TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI KHOA HÓA HỌC
BÀI TẬP MÔN HỌC
Nghiên cứu áp dụng bài thực hành “Tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel từ dầu thực vật” vào học phần thực hành Hóa Công nghệ- Môi Trường phục vụ giảng dạy sinh viên ngành Sư phạm Hóa học
Chuyên ngành: Hóa Công nghệ - Môi trường
Người hướng dẫn khoa học: TS. Hồ Phương Hiền Sinh viên
: Vũ Văn Thịnh
Lớp
: K63B
Hà Nội – 2016
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
LỜI CẢM ƠN
Ơ
N
Bài tập môn học này đã được thực hiện tại Khoa Hóa học, Trường Đại học
N
H
Sư phạm Hà Nội. Để hoàn thành bài tập môn học này, em đã nhận được rất nhiều
U Y
sự hướng dẫn và góp ý nhiệt tình của các thầy cô, bạn bè.
TP
.Q
Với lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cám ơn cô giáo
ẠO
TS. Hồ Phương Hiền – người đã giao đề tài, tận tình chỉ bảo và hướng dẫn em
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
hoàn thành bài tập môn học này.
N
G
Em cũng xin chân thành cám ơn các thầy cô trong Khoa Hóa học – Trường
H Ư
Đại học Sư phạm Hà Nội, cùng toàn thể bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình làm
Hà Nội, tháng 5 năm 2016 Sinh viên Vũ Văn Thịnh
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
Em xin chân thành cám ơn!
TR ẦN
bài tập môn học này.
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
MỤC LỤC MỞ ĐẦU .............................................................................................................................. 1
N
1. Lí do chọn đề tài ............................................................................................................... 1
Ơ
2.Mục đích nghiên cứu ......................................................................................................... 2
N
H
3.Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................................................ 2
U Y
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN .............................................................................................. 3
.Q
I.1 Giới thiệu chung về biodiesel ..................................................................................... 3
TP
I.1.1 Khái niệm ..................................................................................................................... 3
ẠO
I.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển ................................................................................... 3
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
I.1.3 Ưu nhược điểm của nhiên liệu Biodiesel ..................................................................... 4
G
I.2 Tổng hợp biodiesel ........................................................................................................ 6
H Ư
N
I.2.1 Phản ứng transester hóa điều chế biodiesel.................................................................. 6 I.2.2 Tác nhân phản ứng tổng hợp ....................................................................................... 7
TR ẦN
I.2.3 Xúc tác dùng trong quá trình tổng hợp biodiesel ........................................................ 7 I.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp biodiesel .......................................... 9
B
I.3 Tình hình sản xuất biodiesel trên thế giới. ............................................................... 10
10 00
I.3.1 Trên thế giới ............................................................................................................... 10 I.3.2 Tình hình sản xuất biodiesel ở Việt Nam................................................................... 11
A
HÓA CHẤT, DỤNG CỤ ........................................................................................ 12
Ó
II.1
H
II.1.1Hóa chất ..................................................................................................................... 12 II.2
-L
Í-
II.1.2Dụng cụ ...................................................................................................................... 12 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU. ............................................ 12
ÁN
II.2.1 Quy trình tổng hợp biodiesel .................................................................................... 12
TO
II.2.2 Khảo sát lựa chọn xúc tác tổng hợp biodiesel .......................................................... 13
ÀN
II.2.3 Cách tiến hành .......................................................................................................... 13
D
IỄ N
Đ
II.2.4 Điều kiện của phản ứng tổng hợp biodiesel với các hệ xúc tác khác nhau ................... 14 II.2.5 Phương pháp tính toán hiệu suất phản ứng ............................................................... 15 II.2.6.Phổ hồng ngoại IR ................................................................................................... 15 II.2.6 Xác định độ nhớt của biodiesel bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2 ...................... 17
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN................................................................ 21
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
III.1. Thế tích của biodiesel và glyxerol và hiệu suất tổng hợp biodiesel với các hệ xúc tác khác nhau ............................................................................................................. 21 III.2. Phổ hồng ngoại của biodiesel ................................................................................. 21
N
III.3. Độ nhớt của biodiesel bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2 ........................... 23
H
Ơ
III.4. Xác định độ nhớt của biodiesel bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2 ........... 27
N
III.5. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN KẾT QUẢ ............................................................. 31
U Y
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 33
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
.Q
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 34
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
DANH MỤC BẢNG BIỂU
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
.Q
U Y
N
H
Ơ
N
Bảng I.1. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM D 6751 ...................... 5 Bảng I.2.So sánh đặc tính Biodiesel với Diesel. ........................................................ 5 Bảng II.1. Điều kiện của phản ứng tổng hợp biodiesel với các hệ xúc tác khác nhau .................................................................................................................................. 14 Bảng II.2. Chuyển đổi từ thời gian chất lỏng chảy sang giá trị độ nhớt của chất lỏng [12] ........................................................................................................................... 18 Bảng III.1:Thế tích của biodiesel và glyxerol và hiệu suất tổng hợp biodiesel với các hệ xúc tác khác nhau .......................................................................................... 21 Bảng III.2. Thời gian biodiesel và dầu thực vật chảy ra khỏi cốc Zahn .................. 23 Bảng III.3. Chuyển đổi từ thời gian chất lỏng chảy sang giá trị độ nhớt của chất lỏng ........................................................................................................................... 29
H Ư
N
DANH MỤC HÌNH ẢNH
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
Hình II.1. Quy trình tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel ................................... 13 Hình II. 2. Hình ảnh quá trình tổng hợp biodiesel ................................................... 15 Hình III.1: Phổ hấp thụ hồng ngoại của biodiesel (a) và dầu thực vật (b) ............... 22
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài
Ơ
N
Trong những năm gần đây, vấn đề năng lượng và môi trường đang được cả thế
N
H
giới quan tâm hàng đầu. Con người phụ thuộc vào nguồn năng lượng chính là dầu
U Y
mỏ và nó đang bị cạn kiệt trong tương lai.Vì vậy nhiều nước trên thế giới đang tìm
.Q
ra các nguồn nguyên liệu thay thế khác và ít ảnh hưởng tiêu cực đến môi trường.
ẠO
TP
Trong đó, nhiên liệu sinh học thay thế biodieselcần phải được kể đến.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Biodiesel còn được gọi là diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất
G
tương tự với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực
H Ư
N
vật hay mỡ động vật. Biodiesel là một loại năng lượng sạch, ít gây độc hại và dễ
TR ẦN
phân giải trong tự nhiên. Nhiên liệu thay thế được ưa chuộng vì có săn trong điều kiện thường, khả năng tái sinh, phát triển bền vững, khả năng phân hủy sinh học, giúp tạo thêm việc làm, phát triển sản xuất nông nghiệp và giảm tác động đến môi
10 00
B
trường.
Nhiều loại nguyên liệu đã được thử nghiệm trong sản xuất biodiesel, từ nguyên liệu
Ó
A
truyền thống đến các nguyên liệu thải. Trong đó nguyên liệu rẻ và có sẵn nhất là
H
dầu ăn và mỡ động vật đã qua sử dụng. Những nghiên cứu về lĩnh vực này đã góp
-L
Í-
phần giảm tác động đến môi trường cũng như giảm chi phí xử lí chôn lấp. Trên
ÁN
thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả những nguồn dầu mỡ có thể
TO
sử dụng đế sản xuất biodiesel. Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật
D
IỄ N
Đ
ÀN
nào phụ thuộc vào nguồn tài nguyên có sẵn và khí hậu từng vùng. Trong bối cảnh thị trường dầu mỏ biến động và ô nhiễm môi trường tăng cao,
việc nghiên cứu thành công và đưa vào sử dụng nhiên liệu sinh học biodiesel làm giảm sự phụ thuộc quá nhiều vào nhiên liệu hóa thạch, giảm thiểu ô nhiễm môi trường là một hướng đi tốt cho bài toán sử dụng nhiên liệu trong tương lai. 1
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Đề tài “Nghiên cứu áp dụng bài thực hành tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel từ dầu thực vật vào học phần thực hành Hóa Công nghệ- Môi Trường
N
phục vụ giảng dạy sinh viên ngành Sư phạm Hóa học” với mục đích đổi mới học
H
Ơ
phần Thực hành Hóa Công nghệ- Môi trường nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy
N
và đào tạo cũng như cho sinh viên tiếp cận những xu hướng công nghệ, nhiên liệu
U Y
mới của thế giới.
TP
.Q
2. Mục đích nghiên cứu
- Đưa ra được quy trình sản xuất biodiesel từ dầu thực vậttối ưu.
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
- Xây dựng bài thực hành “Tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel từ dầu thực
N
H Ư
giảng dạy cho sinh viên Sư phạm Hóa học.
G
Đ
vật” nhằm đổi mới học phần thực hành Hóa Công nghệ-Môi trường phục vụ 3. Nhiệm vụ nghiên cứu
TR ẦN
- Tối ưu quy trình sản xuất biodiesel từ dầu thực vật. - Kiểm tra sản phẩmbiodiesel tạo thành bằng phương pháp đo phổ IR.
10 00
B
- Xây dựng nội dung bài thực hành “Tổng hợp nhiên liệu sinh học Biodiesel từ
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
dầu thực vật”.
2
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN I.1
Giới thiệu chung về biodiesel
N
I.1.1 Khái niệm [11]
H
Ơ
Biodiesel (diesel sinh học) là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu
N
diesel hóa thạch nhưng được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dầu thực vật và mỡ
U Y
động vật và thường được kí hiệu là B100.
TP
.Q
Bản chất của Biodiesel là sản phẩm este hóa giữa methanol hoặc ethanol và
ẠO
axit béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
I.1.2 Lịch sử hình thành và phát triển[12]
N
G
Biodiesel bắt đầu được sản xuất giữa năm 1800, trong thời gian đó người ta
H Ư
chuyển hóa dầu thực vật để lấyglyxerol ứng dụng làm xà phòng và thu được các
TR ẦN
sản phẩm phụ là methyl hoặc ethyl ester gọi chung là biodiesel. Ngày 10/08/1893, lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng biodiesel do ông sáng chế ra để chạy máy.
B
Năm 1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động
10 00
cơ có thể không quan trọng, nhưng trong tương lai chắc chắn sẽ có giá trị không
A
thua gì các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ và than đá”. Trong bối cảnh nguồn tài
H
Ó
nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu lên môi trường của việc sử
Í-
dụng nhiên liệu hóa thạch, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có biodiesel đang ngày
-L
càng khẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế hữu ích. Để tưởng nhớ người đã
ÁN
có công đầu tiên đoán được giá trị to lớn của biodiesel, Nation Board Biodiesel đã
TO
quyết định lấy ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầu từ năm 2002 làm ngày Diesel
D
IỄ N
Đ
ÀN
sinh học Quốc tế (International Biodiesel Day). Trong những năm của thập niên 90, Pháp đã triển khai sản xuất biodiesel từ
dầu hạt cải. Và dùng được ở dạng B5 (5% biodiesel với 95% diesel)và B30 (30% biodiesel và 70% diesel).
3
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
I.1.3 Ưu nhược điểm của nhiên liệu Biodiesel[10] Hiện nay, trên thế giới, phần lớn năng lượng được sử dụng đều khai thác từ dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên. Tuy nhiên tất cả các nguồn năng lượng này đề có
Ơ
N
hạn và tốc độ sử dụng như hiện nay thì sẽ cạn kiệt vào cuối thế kỉ 21. Sự cạn kiệt
N
H
nguồn năng lượng dầu mỏ và vấn đề môi trường thì sự nghiên cứu và phát triển
U Y
nguồn năng lượng thay thế cho dầu mỏ như biodiesel là một tiềm năng lớn nhờ tính
TP
Ưu điểm.
.Q
chất tương tự như diesel và những ưu điểm vượt trội của nó.
ẠO
− Giảm lượng phát thải khí CO2, do đó giảm được lượng khí thải gây ra hiệu
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ứng nhà kính. 0.2% của Diesel).
TR ẦN
− Có khả năng tự phân hủy và không độc.
H Ư
N
G
− Không chứa hoặc có chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0.001% so với
− Biodiesel có chỉ số xetan cao hơn diesel.
B
− Biodiesel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.
10 00
− Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn và an toàn trong bồn chứa cũng như sử dụng.
Ó
A
− Sử dụng nhiên liệu biodiesel ngoài giải quyết vấn đề ô nhiễm môi trường nó
H
còn thúc đẩy ngành công nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành
-L
Í-
nông nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, các loại dầu khác ít có giá trị sử dụng
ÁN
trong thực phẩm.
TO
Nhược điểm − Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn so với diesel gây khó khăn cho các
D
IỄ N
Đ
ÀN
nước có nhiệt độ thấp vào mùa đông. − Hiện nay biodiesel được sản xuất chủ yếu theo mẻ, nên năng suất thấp, chất
lượng sản phẩm không ổn định. − Lượng nhiên liệu phải dùng nhiều hơn diesel để đạt được công suất tương tự như diesel thông thường. 4
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
I.1.4Yêu cầu chất lượng của biodiesel Theo hiệp hội đo lường và thử nghiệm vật liệu Hoa Kỳ (ASTM), chỉ ra chất lượng của biodiesel được quy định theo bảng sau:
Tỷ trọng
0,8-0,9
Độ nhớt (40oC, mm2/s)
1,9-6,0
Nhiệt độ chớp cháy, oC
min 130
Hàm lượng nước, % thể tích
max 0,05
N
G
Hàm lượng lưu huỳnh, % khối lượng
H Ư
Hàm lượng photpho, % khối lượng
TR ẦN
Chỉ số axit, mg KOH/g nhiên liệu Trị số xetan
N
max 0,05
max 0,001 max 0,8 < No3 >47 <0,05
Tổng lượng glyxerin, % khối lượng
max 0,24
Ó
A
10 00
B
Cặn ccbon, % khối lượng
Các chỉ tiêu
Biodiesel
Diesel
Tỷ trọng
0,87-0,89
0,81-0,89
Độ nhớt động học 40oC, cSt
3,7-5,8
1,9-4,1
Trị số xetan
46-70
40-55
Nhiệt độ cal/g
37000
43800
Hàm lượng lưu huỳnh,% kh lg
0-0,0024
0,5
Nhiệt độ vẫn đục, oC
-11-16
-
Điểm rót, oC
60-135
8,6
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Bảng I.2.So sánh đặc tính Biodiesel với Diesel.
IỄ N D
U Y
.Q
TP
ẠO
max 0,02
Đ
Glyxerin tự do, % khối lượng
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Ơ
Giá trị
H
Chỉ tiêu đánh giá
Độ ăn mòn tấm (3h, 50oC)
N
Bảng I.1. Chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel theo ASTM D 6751
5
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Vậy biodiesel có tính chất vật lý rất giống dầu diesel. Tuy nhiên khí phát thải của biodiesel thì tốt hơn dầu diesel. Sản phẩm cháy của biodiesel sạch hơn nhiều so với nhiên liệu diesel, riêng B20 (20% biodiesel, 80% diesel) có thể sử dụng trong các động cơ diesel
Ơ
N
mà không cần phải thay đổi kết cấu động cơ, thực tế các động cơ diesel sẽ chạy tốt hơn
N
H
khipha chế 20% biodiesel.
U Y
I.2Tổng hợp biodiesel
.Q
I.2.1 Phản ứng transester hóa điều chế biodiesel
TP
Phương pháp chuyển hóa este tạo biodiesel là sự lựa chọn tốt nhất vì các đặc
ẠO
tính của các alkyl este rất gần với nhiên liệu diesel thông dụng và các quá trình này
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
cũng tương đối đơn giản, chi phí không cao. Hơn nữa, các alkyl este có thể cháy
H Ư
N
G
trong động cơ mà không cần thay đổi chi tiết của động cơ với sự tạo cặn thấp. Bản R1COOCH2
R1COOR
R2COOCH
Xúc tác
CH
OH
+
B
+ 3ROH
TR ẦN
CH2 OH
R3COOCH2
R3COOR
chất
Glyxerol
quá
-L
Thực
Rượu
Í-
H
Dầu thực vật
Ó
A
10 00
CH2 OH chất hóa học của phản ứng trao đổi este như sau:
R2COOR
trình
Biodiesel
chuyển
hóa
này
ÁN
nàygồmmộtloạtcácphảnứngthuậnnghịchnối tiếpnhau.Tứclà triglyxerit chuyển hóa
TO
từng
bước
thành
diglyxerit,
rồi
từ
diglyxerit
D
IỄ N
Đ
ÀN
chuyểnhóatiếpthànhmonoglixeritvàcuốicùnglàglyxerol: Triglyxerit +ROH Diglyxerit Monoglyxerit
diglyxerit +R1COOR
+ROH +ROH
monoglyxerit+ R2COOR glyxerol + R3COOR
Nhưvậy,sảnphẩmcủaquátrìnhlàhỗnhợpcácalkyleste,glyxerol,ancol,tri-,di, 6
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
monoglyxeritchưaphảnứnghết.Cácmonoglyrexitlànguyênnhânlàmchohỗnhợpsảnphẩ mbịmờ đục. phản
ứng
trao
đổi
este
là
các
ancol
khác
nhau,
Ơ
nhân
H
Tác
N
I.2.2 Tác nhân phản ứng tổng hợp
nguyên
tử
cacbon:
metanol,
etanol,
butanol...
U Y
1đến4
N
alcolđượcsửdụngtrongcácquátrìnhnàythườnglàcácloạialcolđơnchứcchứakhoảngtừ
cao
TP
.Q
Metanolvàetanollàcácloạirượuhayđượcsửdụngnhất.Nhưnghiệuquảkinhtế trongsảnxuất biodiesellàrượumethanol.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
MethanollàmộthợpchấthóahọcvớicôngthứcphântửCH3OH(thườngviếttắtMeO 3
N
G
H),khối lượngphântửM=32đvC, khốilượngriêngd20 4 =0,791g/cm .
H Ư
Methanollàrượuđơngiảnnhất,nhẹ, phân cực, dễbayhơi,khôngmàu,dễcháy. ítônhiễmmôi
ọc,
TR ẦN
Tuyethanolcóưuđiểmlàsảnphẩmcủanôngnghiệp,cóthểtáitạođược,dễbịphânhủysinhh trường
nhưngmetanol(CH3OH)lại
B
đượcsửdụngnhiềuhơndogiáthànhthấphơnrấtnhiều(khoảngmộtnửagiáethanol),vàcho
10 00
phéptáchđồngthờiphaglyxerol, dometanollàrượumạchngắnnhấtvàphâncực. Tuynhiên, chúng ta phải hết sức thận trọng khi làm việc với metanol vì
Ó
A
metanollàmộtchấtđộc,cóthểgâychếtngườinếuuốngphảidùmộtlượngrấtnhỏ,nếutiếpxú mắtcóthểgâymùmắt.Metanollàchấtdễbayhơi,
Í-
H
ctrựctiếpvới
-L
hơicủanókíchứnghệthầnkinhrấtmạnh,gâyđauđầu,chóngmặt,ảnhhưởngrấtlớnđếnsức
ÁN
khỏe.Dođó,tấtcảcácthaotácvớimetanolcầnphảithựchiệntrongtủhút,
TO
đeokhẩutrangphòngđộc,đeogăngtay,đeokínhmắt,dùngphễurót,khôngđểmetanolđổra
ÀN
ngoài.
D
IỄ N
Đ
I.2.3 Xúc tác dùng trong quá trình tổng hợp biodiesel[1, 2, 6] Xúctácbazơđồngthểthườngđượcsửdụngnhấtvẫnlàcácbazơmạnhnhư
NaOH,KOH,…vìxúctácnàychođộchuyểnhóarấtcao,thờigianphảnứngngắn(từ1– 1,5h),nhưngyêucầukhôngđượccómặtcủanướctrongphảnứngvìdễtạoxàphònggâyđặcq 7
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
uánhkhốiphảnứng,giảmhiệusuấttạobiodiesel,gâykhókhănchoquátrìnhsảnxuấtcôngn ghiệp.Quátrìnhtinhchếsảnphẩmkhókhăn.
N
Đểkhắcphụctấtcảcácnhượcđiểmcủaxúctácđồngthể,cácnhàkhoahọchiện
H
Ơ
nayđangcóxuhướngdịthểhóaxúctác.Cácxúctácdịthểthườngđượcsửdụnglà các hợp
N
chất của kim loại kiềm hay kiềm thổ mang trên chất mang rắn như NaOH/MgO, Na2SiO3/MgO,
Na2SiO3/SiO2,
Na2CO3/γ-Al2O3,
U Y
NaOH/γ-Al2O3,
TP
.Q
Al2O3.Cácxúctácnàycũngchođộchuyểnhóakhácao(trên90
KI/γ-
ẠO
%),nhưngthờigianphảnứngkéodàihơnnhiềusovớixúctácđồngthể.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
- Cơchếcủaphảnứngtraođổiestersửdụngxúctácbazơđượcmôtảnhưsau:
G
• Giai đoạn 1: đầu tiên là phản ứng của phân tử rượu với xúc tác bazơ tạo thành
- + CH 3O Na + H 2O
TR ẦN
CH 3O H + NaOH
H Ư
N
các alkoxit ion.
• Giai đoạn 2: sau đó, gốc CH3O- tấn công vào nhóm cacbonyl của phân tử
10 00
B
triglyxerit tạo thành hợp chất trung gian. R'COO CH 2 |
|
CH 2 O
OCR '''
OCH 3 |
C R'" |
O-
O
-L
Í-
H
Ó
| CH 2
|
R''COO CH
A
R''COO CH
- + + CH 3O Na
R'COO CH 2
ÁN
• Giai đoạn 3: hợp chất trung gian này không bền, tiếp tục tạo một anion và
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
một alkyl este tương ứng. R'COO CH 2 | R"CO O CH + CH 3 O C R''' | O CH 2 O -
R'COO CH 2 | R"COO CH OCH 3 | | CH 2 O C R''' | O-
• Giai đoạn 4: phản ứng giữa anion và methanol
8
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
-
R'COO CH2 | + CH 3OR"COO CH | CH 2 OH
+
CH 3O H
N
R'COO CH 2 | R"COO CH + | CH 2 O -
H
Ơ
Sau đó, xúc tác NaOH lại tiếp tục phản ứng với rượu tạo ankoxit ion, các ion
N
này phản ứng với các diglyxerit và monoglyxerit giống như cơ chế trên, cuối
.Q
U Y
cùng tạo thành các alkyl este và glyxerol.
TP
Trong đó: R’, R”, R’” là mạch carbon của axít béo.
ẠO
I.2.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến phản ứng tổng hợp biodiesel[2, 5]
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
a. Ảnh hưởng của độ ẩm và các axít béo tự do
G
Nguyên liệu cho quá trình este hóa triglyxerit với xúc tác kiềm theo Wright
H Ư
N
cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau: nguyên liệu cần phải có trị số axít thấp, phải
TR ẦN
được làm khan hoàn toàn; hàm lượng nước phải rất nhỏ (nước có tác hại vì gây ra phản ứng xà phòng hóa, làm tiêu tốn và giảm hiệu suất phản úng).Mặt khác, glyxerolsinh ra làm tăng độ nhớt, tạo gel làm quá trình tách pha glyxerol gặp khó
10 00
B
khăn. Nếu lượng glyxerolnhiều có thể làm cho khối phản ứng đông đặc lại. Như vậy hàm lượng nước và axit béo tự do trong nguyên liệu có ảnh hưởng
Ó
A
rất mạnh đến hiệu suất chuyển hóa của quá trình trao đổi este. Do vậy công nghệ
Í-
H
sản xuất diesel sinh học phụ thuộc rất nhiều vào nguồn nguyên liệu. Nếu nguyên
-L
liệu có hàm lượng nước và axít béo tự do cao thì nhất thiết phải qua công đoạn xử
ÁN
lý sơ bộ trước khi đưa vào phản ứng.
TO
b. Ảnh hưởng của nhiệt độ phản ứng
ÀN
Phản ứng trao đổi este có thể tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau phụ thuộc
D
IỄ N
Đ
vào loại dầu sử dụng. Nhiệt độ càng cao thì tốc độ tạo thành metyl este càng cao.
Đối với các loại dầu thông dụng, nhiệt độ thường nằm trong khoảng 55oC đến 70oC. Thông thường phản ứng xảy ra tốt nhất ở gần nhiệt độ sôi của rượu. Vì khi nhiệt độ quá cao tốc độ tạo thành gyxerin sẽ tăng lên, vì nhiệt độ sôi của methanol 9
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
là 64,7oC nên nhiệt độ quá cao sẽ làm bay hơi methanol dẫn đến độ chuyển hòa của phản ứng sẽ giảm xuống.
N
c. Ảnh hưởng của tốc độ khuấy
H
Ơ
Do các chất phản ứng tồn tại trong hai pha tách biệt nên tốc độ khuấy trộn đóng
N
vai trò rất quan trọng. Để tăng khả năng tiếp xúc pha, người ta thường sử dụng cách
U Y
khuấy trộn cơ học. Có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng: với cùng một điều kiện phản
TP
.Q
ứng, phản ứng trao đổi este mỡ cá chỉ đạt hiệu suất chuyển hóa 40 % sau 8 giờ, phản ứng với tốc độ khuấy 300 vòng/phút, trong khi ở tốc độ khuấy 600 vòng/phút, độ
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
chuyển hóa đạt 97 % chỉ sau gần 2 giờ.
G
Đ
d. Ảnh hưởng của thời gian phản ứng
H Ư
N
Thời gian phản ứng từ khi bắt đầu đến khi đạt cân bằng rất khác nhau đối với từng loại xúc tác. Vì đây là phản ứng thuận nghịch nên nếu thời gian quá ngắn phản
TR ẦN
ứng chưa đạt đến trạng thái cân bằng, độ chuyển hóa thấp, còn nếu quá dài sẽ xảy ra phản ứng xà phòng hóa đối với xúc tác kiềm.
10 00
B
e. Ảnh hưởng của tỷ lệ mol alcol:dầu
Một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng chuyển hóa phản ứng là
Ó
A
tỷlệmol alcol và triglyxerit. Tỷ lệ phụ thuộc vào loại xúc tác sử dụng. Theo lý
H
thuyết tỷ lệ này là 3 mol alcol và 1mol triglyxerit để tạo thành 3mol este của axit
-L
Í-
béo và 1 mol glyxerol. Trên thực tế phản ứng xảy ra với hiệu suất cao hơn nếu sử
ÁN
dụng một lượng thừa rượu để phản ứng chuyển dịch cân bằng theo chiều thuận.
TO
I.3 Tình hình sản xuất biodiesel trên thế giới
ÀN
I.3.1Trên thế giới
D
IỄ N
Đ
Hiện nay trên thế giới có 50 quốc gia có chương trình nghiên cứu và sử dụng
nhiên liệu sinh học. Các nước APEC đã chọn nhiên liệu sinh học thay thế cho nhiên liệu khoáng sản. Theo như dự báo của các chuyên gia, đến năm 2025 thế giới sẽ sử
dụng 12% nhiên liệu sinh học trong toàn bộ nhu cầu năng lượng, đến năm 2020 các nước EU sẽ dử dụng 20% nhiên liệu sinh học. 10
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Trong chương trình nghị sự của diễn đàn hợp tác Đông Á – Mỹ Latinh (FEALAC) cũng đã bàn đến các nội dụng liên quan đến sản xuất và sử dụng nhiên
N
liệu sinh học. Những nội dung báo cáo chính bao gồm: nguyên liệu cho sản xuất
H
Ơ
biodiesel, công nghiệp sản xuất biodiesel, sản xuất ôtô sử dụng nhiên liệu thay thế,
N
cơ chế chính hỗ trợ.
U Y
Biodiesel được sử dụng hầu hết ở các quốc gia có nền khoa học kĩ thuật phát
TP
.Q
triển tiên tiến như: Mỹ, Pháp, Đức, Canada,… Trữ lượng tiêu thụ gia tăng theo hàng năm và nguyên liệu chủ yếu là dầu thực vật.
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
Với điều kiện ở châu Âu thì cây dầu (Brassica napus) với lượng dầu từ 40%
G
Đ
đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học. Dầu ép
H Ư
N
ra từ cây cải dầu, phần còn lại được dùng trong công nghiệp sản xuất thức ăn cho gia súc. Bằng một phản ứng hóa học transester hóa đơn giản giữa dầu cải (thành
TR ẦN
phần chính là triglycerit) và methanol có sự xuất hiện của xúc tác NaOH hoặc KOH tạo thành methyl ester của axit báo và glyxerol.
10 00
B
Năm 1979, Nam Phi tổng hợp dầu biodiesel từ dầu hướng dương.Năm 1988,
A
Đức sản xuất từ hạt cải dầu.Năm 1978, Mỹ sản xuất từ tảo thực vật.
H
Ó
I.3.2 Tình hình sản xuất biodiesel ở Việt Nam
Í-
Ở nước ta hiện nay một số dự án sản xuất dầu diesel sinh học cũng đã được
-L
triển khai gần đây như dự án điều chế biodiesel từ dầu ăn phế thải. Hệ thống thiết
ÁN
bị sản xuất với công suất 2 tấn/ngày sẽ được triển khai tại công ty Phú Xương,
TO
thành phố Hồ Chí Minh. Theo tính toán ban đầu, với giá thu gom dầu ăn phế thải từ
ÀN
1500 đến 4000 đồng/lít, biodiesel sẽ được sản xuất với giá thành 7500 đồng/lít,
D
IỄ N
Đ
thấp hơn giá diesel trên thị trường. Dự án sẽ được triển khai với lượng nguyên liệu
đầu vào khoảng 4 đến 5 tấn/ngày và liên tục mở rộng cùng với quá trình thiết kế hệ thống thu gom dầu ăn phế thải trên toàn địa bàn thành phố Hồ Chí Minh.
11
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
CHƯƠNG II: THỰC NGHIỆM
N
II.1 HÓA CHẤT, DỤNG CỤ
H
Ơ
II.1.1 Hóa chất
U Y
N
- Natri hyđroxit: chất rắn, tinh khiết, Trung Quốc
.Q
- Kali hyđroxit: chất rắn, tinh khiết, Trung Quốc
TP
- Metanol tinh khiết
ẠO
- Etanol tinh khiết
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
- Natri clorua
G
- Nước cất
H Ư
N
- Dầu thực vật
TR ẦN
II.1.2 Dụng cụ Máy khuấy từ điều nhiệt
-
Cân điện tử
-
Con từ
-
Nhiệt kế
-
Thiết bị đo độ nhớt ZAHN Viscocity cup 405/ 2
-
Cốc 100, 250 ml
-
Phễu chiết 125 ml
-
Pipet, erlen, ống đong, ống hút.
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
-
TO
II.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU.
D
IỄ N
Đ
ÀN
II.2.1. Quy trình tổng hợpbiodiesel
12
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
N
Dầu thực vật
H
Ơ
NaOH/KOH
N
CH3OH/C2H5OH
.Q
U Y
Phản ứng transester hóa
Lớp trên Biodiesel
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
Tách lớp
TR ẦN
H Ư
N
G
Lớp dưới Glyxerol
Rửa nước
Tách, làm khan
Biodiesel sạch
10 00
B
Hình II.1. Quy trình tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel II.2.2.Khảo sát lựa chọn xúc tác tổng hợp biodiesel
Ó
A
Để có quy trình điều chếtối ưu, chúng tôi đã tiến hành khảo sát với các điều
H
kiện xúc tác khác nhau:
-L
Í-
- Hệ xúc tác CH3OH/NaOH.
ÁN
- Hệ xúc tác CH3OH/KOH.
TO
- Hệ xúc tác C2H5OH/NaOH. Quá trình khảo sát được tiến hành với khối lượng xúc tác bazơ như nhau, thể
ÀN
tích ancol và thời gian phản ứng là như nhau.
D
IỄ N
Đ
II.2.3Cách tiến hành - Thêm 15 ml CH3OH vào bình tam giác 50 ml, có con từ. - Đặt bình tam giác lên bếp khuấy từ, chọn tốc độ khuấy mạnh nhưng không làm bắn dung dịch ra ngoài. - Thêm từ từ 0,5 g NaOH, cho rất cẩn thận. Không cho dư NaOH. 13
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
- Quan sát quá trình hòa tan NaOH diễn ra hoàn toàn, lúc này CH3ONa đã được hình thành, CH3ONa là bazo mạnh nên cần thận trọng trong thao tác thí nghiệm.
H N
nhiệt độ 50oC. Khuấy trộn dung dịch với tốc độ khuấy trung bình.
Ơ
N
- Đồng thời thêm 60 ml dầu thực vật vào cốc 200 ml. Đặt cốc lên bếp và giữ ở
U Y
- Sau khi bước 4 kết thúc, thêm từ từ CH3ONa vào dầu thực vật đã đun nóng.
.Q
Chú ý không cho NaOH còn dư vào trong dầu, dung dịch sẽ trở lên vẩn đục.
TP
- Tiếp tục khuấy trộn trong 20 phút.
ẠO
- Chuyển hỗn hợp vào phễu chiết 125 ml. Đợi 20 phút cho hỗn hợp ổn định,
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
glyxerol được hình thành ở lớp dưới. Nếu không quan sát thấy 2 lớp được tách
G
ra, cần làm lại phản ứng để chắc chắn rằng lượng NaOH được cho vào không
H Ư
N
vượt quá 0,5 g.
TR ẦN
- Chuyển glyxerol vào ống đong, đo thể tích.
- Chuyển biodiesel vào ống đong, đo thể tích. - Với các hệ xúc tác CH3OH/KOH, C2H5OH/NaOH, trình tự thí nghiệm cũng
10 00
B
được tiến hành tương tự như trên.
II.2.4 Điều kiện của phản ứng tổng hợp biodiesel với các hệ xúc tác khác nhau
-L
Í-
TT Hệ xúc tác
H
Ó
A
Bảng II.1. Điều kiện của phản ứng tổng hợp biodiesel với các hệ xúc tác khác nhau mbazơ
malcol
Vdầu
T
Tốc độ khuấy
T
(g)
(g)
(ml)
(phút)
(vòng/phút)
(oC)
NaOH/CH3OH
0,5
15
60
60
460
50
2
KOH/CH3OH
0,5
15
60
60
460
50
NaOH/C2H5OH
0,5
15
60
60
460
50
TO
D
IỄ N
Đ
ÀN
3
ÁN
1
14
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
H Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
.Q
U Y
N
H
Ơ
N
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
Hình II. 2. Hình ảnh quá trình tổng hợp biodiesel
Hình II. 3. Hình ảnh quá trình tách chiết biodiesel và thành phần biodiesel thu được sau khi chiết
II.2.5Phương pháp tính toán hiệu suất phản ứng Hiệu suất của phản ứng (kí hiệu là Hbio) được tính theo công thức: 15
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Hbio (%) =
mbiott .100% mbiolt
N
Trong đó:
Ơ
mbiott: khối lượng biodiesel thực tế thu được (gam)
U Y
TP
m bio .M dauthucvat .100% 3m dauthucvat .M bio
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Nên ta suy ra: H bio =
3m dauthucvat .M bio M dauthucvat
.Q
Do nbiolt= 3ndauthưcvat và m biolt =n biolt .M bio =3n dauthucvat .M bio =
N
H
mbiolt: khối lượng biodiesel theo lý thuyết (gam)
Đ
Trong đó:
N
G
nbiolt : số mol biodiesel theo lý thuyết, mol;
H Ư
ndauthucvat: số mol của triglyxerit theo lý thuyết,mol;
: khối lượng mol trung bình của biodiesel (với biodiesel tạo thành từ dầu đậu nành là 292,2) [3];
B
Mbio
TR ẦN
Mdauthucvat: khối lượng mol phân tử của dầu (với dầu đậu nành là 872,03) [3];
: khối lượng của biodiesel thu được (g), có thể cân lên để xác định khối
A
mbio
10 00
mdauthucvat : khối lượng của dầu thamgia phản ứng (g);
H
Ó
lượng.
Í-
II.2.6. Phương pháp đo phổ hồng ngoại IR
-L
Phổ hồng ngoại là một phương pháp xác định nhanh và khá chính xác cấu
ÁN
trúc sản phẩm. Phương pháp này dựa trên nguyên tắc khi chiếu một chùm tia đơn
TO
sắc có bước sóng trong vùng hồng ngoại qua chất phân tích thì một phần năng
ÀN
lượng của tia sáng bị hấp thụ bởi chất phân tích và giảm cường độ tia tới. Sự hấp
D
IỄ N
Đ
thụ tuân theo định luật Lambert- Beer. Phân tử hấp thụ năng lượng sẽ thực hiện các dao động (xê dịch các hạt nhân
nguyên tuer xung quanh vị trí cân bằng) làm giảm độ liên kết các phân tử và các góc hóa trị sẽ thay đổi một cách tuần hoàn. Mỗi nhóm chức hoặc liên kết có một 16
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
tần số đặc trưng bằng các pic trên phổ hồng ngoại. Căn cứ vào các tần số đặc trưng này có thể xác định được cấu trúc đặc trưng của chất cần phân tích.
N
II.2.7. Xác định độ nhớt của biodiesel bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2 [13]
H
Ơ
Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh
U Y
N
ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy, độ nhớt có
.Q
liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong
TP
các hệ đường ống, khả năng thực hiện các quá trình phun, bay hơi của nhiên liệu
ẠO
trong buồng cháy.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Cách xác định độ nhớt bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2:
N
G
- Rửa cốc bằng dung môi hòa tan thích hợp và để khô cốc.
H Ư
- Sử dụng cốc đo độ nhớt Zahn Cup trong điều kiện nhiệt độ 25 độ C.
TR ẦN
- Cho chất lỏng vào trong cốc thủy tinh 250ml. Nhúng nhiệt kế vào trong chất lỏng từ 1-5 phút cho đến khi cốc đạt nhiệt độ cần đo.
B
- Cho cốc Zahn vào cốc thủy tinh chứa chất lỏng cần xác định độ nhớt. Giữ yên
10 00
chất lỏng sau đó nâng từ từ cốc Zahn lên. Khinhấc đáy cốc Zahn lên khỏi bề mặt
A
chất lỏng thì bắt đầu bấm giờ.
H
Ó
- Trong khi chất lỏng chảy ra từ cốc Zahn, giữ cốc cao hơn bề mặt chất lỏng
Í-
khoảng 15cm. Có thể cố định cốc trên một vật cố định. Không giữ cốc Zahn bằng
-L
tay khi đo, cốc sẽ bị nghiêng và bị ảnh hưởng làm cho kết quả không còn chính xác.
ÁN
- Dừng đồng hồ khi chất lỏng chảy ra hết từ cốc đo độ nhớt Zahn .
TO
- Đọc thời gian hiển thị trên đồng hồ bấm giây. Đây sẽ là kết quả đo. Đo lặp lại
D
IỄ N
Đ
ÀN
thêm vài lần nữa. Sau đó so sánh kết quả đo. - Sau khi sử dụng xong rửa sạch cốc và cất ở nơi khô ráo. - Tra bảng chuyển đổi từ thời gian chất lỏng chảy ra hết cốc Zahn (thường đơn vị là giây) ra độ nhớt của chất lỏng (đơn vị centiStoke- cSt).
17
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Bảng II.2. Chuyển đổi từ thời gian chất lỏng chảy sang giá trị độ nhớt của chất lỏng [12] ZAHN Cốc số 3
Cốc số 4
Cốc số 5
15
4
88
148
322
16
7
99
163
17
11
111
178
18
14
123
192
19
18
135
20
21
146
21
25
158
22
28
23
32
24
35
25
H
N U Y .Q
TP
ẠO Đ
391 414 460
252
483
181
266
506
193
281
529
39
205
296
552
42
216
311
575
46
228
326
598
49
240
340
621
53
252
355
644
1
56
263
370
667
2
60
275
385
690
32
3
63
287
400
713
33
4
67
298
414
736
34
6
70
310
429
759
35
7
74
322
444
782
36
8
77
333
459
805
ÀN
TO
ÁN
-L
29 32
N
H Ư TR ẦN
170
10 00 A Ó H
28
G
237
27
Đ
207
368
437
26
IỄ N
345
222
30
D
Ơ
Cốc số 2
B
Cốc số 1
Í-
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
(s)
N
Thời gian
18
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
81
345
474
828
38
10
84
357
488
851
39
11
88
369
503
874
40
12
91
380
518
897
41
13
95
392
533
920
N
42
14
98
404
548
943
43
15
102
415
562
44
17
105
427
577
45
18
109
439
46
19
112
450
47
20
116
462
48
21
119
49
22
123
50
23
126
51
24
52
25
53
26
54
28
55
Ơ
H
U Y .Q
TP
ẠO
1012 1058
636
1081
486
651
1104
497
666
1127
130
509
681
1150
133
521
696
1173
137
532
710
1196
140
544
725
1219
29
144
556
740
1242
30
147
567
755
1265
31
151
579
770
1288
58
32
154
591
784
1311
59
33
158
603
799
1334
60
34
161
614
814
1357
65
40
179
673
888
1472
70
45
196
731
962
1587
N
H Ư
B
TR ẦN
474
10 00 A Ó
H
-L
TO
G
622
Í-
Đ
989 1035
ÀN Đ
966
607
57
IỄ N
592
N
9
56
D
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
37
ÁN
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
19
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
214
790
1036
1702
80
56
231
848
1110
1817
85
61.6
249
907
1184
1932
90
67
266
965
1258
2047
100
78
301
1082
1406
2277
110
89
336
1199
1554
2507
120
100
371
1316
1702
130
111
406
1433
1850
2967
140
122
441
1550
3197
150
133
476
1667
2146
3427
H
N
U Y .Q
TP
G
Đ
1998
N
51
Ơ
75
ẠO
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
2737
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
20
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN III.1. Thế tích của biodiesel và glyxerol và hiệu suất tổng hợp biodiesel với các
Ơ
N
hệ xúc tác khác nhau
H
Bảng III.1:Thế tích của biodiesel và glyxerol và hiệu suất tổng hợp biodiesel với
U Y
N
các hệ xúc tác khác nhau
NaOH/CH3OH
50,95
11,5
KOH/CH3OH
49,30
NaOH/C2H5OH
47,10
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
TP
Glyxerol (ml)
ẠO
Biodiesel (ml)
Hệ xúc tác
.Q
Sản phẩm
81,20 78,60
10,5
75,10
N
G
11
TR ẦN
H Ư
Hiệu suất
Kết quả của Bảng III.1 cho thấy, với hệ xúc tác NaOH/CH3OH, thể tích và
B
hiệu suất biodisel thu được là lớn nhất. Vì vậy chúng tôi chọn hệ xúc tác này để
10 00
tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel trong bài thực hành của học phần Thực hành Hóa Công nghệ- Môi trường.
Ó
A
III.2. Phổ hồng ngoại của biodiesel
H
Với cả hai phổ hấp thụ của biodiesl và dầu thực vật, ở vùng 1800-1700 cm-1,
-L
Í-
đều xuất hiện vân phổ ứng với tần số 1743 cm-1, đặc trưng cho dao động của nhóm
ÁN
carbonyl –CO-O-. Vùng phổ giúp phân biệt biodiesel với dầu thực vật là 1500-900
TO
cm-1, vùng vân ngón tay. Pic ở 1441 cm-1 tương ứng với dao động giãn dài bất đối
ÀN
xứng của −CH3trên phổ hấp thụ của phổ biodiesel và pic này không xuất hiện trong
D
IỄ N
Đ
phổ hấp thụ củadầu thực vật. Cũng trên phổ hấp thụ của dầu thực vật, pic tại 1373 cm-1 được quy kết các nhóm glycerol O−CH2 (trong mono-, di-và triglycerit) và pic này cũng không xuất hiện trong phổ của biodiesel. Dao động giãn dài của O−CH3, tại1192 cm-1 , là đặc trưng của phổ hấp thụ biodiesel. Trong vùng phổ 1075-1100 cm-1, pic tại 1099 cm-1được quykết là dao động giãn dài bất đối xứngcủa O−CH2− 21
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
... -CH2−OH, ứng với phổ hấp thụ của dầu thực vật. Việc so sánh phổ hấp thụ của biodiesel và của dầu thực vật chứng tỏ sản phẩm biodiesel đã được tạo thành sau
TR ẦN
H Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
1441
TP
.Q
U Y
N
H
Ơ
N
phản ứng.
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
a-
1099
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
1373
bHình III.1: Phổ hấp thụ hồng ngoại của biodiesel (a) và dầu thực vật (b) 22
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
III.3. Độ nhớt của biodiesel bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2 Thời gian biodiesel và dầu thực vật chảy ra khỏi cốc Zahn 405/2 được thể hiện
N
trong Bảng III.2. Từ giá trị thời gian thu được, ta sử dụng bảng chuyển đổi II.2, các
N
Bảng III.2.Thời gian biodiesel và dầu thực vật chảy ra khỏi cốc Zahn
H
Ơ
giá trị độ nhớt được xác định.
1
Biodiesel
18
2
Dầu thực vật
28
U Y
Thời gian (s)
Độ nhớt (cSt)
.Q
Mẫu
ẠO
TP
TT
49
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
và độ nhớt của chúng
H Ư
Độ nhớt của dầu thực vật được xác định là 49cSt. Vì thời gian chảy ra khỏi
TR ẦN
cốc Zahn 405/2 của biodiesel là 18s (<20s) nên việc xác định độ nhớt của biodiesel bằng cốc Zahn 405/2 sẽ không chính xác, cần phải chuyển sang sử dụng cốc Zahn
B
405/1. Trong điều kiện phòng thí nghiệm, thiết bị cốc Zahn 405/1 chưa được trang
10 00
bị nên việc xác định độ nhớt của biodiesel chưa được hoàn thành. Tuy nhiên, so
A
sánh giữa hai khoảng thời gian chảy qua cốc Zahn 405/2 của biodiese (18s) và dầu
H
Ó
thực vật (28s), chúng tôi có thể kết luận rằng biodiesel có độ nhớt thấp hơn so với
Í-
dầu thực vật. Biodiesel có độ nhớt thấp của sẽ thuận lợi cho khả năng thực hiện
-L
các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng cũng như, khả năng thực hiện các quá
ÁN
trình phun, bay hơi của nhiên liệu trong buồng cháy.
TO
III.4. Xây dựng nội dung bài thực hành “Tổng hợp nhiên liệu sinh học
D
IỄ N
Đ
ÀN
biodiesel từ dầu thực vật” -học phần Thực hành Hóa Công nghệ-Môi trường
23
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Bài thực hành: TỔNG HỢP NHIÊN LIỆU SINH HỌC BIODIESEL TỪ DẦU THỰC VẬT -
N
I. Nguyên tắc
H
Ơ
Phản ứng transeste hóa
N
Đây là quá trình phản ứng giữa triglyxerit và rượu, tạo thành biodiesel, có thể
U Y
là metyl este hoặc etyl este. Bazơ (NaOH hoặc KOH) được sử dụng làm chất xúc
TP
.Q
tác.
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
Phản ứng như sau:
H Ư
N
(1)
metanol
biodiesel
glyxerol
TR ẦN
dầu thực vật
- Tác nhân phản ứng ROH: thường làCH3OH hoặc C2H5OH phản
ứng
trao
B
nhân
đổi
10 00
Tác
este
là
các
ancol
khác
nhau,
ancolđượcsửdụngtrongcácquátrìnhnàythườnglàcácloạiancolđơnchứcchứakhoảngtừ tử
A
nguyên
cacbon:
metanol,
etanol,
Ó
1đến4
H
Metanolvàetanollàcácloạirượuhayđượcsửdụngnhất.Nhưnghiệuquảkinhtế
butanol... cao
-L
Í-
trongsảnxuất biodiesellàmetanol.
ÁN
Lưu ý: Chúng ta phải hết sức thận trọng khi làm việc với metanol vì
TO
metanollàmộtchấtđộc,cóthểgâychếtngườinếuuốngphảidùmộtlượngrấtnhỏ.Khitiếpxú ctrựctiếpvới
mắt,
nócóthểgâymùmắt.Metanollàchấtdễbayhơi,
Đ
ÀN
hơicủanókíchứnghệthầnkinhrấtmạnh,gâyđauđầu,chóngmặt,ảnhhưởngrấtlớnđếnsức
D
IỄ N
khỏe.Dođó,tấtcảcácthaotácvớimetanolcầnphảithựchiệntrongtủhút,
đeokhẩutrangphòngđộc,đeogăngtay,đeokínhmắt,dùngphễurót,khôngđểmetanolđổra ngoài. - Xúc tác trong quá trình phản ứng 24
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Xúc tác được sử dụng trong quá trình phản ứng là bazơ: NaOH hoặc KOH • Giai đoạn 1: đầu tiên là phản ứng của phân tử rượu với xúc tác bazơ
- + CH 3O Na + H 2O
H
(2)
N
CH 3O H + NaOH
Ơ
N
tạo thành các alkoxit ion.
phân tử triglyxerit tạo thành hợp chất trung gian. |
ẠO |
Đ
CH 2 O
G
OCR '''
OCH 3 |
(3)
C R'" |
O-
H Ư
O
TR ẦN
• Giai đoạn 3: hợp chất trung gian này không bền, tiếp tục tạo một anion và một alkyl este tương ứng.
B
R'COO CH 2 | CH R"COO + CH 3 O C R''' | O CH 2 O -
(4)
H
Ó
A
10 00
R'COO CH 2 | R"COO CH OCH 3 | | CH 2 O C R''' | O-
-L
Í-
- Giai đoạn 4: phản ứng giữa anion và methanol
ÁN
R'COO CH2 | + CH R"COO | CH 2 O-
TO ÀN Đ IỄ N D
R''COO CH
N
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
|
- + + CH 3O Na
R''COO CH | CH 2
R'COO CH 2
TP
R'COO CH 2
.Q
U Y
• Giai đoạn 2: sau đó, gốc CH3O- tấn công vào nhóm cacbonyl của
-
+
CH3O H
R'COO CH2 | CH + CH3O- (5) R"COO | CH 2 OH
Sau đó, xúc tác NaOH lại tiếp tục phản ứng với rượu tạo ankoxit ion, các
ion này phản ứng với các diglyxerit và monoglyxerit giống như cơ chế trên, cuối cùng tạo thành các alkyl este và glyxerol. Trong đó: R’, R”, R’” là mạch carbon của axít béo. - Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng: 25
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
+ Nhiệt độ: tùy thuộc vào loại dầu thực vật được sử dụng, phản ứng có thể tiến hành ở các nhiệt độ khác nhau. Đối với các loại dầu thông dụng thì nhiệt độ thích
N
hợp thường nằm trong khoảng 55-70 oC. Vì khi nhiệt độ quá cao tốc độ tạo thành
N
làm bay hơi methanol dẫn đến độ chuyển hòa của phản ứng sẽ giảm xuống.
H
Ơ
gyxerin sẽ tăng lên, vì nhiệt độ sôi của methanol là 64,7oC nên nhiệt độ quá cao sẽ
U Y
+ Tốc độ khuấy:Do các chất phản ứng tồn tại trong hai pha tách biệt nên tốc độ
TP
.Q
khuấy trộn đóng vai trò rất quan trọng. Để tăng khả năng tiếp xúc pha, người ta thường
ẠO
sử dụng cách khuấy trộn cơ học. Có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng: với cùng một
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
điều kiện phản ứng, phản ứng trao đổi este mỡ cá chỉ đạt hiệu suất chuyển hóa 40 % sau
H Ư
N
vòng/phút, độ chuyển hóa đạt 97 % chỉ sau gần 2 giờ.
G
8 giờ, phản ứng với tốc độ khuấy 300 vòng/phút, trong khi ở tốc độ khuấy 600
TR ẦN
+Thời gian phản ứng:thời gian phản ứng từ khi bắt đầu đến khi đạt cân bằng rất khác nhau đối với từng loại xúc tác. Vì đây là phản ứng thuận nghịch nên nếu thời
B
gian quá ngắn phản ứng chưa đạt đến trạng thái cân bằng, độ chuyển hóa thấp, còn
10 00
nếu quá dài sẽ xảy ra phản ứng xà phòng hóa đối với xúc tác kiềm. + Tỉ lệ mol alcol:dầu: một yếu tố rất quan trọng ảnh hưởng tới khả năng chuyển
Ó
A
hóa phản ứng là tỷlệmol alcol và triglyxerit. Tỷ lệ phụ thuộc vào loại xúc tác sử
Í-
H
dụng. Theo lý thuyết tỷ lệ này là 3 mol alcol: 1mol triglyxerit để tạo thành 3mol
-L
este của axit béo và 1 mol glyxerol. Trên thực tế phản ứng xảy ra với hiệu suất cao
ÁN
hơn nếu sử dụng một lượng thừa rượu để phản ứng chuyển dịch cân bằng theo
TO
chiều thuận.
ÀN
II. CÁCH TIẾN HÀNH
D
IỄ N
Đ
1. Dụng cụ, hóa chất • Dụng cụ, thiết bị: - Máy khuấy từ gia nhiệt, con từ - Cân điện tử - Nhiệt kế 26
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
- Thiết bị đo độ nhớt ZAHN Viscocity cup 405/ 2 - Cốc 100, 250 ml
N
- Phễu chiết 125 ml, pipet, eclen, ống đong, ống hút, đũa thủy tinh.
H
Ơ
• Hóa chất
N
- NaOH, KOH: chất rắn, tinh khiết
U Y
- CH3OH, C2H5OH tinh khiết
TP
.Q
- Natri clorua NaCl, nước cất
ẠO
- Dầu thực vật
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
2. Thực nghiệm
G
Thêm 15 ml CH3OH vào bình tam giác 50 ml, có con từ.Đặt bình tam giác lên
H Ư
N
bếp khuấy từ, chọn tốc độ khuấy mạnh nhưng không làm bắn dung dịch ra ngoài.Thêm từ từ 0,5 g NaOH, cho rất cẩn thận. Không cho dư NaOH.
TR ẦN
Quan sát quá trình hòa tan NaOH diễn ra hoàn toàn, lúc này CH3ONa đã được tạo thành. CH3ONa là bazơ mạnh nên cần thận trọng trong các thao tác thí nghiệm.
10 00
B
Thêm 60 ml dầu thực vật vào cốc 200 ml. Đặt cốc lên bếp và giữ ở nhiệt độ 50oC. Khuấy trộn dung dịch với tốc độ khuấy trung bình, thêm từ từ CH3ONa vào
Ó
A
dầu thực vật đã đun nóng. Chú ý không cho NaOH còn dư vào trong dầu.Tiếp tục
H
khuấy trộn trong 20 phút.
-L
Í-
Chuyển hỗn hợp thu được vào phễu chiết 125 ml. Chờ hỗn hợp ổn định trong
ÁN
20 phút, glyxerol được hình thành ở lớp dưới. Nếu không quan sát thấy hai lớp
TO
được tách ra, phản ứng cần đượcthực hiện lại để chắc chắn rằng lượng NaOH được
ÀN
cho vào không vượt quá 0,5 g.Chuyển glyxerol vào ống đong, xác định thể tích của
D
IỄ N
Đ
glyxerol. Sau đó chuyển biodiesel vào ống đong và xác định thể tích của nó. Xác định độ nhớt của biodiesel thu được bằng thiết bị đo độ nhớt ZAHN
Viscocity Cup 405/1. Sau đó cũng tiến hành đo độ nhớt của dầu thực vật bằng thiết bị đo độ nhớt ZAHN Cup 405/2. So sánh hai giá trị độ nhớt thu được. III.4. Xác định độ nhớt của biodiesel bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/2 27
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặc trưng cho trở lực do ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy, độ nhớt có
N
liên quan đến khả năng thực hiện các quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng trong
H
Ơ
các hệ đường ống, khả năng thực hiện các quá trình phun, bay hơi của nhiên liệu
N
trong buồng cháy.
U Y
Cách xác định độ nhớt bằng thiết bị Zahn Viscocity cup 405/1, 405/2:
TP
.Q
- Rửa cốc bằng dung môi hòa tan thích hợp và để khô cốc.
ẠO
- Sử dụng cốc đo độ nhớt Zahn Cup trong điều kiện nhiệt độ 25 oC.
G
lỏng từ 1-5 phút cho đến khi cốc đạt nhiệt độ cần đo.
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
- Cho biodiesel vào trong cốc thủy tinh 250ml. Nhúng nhiệt kế vào trong chất
H Ư
N
- Cho cốc Zahn vào cốc thủy tinh chứa biodiesel cần xác định độ nhớt. Giữ yên biodiesel thì bắt đầu bấm giờ.
TR ẦN
chất lỏng sau đó nâng từ từ cốc Zahn lên. Khinhấc đáy cốc Zahn lên khỏi bề mặt - Trong khi biodiesel chảy ra từ cốc Zahn, giữ cốc cao hơn bề mặt biodiesel
10 00
B
khoảng 15cm. Có thể cố định cốc trên một vật cố định. Không giữ cốc Zahn bằng tay khi đo, cốc sẽ bị nghiêng và bị ảnh hưởng làm cho kết quả không còn chính xác.
Ó
A
- Dừng đồng hồ khi biodiesel chảy ra hết từ cốc đo độ nhớt Zahn .
H
- Đọc thời gian hiển thị trên đồng hồ bấm giây. Đây sẽ là kết quả đo. Đo lặp lại
-L
Í-
thêm vài lần nữa. Sau đó so sánh kết quả đo.
ÁN
- Sau khi sử dụng xong rửa sạch cốc và cất ở nơi khô ráo.
TO
- Tra bảng chuyển đổi từ thời gian chất lỏng chảy ra hết cốc Zahn (thường đơn
D
IỄ N
Đ
ÀN
vị là giây) ra độ nhớt của chất lỏng (đơn vị centiStoke- cSt).
28
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Bảng III.3.Chuyển đổi từ thời gian chất lỏng chảy sang giá trị độ nhớt của chất lỏng Thời gian
ZAHN Cốc số 3
Cốc số 4
Cốc số 5
15
4
88
148
322
16
7
99
163
345
N
17
11
111
178
368
18
14
123
192
19
18
135
207
20
21
146
21
25
158
22
28
170
23
32
24
35
25
39
26
266
506
193
281
529
205
296
552
42
216
311
575
46
228
326
598
49
240
340
621
53
252
355
644
1
56
263
370
667
2
60
275
385
690
3
63
287
400
713
33
4
67
298
414
736
34
6
70
310
429
759
35
7
74
322
444
782
36
8
77
333
459
805
37
9
81
345
474
828
ÀN
TO
ÁN
-L
30 32
N
H Ư TR ẦN
10 00 A Ó H
29
G
483
181
Ơ
H
U Y .Q
TP
ẠO Đ
437
252
28
Đ
414 460
27
IỄ N
391
237
32
D
222
N
Cốc số 2
B
Cốc số 1
Í-
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
(s)
29
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
84
357
488
851
39
11
88
369
503
874
40
12
91
380
518
897
41
13
95
392
533
920
42
14
98
404
548
943
N
43
15
102
415
562
966
44
17
105
427
577
45
18
109
439
592
46
19
112
450
47
20
116
462
48
21
119
474
49
22
123
50
23
126
51
24
130
52
25
53
26
54
28
55
29
56
Ơ
H
U Y .Q
TP
ẠO
1035 1081
651
1104
497
666
1127
509
681
1150
133
521
696
1173
137
532
710
1196
140
544
725
1219
144
556
740
1242
30
147
567
755
1265
31
151
579
770
1288
32
154
591
784
1311
59
33
158
603
799
1334
60
34
161
614
814
1357
65
40
179
673
888
1472
70
45
196
731
962
1587
75
51
214
790
1036
1702
N
H Ư
B
TR ẦN
486
10 00 A Ó
H
-L
TO
G
636
Í-
Đ
1012 1058
ÀN Đ
989
622
58
IỄ N
607
N
10
57
D
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
38
ÁN
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
30
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
231
848
1110
1817
85
61.6
249
907
1184
1932
90
67
266
965
1258
2047
100
78
301
1082
1406
2277
110
89
336
1199
1554
2507
120
100
371
1316
1702
2737
130
111
406
1433
1850
140
122
441
1550
1998
3197
150
133
476
1667
3427
N
56
TP
.Q
U Y
N
H
Ơ
80
ẠO
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
2146
2967
N
H Ư
III.5. CÔNG THỨC TÍNH TOÁN KẾT QUẢ
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
TR ẦN
• Hiệu suất của phản ứng (kí hiệu là Hbio) được tính theo công thức: Hbio (%) =
10 00
B
Trong đó:
mbiott .100% mbiolt
mbiott: khối lượng biodiesel thực tế thu được (gam)
Í-
H
Ó
A
mbiolt: khối lượng biodiesel theo lý thuyết (gam)
ÁN
-L
Do nbiolt= 3ndauthưcvat và m biolt =n biolt .M bio =3n dauthucvat .M bio =
TO
Nên ta suy ra: H bio =
3m dauthucvat .M bio M dauthucvat
m bio .M dauthucvat .100% 3m dauthucvat .M bio
ÀN
Trong đó:
D
IỄ N
Đ
nbiolt : số mol biodiesel theo lý thuyết, mol; ndauthucvat: số mol của triglyxerit theo lý thuyết,mol; Mdauthucvat: khối lượng mol phân tử của dầu (với dầu đậu nành là 872,03) [3];
31
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
Mbio
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
: khối lượng mol trung bình của biodiesel (với biodiesel tạo thành từ dầu đậu nành là 292,2) [3];
Ơ
: khối lượng của biodiesel thu được (g), có thể cân lên để xác định khối
H
mbio
N
mdauthucvat : khối lượng của dầu tham gia phản ứng (g);
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
N
G
Đ
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
TP
.Q
U Y
N
lượng.
32
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
KẾT LUẬN Trong quá trình làm thực nghiệm chúng tôi đã đưa ra lựa chọn được hệ xúc tác
N
NaOH/CH3OH cho phản ứng tổng hợp biodiesel. Việc so sánh phổ hấp thụ hồng
H
Ơ
ngoại IR của biodiesel và dầu thực vật đã khẳng định sự hình thành sản phẩm
U Y
N
biodiesel sau phản ứng tổng hợp. Độ nhớt của biodiesel đã được tiến hành xác định
.Q
và việc lựa chọn cốc Zahn 405/1 sẽ là tối ưu cho việc xác định độ nhớt.
TP
Bên cạnh đó, chúng tôi đã xây dựng được bài thực hành “Tổng hợp nhiên liệu
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
ẠO
sinh học biodiesel từ dầu thực vật” phục vụ cho việc cải tiến, đổi mới học phần
Đ
Thực hành Hóa Công nghệ-Môi trường phục vụ trong giảng dạy cho sinh viên Sư
N
G
phạm Hóa học và cũng để sinh viên có thể tiếp cận với những xu hướng nhiên liệu
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
TR ẦN
H Ư
mới của thế giới.
33
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt
N
Nguyễn Mộng Hoàng (2010). Nghiên cứu tổng hợp biodiesel từ hạt jatropha
Ơ
1.
N
H
trên xúc tác đồng thể NaOH. Luận văn Thạc sĩ hóa học Trường Đại học Khoa
Đinh Thị Ngọ, Nguyễn Khánh Diệu Hồng (2008). Nhiên liệu sạch và các quá
.Q
2.
U Y
học Tự nhiên.
ẠO
TP
trình xử lý.NXB Khoa học và Công nghệ.
Đ
Bhatt B. I., Vora. V. M., (2006), Stoichiometry, Fifth edition, Tata McGraw-
G
3.
N
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
Tiếng Anh
Gerhard Knothe, John Van Gerpen, Juren Krakl (2005), Tthe biodiesel
TR ẦN
4.
H Ư
Hill.
handbook, AOCS press
Jonathan Melville (2012). Synthesis and Characterization of Biofuels.
6.
Loter. E. Goodwin. J. G (2006). The catalyst of biodiesel synthesis, catalysis.
10 00
B
5.
Ó
H
Naresh N. Mahamuni, Yusuf G. Adewuyi (2009), Fourier transform infrared
Í-
7.
A
42-83.
-L
spectroscopy (FTIR) method to minitor soy biodiesel and soybean oil in
ÁN
transesterification
reactions,
petrodiesel-biodiesel
blends,
and
blend
Sylvester O’ Donnell, Innocent Demshemino, Muhamma Yahaya, Isioma
D
IỄ N
Đ
ÀN
8.
TO
adulteration with soy oil, Energy & Fuels, 23, 3773.
Nawadike, Linus Okoro (2013), A review on the Spectroscopic Analyses of Biodiesel, European International Journal of Science and Technology, Vol 2,
No 7, 141.
34
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial
www.twitter.com/daykemquynhon www.google.com/+DạyKèmQuyNhơn
9.
www.facebook.com/daykem.quynhon www.daykemquynhon.blogspot.com
Rashid Humaid Al Naumi, Sudhir Chitrapady Vish weshwara (2015), Temperature- Viscosity correlation for biodiesel blends derived from corn,
N
olive and palm oil, International Journal of multidisciplinary science and
H
Ơ
engineering, Vol 6, No 11, 21.
U Y
N
Trang web
.Q
10. http://luanvan.net.vn/luan-van/do-an-nghien-cuu-dac-tinh-nhien-lieu-diesel-
TP
sinh-hoc-dung-cho-dong-co-diesel-63766
ẠO
www.daykemquynhon.ucoz.com Produced by Nguyen Thanh Tu MailBox : nguyenthanhtuteacher@hotmail.com
11. http://tailieu.tv/tai-lieu/biodiesel-23475
G
Đ
12. http://www.pi-company.com.vn
H Ư
N
13. http://www.afdc.energy.gov/fuels/biodiesel_production.html
TR ẦN
14. http://www.kdn.se/wp-content/uploads/koverteringstabell.pdf
D
IỄ N
Đ
ÀN
TO
ÁN
-L
Í-
H
Ó
A
10 00
B
15. https://www.gardco.com/pages/viscosity/vi/ez.cfm
35
Sưu tầm bởi GV. Nguyễn Thanh Tú
www.facebook.com/daykemquynhonofficial www.facebook.com/boiduonghoahocquynhonofficial