Hình 2. 1. Sơ đồ thiết bị phản ứng kiểu khuấy sử dụng xúc tác kiềm
2.2.1.1. Khảo sát ảnh hưởng của áp suất đến độ chuyển hóa
Tiến hành khảo sát độ chuyển hóa của phản ứng trao đổi este trong khoảng áp suất thay đổi từ 100 kPa đến 600 kPa. Tỷ lệ MeOH/dầu là 6 :1, nhiệt độ phản ứng là 60oC. Kết quảđộ chuyển hóa thu được thể hiện trong bảng 2.2.
Bảng 2. 2. Ảnh hưởng của áp suất đến độ chuyển hóa
Áp suất, kPa Độ chuyển hóa, % Áp suất, kPa Độ chuyển hóa, %
100 0 350 94
150 3 400 95
200 26 450 95
250 80 500 95
38
Dựa trên đồ thịthu được của case study khảo sát áp suất và độ chuyển hóa trong khoảng áp suất từ 100 kPa đến 600 kPa có thể nhận thấy, áp suất phản ứng tăng dẫn đến độ chuyển hóa tăng, tuy nhiên áp suất tăng trên 400 kPa thì hiệu suất phản ứng gần như không thay đổi do đó áp suất 400 kPa là áp suất tối ưu của phản ứng trao đổi este tạo biodiesel trong hai quá trình sử dụng xúc tác kiềm.
Hình 2. 2. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng áp suất và độ chuyển hóa phản ứng
2.2.1.2. Khảo sát ảnh hưởng nhiệt độđến độ chuyển hóa
Tiến hành khảo sát độ chuyển hóa của phản ứng trao đổi este trong khoảng nhiệt độ thay đổi từ 10oC đến 60oC. Tỷ lệ MeOH/dầu là 6 :1, áp suất phản ứng là 400 kPa. Kết quảđộ chuyển hóa thu được thể hiện trong bảng 2.3.
Giới hạn khảo sát từ 10oC đến 60oC (vì phản ứng xảy ra trong pha lỏng còn nhiệt độ bay hơi của methanol là 65oC). Từđồ thị nhận thấy, nhiệt độ dưới 30oC phản ứng hầu như không xảy ra, điều này có thể giải thích do nhiệt độ thấp, khả năng hòa trộn của hai pha methanol và pha dầu không đáng kể, từđó dẫn đến không xảy ra phản ứng. Nhiệt độ lớn hơn 30oC độ chuyển hóa tăng dần và lớn nhất ở 60oC (đạt khoảng 95%).
39
Bảng 2. 3. Ảnh hưởng của nhiệt độđến độ chuyển hóa
Nhiệt độ Độ chuyển hóa Nhiệt độ Độ chuyển hóa
10 0 45 91 20 0 50 92 30 0 55 93 35 86 57 94 40 90 60 95
Hình 2. 3. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng nhiệt độvà độ chuyển hóa phản ứng
2.2.1.3. Khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ MeOH/dầu đến độ chuyển hóa
Theo phản ứng 1.1 thì 1 mol dầu cần phản ứng với 3 mol methanol, tuy nhiên do đây là phản ứng cân bằng nên đểđạt độ chuyển hóa cao thì cần dư methanol. Phản ứng được thực hiện ở áp suất 400 kPa và nhiệt độ 60oC với tỷ lệ MeOH/dầu thay đổi từ 3:1 đến 10:1, kết quảthu được trong bảng và đồ thị sau:
40
Bảng 2. 4. Tỷ lệ MeOH/dầu và độ chuyển hóa phản ứng tương ứng
Tỷ lệ
methanol/dầu 3:1 4:1 5:1 6:1 7:1 8:1 10:1
Độ chuyển
hóa (%) 61.57 79.57 90.17 94.94 95.01 95.12 95.14
Hình 2. 4. Đồ thị khảo sát ảnh hưởng tỷ lệ MeOH/dầu và độ chuyển hóa
Từ đồ thị nhận thấy, nếu tỷ lệ MeOH/dầu nhỏ hơn 6:1 thì độ chuyển hóa của phản ứng không cao do cân bằng của phản ứng, lớn hơn tỷ lệ6:1 độ chuyển hóa không tăng nhiều mà lượng methanol sau phản ứng lại tăng, cản trở quá trình phân tách và làm sạch sản phẩm đồng thời cũng làm tăng chi phí thiết bị, vậy nên tỷ lệ tối ưu là 6:1.
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 3 4 5 6 7 8 10 đ ộ c h u y ển h ó a tỷ lệ MeOH/dầu
41