1. Nguyên liệu, hĩa chất và dụng cụ, thiết bị sử dụng1.1. Nguyên liệu 1.1. Nguyên liệu
Glycerine thơ (pha glycerine sau quá trình lắng tách pha) cịn lẫn methanol, xà phịng, methylester, KOH, các chất tạo màu,và các tạp chất khác...sau quá trình chuyển vị ester tạo methyl ester (biodiesel)
1.2. Hĩa chất sử dụng
Acid H3PO4 85% khối lượng, than hoạt tính mịn, KOH, methanol: sử dụng các hĩa chất cĩ độ tinh khiết phân tích của Trung Quốc.
1.3. Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm
- máy cơ quay chân khơng
- bình cầu phản ứng thể tích 1 lít và 2 lít.
- hệ thống sinh hàn hồi lưu: sinh hàn, bình chứa nước, ống dẫn nước, máy bơm
nước, bệđỡ, giá đỡ. - bếp từ, cá từ
- máy li tâm - giấy lọc
- hệ thống máy hút chân khơng dùng khi lọc
Trang 84 - pipet, bĩp silicon - phiểu chiết - becher 250 ml - đũa khuấy - nhiệt kếrượu loại 100 0C 2. Phương pháp thí nghiệm
Hình 19 -Sơ đồ qui trình cơng nghệ tinh chế glycerine thơ từ qui trình sản xuất biodiesel
Glycerol thơ Loại xà phịng Làm nguội+lắng tách
Lớp trên+lớp giữa Lớp dưới cùng
Chiết lấy lớp giữa Lọc lấy lớp giữa
Khử màu(-->lọcCK) 3 lần Kiểm tra độ pH
pH trung tính pH acid
Trung hịa acid
Kết tinh loại muối Cơ quay CK loại
methanol và nước Sản phẩm glycerine acid H3PO4 85% T=60 0C, t=90 phút t=30 phút Lớp trên Lớp dưới Lọc Chân khơng Than hoạt tính T=60 0 C, t=20 phút Quỳ tím hay methyl đỏ KOH trong methanol Lọc CK T=3-4 0C,t=60 phút T=70-80 0C,t=40’
Trang 85 Trong qui trình này, methanol đĩng vai trị r ất quan trọng trong việc làm giảm độ nhớt của dung dịch phản ứng khi tiến hành phản ứng loại xà phịng. Khi cho acid H3PO4 vào với lượng khoảng 13-14 ml cho 300 g mẫu glycerine thơ, acid béo tự do tạo thành. Vì cĩ nhiệt độ sơi cao ,nên khi tạo thành, acid béo làm dung dịch đặc sệt lại. Nếu khơng cĩ methanol, độ nhớt dung dịch sẽ rất cao làm cho việc khuấy trộn rất khĩ khăn, phản ứng xảy ra cục bộ khơng đều. Nhờ methanol cĩ sẵn trong glycerine ban đầu làm cho độ nhớt dung dịch thấp nên quá trình khuấy trộn dễ dàng, phản ứng xảy ra đều hơn. Nếu điều kiện khuấy trộn tốt, phản ứng chỉ cần tiến hành trong khoảng 30 phút, tính ngay sau khi cho acid H3PO4 vào, chứ khơng cần phải đến 90 phút như bên
trên. Nhiệt độ của phản ứng được chọn là 60 0
C vì đ ặc tính động học của quá trình phản ứng loại xà phịng, khi nhiệt độ cao thì tốc độ phản ứng sẽ nhanh. Nhưng xét về mặt nhiệt động, nhận thấy phản ứng tỏa nhiệt, nên nhiệt độ cao quá sẽ khơng tốt cho phản ứng. Vả lại, nhiệt độnày dưới nhiệt độ sơi của methanol cĩ trong hỗn hợp phản ứng nên tránh được phần nào sựbay hơi mạnh mẽ của methanol. Như vậy, nhiệt độ 60 0C là nhiệt độ thích hợp cho quá trình phản ứng loại xà phịng.
Sau khi phản ứng xong, làm nguội hỗn hợp phản ứng xuống nhiệt độ phịng, khoảng thời gian làm nguội này mất khoảng 30 phút. Trong quá trình làm nguội này, để cho hỗn hợp phản ứng lắng tự nhiên. Dưới tác dụng của trọng lực, hỗn hợp phản ứng phân thành 3 lớp: lớp trên cùng là acid béo (cĩ thể lẫn methanol), lớp giữa là glycerine và methanol, lớp cuối là muối lẫn glycerine (và cĩ thể lẫn methanol). Chiết lấy lớp trên cùng và lớp giữa cho vào phiểu chiết. Lớp dưới cùng cịn lẫn lớp giữa, đem đi lọc chân khơng, lấy lớp giữa, cịn muối được tách ra và giữa lại. Trong phiểu chiết chứa lớp trên cùng và lớpgiữa, chiết lấy lớp giữa, lớp trên cùng sau chiết chứa acid béo chủ yếu (cĩ thể cĩ lẫn methanol). Lớp giữa thu được, sẽ được đem đi khử màu.
Quá trình khử màu được tiến hành 3 lần để đảm bảo màu được khử hồn tồn.
Quá trình khử màu được tiến hành kín trong bình phản ứng cĩ hồn lưu nhằm tránh
methanol bay hơi ra ngồi. Lượng than hoạt tính dùng lần đầu khoảng 5-6 % khối lượng mẫu đem khử màu. Hai lần cịn lại lấy khoảng 4-5 % khối lượng mẫu đem khử màu. Than được cho trực tiếp vào hỗn hợp phản ứng, cho vào bình phản ứng, gia nhiệt đến 60 0C, rồi bắt đầu khuấy trong vịng 15-20 phút. Theo kinh nghiệm, trong quá trình gia nhiệt khơng cho khuấy, như vậy kết quả khử màu rất tốt. Quá trình khử màu là quá trình hấp phụ. Các phân tử tạo màu sẽ bám lên bề mặt của các hạt than hoạt tính. Như đã biết quá trình hấp phụ diễn ra tốt khi nhiệt độ thấp, áp suất cao, điều này đúng cho hấp phụ pha khí. Cịn quá trình này là hấp phụ pha lỏng, cịn rất nhiều yếu tố khác ảnh hưởng như khuếch tán nhiệt, nhiệt độ hấp phụ.... Nếu xét quá trình hấp phụ theo 2 khía cạnh động học và nhiệt động, thì khi nhiệt độ tăng theo động học tốc độ hấp phụtăng, cịn theo nhiệt động, tốc độ hấp phụ sẽ giảm, tốc độ giải hấp tăng. Chính
Trang 86 vì vậy, tồn tại một nhiệt độ tối ưu cho quá trình hấp phụ này. Ở đây, tạm chọn nhiệt độ hấp phụ 60 0C, vì nhận thấy ở nhiệt độ này màu được khử tốt, vả lại nhiệt độ này thấp hơn nhiệt độ sơi của methanol nên tránh methanol bay hơi mạnh.
Sau quá trình hấp phụ, làm nguội hỗn hợp trong 20 phút, để nhiệt độ hạ xuống gần bằng nhiệt độ phịng, khi đĩ methanol bay hơi r ất ít. Hỗn hợp sau khi khử màu đem lọc chân khơng, loại than hoạt tính, thu lấy phần lỏng (lớp giữa sau khi khử màu lần thứ nhất). Than hoạt tính sau khi lọc, cĩ thểđem đi nung ở nhiệt độcao để tái sinh, sử dụng lại cho các lần khử màu tiếp theo. Phần lỏng thu được, đem khử màu thêm 2 lần nữa,cách tiến hành tương tự như lần đầu tiên, cùng điều kiện nhiệt độ, thời gian, nhưng với lượng than ít hơn. Sau 3 lần khử màu , hỗn hợp gần như trong suốt khơng màu, khi đĩ tiến hành kiểm tra pH sẽ dễ dàng nhận biết hơn. Để kiểm tra pH, thường dùng chất chỉ thị là giấy quì tím, hay methyl đ ỏ (pH<4.5, màu đỏ, pH>6.2 màu vàng cam).
Sau khi kiểm tra pH, nếu pH trung tính (giấy quì màu vàng, methyl đ ỏ màu vàng cam) đem hỗn hợp đi cơ quay chân khơng loại methanol và một lượng rất nhỏ nước ở nhiệt độ phản ứng 70-80 0
C, trong thời gian khoảng 40 phút. Sau khi cơ quay làm nguội, thu được glycerine tinh chế. Nếu pH acid, thì hỗn hợp cần được trung hịa, vì sản phẩm cần ở pH trung tính. Để trung hịa, lấy một lượng mẫu nhỏđem chuẩn độ để xác định lượng KOH trong methanol cần cho vào để trung hịa. Sau khi trung hịa, đem hỗn hợp làm lạnh ở nhiệt độ khoảng 3 - 4 0C, trong thời gian 60 phút để cho muối kết tinh lại. Đem hỗn hợp lọc chân khơng, tách bỏ muối. Hỗn hợp sau khi tách muối, đem đi cơ quay chân khơng ở nhiệt độ 80 0C, trong 60 phút để loại methanol và nước. Sau khi cơ quay chân khơng xong, làm nguội, được glycerine tinh chế.
Sản phẩm glycerine được đánh giá chất lượng thơng qua các phân tích xác định hàm lượng và độ mầu.
Các quy trình thực nghiệm được trình bày chi tiết hơn trong phụ lục PL-3.
II.KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN1. Kết quả thí nghiệm