhau nhng sản phẩm cuối cùng là xà phòng và glyxerin. Phản ứng này xảy ra hoàn toàn một chiều : R1R3R2COO CHCOO CHCOO CH22+R1R2R3COONaCOONaCOONaCHCHCH22OHOHOH+3NaOH Đây là phản ứng cơ bản trong quá trình sản xuất xà phòng và glyxerin từ dầu thực vật.* Phản ứng trao đổi este. Trong môi trờng có các xúc tác vô cơ nh axit H2SO4, HCl hay các xúc tác bazơ nh NaOH, KOH các este trong dầu thực vật có thể tiến hành este hoá trao đổi với các rợu bậc 1 nh metylic, etylic tạo thành các este axit béo với các r ợu tơng ứng và glyxerin. Với R là gốc hydrocacbon của rợu, phản ứng dạng tổng quát nh sau: R1R3R2COO CHCOO CHCOO CH22+3ROHR1R2R3COORCOORCOORCHCHCH22OHOHOH+ Phản ứng này là phản ứng cơ bản để tổng hợp biodiezel. Este của các axit béo với rợu bậc một có thể thay thế nhiên liệu diezel trong các động cơ diezel, giảm thiểu một cách đáng kể lợng khí độc hại thải ra môi trờng.Bên cạnh đó, các gốc axit béo trong dầu thực vật có thể dẫn đến một số tính chất hoá học khác :* Phản ứng cộng hợp: + Cộng hợp hiđro : khi có mặt xúc tác Niken và dới áp suất nhiệt độ cao, các gốc axit béo không no trong dầu thực vật có thể cộng hợp với hiđro để tạo thành các gốc axit béo no. Quá trình no hóa dầu thực vật thờng làm tăng độ nhớt và làm rắn đặc dầu thực vật. + Cộng hợp halogen : dầu thực vật có thể tác dụng với halogen ở những liên kết cha no trong gốc axit. Phạm Đăng Sơn 7 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel * Phản ứng oxy hoá : Các liên kết đôi trong gốc axít cha no của dầu thực vật rất dễ bị oxy hoá. Tuỳ thuộc vào chất oxy hoá và môi trờng oxy hoá mà tạo ra các sản phẩm nh peroxyt, xetoaxit hay đứt mạch tạo thành các chất có phân tử l ợng nhỏ hơn. Quá trình oxy hoá có thể xảy ra khi dầu thực vật tiếp xúc trực tiếp với không khí và làm cho dầu bị biến chất, giảm chất lợng. Sự ôi chua của dầu : Do trong dầu có lẫn nớc, vi sinh vật và các loại men nên trong quá trình bảo quản thờng xẩy ra các phản ứng biến đổi phân huỷ làm ảnh hởng đến màu sắc, mùi vị mà ngời ta gọi là sự ôi chua của dầu.I.2.4. Các chỉ số quan trọng của dầu thực vật [3,8,9]Để biểu thị tính chất và cấu tạo của từng loại dầu, ngời ta thống nhất quy định một số chỉ tiêu có tính chất đặc trng cho dầu thực vật. Những chỉ số này có thể giúp ta đánh giá sơ bộ phẩm chất của dầu thực vật, đồng thời giúp quá trình tính toán đợc thuận lợi.* Chỉ số xà phòng hoá : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà và xà phòng hoá hết 1g dầu. Thông thờng dầu thực vật có chỉ số xà phòng hoá khoảng 170-260. Chỉ số này càng cao thì dầu chứa càng nhiều axit béo phân tử lợng thấp và ngợc lại.* Chỉ số axit : là số miligam KOH cần thiết để trung hoà hết lợng chất béo tự do có trong 1g dầu. Chỉ số axit của dầu thực vật không cố định, dầu càng biến chất và bị oxi hoá thì chỉ số axit càng cao.* Chỉ số iốt : là số gam Iốt cần thiết tác dụng hết với 100g dầu (Is). Chỉ số Iốt biểu thị mức độ không no của dầu. Nếu chỉ số này càng cao thì dầu thực vật càng chứa nhiều các gốc axit béo không no và ngợc lại. Bảng I.1 Các tính chất vật lý và hoá học của dầu thực vật Tên dầu KV CR CN HHV AC SC IV SVDầu bông 33,7 0,25 33,7 39,4 0,02 0,01 113,20 207,71Dầu nho 37,3 0,31 37,5 39,7 0,006 0,01 108,05 197,07Dầu hớng dơng 34,4 0,28 36,7 39,6 0,01 0,01 132,32 191,70Dầu vừng 36,0 0,25 40,4 36,4 0,002 0,01 91,76 210,34Dầu nành 28,0 0,24 27,6 39,3 0,01 0,01 156,74 188,71Dầu thầu dầu 33,1 0,24 38,1 36,6 0,006 0,01 69,82 220,78Dầu lạc 24,0 0,21 52,9 39,8 0,01 0,02 98,62 197,63Dầu cọ 34,2 0,22 34,5 39,8 0,01 0,01 102,35 197,56Trong đó :KV : Độ nhớt động học, mm2/s tại 311KCR : Cặn cacbon, % khối lợng Phạm Đăng Sơn 8 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel CN : Trị số xetanHHV : Nhiệt trị, MJ/kgAC : Hàm lợng tro, % khối lợngSC : Hàm lợng lu huỳnh, % khối lợngIV : Chỉ số iot, g I2/g dầuSV : Chỉ số xà phòng, mg KOH/gI.2.5. Các loại dầu thực vật thông dụng [6,8,11]* Dầu đậu nành : Dầu đậu nành đợc chiết xuất từ hạt đậu nành. Cây đậu nành là loại cây trồng rất phổ biến ở nhiều nơi trên thế giới, đặc biệt ở Bắc Mỹ. Dầu tinh khiết có màu vàng sáng, thành phần axit béo chủ yếu là axit lioleic (50-57%), oleic (23-29%). Dầu đậu nành đợc dùng nhiều trong thực phẩm. Nó đợc dùng chủ yếu làm dầu rán, dầu ăn. Bên cạnh đó, từ dầu đậu nành có thể tách ra đợc lexetin dùng trong dợc liệu, trong sản xuất bánh kẹo. Ngoài ra dầu đậu nành có thể dùng để sản xuất xà phòng, vecni, sơn và là nguyên liệu lý tởng và rất thông dụng để sản xuất biodisel.* Dầu dừa : Dừa là một loại cây nhiệt đới đợc trồng nhiều ở Châu Mỹ La Tinh, Châu Phi, Đông Nam á, ấn Độ. Trong vùng Đông Nam á thì Philipin là nớc nổi tiếng về trồng và xuất khẩu dầu dừa. ở Việt Nam dừa đợc trồng rất nhiều ở các vùng Nam Trung Bộ nh Bình Định, Phan Thiết Dừa là cây sinh tr ởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm và có thể trồng đợc ở những vùng đất mặn, chua. Dầu dừa đợc chiết từ cơm dừa, có chứa các axit béo no mạch trung bình nh axit lauric (44-52%), myristic (13-19%), panmitic(7,5-10,5%). Hàm lợng các axit béo không no trong dầu dừa rất ít. Dầu dừa sử dụng nhiều để chế biến thực phẩm, sản xuất macgarin và là nguyên liệu tốt để sản xuất xà phòng và biodiezel.* Dầu cọ : Cọ là một loại cây nhiệt đới đợc trồng nhiều ở Chilê, Ghana, Tây Phi và một số nớc Châu á. ở khu vực Đông Nam á thì Malaysia là nớc trồng và xuất khẩu nhiều dầu cọ nhất. ở Việt Nam cọ đợc trồng chủ yếu ở vùng trung du phía Bắc với diện tích không nhiều. Từ cây cọ có thể sản xuất đợc dầu nhân cọ và dầu cùi cọ. Đây là hai loại dầu khác nhau có những ứng dụng khác nhau. Dầu cùi cọ có màu vàng đợc dùng để ăn trực tiếp hay chế biến thành bơ, mỡ thực vật. Dầu cùi cọ có chứa nhiều caroten nên còn đợc dùng để sản xuất tiền sinh tố A. Dầu nhân cọ dùng để sản xuất bánh kẹo. Cả hai loại dầu này đều có thể dùng để nấu xà phòng hay để tổng hợp biodiezel.* Dầu sở : Cây sở là một loại cây lâu năm đợc trồng nhiều ở vùng nhiệt đới. ở nớc ta, sở đợc trồng nhiều ở các tỉnh trung du phía bắc. Thành phần axit béo của dầu sở bao gồm axit oleic (>60%), axit lioleic (15-24%) và axit panmitic (15-26%). Dầu sở sau khi tách saposin dùng là dầu thực phẩm rất tốt. Dầu sở là nguyên liệu tốt trong công nghiệp sản xuất xà phòng hay tổng hợp biodiezel* Dầu bông : Bông là loại cây trồng một năm. Trong dầu bông có sắc tố carotenoit và đặc biệt là gossipol và các dẫn xuất của nó làm dầu bông có màu đặc Phạm Đăng Sơn 9 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel biệt : màu đen hoặc màu sẫm. Gossipol là một độc tố mạnh nên muốn chuyển dầu bông thành dầu thực phẩm phải tách gossipol ra bằng phơng pháp tinh chế dùng kiềm hay axit antranilic. Trong dầu bông có chứa nhiều axit béo no Panmitic nên ở nhiệt độ phòng nó ở thể rắn. Bằng cách làm lạnh dầu ngời ta có thể tách đợc axit panmitic dùng để sản xuất macgarin và xà phòng. Dầu bông cũng có thể dùng để sản xuất biodiezel* Dầu hớng dơng : Hớng dơng là loại cây một năm và đợc trồng rất nhiều ở xứ lạnh nh các nớc ở Châu Âu, Châu á, Bắc Mỹ và đặc biệt ở Liên Xô (chiếm 90% sản lợng thế giới). Đây là có mùi vị đặc trng và có màu vàng sáng tới đỏ. Dầu hớng dơng có chứa nhiều protein nên là một loại thực phẩm rất quý. Dầu hớng dơng cũng là nguyên liệu tốt để tổng hợp biodiezel.* Dầu thầu dầu : Dầu thầu dầu hay còn gọi là dầu ve đợc lấy từ hạt quả của cây thầu dầu. Cây thầu dầu đợc trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới. Những nớc sản xuất dầu thầu dầu là Braxin (36%), ấn Độ ( 6%), Trung Quốc, Liên Xô cũ, Thái Lan. Tại Việt Nam, thầu dầu đợc trồng nhiều ở vùng trung du Bắc bộ, Thanh Hoá, Nghệ Tĩnh.Tuy nhiên dầu thầu dầu ở Việt Nam vẫn còn nhập từ Trung Quốc. Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số axit từ 80-90, tỷ trọng lớn, tan trong ankan, không tan trong xăng và dầu hoả. Hơn nữa, do độ nhớt cao của dầu thầu dầu so với các loại dầu khác nên ngay từ đầu dầu thầu dầu đã đợc sử dụng trong công nghiệp dầu bôi trơn. Hiện nay dầu thầu dầu vẫn là một trong các loại dầu nhờn cao cấp dùng trong động cơ máy bay, xe lửa và các máy có tốc độ cao, trong dầu phanh Dầu thầu dầu đ ợc dùng trong nhiều lĩnh vực nh y tế (làm thuốc tẩy và thuốc nhuận tràng), công nghiệp mỹ phẩm và hơng liệu, công nghiệp chất dẻo, công nghiệp giấy (làm giấy than, giấy nến và mực in), công nghiệp dệt nhuộm, công nghiệp sơn , dùng trong thuộc da và cũng có thể dùng để tổng hợp biodiezel.Nói chung, hầu hết các loại dầu thực vật thông dụng đều có thể dùng để tổng hợp biodiezel. Tuy nhiên, phụ thuộc vào hàm lợng axit béo tự do khác nhau trong từng loại dầu mà đòi hỏi quá trình xử lý và tinh chế khác nhau. ở mỗi vùng, mỗi quốc gia có thế mạnh về trồng loại cây lấy dầu nào thì có thể tổng hợp biodiezel từ dầu của loại cây trồng ấy. Nớc ta rất có thế mạnh về các loại cây nh dừa, đậu nành và thầu dầu, vì vậy cần đầu t và quy hoạch vùng trồng trọt, sản xuất để đảm bảo lợng nguyên liệu cho quá trình sản xuất biodiezel vốn sẽ phát triển rất mạnh trong tơng lai gần.I.2.6. Vài nét về cây dừa và dầu dừa [6,11,13,17,21,25,30,32]Cây dừa là một trong rất ít các loại cây mà tất cả các bộ phận của chúng đều có công dụng hữu ích. Nớc dừa làm nớc giải khát, cơm dừa làm thực phẩm hay ép lấy dầu, vỏ ngoài dừa dùng làm nguyên liệu sản xuất than hoạt tính chất lợng cao, vỏ trong dừa (gáo dừa) chế tác thành các sản phẩm thủ công mỹ nghệ, cành lá dừa dùng làm vật liệu lợp mái nhà, thân và rễ dừa phơi khô dùng làm củi đun hay vật liệu xây Phạm Đăng Sơn 10 Hóa dầu 2 K47 [...]... hai loại nhiên liệu này có thể trộn lẫn với nhau theo nhiều tỷ lệ khác nhau vì cấu trúc hoá học của chúng tơng tự nhau Những nghiên cứu về tỷ lệ pha trộn cần đợc tiến hành nhiều hơn khi xem xét các yêu cầu ngặt nghèo về khí thải của mỗi nớc mà qui định tỷ lệ pha trộn cho phù hợp Các nhà nghiên cứu đã phân tích về tỷ lệ pha trộn khác nhau của biodiezel với diezel khoáng để theo dõi lợng khí thải độc... diezel [2,4] Có bốn phơng pháp có thể làm sạch và nâng cao chất lợng của nhiên liệu diezel : * Phơng pháp pha trộn : Sử dụng việc pha trộn giữa diezel sạch với diezel bẩn hơn để thu đợc diezel đảm bảo chất lợng Phơng pháp này có hiệu quả kinh tế khá cao, có thể pha trộn với các tỷ lệ khác nhau để có nhiên liệu diezel thoả mãn yêu cầu Tuy nhiên trên thế giới có rất ít nguồn dầu thô sạch (có ít thành... đạt đợc mức độ cao nhất định do việc tiếp xúc khó khăn hơn giữa xúc tác và nguyên liệu do sự cản trở của các sản phẩm tạo thành +ảnh hởng của tốc độ khuấy trộn Do các chất phản ứng tồn tại trong hai pha cách biệt nên tốc độ khuấy trộn cũng đóng một vai trò quan trọng Có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng với cùng một điều kiện phản ứng, phản ứng trao đổi este ở dầu đậu nành chỉ đạt hiệu suất chuyển hoá... trên Metanol cha phản ứng hết và chất xúc tác đều phân tán trong hai pha Pha giàu biodiezel đợc lấy ra ở phía trên sau đó đợc rửa bằng nớc để loại bỏ metanol cha phản ứng hết, tách xúc tác và vết glyxerin sau đó đa vào sấy chân không và lọc Pha chứa glyxerin cũng đợc tinh chế để lấy sản phẩm glyxerin Metanol từ nớc rửa cũng đợc thu hồi để tái sử dụng Phơng trình tổng quát của quá trình chuyển hóa este... trong biodiezel đã thúc đẩy quá trình cháy sạch và cháy triệt để, giảm thiểu lợng hidrocacbon cha cháy hết trong động cơ - Khả năng bôi trơn : Khả năng bôi trơn tốt cũng là một trong những đặc điểm của hầu hết các loại biodiezel tổng hợp từ những nguyên liệu khác nhau Theo nghiên cứu của Viện nghiên cứu San Antonio (Texas, Mỹ) thì chỉ cần trộn 1% biodiezel vào diezel khoáng là giúp cải thiện khả năng... liệu này nh Phân viện Khoa học vật liệu tại thành phố Hồ Chí Minh, Trung tâm nghiên cứu ứng dụng công nghệ lọc- hóa dầu (Đại học Bách Khoa TP.HCM), Công ty cổ phần Sinh học và môi trờng Biển CờTừ những nghiên cứu thành công quá trình công nghệ sản xuất biodiezel từ dầu thực vật và mỡ động vật, công ty cổ phần Sinh học và Môi trờng Biển Cờ đã đầu t xây dựng nhà máy sản xuất biodiezel với tên thơng mại... hộ để tránh ngộ độc metanol qua đờng hô hấp hay qua đờng tiếp xúc qua da Để đảm bảo chính xác cho quá trình nghiên cứu, metanol thực hiện phản ứng là loại rợu tinh khiết dành cho phân tích có hàm lợng CH3OH 99,8% Do nhiệt độ sôi Phạm Đăng Sơn 35 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel của metanol khá thấp nên để tránh mất mát, cần giữ nhiệt độ phản ứng nhỏ hơn 60 0C và có sinh hàn hồi lu để. .. chúng ảnh hởng đến quá trình bơm phun, cháy tạo cặn trong động cơ Vì vậy sự pha loãng, nhũ hoá, nhiệt phân, cracking xúc tác và metyl este hoá là các giải pháp kĩ thuật sử dụng để giảm độ nhớt của dầu thực vật: Phạm Đăng Sơn 18 Hóa dầu 2 K47 Đồ án tốt nghiệp Tổng hợp biodiezel - Pha loãng dầu thực vật : Độ nhớt của dầu thực vật có thể đợc giảm xuống bằng việc pha loãng dầu với etanol tinh khiết, hoặc... lệ pha trộn khác nhau hay đợc sử dụng là B5, B20, B50, B70, thậm chí là B100 (trong đó biodiezel chiếm lần lợt 5, 20, 50, 70, 100% thể tích nhiên liệu) ở Pháp tất cả các loại dầu diezel đều đợc trộn 2-5% biodiezel Đối với các loại dầu khác nhau cùng một tỷ lệ trộn thì hiệu quả giảm khí thải là khác nhau Lợng khí thải của B100 là thấp nhất rồi đến nhiên liệu có tỷ lệ biodiezel /diezel giảm dần Tỷ lệ pha. .. axit mạnh nh H2SO4 đặc làm xúc tác để tạo thành metyl este Hiệu suất của phản ứng này thờng ít hơn 96%, có nghĩa rằng vẫn còn một phần khoảng 4% lợng axit béo tự do ban đầu vẫn còn tồn tại trong nguyên liệu và sẽ phản ứng với kiềm trong giai đoạn tiếp theo để tạo thành xà phòng Trong phản ứng ở giai đoạn 2 này, lợng xà phòng phải đợc tách ra kịp thời nếu không sẽ tạo bọt cản trở phản ứng trao đổi este . việc nghiên cứu nhiên liệu sạch đã đợc quan tâm và phát triển. Đã có nhiều đề tài nghiên cứu về vấn đề nhiên liệu sạch cho động cơ nh công trình nghiên cứu. trong dung môi không phân cực nh n-hexan, xăng, benzen Độ tan của dầu vào trong dung môi phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi hoà tan một số loại dầu vào dung môi,