II. Qúa trình tổng hợp biodiesel từ dầu cọ.
I.5. Tỷ lệ mol metanol/dầu
Tỷ lệ này ảnh hởng rất lớn đến hiệu suất chuyển hóa và nó thờng thay đổi từ 3/1 – 9/1. khi tỷ lệ này thấp thì phản ứng xảy ra không hoàn toàn.Khi tỷ lệ này đợc tăng lên thì phản ứng xảy ra hoàn toàn hơn, độ chuyển hóa cao hơn.
Tiến hành phản ứng trong các điều kiện không thay đổi: - Nhiệt độ: 60oC.
- Tốc độ khuấy: 500 vòng/phút. - Thời gian phản ứng: 3 giờ.
- Nồng độ xúc tác: 1% tính theo khối lợng nguyên liệu dầu.
Ta thu đợc kết quả về sự ảnh hởng của tỷ lệ mol metanol/dầu đến hiệu suất chuyển hóa đợc thể hiện qua hình 5:
Hình 6 Sự phụ thuộc giữa hiệu suất chuyển hóa với tỷ lệ mol metanol/dầu.
Từ hình 6 ta thấy hiệu suất phản ứng tăng khi tăng tỷ lệ mol metanol/dầu. Hiệu suất thu đợc lớn nhất khi tỷ lệ mol metanol/dầu đạt đến 8/1. Khi tỷ lệ này tăng hơn nữa thì hiệu suất không tăng nên tỷ lệ tối u là 8/1.
Để lợng nguyên liệu dầu tham gia phản ứng đạt độ chuyển hóa cao thì cần phải dùng d metanol. 0 20 40 60 80 100 0 5 10 15 Tỷ lệ mol metanol/dầu H iệ u su ất c hu yể n hó a( % )
Khi tỷ lệ mol metanol/dầu tăng từ 3/1 đến 8/1 thì khả năng tiếp xúc của dầu với metanol tăng lên dẫn đến khả năng chuyển hóa của dầu cũng tăng theo.
Còn khi tỷ lệ này lớn hơn 8/1 thì lợng dầu cha chuyển hóa không còn đủ để tiếp tục phản ứng với lợng metanol cho thêm. Do vậy mà độ chuyển hóa của dầu không tăng đợc hơn nữa.
II. Kết luận
Quá trình khảo sát các yếu tố ảnh hởng đến quá trình tổng hợp biodiesel cho chúng ta thấy rằng:
Để đạt đợc hiệu suất cao nhất trong quá trình tổng hợp biodiesel thì cần phải đảm bảo các thông số của quá trình nh sau:
+ Nhiệt độ : 60 – 65oC. + Tốc độ khuấy : 500 vòng/phút. + Thời gian phản ứng :3 giờ.
+ Nồng độ xúc tác (tính theo khối lợng dầu) : 1%. + Tỷ lệ mol metanol/dầu : 8/1
Từ nguyên liệu ban đầu là dầu cọ cho phản ứng với metanol có mặt xúc tác NaOH trong điều kiện tối u nh trên ta thu đợc sản phẩm đạt chất l- ợng theo tiêu chuẩn ASTM D6751. Sản phẩm này có thể sử dụng đợc nhng giá thành tơng đối cao do giá nguyên liệu và chi phí của quá trình. Việc nghiên cứu sự pha trộn giữa sản phẩm biodiesel thu đợc với dầu diesel khoáng để đảm bảo các chỉ tiêu chất lợng về môi trờng sẽ cần phải đợc tiến hành tiếp.
Ngoài việc sử dụng xúc tác NaOH, chúng tôi còn nghiên cứu khả năng của xúc tác MgO trong phản ứng chuyển hóa este, dùng nguyên liệu là dầu cọ và metanol.
Chúng tôi đã tiến hành phản ứng này trong trong các điều kiện về thông số công nghệ nh sau:
- Tỷ lệ mol metanol/dầu cọ là 8/1.
- Nồng độ xúc tác MgO tính theo % khối lợng của dầu cọ là 2%. - Tốc độ khuấy 600 vòng/phút.
- Thời gian phản ứng là 8h. - Nhiệt độ phản ứng là 70oC.
Kết quả phản ứng cho thấy hiệu suất chuyển hóa của phản ứng khi dùng xúc tác MgO là rất thấp (dới 5%). Tuy kết quả này là không đợc nh mong muốn nhng chúng tôi vẫn hy vọng rằng trong thời gian tới, phản ứng chuyển hóa este từ dầu cọ và metanol sử dụng xúc tác MgO sẽ tiếp tục đợc nghiên cứu sâu hơn để có thể tìm ra chế độ công nghệ phù hợp hơn giúp tăng hiệu suất chuyển hóa của phản ứng một cách rõ dệt. Đây sẽ là một h- ớng nghiên cứu khá lý thú vì xúc tác MgO là xúc tác dị thể nên có một u điểm là rất dễ tách ra khỏi khối phản ứng khi chỉ cần để lắng trong thời gian ngắn.
Kết luận chung
Sau một thời gian ngắn thực hiện đề tài, chúng tôi đã tìm ra đợc điều kiện tối u cho quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu cọ.
Ngoài ra, chúng tôi cũng đã nghiên cứu thêm về quá trình tổng hợp biodiesel từ các loại dầu khác nh dầu bông, dầu sở và thử nghiệm các loại xúc tác khác nh Na2CO3, MgO tuy nhiên cha có điều kiện để đi sâu và tìm ra những thông số tối u cho các quá trình đó.
Và chúng tôi cũng mới chỉ có điều kiện nghiên cứu về B100 mà cha có điều kiện để nghiên cứu về sự pha trộn của biodiesel với diesel.
Chúng tôi rất hi vọng sẽ có dịp đợc nghiên cứu sâu hơn về đề tài này và mong rằng đề tài này sẽ sớm đợc triển khai và áp dụng vào thực tế do tính chất của sản phẩm là rất thân thiện với môi trờng. Và hơn nữa, sản phẩm biodiesel này cũng đã mở ra khả năng cho việc tìm kiếm nguồn năng lợng mới thay thế cho nguồn dầu mỏ khan hiếm đang ngày càng cạn kiệt.
Để hoàn thành đợc đồ án này em đã nhận đợc sự hớng dẫn chỉ bảo tận tâm và ân cần của GS, TS Đào Văn Tờng. Cuối cùng, em xin đợc gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới GS, TS Đào Văn Tờng. Giáo s là ngời đã hớng dẫn em rất nhiệt tình và chu đáo trong suốt thời gian ba tháng làm đồ án tốt nghiệp. Qua đây, em cũng xin đợc cám ơn các thầy cô trong bộ môn, các cán bộ phòng thí nghiệm và các bạn sinh viên đã giúp đỡ em tận tình trong thời gian này.
Hà Nội, ngày 30 tháng 5 năm 2006. Sinh viên
Tài liệu tham khảo
1. đinh Thị Ngọ. Hóa học dầu mỏ. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 2001.
2. Nguyễn Quang Lộc, Lê Văn Thạch, Nguyễn Nam Vinh. Kỹ thuật ép dầu và chế biến dầu mỡ thực phẩm. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 1997.
3. Phạm Thế Thởng. Hóa học dầu béo. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 1992.
4. Công nghệ dầu thực vật. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 1985.
5. Kiều Đình Kiểm. Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.
6. Christopher Strong, Charlie Ericksonand, Peepak Shukla. Evalution of biodiesel fuel. Western Transportation Institute College of Engeneering, Montana State University Bozeman, 2004.
7. Ayhan Demirbas. Energy Conversion and Management. Department of Chemical Education, Karradeniz Technical University, Turkey, 2002.
8. G.Vincent, A.Coteron, M.Martinez, J.Aracil. Industrial Crops and Products. Department of Chemical Engineering, Faculty of Chemistry, Complutense University, 28040 Madrid, Spain, 1997. 9. John Sevin. Car facts. Grist Manazine.
10. http://www biodiesel.org/pdf files/emissions.PDF.
11. G.Knothe, R.O.Dumn, M.O.Bagby. The Use of Vegetable Oils and their Dervatives as Alternative Diesel Fuels. Biomass Washington, D.C.American Chemical Society.
12. J.Braz. Chem. Soc. Vol.9, No.1, 192-210, 1998.
13. Kirk - Othmer. In Encyclopedia of Chemical Technology; John Wiley and Sons; 3rd Ed, New York, 1980, vol.11, p921.
14. Mittelbach. Lipase catalyzed alcoholysis of sunflower oil, J.Am.Oil Chem. Soc. 67, 168 - 170.
15. F.Vallet. Vegetable oil methyleste as a diesel substitute. Chem. Ind. 21, 863.
16. Henham AWE, Johns RA. Experience with alternative fuels for small stationary diesel engines. In proceedings of the ImechE Seminar on Fuels for Automotive and Industrial Diesel Engines,
London : Mechanical Engineering Publications, November 1990.p. 117 – 21.
17. Masjuki H.Zaki AM,Sapuan SM. Methylester of palm oil as alternative diesel fuel. In: Proceedings of the Second IMechE Seminar on Fuels for Automotive and Industrial Diesel Engines, London. London: Mechanical Engineering Publications, April 1993.p. 129 -37.
18.Masjuki H,Sohif M. Perfomance evaluation of palm oil diesel blends on samall engine. J Energy, Heat Mass Transfer 1991; 13: 125 – 33. 19.Evaluation of Biodiesel Fuel: Literature Review by Christopher
Strong, Charlie Erickson and Deepak Shukla Western Transportation Institute College of Engineering Montana State University- Bozenam. January 2004.
20.Technical review, Diesel fuels – Chevron products company.
21.J. A Kinatst, Production of biodiesel from multiple Feedstocks and properties of biodiesel and biodiesel/diesel blends: Final report (PDF 1.1 MB) Report 1in a series of 6.57 pp; NREL/SR – 510 – 31460, (2 - 2003)
22. J. Van Gerpen, B. Shanks, and R. Pruszko lowa State University D. Clements Renewable Products Development Laboratory G. Knothe USDA/NCAUR: Biodiesel Production Technology August 2002 January 2004, NREL/SR-510-36244.
23.Allen, D.A., “Refining,” Chapter 6 from Lipid Technologies and Applications, Editet by F.D. Gunstone and F.B. Padley, Marcel Dekker, New York, 1997.
24.Williams, M.A., “Extractiom of Lipids from Natural Sources,” Chaptre 5 from Lipid Technologies and Applications, Edited by F.D. Gunstone and F.B. Padley, Marcel Dekker, New York, 1997.
25.Peterson, C.L., M. Feldman, R. Korus, and D.L. Auld, “Batch Type Transesterification Process for Winter Rape Oil,” Applied Engineering in Agriculture, Vol. 7, No. 6, Nov. 1997, pp. 711 – 716.
26.Erickson, D.R., D.H. Pryde, O.L. Brekke, T.L. Mounts, and R.A. Falb, Editors, “Handbook of Soy Oil Processing and Urilization,” Published jointly by the American Soybeasn Association, St. Loues, Mo, and the American Oil Chemists” Society, Champaign, IL, 1980.
Kính tha thầy chủ tịch hội đồng, kính tha các thầy cô thành viên hội đồng.
Em tên là Hoàng Minh Tuấn, sinh viên lớp hoá dầu 2- K46.
Em đã thực hiện đồ án tốt nghiệp này dới sự hớng dẫn của GS,TS Đào Văn Tờng và tên đề tài của em là: Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiesel thân thiện với môi trờng từ dầu cọ với xúc tác NaOH.
Sau đây, em xin phép đợc trình bày đề tài của mình. Nội dung trình bày của em gồm có 4 phần:
- phần thứ nhất: mục đích đề tài - phần thứ hai: giới thiệu về biodiesel
- phần thứ ba: các bớc tiến hành quá trình tổng hợp biodiesel
- phần thứ t: khảo sát tìm các thông số tối u của quá trình tổng hợp biodiesel.
Mục đích đề tài của em là nhằm vào việc giải quyết 2 vấn đề:
- Khói thải động cơ đang gây ô nhiễm môi trờng hết sức nghiêm trọng.
- Nguồn dầu mỏ của chúng ta không phải là vô tận và đang ngày càng cạn kiệt dần. Cần phải tìm ra nguồn năng lợng mới thay thế cho nó.
Đây là 2 vấn đề lớn có tầm quan trọng trên phạm vi toàn thế giới. Để trả lời cho câu hỏi: Tại sao đề tài của em lại nhằm vào mục đích giải quyết 2 vấn đề này, thì em xin đợc phép sang phần thứ hai.
Biodiesel là metyleste của các axit béo, có dạng công thức chung là RCOOCH3
Biodiesel đợc sản xuất từ dầu thực vật nên hàm lợng lu huỳnh rất thấp có thể coi nh là không có, không thải ra ngoài môi trờng khí SOx gây ô nhiễm môi trờng.
Nguồn nguyên liệu sản xuất biodiesel là các cây thực vật rất dễ trồng nên có thể coi là nguồn nguyên liệu vô hạn. Chính vì thế nên nó có thể thay thế cho nguồn dầu mỏ.
Quá trình tổng hợp biodiesel gồm có 7 bớc: Bớc 1 là khuấy trộn metanol với xúc tác NaOH
Bớc 2 đa dầu cọ vào, thực hiện phản ứng theo các thông số công nghệ đã định.
Bớc 3 dừng phản ứng, để cho hỗn hợp phản ứng lắng tách phân làm 2 lớp Lớp trên chứa chủ yếu là biodiesel, lớp dới chứa chủ yếu là glyxerin. Bớc 4 tách lấy lớp trên
Bớc 5 đemtrung hoà bằng axit clohidric Bớc 6 rửa nớc
Bớc 7 tách nớc bằng CaCl2 thu đợc biodiesel tinh khiết. Tiếp theo là phần khảo sát để tìm ra các thông số tối u.
Thứ nhất để tìm ra nhiệt độ tối u của quá trình tổng hợp biodiesel, ta giữ cố định các thông số là tốc độ khuấy, tỷ lệ mol, nồng độ xúc tác, thời gian phản ứng. Cho nhiệt độ thay đổi từ 30 đến 75oC. Kết quả ta thu đợc đồ thị biểu hiện sự phụ thuộc của HSCH vào nhiệt độ, cho phép ta lựa chọn nhiệt độ tối u là 60 đến 65oC.
Tiến hành tơng tự nh trên, ta giữ nguyên 4 thông số và chỉ cho thay đổi thông số cần khảo sát.
Kết quả thu đợc cho thấy tốc độ khuấy tối u là 500 đến 600 v/p, nồng độ xúc tác tối u là 1%, thời gian phản ứng tối u là 3h, tỷ lệ mol tối u là 8/1. Cuối cùng ta cho phản ứng theo 5 thông số tối u trên, sản phẩm thu đợc đem chụp phổ hồng ngoại, đợc kết quả cho thấy phản ứng rõ ràng đã chuyển hoá theo hớng tạo sản phẩm biodiesel.
Qua quá trình nghiên cứu, em thấy có nhận xét về việc sử dụng NaOH có u điểm là cho hiệu suất phản ứng cao nhng lại có nhợc điểm là phức tạp và tốn kém trong khâu tinh chế sản phẩm.
Em nghĩ rằng đây là một đề tài có tính khả thi rất cao và sẽ đem lại lợi ích rất lớn. Em hi vọng rằng đề tài này sẽ sớm đựơc áp dụng vào thực tế ở Việt Nam.
Đến đây em xin đợc kết thúc phần trình bầy của mình, em xin cảm sự chú ý lắng nghe của các thầy cô. Em xin hết.