VÀ LÀM SẠCH SẢN PHẨM.
Hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng gồm cú etyl este, mỡ cỏ dư, etanol dư và glyxerin. Vỡ vậy, để thu được sản phẩm etyl este sạch, đỏp ứng được cỏc yờu cầu kỹ thuật, cần phải lọc tỏch xỳc tỏc, sau đú để phõn lớp để tỏch etyl este thụ, rửa sạch etyl este thụ, sấy tỏch nước ta thu được thành phẩm etyl este. Trong cỏc cụng đoạn trờn thỡ cụng đoạn rửa etyl este là phức tạp và rất quan trọng. Vỡ nú quyết định chất lượng (độ sạch) của etyl este, và phần nào ảnh hưởng đến hiệu suất thu etyl este. Quỏ trỡnh rửa etyl este phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ nước rửa, tốc độ khuấy trộn, và lượng nước rửa. Do vậy, em đó tiến hành khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng này.
3.6.1 Ảnh hƣởng của nhiệt độ nƣớc rửa
Khi khảo sỏt ảnh hưởng của nhiệt độ nước rửa, em cố định tỷ lệ nước rửa/etyl este là 2/1, tốc độ khuấy trộn khụng đổi và thay đổi nhiệt độ nước rửa. Kết quả thể hiện trờn bảng 3.19.
Như vậy, nhiệt độ nước rửa cú ảnh hưởng rất lớn đến quỏ trỡnh rửa. Nếu nước rửa cú nhiệt độ thấp thỡ khi khuấy trộn sản phẩm etyl este rất dễ tạo nhũ tương với nước, gõy khú khăn cho quỏ trỡnh phõn tỏch, và làm giảm lượng etyl este thu được. Khi tăng nhiệt độ nước rửa lờn thỡ lượng nhũ tương giảm dần, dễ tỏch sản phẩm và rửa nhanh sạch hơn, do ở nhiệt độ cao sẽ hũa tan tốt lượng etanol và glyxerin dư hơn. Do đú ở nhiệt độ 60oC số lần rửa là 6, nhưng ở 70 và 80 oC số lần rửa chỉ cần 4 lần. Tuy nhiờn, khi nhiệt độ quỏ cao (90oC) thỡ lại xảy ra hiện tượng xà phũng húa, do etyl este thủy phõn ở nhiệt độ cao, và trong sản phẩm cũn lẫn một ớt xỳc tỏc. Vậy, nhiệt độ nước rửa thớch hợp là 70 – 80o
C.
Bảng 3.19. Ảnh hưởng của nhiệt độ nước rửa đến số lần rửa etyl este.
Nhiệt độ nước rửa, o
C 50 60 70 80 90
3.6.2 Ảnh hƣởng của tỷ lệ thể tớch nƣớc rửa/etyl este
Kết quả nghiờn cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nước rửa/etyl este đến số lần rửa sản phẩm, với điều kiện tốc độ khuấy trộn khụng đổi và nhiệt độ nước rửa là 70oC , được trỡnh bày trong bảng 3.20.
Bảng 3.20. Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tớch nước rửa/etyl este đến số lần rửa.
Tỷ lệ nước rửa/ etyl este,
v/v 0,5/1 0,8/1 1/1 1,5/1 2/1
Số lần rửa, lần 7 6 5 4 4
Ta thấy tỷ lệ nước rửa/etyl este càng tăng thỡ số lần rửa càng giảm. Vỡ lượng nước càng nhiều thỡ khả năng hũa tan cỏc tạp chất sẽ tốt hơn, rửa nhanh sạch hơn. Tuy nhiờn, khi tỷ lệ này là 2/1 thỡ số lần rửa khụng giảm nữa, mà tỷ lệ này cao quỏ thỡ khi tỏch sản phẩm cũn lẫn nhiều nước hơn nờn tốn nhiều năng lượng cho quỏ trỡnh tỏch nước. Vậy, tỷ lệ thớch hợp là 1,5/1.
3.6.3 Ảnh hƣởng của tốc độ khuấy trộn
Chỳng tụi cố định nhiệt độ nước rửa là 70oC, tỷ lệ nước rửa/ etyl este là 1,5/1 và thay đổi tốc độ khuấy trộn, kết quả thu được như bảng 3.21.
Bảng 3.21. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn đến số lần rửa.
Tốc độ khuấy trộn,
vũng/phỳt 300 500 800
Số lần rửa, lần 6 4 Tạo nhũ
Khi tốc độ khuấy tăng thỡ khả năng hũa tan tạp chất của nước sẽ tăng nờn rửa nhanh sạch hơn. Nhưng tốc độ khuấy lớn quỏ sẽ xảy ra hiện tượng tạo nhũ nờn ta chọn tốc độ khuấy trộn 500 vũng/phỳt.
3.7 .
Từ cỏc tiền chất tổng hợp được là etyl este và etyl lactat, chỳng tụi
dung mụi sinh học bằng cỏch phối trộn cỏc thành phần và phụ gia. Để tỡm thành phần tối ưu cho hỗn hợp tẩy sơn, đó thử nghiệm trờn cỏc mẫu sơn khụ cú thể rỳt ra tỷ lệ hợp lý.
.
CH 2 CH CH CH + O O O O C C 2 CH + O2 CH CH CH OH CH CH CH + O O C C CH2 O O CH CH
Bảng 3.22. Ảnh hưởng tỷ lệ etyl este/etyl lactat đến khả năng tẩy sơn.
Mẫu Etyl este (ml) Etyl lactat (ml) Hiệu suất tẩy sơn (%) 1 100 0 20 2 95 5 45 3 90 10 70 4 85 15 87 5 80 20 82 6 50 50 72 7 30 70 60 8 0 100 46 87%. este. , . 3.7. . 3.20. 3.20 ch
87% lờn 95%. Điều này cú thể giải thớch như sau: Trong thành phần nhựa alkyd cú trong màng sơn cú dầu thảo mộc (chứa cỏc axit bộo đơn chức) biến tớnh. Cỏc axit bộo này cú chứa liờn kết đụi như axit oleic, axit linoleic, axit linolenic… Khi cỏc dầu thảo mộc biến tớnh này trong quỏ trỡnh sử dụng tiếp xỳc với oxi khụng khớ tạo liờn kết oxi liờn phõn tử giữa cỏc axit bộo với nhau làm cho màng sơn ngày càng rắn chắc. Phản ứng xảy ra như sau:
+ Oxi khụng khớ cú hai cỏch kết hợp với liờn kết đụi trong axit bộo:
(a)
(b) + Hỡnh thành liờn kết oxi liờn phõn tử:
Liờn kết oxi liờn phõn tử càng nhiều thỡ màng sơn càng rắn chắc, chịu mài mũn tốt hơn.
Phụ gia I là chất hoạt động bề mặt cú tớnh axit, do đú đúng vai trũ quan trọng trong việc phỏ vỡ liờn kết oxy liờn phõn tử này (phõn tử c). Khi liờn kết oxy liờn phõn tử này bị phỏ vỡ, etyl este và etyl lactat sẽ hũa tan thành phần dầu thảo mộc này. Do đú làm tăng hiệu quả tẩy sơn lờn 95%.
Hỡnh 3.20. Xỏc định lượng PG1 thớch hợp để tạo dung mụi tẩy sơn.
. Qua quỏ trỡnh thực nghiệm quan sỏt thấy thấy cũn sút một lượng sơn đó mềm ra nhưng vẫn cũn bỏm dớnh lờn bề mặt mẫu do đú cần tỡm thờm phụ gia cú chức năng mạnh hơn để tẩy lượng sơn này đi.
.
3.21
99%, điều này cú được là do phụ gia II là loại chất hoạt động bề mặt cú hoạt tớnh rất cao (được gọi là siờu hoạt tớnh), vỡ vậy phụ gia này cú tỏc dụng trợ giỳp làm tan cỏc thành phần nhựa đó trương nở nhưng cũn bỏm dớnh chặt trờn bề mặt mẫu sơn. Lượng tối ưu của phụ gia II là 6ml.
Tuy nhiờn vẫn cũn khoảng 1% sơn chưa được tẩy hết do cũn một phần nhỏ sơn đi vào cỏc khuyết tật trờn bề mặt kim loại mà dung mụi chưa tẩy được. Do đú cần tăng thời gian ngõm mẫu để dung mụi cú thể thấm sõu hơn và tẩy đi lượng sơn này.
Hỡnh 3.21. Xỏc định lượng phụ gia II.
.
Kết quả trờn hỡnh 3.25 chứng tỏ rằng, thời gian ngõm mẫu càng dài thỡ hiệu quả tẩy sơn càng cao. Từ 2h trở lờn hiệu quả tẩy sơn khụng tăng được nữa. Chọn thời gian tẩy 2h là hợp lý.
Hỡnh 3.22. Ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất tẩy sơn.
Từ cỏc kết quả khảo sỏt ở trờn, chỳng tụi đưa ra thành phần tối ưu của dung mụi sinh học (ứng dụng trong tẩy sơn theo phương phỏp ngõm mẫu) đó tổng hợp được như trong bảng 3.23. Khi đú lượng sơn trờn bề mặt đó được loại bỏ hầu như hoàn toàn 100%. Lượng cỏc chất phụ gia được chuyển đổi sang % như trong bảng 3.23.
Bảng 3.23 . Thành phần của dung mụi sinh học để tẩy sơn.
Đơn vị Etyl este Etyl lactat Phụ gia I Phụ gia II
ml 85 15 10 6
KẾT LUẬN
Qua kết quả nghiờn cứu em rỳt ra được một số kết luận như sau:
1. Đó xỏc định cỏc chỉ tiờu chất lượng của nguyờn liệu mỡ cỏ; khảo sỏt cỏc yếu tố ảnh hưởng đến quỏ trỡnh xử lý nguyờn liệu thu được điều kiện tối ưu cho cả hai loại nguyờn liệu:
+ Phương phỏp xử lý bằng hơi nước: sử dụng hơi nước ở 200oC,sục vào mỡ cỏ trong 3 giờ. Sau đú chưng đuổi nước ở 105o
C trong 0,5 giờ.
+ Phương phỏp trung hũa: tỏc nhõn trung hũa là NaOH 4%, hàm lượng bazơ dư 8%, nhiệt độ nước rửa 80oC, số lần rửa là 5 lần.
2. Đó điều chế được xỳc tỏc dị thể KOH/MgSiO3, với điều kiện nung tốt nhất là 400oC, 4 giờ. Khảo sỏt cỏc đặc trưng của xỳc tỏc bằng cỏc phương phỏp húa lý hiện đại, thấy rằng K2MgSiO4 là pha hoạt tớnh của xỳc tỏc, cú độ dị thể cao, thời gian làm việc dài, hiệu suất tổng hợp etyl este cao.
3. Tổng hợp được etyl este trờn xỳc tỏc KOH/MgSiO3 từ mỡ cỏ: đạt hiệu suất cao nhất là 90,5% trong cỏc điều kiện sau: 100ml mỡ cỏ, hàm lượng xỳc tỏc là 5g, 65ml etanol tuyệt đối, nhiệt độ phản ứng là 75oC, tốc độ khuấy 600 vũng/phỳt, thời gian phản ứng là 5 giờ.
4. Nghiờn cứu tỡm được cỏc thụng số tối ưu cho quỏ trỡnh rửa sản phẩm etyl este như sau: nhiệt độ nước rửa là 70oC, tỷ lệ nước rửa/etyl este là 1,5/1, tốc độ khuấy trộn 500 vũng/phỳt.
5.
TÀI LIỆU THAM KHẢO I. Tiếng Việt
[1]. Chirstian Reicherdt - Người dịch Đoàn Duy Lực - Dung mụi trong húa học hữu cơ Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật Hà Nội -1963.
[2]. PGS. TS Đinh Thị Ngọ, TS Nguyễn Khỏnh Diệu Hồng - Nhiờn liệu sạch và cỏc quỏ trỡnh xử lý trong húa dầu. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 2008.
[3]. Tập thể tỏc giả - Nghiờn cứu cụng nghệ sản xuất một số dung mụi cụng nghiệp cú nguồn gốc thực vật, ứng dụng trong lĩnh vực sơn, in, nhựa đường, tẩy dầu mỡ cho kim loại và xử lý chất thải cụng nghiệp – Viện Húa học Cụng nghiệp 2006.
[4]. Kiều Đỡnh Kiểm - Cỏc sản phẩm dầu mỏ và húa dầu - Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật
. Tập 2. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật 1999
[6]. Nguyễn Văn Lộc – Kỹ thuật sơn - Nhà xuất bản Giỏo dục. 1999.
[7]. Nguyễn Hữu Đĩnh, Trần Thị Đà, Ứng dụng một số phương phỏp phổ nghiờn cứu cấu trỳc phõn tử, Nhà xuất bảo Giỏo dục, 1999.
[8]. Từ Văn Mặc, Phõn 2005
[5]. Nguyễn Thị Thanh, Dương Văn Tuệ, Vũ Đào Thắng, Hồ Cụng Xinh, Hoàng Trọng Yờm - Húa học hữu cơ tớch Húa lý, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 1995.
II. Tiếng Anh
[9]. Yizhak Marcus The properties of solvents Wiley 1999.
[10]. W. Herbst , K. Hunger Paints coatings and solvents Wiley 1997.
[11]. James E. Opre Environmentally friendly ink cleaning preparing United States patent application publication 2001.
[12]. John Burke. Solubility parameter theory and application American stitute for conservation 1984.
[13]. Handbook of organic solvent properties.
[14]. Ayato Kawashima, Koh Matsubara, Katsuhisa Honda (2008),
“Development of heterogeneous base catalysts for biodiesel production”,
Biosoure Technology 99, pp. 3439-3443.
[15]. Per Lunderg. DECOS and SCG Basis for an occupational standard lactate ester 1999.
[16]. Shi-Perng Tsai, Seung H. Moon. Fermentation and recovery process for lactic acid production. United States Patent 1995.
[17]. L.C. Meher, D. Vidya Sagar, S.N. Naik (2006), “Technical aspects of biodiesel
production by transesterification – a review ”, Renewable and Sustainable Energy
Reviews 10, pp.248-268.
[18]. Hestela Hernandez Martin, Cristina Otero. Different requirements for the synthesis of biodiesel: Novozym 435 and Lipozyme TL IM. Bioresource Technology 99
[19]. Production of biodiesel from acid waste lard, Joana M. Dias , Maria C.M. Alvim- Ferraz , Manuel F. Almeida, Bioresource Technology 100 (2009) 6355–6361.
[20]. The Feasibility of Biodiesel from Waste/Recycled Greases and Animal Fats, Ralph Groschen Senior Marketing Specialist, Marketing Services Division Minnesota Department of Agricultur, October 2002.
[21]. Technologies for production of biodiesel focusing on green catalytic techniques: A review, Z. Helwani, M.R.Othman, N. Azi , W.J.N.Fernando, J. Kim, Fuel Processing Technology 90 (2009) 1502–1514.
[22]. Fuel properties of biodiesel produced from the crude fish oil from the soapstock of marine fish, Cherng-Yuan Lin, Rong-Ji Li, FUEL PROCESSING TECHNOLOGY 90 (2009) 130 – 136.
[23]. FTIR determination of free fatty acids in fish oils intended for biodiesel production,
Alberta N.A. Aryee, Frederik R.van de Voort, Benjamin K.Simpson, Process Biochemistry 44 (2009) 401–405.
[24]. Activity of solid catalysts for biodiesel production: A review, Masoud Zabeti, Wan Mohd Ashri Wan Daud, Mohamed Kheireddine Aroua, Fuel Processing Technology 90 (2009) 770–777.
[25]. A review on biodiesel production using catalyzed transesterification, Dennis Y.C. Leung , Xuan Wu, M.K.H. Leung, Applied Energy 87 (2010) 1083–1095.
[26]. Homogeneous, heterogeneous and enzymatic catalysis for transesterification of high free fatty acid oil (waste cooking oil) to biodiesel: A review, Man Kee Lam, Keat Teong Lee, Abdul Rahman Mohamed, Botechnology Advances, 2010.
[27]. A Feasibility Study for Fish Oil Biodiesel Production, Sustainable Community Enterprises, Final Report November 2007.
[28]. Fish Oil Biodiesel Update, Dennis Witmer, Rural Energy Conferec Girdwood Alaska, Sept 16-18, 2008.
[29]. Transesterification of Fish Oil to Produce Fatty Acid Ethyl Esters Using Ultrasonic Energy, Armenta, Roberto E, Vinatoru, Mircea, Burja, Adam M, Kralovec, Jaroslav A, Barrow, Colin J, JAOCS, Journal of the American Oil Chemists' Society, Nov 2007 [30]. http://www.worldchanging.com/archives/007497.html [31]. www.iterg.com/.../CompositionAcidesGrasGraissesHuilesAnimales.pdf [32]. http://www.cyberlipid.org/glycer/glyc0071.htm#top [33]. http://en.wikipedia.org/wiki/Lard [34]. http://en.wikipedia.org/wiki/Tallow [35]. http://en.wikipedia.org/wiki/Fatty_acid_synthesis
MỞ ĐẦU ... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN Lí THUYẾT ... 4
1.1. TỔNG QUAN VỀ DUNG MễI HỮU CƠ. ... 4
1.1.1 Khỏi niệm. ... 4
1.1.2 Phõn loại dung mụi. ... 4
1.1.3 Tương tỏc giữa dung mụi và chất tan... 5
1.1.4. Tớnh chất vật lý của dung mụi hữu cơ. ... 7
1.1.5 Tớnh chất húa học của dung mụi. ... 10
. ... 11
1.1.7. Độc tớnh, nguy cơ của dung mụi và vấn đề thay thế dung mụi khoỏng. ... 12
1.2. SO SÁNH DUNG MễI Cể NGUỒN GỐC DẦU MỎ VÀ DUNG MễI SINH HỌC. ... 13
1.2.1. Dung mụi cú nguồn gốc dầu mỏ. ... 13
1.2.2. Thay thế cỏc dung mụi hữu cơ cú nguồn gốc dầu mỏ. ... 16
1.2.3 Dung mụi sinh học. ... 16
1.3 NGHIấN CỨU CHẾ TẠO DUNG MễI SINH HỌC TỪ NGUỒN NGUYấN LIỆU MỠ ĐỘNG VẬT THẢI. ... 18
1.3.1 Nguyờn liệu sản xuất. ... 18
1.3.2. Giới thiệu về mỡ cỏ ... 25
1.3.3. Phương phỏp tổng hợp alkyl este từ triglyxerit. ... 28
1.3.4. Phương phỏp nõng cao chất lượng dung mụi sinh học sản xuất từ mỡ động vật thải ... 33
CHƢƠNG 2: THỰC NGHIỆM... 36
2.1. PHÂN TÍCH CÁC TÍNH CHẤT CỦA MỠ CÁ BASA ... 36
2.1.1. Phõn tớch thành phần axit bộo của mỡ cỏ basa ... 36
2.1.2. Xỏc định chỉ số axit (TCVN 6127 - 1996) ... 36
2.1.3. Xỏc định chỉ số xà phũng ( TCVN 6126 - 1996 ) ... 36
2.1.4. Xỏc định chỉ số iốt (TCVN 6122 - 1996). ... 37
2.1.5. Xỏc định hàm lượng nước (TCVN 2631 - 78) ... 38
2.2. XỬ Lí VÀ TINH CHẾ MỠ CÁ PHẾ THẢI. ... 40
2.2.1. Xử lý tạp chất cơ học. ... 40
2.2.2. Xử lý màu, mựi của mỡ cỏ phế thải và tỏch axit bộo tự do ... 40
2.2.3. Rửa và sấy mỡ ... 42
2.3. TỔNG HỢP XÚC TÁC KOH/MgSiO3. ... 43
2.3.1. Điều chế MgSiO3. ... 43
2.3.2. Tổng hợp xỳc tỏc KOH/MgSiO3. ... 43
2.4. CÁC PHƢƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐẶC TRƢNG XÚC TÁC. ... 43
2.4.1 Phương phỏp nhiễu xạ tia X (XRD-X Ray Diffraction) nghiờn cứu định tớnh cấu trỳc pha tinh thể ... 43
2.4.2 Phương phỏp hiển vi điện tử quột (SEM) ... 45
2.5. TỔNG HỢP ETYL ESTE ... 45
2.5.1. Dụng cụ thớ nghiệm và húa chất. ... 45
2.5.2. Tiến hành phản ứng. ... 46
2.5.3. Tinh chế sản phẩm. ... 46
2.5.4. Tớnh toỏn độ chuyển húa của phản ứng. ... 48
2.6. CÁC PHƢƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ CHẤT LƢỢNG CỦA ETYL ESTE TỔNG HỢP TỪ MỠ CÁ PHẾ THẢI. ... 48
2.6.1 Phương phỏp phổ hấp thụ hồng ngoại IR ... 48
2.6.2. Phương phỏp sắc ký khớ khối phổ (GC - MS) ... 49
2.6.3. Phõn tớch chỉ tiờu chất lượng của dung mụi từ etyl este mỡ cỏ ... 50
CHƢƠNG 3. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN... 55
3.1. KẾT QUẢ PHÂN TÍCH CÁC CHỈ TIấU CHẤT LƢỢNG CỦA MỠ CÁ. ... 55
3.2 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRèNH XỬ Lí CHỈ SỐ AXIT CỦA MỠ CÁ ... 56
3.2.1. Khảo sỏt xử lý mỡ cỏcbằng phương phỏp sục hơi nước ở nhiệt độ cao. ... 56
3.2.2. Khảo sỏt xử lý mỡ cỏ bằng phương phỏp trung hũa. ... 57
3.2.3. So sỏnh hai phương phỏp xử lý mỡ cỏ. ... 61
3.3. CHẤT LƢỢNG MỠ CÁ SAU KHI XỬ Lí ... 62
3.4. NGHIấN CỨU CHẾ TẠO XÚC TÁC KOH/MgSiO3. ... 62
3.5. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRèNH TỔNG HỢP
ETYL ESTE TỪ MỠ CÁ TRấN XÚC TÁC KOH/MgSiO3. ... 69
3.5.1. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng. ... 69
3.5.2. Ảnh hưởng của hàm lượng xỳc tỏc. ... 70
3.5.3. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol etanol/mỡ cỏ. ... 71
3.5.4. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng. ... 72
3.6. KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƢỞNG ĐẾN QUÁ TRèNH TINH CHẾ VÀ LÀM SẠCH SẢN PHẨM. ... 73