Luận văn Nghiên cứu sản xuất dầu Biodiesel từ dầu ăn đã qua sử dụng

: - Chưng cất: dựa vào sự chênh lệch nhiệt độ sôi của các chất để thu được sản phẩm tinh khiết. - Dùng hóa chất: yêu cầu hóa chất không tác dụng hóa học với chất lỏng, có khả năng hút nước mạnh, không hòa tan trong chất lỏng, có tác dụng làm khô nhanh, rẻ, dễ tìm. iv. Kiểm tra độ pH pH nhiên liệu tốt nhất xấp xỉ bằng 7 vì nếu pH của nhiên liệu cao hay thấp quá đều ảnh hưởng đến mức độ ăn mòn thíêt bị. Thông thường muốn xác định pH của nhiên liệu có thể sử dụng quỳ tím hoặc máy đo pH. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 15 2.4.6 Vận chuyển và bảo quản dầu biodiesel Khi đã sản xuất, rửa, làm khô, biodiesel được đổ vào thùng tồn trữ và đem đi bảo quản. Công tác giữ gìn và bảo quản dầu biodiesel về cơ bản giống như dầu diesel, nó có tầm quan trọng đặc biệt nhằm giữ cho nhiên liệu có phẩm chất tốt. Chính vì vậy ta phải làm tốt một số quy định sau: - Những dụng cụ như thùng phuy dùng để chứa dầu biodiesel khi vận chuyển cũng như khi ở kho phải sạch sẽ và có nắp đậy cẩn thận. - Nhà kho phải thoáng mát và nhất thiết phải xây dựng bằng vật liệu không cháy hoặc khó cháy, nền nhà kho phải lát gạch, bêtông,... và có dụng cụ cứu hỏa đầy đủ. - Không đựng, chứa dầu vào thùng bị rò chảy. - Nhiên liệu có cặn bẩn nên dồn vào một thùng hoặc phuy và tiếp tục để lắng từ 4 -6 ngày, rồi đem sử dụng phần trong sạch. - Tuyệt đối không được dùng dầu biodiesel có cặn bẩn vượt quá quy đinh cho phép. - Các bể hoặc thùng chứa dầu cần được xúc rửa tối thiểu một năm một lần. 2.4.7 Một số tính chất của biodiesel cần quan tâm khi bảo quản Khi vận chuyển và tồn trữ biodiesel ta nên quan tâm đến một số vấn đề sau: nhiệt độ, sự oxi hóa, tính tan của nhiên liệu và sự tương thích của nhiên liệu với thiết bị tồn trữ. i. Nhiệt độ Tất cả nhiên liệu diesel có thể bị đông đặc ở nhiệt độ thấp. Điểm đông đặc biodiesel trung bình khoảng -5,3oC nhưng giá trị thường khoảng (-14) - 0 oC. Nhiệt độ để đông đặc biodiesel thì cao hơn diesel và phụ thuộc vào thành phần của biodiesel ( B. Rice et al.,1997). Thông thường methyl ester bão hòa sẽ có điểm đông đặc cao hơn methyl ester chưa bão hòa. Do đó khi tồn trữ biodiesel ở thời tiết lạnh cần có vật liệu cách nhiệt, bộ phận khuấy. ii. Độ ổn định oxi hóa Một yêu cầu gần đây được thêm vào ASTM D6751 là độ ổn định oxy hóa. Quá trình oxy hóa có thể dẫn đến tạo ra các acid gây ăn mòn nguyên nhân cho các vấn đề vận hành và tuổi thọ động cơ. Biodiesel chứa hợp chất có các mạch acid béo không no, các hợp chất này rất dễ bị oxy hóa trong quá trình tồn trữ, bảo quản hơn so với dầu diesel thông thường từ dầu mỏ (petroleum diesel). Khi nhiên liệu bị đông đặc, tất cả các nhiên liệu có khả năng bền với sự oxi hóa. Sự oxi hóa dẫn đến xảy ra phản ứng giữa nhiên liệu với oxi và chất xúc tác. Phản ứng này liên quan đến sự hiện diện của liên kết C = C trong nhiên liệu. Khi tăng liên kết C = C thì làm giảm tính ổn định oxi hóa trong nhiên liệu. Sự giảm tính ổn định oxi hóa trong Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 16 nhiên liệu tỉ lệ thuận với số liên kết C=C. Sự oxi hóa có thể được biểu thị bởi chỉ số acid cao, độ nhớt tăng và hình thành cặn lắng. Để ngăn chặn sự oxi hóa biodiesel có thể dùng chất chống oxi hóa như TBHQ (t-butyl hydroquinone), tocopherol. iii. Tính tan Tính tan của biodiesel cao hơn diesel mặc dù sự hòa tan của nó chỉ đạt mức trung bình. Nhờ có đặc tính này, chất cặn còn dư trong khi tồn trữ có thể bị hòa tan bởi biodiesel. Đặc tính hòa tan của biodiesel có thể được giảm bởi cách sử dụng kết hợp với diesel. Đặc biệt, nếu biodiesel tinh khiết thì tính tan của nó sẽ giảm gần như hoàn toàn khi bổ sung 20% hoặc ít hơn vào diesel. iv. Tính tương hợp Tính tương hợp với thiết bị tồn trữ cũng là đặc tính quan trọng. Biodiesel bảo quản tốt trong bao bì là thép không gỉ hoặc nhôm. Sự oxi hóa và chất cặn lắng trong biodiesel hoặc diesel có thể xảy ra bởi đồng thau, đồng thiếc, đồng đỏ, chì, thiếc, kẽm. Biodiesel có thể tương thích với polymer. 2.5 CÁC TIÊU CHUẨN DẦU BIODIESEL Ở MỘT SỐ QUỐC GIA 2.5.1 Tiêu chuẩn chất lượng cho biodiesel Để bảo vệ công suất và tuổi thọ của các động cơ thì việc sản xuất và sử dụng rộng rãi biodiesel đòi hỏi việc đưa ra những tiêu chuẩn chất lượng, dành riêng cho biodiesel: như: EN14214 (The European Standards Organization), ASTM D6751 (the American Society of Testing Material), Khi đảm bảo được những tiêu chuẩn chất lượng này, biodiesel có thể được trộn với dầu diesel để sử dụng trong động cơ diesel. i. Hàm lượng tri-, di-, monogliceride Độ không chuyển hóa hay chuyển hóa một phần các glyceride của nguyên liệu sản xuất biodiesel (dầu thực vật, dầu ăn thải, hoặc mỡ động vật) được biết là nguyên nhân làm tắt nghẽn đầu phun nhiên liệu và tạo cặn bẩn đọng trên xy lanh của động cơ diesel. Chính những thành phần này làm tăng độ nhớt, giảm độ bền oxi hóa nên là nguyên nhân làm giảm tuổi thọ cho động cơ. Về cấu trúc hóa học, đây là các hợp chất mono-, di-, và triglyceride. Cấu trúc này gồm phần “cột sống” là thành phần glycerin nối với một, hai hay ba gốc acid béo bởi liên kết ester. Nếu lượng trigliceride nhiều thì sẽ tạo hiện tượng nổ cục bộ. Vòi phun của động cơ diesel có cơ chế phun bằng sương và nổ bằng áp lực trong khi đó trigliceride là một dạng của thuốc nổ nên nó sẽ nổ mãnh liệt hơn so với sự nổ do cháy. Điều này dẫn đến hai khả năng: Thứ nhất không làm cho động cơ hoạt động được, thứ hai làm phá huỷ động cơ, có thể làm nổ tung động cơ. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 17 ii. Tổng lượng glycerin Chính là tổng phần glycerin chứa trong các glyceride và glycerin tự do. Glycerin không tan trong biodiesel có độ nhớt cao. Nếu thành phần tổng glycerin còn quá cao trong thành phần của biodiesel thì trong quá trình hoạt động của động cơ, dưới tác động của nhiệt độ, chúng sẽ tạo nên các sản phẩm polymer dẫn đến hiện tượng lắng và đó là nguyên nhân chính gây tắc nghẽn béc phun dầu. Trong khi đó, nếu thành phần glycerin tự do quá cao thì không chỉ ảnh hưởng đến việc kích nổ, mà bản thân nó còn là một chất gây nổ (đồng thời khi nổ sẽ sinh nhiệt rất lớn), thậm chí không kiểm soát được, máy nóng hơn bình thường, dẫn đến phá hỏng máy. Để bảo vệ động cơ, lò đốt gây ra bởi các thành phần này, ASTM D6751 giới hạn tổng hàm lượng glycerin tối đa là 0,24 % khối lượng. iii. Độ nhớt Đặc trưng cho tính lưu biến của dầu cũng như ma sát nội tại của dầu. Nó nói lên tính đặc loãng của nhiên liệu, nhiên liệu càng đặc thì độ nhớt càng lớn, ngược lại nhiên liệu loãng thì độ nhớt nhỏ. Quan trọng hơn, độ nhớt đánh giá khả năng bôi trơn, sự phun xa và sự bốc hơi nhiên liệu khi phun vào động cơ. Nếu nhiên liệu có độ nhớt quá nhỏ, hạt nhiên liệu phun sẽ nhỏ hơn, dễ bốc hơi nhưng phun không được xa, do đó không trộn đều được với không khí. Ngược lại nếu độ nhớt trong biodiesel quá cao sẽ làm giảm khả năng phun dầu của động cơ, dẫn đến hiện tượng nghẽn béc phun. Do đó khi sản xuất nhiên liệu phải có độ nhớt nằm trong khoảng quy định. iv. Methanol và độ chớp cháy Hàm lượng methanol trên 0,2 % khối lượng trong tiêu chuẩn EN14214 nhưng không đề cập đến trong ASTM D6751. Tuy nhiên, hàm lượng methanol có thể hạn chế thông qua chỉ tiêu độ chớp cháy (càng nhiều methanol, độ chớp cháy càng thấp). Độ chớp cháy của nhiên liệu biểu thị tính bốc hơi và nói lên độ nguy hiểm về cháy có thể xảy ra khi bảo quản, vận chuyển hay dùng nhiên liệu ở những nơi không thoáng gió. Độ chớp cháy là yếu tố quyết định cho sự phân loại tính dễ cháy của nhiên liệu. Yêu cầu độ chớp cháy không nhỏ hơn 120oC trong EN14214 tương ứng với hàm lượng methanol nhỏ hơn 0,2% vì nếu 120oC thấp hơn thì nhiên liệu sẽ dễ cháy khi tồn trữ. v. Hàm lượng nước và tạp chất Là chỉ tiêu để đánh giá độ tinh khiết của nhiên liệu. Nước lẫn vào nhiên liệu làm tăng sự điện ly của các chất gây ăn mòn có lẫn trong sản phẩm. Đối với B100 (dầu chứa 100% biodiesel) thì sự hiện diện của nước có thể là nguyên nhân gây nên hiện tượng thủy phân ester, hàm lượng acid tự do tăng. Ngoài ra nó còn tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển trong bồn chứa nhiên liệu. Khi nhiên liệu chứa tạp chất vượt quá quy Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 18 định sẽ làm tắc hệ thống nhiên liệu, đặc biệt vòi phun của bơm cao áp. Do đó trong quá trình bơm hút, tồn chứa, tiếp nhận, cấp phát, vận chuyển,...cần hết sức cẩn thận không cho tạp chất lẫn vào. vi. Chỉ số acid Chỉ số acid là sự đánh giá trực tiếp những acid béo tự do trong dầu. Những acid béo có thể dẫn đến sự ăn mòn động cơ và giúp đánh giá sự có mặt của nước trong nhiên liệu. Thông thường, trong quá trình phản ứng có chất xúc tác thì mức độ acid sau khi phản ứng thường giảm vì chất xúc tác sẽ phản ứng với acid béo tự do. Tuy nhiên lượng acid có thể tăng theo thời gian khi nhiên liệu tiếp xúc với không khí và nước. Do đó cần phải thường xuyên kiểm tra khi bảo quản biodiesel. vii. Ăn mòn lá đồng Là chỉ tiêu giúp đánh giá mức độ ăn mòn tấm đồng của nhiên liệu và dung môi hiện diện. Chỉ tiêu này giúp kiểm tra sự hiện diện của acid trong nhiên liệu. viii. Chỉ số cetan Tính cháy của nhiên liệu biodiesel biểu thị khả năng tự cháy thông qua chỉ tiêu chất lượng là chỉ số cetan, nó là sự đo lường duy trì sự cháy của một nhiên liệu, thời gian bắt đầu nạp và đốt nhiên liệu. Nếu chỉ số cao sẽ duy trì sự cháy ngắn. Còn nếu chỉ số thấp hơn mức qui định thì sẽ gây tiếng ồn trong động cơ, ngoài ra nó còn làm tăng chất cặn, lắng làm hao mòn động cơ và tiêu hao năng lượng.  Do đó tỉ lệ pha trộn biodiesel là bao nhiêu không quan trọng bằng chất lượng điều chế biodiesel. Chính chất lượng điều chế biodiesel mới tác động trực tiếp đến quá trình hoạt động của động cơ và biodiesel, nếu có một số chỉ tiêu không được khống chế ở một giới hạn cho phép thì sẽ là nguyên nhân gây hỏng động cơ diesel. 2.5.2 Tiêu chuẩn dầu biodiesel ở Châu Âu và Mỹ Do điều kiện tự nhiên của mỗi vùng khác nhau nên tiêu chuẩn để đánh giá chất lượng biodiesel cũng khác nhau. Sau đây là bảng thể hiện tiêu chuẩn dầu biodiesel của 2 khu vực Châu Âu và Mỹ thông dụng hiện nay. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 19 Bảng 2. Tiêu chuẩn dầu biodiesel ở một Châu Âu và Mỹ (www.biofuel.arc.ab.ca) EN14214: Chỉ tiêu chất lượng biodiesel của CEN (The European Standards Organization). ASTM D6751: Tiêu chuẩn chung về chất lượng biodiesel của ASTM (the American Society of Testing Material). 2.6 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CẦN LƯU Ý KHI SỬ DỤNG DẦU BIODIESEL Khi sản xuất biodiesel dùng cho động cơ trong xe tải, tàu, điều cần thiết là phải hiểu nguyên tắc hoạt động của động cơ đó như thế nào để tạo ra sản phẩm phù hợp. Sau đây là nguyên tắc hoạt động của động cơ diesel.  Nguyên tắc hoạt động của động cơ diesel - Động cơ diesel còn gọi là động cơ nén cháy, là một loại động cơ đốt trong mà nhiên liệu là dầu diesel, có nguyên lý hoạt động hoàn toàn khác với động cơ có bộ chế hoà khí dùng xăng làm nhiên liệu. - Trong động cơ diesel không có nến đánh lửa (bugi) để đốt cháy hỗn hợp khí. Sự cháy của hỗn hợp khí trong buồng đốt của động cơ diesel là sự tự cháy. Không khí trong buồng đốt được nén tới một áp lực, mà khi đó nhiệt độ của không khí cao hơn nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu. Nhiên liệu được tạo thành hơi qua thiết bị phun sương, gặp không khí nóng hơi nhiên liệu tự bùng cháy, động cơ bắt đầu làm việc theo đúng chu kỳ của động cơ đốt trong. - Còn đối với những động cơ đang chạy dầu diesel nguồn gốc dầu mỏ mà muốn chạy nhiên liệu pha với biodiesel thì có thể pha đến 20% với điêu kiện biodiesel phải sạch hoàn toàn và có độ nhớt chấp nhận được. Các chỉ tiêu EN14214 ASTM D6751 Khối lượng riêng (g/cm) Độ nhớt (mm2/s) Độ chớp cháy (°C) Hàm lượng nước và tạp chất (wt.%) Ăn mòn lá đồng Chỉ số cetan Methanol (wt.%) Glycerin tự do (wt.%) Chỉ số acid (mgKOH/g) Glycerin tổng số (wt.%) 0,86 -0,90 3,5-5,0 >120 <500 1 >51 <0,2 <0,02 <0,5 <0,25 - 1,9-6,0 >130 <500 <=3 >47 - <0,02 <0,8 <0,24 Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 20  Một số vấn đề cần lưu ý khi sử dụng biodiesel - Khi sử dụng biodiesel tức là chúng ta sẽ dùng ít diesel thông thường hơn, nhưng thực tế là tỷ lệ biodiesel trong hỗn hợp nhiên liệu dùng cho động cơ cũng khá nhỏ. Hầu hết các nhà sản xuất động cơ diesel đều khuyến cáo là chỉ nên pha khoảng 5 – 20 % biodiesel vào diesel. Trong điều kiện thời tiết lạnh, tỷ lệ biodiesel có thể còn thấp hơn. - Một ưu điểm của biodiesel có thể lại trở thành nhược điểm khi được sử dụng thực tế ở các loại xe cơ giới: dễ bị phân hủy bằng sinh học và đi cùng là không bền lâu. Ôxi hóa và nước tích tụ sẽ làm xấu đi các tính chất của biodiesel sau một thời gian tồn trữ. Vì thế mà biodiesel thường ít được khuyên dùng cho các xe ít được vận hành. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 21 CHƯƠNG III PHƯƠNG TIỆN VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.1 PHƯƠNG TIỆN THÍ NGHIỆM 3.1.1 Địa điểm và thời gian - Địa điểm: Thí nghiệm được thực hiện tại Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm, khoa Nông Nghiệp & Sinh Học Ứng Dụng, trường Đại Học Cần Thơ. - Thời gian: bắt đầu từ 7/12/2007 đến 12/4/2008. 3.1.2 Nguyên vật liệu Dầu ăn sau quá trình chiên thực phẩm được thu gom tại Bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm. 3.1.3 Hóa chất - Các hóa chất sử dụng chính trong thí nghiệm như: Methanol, NaOH, H2SO4 95%, H3PO4 10%. - Các hóa chất dùng để chuẩn độ: KOH 0,1N, cồn 96o, Na2S2O3 0,01N, HCl 0,5N, acid acetic, cloroform, KI, phenolphthalein, hồ tinh bột. 3.1.4 Dụng cụ, thiết bị thí nghiệm - Phễu chiết. - Máy khuấy từ gia nhiệt. - Nhiệt kế. - Máy đo độ nhớt. - Cân điện tử. - Waterbath. - Thiết bị sủi bọt khí. - Các bình tam giác, ống đong, ống hút, cốc thủy tinh 3.2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 3.2.1 Mục tiêu nghiên cứu Tìm ra thông số nhiệt độ và tỉ lệ methanol/dầu thích hợp nhất để hiệu suất thu hồi dầu biodiesel cao và các chỉ tiêu chất lượng như: tỷ trọng, chỉ số acid, độ nhớt, pH đạt yêu cầu theo tiêu chuẩn ASTM D6751. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 22 3.2.2 Bố trí thí nghiệm i. Sơ đồ bố trí thí nghiệm Thành phẩm 200ml nguyên liệu Tách nước Kiểm tra các chỉ tiêu Rửa Kiểm tra chất lượng Gia nhiệt 2 16ml methanol Gia nhiệt 1 (35oC) Ổn định methanol Khuấy trộn (500 - 600v/p) A1 A2 A3 A4 A5 0,62g NaOH B1 B2 B3 0,2 ml H2SO4 Lắng và tách lắng (3h) Biodiesel thô Glycerin Phản ứng ester hóa Phản ứng transester hóa Khuấy trộn (500 - 600v/p) Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 23 ii. Nhân tố thay đổi Thí nghiệm được khảo sát với 2 nhân tố thay đổi: nhiệt độ phản ứng và tỉ lệ methanol/dầu đến hiệu suất thu hồi sản phẩm. - Nhân tố A: nhiệt độ phản ứng chuyển ester hóa + A1: 50oC + A2: 55oC + A3: 60oC + A4: 65oC + A5: 70oC - Nhân tố B: tỉ lệ methanol/dầu + B1: 1,8:10 + B2: 1,9:10 + B3: 2:10 Số lần lặp lại thí nghiệm là 2 lần nên tổng số nghiệm thức thí nghiệm: Nnt = (5 x 3) x 2 = 30 nghiệm thức iii. Nhân tố cố định - Thể tích dầu cho mỗi thí nghiệm: 200ml - Loại chất xúc tác: NaOH - Lượng chất xúc tác: 0,62g - Tốc độ khuấy trộn: 500-600 vòng / phút. - Thể tích H2SO4 95%: 0,2ml - Thời gian phản ứng. - Nhiệt độ phản ứng ester hóa: 35oC. - Thể tích methanol dùng trong giai đoạn 1: 16ml. 3.2.3 Phương pháp tiến hành i. Xử lí sơ bộ nguyên liệu - Phế phẩm dầu ăn sau khi thu gom được đem đi lọc để loại bỏ cặn bẩn. - Sau đó đem đi gia nhiệt ở 60oC trong vòng15 phút và sau đó đổ dầu vào thùng, để ổn định trong 24h. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 24 - Cuối cùng được kiểm tra lại chỉ số acid, chỉ số xà phòng, chỉ số peroxide trước khi đưa vào thí nghiệm. ii. Đánh giá chất lượng nguyên liệu - Chỉ số acid: chỉ số này nhằm xác định hàm lượng acid tự do trong mẫu nguyên liệu. Lipid càng chứa nhiều acid béo tự do thì có chỉ số acid càng cao. Chỉ số acid thay đổi theo thời gian và thời gian tồn trữ càng dài thì chỉ số acid càng tăng. - Chỉ số xà phòng: chỉ số này thể hiện nếu dây acid béo cấu tạo triglyceride càng ngắn thì chỉ số xà phòng hóa càng lớn. - Chỉ số peroxide: nhằm đánh giá được mức độ các acid béo không no bị oxi hóa trong dầu. Dầu có acid béo nối đôi càng nhiều thì chỉ số peroxide càng cao. iii. Tiến hành thí nghiệm - Đong 200ml nguyên liệu vào bình thủy tinh rồi tiến hành gia nhiệt đến 35oC, tiếp tục thêm vào 16ml methanol. Sau 5 phút bổ sung 0,2ml H2SO4 làm chất xúc tác cho phản ứng ester hóa xảy ra nhanh. Khuấy hỗn hợp ở tốc độ 500 – 600 v/p, ổn định nhiệt độ 35oC trong 1h. Sau đó ngừng gia nhiệt và tiếp tục khuấy hỗn hợp trong 2h. Dừng khuấy và ổn định hỗn hợp ít nhất 8h. - Chuẩn bị natri methoxide: hỗn hợp gồm 0,62g NaOH và thể tích methanol (tùy theo tỉ lệ methanol/dầu, nếu tỉ lệ methanol/dầu: 1,8:10 thì thể tích methanol dùng là 20ml). - Đổ ½ hỗn hợp natri methoxide đã chuẩn bị vào hỗn hợp và trộn đều trong 5 phút. Sau đó tiến hành gia nhiệt tương ứng với 5 nhiệt độ: 50oC, 55oC, 60oC, 65oC, 70oC. Đổ ½ hỗn hợp natri methoxide còn lại vào hỗn hợp và khuấy với tốc độ 500 – 600 v/p. Khoảng 1,5 – 2,5h dừng khuấy và gia nhiệt, cho hỗn hợp ổn định trong phễu chiết khoảng 3h tiến hành rút chiết glycerin và thu biodiesel. - Biodiesel được đem rửa bọt sau đó kiểm tra chất lượng sản phẩm. iv. Đánh giá kết quả - Hiệu suất phản ứng. - Tỷ trọng. - Độ nhớt. - pH. - Chỉ số acid. Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 25 CHƯƠNG IV KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1 ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU Khi biodiesel được sản xuất từ dầu ăn đã qua sử dụng thì nguyên liệu tiếp nhận phải được tiến hành đánh giá chất lượng. Vì dầu ăn đã qua sử dụng được thu gom ở nhiều nguồn và thời gian tồn trữ khác nhau sẽ có các chỉ tiêu chất lượng không như nhau. Trong thí nghiệm này nguyên liệu được thu gom từ một nguồn nhưng không xác định được thời gian tồn trữ cũng như mức độ oxi hóa của nguyên liệu. Do đó nguyên liệu được tiến hành kiểm tra qua các chỉ tiêu chất lượng như: chỉ số acid, chỉ số xà phòng, chỉ số peroxide, tỉ trọng. Kết quả kiểm tra được trình bày ở bảng 4 Bảng 3. Đánh giá chất lượng dầu ăn đã qua sử dụng Trong các chỉ tiêu trên thì chỉ số acid (thể hiện % acid béo tự do) có ý nghĩa rất quan trọng, là yếu tố chính trong việc lựa chọn công nghệ trong quá trình sản xuất biodiesel. Bởi vì: - Acid béo tự do phản ứng với xúc tác kiềm sinh ra xà phòng và nước. Thực tế cho thấy rằng quá trình thu biodiesel có thể xảy ra bình thường với hàm lượng acid béo tự do thấp hơn 2% nhưng tốt nhất là khoảng 1% (Clements.D et al., 2004). Khi đó cần dùng thêm xúc tác để trung hòa acid béo tự do. Lượng xà phòng tạo ra nằm ở mức cho phép. Do đó sản xuất biodiesel chỉ tiến hành bằng quy trình một giai đoạn. - Khi hàm lượng acid béo tự do lớn hơn 2%, lượng xà phòng tạo ra làm chậm quá trình tách pha ester và glycerin, đồng thời tăng mạnh sự tạo thành nhũ tương trong quá trình rửa nước. Phương pháp để giảm hàm lượng acid béo tự do trong trường hợp này là thực hiện phản ứng ester hóa, người ta thường dùng chất xúc tác acid như H2SO4 chuyển acid béo tự do thành methylester. Sau khi FFAs (Free Fatty Acids) giảm thì xúc tác kiềm được thêm vào để chuyển đổi triglyceride thành methylester. Như vậy khi nguyên liệu có hàm lượng acid béo tự do lớn hơn 2% thì sản xuất biodiesel được tiến hành bằng quy trình 2 giai đoạn: ester hóa và transester hóa (Clements.D et al., 2004). Chỉ tiêu Thông số Chỉ số acid (mg KOH/g dầu) Chỉ số xà phòng (mg KOH/g dầu) Chỉ số peroxide (ml Na2S2O3 0,01N) Tỉ trọng (g/ml) 4,20 198,45 4,67 0,91270 Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 26 Trong thí nghiệm này chỉ số acid của nguyên liệu sau khi kiểm tra là 4,20 mgKOH/g tức là acid béo tự do trong nguyên liệu: 2,11% > 2 % nên biodiesel được sản xuất bằng quy trình 2 giai đoạn. 4.2 KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA NHIỆT ĐỘ VÀ TỈ LỆ METHANOL/DẦU ĐẾN HIỆU SUẤT THU HỒI SẢN PHẨM Nguyên liệu sau khi được xử lí và đánh giá chất lượng được tiến hành sản xuất biodiesel với 2 nhân tố thay đổi là nhiệt độ, tỉ lệ methanol/dầu cùng với các nhân tố cố định là lượng nguyên liệu, chất xúc tác NaOH và H2SO4, tốc độ khuấy, thời gian phản ứng, nhiệt độ phản ứng ester hóa. Trong đó thí nghiệm được khảo sát ở 5 mức nhiệt độ và 3 mức tỉ lệ methanol/dầu nhằm tìm ra điều kiện tối ưu để hiệu suất thu hồi biodiesel đạt cao nhất. Kết quả thí nghiệm thu được ở bảng sau: Bảng 4. Hiệu suất thu hồi biodiesel ở các nghiệm thức Ghi chú: - Các chữ cái a,b,c,... trên cùng một cột biểu hiện sự khác biệt ý nghĩa ở mức độ 5% - 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/dầu. TT Nghiệm thức Khối lượng thực tế mtt (g) Khối lượng lí thuyết mlt(g) Hiệu suất (H%) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 50oC; 1,8:10 55oC; 1,8:10 60oC; 1,8:10 65oC; 1,8:10 70oC; 1,8:10 50oC; 1,9:10 55oC; 1,9:10 60oC; 1,9:10 65oC; 1,9:10 70oC; 1,9:10 50oC; 2:10 55oC; 2:10 60oC; 2:10 65oC; 2:10 70oC; 2:10 155,71 153,57 152,63 153,70 149,49 147,08 153,71 155,24 148,46 143,46 143,40 158,93 152,44 157,80 146,86 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 183,40 84,65abc 83,74abc 83,22abcd 83,81abc 81,51abcde 80,20cde 83,81abc 84,65abc 80,95bcde 78,22cd 77,23d 86,66a 83,12abcd 86,04ab 80,08cde Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 27 Từ bảng 4 cho thấy các giá trị hiệu suất thu hồi biodiesel bị ảnh hưởng bởi tỉ lệ methanol/dầu và nhiệt độ được mô tả bằng hình 1 và 2. Hình 1. Biểu đồ biểu diễn hiệu suất thu hồi biodiesel ở các nghiệm thức 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 50 55 60 65 70 Nhiệt độ (oC) H iệ u su ất (% ) Tỉ lệ 1,8:10 Tỉ lệ 1,9:10 Tỉ lệ 2:10 Hình 2. Biểu đồ biểu diễn ảnh hưởng của tỉ lệ methanol/dầu và nhiệt độ đến hiệu suất thu hồi biodiesel Từ kết quả thí nghiệm nhận thấy rằng: Hiệu suất thu hồi biodiesel ở các nghiệm thức ở mức tương đối, nằm khoảng 77,23 – 86,66%. Ở bảng 4 và từ đồ thị hình 1 thấy rằng hai nghiệm thức 10 (70oC; 1,9:10) và 11 (50oC; 2:10) có hiệu suất thấp nhất, hai nghiệm thức 12 (55oC; 2:10) và 14 (65oC; 2:10) có hiệu suất cao và giữa 2 cặp nghiệm thức này có sự khác biệt ý nghĩa ở mức 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Nghiệm thức H iệ u su ất (% ) Hiệu suất Luận văn Tốt Nghiệp khóa 29- 2008 Trường Đại học Cần Thơ Chuyên ngành Công Nghệ thực phẩm – Khoa Nông nghiệp và Sinh học ứng dụng 28 độ 5%. Tuy nhiên hiệu suất thu hồi biodiesel ở các nghiệm thức còn lại ít có sự khác biệt ý nghĩa với nhau. Ở đồ thị hình 2 cho thấy nhiệt độ có ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi biodiesel nhưng sự chênh lệch không nhiều, giữa 3 mức tỉ lệ methanol/dầu không nhận thấy rõ sự khác biệt. Do đó kết quả thống kê sau đây sẽ xác định rõ mức độ ảnh hưởng của 2 nhân tố này đến hiệu suất thu hồi biodiesel. 4.2.1 Khảo sát ảnh hưởng giữa tỉ lệ methanol và nguyên liệu đến hiệu suất thu hồi biodiesel Khi sản xuất biodiesel theo quy trình 2 giai đoạn thì lượng methanol ở giai đoạn 1 được giữ cố định nên ở giai đoạn 2 có sự khác nhau về tỉ lệ methanol sử dụng. Mục đích của việc thay đổi thể tích methanol là cần xác định tỉ lệ nào thích hợp nhất để giá trị hiệu suất thu hồi biodiesel cao. Sau khi phân tích thống kê, kết quả nhận được thể hiện ở bảng 5. Bảng 5. Ảnh hưởng của tỉ lệ methanol/dầu đến hiệu suất thu hồi biodiesel Từ kết quả ở bảng 5 thấy rằng không có sự kh