Tỷ trọng là tỷ số giữa trọng lượng riờng của một vật ở một nhiệt độ nhất định và trọng lượng riờng của một vật khỏc được chọn là chuẩn, xỏc định ở cựng vị trớ. Đối với cỏc loại sản phẩm dầu lỏng đều được lấy nước cất ở 4oC và ỏp suất 760 mmHg làm chuẩn.
Cú 2 phương phỏp thường dựng để xỏc định tỷ trọng là: - Dựng phự kế.
- Dựng picnomet.
Phương phỏp dựng picnomet là phương phỏp phổ biến nhất, dựng cho bất kể
loại chất lỏng nào. Phương phỏp này dựa trờn sự so sỏnh trọng lượng của dầu với nước cất trong cựng một thể tớch và nhiệt độ. Phương phỏp dựng phự kế thỡ khụng chớnh xỏc
bằng phương phỏp dựng picnomet nhưng nhanh hơn. Ở đõy do lượng dung mụi điều chế trong phũng thớ nghiệm, nờn ta đo tỷ trọng bằng phương phỏp picnomet.
* Nguyờn tắc xỏc định: Phương phỏp này dựa trờn cơ sở so sỏnh khối lượng của một thể tớch nhất định mẫu với khối lượng của cựng một thể tớch nước ở cựng điều kiện nhiệt độ.
* Dụng cụ:
- Picnomet mao quản
- Dụng cụổn định nhiệt : một cốc chứa nước được giữở một nhiệt độ khụng đổi (bằng cỏch thờm đỏ và nước núng), khuấy đều liờn tục đểổn định nhiệt độở 20oC.
- Nhiệt kế thuỷ ngõn loại 0ữ30oC cú vạch chia 0,1oC/vạch. - Pipet loại thẳng 1ữ5ml.
- Cõn phõn tớch. * Cỏch tiến hành
Hỡnh 2.4. Sơ đồđo tỷ trọng bằng phương phỏp picnomet
- Rửa, sấy, cõn 2 bỡnh picnomet (gb).
- Đổ nước cất vào picnomet, định mức đến mao quản. Ngõm bỡnh picnomet vào nước lạnh ở nhiệt độ 20oC trong 15 phỳt.
- Lấy bỡnh picnomet ra, lau sạch và mang cõn trờn cõn phõn tớch (gb+n). - Từ trờn ta cú gn và tớnh được thể tớch của nước ở 20oC (Vn).
- Làm thao tỏc tương tựđối với dung mụi sinh học ta cú gDMSH+b - Từđú ta cú gDMSH
- Khối lượng riờng của mỗi chất được xỏc định bởi biểu thức g/Vn. 2.5.2. Độ nhớt động học (TCVN3171-1995, ASTM-D445 ) * Định nghĩa: Độ nhớt động học (kớ hiệu là ν) là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng. Nú là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tỏc dụng của trọng lực. Trong hệ CGS, độ nhớt động học biểu thị bằng Stoc (St) : 1St = 1 cm2/s. Trong thực tế thường dựng đơn vị centiStoc (cSt) : 1cSt = 1mm2/s.
* Nguyờn tắc xỏc định: Đo thời gian tớnh bằng giõy của một thể tớch chất lỏng chảy qua mao quản của một nhớt kế chuẩn, dưới tỏc dụng của trọng lực ở nhiệt độ xỏc định. Độ
nhớt động học là tớch số của thời gian chảy đo được và hằng số hiệu chuẩn của nhớt kế. Hằng số của nhớt kế chuẩn được bằng cỏch chuẩn trực tiếp với chất chuẩn đó biết trước
độ nhớt.
* Phương phỏp tiến hành:
- Sử dụng nhớt kế kiểu Pinkevic
- Chuẩn bịđồng hồ bấm giõy và lắp dụng cụ.
- Chọn nhớt kế cú hằng số C chuẩn: Nhớt kế phải khụ và sạch, cú miền làm việc bao trựm độ nhớt của dầu cần xỏc định, thời gian chảy khụng ớt hơn 200 giõy.
- Nạp mẫu vào nhớt kế bằng cỏch hỳt hoặc đẩy để đưa mẫu đến vị trớ cao hơn vạch đo thời gian đầu tiờn khoảng 5mm trong nhỏnh mao quản của nhớt kế. Khi mẫu chảy tự do, đo thời gian chảy bằng giõy từ vạch thứ nhất đến vạch thứ hai.
* Tớnh kết quả: V = C.t Trong đú: V: độ nhớt động học được tớnh bằng St hoặc cSt. C: hằng số nhớt kế mm2/ s2 t: thời gian chảy, s.
Ta tiến hành đo 3 lần rồi lấy kết quả trung bỡnh, sai lệch khụng quỏ 1,2 % đến 2,5% so với kết quả trung bỡnh.
2.5.3. Trị số Kauri - butanol (ASTM D 1133).
Phộp đo giỏ trị Kauri-butanol là phộp đo điểm vẩn đục đểđỏnh giỏ độ mạnh của dung mụi hydrocacbon. Giỏ trị Kauri-butanol của một dung mụi thể hiện lượng tối đa dung mụi cú thể thờm vào một dung dịch nhựa kauri ( một loại nhựa copal) trong rượu butylic mà khụng gõy ra vẩn đục. Nhựa kauri tan ngay vào rượu butylic nhưng khụng tan trong dung mụi hydrocacbon, dung dịch nhựa sẽ chỉ tồn tại trong một giới hạn pha lỏng nhất định. Những dung dịch “mạnh” như toluen cú thể cho thờm vào dung dịch rượu butylic - kauri một lượng lớn (dung dịch mạnh là những dung dịch cú giỏ trị
Kauri butanol cao) mà khụng làm dung dịch bị vẩn đục. Những dung dịch “yếu” cú giỏ trị Kauri butanol (giỏ trị KB) thấp như hexan thỡ ngược lại.
* Dụng cụ:
- Một bỡnh ổn nhiờt bằng nước, làm bằng thủy tinh trong, giữở nhiệt độ 25 ± 1 oC. - Một cốc thủy tinh cú chia độ dung tớch 200ml.
- Một cốc thủy tinh dung tớch 250 ml. - Một buret 50 ml.
- Một tờ giấy mẫu.
* Phương phỏp tiến hành: Cõn 20 ± 1 gam dung dịch Kauri - Butanol vào bỡnh Erlenmeyer 250 ml. Đặt bỡnh chứa dung dịch Kauri - Butanol trong bỡnh ổn nhiệt bằng nước giữ nhiệt độ ở 25 ±1oC. Rút dung mụi cần đo chỉ số KB vào buret 50 ml rồi chuẩn độ với dung dịch trong bỡnh Erlenmeyer, giữ tốc độ khuấy và nhiệt độ trong bỡnh Erlenmeyer ổn định. Từ từ giảm lượng dung mụi thờm vào khi gần tới điểm kết thỳc.
Điểm kết thỳc là điểm khi đường rừ nột trờn tờ giấy mẫu bắt đầu mờ đi. Tờ giấy mẫu
được đặt ngay dưới bỡnh ổn nhiệt và ta quan sỏt giấy mẫu qua dung dịch. Chỳ ý điểm kết thỳc khụng phải là điểm mà ta khụng quan sỏt được tờ giấy nữa. Kiểm tra nhiệt độ
nếu nhiệt độ vượt quỏ 26 oC hay thấp hơn 24 oC thỡ ta tiến hành chuẩn độ lại. Ghi lại thể
tớch dung mụi đó dựng để chuẩn. *Tớnh toỏn
Trị số Kauri-Butanol được tớnh theo cụng thức sau đõy: V = [65(C-B).(A-B) ] + 40 Trong đú:
A: Lượng toluen cần thiết để chuẩn độ 20 gam dung dịch Kauri-butanol tớnh theo ml.
B: Hỗn hợp heptan-toluen cần thiết để chuẩn 20 gam dung dịch kauri-butanol 7,3 tớnh theo ml.
C: Lượng dung dịch trong phộp đo trờn để chuẩn độ 20 gam dung dịch kauri – butanol tớnh theo ml.
Nếu buret được duy trỡ ở nhiệt độ khụng phải là 25±1oC thỡ chuẩn húa lượng dung dịch sử dụng.
2.5.4. Điểm chớp chỏy cốc kớn. (ASTM D 93)
Điểm chớp chỏy được định nghĩa là “nhiệt độ thấp nhất mà tại đú khi nhiờn liệu
được đốt núng, hơi hydrocacbon sẽ thoỏt ra tạo với khụng khớ xung quanh một hỗn hợp mà nếu đưa ngọn lửa đến gần, chỳng sẽ bựng chỏy rồi phụt tắt như một tia chớp”. Trong trường hợp của dung mụi sinh học, thớ nghiệm này được dựng để xỏc định lượng ancol cũn lại trong metyl este.
Điểm chớp chỏy là thụng số dựng để phõn loại khả năng bắt chỏy của cỏc vật liệu. Điểm chớp chỏy đặc trưng của metyl este tinh khiết thường cao hơn 200oC và người ta xếp chỳng vào nhúm chất khụng bắt chỏy. Tuy nhiờn trong quỏ trỡnh sản xuất và tinh chế metyl este, khụng phải tất cả metanol đều được loại khỏi sản phẩm cho nờn dung mụi cú thể sẽ dễ bắt chỏy và nguy hiểm hơn khi thao tỏc và bảo quản nếu điểm chớp chỏy cốc kớn thấp.
* Nguyờn tắc xỏc định: Mẫu được đong vào cốc đến vạch qui định. Đưa cốc đựng mẫu vào thiết bị gia nhiệt rồi đậy kớn lại. Ta tiến hành gia nhiệt và khuấy trộn đều. Khi nhiệt
độđó gần đến nhiệt độ chớp chỏy chuẩn thỡ ta mở lỗ trờn nắp và đưa ngọn lửa nhỏ qua mặt cốc với khoảng thời gian nhất định đồng thời ngừng khuấy. Điểm chớp lửa là nhiệt
độ thấp nhất mà tại đú hỗn hợp hơi của mẫu và khụng khớ trờn bề mặt mẫu chớp lửa và ngay lập tức lan truyền khắp mặt thoỏng khi cú ngọn lửa đi qua.
*Tiến hành: Cỏc thiết bị phải được rửa sạch và sấy khụ trước khi tiến hành thỡ nghiệm.
Đổ mẫu vào cốc đến đỳng vạch qui định. Đậy nắp và đặt cốc vào mỏy, lắp nhiệt kế. Khi đến gần thời điểm thử thỡ ta chõm ngọn lửa thử và điều chỉnh nú sao cho cú dạng gần với hỡnh cầu cú đường kớnh 4mm. Sử dụng ngọn lửa bằng cỏch vặn bộ phận trờn nắp để điều khiển cửa sổ và que đốt sao cho ngọn lửa được quột qua hỗn hợp hơi trờn mặt cốc trong 0,5 giõy, để ở vị trớ đú một vài giõy rồi nhanh chúng nhấc lờn vị trớ cao hơn đồng thời ngừng khuấy.
Chếđộ cấp nhiệt và tốc độ gia nhiệt: cấp nhiệt ngay từđầu với tốc độ tăng nhiệt độ của mẫu từ 5-6oC/phỳt. Ở nhiệt độ thấp hơn điểm chớp lửa dựđoỏn là 15-25 oC, đồng thời bật mỏy khuấy tốc độ 90-120 vũng/phỳt. Nếu điểm chớp lửa của sản phẩm dưới 110 oC thỡ cứ sau mỗi lần tăng thờm 1oC tiến hành chõm lửa một lần. Nếu điểm chớp lửa của sản phẩm trờn 110oC thỡ cứ sau mỗi lần tăng thờm 2oC tiến hành chõm lửa một lần.
2.5.5 Độ bay hơi. (ASTM D5191)
Khả năng bay hơi của dung mụi được đỏnh giỏ thụng qua ỏp suất hơi bóo hũa theo tiờu chuẩn ASTM D5191. Dựng cốc thủy tinh 80 ml cú kớch thước giống nhau và cõn chớnh xỏc lượng dung dịch cần đo (trong cựng một điều kiện xỏc định) cú khối lượng g1. Để dung dịch cần đo bay hơi tự nhiờn trong 24 giờ, 48 giờ...tại bề mặt thoỏng sau đú đem cõn chớnh xỏc khối lượng dung dịch cũn lại g2.
% độ bay hơi được xỏc định bằng cụng thức sau:
1 2 1 .100 g g g −
2.5.6. Đỏnh giỏ khả năng phõn hủy sinh học của sản phẩm. (ASTM E 1367)
Cỏc thử nghiệm đỏnh giỏ khả năng phõn hủy sinh học đơn giản được thực hiện dựa trờn việc đo sự giảm COD hoặc đo sự giải phúng CO2 hoặc sự tiờu thụ O2. Theo qui định 67/548/CEE một chất được xem là dễ phõn hủy sinh học nếu trong thử nghiệm
đỏnh giỏ khả năng phõn hủy sinh học tiến hành trong 28 ngày chất đú đạt được cỏc mức độ phõn hủy sau đõy sau 10 ngày thử nghiệm:
70% phõn hủy đối với thử nghiệm dựa trờn cú sở đo COD.
60% phõn hủy dựa trờn cơ sởđo mức tiờu thụ O2 hoặc giải phúng CO2
* Nguyờn tắc của phộp đo: đun mẫu thử với lượng kali dicromat đó biết trước (cú mặt của thuỷ ngõn (II) sunfat và xỳc tỏc bạc sunfat) trong axit sunfuric đặc trong khoảng thời gian nhất định, trong quỏ trỡnh đú một phần dicromat bị khử do sự cú mặt cỏc chất cú khả năng bị oxy hoỏ. Chuẩn độ lượng dicromat cũn lại bằng sắt (II) amonisunfat. Sau đú tớnh toỏn giỏ trị COD từ lượng dicromat bị khử.
2.5.7. Đỏnh giỏ độc tớnh sinh học của sản phẩm. (ASTM E 1372)
Độc tớnh cấp một của húa chất được đặc trưng bởi khả năng phơi nhiễm một liều mạnh thường là duy nhất trong thời gian ngắn. Thực tế trong cỏc nghiờn cứu thực nghiệm trờn động vật, độc tớnh được xỏc định bởi LD50 (qua đường uống và tiếp xỳc qua da) và LC50 (qua đường thở). Trong trường hợp của dung mụi người ta xỏc định
độc tớnh qua giỏ trị LD50.
LD50 liều gõy chết một nửa là liều duy nhất được suy ra một cỏch thống kờ gõy ra cỏi chết của 50% số lượng động vật được thử nghiệm. Giỏ trị của LD50 được biểu thị bằng đơn vị đo là khối lượng của húa chất nghiờn cứu trờn một đơn vị khối lượng cơ thể của động vật thử nghiệm (mg/kg).
2.5.8. Đỏnh giỏ tớnh ăn mũn.
Thử nghiệm ăn mũn tấm đồng được sử dụng để xỏc định khả năng ăn mũn tấm
đồng của dung mụi. Thử nghiệm này nhằm đỏnh giỏ sự cú mặt của axit trong dung mụi sinh học.
* Nguyờn tắc: Một tấm đồng đó đỏnh búng được ngõm trong một khối lượng mẫu xỏc
định, gia nhiệt lờn đến 50o C giữ trong 3 giờ. Cuối cựng lấy tấm đồng ra rửa sạch và so mầu theo bảng tiờu chuẩn ASTM.
2.5.9 Đỏnh giỏ điểm vẩn đục
Điểm vẩn đục là nhiệt độ mà khi sản phẩm được đem làm lạnh trong những điều kiện nhất định, nú bắt đầu vẩn đục do một số cấu tử bắt đầu kết tinh. Điểm vẩn đục là một tiờu chuẩn khỏ quan trong thời tiết lạnh.
Thành phần húa học của một nguyờn liệu dầu mỡ làm cho mẫu sản phẩm dung mụi sinh học cú thể cú nhiệt độ vẩn đục cao hơn so với mong đợi. Do cỏc metyl este bóo hũa kết tủa đầu tiờn, nờn hàm lượng cỏc metyl este này, metyl palmitat và metyl stearat, là cỏc yếu tố xỏc định điểm vẩn đục của dung mụi. Cỏc nhà sản xuất cú thể biến tớnh điểm vẩn đục bằng cỏch trộn nguyờn liệu cú thành phần axit bộo bóo hũa thấp hơn (là những axit cú số nguyờn tử C trong phõn tử thấp hơn). Kết quả là dung mụi cú điểm vẩn đục thấp hơn hẳn.
Sau khi đó nghiờn cứu và tỡm hiểu cỏc quỏ trỡnh điều chế xỳc tỏc, quỏ trỡnh
phản ứng và phương phỏp đo chỉ tiờu chất lượng sản phẩm, chỳng tụi đó tiến hành
thực nghiệm trờn cỏc thiết bị thớ nghiệm một cỏch nghiờm tỳc, tỉ mỉ, chớnh xỏc, trong
một thời gian dài và đó chế tạo được xỳc tỏc thớch hợp cho quỏ trỡnh tổng hợp metyl
este, đó tổng hợp được iso-propyl lactat và khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng để đưa ra
được thành phần tối ưu của dung mụi sinh học. Sử dụng cỏc phương phỏp hoỏ lý để
đỏnh giỏ chất lượng sản phẩm và đó thu được kết quả như phần trỡnh bày trong
CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 TỔNG HỢP METYL ESTE
Hiện nay metyl este được sử dụng chủ yếu làm dung mụi cụng nghiệp. Metyl este cú nhiều ưu điểm như: ớt bay hơi, điểm bựng chỏy cao, khụng độc hại, tương thớch với cỏc dung mụi hữu cơ khỏc và phần lớn kim loại, chất dẻo. Đặc tớnh bay hơi chậm của metyl este là một ưu điểm cho nhiều ứng dụng như tẩy mực in hoặc tẩy sơn, do đú metyl este được sử dụng làm thành phần chớnh của dung mụi sinh học. Việc tỡm ra cụng nghệ tối ưu để tổng hợp dung mụi sinh học là giai đoạn quan trọng nhất. Vỡ vậy, chỳng tụi đó tiến hành tổng hợp metyl este và khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh tổng hợp này.
Xỳc tỏc được sử dụng trong quỏ trỡnh tổng hợp metyl este là xỳc tỏc dị thể
NaOH/MgO. Sở dĩ chỳng tụi lựa chọn xỳc tỏc dị thể bởi loại xỳc tỏc này dễ tỏch khỏi sản phẩm, cú thể tỏi sinh nhiều lần và khụng gõy độc hại cho con người và mụi trường.
MgO là một xỳc tỏc cú hoạt tớnh rất thấp. Chớnh vỡ muốn nghiờn cứu để sử dụng xỳc tỏc này nhằm cải thiện hoạt tớnh của nú nờn chỳng tụi đó lựa chọn phương phỏp ngõm tẩm MgO với một xỳc tỏc cú hoạt tớnh rất cao, đú là dung dịch NaOH.
Trong quỏ trỡnh điều chế xỳc tỏc thỡ nhiệt độ nung và tỷ lệ pha trộn là hai yếu tố
quan trọng nhất ảnh hưởng đến chất lượng xỳc tỏc. Để đỏnh giỏ kết quả xỳc tỏc thu
được thỡ ta phải khảo sỏt cỏc yếu tố như cấu trỳc, khả năng tỏi sử dụng, khả năng tỏi sinh và bề mặt riờng của xỳc tỏc.
3.1.1.1 Ảnh hưởng của hàm lượng chất hoạt húa (% NaOH).
Ta tiến hành ngõm tẩm NaOH với cỏc hàm lượng khỏc nhau để tỡm ra hàm lượng tối ưu. Điều kiện tiến hành phản ứng như sau:
- Dầu HCS: 100ml. - Nhiệt độ phản ứng : 60oC - Metanol: 30ml - Thời gian phản ứng : 4h
- Xỳc tỏc : 2,5 g - Tốc độ khuấy trộn : 600 v/phỳt Từ thực nghiệm ta cú kết quả như sau:
Bảng 3.1 Ảnh hưởng của chất hoạt húa đến hiệu suất metyl este
Mẫu Hàm lượng chất hoạt húa (%NaOH) Hiệu suất metyl este (%)
1 0 7 2 10 60 3 15 80 4 20 90 5 25 92 6 30 93
Từ số liệu trờn bảng 3.1, xõy dựng được đồ thị phụ thuộc hàm lượng chất hoạt húa và hiệu suất metyl este:
Hỡnh 3.1 Quan hệ giữa hàm lượng chất hoạt húa đến hiệu suất metyl este
Nhỡn trờn đồ thị ta thấy nếu hàm lượng xỳc tỏc càng tăng thỡ hiệu suất metyl este càng tăng. Điều này cú được là do lượng NaOH bỏm trờn bề mặt MgO càng nhiều, do
đú tồn tại nhiều NaOH tự do, cũng khụng tốt cho quỏ trỡnh tỏi sử dụng xỳc tỏc vỡ khi tỏi