Nghiên cứu chuyển hóa dầu ăn phế thải & mỡ cá thành Bio

BÔ GIAO DUC VA ĐAO TAOTRƯƠNG ĐAI HOC BACH KHOA HA NÔI

----------------------------

BAO CAO LUÂN VĂN THAC SY KHOA HOC

Đề tai: NGHIÊN CƯU CHUYÊN HOA DÂU ĂN PHÊ THAI VA MƠ CA THANH BIODIESEL TRÊN

XUC TAC DI THÊ

Học viên: ĐÔ THI DIÊM THUY

GVHD: PGS.TS ĐINH THI NGO

HA NÔI 2009

WWW.DAYKEMQUYNHON.COM

WWW.FACEBOOK.COM/DAYKEM.QUYNHONWWW.DAYKEMQUYNHON.UCOZ.COM

Nôi dung bao cao

Giới thiệu chung1

Thực nghiệm2

Kêt qua thao luân 3

Kết luận4



GIỚI THIỆU CHUNG

Nguồn nhiên liệu khoang ngày càng cạn kiêt, và tác động lớn đến môi trường.

→Việc nghiên cưu và phat triên nguôn nhiên liệu thay thế đang là viêc lam hêt sưc cân thiêt.

Biodiesel vơi ưu điểm nổi bật:

• Làm giảm đáng kể lượng khí thải đôc hai.

• Có khả năng tái tạo được.

→ Biodiesel là nhiên liệu thay thế được quan tâm hơn cả.



GIỚI THIỆU CHUNG

Nguyên liệu để tổng hợp biodiesel:

BiodieselBiodiesel

Lựa chọn nguyên liệu rẻ tiền, không ảnh hưởng an ninh lương thực: dầu ăn phế thải

và mỡ cá basa.

Dầu thực vật

Mỡ động vật



Giới thiệu chung

Các loại xúc tác được sử dụng:

Xúc tác đồng thể

Xúc tác dị thể

Ví dụ: Na2SiO3, CaSiO3, MgO hoạt hóa bằng NaOH…

Ví dụ: NaOH, CH3ONa, HCl, H2SO4...

Trong đồ án này nghiên cứu xúc tác dị thể MgSiO3



43

2

1Chuân bi nguyên liêu

Tao kêt tua

Loc rưa kêt tua

Sây & nung MgSiO3

ĐIÊU CHÊ XUC TAC



THỰC NGHIỆM

Xử lý dầu ăn thải và mỡ cá

Xác định các chỉ tiêu của dầu thải và mỡ cá

XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU



TỔNG HỢP BIODIEZEL

1. May khuây tư co gia nhiêt

2. Binh câu ba cô

3. Nhiêt kê

4. Sinh han

5. Con khuây tư



5

4

3

2

1

Đanh gia chât lương biodiesel.

Phân tich chât lương và xư ly nguyên liêu.

Đăc trưng xuc tac.

Khao sat cac yêu tô anh hương đên hiêu suât biodiesel.

Thu hôi glyxerin.

6 Đanh gia kha năng tai sư dung, tai sinh xuc tac.



3.1 PHÂN TICH CHÂT LƯƠNG NGUYÊN LIÊU

Vang nhatVang sâmMau săc

TanhKhetMui

5,34,5Ham lương căn răn, % khôi lương

0,450,16Ham lương nươc, % thê tich

03,6Ham lương muôi, % khôi lương

-25Nhiêt đô đông đăc, oC

0,910,90Ty trong

5446Đô nhơt đông hoc ơ 40oC, cSt

8812Chi sô iôt, g I2/100g dâu

198,0193,5Chi sô xa phong, mg KOH/g dâu

3,603,34Chi sô axit, mg KOH/g dâu

Mơ caDâu ăn thaiChi tiêu chât lương

Nguyên liêu co chât lương kem cân xư ly.



0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

0.8

Na2CO3, 4% NaOH 4% KOH 4%

Tác nhân trung hòaCh

ỉ số

axit,

mg

KOH/

g

Dầu thải

Mỡ cá

0

10

2030

40

50

60

7080

90

100

Na2CO3, 4% NaOH 4% KOH 4%

Tác nhân trung hòa

Hiệ

u su

ất, % Dầu thải

Mỡ cá

3.2 XƯ LY NGUYÊN LIÊU

3.2.1. Lưa chon tac nhân trung hoa:

Chon NaOH lam tac nhân trung hoa.

Na2CO3, 4% Na2CO3, 4%



0

0.5

1

1.5

2

2.5

0 2 4 6 8 10 12

Hàm lượng NaOH dư, %

Chỉ

số a

xit,

mgK

OH

/g d

ầu

Dầu thải

Mỡ cá

87

8889

9091

9293

9495

9697

98

0 2 4 6 8 10 12

Hàm lượng NaOH dư, %H

iệu su

ất, %

Dầu thải

Mỡ cá

3.2.2 Anh hương cua lương dư NaOH


Ham lương NaOH dư tôi ưu la 8%.




818591Chưa sạch

Chưa sạch

Chưa sạch

Mỡ ca

83889294Chưa sạch

Chưa sạch

Dâu thaiHiệu suất dầu trung

tinh thu được, %

875432Số lần rửa

3.2.3 Anh hương cua sô lân rưa, nhiêt đô nươc rưa đên hiêu suât thu dâu trung tinh

9191898680Mỡ ca

9393939087Dầu

thảiHiệu suất dầu trung tính thu được, %

9080706050Nhiệt độ nước rửa, oC

Dâu thai: nhiêt đô nươc rưa tôi ưu la 70oC, va 4 lân rưa.

Mơ ca: nhiêt đô tôi ưu nươc rưa tôi ưu la 80oC, va 5 lân rưa.



Vang sẫmVang sẫm Mau sắc

00Ham lượng muối ăn, (% KL)

00Ham lượng tạp chất cơ học, (%KL)

00Ham lượng nước, (% TT)

98122Chỉ số iốt, (g I2/g dầu)

196191Chỉ số xa phòng, (mg KOH/g dầu)

0,50,4Chỉ số axit, (mg KOH/g dầu)

0,900,89Tỷ trọng

5245Độ nhớt, (400C, cSt)

Mỡ caDầu ăn thảiTính chất

CHÂT LƯƠNG NGUYÊN LIÊU SAU KHI XƯ LY:

Nguyên liêu sau khi xư ly co chât lương tôt, cac chi tiêu chât lương đêu đat yêu câu.



3.3 Chế tạo và xác định đặc trưng của xúc tác.

3.3.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nung xúc tác đến hiệu suất thu biodiesel

Nhiệt độ nung tối ưu là 900oC.

0

10

20

30

40

50

60

70

400 600 800 1000

Nhiệt độ nung, oC

Hiệ

u su

ất, %

900

oC




3.3.2 Ảnh hưởng của thời gian nung xúc tác

Thời gian nung tối ưu là 3 giờ.




3.3.3 Phô nhiêu xa tia X cua mâu MgSiO3 đa điêu chê

Phô XRD co xuât hiên cac pic đăc trưng cua MgSiO3.




3.3.4 Ảnh SEM của xúc tác MgSiO3 đã điều chế

Mẫu MgSiO3 điều chế được có dạng hình ông



3.4 Khao sat cac yêu tô anh hương đên qua trinh tông hơp biodiesel

3.4.1 Anh hương cua thơi gian phan ưng

30

35

40

45

50

55

60

2 3 4 5 6 7

Thời gian, giờ

Hiệ

u su

ất,

%

Dầu thải

Mỡ cá

Thơi gian tôi ưu cho ca hai loai nguyên liêu đêu la 6 giơ.



30

35

40

45

50

55

60

65

4 5 6 7 8 9

Lượng xúc tác, g

Hiệ

u su

ất, %

Dầu thải

Mỡ cá


3.4.2 Anh hương cua ham lương xuc tac

Lương xuc tac tôi ưu la 8 g/100ml dâu, mơ.




3.4.3 Anh hương cua ti lê metanol/dâu, mơ

30

35

40

45

50

55

60

65

70

0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8

Tỉ lệ metanol/dầu, v/v

Hiệ

u su

ất, %

Dầu thải

Mỡ cá

Ty lê metanol/dâu thai tôi ưu la 0,5.

Ty lê metanol/mơ ca tôi ưu la 0,6.



10

20

30

40

50

60

70

30 40 50 60 70 80

Nhiệt độ, oC

Hiệ

u su

ất, % Dầu thải

Mỡ cá


3.4.4 Anh hương cua nhiêt đô phan ưng

Nhiêt đô phan ưng tôi ưu la 60 oC.



3.5 KHẢO SÁT CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM SẠCH BIODIESEL

3.5.1 Ảnh hưởng của nhiệt độ nước rửa

Xa phòng446Tạo nhũ nhiềuSố lần rửa, lần


44567Số lần rửa, lần

2/11,5/11/10,8/10,5/1Tỷ lệ nước

rửa/biodiesel, v/v

3.5.2 Ảnh hưởng của tỷ lệ thể tích nước rửa/biodiesel

3.5.3 Ảnh hưởng của tốc độ khuấy trộn

Tạo nhũ46Số lần rửa, lần

MạnhTrung bìnhYếuTốc độ khuấy

trộn



3.6 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM THU ĐƯỢC

Nicolet 6700 FT-IR Spectrometer

Number of background scans:128Number of sample scans: 128Resolution: 2 cm-1

Title Pho chong

***Bio tu mo ca

**Biodiesel tu dau thai - Diem Thuy

35

40

45

50

55

60

65

70

75

80

85

90

%T

ransm

itta

nce

1000 1500 2000 2500 3000 3500

Wavenumbers (cm-1)

3.6.1 Xác định cấu trúc sản phẩmKêt qua chông phô IR cua san phâm biodiesel tư dâu thai va tư mơ ca:

–CO-CH3

–CO–O–

Ca 2 phô trung nhau, va xuât hiên pic đăc trưng cho chưc metyl este.



3.6.1 Xác định cấu trúc sản phẩm

Phô GCMS cua biodiesel tư dâu thai:

.

Phô GC-MS xuât hiên cac pic đăc trưng cho cac metyl este cua axit beo tư C12 – C22.



3.6.1 Xác định cấu trúc sản phẩmPhô GC-MS cua biodiesel tư mơ ca:

Phô GC-MS xuât hiên cac pic đăc trưng cho cac metyl este cua axit beo tư C14 – C22.



3.6.2 Xác định các chỉ tiêu chất lượng sản phẩm

0,00,0Max 0,05D2709Ham lượng nước, % TT

0,00,0<0,05D189Cặn cacbon, % KL

0,20,230,8D974Chỉ số axit,mg KOH/g dầu

5755Min 47D976Chỉ số xetan

46-3 đến 12D2500Điểm vẩn đục, 0C

140157Min. 130D93Nhiệt độ chớp chay, 0C

5,55,61,9 – 6,0D445Độ nhớt, mm2/s ở 400C

40,0040,03-D240Nhiệt trị, MJ/kg

0,880,890,82 – 0,9D4052Tỷ trọng

Biodiesel từ dầu thải

Biodiesel từ

mỡ ca

Biodiesel chuẩnASTM 6751-02

Phương phap ASTM

Chỉ tiêu phân tích

Biodiesel thu đươc tư ca hai loai nguyên liêu đêu đat yêu câu chât lương theo tiêu chuân ASTM.



0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2001

Tốc độ quay, vòng/phút

Cô

ng

su

ất,

W

B20

Diesel

So sánh công suất động cơ khi dùng nhiên liệu B20 và diesel khoáng.

Công suất động cơ giảm không đáng kể khi dùng nhiên liệu B20, và vẫn đảm bảo tính năng tốt của động cơ.



3.7 HÀM LƯỢNG KHÓI THẢI

COCO NONOXXCOCO22 RCHRCH



950

1000

1050

1100

1150

1200

1250

1300

1350

1400

1500

1600

1700

1800

1900

2000

2100

Hµm

l

în

g C

O, p

pm

Biodiezel

Diezel

Tốc độ vòng quay ( vòng/ phút )

Hàm lượng CO trong khói thải động cơ ở các tốc độ khác nhau



Hàm lượng NOX trong khói thải động cơ ở các tốc độ khác nhau

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1400

1600

1800

2000

Tèc ®é vßng quay ( vßng/ phót )

Hµm

lîn

g N

Ox,

ppm

Biodiesel

Diesel



Hàm lượng RH trong khói thải động cơ ở các tốc độ khác nhau

0

200

400

600

800

1000

1200

1400 1600 1800 2000

Tèc ®é vßng quay ( vßng/ phót )

Hµm

lîn

g R

H, p

pm

Biodiesel

Diesel



Hàm lượng CO2 trong khói thải động cơ ở các tốc độ khác nhau



196Glyxerin 98% 142

284glyxerin 100%

Độ nhớt ở 40oC, cP

1,191,261Khối lượng riêng, g/cm3

287290Nhiệt độ sôi (ap suất khi quyển), oC

Vị ngọtVị ngọtVị

Không muiKhông muiMui

Không mauKhông mauMau sắc

Glyxerin thu đượcGlyxerin chuẩnMột số tinh chất hoa lý

Chât lương glyxerin thu đươc:WWW.DAYKEMQUYNHON.COM


SO SÁNH PHỔ HPLC CỦA MẪU GLYXERIN THU ĐƯỢC VỚI MẪU CHUẨN

Phổ HPLC của mẫu glyxerin chuẩn.

Phổ HPLC của mẫu glyxerin tổng hợp.

Mẫu sản phẩm thu được đúng là glyxerin, và ít bị lẫn tạp chất.



3.8 Nghiên cứu tái sử dụng và tái sinh xúc tác.

Có thể tái sử dụng xúc tác 8 lần

30

40

50

60

70

0 2 4 6 8 10

Số lần tái sử dụng, lần

Hiệ

u su

ất, %

Khả năng tái sử dụng.



3.8 Nghiên cứu tái sử dụng và tái sinh xúc tác.

Tái sinh xúc tác.Xúc tác đã qua tái sử dụng nhiều lần thì hoạt tính giảm

nhiều do xà phòng và các tạp chất bám lên bề mặt. Để loại bỏ hết xà phòng ta dùng cồn công nghiệp rửa sạch

xúc tác sau đó sấy khô trong 3h ở nhiệt độ 200oC. Xúc tác sau khi tái sinh tiến hành phản ứng ở điều kiện tối

ưu thu được hiệu suất metyl este là 63,8 %. Ta thấy hiệu suất có giảm so với lần đầu tiên.

Vì thế cần phải bổ sung một lượng nhỏ xúc tác để đảm bảo hiệu suất phản ứng và có thể tái sử dụng nhiều lần tiếp theo.



1. Đã điều chế được xúc tác dị thể MgSiO3, với điều kiện nung tốt nhất là 900oC, 3 giờ.

2. Đã tìm được điều kiện tối ưu cho quá trình xử lý nguyên liệu là:

54Số lần rửa, lần


88Hàm lượng bazơ dư, %

NaOH 4%NaOH 4%Tác nhân trung hòa

Mỡ cáDầu thảiCác điều kiện xử lý tối ưu

3. Đã tổng hợp được biodisel từ dầu ăn phế thải trên xúc tác MgSiO3 với hiệu suất cao nhất là 64,5% trong các điều kiện sau: 100ml dầu thải, hàm lượng xúc tác là 8g, 50ml metanol, nhiệt độ phản ứng là 60oC, thời gian phản ứng là 6 giờ.



4. Đã tổng hợp được biodisel từ mỡ cá trên xúc tác MgSiO3 với hiệu suất cao nhất là 64,4% trong các điều kiện sau: 100ml mỡ cá, hàm lượng xúc tác là 8g, 60ml metanol, nhiệt độ phản ứng là 60oC, thời gian phản ứng là 6 giờ.

5. Xác định các chỉ tiêu kỹ thuật của biodiesel thu được, và thấy rằng biodiesel thu được từ hai loại nguyên liệu đều đạt yêu cầu chất lượng của biodiesel theo tiêu chuẩn ASTM-6751.

6. Đã thử nghiệm B20 trên động cơ diesel, kết quả cho thấy công suất động cơ giảm không đáng kể, tuy nhiên hàm lượng khói thải độc hại CO2, CO, NOx, RH giảm đáng kể.

7. Đã xây dựng quy trình thu hồi glyxerin – một sản phẩm phụ có giá trị, xác định các chỉ tiêu chất lượng, và thấy rằng glyxerin thu được có độ tinh khiết cao, đạt yêu cầu chất lượng.



EM XIN CHÂN THANH CAM ƠN!



Đầu tiên là phản ứng của phân tử rượu với xúc tác bazơ tạo thành alkoxit:Sau đó gốc RO- tấn công vào nhóm cacbonyl của phân tử glyxerit tạo thành

hợp chất trung gian:

Hợp chất trung gian này không bền, tiếp tục tạo một anion và một alkyl este tương ứng:

Cuối cùng là sự hoàn nguyên lại xúc tác theo phương trình:

Xúc tác B lại tiếp tục phản ứng với các diglyxerit và monoglyxerit cũng giống như cơ chế trên, cuối cùng tạo ra các

alkyl este và glyxerin



Tính hiệu suất• Độ chuyển hoá của phản ứng có thể tính theo công thức sau:• C = mbio . Cbio/Mbio/{mdầu/(Mdầu . 3) }.• Trong đó:• mbio, mdầu: khối lượng sản phẩm và khối lượng nguyên liệu, gam.• Cbio : hàm lượng biodiesel có trong sản phẩm.• Mbio , Mdầu: khối lượng phân tử trung bình của biodiesel và của dầu.• Hệ số 3 xuất hiện trong phương trình vì mỗi phân tử glyxerit tạo ra 3 phân

tử metyl este.• Cũng có thể tính độ chuyển hoá của sản phẩm theo lượng glyxerin tạo

thành theo công thức sau:• C = mgly/{ 92.(mdầu/Mdầu) }• Trong đó :• mdầu: khối lượng dầu đem đi phản ứng, gam.• Mdầu: khối lượng phân tử trung bình của dầu thực vật.• mgly: khối lượng glyxerin thu được.• 92 : là khối lượng phân tử của glyxerin.



+Tính toán lượng NaOH cần thiết dùng để trung hòa theo công thức:

x = (D.A.40)/56,1Trong đó:

x: lượng NaOH cần dùng để trung hòa, (g).D: lượng dầu cần trung hòa, (kg).

A: chỉ số axit của dầu đem trung hòa.40: khối lượng phân tử của NaOH.56,1: khối lượng phân tử của KOH.

Trong công nghiệp, người ta dùng NaOH rắn có hàm lượng 92%, nên lượng NaOH 92% cần dùng để trung hòa là: x = (D.A.40)/56,1.100/92

Mặt khác, không những NaOH kết hợp với axit béo tự do, mà còn kết hợp với một số chất khác trong dầu, vì vậy khi tính toán lượng NaOH cho trung hòa cần phải nhân thêm hệ số kiềm dư (thường là

từ 1,05 đến 3).



- Nguyên tắc: Chỉ số xetan được tính toán thông qua tỷ trọng và khoảng nhiệt độ sôi của nhiên liệu:

CI975 = 454,74 – 1641,416.D + 774,74.D2 – 0,554.B + 97,803.(logB)2.

Trong đó : D: là tỷ trọng của nhên liệu tại 15oC xác định theo ASTM D 1298.

B: là nhiệt độ sôi trung bình xác định theo ASTM D 86Phương pháp tính toán này có những hạn chế nhất định như :

- Không áp dụng được cho các nhiên liệu có phụ gia cải thiện trị số xetan

- Mức độ sai lệch giữa trị số xetan và chỉ số xetan phụ thuộc vào thành phần hóa học của nhiên liệu và có thể thay đổi trong giới

hạn rất rộng.



1

2

3

4 5

6

Cặn bẩnGlyxerin sạch

Glyxerin thô

Nước ngưng

Chân không

Metanol đi thu hồi

Sơ đô quy trinh công nghê thu hôi glyxerinWWW.DAYKEMQUYNHON.COM


Documents

Nghiên cứu chuyển hóa dầu ăn phế thải & mỡ cá thành Bio