Luận văn Nghiên cứu sản xuất Biodiesel từ mỡ cá Basa

o, Campuchia, Trung Quốc... Mỡ cá bassa có tỷ trọng nhỏ, không tan trong nước, nhẹ hơn nước. Trong mỡ cá chứa nhiều loại axit béo khác nhau, các axit béo này có mạch cacbon khá dài bao gồm axit béo no và không no với hàm lượng khác nhau (Thành phần acid béo trong mỡ cá được trình bày ở bảng 1, minh họa mỡ nguyên liệu thể hiện ở hình 3).
Một vài đặc tính của mỡ cá basa - Tỷ trọng ở 300C: 0,917 - Chỉ số chiết quang ở 400C: 1,460 - Chỉ số acid (mg KOH/g mẫu): 0,22 - Chỉ số peroxyd (ml Na2S2O3 0,1N): 4 - Chỉ số xà phòng (mg KOH/g mẫu): 196,96 - Chỉ số Iod (gI2/100 g mẫu): 78,72 Hình 3: Mỡ nguyên liệu đã qua sơ chế Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 11 Bảng 2: Thành phần acid béo của mỡ cá basa (Hồ Xuân Thiên, 2006) 2.3.2. Cơ sở lý thuyết Bản chất biodiesel là sản phẩm ester hoá giữa methanol hoặc ethanol và acid béo trong mỡ cá: 100 kg mỡ + 10 kg methanol  100 kg biodiesel + 10 kg glycerin Phương trình chuyển hoá cơ bản như sau : H2C O COR1 HC O COR2 H2C O COR3 + 3 CH3OH Xúc tác H2C OH HC OH H2C OH + R1COOCH3 R2COOCH3 R3COOCH3 Triglyceride Methanol Glycerin Hỗn hợp methylester Trong đó R1, R2, R3 là các gốc acid béo no hoặc không no chứa trong mỡ cá. Chất xúc tác thực hiện chuyển hoá: NaOH
Vai trò chất xúc tác Phản ứng với methanol trước để tạo tiền chất cho các phản ứng chuyển hoá tiếp theo. - Phản ứng 1: Tạo Alkoxide CH3OH + NaOH CH3ONa + H2O TT Acid béo Phân tử lượng M(g) % chiếm trong mỡ cá basa Phân tử lượng triglyceride tương ứng M(g) 1 C12:0 200 0.0391 638 2 C14:0 228 0.8236 722 3 C16:0 256 19.1723 806 4 C16:1 254 0.597 800 5 C18:0 284 6.0779 890 6 C18:1 282 37.0756 884 7 C18:2 280 10.7851 878 8 C18:3 278 0.4558 872 9 C20:0 312 0.1797 974 10 C20:1 310 0.3946 968 11 C20:4 304 0.1916 950 12 C22:0 340 0.2381 1058 13 C24:0 368 19.6478 1142 14 C22:6 326 0.2832 926 Phân tử lượng trung bình 882,92 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 12 Trong môi trường có nước Akoxide phân ly tạo CH3O- và Na+, CH3O- tiếp tục thực hiện phản ứng tiếp theo . - Phản ứng 2: Tạo glyceride anion H2C O COR1 HC O COR2 H2C O COR3 + CH3O- + R2COOCH3 H2C O COR1 HC O- H2C O COR3 Triglyceride Alkoxide Triglyceride anion Methylester - Phản ứng 3: Tạo diglyceride và CH3O- + CH3OH H2C O COR1 HC OH H2C O COR3 H2C O COR1 HC O- H2C O COR3 + CH3O- Triglyceride anionMethanol Diglyceride Alkoxide - Các phản ứng dây chuyền tiếp theo để tạo ra monoglyceride, methylester và cuối cùng tạo ra glycerin và methylester H2C O COR1 HC OH H2C O COR3 + CH3O- H2C O- HC OH H2C O COR3 + R1COOCH3 Diglyceride Alkoxide Monoglyceride anion Methylester + CH3OH + CH3O- H2C OH HC OH H2C O COR3 H2C O- HC OH H2C O COR3 Monoglyceride anion Methanol Monoglyceride Alkoxide + CH3O- H2C OH HC OH H2C O COR3 + R3COOCH3 H2C OH HC OH H2C O- Monoglycerid Alkoxide Glycerianion Methylester Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 13 + CH3OH + CH3O- H2C OH HC OH H2C OH H2C OH HC OH H2C O- anion Methanol Glycerin Alkoxide Như vậy trong quá trình này cứ 1 phân tử triglyceride tác dụng với 3 phân tử CH3OH tạo ra một phân tử glycerol và 3 phân tử methyl ester. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 14 2.3.3 Qui trình sản xuất tham khảo Nguyên liệu Xử lí Methanol Khuấy trộn Để yên Trung hòa bằng methoxide Gia nhiệt 1 H2SO4 95% Khuấy trộn Gia nhiệt 2 Methoxide Khuấy trộn Để yên Dung dịch tách lớp Glycerin Biodiesel thô Rửa Kiểm tra chất lượng Biodiesel Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 15 Thuyết minh quy trình: Nguyên liệu (dầu thực vật hay mỡ động vật) được đem đem xử lí. Sau đó nguyên liệu trải qua 2 giai đoạn của quá trình điều chế biodiesel. * Giai đoạn một: Xúc tác acid. - Nguyên liệu và methanol được cho vào bình phản ứng với tỷ lệ tương ứng 1: 0,08 - Khuấy trộn hỗn hợp trong khoảng 5 phút. - Tiến hành gia nhiệt lần 1 để hỗn hợp phản ứng đạt 35oC, giữ gia nhiệt trong 1 giờ - Bổ sung xúc tác H2SO4 95% và khuấy trộn liên tục với tốc độ 500 – 600 vòng/phút trong 2 giờ, nhiệt độ được duy trì ở 35oC. Khuấy và gia nhiệt diễn ra đồng bộ. Mục đích của giai đoạn này là để thực hiện phản ứng ester hóa các acid béo tự do trong dầu thực vật hay mỡ động vật. Phương trình chuyển hoá như sau: RCOOH + CH3OH + H2O H2SO4 dd R1COOCH3 - Sau đó ngừng gia nhiệt, để yên hỗn hợp trong 8 giờ hoặc qua đêm. - Hỗn hợp sau khi để yên được trung hòa bằng lượng methoxide vừa đủ để loại H2SO4 nhằm kết thúc giai đoạn xúc tác acid, tạo điều kiện thực hiện giai đoạn xúc tác base: 2NaOH + H2SO4 Na2SO4 + 2H2O * Giai đoạn 2: Xúc tác base - Gia nhiệt hỗn hợp vừa trung hòa đến nhiệt độ phản ứng thích hợp. - Cho lượng methoxide còn lại vào và khuấy trộn với tốc độ 500 – 600 vòng/phút khoảng 1 giờ 30 phút thì ngừng khuấy và ngừng gia nhiệt. Ở giai đoạn này xảy ra phản ứng chuyển ester hóa giữa triglyceride và methanol tạo methylester. Quá trình khuấy sẽ giúp các tác chất tiếp xúc tốt với nhau làm tăng hiệu suất phản ứng. - Để yên trong vòng một giờ dung dịch tách thành 2 lớp rõ rệt (Hình 5): Hình 4: Phễu chiết chứa sản phẩm sau khi tách lớp Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 16 • Lớp dưới đáy là glycerin và tạp chất rắn được rút khỏi dung dịch, sau 20 phút chiết rút một lần. • Lớp trên là biodiesel thô. * Chuẩn bị methoxide: Hợp chất kiềm dùng làm xúc tác được hòa tan với methanol. Lượng methanol sử dụng cho mỗi thí nghiệm được tính toán sao cho tổng thể tích methanol dùng theo đúng tỉ lệ đã chọn lựa.. - Rửa biodiesel: Biodiesel tạo thành còn lẫn xúc tác kiềm do đó cần tiến hành rửa để loại kiềm, đưa pH của dung dịch về môi trường trung tính. Biodiesel thường được rửa bằng phương pháp tạo bọt. Thêm một ít axít H3PO4 10% vào nước trước khi rửa. Thực hiện thổi bọt trong 24 giờ, để yên 30 phút. Thu được sản phẩm biodiesel có pH trung tính và màu sắc sáng đẹp hơn . Hình 6 mô tả hệ thống dụng cụ dùng để rửa biodiesel. Hình 5: Rửa sản phẩm Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 17 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.1.1 Nguyên liệu: mỡ cá basa 3.1.2 Hoá chất - Methanol - H2SO4 95% - NaOH - H3PO4 3.1.3 Thiết bị và dụng cụ thí nghiệm - Máy khuấy từ gia nhiệt (Hình 4). - Nhiệt kế - Phễu chiết - Máy đo độ nhớt Hình 6: Khuấy từ gia nhiệt - Các dụng cụ thuỷ tinh: bình tam giác, ống đong 3.2 PHƯƠNG PHÁP THÍ NGHIỆM 3.2.1 Mục tiêu thí nghiệm Tìm ra sự ảnh hưởng tối ưu của các nhân tố: nhiệt độ, tỉ lệ methanol/mỡ, loại xúc tác đến hiệu suất phản ứng. 3.2.2 Nội dung thí nghiệm i. Chuẩn bị mẫu Mỡ cá basa (mỡ sống) được mua từ chợ đem về xử lí và gia nhiệt (thắng mỡ). Kết thúc quá trình gia nhiệt ta được mỡ cá dùng cho thí nghiệm. ii. Bố trí thí nghiệm Thí nghiệm được bố trí khối hoàn toàn ngẫu nhiên 3 nhân tố: - Nhân tố A: Nhiệt độ phản ứng. Các mức độ: A1 = 55oC, A2 = 60oC, A3 = 65oC. - Nhân tố B: tỉ lệ methanol/mỡ. Các mức độ: B1 = 2:10 ; B2 = 1,9:10 ; B3 = 1,8:10 - Nhân tố C: loại xúc tác. Các mức độ: C1 là NaOH, C2 là KOH. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 18 Thí nghiệm lặp lại 3 lần: n = 3. ⇒ Số nghiệm thức = (A*B*C) n = (3*3*2) 3 = 54 nghiệm thức. Mỗi nghiệm thức là một qui trình sản xuất biodiesel. iii. Các thông số cố định - Mỡ cá: 500 ml cho mỗi thí nghiệm. - Tốc độ khuấy trộn - Lượng methanol dùng cho quá trình gia nhiệt 1 với tỉ lệ: 0,8:10 - H2SO4 95%: 0,5 ml - NaOH: 1,55g - KOH: 2,17g Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 19 iv. Sơ đồ bố trí thí nghiệm C1B1 C1B2 C1B3 C2B1 C2B2 A1 A2 A3 C2 B3 Khuấy trộn Glycerin Để yên Dung dịch tách lớp Kiểm tra chất lượng Biodiesel thô Rửa Biodiesel Mỡ cá basa Gia nhiệt 1 Methanol Khuấy trộn Để yên H2SO4 95% Methoxide Trung hoà Gia nhiệt 2 Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 20 v. Chỉ tiêu đánh giá sản phẩm - Hiệu suất phản ứng. - Độ nhớt sản phẩm - pH: trung tính. - Chỉ số acid sản phẩm Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 21 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Biodiesel là sản phẩm của quá trình chuyển ester mỡ cá basa hóa theo qui trình hai bước. Đây là qui trình tương đối phức tạp, có rất nhiều nhân tố ảnh hưởng đến quá trình hình thành sản phẩm biodiesel. Tùy theo mức độ tác động của chúng mà ta cố định hay biến đổi các nhân tố đó. Các nhân tố cố định: - Thể tích mỡ nguyên liệu: 500 ml. - Lượng xúc tác: Acid: 1ml/1 lít mỡ nguyên liệu. NaOH: 31g/1 lít mỡ nguyên liệu. KOH: 43,4g/1 lít mỡ nguyên liệu. - Tốc độ khuấy trộn. - Thời gian phản ứng: giai đoạn 1: 2giờ, giai đoạn 2: 1,5giờ 4.1 SẢN XUẤT BIODIESEL SỬ DỤNG XÚC TÁC NaOH 4.1.1 Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến hiệu suất sản xuất biodiesel Khi thay đổi các điều kiện tiến hành phản ứng chuyển ester hóa trên nguyên liệu mỡ cá basa như: nhiệt độ, lượng methanol tham gia phản ứng, thu được sản phẩm biodiesel với hiệu suất khác nhau. Kết quả về hiệu suất phản ứng được trình bày ở bảng 3. Bảng 3: Hiệu suất của quá trình sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác NaOH (- Ở mỗi nghiệm thức, giá trị oC chỉ nhiệt độ tiến hành phản ứng ở giai đoạn 2, tỉ lệ tiếp theo chỉ tỉ lệ methanol : mỡ sử dụng - Các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu hiện sự khác biệt có ý nghĩa ở mức độ 5%) TT Nghiệm thức Khối lượng thực tế mTT (g) Khối lượng lý thuyết mLT (g) Hiệu suất (%) 1 55oC; 2:10 406,87 460,51 88,35c 2 60oC; 2:10 417,46 460,51 90,65b 3 65oC; 2:10 415,10 460,51 90,14bc 4 55oC;1,9:10 421,72 460,51 91,58ab 5 60oC;1,9:10 419,52 460,51 91,10ab 6 65oC;1,9:10 413,03 460,51 89,69bc 7 55oC;1,8:10 429,03 460,51 93,16a 8 60oC;1,8:10 421,42 460,51 91,51ab 9 65oC;1,8:10 424,09 460,51 92,10ab Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 22 Từ số liệu bảng 3 ta thấy tất cả các nghiệm thức đều cho hiệu suất tương đối cao. Ở tất cả các mức nhiệt độ và mức độ của tỉ lệ methanol/mỡ, phản ứng este hóa đều xảy ra tốt. Tuy nhiên ở các điều kiện (55oC;1,9:10), (60oC;1,9:10), (55oC;1,8:10), (65oC;1,8:10), (60oC;1,8:10) cho hiệu suất cao và khác biệt ý nghĩa so với các điều kiện còn lại. Xét về lợi ích kinh tế đối với chi phí sản xuất, nghiệm thức 55oC, tỉ lệ methanol/mỡ 1,8:10 được chọn lựa ứng với hiệu suất phản ứng là 93,16%. Kết quả trình bày ở bảng 3 được minh họa bằng đồ thị hình 5. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 nghiệm thức hi ệ u su ất Hình 7: Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng theo các nghiệm thức 4.1.2 Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến một số chỉ tiêu chất lượng của biodiesel Sản phẩm biodiesel sau khi được sản xuất, được tiến hành kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng như tỷ trọng, độ nhớt và chỉ số acid, kết quả được trình bày ở bảng 4. Bảng 4: Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel (- Ở mỗi nghiệm thức, giá trị oC chỉ nhiệt độ tiến hành phản ứng ở giai đoạn 2, tỉ lệ tiếp theo chỉ tỉ lệ methanol : mỡ sử dụng - Các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu hiện sự khác biệt có ý nghĩa ở mức độ 5%) TT Nghiệm thức Tỷ trọng (g/ml) Độ nhớt (mm2/s) Chỉ số acid (mgKOH/g) 1 55oC; 2:10 0,8749abc 4,4475b 0,36abcd 2 60oC; 2:10 0,8709abc 5,2200ab 0,41ab 3 65oC; 2:10 0,8638c 5,3036ab 0,39abc 4 55oC;1,9:10 0,8810a 6,3058a 0,44a 5 60oC;1,9:10 0,8795ab 4,9277ab 0,26bcde 6 65oC;1,9:10 0,8655bc 6,0344ab 0,23cde 7 55oC;1,8:10 0,8787ab 4,6354ab 0,19de 8 60oC;1,8:10 0,8726abc 4,6354ab 0,16e 9 65oC;1,8:10 0,8745abc 5,6147ab 0,15e Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 23 Tỉ trọng: Sự chênh lệch về tỉ trọng của biodiesel thu được từ các nghiệm thức khác nhau rất ít. Biodiesel thu được từ nghiệm thức 3 (65oC; 2:10) và 6 (65oC;1,9:10) có tỉ trọng nhỏ hơn và khác biệt ý nghĩa so với sản phẩm thu được ở các nghiệm thức còn lại. Độ nhớt: trong sản xuất biodiesel người ta mong muốn độ nhớt của sản phẩm nằm trong giới hạn cho phép, nhưng càng thấp càng tốt. Sự thay đổi độ nhớt của sản phẩm biodiesel so với nguyên liệu ban đầu là do khi thực hiện phản ứng chuyển ester, đã chuyển hóa các triglyceride có phân tử lượng lớn thành các methyl ester có phân tử lượng nhỏ hơn nhiều. Giới hạn về độ nhớt của biodiesel ở 40oC theo tiêu chuẩn ASTM D 6751 là: 1,9 - 6 (mm2/s). Kết quả ở bảng 4 cho thấy: Nghiệm thức 3 (55oC; 2:10) cho sản phẩm có độ nhớt thấp nhất, khác biệt ý nghĩa so với các nghiệm thức còn lại và là nghiệm thức có độ nhớt tốt nhất. Biodiesel thu được ở hai nghiệm thức 4 (55oC;1,9:10) và 6 (65oC;1,9:10) có độ nhớt không đạt tiêu chuẩn dầu nhiên liệu (>6 mm2/s). Chỉ số acid: giá trị của chỉ số acid của sản phẩm thu được biến động từ 0,15- 0,44mgKOH/g nhưng tất cả các giá trị đó đều đạt yêu cầu về chất lượng nhiên liệu sinh học theo tiêu chuẩn ASTM (<0,8mgKOH/g). Sau quá trình sản xuất, chỉ số acid của mẫu luôn nhỏ do trong qui trình hai giai đoạn, acid béo tự do trong nguyên liệu đã tham gia phản ứng ester hóa với methanol, xúc tác H2SO4 (Giai đoạn 1), đồng thời ở giai đoạn 2, acid trong mẫu đã được trung hòa bởi base. 4.2 SẢN XUẤT BIODIESEL SỬ DỤNG XÚC TÁC KOH 4.2.1 Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến hiệu suất sản xuất biodiesel Khi thay đổi các điều kiện nhiệt độ, lượng methanol tham gia phản ứng với xúc tác KOH, phản ứng chuyển ester hóa trên nguyên liệu mỡ cá basa cho hiệu suất khác nhau được thể hiện ở bảng 5. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 24 Bảng 5: Hiệu suất của quá trình sản xuất biodiesel sử dụng xúc tác KOH (- Ở mỗi nghiệm thức, giá trị oC chỉ nhiệt độ tiến hành phản ứng ở giai đoạn 2, tỉ lệ tiếp theo chỉ tỉ lệ methanol : mỡ sử dụng - Các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu hiện sự khác biệt có ý nghĩa ở mức độ 5%) Kết quả thể hiện ở bảng 3 cho thấy, khi sử dụng xúc tác KOH trong sản xuất biodiesel bằng qui trình 2 giai đoạn cho hiệu suất thu hồi sản phẩm rất cao và sự biến động về hiệu suất giữa các nghiệm không lớn. Giữa 7 nghiệm thức 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 khác biệt không ý nghĩa và có hiệu suất cao hơn 2 nghiệm thức còn lại. Ở điều kiện nhiệt độ 65oC- tỉ lệ methanol/mỡ 2:10 phản ứng chuyển este hóa xảy ra tốt nhất cho hiệu suất cao nhất 95,08%, tuy nhiên nó thể hiện sự khác biệt không ý nghĩa so với nhiệt độ 55oC- tỉ lệ methanol/mỡ 1,8:10. Xét về lợi ích kinh tế nghiệm thức 7 (55oC; 1,8:10; KOH) là nghiệm thức được đề nghị áp dụng. Sự phụ thuộc của hiệu suất phản ứng vào các điều kiện thí nghiệm trong sản xuất biodiesel với xúc tác KOH được thể hiện ở đồ thị hình 6. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 88 89 90 91 92 93 94 95 96 Nghiệm Thức H iệ u Su ất Hình 8: Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc của hiệu suất phản ứng theo các nghiệm thức TT Nghiệm thức Khối lượng thực tế mTT (g) Khối lượng lý thuyết mLT (g) Hiệu suất (%) 1 55oC; 2:10 425,87 460,51 92,48bc 2 60oC; 2:10 435,55 460,51 94,58ab 3 65oC; 2:10 437,83 460,51 95,08a 4 55oC;1,9:10 433,60 460,51 94,17ab 5 60oC;1,9:10 419,13 460,51 91,02c 6 65oC;1,9:10 428,32 460,51 93,01abc 7 55oC;1,8:10 431,82 460,51 93,77ab 8 60oC;1,8:10 434,21 460,51 94,29ab 9 65oC;1,8:10 426,98 460,51 92,72abc Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 25 4.2.2 Ảnh hưởng của các điều kiện phản ứng đến một số chỉ tiêu chất lượng của biodiesel Sản phẩm biodiesel sau khi được sản xuất, được tiến hành kiểm tra một số chỉ tiêu chất lượng như tỷ trọng, độ nhớt và chỉ số acid, kết quả được trình bày ở bảng 6. Bảng 6: Một số chỉ tiêu đánh giá chất lượng biodiesel (- Ở mỗi nghiệm thức, giá trị oC chỉ nhiệt độ tiến hành phản ứng ở giai đoạn 2, tỉ lệ tiếp theo chỉ tỉ lệ methanol : mỡ sử dụng - Các chữ cái khác nhau trên cùng một cột biểu hiện sự khác biệt có ý nghĩa ở mức độ 5%) Tỉ trọng: Kết quả ở bảng 6 cho thấy không có sự khác biệt ý nghĩa về tỷ trọng của biodiesel thu được ở 9 nghiệm thức đã thực hiện. Điều này cho phép kết luận khi sử dụng xúc tác KOH trong sản xuất diesel sinh học bằng quy trình 2 giai đoạn cho sản phẩm có tỷ trọng ổn định. Độ nhớt: Tất cả các giá trị độ nhớt của biodiesel thu được ở các nghiệm thức đều đạt yêu cầu về chỉ tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn ASTM. Sản phẩm thu được ở nghiệm thức 1 (55oC; 2:10) có độ nhớt thấp nhất, khác biệt ý nghĩa so với các nghiệm thức còn lại. Chỉ số acid: Biến động trong khoảng từ 0,13-0,29, tuy nhiên không có sự khác biệt ý nghĩa các giá trị chỉ số acid của các sản phẩm thu được từ 9 nghiệm thức khác nhau. Tất cả các giá trị đều đạt yêu cầu về chất lượng. Mẫu biodisel thu được từ nghiệm thức 3 (65oC; 2:10) được tiến hành phân tích các chỉ tiêu ăn mòn tấm đồng, hàm lượng lưu huỳnh, hàm lượng phospho; thu được các kết quả sau: TT Nghiệm thức Tỷ trọng (g/ml) Độ nhớt (mm2/s) Chỉ số acid (mgKOH/g) 1 55oC; 2:10 0,8795a 3,6332b 0,17a 2 60oC; 2:10 0,8800a 5,7316a 0,29a 3 65oC; 2:10 0,8758a 4,1030ab 0,18a 4 55oC;1,9:10 0,8762a 4,2909ab 0,24a 5 60oC;1,9:10 0,8666a 4,4162ab 0,17a 6 65oC;1,9:10 0,8809a 5,3558ab 0,24a 7 55oC;1,8:10 0,8744a 5,2932ab 0,16a 8 60oC;1,8:10 0,8796a 5,1052ab 0,13a 9 65oC;1,8:10 0,8729a 5,7630a 0,24a Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 26 Bảng 7: Kết quả phân tích một số chỉ tiêu biodiesel TT Chỉ tiêu Hàm lượng Đánh giá theo tiêu chuẩn ASTM 1 Ăn mòn tấm đồng Không ăn mòn Đạt 2 Hàm lượng lưu huỳnh, % 0,0009 Đạt 3 Hàm lượng phospho, % 0,006 Không đạt 4.3 THẢO LUẬN CHUNG 4.3.1 Ảnh hưởng của loại xúc tác đến hiệu suất thu hồi Phân tích thống kê sự khác biệt về hiệu suất thu hồi biodisel khi dùng 2 loại base khác nhau làm chất xúc, thu được kết quả ở bảng 8. Bảng 8: Ảnh hưởng của loại xúc tác sử dụng lên hiệu suất phản ứng tạo biodiesel Loại xúc tác NaOH KOH Hiệu suất(%) 91,3098b 93,4548a Từ kết quả thống kê cho thấy có sự khác biệt ý nghĩa về hiệu suất thu hồi sản phẩm biodiesel giữa 2 loại xúc tác đã sử dụng. Xúc tác KOH cho hiệu suất cao hơn và sản phẩm đạt tiêu chuẩn hơn xúc tác NaOH. 4.3.2 Ảnh hưởng của nhiệt độ, tỉ lệ methanol/mỡ đến hiệu suất phản ứng i. Ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất phản ứng Ảnh hưởng của nhiệt độ tiến hành phản ứng chuyển ester hóa đến hiệu suất phản ứng tạo diesel sinh học được thể hiện ở bảng 9. Bảng 9: Ảnh hưởng của nhiệt độ lên hiệu suất phản ứng tạo biodiesel Nhiệt độ (oC) 55 60 65 Hiệu suất (%) 92,6364a 92,172a 92,3385a Kết quả ở bảng trên cho thấy không có sự khác biệt ý nghĩa về hiệu suất thu hồi ở 3 mức độ nhiệt độ khác nhau. Yếu tố nhiệt độ không ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi sản phẩm. ii. Ảnh hưởng của tỉ lệ methanol/mỡ đến hiệu suất phản ứng Bảng 10: Ảnh hưởng của tỉ lệ methanol/mỡ lên hiệu suất phản ứng tạo biodiesel Tỉ lệ methanol : mỡ 1,8:10 1,9:10 2:10 Hiệu suất (%) 93,0956a 91,8052ab 92,2461b Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 27 Kết quả thể hiện ở bảng 10 cho thấy có sự tác động của tỉ lệ methanol sử dụng đến hiệu suất phản ứng. iii. Tương tác giữa nhiệt độ và tỉ lệ methanol/mỡ đến hiệu suất phản ứng Theo kết quả thống kê: có sự tương tác giữa nhiệt độ và tỉ lệ methanol/mỡ đến hiệu suất phản ứng, nhiệt độ không tác động đến hiệu suất phản ứng nhưng tỉ lệ methanol/mỡ tác động đến hiệu suất phản ứng. Bên cạnh đó, từ số liệu bảng 9 và bảng 10 cho thấy có sự tỉ lệ giữa nhiệt độ và tỉ lệ methanol/mỡ. Có nghĩa là nếu nhiệt độ thấp thì tỉ lệ methanol/mỡ thấp và ngược lại. Điều này có thể giải thích như sau: nhiệt độ càng cao tốc độ bốc hơi của methanol càng nhanh. Từ đó ta có thể kết luận: nhiệt độ phụ thuộc vào tỉ lệ methanol/mỡ. Do đó nên chọn nhiệt độ theo tỉ lệ. Trong sản xuất nên chọn nhiệt độ thấp và tỉ lệ methanol/mỡ thấp để giảm chi phí sản xuất. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 28 Hình 9: Lắng và tách lắng sản phẩm Hình 10: Sản phẩm biodiesel Hình 11: Glycerin và tạp chất Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 29 CHƯƠNG V KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 5.1 KẾT LUẬN Qua quá trình nghiên cứu và tiến hành thí nghiệm thu được các kết quả như sau: - Khi sản xuất biodiesel bằng bằng phương pháp chuyển este hóa theo qui trình hai giai đoạn với xúc tác NaOH, tiến hành thí nghiệm chuyển ester ở nhiệt độ 55oC, lượng methanol dùng cho 1 lít mỡ nguyên liệu là 180 ml (tỉ lệ 1,8:10) cho hiệu suất phản ứng cao, sản phẩm thu được có độ nhớt và chỉ số acid đạt yêu cầu. - Đối với quy trình sản xuất tương tự, sử dụng xúc tác KOH, điều kiện thí nghiệm cho kết quả tốt nhất (hiệu suất phản ứng cao, sản phẩm thu được có độ nhớt và chỉ số acid đạt yêu cầu) là: nhiệt độ 65oC, tỉ lệ methanol : mỡ nguyên liệu 2:10. - Khi so sánh các chỉ tiêu sản phẩm thu được ứng với 2 loại xúc tác khác nhau, cho thấy: + Đối với qui trình 2 giai đoạn nên chọn xúc tác KOH. + Nhiệt độ tiến hành thí nghiệm phụ thuộc vào tỉ lệ methanol/mỡ sử dụng. Quy trình sản xuất đề nghị cho sản xuất biodiesel từ 1 lít mỡ nguyên liệu như sau: Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 30 Nguyên liệu Xử lí Methanol, 80ml Khuấy trộn Để yên Trung hòa bằng methoxide Gia nhiệt 1: 55oC H2SO4 95%, 1ml Khuấy trộn 2 giờ Gia nhiệt 2: 65oC Methoxide Khuấy trộn 1,5 giờ Để yên Dung dịch tách lớp Glycerin Biodiesel thô Rửa 24 giờ Kiểm tra chất lượng Biodiesel Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 31 5.2 KIẾN NGHỊ Do thời gian tiến hành thí nghiệm tương đối ngắn, đề tài còn mới mẻ nên đề tài còn nhiều vấn đề nếu có điều kiện cần được nghiên cứu tiếp: - Nghiên cứu xử lý, ứng dụng glycerin. - Xác định thành phần hóa học của biodiesel, phân tích các chỉ tiêu còn lại. Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 32 TÀI LIỆU THAM KHẢO Clements. D, 2004. Biodiesel Production Technology. Colorado- US: NXB National Renewable Energy Laboratory. Jiri Davidek và cộng sự, 1990, chemical chang during food processing, Elsevier Lê Ngọc Tú, 1996, Hóa sinh học công nghiệp, NXB khoa học và kỹ thuật. Báo cáo khoa học của Viện khoa học và công nghệ Việt Nam tại hội thảo lần thứ nhất 23/08/2006. Báo cáo dự án sản xuất biodiesel, 2006, Hồ Xuân Thiên. Các trang web Luận văn Tốt nghiệp khóa 28- 2007 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 33 PHỤ LỤC PHỤ LỤC 1: KHỐI LƯỢNG THỰC TẾ PHỤ LỤC 2: TÍNH HIỆU SUẤT THU BIODIESEL Hiệu suất thu biodiesel được xác định dựa vào lượng biodiesel thu được. H = LT TT m m . 100% , (%) H: hiệu suất thu biodiesel, % mLT: khối lượng biodiesel lý thuyết, g mTT: khối lượng biodiesel tinh khiết từ qui trình sản xuất, g Tính mLT: mLT = nb . Mb, (g) nb: số mol biodiesel, mol Mb: phân tử lượng biodiesel, g/mol Tính nb: Từ bảng số liệu 2.3.1 ta tính được phân tử lượng trung bình của triglyceride. TT Nghiệm thức Thể tích thực tế (ml) Tỉ trọng(g/ml) Khối lượng thực tế(g) 1 55oC; 2:10; NaOH 465.05 0.8749 406.87 2 60oC; 2:10; NaOH 479.34 0.8709 417.46 3 6