Tổng hợp nhiên liệu sinh học biodiesel từ dầu thực vật

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