1. Lấy 50 g dầu Dừa (54,6 ml) cho vào bình ba cổ, lắp ống sinh hàn, lắp máy khuấy, lắp thau cách thủy, gia nhiệt đến nhiệt độ đã chọn.
2. Đong thể tích rượu tương ứng với tỷ lệ mol rượu/ dầu đã chọn vào bình tam giác.
3. Cân KOH vào bình tam giác đã chứa rượu. Thao tác cần nhanh gọn để tránh xúc tác kiềm hấp thụ hơi nước trong khơng khí và tránh rượu bay hơi.
4. Lắc đều để xúc tác tan hồn tồn trong rượu.
5. Đổ hỗn hợp xúc tác và rượu vào bình cầu 3 cổ chứa dầu đã gia nhiệt. Sau đĩ lắp các thiết bị thật kín rồi tiến hành gia nhiệt, khuấy trộn liên tục. Giữ nguyên nhiệt độ khơng đổi suốt quá trình phản ứng.
SVTH: Nơng Thanh Tiệp – Lớp :10H5 Trang 33 1) Bình cầu 3 cổ 2) Ống sinh hàn 3) Nhiệt kế 4) Hệ thống khuấy 5) Cánh khuấy 6) Giá đỡ 7) Bếp điện Hình 1: Hệ thống thiết bị phản ứng. IV. Lắng và chiết tách sản phẩm.
Quá trình phân tách dựa vào:
Ester và glycerol khơng hịa tan lẫn nhau do cĩ sự khác biệt về tỷ trong giữa glycerol và ester. Tỷ trọng của biodiesel khoảng 0,84 trong khi tỷ trọng của pha glycerol khoảng 1,05. Tỷ
Rượu Xúc tác kiềm Khuấy trộn P/ứ Ester hĩa Biodiesel/ Glycerol/ Rượu/ Xúc tác Dầu Dừa Rượu/ Xúc tác
SVTH: Nơng Thanh Tiệp – Lớp :10H5 Trang 34
trọng của glycerol phụ thuộc vào lượng MeOH, nước, xúc tác. Tỷ trọng khác nhau là cơ sở để phân tách 2 pha.
Tuy nhiên tỷ lệ phân tách cịn phụ thuộc vào một vài yếu tố khác. Hầu hết các qúa trình sản xuất biodiesel đều sử dụng quá trình khuấy mãnh liệt, ít ra là trong giai đoạn đầu để kết hợp rượu trong pha dầu. Nếu sự hịa trộn tiếp tục trong tồn bộ phản ứng, glycerol cĩ thể phân tán thành những giọt nhỏ mịn trong khắp hỗn hợp. Sự phân tán này địi hỏi trong 1 giờ hoặc nhiều giờ để cho phép các giọt kết hợp lại tạo thành pha glycerol. Ta tiến hành lắng qua đêm để việc phân tách pha diễn ra triệt để.
Sau khi lắng qua đêm hỗn hợp đã tách pha, chiết lấy pha chứa biodiesel và glyxerin.
Hình 2: Thiết bị lắng và chiết tách.
V. Tinh chế sản phẩm.
1. Trung hịa.
a. Mục đích: Trung hịa lượng xúc tác KOH đã dùng
b. Tiến hành: Cho pha chứa biodiesel vào cốc 250 ml, tiến hành khuấy từ và nhỏ từng giọt dung dịch HCl lỗng đến khi pH = 7, kiểm tra bằng giấy quỳ.
2. Rửa Ester
a. Mục đích:
Loại bỏ HCl, ion Cl-.
Loại xà phịng hình thành trong phản ứng chuyển vị Ester.
Loại bỏ Glycerol cịn sĩt.
SVTH: Nơng Thanh Tiệp – Lớp :10H5 Trang 35 b. Cách tiến hành:
Mẫu biodiesel đã trung hịa, tiến hành rửa bằng dung dịch KCl bão hịa và khuấy trộn. Sau đĩ để lắng trong 20 phút và chiết. Tiến hành rửa 3 lần như vậy. Khi đĩ sản phẩm xà phịng ( xà phịng được tạo ra do quá trình phản ứng xà phịng hĩa của axit béo với xúc tác KOH) b ị tách ra khỏi biodiesel. Mục đích của quá trình thêm KCl bão hịa là làm giảm độ tan của xà phịng trong hỗn hợp ester thu được (quá trình hịa tan xà phịng là quá trình thuận nghịch phân ly muối K của axit béo thành ion K+ và anion axetat RCOO- , việc thêm dung dịch KCl bão làm tăng nồng độ K+
do đĩ cân bằng hịa tan xà phịng dịch chuyển theo sang trái. Xà phịng tách ra hịa tan trong dung dịch KCl tách thành pha lỏng khác).
Sau khi rửa bằng KCl bão hịa, tiến hành rửa bằng nước nĩng khoảng 600C, tiến hành 4 lần tương tự như rửa bằng dung dịch KCl bão hịa.
3. Sấy ester.
a. Lý do.
Nếu trong Biodiesel cịn cĩ chứa nước, thì sẽ xảy ra phản ứng hydrolysis triglyceride, tạo ra FFA (Free Fatty Acid):
CH2 CH O C O OR1 CH2 O C O OR2 O C O OR3 + Triglyxerit H2O CH2 CH CH2 O C O OR2 O C O OR3 OH C O OH R1 + Diglyxerit
Nước' Axít beo
b. Cách tiến hành:
Để tách loại nước ta đem hỗn hợp biodiesel/Nước sấy ở nhiệt độ 100o
C ÷ 110oC trong vịng 180 phút
VI. Kết quả thí nghiệm
Do độ chuyển hĩa của phản ứng este hĩa tỷ lệ với độ nhớt của biodiesel thu nên cĩ thể tiến hành đo độ nhớt biodiesel của các mẫu thu được để xác định hiệu suất của phản ứng.
VII. Điều kiện thí nghiệm yêu cầu
Tỷ lệ dầu: MeOH 1:9
Nhiệt độ phản ứng: 45÷500C
Thời gian phản ứng : 90 phút
SVTH: Nơng Thanh Tiệp – Lớp :10H5 Trang 36
VIII. Báo cáo
1. Phương pháp xác định độ nhớt động học (ASTM- D 445) của biodiesel.
Độ nhớt động học là tỷ số giữa độ nhớt động lực và mật độ của chất lỏng. Nĩ là số đo lực cản chảy của một chất lỏng dưới tác dụng của trọng lực.
Nguyên tắc : Đo thời gian tính bằng giây của một thể tích chất lỏng chảy qua mao quản của nhớt kế chuẩn dưới tác dụng của trọng lực ở nhiệt độ xác định. Độ nhớt động học là tích số của thời gian chảy đo được và hằng số nhớt kế. Hằng số nhớt kế cĩ thể nhận được bằng cách chuẩn trực tiếp với các chất chuẩn đã biết độ nhớt. Nhưng thường thì hằng số nhớt kế được cung cấp bởi nhà sản xuất.
Tiến hành : Sử dụng nhớt kế xuơi chiều cĩ đường kính mao quản 100mm, cĩ hằng số C chuẩn đo ở 400C. Nhớt kế phải khơ và sạch, cĩ miền làm việc bao trùm độ nhớt của dầu cần đo, thời gian chảy khơng ít hơn 200 giây và khơng lớn hơn 800 giây.
Chuẩn bị đồng hồ bấm giây
n định nhiệt độ của mơi trường đo
Hút mẫu vào trong nhớt kế. Chờ khoảng 15-20 phút để ổn định nhiệt độ của mẫu. Dùng quả bĩp để bơm đẩy mẫu dầu lên vị trí cao hơn vạch trên trong nhánh mao quản khoảng 5 mm. Cho mẫu chảy tự do và đo thời gian chảy của mẫu (tính bằng giây) từ vạch trên xuống vạch dưới trong nhánh mao quản.
Tính tốn kết quả: Độ nhớt động học được tính theo cơng thức : C.
Trong đĩ :
ν: Độ nhớt động học , cSt τ : Thời gian chảy, s
C : Hằng số nhớt kế, mm2 /s
2. Kết quả thí nghiệm.
Do độ chuyển hĩa của phản ứng este hĩa tỷ lệ với độ nhớt của biodiesel thu được nên cĩ thể tiến hành đo độ nhớt biodiesel của các mẫu thu được để xác định hiệu suất phản ứng. Quá trình thí nghiệm tiến hành ở nhiệt độ 45÷500
C. Tổng hợp từ ba nhĩm ta cĩ bảng số liệu tổng hợp sau: Nhĩm 1 2 3 , s 210,5 192,79 192,62 199,09 196,69 tb, s 210,5 192,705 197,89 , cSt 2,22 2,032 2,087 Với C = 0,010547 mm2/s.
SVTH: Nơng Thanh Tiệp – Lớp :10H5 Trang 37
3. Nhận xét.
Kết quả thí nghiệm:
Độ nhớt động học thu được của biodiesel ở 400C đo theo phương pháp ASTM- D445 là 2,087 cSt so với lý thuyết là 2,656 cSt (sai số là 21%). Nhưng vẫn nằm trong khoảng tiêu chuẩn của biodiesel (2,0 – 4,5).
Sự sai lệch là do trong quá trình phản ứng :
Methanol bị bay hơi vì khi gia nhiệt do quán tính làm nhiệt độ đơi lúc tăng lên tới 60- 70oC.
Trong quá trình sấy ester chưa tách triệt để được nước cĩ trong hổn hợp.
Thiết bị đo độ nhớt cho dung dịch ở 40oC, nhưng nhiệt độ mẫu đo chỉ tương đối.
Phản ứng ester hĩa sản xuất Biodiesel là phản ứng tổng hợp rất phức tạp, thời gian phản ứng dài, yêu cầu cĩ mặt của nước rất nghiêm ngặt. Bởi vì nước và axit béo tự do sẽ tạo ra sản phẩm xà phịng, tiêu hao xúc tác và làm giảm hiệu quả của xúc tác làm cho độ chuyển hĩa phản ứng thấp. Ở mức độ nghiên cứu người ta cân quan tâm đến các yếu tố chính sau:
Tỷ lệ mol của methanol/ dầu.
Lượng xúc tác cho phản ứng.
Thời gian phản ứng.
Tốc độ khuấy.