d. R ử a và s ấ y d ầ u
2.5 TỔNG HỢP BIODIESEL
2.5.1 Tiến hành phản ứng
Thiết bị phản ứng gồm có:
- Máy khuấy từ gia nhiệt. Máy này có thểựiều chỉnh ựược tốc ựộ khuấy và nhiệt ựộ, có rơle ngắt nhiệt nên có thể giữ nhiệt ựộ, cũng như tốc ựộ khuấy ổn ựịnh.
- Bình ba cổ dung tắch 500ml. - Nhiệt kế 100oC.
- Một bộ sinh hàn ống xoắn ruột gà.
Lắp sơ ựồ phản ứng như hình vẽ 2.1. Bình ba cổ có một cổ cắm nhiệt kế ựể theo dõi nhiệt ựộ, một cổ cắm sinh hàn ựể hơi metanol bay lên ngưng tụ trở lại thiết bị phản ứng, một cổựể nạp xúc tác, metanol, dầu nguyên liệu vào cho phản ứng, sau khi nạp xong nguyên liệu phải ựậy kắn cổ này lại ựể tránh hơi metanol bay ra ngoài.
Sau khi lắp sơ ựồ thiết bị xong, cân chắnh xác lượng xúc tác cần thiết cho vào bình phản ứng; dùng ống ựong ựong 50 ml metanol cho thêm vào bình phản ứng, ựậy kắn cổ bình, tiến hành khuấy trộn gia nhiệt 10 phút ựể hoạt hóa xúc tác; lấy 100 ml dầu ăn thải (hoặc mỡ cá) ựã xử lý cho vào bình phản ứng; nâng nhiệt ựộ lên nhiệt ựộ cần khảo sát, và bắt ựầu tắnh thời gian phản ứng.
Sau khi phản ứng thực hiện xong, tiến hành chưng thu hồi metanol dư ở nhiệt ựộ trên 70oC (do nhiệt ựộ sôi của metanol là 64,7oC) trong khoảng thời gian hơn một giờ, sau ựó tháo thiết bị phản ứng. Tiến hành tách pha thu hồi và tinh chế sản phẩm thu ựược.
1. Ống sinh hàn 2. Bình phản ứng
3. Thiết bị khuấy từ gia nhiệt. 4. Nhiệt kế
5. Con khuấy từ
Trong quá trình tiến hành phản ứng cần lưu ý rằng, metanol là một hóa chất rất ựộc hại, dễ bay hơi, và dễ bốc cháy (nhiệt ựộ chớp cháy 10oC), nên quá trình thao tác với metanol trong quá trình làm thắ nghiệm phải hết sức cẩn thận. Khi lấy metanol phải ựeo khẩu trang phòng ựộc, khi rót metanol vào bình phản ứng phải dùng phễu ựể tránh rơi vãi, gây ựộc hại và nguy cơ cháy. Quá trình thực hiện phản ứng phải tiến hành trong tủ hút.
2.5.2 Tinh chế sản phẩm
Hỗn hợp sản phẩm sau khi ựã tách xúc tác, ựược cho vào phễu chiết dung tắch 500 ml, ựể hỗn hợp lắng trong bình chiết càng lâu càng tốt, nhưng thực tế thời gian lắng khoảng 6 Ờ 8 giờ. Hỗn hợp phản ứng ựược phân tách thành hai pha: pha nhẹ gồm chủ yếu là các metyl este có tỷ trọng thấp hơn (d = 0,895 - 0,9) ở trên, pha này có lẫn một ắt dầu dư, metanol dư. Pha nặng chứa chủ yếu là glyxerin và các chất khác như metanol dư, xà phòng có tỷ trọng lớn hơn (dgly = 1,261) ở dưới. Chiết phần glyxerin ở dưới còn phần metyl este ựưa ựi xử lý tiếp.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng ựến quá trình phân tách pha như: lượng metanol, hiệu suất phản ứngẦ
* Tinh chế biodiesel thu ựược:
Sau khi tách, biodiesel còn lẫn tạp chất như metanol, glyxerin,... nên ta tiến hành rửa metyl este ựể tách hết các tạp chất này. Hầu hết các tạp chất này ựều phân cực và tan hoàn toàn trong nước, do vậy có thể rửa sản phẩm bằng nước nóng. Cho metyl este vào cốc 500 ml và rửa bằng nước cất 700C, lượng nước rửa bằng khoảng 80% thể tắch metyl este. Tiến hành khuấy trộn nhẹ khoảng 15 phút, sau ựó hỗn hợp cho vào bình chiết 500 ml ựể lắng cho ựến khi phân tách thành hai pha rõ ràng. Chiết bỏ phần nước rửa ở phắa dưới và tiến hành lại như trên, rửa 3 lần là ựược.
Hình 2.2. Sơựồ chiết sản phẩm
1. Pha biodiesel 2. Pha glyxerin
Sản phẩm sau khi rửa ựược sấy ở 1200C nhằm tách lượng nước bị lẫn vào khi rửa. Sau khi chưng ựược khoảng 30 phút thì cho vào một lượng nhỏ chất hút ẩm silicagen ựể tách hoàn toàn nước ra khỏi sản phẩm.
Nếu trong sản phẩm còn chứa nhiều triglyxerit chưa phản ứng thì chúng ta có thể tiến hành chưng cất phân ựoạn hỗn hợp sản phẩm sau phản ứng ựể lần lượt thu ựược metanol, glyxerin, biodiesel, triglyxerit tinh khiết mà không cần phải tiến hành rửa sản phẩm.
* Thu hồi glyxerin:
Glyxerin là sản phẩm phụ của phản ứng, nhưng chúng tạo thành với lượng lớn và có giá trị kinh tế cao, nên việc thu hồi glyxerin là rất cần thiết.
Sau khi tách pha giàu glyxerin ở dưới còn lẫn ắt metanol, xà phòng,...nên tiến hành rửa bằng nước cất nóng 700C ựể tách xà phòng tạo thành trong quá trình phản ứng và một lượng rất nhỏ metanol. Quá trình rửa tiến hành khoảng 3 lần thì hết cặn. Sau khi rửa, cho hỗn hợp glyxerin có lẫn nước vào bình chưng và chưng ở nhiệt ựộ 1200C trong 30 phút ựể tách hoàn toàn nước, ta thu ựược sản phẩm glyxerin tương ựối tinh khiết.
* Thu hồi xúc tác:
Xúc tác sau khi phản ứng ựược tách ra ựể tiến hành phản ứng tái sử dụng. Sau khi tái sử dụng nhiều lần, xúc tác mất hoạt tắnh thì ựem xử lý ựể tái sinh xúc tác.
2.5.3 Tắnh toán ựộ chuyển hóa của phản ứng
Sau ựó tách riêng biodiesel, glyxerin và có thể tắnh ra ựộ chuyển hoá của phản ứng.
độ chuyển hoá của phản ứng có thể tắnh theo công thức sau: C = mbio . Cbio/Mbio/{mdầu/(Mdầu . 3) }.
Trong ựó:
+ mbio, mdầu: khối lượng sản phẩm và khối lượng nguyên liệu, gam. + Cbio : hàm lượng biodiesel có trong sản phẩm.
+ Mbio , Mdầu: khối lượng phân tử trung bình của biodiesel và của dầu. + Hệ số 3 xuất hiện trong phương trình vì mỗi phân tử glyxerit tạo ra 3 phân tử metyl este.
Cũng có thể tắnh ựộ chuyển hoá của sản phẩm theo lượng glyxerin tạo thành theo công thức sau:
C = mgly/{ 92.(mdầu/Mdầu) } Trong ựó :
+ Mdầu: khối lượng phân tử trung bình của dầu thực vật. + mgly: khối lượng glyxerin thu ựược.
+ 92: là khối lượng phân tử của glyxerin.
Hiệu suất biodiesel thu ựược tắnh theo công thức sau: Y = (Vbio/Vdầu) x 100
Trong ựó:
Vbio: thể tắch biodiesel thu ựược. Vdầu : thể tắch dầu nành ban ựầu.
2.6 PHÂN TÍCH CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM BIODIESEL 2.6.1 Phương pháp phổ hấp thụ hồng ngoại IR