LT* : thể tích ml NaOH 0.1N tính theo lí thuyết Sơ đồ bố trí thí nghiệm
Chuẩn bị mẫu: Sau khi hydrat hóa dầu, để lắng trong 0.5 giờ và tiến hành tháo cặn. Chia dầu làm 5 mẫu (100g dầu/mẫu), tiến hành trung hòa.
Tiến hành thí nghiệm: Dầu được nâng nhiệt, khuấy liên tục và thay đổi nồng độ NaOH cho vào dầu ở các mức khảo sát. Khi xà phòng tạo thành từng hạt dạng nhỏ li ti, cho tiếp dung dịch muối ăn (nồng độ 5%) để tăng tốc độ lắng của các hạt xà phòng, để yên 0.5 giờ trong phễu chiết. Sau đó tháo bỏ dung dịch muối và xà phòng, thu hồi dầu trung tính. Các thông số tối ưu của các thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi : Sự biến đổi của chỉ số acid, sự biến đổi của chỉ số xà phòng hóa.
2.6. Thí nghiệm 4: Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng NaOH sử dụng đến quá trình trung hòa
Mục đích:Lựa chọn khoảng nhiệt độ và lượng NaOH sử dụng thích hợp để trung hòa acid béo tự do có trong dầu mà không làm giảm hiệu suất thu hồi dầu. Dầu phế phẩm Hydrate hóa Trung hòa D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 Để yên tĩnh 0.5 giờ Tháo cặn Dầu Phân tích Hình 6: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 3 Cặn xà phòng, nước muối
Bố trí thí nghiệm:Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 2 nhân tố, 2 lần lặp lại.
Nhân tố E: Nhiệt độ khi trung hoà (0C): E1: 50 – 600C
E2: 60 – 700C E3: 70 – 800C
Nhân tố : F1: hiệu suất thu hồi ở thể tích 10 ml NaOH 0.1N . F2: hiệu suất thu hồi ở thể tích 15 ml NaOH 0.1N. F3: hiệu suất thu hồi ở thể tích 20 ml NaOH 0.1N F4: hiệu suất thu hồi ở thể tích 25 ml NaOH 0.1N F5: hiệu suất thu hồi ở thể tích 30 ml NaOH 0.1N
Cặn xà phòng, nước muối Dầu phế phẩm Hydrade hoá Trung hòa E1 E2 E3 F1 F2 F3 F4 F5 F1F2 F3 F4 F5 F1F2 F3 F4 F5 Tách lớp 30 phút Tháo cặn Dầu thành phẩm Hình 7: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 4
Chuẩn bị mẫu: Sau khi hydrat hóa dầu, để lắng trong 0.5 giờ và tiến hành tháo cặn. Chia dầu làm 15 mẫu (100g dầu/mẫu), tiến hành trung hòa.
Tiến hành thí nghiệm:
Dầu được nâng lên các mức nhiệt độ cần khảo sát. Tiến hành khuấy trộn mẫu bằng máy khuấy từ và cho từ từ lượng dung dịch NaOH vào ở 4 mức độ khác nhau, tiếp tục khuấy. Khi xà phòng tạo hạt, cho tiếp 10% dung dịch muối ăn (nồng độ 3-4%). Để yên tĩnh 0.5 giờ. Sau đó tháo bỏ dung dịch muối và xà phòng, thu hồi dầu trung tính. Các thông số tối ưu của các thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi
- Sự biến đổi của chỉ số acid. - Hiệu suất thu hồi.
2.7. Thí nghiệm 5: Khảo sát sự ảnh hưởng của thể tích NaOH0.1N, chỉ số xà phòng, chỉ số axit đến quá trình trung hòa
Mục đích:Tìm thể tích NaOH 0.1N thích hợp mang lại hiệu suất thu hồi cao nhất cho quá trình trung hòa .
Bố trí thí nghiệm:Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố, 2 lần lặp lại. Nhân tố D: số ml NaOH 0.1N / 100 gam dầu :
D1: 0 ml D5: 6 ml
D2: 2 ml D6 : 8 ml
D3: 4 ml D7: 10 ml
D4:LT * D8:12 ml
LT* : thể tích ml NaOH 0.1N tính theo lí thuyết Sơ đồ bố trí thí nghiệm Dầu phế phẩm Hydrate hóa Trung hòa D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8 Để yên tĩnh 0.5 giờ Tháo cặn Dầu Phân tích Hình 10: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 5 Cặn xà phòng, nước muối
Chuẩn bị mẫu: Sau khi hydrat hóa dầu, để lắng trong 0.5 giờ và tiến hành tháo cặn. Chia dầu làm 5 mẫu (100g dầu/mẫu), tiến hành trung hòa.
Tiến hành thí nghiệm: Dầu được nâng nhiệt, khuấy liên tục và thay đổi nồng độ NaOH cho vào dầu ở các mức khảo sát. Khi xà phòng tạo thành từng hạt dạng nhỏ li ti, cho tiếp dung dịch muối ăn (nồng độ 5%) để tăng tốc độ lắng của các hạt xà phòng, để yên 0.5 giờ trong phễu chiết. Sau đó tháo bỏ dung dịch muối và xà phòng, thu hồi dầu trung tính. Các thông số tối ưu của các thí nghiệm trước là thông số cơ sở cho thí nghiệm này.
Chỉ tiêu theo dõi : Sự biến đổi của chỉ số acid, sự biến đổi của chỉ số xà phòng hóa.
2.8. Thí nghiệm 6:Khảo sát sự tác động của BHA, BHT, BHQ và hỗn hợp BHA:BHT:TBHQ (1:1:1) đến khả năng bảo quản dầu
Mục đích:Nhằm kéo dài thời gian bảo quản và đánh giá hiệu quả bảo quản của các loại chất bảo quản.
Bố trí thí nghiệm: Thí nghiệm được bố trí hoàn toàn ngẫu nhiên với 1 nhân tố, 3 lần lặp lại.
Nhân tố G: Loại chất bảo quản:
G1: BHA 0,01% G7: TBHQ 0,01% G2: BHA 0,02% G8: TBHQ 0,02% G3: BHA 0,03% G9: TBHQ 0,03% G4: BHT 0,01% G10: TBHQ 0,01% G5: BHT 0,02% G11: TBHQ 0,02% G6: BHT 0,03% G12: TBHQ 0,02%
Chuẩn bị mẫu: . Mỗi lần rửa khuấy đều dầu, để yên 10 phút, sau đó tháo bỏ nước rửa và sấy dầu ở nhiệt độ 1050C trong 30 phút để loại nước. Chia dầu làm 12 mẫu (100g dầu/mẫu).
Tiến hành thí nghiệm:
Bổ sung các chất bảo quản theo các mức khảo sát khác nhau.
Chỉ tiêu theo dõi
Sự biến đổi của chỉ số acid, peroxide theo thời gian bảo quản (phân tích sau 1 tuần, 2 tuần,3 tuần…).
Dầu phế phẩm Hydrate hóa Trung hòa Để yên tĩnh Tháo cặn Rửa Sấy (1050C, 30 phút)
Bổ sung chất bảo quản
G1 G2 G3 G4 G5 G6 G7 G8 G9 G10 G11 G12 Bảo quản Phân tích Hình 11: Sơ đồ bố trí thí nghiệm 6 Cặn xà phòng, nước muối
3. Phương pháp phân tích và xử lý số liệu 3.1. Phương pháp phân tích
3.1.1. Phương pháp phân tích thành phần nguyên liệu và thành phẩm3.1.2. Phương pháp xác định chỉ số acid 3.1.2. Phương pháp xác định chỉ số acid 3.1.3. Phương pháp xác định chỉ số xà phòng hóa 3.1.4. Phương pháp xác định chỉ số peroxide . 3.1.5.Chỉ số iot 3.1.6. Chất không bị xà phòng hoá 3.1.7 Độ ẩm, % khối lượng 3.1.8 Tỷ khối ( 20oC/nước ở 20oC) 3.1.9.Chỉ số khúc xạ (n-D40oC ) 3.10. Cảm quan 3.2. Phương pháp xử lý số liệu
Chương IV
KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
1. Thành phần hóa học của nguyên liệu
Các chỉ tiêu về thành phần nguyên liệu được thể hiện ở bảng 16.
Bảng 16: Kết quả phân tích thành phần hóa học của dầu trước khi tái chế TT
Chỉ tiêu Kết quả Tiêu chuẩn cho phép A.Chỉ tiêu hoá lý
01 02 03 04 05 06 07 08 Độ ẩm, % khối lượng Chỉ số axit, mgKOH/g dầu
Chỉ số peroxit, mili đương lượng 0xygen / kg dầu
Chỉ số iot(Wiji)
Chỉ số xà phòng hoá, mg KOH/g dầu Tỷ khối ( 20oC/nước ở 20oC) Chỉ số khúc xạ (n-D40oC ) Chất không xà phòng hoá, g/kg 0.6 0.6225 6.155 187,2 261,46 0.915 1.462 12 ≤ 1.0 ≤ 0.6 ≤ 10.0 80-106 187-196 0.914-0.917 1.460-1.465 ≤ 10 B.Chỉ tiêu cảm quan
09 Màu sắc Màu tối của dầu đã qua sử dụng
Màu vàng đặc trưng 10 Mùi và vị Mùi ôi của dầu đã qua sử
dụng
Không có mùi ôi khét và mùi vị lạ.
Qua kết quả phân tích cho thấy: độ ẩm, tỉ khối, chỉ số khúc xạ, peroxit của dầu thì đạt theo tiêu chuẩn Việt Nam. Còn lại các chỉ tiêu như chỉ số axit, chỉ số xà phòng, chất không xà phòng hoá, chỉ số iot, màu, mùi và vị thì không đạt. Vì vậy, sản phẩm cuối cùng sau khi tái chế chúng ta phải phân tích các thành phần này đạt theo TCVN.
2. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng nước muối sử dụng đến quá trình hydrate hóa trình hydrate hóa
Bảng 17: Sự biến đổi chỉ số acid theo nhiệt độ và nồng độ muối sử dụng sau khi hydrate hóa
Nồng độ muối,%
Nhiệt độ hydrate hóa (oC)
70-80oC 80-90oC 90-100oC 0 0.621 0.62 0.62 5 0.777 0.633 0.759 10 0.514 0.733 0.568 15 0.62 0.494 0.442 20 1.001 1.037 1.797
Phương pháp thuỷ hóa dựa vào phản ứng hydrate hóa để làm tăng độ phân cực của các tạp chất keo hòa tan, do đó làm giảm được độ hòa tan của chúng trong dầu .
Tác dụng hydrate hóa được thực hiện bằng cách dùng một lượng nhất định dung dịch loãng các chất điện ly trộn với dầu ở một nhiệt độ thích hợp để phân cực hóa và giảm các tạp chất. Cùng tách ra với kết tủa còn một số tạp chất khác. Tác dụng hydrate hóa còn có khả năng làm giảm chỉ số acid của dầu, một mặt là do các tạp chất keo có tính acid phát sinh kết tủa, mặt khác có một ít acid béo cũng bị kéo theo kết tủa. Dầu mỡ sau khi hydrate hóa loại trừ được các tạp chất keo hòa tan sẽ tạo thuận lợi và giảm được mức tiêu hao dầu trung tính khi luyện kiềm (Nguyễn Quang Lộc-Lê Văn Thạch-Nguyễn Nam Vinh, 1993).
Điều kiện kỹ thuật cần thiết của quá trình hydrate hóa là xác định nhiệt độ và lượng nước muối vừa đủ cho phản ứng. Mặt khác, việc theo dõi lượng cặn và thời gian tách cặn hoàn toàn cũng không kém phần quan trọng.
Qua đồ thị bảng 17 cho thấy:
- Trong cùng một mức nhiệt độ, ta thấy chỉ số acid giảm nhẹ khi lượng dung dịch muối tăng từ 2-5%. Nguyên nhân là vì lượng nước muối sử dụng quá ít nên vẫn còn một phần lượng phospholipid trong dầu không được bão hòa nước hay nói cách khác là kết tủa không hoàn toàn thể hiện ở màu dầu rất đục. Tuy nhiên, nếu dùng lượng nước muối quá nhiều thì trong quá trình dãn nở của kết tủa phát sinh tác dụng keo hòa tan với nước tạo thành dung dịch keo phân bố đều trong dầu ở trạng thái nhũ tương rất khó phân ly (Nguyễn Quang Lộc-Lê Văn Thạch-Nguyễn Nam Vinh, 1993). Kết quả là lượng nước muối tăng từ 6-10% thì chỉ số acid lại tiếp tục giảm mạnh và tăng tăng trở lại và tăng mạnh khi nồng độ
muối tăng. Bên cạnh đó, dầu và các tạp chất ở trạng thái đồng thể, cặn thuỷ hóa không phân ly hoàn toàn ra khỏi dầu và thời gian lắng cặn cũng dài hơn.
Tóm lại, chọn khoảng nhiệt độ 80-900C tại 10 % dung dịch muối là thích hợp nhất. Khi đó, sự phân lớp thể hiện rõ rệt nhất, lượng cặn tách ra khá nhiều. Dầu sau khi hydrate hóa có màu sáng hơn so với ban đầu. Đó là do cặn tách ra còn kéo theo một số chất màu có trong dầu. Ngoài ra, chỉ số axit giảm mạnh nhất, rất tốt cho giai đoạn trung hoá.
3. Khảo sát sự ảnh hưởng của thời gian khuấy trộn đến quá trình hydrate hóa
Bảng 18: Sự biến đổi chỉ số acid theo thời gian khuấy
Thời gian khuấy (phút) Chỉ số acid (mg KOH/g dầu)
0 0.620 10 0.514 20 0.4431 30 0.4431 40 0.4431
Trong quá trình hydrate hóa dầu mỡ, người ta thường khuấy trộn liên tục. Quá trình khuấy này giúp cho dung dịch muối phân tán đồng đều vào trong dầu tạo điều kiện cho các phospholipid ngậm nước hình thành phức phospholipid tách ra khỏi dầu (Lê Quốc Phong, 2003). Việc xác định thời gian khuấy vừa đủ để loại trừ các tạp chất keo hòa tan đến mức thấp nhất sao cho không ảnh hưởng đến hiệu quả kinh tế là vấn đề cần được quan tâm. Qua bảng 18 thấy rằng:
- Ở thời gian khuấy 10 phút, chỉ số acid chỉ giảm nhẹ so với mẫu ban đầu. Do thời gian khuấy quá ngắn nên chỉ có một phần phospholipide tham gia phản ứng hydrate hóa, vẫn còn một lượng phospholipide trong dầu gây đục dầu.
- Không có sự khác biệt ý nghĩa về chỉ số acid của dầu sau 20-30 phút khuấy. Điều đó chứng tỏ quá trình hydrate hóa đã ổn định từ 20 phút trở đi hay nói cách khác các tạp chất keo hòa tan đã kết hợp hết với nước tạo lượng cặn thuỷ hóa như nhau.
Qua đó ta thấy, nếu kéo dài thời gian khuấy trộn quá lâu thì cũng không cần thiết vì chỉ số acid vẫn không giảm thêm. Mặt khác, lượng cặn tách ra cũng
không nhiều hơn. Xét về hiệu quả kinh tế, ta chọn mẫu có thời gian khuấy 20 phút là thích hợp.
4. Khảo sát sự ảnh hưởng của thể tích NaOH đến quá trình trung hòa Bảng 19: Sự thay đổi chỉ số acid và xà phòng hóa theo thể tích NaOH 0.1N
Nồng độ NaOH ( ml ) (mg KOH/g dầu)Chỉ số acid Chỉ số xà phòng hóa(mg KOH/g dầu)
0 0.443 261.403 2 0.441 260.223 4 0.353 245.060 5.55 0.296 220.537 6 0.289 210.087 8 0.102 187.010 10 0.313 197.11 12 0.404 201.130
Nồng độ dung dịch kiềm sử dụng tùy thuộc vào chỉ số acid của dầu. Khi nồng độ kiềm cao, lượng dư nhiều, nhiệt độ cao thì xúc tiến nhanh quá trình xà phòng hóa dầu mỡ làm giảm hiệu suất dầu mỡ tinh luyện. Thông thường, nồng độ kiềm càng cao thì dùng loại dầu có chỉ số acid cao và nhiệt độ khi tinh luyện phải thấp (Nguyễn Quang Lộc-Lê Văn Thạch-Nguyễn Nam Vinh, 1993).
Qua kết quả ở bảng 19 cho thấy:
Đối với mẫu trung hòa ở các thể tích 5,55-6,0 ml có nồng độ NaOH 0.1N, chỉ số acid chỉ giảm nhẹ. Do thể tích NaOH thấp, tức là lượng kiềm sử dụng ít, không trung hoà hết lượng acid béo tự do có trong dầu.
Mặt khác, với mẫu sử dụng các thể tích nhiều, ngay vị trí dung dịch tiếp xúc dầu sẽ xảy ra phản ứng luôn với chất béo làm mất bớt NaOH nên không còn đủ xút để phản ứng với acid béo tự do ở các chỗ khác trong dầu. Kết quả là dùng NaOH có thể tích 10-12 ml thì chỉ số acid lại tăng lên.
Qua đó cho thấy, khi nồng độ kiềm càng cao thì chỉ số acid và xà phòng hóa không giảm nhiều mà có khuynh hướng tăng trở lại. Từ kết quả thu được, chọn thể tích NaOH 0.1N là 8 ml cho hiệu quả quá trình trung hòa tốt nhất. Ngoài ra, tại nồng độ trên, việc tháo cặn xà phòng và nước muối cũng dễ dàng hơn do chúng tách lớp tốt hơn, đồng thời còn tiết kiệm được thời gian lắng cặn. Màu của dầu trong sáng hơn so với khi chưa trung hòa.
5. Khảo sát sự ảnh hưởng của nhiệt độ và lượng dung dịch NaOH sử dụng đến quá trình trung hòa đến quá trình trung hòa
Hình 12: Sự biến đổi chỉ số acid theo nhiệt độ và lượng NaOHKhảo sát lượng NaOH 0.1N dư Khảo sát lượng NaOH 0.1N dư
dựa vào chỉ số axit
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 5 10 15 Thể tích NaOH 0.1N, ml C h ỉ số a xi t, m gK O H /g d ầu 50-60oC 60 - 70oC 70 - 80oC
Hình 13: Sự thay đổi chỉ số xà phòng hóa theo nhiệt độ và lượng NaOH
Khảo sát lượng NaOH
trung hòa dư theo chỉ số xà phòng
185 190 195 200 205 210 215 220 225 0 2 4 6 8 10 12 14 Thể tích NaOH dư, ml C h ỉ s ố xà p h ò n g , m g K O H /g d ầ u 50 - 60oC 60 - 70oC 70 - 80oC
Phương pháp trung hòa bằng kiềm chủ yếu dựa phản ứng trung hòa. Dưới tác dụng của dung dịch kiềm các acid béo tự do và các tạp chất có tính acid sẽ tạo thành các muối kiềm, chúng không tan trong dầu mỡ nhưng tan trong nước nên có thể phân ly ra khỏi dầu mỡ bằng cách lắng hoặc rửa nhiều lần. Dầu mỡ
trung hòa xong không những giảm được chỉ số acid mà còn loại trừ được một số tạp chất khác.
Điều kiện kỹ thuật có tính chất quyết định chủ yếu là nồng độ của dung dịch kiềm, lượng kiềm dư so với tính toán lý thuyết và nhiệt độ khi tinh luyện . Ngoài ra, lượng cặn xà phòng tách ra và thời gian lắng cặn cũng cần phải quan tâm.Quađồ thị hình 12, 13 cho ta thấy:
- Ở cùng một lượng NaOH sử dụng, nhiệt độ quá cao thì chỉ số acid và xà phòng hóa càng tăng. Đó là vì ở nhiệt độ cao phản ứng thuỷ phân xảy ra mạnh hơn nên acid béo tự do sinh ra nhiều hơn. Khoảng nhiệt độ 60-700C cho kết quả