II.2.1.1. Rượu
Quá trình tổng hợp biodiesel yêu cầu dùng tác nhân rượu có độ tinh khiết trên 90%. Lượng rượu cần dùng được tính toán theo tỉ lệ nhất định để không làm ảnh hưởng đến tiến trình phản ứng, độ tinh khiết của este tạo ra cũng như giá thành của nó. Trong các loại rượu thì metanol hay được dùng hơn cả vì những ưu điểm nổi trội của nó so với các loại rượu khác:
- Cho hiệu suất biodiesel tương đối cao.
- Không tạo hỗn hợp đẳng phí với các chất khác.
- Sản phẩm sau phản ứng có thể tách dễ dàng do có sự phân lớp rõ ràng giữa este và glyxerin.
- Giá thành metanol tương đối rẻ.
Tuy nhiên nhược điểm lớn nhất của metanol là nó rất độc, có thể gây ảnh hưởng trực tiếp đến sức khỏe con người.
Còn etanol thì cho hiệu suấtkém hơn, nó tạo đẳng phí với nhiều chất, đặc biệt tạo đẳng phí với nước. Hơn nữa etanol là một dung môi cầu, do vậy sản phẩm tạo ra không phân lớp, vì thế việc tinh chế sản phẩm và thu hồi metanol là rất khó khăn. Tuy nhiên etanol không độc và có thể sản xuất từ nguyên liệu sinh học như gạo, sắn, ngô, gỗ tạp,…
Đối với cả hai loại rượu này khi sử dụng cần chú ý về vấn đề an toàn cháy nổ vì nhiệt độ bắt cháy của etanol là 8oC trong khi nhiệt độ bắt cháy của metanol
là 10 oC.
Vì nhưng ưu điểm nêu trên, quá trình thực nghiệm đã chọn metanol làm nguyên liệu.
II.2.1.2. Dầu thực vật
Dầu thực vật sử dụng cho quá trình tổng hợp biodiesel phải có chỉ số axit thấp hơn 0,5 mg KOH/g dầu (với dầu có chỉ số axit cao hơn 0,5 mg KOH/g dầu thì độ chuyển hóa thấp hơn 30%). Đối với dầu đã tinh chế thì có thể sử dụng
được ngay để tiến hành phản ứng. Nhưng đối với dầu thực vật thô hay dầu thải có trị số axit cao thì phải tiến hành tinh chế, loại bớt thành phần axit béo bằng cách trung hòa bằng kiềm.
Đối với các dầu thực vật có trị số axit cao (cao hơn 20 mg KOH/g dầu) thì quá trình tinh chế rất khó khăn và lâu, do vậy ta có thể xử lý chúng bằng cách khác. Công nghệ hiệu quả nhất hiện nay là tiến hành quá trình este hóa với xúc tác axit trước khi tiến hành este hóa với xúc tác bazơ. Các axit béo được phản ứng với metanol trong sự có mặt của xúc tác axit, ví dụ như axit sunfuric. Hiệu suất phản ứng này thấp hơn 96% nên sẽ còn khoảng 4% axit béo tự do lẫn trong nguyên liệu. Tuy vậy quá trình phản ứng với xúc tác axit mạnh xảy ra rất lâu,
thường đến 8 tiếng trở lên.
Dầu thực vật dùng để tổng hợp biodiesel trong quá trình thực nghiệm là dầu Jatropha Curcas thương phẩm mua từ Trung Quốc (do điều kiện thực nghiệm chưa đủ khả năng để tiến hành thu mua hạt Jatropha trong nước, ép và
tinh chế dầu để đạt đến độ tinh khiết, hàm lượng nước, độ axít… đảm bảo theo yêu cầu nguyên liệu).
II.2.1.3. Xúc tác
II.2.1.3. Thiết bị và dụng cụ
Hình II.2: Sơ đồ thiết bị phản ứng tổng hợp biodiesel
- Thiết bị phản ứng là một ống phản ứng bằng thạch anh trong đó có chứa xúc tác superaxit rắn.
- Một thiết bị điều khiển nhiệt độ.
- Hai thiết bị bơm nguyên liệu với nhiều tốc độ đẩy nguyên liệu khác
nhau.
- Một thiết bị gia nhiệt bằng điện.
- Một thiết bị tăng giảm điện áp.
- Một bình hứng sản phẩm.
- Một sinh hàn nước để ngưng tụ metanol.
- Một sinh hàn nước để ngưng tụ sản phẩm.
- Một bình cầu để hứng sản phẩm.
- Một bình đựng metanol ngưng tụ.