Dầu nguyên liệu, ancol và chất xúc tác được trộn trong thiết bị phản ứng trong thời gian thích hợp (1-2h) ở nhiệt độ khoảng 60oC.
Quá trình sản xuất biodiesel có thể được thực hiện liên tục hoặc theo chu kỳ. Trên thực tế quá trình thường được thực hiện liên tục qua hai giai đoạn (2 thiết bị phản ứng): khoảng 80% lượng ancol và xúc tác được dùng ở thiết phản ứng thứ nhất. Hỗn hợp phản ứng sau khi tách khỏi pha glycerol được đưa vào thiết bị phản ứng thứ hai để kết thúc phản ứng với lượng ancol và xúc tác còn lại.
Hình 2-3: Quy trình sản xuất biodiesel từ dầu jatropha [9].
Glycerol tạo thành được tách ra khỏi pha este ở máy phân ly hoặc máy ly tâm. Quá trình tách thường xảy ra dễ dàng vì glycerol hầu như không tan trong este. Lượng ancol dư có thể làm chậm quá trình tách vì ancol hòa tan tốt cả glycerol lẫn este. Nhưng không thể loại bỏ lượng ancol dư trước quá trình tách pha vì như thế sẽ dịch chuyển cân bằng về phía tạo ra triglyceride.
Este sau khi tách khỏi glycerol được đưa đến khâu trung hòa và qua tháp tách ancol. Ở khâu trung hòa người ta dùng axit như HCl, axit citric, axit phosphoric để trung hòa lượng xúc tác kiềm dư và lượng xà phòng tạo thành:
KOH + HA → KA + H2O
Tất cả lượng dư xúc tác, xà phòng, muối, ancol và glycerol tự do được tách khỏi biodiesel bằng quá trình rửa nước. Việc trung hòa bằng axit trước khi rửa nước nhằm giảm tối đa lượng xà phòng và lượng nước rửa cần dùng do đó hạn chế được quá trình tạo nhũ tương (nước trong biodiesel với tác nhân tạo nhũ tương là xà phòng), gây khó khăn cho việc tách nước khỏi biodiesel. Biodiesel được làm sạch nước trong tháp bay hơi. Nếu sản xuất ở quy mô nhỏ người ta thường dùng các muối khô để hút nước.
Một số loại nguyên liệu chứa một lượng lớn axit béo tự do. Axit béo tự do phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xà phòng và nước. Thực tế cho thấy rằng quá trình sản xuất biodiesel có thể xảy ra bình thường với hàm lượng axit béo tự do thấp hơn 5%. Khi đó, cần dùng thêm xúc tác để trung hòa axit béo tự do. Lượng xà phòng tạo ra nằm ở mức cho phép.
Khi hàm lượng axit béo tự do lớn hơn 5%, lượng xà phòng tạo ra làm chậm quá trình tách pha este và glycerol, đồng thời tăng mạnh sự tạo nhũ tương trong quá trình rửa nước. Để giảm hàm lượng axit béo tự do, trước phản ứng chuyển vị este, người ta dùng xúc tác axit, như H2SO4, chuyển hóa axit béo tự do thành este (phản ứng este hóa). RCOOH + CH3OH → RCOOCH3
Vì vậy, hàm lượng axit béo tự do là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ cho quá trình sản xuất biodiesel.
Cơ chế chuyển vị este
Tác nhân xúc tác thật sự chính là anion RO- (CH3O- trong trường hợp CH3OH), được tạo thành trong dung dịch ancol:
ROH + XOH → ROX + H2O
ROX RO- + X+ ROH RO- + H+
Anion RO- tấn công vào trung tâm mang điện tích dương của liên kết C+O-, tiếp theo là sự tách phân tử este ra khỏi phân tử triglyceride và sự tạo thành phân tử diglyceride:
Cơ chế này lặp lại cho đến khi tạo thành phân tử glycerol.
Có thể thấy rằng, phản ứng chuyển vị este xảy ra phức tạp, với sự tạo thành sản phẩm trung gian là diglyceride và monoglyceride.
CHƯƠNG 3
TÌM HIỂU THIẾT BỊ PHẢN ỨNG DAO ĐỘNG DÒNG LIÊN TỤC DẠNG VÁCH NGĂN VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ CỦA THIẾT BỊ