CHƯƠNG 2 THỰC NGHIỆM
2.4. CÁCH TIẾN HÀNH PHẢN ỨNG ESTE HÓA CHÉO TRIGLIXERIT
2.4.1. Tiến hành phản ứng và thu sản phẩm
Cho 25 ml triglixerit vào bình cầu (hoặc autoclave), cho tiếp xúc tác vào, cho tiếp metanol vào theo tỉ lệ nghiên cứu, thêm xúc tác vào theo tỉ lệ nghiên cứu, thực hiện ở nhiệt độ nghiên cứu, khuấy đều trong quá trình phản ứng. Phản ứng xong chưng cất thường thu lấy metanol, lọc chân không lấy sản phẩm để 1 ngày cho tách pha, chiết lấy biodiesel (phần trên), đem rửa bằng nước ba lần, đo thể tích, lấy sản phẩm đo độ nhớt để xác định thời gian chảy qua mao quản của nhớt kế thủy tinh Ubbelohde (Trong luận án này sử dụng nhớt kế thủy tinh No. 8589405; Witeg – Germany, Ø 0,84 MM, K.:0,03).
Hình 2. 5. Quy trình tách và thu sản phẩm
Lọc xúc tác Xúc tác
Hỗn hợp sản phẩm
Chưng cất đơn Metanol
Chiết
Thêm nước rửa 3 lần
Biodiesel
Làm khô bằng silicagel
Biodiesel tinh khiết
Glycerol
Đo thể tích Đo thời gian chảy qua mao quản trong nhớt kế
2.4.2. Xây dựng phương pháp đánh giá hiệu suất phản ứng
Trong nghiên cứu của M.F. Elkady (2015) [68], M.F. Elkady đã sử dụng
công thức: H ≈ (Vmetyeste/Vdầu nguyên liệu)*100 để tính hiệu suất phản ứng. Cơng thức
này chỉ thích hợp đối với mẫu có hiệu suất lớn hơn 95%. Đối với mẫu có độ chuyển hóa thấp hơn thì có khả năng triglixerit còn dư sẽ tan trong metyl este (metyl este của axit béo RCOOCH3) làm tăng độ nhớt của sản phẩm vì vậy trong luận án này sử dụng nhớt kế thủy tinh Ubbelohde để đánh giá nhanh % metyl este thông qua đo thời gian chảy qua cột mao quản trong nhớt kế thủy tinh Ubbelohde.
Mẫu thực nghiệm được đo thời gian chảy qua nhớt kế rồi thế vào phương trình đường chuẩn suy ra được % metyl este có trong sản phẩm. Sau đó sử dụng cơng thức H ≈ (Vmety este/Vdầu nguyên liệu)* “% mety este” để đánh giá hiệu suất. Ở đây phải nhân thêm “% mety este” vì khi cịn triglixerit chưa phản ứng, sẽ tan vào trong metyl este làm cho hiệu suất phản ứng tăng lên.
Thực hiện xây dựng đường chuẩn xác định % theo thể tích của metyl este. phụ thuộc vào thời gian chảy qua cột mao quản.
Bảng 2.1 cho thấy sự phụ thuộc của % theo thể tích metyl este từ dầu jatropha vào thời gian chảy trong cột mao quản của nhớt kế Ubbelohde.
Bảng 2.1. Sự phụ thuộc % metyleste từ dầu jatropha vào thời gian
% metyleste 100 99 98 97 96 95 93 90 85
Thời gian
(giây) 105,1 113,2 120,4 129,8 136,1 149,2 168,3 185,7 201
Trong phản ứng este hóa chéo sản phẩm phụ ngồi triglixerit cịn có monglyxerit, diglyxerit. Phản ứng xong đem rửa bằng nước 3 lần để loại monglyxerit, diglyxerit sản phẩm thu được cịn metyl este có lẫn một ít triglixerit, một số thực nghiệm thăm dò cho thấy nếu hàm lượng của triglixerit vượt q 4% theo thể tích thì monglyxerit, diglyxerit cũng sẽ còn nhiều, nên hiệu suất rất thấp, lúc này khơng cần tính hoặc có thể tính gần bằng cách so sánh với các giá trị trong bảng (2.1) không thể xây dựng đường chuẩn với tất cả các giá trị trong bảng 2.1 vì
hệ số tương quan (R2) sẽ giảm phương trình đường chuẩn khơng chính xác. Từ bảng (2.1) xây dựng đồ thị phụ thuộc % metylesste vào thời gian chảy trong cột mao quản khi % metyl este từ 96% đến 100% theo thể tích.
Hình 2. 6. Đồ thị phụ thuộc% metyl este từ dầu jatropha vào thời gian chảy qua mao quản.
Từ đồ thị 2.6 rút ra được phương trình hồi quy tuyến tính: y= -0,1269x + 113,34 Hệ số tương quan R2= 0,9974
Trong đó y: là % metyl este
x: là thời gian chảy qua cột mao quản trong nhớt kế thủy tinh Ubbelohde (x ≤ 136,1).
Phương trình này sẽ được sử dụng với tất cả các phản ứng với nguyên liệu là dầu Jatropha.
Bảng 2.2 cho thấy sự phụ thuộc của % theo thể tích metyl este từ dầu ăn thải vào thời gian chảy trong cột mao quản của nhớt kế Ubbelohde
Bảng 2.2. Sự phụ thuộc % metyleste từ dầu ăn thải vào thời gian
%
metyleste 100 99 98 97 96 95 93 90 80 70 60
Thời gian
Từ bảng (2.2) xây dựng đồ thị phụ thuộc % metylesste vào thời gian chảy trong cột mao quản và xác định được % metyl este trong khoảng từ 96% đến 100% theo thể tích thì có sự phụ thuộc tuyến tính tương ứng với giá trị hệ số tương quan cao. Trong các trường hợp tính tốn hiệu suất, giá trị thời gian chảy qua cột mao quản nhỏ hơn 158 giây thì áp dụng được phương trình hồi quy tuyến tính.
Hình 2. 7. Đồ thị phụ thuộc % metyl este từ dầu ăn thải vào thời gian chảy qua mao quản.
Từ hình 2.7 rút ra phương trình phương trình hồi quy tuyến tính: y= -0,1176x + 114,57 ; Hệ số tương quan R2 = 0,9985
Trong đó y : là % metyl este
x : là thời gian chảy qua cột mao quản trong nhớt kế thủy tinh Ubbelohde (x ≤ 158,5).
Phương trình này sẽ được sử dụng với tất cả các phản ứng với nguyên liệu là dầu ăn thải.
Đối với giá trị thời gian chảy qua mao quản quá lớn thì khơng sử dụng phương trình hồi quy tuyến tính mà chỉ tính gần đúng % metyleste thông qua bảng. 2.1 đối với dầu jatropha hoặc 2.2 đối với dầu ăn thải
Trong quá trình thực nghiệm tính tốn hiệu suất như sau
Đo thời gian chảy qua nhớt kế rồi thế giá trị thời gian chảy (x) vào phương trình đường chuẩn suy ra giá trị y (% metyl este).
Đo thể tích của sản phẩm (Vsp)
Hiệu suất phản ứng H = ( Vsp/Vdầu)* y
Tất cả các thực nghiệm đều lấy thể tích dầu nguyên liệu là 25 ml. Đo thời gian chảy qua mao quản là x (giây). Đo được thể tích sản phẩm là Vsp
Đối với dầu jatropha cơng thức tích hiệu suất như sau: H= (Vsp/25) * (113,34 - 0,1269 * x)
Đối với dầu ăn thải cơng thức tích hiệu suất như sau: H = (Vsp/25) * (114,57 - 0,1176 * x)