Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá

độ phần trăm khối lượng của nhóm rượu. Các phương trình này không thể sử dụng cho các chất hoạt động bề mặt không ion bao gồm oxit butylen, nitơ, lưu huỳnh …Trong các trường hợp này phải dùng phương pháp thực nghiệm. Độ ổn định của nhũ tương liên quan đến độ phân tán giữa các pha trong nhũ tương. Không thể chỉ sử dụng chỉ số HLB để đánh giá độ ổn định của nhũ tương. Việc xác định các giá trị HLB có ý nghĩa hơn khi đặt nó trong mối quan hệ với các yếu tố khác như tính chất của chất nhũ hoá, cấu trúc của phân tử chất hoạt động bề mặt. Đối với chất hoạt động bề mặt có cấu trúc xác định, có thể xác định HLB như sau: HLB = 7 + S( số nhóm ưa nước ) - S(số nhóm kỵ nước ) S(số nhóm kị nước ) thường bằng 0,475n, n là số nhóm –CH2- Độ ổn định của nhũ tương liên quan đến độ phân tán giữa các pha trong nhũ tương. VII.Công nghệ chế tạo nhũ tương VII.1. Qui trình chế tạo nhũ tương bitum Asphan Chất pha loãng Chất nhũ hoá Nước Pha phân tán Pha liên tục Máy khuấy Nhũ Tương VII.2. Vấn đề chọn chất nhũ hoá cho phù hợp. Trên thế giới vấn đề lựa chọn chất nhũ hoá hiện nay đã được giải quyết tốt. Tuy nhiên ở Việt nam vẫn còn chưa được đàu tư nghiên cứu sâu. Việc lựa chọn chất hoạt động bề mặt như thế nào để phù hợp với chất phân tán là asphan còn có nhiều khó khăn Chất hoạt động bề mặt Anion thường được sử dụng trong chế tạo bitum nhũ tương hiện nay là các muối sulfonat. Chất hoạt động bề mặt Cation thương là các hợp chất amin dạng Oligome. ở Việt Nam chất nhũ hoá loại amin được sử dụng khi xây dựng đường 5. Tuy nhiên các trường hợp này thường độc hại và khó kiếm. Mặt khác khi chuyển giao công nghệ, các chất nhũ hoá thường được cung cấp dưới dạng tên thương mại. Công nghệ chế tạo cũng như bản chất của chúng còn chưa được các nhà sản xuất đầu tư đề cập đến. Ngoài ra như đã trình bày trong các phần trên, nhũ tương được ổn định nhờ lớp điện tích kép bao quanh giọt nhũ. Vậy có thể sử dụng thêm các chất sẵn có và rẻ tiền để làm tăng thêm độ ổn định của nhũ tương bitum như các muối vô cơ (CaCl2 chẳng hạn), các axit . Để giải quyết những khó khăn trên về vấn đề lựa chọn chất nhũ hoá trong bản luận văn này em xin trình bày nghiên cứu của mình về tổng hợp chất nhũ hoá từ nguyên liệu dầu thực vật việt nam, để chủ động nguồn nguyên liệu. Độ ổn định của nhũ được đánh giá qua khả năng phân tách và phân bố tập hợp giọt. Phần II . thực nghiệm và hoá chất Chương 1. quá trình tổng hợp chất nhũ hoá Trong quá trình tạo nhũ luôn luôn có sự tạo thành cả hai dạng nhũ tương Dầu – Nước và Nước – Dầu. Chỉ do sự bền vững cao mà chỉ một trong hai dạng nhũ tương có thể tồn tại, đó là nhũ tương ứng với bản chất nhũ hoá đem dùng. Các chất nhũ hoá chỉ có tác dụng ngăn cản sự kết dính giữa các hạt khi nó có mặt trên bề mặt các hạt, nghĩa là nó tan tốt trong môi trường phân tán nhưng lại không tan trong pha liên tục. Điều này được đảm bảo nhờ sự cân bằng giữa phần phân cực và không phân cực của các phân tử chất nhũ hoá (HLB). Các chất nhũ hoá mà trong phân tử của chúng phần phân cực có tác dụng tạo nên nhũ tương loại dầu nước. Thuộc loại này có các hợp chất amin, các alcol hay muối kim loại kiềm của các axit béo, các muối sulfonat… Do vậy để có chất nhũ hoá tốt thì chúng ta trước tiên phải lựa chọn loại dầu có thành phần và tính chất phù hợp với bản chất nhũ hoá ta đang cần tìm. Muốn vậy trước tiên ta cần khảo sát một số thành phần của một số loại dầu thực vật thông dụng. Bảng 2.3 Thành phần một số dầu thực vật việt nam Dầu Axit palmitc Axit Stearic Axit no khác Axit oleic Axit linoleic Axit linolenic Thầu dầu 0,2-2 0,2-2 40-85 3-4 2-2,5 Dầu bông 20-25 1-2 0,5-2,5 25-35 44-50 Dầu lạc 1-80 4,5-6 5-7 45-65 18-33 đậu nành 6-10 2-5 0,5-1 25-32 50-60 4,8 DầuDừa 6-11 2-4 73-86 5-8 1-2,5 Dầu cám 12-18 1-3 0,4-1 40-48 30-40 Dầu sở 13-15 0,3-0,4 74-87 10-14 Dầu vừng 8-9 4,3-4,7 0,4-0,8 37-49 37-47 Ngô(phôi) 8-13 2-4 0,5-2 26-29 42-59 Dầu dọc 44 2-3 Hướng dương 6-9 2-6 1 25-35 55-65 ô lưu 7-14 2-4 0,1-0,3 70-84 4-12 Cọ cùi 32-43 2-6 1-2 40-52 10-14 Cọ nhân 7-9 1-7 69-82 4-18 1-2 Hạt cải 1-5 1-3 5-6 17-32 15-22 1-3 Cao xu 9-12 5-12 19-30 35-45 15-25 Lanh 6-6,3 2,5-4 0,2-0,7 15-25 15-25 45-55 Gai 5,8-9,9 1,7-5,6 6-16 36-50 15-28 Trẩu 3,7-4,2 1,2-2,5 75-82 5-10 10,3-11 Từ bảng trên ta thấy + Dầu ôlưu có nhiều axit oleic nhất nhưng loại dầu này khá đắt tiền, tiếp theo là dầu sở (hàm lượng axit oleic là 74-87% ) và dầu lạc (hàm lượng axit oleic là 45-65%). Các loại dầu này khá rẻ và cũng phổ biến nên ta sẽ chọn 2 loại dầu này để thuỷ phân theo phương pháp thuỷ phân với nước. + Dầu hướng dương là dầu chứa nhiều axit linoleic (hàm lượng axit linoleic là 55-65%) nhất nên ta sẽ sử dụng loại dầu này để thuỷ phân theo phương pháp thuỷ phân với kiềm. Như vậy ta có các phương hướng sau để nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá Một là : Nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá đi từ axit oleic thu được trong quá trình thuỷ phân dầu lạc và dầu sở. Hai là : Nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá đi từ axit linoleic thu được trong quá trình thuỷ phân dầu hướng dương. I. Quá trình thuỷ phân dầu - Cách xác định chỉ số xà phòng hoá của dầu thực vật + Nguyên tắc: Dựa trên phản ứng xà phòng hoá các este có trong dầu thực vật, mỡ động vật …bằng dung dịch KOH 0,5N + Cách xác định: Cân (0,5-1)g mẫu dầu cần phân tích (với độ chính xác 0,0001g) cho vào bình tam giác có thể tích 250ml, đổ tiếp vào bình tam giác trên 10 ml dung dịch KOH o,5 N trong rượu. Đun sôi hỗn hợp mẫu với kiềm trong 1 giờ. Sau đó làm lạnh, chuẩn độ bằng dung dịch HCl 0,5N với chỉ thị phenolphtalein cho đến khi mất màu hồng, thể tích HCl O,5 N tiêu hao trong phép chuẩn độ này là b ml. Cũng làm một thí nghiệm tương tự như trên nhưng không cần mẫu phân tích (gọi là mẫu đối chứng ). Dùng HCl để chuẩn độ, thể tích HCl 0,5N dùng trong phép chuẩn độ này là a ml. + Công thức tính trị số xà phòng hoá Trị số xà phòng hoá tính bằng mg KOH/1 gam dầu Ao=T.(a-b)/m , mgKOH/gam Trong đó a: thể tích dung dịch HCl 0,5N chuẩn độ mẫu đối chứng, ml b: thể tích dung dịch HCl 0,5N chuẩn độ với mẫu phân tích, ml m: khối lượng mẫu đem phân tích. T: Độ chuẩn của dung dịch KOH 0,5 N. - Cách xác định chỉ số axit + Nguyên tắc: Là dựa vào phản ứng trung hoà giữa axit béo và kiềm trong môi trường hỗn hợp gồm rượu etylic và ete etylic + Cách xác định: Cân chính xác 3-5 g dầu cho vào bình nón, thêm khoảng 20 ml C2H5-OH cho vào, để hoà tan mẫu, sau đó, rồi cho 2-3 giọt chất chỉ thị thymolphtalein rồi chuẩn bằng dung dịch KOH 0,1 N cho đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt và không mất đi sau 30 giây. + Công thức tính trị số axit Dựa vào công thức sau đây để xác định chỉ số axit A=56,11.v.N/w Trong đó A: chỉ số axit của dầu, mgKOH/1kg dầu V:số ml KOH 0,1 N dùng để chuẩn độ N: nồng độ dung dịch KOH W: khối lượng mẫu tính bằng(g) I.1.Thuỷ phân dầu sở và dầu lạc + Phương trình phản ứng thuỷ phân với H2O Glyxerit tác dụng với nước tạo thành glyxerin và axit béo chính là phản ứng thuỷ phân dầu lạc CH2OCOR CH2OH ờ ờ CHOCOR + 3H2O đ CHOH + 3RCOOH ờ ờ CH2OCOR CH2OH Phản ứng là thuận nghịch trong thực tế sự cân bằng có thể dịch chuyển sang phải nếu sử dụng một lượng dư nước, nhiệt độ và áp suất thích hợp (thường là cao), phản ứng xảy ra nhanh hơn khi có mặt xúc tác là axit hoặc bazơ. + Tiến hành khảo sát sự ảnh hưởng của các yếu tố: Lượng LAS, lượng xúc tác axít, lượng H2O, nhiệt độ, tới độ chuyển hoá của dầu. I.1.1. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng LAS LAS là chất hoạt tính bề mặt rất mạnh cho nên khi ta tiến hành thuỷ phân dầu thực vật bằng nước với sự tham gia của LAS sẽ làm giảm lớn sức căng bề mặt của nước và dầu, làm cho diện tích tiếp xúc giữa dầu và nước tăng lên rất nhiều chính vì vậy LAS là nhân tố ảnh hưởng quyết định đến hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu. Khi tăng lượng LAS lên thì độ chuyển hoá của quá trình thuỷ phân cũng tăng lên tuy vậy khi tăng tới một lượng nhất định LAS thì độ chuyển hoá của dầu cũng không tăng lên được nữa, mà lại tốn kémcho nên ta phải tìm lượng LAS thích hợp trong khoảng từ 1-10g bằng cách cố định các thông số khác như : Lượng dầu =200g, lượng nước = 60g, lượng xúc tác axit H2SO4 = 5g, T0 =1000C. I.1.2. Thuỷ phân lần 2 Sau khi đã tiến hành thuỷ phân lần 1 độ chuyển hoá chưa cao nên ta tiến hành thuỷ phân lần 2 bằng cách lấy mẫu thuỷ phân lần 1. Đem đi lọc rửa tách glixerin, chiết lấy phần axit và dầu còn dư sau đó thuỷ phân tiếp lần 2 I.1.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của xúc tác H2SO4 Lượng xúc tác axit có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thuỷ phân dầu bằng nước. Nếu không có axit xúc tác phản ứng diễn ra sẽ rất chậm vì vậy sẽ mang lại hiệu suất rất thấp. Tuy vậy lượng xúc tác cũng phải phù hợp nếu lượng H2SO4 quá nhiều sẽ không tốt cho quá trình thuỷ phân vì có thể gây ra các phản ứng phụ không mong muốn. Mặt khác khi tăng lượng xúc tác lên mà không làm tăng thêm độ chuyển hoá của dầu thì chỉ gây tốn kém, do đó phải tìm lượng H2SO4 cho phù hợp trong khoảng từ 1-10g bằng cách cố định các thông số khác như: Lượng dầu =200g, lượng nước = 60g, lượng LAS = 5g, và nhiệt độ = 1000C. I.1.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng H2O Nước là yếu tố ảnh hưởng quan trọng và trực tiếp đến quá trình thuỷ phân dầu. Về lý thuyết phản ứng thuỷ phân của dầu với nước là phản ứng thuận nghịch cho nên lượng nước càng tăng thì độ chuyển hoá của dầu càng tăng. Dù vậy khi ta tăng lượng nước đến một lượng nhất định thì độ chuyển hoá cũng không tăng là mấy. Khống chế các yếu tố: Nhiệt độ, lượng dầu, lượng LAS, lượng xúc tác ta sẽ tìm được lượng nước tối ưu trong khoảng từ 30-100g. I.1.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của nhiệt độ ảnh hưởng của nhiệt độ đến hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu là rất rõ ràng. Khi nhiệt độ quá thấp thì tốc độ phản ứng thuỷ phân chắc chắn là sẽ thấp dẫn đến độ chuyển hoá không cao, còn khi nhiệt độ quá cao, nếu lớn hơn 1000C thì sẽ làm bay hơi nước và nếu quá trình thuỷ phân giữ nước không tốt sẽ làm cho phản ứng thuỷ phân xảy ra theo chiều nghịch sẽ làm giảm độ chuyển hoá của dầu. Mặt khác nhiệt độ cao có thể xảy ra phản ứng phân huỷ các chất bởi vì các chất tham gia phản ứng thuỷ phân đều là các hợp chất cao phân tử không bền. Vì vậy cần khống chế nhiệt độ cho thích hợp trong khoảng từ 60-1000C, bằng cách cố định các thông số: lượng LAS = 4g, lượng dầu = 200g, lượng nước = 50g. Lượng xúc tác axit 1.1.6. Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng Thời gian phản ứng cũng có ảnh hưởng rất lớn đến quá trình thuỷ phân dầu. Thời gian phản ứng ít thì độ chuyển hoá thấp, còn khi tăng thời gian phản ứng thì độ chuyển hoá tăng, đến một thời gian nào đó độ chuyển hoá sẽ không tăng được nữa mà lại có phần giảm do lượng nước bay hơi mất vì thế cần theo dõi thời gian bằng cách cố định : Nhiệt độ = 1000C, lượng dầu = 200g, lượng nước = 60g, lượng LAS = 4g, lượng axít xúc tác = 5g để tìm thời gian tối ưu trong khoảng từ 1-5h. I.2. Thuỷ phân dầu hướng dương Quá trình thuỷ phân dầu Hướng Dương băng kiềm gồm hai giai đoạn sau: - Giai đoạn 1: Xà phòng hoá triglyxerit có trong dầu bằng dung dịch KOH 30% để tạo muối của axit béo (xà phòng ) và glyxerin: CH2-O-COR CH2OH CHOCOR + 3KOH đ CHOH + RCOOK CH2OCOR CH2OH Đây là phản ứng không thuận nghịch, xà phòng RCOOk tạo thành có khả năng tạo bọt, màu vàng nhạt. ở nhiệt độ cao, do nước bị bay hơi nên xà phòng bị vón cục lại và mềm. - Giai đoạn 2: Axit hoá muối của axit béo vừa tạo thành bằng dung dịch H2SO4 60% để thu được sản phẩm chính là axít béo chứa chủ yếu là axít linoleic. Khi kết thúc giai đoạn 1 sản phẩm thu được là xà phòng có màu vàng nhạt, bị vón cục (do trong quá trình phản ứng nước bị bay hơi). + Cho khoảng 50ml rượu etylic 960, rồi cho tiếp khoảng 10ml axit H2SO4 60% vào hỗn hợp sản phẩm, khuấy đều rồi đổ sang một cốc có mỏ lớn. Trong cốc có mỏ, ta để lắng một thời gian, sẽ có 3 lớp sản phẩm tạo thành: Lớp trên cùng là axit béo chứa chủ yếu là axit Linoleic, lớp thứ hai là glyxerin trong cồn, lớp thứ ba là dung dịch muối sulfat của kali. + Dùng phễu chiết để chiết lấy lớp trên cùng có màu vàng trong, sau đó rửa lại 3 lần bằng nước cất ( mỗi lần 20ml). + Cân khối lượng và thể tích sản phẩm vừa chiết được. Sau đây ta đi nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thuỷ phân dầu hướng dương. II.2.1. ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ là một yếu tố ảnh hưởng trực tiếp và quyết định đến quá trình thuỷ phân dầu. Nếu như nhiệt độ quá thấp thì quá trình phản ứng xảy ra sẽ chậm, thậm chí không xảy ra và rõ ràng như thế là hiệu suất của quá trình thuỷ phân cũng thấp, còn nếu như nhiệt độ quá cao thì trước hết là tốn nhiệt, sau đó là có thể xảy ra các phản ứng thứ cấp tạo ra những hợp chất phân tử thấp vì đây toàn là những chất có cấu trúc mạch dài, cấu trúc tương đối phức tạp dễ phân huỷ, và phản ứng thuỷ phân cũng khó khống chế nên cũng làm cho hiệu suất của quá trình thuỷ phân thấp. Để tìm được nhiệt độ tối ưu ta cố định các thông số khác như : Lượng dầu là 30g, lượng KOH là 19g và thời gian phản ứng, khảo sát nhiệt độ trong khoảng từ 70-1000C ta sẽ tìm được nhiệt độ thích hợp. II.2.2.Nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian phản ứng Thời gian phản ứng cũng là thông số ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất của quá trình phản ứng. Nếu thời gian phản ứng ít thì chắc chắn là hiệu suất của quá trình phản ứng sẽ thấp vì dầu không thể thuỷ phân hoàn toàn, còn nếu thời gian phản ứng quá dài thì có thể gây ra những phản ứng phụ không có lợi cho quá trình thuỷ phân, dẫn đến hiệu suất xà phòng hóa giảm, đấy là chưa kể tốn kém thời gian. Chính vì vậy ta cần khảo sát để tìm thời gian tối ưu trong khoảng từ 60 phút -180 phút, bằng cách cố định các thông số khác là: lượng dầu tham gia phản ứng, lượng KOH và nhiệt độ phản ứng. II.2.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng KOH đến thời gian phản ứng Lượng KOH có ảnh hưởng rất quan trọng và quyết định đến hiệu quả của quá trình thuỷ phân. Nếu lượng KOH không đủ thì hiệu suất sản phẩm tạo thành chắc chắn sẽ thấp, còn nếu lượng KOH quá nhiều thì lượng axit cần để trung hoà sau này sẽ nhiều và gây lãng phí không cần thiết, cho nên ta phải tìm lượng KOH tối ưu thông qua tri số xà phòng hoá, khảo sát lượng KOH trong khoảng từ 17-21 g, và cố định các thông số khác như : Lượng dầu 30g, nhiệt độ, thời gian, ta cũng tìm được lượng KOH tối ưu. II.2.4 Nghiên cứu ảnh hưởng của tốc độ khuấy : Do dầu Hướng Dương và dung dịch kiềm (KOH) là hai chất lỏng không tan lẫn nên trong quá trình phản ứng ta phải khuấy trộn liên tục để các phân tử dầu tiếp xúc tốt với các phân tử kiềm, dẫn đến phản ứng xảy ra nhanh và hoàn toàn, làm hiệu suất quá trình xà phòng hoá tăng. Mặt khác việc khuấy trộn liên tục sẽ truyền nhiệt đều cho các phân tử chất tham gia phản ứng nhằm cung cấp đủ năng lượng cho phản ứng xảy. II. tổng hợp chất nhũ hoá Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá của chúng ta sẽ đi theo hai hướng như đã nêu ở trên Một là : Nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá đi từ axit oleic và diethanolamin thu được trong quá trình thuỷ phân dầu lạc và dầu sở Hai là : Nghiên cứu tổng hợp chất nhũ hoá đi từ axit linoleic và diethanolamin thu được trong quá trình thuỷ phân dầu hướng dương. II.1. Phương trình phản ứng (CH2)2OH ẵ R-COOH + OH-(CH2)2-NH-(CH2)2-OH"R-CO-N-(CH2)2OH trong đó R = CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7- là gốc axit oleic hoặc R = CH3(CH2)4CH=CH-CH2-CH(CH2)7- là gốc axit linoleic II.2. Nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tổng hợp chất nhũ hoá. II.2.1.ảnh hưởng của nhiệt độ Nhiệt độ là yếu tố ảnh hưởng rất lớn tới hiệu suất của phản ứng. Nếu nhiệt độ thấp thì độ chuyển hoá cũng thấp, còn nhiệt độ cao thì tốn nhiệt mà chưa chắc độ chọn lọc của sản phẩm đã cao. Trong điều kiện của phản ứng này ta sẽ khảo sát nhiệt độ trong khoảng từ 100-1500C. Giữ các thông số khác cố định như: Lượng axit linoleic, lượng diethanolamin. Thay đổi nhiệt độ ta sẽ tìm được nhiệt độ thích hợp. Cụ thể như sau: Cân chính xác 150g axit gia nhiệt đến nhiệt độ cần khảo sát. Sau đó cho 65g diethanolamin vào và giữ ở nhiệt độ cần khảo sát. Tiến hành phản ứng trong nhiều giờ, mỗi giờ lấy mẫu ra để phân tích. Kết quả ta sẽ tìm được nhiệt độ tối ưu. II.2.2. ảnh hưởng của thời gian phản ứng Thời gian phản ứng để tạo chất nhũ hoá có ý nghĩa rất lớn trong việc hình thành chất nhũ. Thời gian ngắn thì độ chuyển hoá của axit linoleic là thấp, do đó lượng chất nhũ hoá sẽ tạo ra không được nhiều, và sẽ ảnh hưởng đến khả năng nhũ hoá sau này, trong khi đó nếu thời gian quá dài mà độ chuyển hoá của axit linoleic đã cao, không thể hơn được nừa thì là điều không cần thiết, kéo dài chỉ gây lãng phí thời gian và tốn kém cho nên cần phải khảo sát trong một khoảng thời gian để tìm ra thời điểm thích hợp, cụ thể ta sẽ khảo sát trong vòng 5 giờ, mỗi giờ lấy mẫu ra để phân tích, còn các thông số khác sẽ giữ không đổi: Lượng axit béo là 150g, lượng diethanolamin là 65g. II.2.3. ảnh hưởng của lượng amin Lượng amin cũng là một yếu tố ảnh hưởng đến độ chuyển hoá của axit lionoleic. Ban đầu ta lấy 150g axit linoleic cho phản ứng với 65g diethanolamin tức là đã dung dư lượng diethanolamin để tính độ chuyển hoá theo axit béo. Lượng diethanolamin nếu thiếu chắc chắn sẽ làm cho hiệu suất của quá trình phản ứng giảm đi, còn nếu dư quá mà không tăng thêm được hiệu suất thì lại tốn hoá chất. Chính vì thế cần tìm được lượng amin tối ưu bằng cách cố định các thông sô : Lượng axit, nhiệt độ và thay đổi lượng amin trong khoảng từ (60-70), ta sẽ tìm được lượng amin tối ưu. III. Các phương pháp đánh giá quá trình thuỷ phân dầu và tổng hợp chất nhũ hoá III.1. Quá trình thuỷ phân dầu Để đánh gia quá trình thuỷ phân dầu ta dựa vào các thông số như: Độ chuyển hoá, độ chọn lọc, hiệu suất sản phẩm, chất lượng axit béo thu được và hiệu quả về kinh tế. III.1.1. Xác định độ chuyển hoá Theo công thức sau : X% = A/Ao trong đó A: là chỉ số axit Ao: là chỉ số xà phòng hoá III.1.2. Xác định hiệu suất quá trình thuỷ phân + Hiệu suất của quả trình thuỷ phân dầu Hương Dưong được tính bằng phàn trăm lượng axit Linoleic so với lượng chất tham gia ban đầu. h : Hiệu suất của quá trình thuỷ phân dầu Hướng Dương(%). maxit Linoleic : Khối lượng axit Linoleic thu được(g). M : Khối lượng dầu ban đầu cho vào phản ứng(g). + m axir xác định như sau Dùng pipet và quả hút lấy 10ml sản phẩm thu được cho vào bình tam giác cộng với 5 đến 6 giọt thuốc thử phenol phtalein. Dùng dung dịch KOH trong cồn 0,1N để chuẩn đến chi xuất hiện màu xanh thì ghi thể tích dung dịch KOH . Từ đó ta tính được nồng độ của axit béo Linoleic trong 10ml sản phẩm là Naxit: Trong đó: VKOH 0.1N là thể tích dung dịch KOH trong công 0.1N dùng để chuẩn 10ml sản phẩm. Suy ra, khối lượng của axit béo Linoleic trong 10ml sản phẩm là maxit : maxit = Naxit x Vsản phẩm x Đaxit Trong đó: Đaxit là đương lượng gam trung bình của các axit trong dầu hướng dương, Đaxit = 280,46. + Hiệu suất axit cao tức là quá trình thuỷ phân có hiệu quả cao. Tuy nhiên, hiệu suất quá trình thuỷ phân luôn nhỏ hơn 1 do phản ứng xà phòng hoá không bao giờ xảy ra hoàn toàn. Hiệu suất còn được dùng để xác định các thông số tối ưu cho phản ứng xà phòng hoá như nhiệt độ phản ứng, thời gian phản ứng, lượng kiềm cho vào phản ứng.Một thông số là tối ưu khi tại thông số đó ta thu được hiệu suất axit Linoleic là cao nhất. Ví dụ, khi khảo sát nhiệt độ phản ứng xà phòng hoá, ta sẽ chọn nhiệt độ tối ưu là nhiệt độ tại đó hiệu suất axit Linoleic là cao nhất. III.2. Quá trình tổng hợp chất nhũ hoá Xác định độ chuyển hoá Theo công thức sau X%=1-(M/Mo) trong đó : M : là lượng axit còn lại sau phản ứng Mo: lượng axit ban đầu + M được xác định như sau Lấy m(g) nhũ hoà vừa mới tổng hợp cho vào bình nón. Sau đó cho thêm 20ml cồn để hoà tan mẫu, rồi cho thêm 3-4 giọt chất chỉ thị thymolphtalein vào lúc đầu dung dịch có màu vàng. Tiến hành định phân với dung dich KOH(trong cồn) nồng độ 0,5N. Ta xác định được lượng KOH dùng để chuẩn độ axit còn lại trong sản phẩm Vậy M = Naxit . Vaxit.Đ Trong đó : Naxit là nồng độ đương lượng của axit Naxit=NKOH.VKOH / Vaxit Đ : đương lượng gam của axit chương 2. chế tạo nhũ tương bitum I. chế tạo nhũ tương bitum I.1. Chất nhũ hoá Trong quá trình chế tạo nhũ luôn luôn có sự tạo thành cả hai dạng nhũ tương dâù – nước và nước – dầu. Chỉ do sự bền vững cao mà chỉ một trong hai dạng nhũ tương có thể tồn tại, đó là nhũ tương ứng với bản chất nhũ hoá đem dùng. Các chất nhũ hoá chỉ có tác dụng ngăn cản sự kết dính giữa các hạt khi nó có mặt trên bề mặt các hạt, nghĩa là nó tan tốt trong môi trường phân tán nhưng lại không tan trong pha liên tục. Điều này được đảm bảo nhờ sự cân bằng giữa phần phân cực và không phân cực của phân tử chất nhũ hoá (HLB). Các chất nhũ hoá mà trong phân tử của chúng phần phân cực có tác dụng trội hơn phần không phân cực sẽ có tác dụng tạo nên nhũ tương loại dầu- nước. Thuộc loại này có các hợp chất amin, các alcol hay các muối kim loại kiềm của các axit béo, các muối sulfonat… Chính vì thế để chọn loại chất nhũ hoá, lượng chất nhũ hoá phù hợp là một yêu cầu trước tiên trong quá trình chế tạo nhũ tương bitum. Sau quá trình tổng hợp chất nhũ hoá ta thu được các loại chất nhũ hoá khác nhau. + Chất nhũ hoá tổng hợp từ axit oleic (axit oleic thu được trong quá trình thuỷ phân dầu lạc và dầu sở) + Chất nhũ hoá tổng hợp từ axit linoleic (axit linoleic thu được qua quá trình thuỷ phân dầu hướng dương) +Với mỗi mức độ chuyển hoá của axit khác nhau ta lại chia ra các mẫu chất nhũ khác nhau, tạm chia những mẫu chất nhũ hoá mà ở đó độ chuyển hoá của axit từ 0-40% là mẫu chất nhũ hoá thấp và từ 40-65% là mẫu nhũ trung bình và từ 65-100% là mẫu nhũ cao. Từ đó ta sẽ khảo sát xem loại nào là tốt nhất. I.2. Nghiên cứu ảnh hưởng của hàm lượng chất nhũ hoá Bên cạnh việc tìm ra chất nhũ hoá phù hợp thì hàm lượng các chất nhũ hoá có một ý nghĩa hết sức quan trọng trong quá trình sản xuất nhũ tương. Khi hàm lượng chất nhũ hoá thấp thì không đủ để bao quanh giọt nhũ, do đó độ ổn định của nhũ tương sẽ thấp. Khi hàm lượng chất nhũ hoá quá cao thì cũng không tốt vì nó là nguyên nhân gây ra sự đảo tướng của nhũ tương. Bằng cách giữ nguyên các thông số khác như nhiệt độ, thời gian khuâý, tỷ lệ các pha…Đồng thời thay đổi hàm lượng chất nhũ hoá. Ta sẽ tìm được hàm lượng chất nhũ hoá tốt nhất cho nhũ tương. Cụ thể quá trình thí nghiệm như sau: Cố định các thông số khác trong quá trình tạo nhũ như lượng bitum =50g, lượng nước =40g, PH=2, nhiệt độ bitum=1400C, nhiệt độ pha nước + chất nhũ hoá là 900C, với mỗi loại chất nhũ hoá lần lượt thay đổi lượng chất nhũ hoá từ 0,5-10g ta sẽ tìm được loại và lượng chất nhũ hoá tối ưu nhất. I.3. Nghiên cứu ảnh hưởng của lượng bitum Hàm lượng bitum trong nhũ tương cũng có ảnh hưởng rất lớn trong quá trình chế tạo nhũ tương. Khi nồng độ bitum còn thấp thì sự tăng của nó không ảnh hưởng nhiều đến độ nhớt, khi nồng độ bitum tăng cao đến một giá trị nào đó thì sự tăng rất ít của nó sẽ dẫn đến sự tăng rất nhanh của độ nhớt. Và cũng như chất nhũ hoá khi nồng độ bitum quá cao thì sẽ gây ra hiện tượng đảo tướng nhũ tương. Để khảo sát ảnh hưởng của hàm lượng bitum đến nhũ tương ta cũng tiến hành thực nghiệm bằng cách giữ nguyên nhiệt độ, hàm lượng chất nhũ hoá, nước, thời gian khuấy đồng thời thay đổi hàm lượng bitum mà tại đó nhũ tương có chất lượng tốt nhất. I.4. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ PH Độ PH của môi trường có ảnh hưởng rất lớn đến độ ổn định của nhũ tương, một sự thay đổi dù là rất nhỏ của PH cũng có ảnh hưởng rất lớn tới quá trình tạo nhũ tương, đối với nhũ tương cation dùng chất nhũ hoá là các alkyldiethanoamin(amin bậc 3) thì độ PH nằm trong khoản từ 1-5, chính xác hơn có thể là 2, để biết được cụ thể, chính xác ta cố định các thông số liên quan khác như lượng bitum là 50g, lượng nước là 40g, nhiệt độ pha phân tán là 1400C, nhiệt độ pha liên tục là 900C, lần lượt thay đổi PH từ 1-5 ta sẽ tìm được độ PH thích hợp. I.5. Nghiên cứu ảnh hưởng của độ nhớt và nhiệt độ các thành phần Muốn cho chất Hydrocacbon phân tán tốt trong môi trường pha nước cần thiết là độ nhớt của nó phải tương đối nhỏ. Độ nhớt lớn nhất là 200 centipoise. Độ nhớt này đạt được khi giữ nhựa đường ở nhiệt độ nhất định tuỳ theo độ lún kim của nó. Nhiệt độ này nằm trong từ 100-1400C, tuy vậy có thể lên tới 1600C. Độ lún kim Nhiệt độ bitum 180/120 1400C 80/100 1500C 40/50 1600C Nếu vượt quá các nhiệt độ này thì dẫn tới nhũ không bền.Thực vậy nếu nhũ tương ở trong áp xuất không khí mà lại ở nhiệt độ cao thì sẽ xảy ra hiện tượng nhũ tương bị sôi lên, và có thể nó sẽ bị bay hơi mất và nếu nhiệt độ pha phân tán quá cao thì phần nhẹ trong bitum sẽ bay hơi làm thay đổi thành phần và cấu trũc của nó dẫn tới thay đổi phẩm chất cuả nhũ tương bitum sau này. Nhưng đối với pha nước thì lại đòi hỏi nhiệt độ thấp hơn 900C để tránh bay hơi nước làm thay đổi thành phần nhũ tương. Trong quá trình thực nghiệm thì ta sẽ khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ bằng cách giữ nguyên các thông số khác mà chỉ thay đổi nhiệt độ từng pha đối với các mẫu. Đánh giá kết quả nhận được ta sẽ tìm được nhiệt độ tối ưu cho qúa trình. I.6. ảnh