NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ - LUẬN VĂN ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.15 MB, 66 trang )

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NHIÊN


LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

NGHIÊN CỨ U TỔNG HỢ P DẦU DIESEL
SINH HỌC TỪ BÃ
BÃ CÀ PHÊ PHẾ THẢI

CÁN BỘ
BỘ HƢỚ NG
NG DẪ
DẪN

TS. Bùi Thị
Thị B
Bử
ử u Huê

SINH VIÊN THỰ
THỰ C HIỆ
HIỆN

Bùi Liên Khoa
MSSV: 3077158

Ngành: Hóa Họ
Học K33

Tháng 5 - 2011

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA KHOA HỌC TỰ NHIÊN
NHIÊN
BỘ MÔN HÓA HỌC

CỘ NG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA
NGHĨA VIỆT NAM
Độc lậ p-Tự do-Hạnh phúc

Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

ĐỀ NGHỊỊ ĐỀ
ĐỀ TÀI
PHIẾU ĐỀ NGH
PHIẾU
TÀI TỐ
TỐT NGHIỆ
NGHIỆP CHO SINH VIÊN
NĂM HỌC 2010 –
2010 – 2011
2011
1. Cán bộ hƣớ ng

ng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê.
2. Tên đề tài: NGHIÊN CỨ
CỨ U TỔ
TỔNG HỢ
HỢ P DẦ
D ẦU DIESEL SINH HỌ
HỌC TỪ
TỪ  BÃ
BÃ CÀ
PHÊ
3. Địa điểm thực hiện: phòng thí nghiệm hữu cơ chuyên sâu –   Khoa Khoa Học Tự
Nhiên –  Trƣờng Đại Học Cần Thơ.
4. Số lƣợ ng
ng sinh viên thực hiện: 1
5. Họ và tên sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa (MSSV: 3077158).
6. Mục đích yêu cầu: Nghiêu cứu qui trình tổng hợ  p biodiesel
b iodiesel từ bã cà phê ở  quy
quy mô
phòng thí nghiệm.
7.   N
Nội dung chính và giớ i hạn của đề tài: Đề tài gồm 4 phần:
Chƣơng 1: TỔ NG QUAN
Chƣơng 2: PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U
Chƣơng 3: THỰ C NGHIỆM
Chƣơng 4: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬ N
Chƣơng 5: KẾT LUẬ N VÀ KIẾ N NGHỊ
8. Các yêu cầu h ổ tr ợợ : Trang thiết b ị, d ụng c ụ thí nghiệm và kinh phí để th ực hi ện đề
tài.
9. Kinh phí dự trù cho vi ệc thực hiện đề tài: 800.000 đồng.
Sinh viên đề nghị

(Ký tên và ghi rõ h ọ tên)

Ý kiến của bộ môn

Bùi Liên Khoa
Ý kiến của cán bộ hƣớ ng
ng dẫn

Ts. Bùi Thị Bửu Huê

Trƣờng Đại Học Cần Thơ
Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Môn Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ  Nghĩa
Nghĩa Việt Nam
Độc lậ p –  T
Tự Do –   H
Hạnh Phúc

Cần Thơ, ngày tháng năm 2011
NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦ A CÁN BỘ HƢỚ NG DẪ N
1. Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê
2. Tên đề tài: NGHIÊN CỨ
CỨ U TỔ
TỔNG HỢ

HỢ P DẦ
D ẦU DIESEL SINH HỌ
HỌC TỪ
TỪ  BÃ
BÃ CÀ
PHÊ PHẾ
PHẾ TH
THẢ
ẢI
3. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa (MSSV: 3077158).
4. Lớ  p: Cử Nhân Hóa Học K33.
5.  N
Nội dung nhận xét:
a. Nh
ận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệ p: ...................
.................................
...........................
....................
.......
..........................
.............
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................

.......
..........................
.............
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................
.......
b. Nh
ận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ......
........................................
..........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................
.......
..........................
.............
...........................
...........................

ng dẫn

Ts. Bùi Thị Bửu Huê

Trƣờng Đại Học Cần Thơ
Khoa Khoa Học Tự Nhiên
Bộ Môn Hóa Học

Cộng Hòa Xã Hội Chủ  Nghĩa
Nghĩa Việt Nam
Độc lậ p –  T
Tự Do –   H
Hạnh Phúc

Cần Thơ, ngày tháng năm 2011

NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦ A CÁN BỘ PHẢ N BIỆ N
1. Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: Ts. Bùi Thị Bửu Huê
2. Tên đề tài: NGHIÊN CỨ
CỨ U TỔ
TỔNG HỢ
HỢ P DẦ
D ẦU DIESEL SINH HỌ
HỌC TỪ
TỪ  BÃ
BÃ CÀ

ẢI
PHÊ PHẾ
PHẾ TH
THẢ
3. Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa (MSSV: 3077158).
4. Lớ p: Cử Nhân Hóa Học K33.
5. N
Nội dung nhận xét:
a. Nh
.................................
...........................
....................
.......
ận xét về hình thức của luận văn tốt nghiệ p: ...................
..........................
.............
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................
.......
..........................
.............
...........................
...........................

..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................
.......
b. Nh
ận xét về nội dung của luận văn tốt nghiệp (đề nghị ghi chi tiết và đầy đủ): ......
..........................
.............
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................
.......
..........................
.............
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................

...........................
..........................
....................
.......
Nh
Những vấn đề còn hạn chế: .............
..........................
...........................
...........................
..........................
..........................
................
...



........................................
..........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
....................
.......
..........................
.............
...........................

LỜI CAM ĐOAN
Tất cả những dữ liệu và số liệu sử dụng trong nội dung bài luận văn đƣợ c tôi
tham khảo nhiều nguồn khác nhau và đƣợ c ghi nhận từ những k ết quả thí nghiệm mà
tôi tiến hành. Tôi xin cam đoan về s ự t ồn t ại và tính trung thực khi sử d ụng những d ữ
liệu và số liệu này.
Bùi Liên Khoa

LỜI CẢM ƠN




Sau hơn ba tháng thực hiện luận văn tốt nghiệp, em đã học hỏi đƣợ c nhiều kiến
thức quý báu về lĩnh vực mà em nghiên cứu. Để hoàn thành luận văn chính là nhờ
những điều b ổ ích mà Thầy Cô đã truyền đạt cho em trong suốt nh ững năm tháng Đại
học và đó là nền tảng tri thức để em tự tin bƣớc vào đờ i.i.
Em xin chân thành c ảm ơn quý Thầy Cô của Trƣờng Đại Học Cần Thơ nói chung
và Thầy Cô Khoa Khoa H ọc T ự Nhiên
Nhiên nói riêng. Đặ
Đ ặc biệt em xin gửi lờ i biết ơn sâu
sắc đến Cô Bùi Thị Bửu Huê, ngƣời đã tận tình hƣớ ng
ng dẫn trong từng chặn đƣờ ng
ng
nghiên cứu thực hiện đề tài.

Em cũng gửi lờ i cảm ơn đến bạn bè và gia đình đã giúp đỡ, động viên, tạo điều

kiện cho em về tinh thần lẫn vật chất để em hoàn thành lu ận văn này.
Em xin bày tỏ lòng biết ơn đến tất cả mọi ngƣờ i.i.
Cần Thơ, ngày tháng năm 2011
Bùi Liên Khoa

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

GIỚI THIỆU
Hiện nay, thế giới đã và đang phải đối mặt vớ i hai vấn đề lớ n là hiện tr ạng ô
nhiễm môi trƣờng do lƣợ ng
ng rác thải khá lớ n và tình tr ạng khan hiếm nguồn nhiên liệu
dầu mỏ. Chính vì v ậy, vấn đề đƣợc đặt ra là nghiên cứu tận dụng nguồn rác thải để sản
xuất ra nhiên liệu sinh học thay thế cho nguồn nhiên liệu truyền thống.
Nhìn v ề th ực tr ạng nguồn năng lƣợ ng
ng tiêu thụ trên thế gi ớ i ngày nay thì dầu thô
và khí tự nhiên là nguồn năng lƣợ ng
ng quan tr ọng nhất. Các nguồn tài nguyên này có
giớ i hạn và không tái t ạo đƣợ c.
c. Nếu các nguồn này đƣợ c sử dụng vớ i mức độ hiện nay
thì khả năng thiếu hụt nguồn nguyên liệu có thể xảy ra. Hơn nữa, việc sử dụng r ộng rãi
nhiên liệu dầu mỏ gây ra vấn đề ô nhiễm môi trƣờng. Do đó, đã có sự quan tâm đến
một s ố ngu ồn năng lƣợ ng
ng thay thế, trong đó diesel sinh học là một trong những nhiên
liệu thay thế khá tốt và thân thiện với môi trƣờ ng.

ng. Tuy nhiên, các nghiên c ứu tổng hợ  p
diesel sinh học hiện nay chủ yếu từ các nguồn nguyên liệu dầu mỡ   động thực vật

nhƣng chƣa đề cậ p nhiều về dầu béo từ bã cà phê, một nguồn nguyên liệu phế thải khá
dồi dào và r ẻ tiền. Hàng năm, thế giớ i sản xuất hơn 2,72 tỉ Kg cà phê. Các nhà khoa
bã cà phê đã qua sử dụng này có thể tổng hợ  p đƣợ c khoảng 1287
học ƣớ c tính r ằng, từ  bã
triệu lít dầu diesel sinh học đóng góp vào nguồn nhiên liệu của thế giớ i.i.

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

i

LUÂ   Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ  P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 TỔ NG QUAN TÀI LIỆU ............
.........................
..........................
..........................
..........................
.......................
..........1
I LIPID ............

.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 1
I.1 Khái niệm về lipid .............
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
................
...1
I.2 Phân loại về lipid ..........................
.......................................
..........................
...........................
...........................
..........................
..................
.....22
I.2.1 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa…………………………………………..2
I.2.2 Dựa vào độ hòa tan………………………………………………………...2
I.2.3 Dựa vào thành phần cấu tạo……………………………………………….. 2

I.3 Chức năng của lipid ..........................
.......................................
...........................
...........................
..........................
..........................
............... 3
I.4 Tính chất chung của lipid .............
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..................
.....33
I.4.1 Tính chất vật lý……………………………………………………………. 3
I.4.2 Tính chất hóa học…………………………………………………………. 4

II CÁC PHƢƠNG PHÁP THU LẤY DẦU BÉO TRONG BÃ CÀ PHÊ ............
...................
.......6
II.1 Tách chiết bằng dung môi hữu cơ ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..................
.....6
II.2 Tách chiết bằng CO2 lỏng siêu tớ i hạn ..........................
.......................................

..........................
.......................
..........7
II.3 Tách chiết bằng enzyme......................
....................................
...........................
..........................
..........................
.......................
..........7
II.4 Ép bằng máy............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
.........................
............7
III BIODIESEL .............
..........................
..........................
..........................
..........................
..........................
..........................
...........................
.................
... 8
III.1 Nhiên liệu diesel .............

..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
................
...8

III.2 Sơ lƣợ c về biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
.........................
............88
III.2.1 Khái niệm……………………………………………………………… ...8
III.2.2 Lịch sử hình thành và phát triển của biodiesel………………………….10
III.2.3 Tình hình sử dụng biodiesel trên thế giớ i và Việt Nam………..……….10
III.3 Các chỉ tiêu hóa lý của biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
................
... 11
11
III.3.1 Độ nhớ t………………………………………………………………… .11
III.3.2 Chỉ số pH………………………………………………………………..11

III.3.3 Tro sulfate……………………………………………………………….11
III.3.4 Lƣu huỳnh……………………………… ,,,…………………………….11
III.3.5 Tr ị số cetane……………………………...……………………………..12
III.3.6 Chỉ số acid………………...…………………………………………….12
III.3.7 Glycerol tự do…………………………………………………………...12
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

ii

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

III.3.8 Glycerol tổng…………………………………………………………....12
III.3.9 Hàm lƣợ ng
ng tro phosphorus……,,,………………………………………12
III.3.10 Hàm lƣợng nƣớ c lẫn vào nhiên liệu…...………………………………13
III.4 Những ƣu, nhƣợc điể m của biodiesel .............
..........................
..........................
..........................
.....................
........ 13
13
III.4.1 Những ƣu điểm khi sử dụng biodiesel cho động cơ diesel…...………...13
III.4.1.1 Về mặt môi trƣờ ng

ng…………………………………………………13
III.4.1.2 Về mặt k ỹ thuật…….………………………………………………14

III.4.2 Nhƣợc điểm của biodiesel………………………….…………………..15
III.5 Các phƣơng pháp hóa học sử dụng trong tổng hợ  p biodiesel ........................
........................15
15
III.5.1 Phản ứng transester hóa lipid………………………….………………..15
III.5.1.1 Các phƣơng pháp thực hiện phản ứng transester hóa lipid…………16
III.5.1.2 Xúc tác sử dụng trong phản ứng transester hóa……………………16
III.5.2 Phản ứng ester hóa acid carboxylic ………………………. 19
III.6 Tổng hợ  p biodiesel dựa trên phản ứng transester hóa có sử dụng xúc tác kiềm
..........................
.............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
.......................
..........21
21

III.6.1 Đối vớ i dầu thực vật hoặc mỡ   động vật có hàm lƣợ ng
ng acid tự do
thấ p...............
p...............................
...............................

...............................
.............................
.............……………………………. 21

III.6.2 Đối vớ i dầu thực vật hoặc mỡ động vật có hàm lƣợ ng
ng acid béo tự do
cao…………………………………………….………………………………… 22
III.7 Tiềm năng sản xuất biodiesel từ bã cà phê ............
.........................
...........................
...........................
............... 23

CHƢƠNG 2 PHƢƠNG TIỆN VÀ PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U .........................
.........................24
I NỘI DUNG NGHIÊN CỨ U .............
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..................
.....24
..........................
..........................
..........................
..........................
.......................
..........24
II PHƢƠNG TIỆ N NGHIÊN CỨ U .............

II.1 Thiết bị và dụng cụ .............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............24
II.2 Hóa chất ............
.........................
..........................
..........................
..........................
..........................
..........................
...........................
.................
... 24
24
II.3 Nguyên liệu .............
..........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
.......................
..........25

III PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨ U.............

..........................
..........................
..........................
..........................
.....................
........25
III.1 Phƣơng pháp ly trích dầu béo từ bã cà phê.........................
.......................................
...........................
............... 25
III.1.1 Phƣơng pháp chiết soxhlet .............
..........................
...........................
...........................
..........................
..................
..... 25
III.1.2 Phƣơng pháp ngâm dầ m .............
..........................
..........................
..........................
..........................
.......................
..........25
III.2 Xác định các chỉ số hóa lý của dầu béo trích ly từ bã cà phê phế thải ...........26
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

iii

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

III.2.1 Xác định độ ẩm bã cà phê và hàm lƣợ ng
ng chất bay hơi.............
..........................
................
... 26
26
III.2.1.1 Nguyên tắc…………………………………………………………. 26
III.2.1.2 Tiến hành…………………………………………...………………26
III.2.1.3 Tính k ết quả…………………………………………...…………… 26
III.2.2 Chỉ số acid (IA) ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
.......................
..........26
26

III.2.2.1 Ý nghĩa………………………………………………………….…..26
III.2.2.2 Nguyên tắc…………………………………………………………. 26
III.2.2.3 Tiến hành……………………………………………………….…..26
III.2.2.4 Tính k ết quả………………………………………………….……..27

III.3 Tổng hợ p biodiesel từ dầu béo của bã cà phê phế thải ............
.........................
.......................
..........27
27

CHƢƠNG 3 THỰ C NGHIỆM………………………………………………………..29
I Giai đoạn ester hóa .............
...........................
...........................
..........................
...........................
...........................
..........................
..................
.....29
I.1 Cách bố trí thí nghiệm: ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
.....................
........30
I.2 Tiến trình thực hiện .............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................

.........................
............30
I.3 Tiến trình r ửa ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
.......................
..........30

II Giai đoạn transester hóa .............
..........................
...........................
...........................
..........................
..........................
.......................
..........31
II.1 Cách bố trí thí nghiệm............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
.....................
........31
II.2 Tiến trình thực hiện ............
.........................

..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............31
II.3 Tiến hành phản ứng ............
.........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............31
II.4 Tiến trình r ửa.............
a..........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
.....................
........32
III Tiến trình làm khô sản phẩm............
.........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................

... 32

IV Đánh giá chất lƣợ ng
ng sản phẩm biodiesel .............
..........................
..........................
..........................
.......................
..........32
CHƢƠNG 4 KẾT QUẢ - THẢO LUẬ N ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..................
.....33
I CÁC CHỈ SỐ HÓA LÝ .............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............33

I.1 Độ ẩm của bã cà phê phế thải và hàm lƣợ ng
ng chất bay hơi ...........
........................
.....................
........33

I.2 Hiệu suất ly trích dầu béo từ bã cà phê phế thải..............
i...........................
..........................
.....................
........33
33

I.2.1 Phƣơng pháp ngâm dầm………….………………………………….… 33
I.2.2 Phƣơng pháp trích soxhlet…….………………………………………33
I.2.3 Nhận xét………….……………………………………………….…….33
I.3 Chỉ số acid của dầu béo ..............
...........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..................
.....34
II QUY TRÌNH ĐIỀU CHẾ BIODIESEL TỪ  BÃ CÀ PHÊ.........................
.....................................
............34
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

iv

LUÂ   Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ  P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

II.1 Phản ứng ester hóa .............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............34
34
II.1.1 Ảnh hƣở ng
ng của lƣợng methanol………………………………..……..34
II.1.2 Ảnh hƣở ng
ng của nhiệt độ phản ứng……………………………………. 36
II.1.3 Ảnh hƣở ng
ng của thờ i gian phản ứng…………………………………… 37
II.1.4 Ảnh hƣởng lƣợ ng
ng acid H2SO4...............
..............................
.................................
................................
................39
..39

II.1.5 Điều kiện tối ƣu của giai đoạn ester hóa…………………...…………. 40
II.2 Phản ứng transester hóa ............
.........................
..........................

..........................
...........................
...........................
..................
.....41
41
II.2.1 Ảnh hƣở ng
ng của lƣợ ng
ng methanol……………….……………………...41
II.2.2 Ảnh hƣở ng
ng của nhiệt độ phản ứng…………….…………………….. .43
II.2.3 Ảnh hƣở ng
ng của thờ i gian…………………………………………….. .44
II.2.4 Ảnh hƣởng lƣợ ng
ng xúc tác KOH……………………………………….46
II.2.5 Điều kiện tối ƣu của giai đoạn transester hóa……..………………….. 48

II.3 Đánh giá chất lƣợ ng
ng sản phẩm biodiesel điều chế đƣợ c ..........................
..................................
........49
CHƢƠNG 4 KẾT LUẬ N – KI
KIẾ N NGHỊ .............
..........................
...........................
...........................
..........................
................
... 51
I K ẾT LUẬ N.........................

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

MỤC LỤC CÁC BIỂU BẢ NG
Bảng 1 So sánh một số chỉ tiêu giữa biodiesel (RME) và diesel ....................................
....................................9
Bảng 2 Các yếu tố cố định ............
.........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
............... 35
Bảng 3 Ảnh hƣởng lƣợng methanol đến chỉ số acid .........................
.......................................
...........................
............... 35
Bảng 4 Các yếu tố cố định .............
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................

..........................
............... 36
Bảng 5 Ảnh hƣở ng
ng của nhiệt độ phản ứng đến chỉ số acid ......................
...................................
.....................
........37
Bảng 6 Các yếu tố cố định ............
.........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
............... 38
Bảng 7 Ảnh hƣở ng
ng của thờ i gian phản ứng đến chỉ số acid ..............
...........................
...........................
................ 38
Bảng 8 Các yếu tố cố định .............
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
............... 39
Bảng 9 Ảnh hƣở ng
ng của lƣợ ng

ng xúc tác H2SO4 đến chỉ số acid ..........................
......................................
............40
Bảng 10 Các yếu tố cố định .............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............41
Bảng 11 Ảnh hƣởng lƣợng methanol đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 42
Bảng 12 Các yếu tố cố định ............
.........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................

............43
Bảng 13 Ảnh hƣở ng
ng nhiệt độ phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 43
Bảng 14 Các yếu tố cố định .............
..........................
..........................
...........................
...........................
..........................
.........................
............45
Bảng 15 Ảnh hƣở ng
ng thờ i gian phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................

..........................
...........................
...........................
................
... 45
Bảng 16 Các yếu tố cố định ảnh hƣởng lƣợ ng
ng KOH ..............
...........................
..........................
.........................
............46
Bảng 17 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác KOH đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 47
Bảng 18 Bảng biodiesel chuẩn theo QCVN 1: 2009/BKHCN ..........................
......................................
............49

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

vi

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

MỤC LỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1 Ảnh hƣở ng
ng của lƣợng methanol đến chỉ số acid ..........................
.......................................
.....................
........36
Hình 2 Ảnh hƣở ng
ng của nhiệt độ đến chỉ số acid ............
.........................
..........................
..........................
.....................
........37
Hình 3 Ảnh hƣở ng
ng của thờ i gian phản ứng đến chỉ số acid .........................
.......................................
.................
... 38
Hình 4 Ảnh hƣở ng
ng của lƣợ ng
ng xúc tác H2SO4 đến chỉ số acid .....................

..................................
..................
..... 40
Hình 5 Ảnh hƣở ng
ng lƣợng methanol đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 42
Hình 6 Ảnh hƣở ng
ng nhiệt độ phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 44
Hình 7 Ảnh hƣở ng

ng thờ i gian phản ứng đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 46
Hình 8 Ảnh hƣởng lƣợng xúc tác KOH đến chỉ số acid và hiệu suất của sản phẩm
biodiesel ............
.........................
...........................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 47

MỤC LỤC CÁC SƠ ĐỒ
Sơ đồ 1 Cơ chế phản ứng transester hóa xúc tác base ..........................
.......................................
.........................
............18

Sơ đồ 2 Cơ chế phản ứng ester hóa ............
.........................
..........................
..........................
...........................
...........................
............... 20
Sơ đồ 3. Qui trình tổng hợ  p biodiesel dựa trên phản ứng transester hóa có sử dụng xúc
tác kiềm..........................
........................................
...........................
..........................
..........................
..........................
...........................
...........................
................
... 21

Sơ đồ 4 Qui trình hai bƣớ c tổng hợ  p biodiesel..............................
biodiesel............................................
...........................
..................
.....29
29

CÁC CHỮ  VI
VIẾT TẮT
ASTM: American Society for Testing and Materials
BKHCN: Bộ khoa học công nghệ

QCVN: Qui chuẩn Việt Nam
RME: Rapeseed methyl ester
HFRR: High - frequency reciprocating rig

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

vii

LUÂ   Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ  P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

CHƢƠNG 1
1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
LIỆU
-----oooOooo-----

I LIPID
I.1 Khái niệm về lipid[1]
Tên gọi „Lipid” xuất phát từ chữ Hi Lạp “Lipos” có nghĩa là chất béo. Lipid là
một hợ  p ch ất hữu cơ có chức năng và thành phầ n hóa học khác nhau đƣợ c ly trích từ

động vật hay thực vật nhờ   các dung môi ether, chloroform, methanol, là một trong
những thành phần sinh hóa cơ bản của động thực vật. Các thành phần của thức ăn

thƣờ ng
ng đƣợ c tậ p trung nghiên c ứu là protein, lipid, glucid và m ột số vitamine, trong đó
li pid
pid đóng vai trò quan trọng nhƣ là nguồn cung cấp năng lƣợ ng
ng và các acid béo c ần
thiết cho quá trình sinh trƣở ng
ng và phát triển của động vật. Lipid cũng đóng vai trò nhƣ
chất vận chuyển vitamine tan trong dầu và sterol.

Vào năm 1920, con ngƣời đã biế t bệnh do thiếu vitamine có liên quan đến bữa ăn
thiếu lipid nhất là các nhóm vitamine tan trong d ầu. Nhờ  tính
tính dẫn nhiệt kém của lipid

nên nó đƣợ c xem là chiếc áo bảo vệ thân nhiệt.
Thành phần chủ yếu của lipid trong hầu hết các loại dầu thực vật và mỡ  động vật
là triglyceride hay glyceride hoặc mỡ  trung
trung tính. Ngoài ra, còn có các acid béo t ự do,
phospholipid và sterol.
Triglyceride là một ester của glycerol và acid béo, có công th ức tổng quát là:
H2C

O
O C R 1
O

HC

O C R 2
O

H2C

O C R 3

Trong đó R 1, R 2, R 3: là các gốc acid béo.
Các acid béo trong phân t ử lipid là acid no ho ặc không no.
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

1

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Các acid no thƣờ ng
ng gặ p là:
CH3

(CH2)12

COOH ( Acid
Acid lauric )

CH3

(CH2)14

COOH ( Acid
Acid palmitic )

Các acid béo không no thƣờ ng
ng gặ p là:
CH3
CH3

Acid oleic)
(CH2)7 CH CH (CH2)7 COOH ( Acid
(CH2)4 CH CH CH2 CH CH (CH2)7 COOH ( Acid
Acid linoleic)

I.2 Phân loại về lipid[1] [2]
Có nhiều kiểu phân loại lipid. Hiện nay có ba cách phân lo ại chính:

hóa
I.2.1 Dựa vào phản ứng xà phòng hóa
Dựa vào phản ứng xà phòng hóa ngƣờ i ta chia lipid ra thành hai loại:


Lipid xà phòng hóa đƣợ c:
c: gồm các glyceride, glycerophosp holipid và sáp. Nghĩa

là những lipid mà trong phân tử có chứa ester của acid béo cao phân t ử.


Lipid không xà phòng hóa đƣợ c:
c: là những lipid mà trong phân tử không chứa

nhóm ester. Nhóm này gồm các hydrocarbon, các ch ất màu và các sterol.

I.2.2 Dựa vào độ hòa
độ hòa tan
Dựa vào độ hòa tan lipid đƣợ c chia thành hai loại nhƣ sau:


Lipid thực s ự: là những ester hoặc amide của acid béo (có từ bốn carbon tr ở
ở lên)
lên)

vớ i một rƣợ u gồm glycerolipid (ester của glycerol), sphingolipid (amide c ủa
sphingozin), ceride (ester của rƣợ u cao phân tử), steride (ester của sterol), etolite
(ester tƣơng hỗ của hợ p chất đa chức acid và rƣợ u).
u).


Lipoid: là những chất có độ hòa tan giống lipid bao gồm: carotenoid, quinon (các

dẫn xuất của isoprene), sterol tự do.

I.2.3 Dựa vào thành phần cấu
cấu tạo
tạo
Cách phân loại thứ ba về lipid là dựa vào thành phần cấu tạo. Ở cách phân loại này
lipid chia làm hai loại nhƣ sau:


Lipid đơn giản: trong phân tử chỉ chứa C, H, O, là ester c ủa rƣợ u và acid béo.

Thuộc nhóm này có: triacylglycerine, sáp (ceride) và steride.
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

2

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣


Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Lipid phức t ạ p: ngoài C, H, O còn có m ột s ố nguyên tố khác nhƣ N, P, S, do đó

trong phân tử của chúng ngoài rƣợ u và acid béo, còn có các thành ph ần khác nhƣ

acid phosphoric, đƣờng… Lipid tự do có nhiệm vụ cung cấp năng lƣợ ng,
ng, hàm
lƣợng luôn thay đổi nhƣng lipid phức t ạ p l ại có nhiệm vụ tham gia xây dựng các
bào, hàm lƣợng không thay đổi hay r ất
ất ít thay đổi.
cấu tử của tế bào,
Ngoài ra, còn các lipid khác nhƣ: terpene, steroid và prostaglandin…

I.3 Chức năng của lipid[1]

- Cung cấp năng lƣợ ng:
ng: lipid là nguồn cung cấp năng lƣợ ng
ng tốt nhất cho cơ
thể động vật. Lƣợ ng
ng calo do lipid cung cấ p cao gấ p 2 lần lƣợ ng
ng calo do glucid và
protid cung cấ p. Lipid là chất dự tr ữ năng lƣợng cho cơ thể. Một gam lipid cung cấ p
9,3 calo trong khi một gam glucid hay protid chỉ cho 4,1 calo.
- Hoạt tính và cấu thành enzyme và hormone.
- Tham gia cấu trúc màng tế bào: lipid phân cực hay phospholipid có một vai
trò r ất quan tr ọng
ọng trong dinh dƣỡ ng
ng vì nó tham gia vào c ấu trúc của tất cả các màng tế
bào.
- Hỗ tr ợợ hấ p thu
t hu các lipi
lipidd khác: phospholipid giữ vai trò quan tr ọng trong sự
vận chuyển và hấ p thụ lipid và tham gia vào các quá trình bi ến dƣỡ ng
ng trung gian trong

cơ thể sinh vật. Phospholipid đóng vai trò nhƣ chất nhũ tƣơng hóa giúp các acid béo,
muối mật và các chất hòa tan trong chất béo gắn vào các hạt micelle nhỏ li ti.
- Vận chuyển các vitamine và một số chất khác: lipid là dung môi hòa tan các
vitamine tan trong dầu nhƣ A, D, E, K và hydrocarbon. Do đó, trong khi đƣợ c hấ p thu
và vận chuyển trong cơ thể lipid cũng mang theo các chấ t hòa tan trong lipid.
- Chức năng bảo vệ cơ thể: lipid giúp cơ thể chống lại các va đập cơ họ c,
chống lạnh và bảo vệ các cơ quan bên trong.

I.4 Tính chất chung của lipid[1] [3]
I.4.1 Tính chất vật lý

lý
Lipid có tỷ tr ọng thấp hơn nƣớ c (0,86-0,97). Mức độ không no trong mạch
hydrocarbon càng lớ n thì lipid có tỷ tr ọng càng cao.

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

3

LUÂ   Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ  P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Lipid có đặc tính chung là không tan trong nƣớ c và tan trong các dung môi h ữu
cơ nhƣ: chloroform, benzene, ether.
Lipid không tan trong nƣớ c,
c, khi tr ộn v ới nƣớ c s ẽ t ạo thành hai lớp: nƣớ c ở   dƣớ i
và chất béo ở   trên, đầu -COO- tiế p xúc với nƣớc, đuôi kị nƣớ c ở   phía
phía trên. Dƣớ i tác

động c ủa ch ất gây nhũ tƣơng hóa nhƣ xà phòng (muối natri hay kali của các acid béo
bậc cao hoặc acid mật hay muối m ật do gan tiết ra) chất béo bị chia nhỏ ra giống nhƣ
dạng s ữa g ọi là nhũ tƣơng bền. Nhờ  v
v ậy, xà phòng là chất tẩy r ửa d ầu mỡ  t t ốt chỉ sau
các dung môi hữu cơ. Điều đó cũng giải thích đƣợ c vì sao các bệnh nhân bị b ệnh gan
phải h ạn ch ế ăn thức ăn có chứa d ầu m ỡ   vì trong cơ thể c ủa b ệnh nhân, dầu mỡ  trong
trong

thức ăn không đƣợc nhũ tƣơng hóa, do đó lipase phân giải chậm.
Tính chất của glyceride phụ thuộc vào thành phần acid béo, chiều dài mạch
carbon và số lƣợ ng
ng liên k ết
ết đôi trong phân tử.

ạng thái bình thƣờ ng
Mỡ   động v ật ch ứa nhiều acid béo no do đó ở  tr
tr ạng
ng ở   dd ạng r ắn,
nhất là mỡ  bò,
bò, mỡ  c
cừu. Dầu thực vật cũng tùy theo tỉ lệ acid béo no và không no
n o mà có

điểm nóng chảy khác nhau. Ví dụ dầu cacao chứa 30% palmitic và 40% stearic có
điểm nóng chảy 30-40°C. Ngƣợ c lại dầu hƣớng dƣơng chứa 85% acid béo không no là
oleic và lenoleic nên có điểm nóng chảy r ất thấ p (-21°C). Do đó, dầ u thực v ật luôn ở
dạng lỏng.
Nguyên nhân c ủa tr ạng thái r ắn hay lỏng của glyceride là do hàm lƣợ ng
ng acid béo
no hay không no vì:


Các acid béo no có m ạch carbon thƣờ ng
ng thẳng, không gấ p khúc tạo nên cấu trúc

ổn định và chặt, không bị phá vỡ  nên
nên ở  nhi
nhiệt độ thƣờ ng

ng chúng có tr ạng thái r ắn.


Các acid béo không no có m ạch carbon bị gấ p khúc, tạo sự sắ p xế p lỏng lẻo dễ bị

phá v ỡ  (do
(do lực Van der Waals yếu), do đó ở   nhiệt độ thƣờ ng
ng chúng ở  tr
t r ạng thái
lỏng.

I.4.2 Tính chất hóa học
học[3]
Phản ứ ng
ng thủ y phân và xà phòng hóa


Vớ i sự hiện diện của nƣớ c hoặc hơi nƣớ c và có xúc tác c ủa enzyme lipase, dầu
mỡ   bbị thủy phân sẽ giải phóng acid béo tự do và glycerol.
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

4

LUÂ   Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ  P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Phƣơng trình thủy phân triglyceride đƣợ c biểu diễn nhƣ sau:

H2C

OCOR 1

HC

OCOR 2

H2C

OCOR 3

enzyme lipase, H2O

H2C

OH

HC

OH

R 1COOH

H2C
OH
Glycerol

Triglyceride

+

R 2COOH

R 3COOH
Acid béo

Nếu có mặt một lƣợ ng
ng kiềm (KOH, NaOH) thì sau ph ản ứng thủy phân, acid béo
tác dụng vớ i kiềm để tạo thành muối kiềm (xà phòng).
RCOOH + NaOH

RCOONa + H2O

Tổng quát:
H2C

OCOR 1

HC

OCOR 2

H2C

OCOR 3

+ 3NaOH

OH

HC

OH

H2C

OH

R 1COONa
+

R 2COONa
R 3COONa
Xà phòng

Glycerol

Triglyceride


H2C

Phản ứ ng
ng cộng hydro

Là phản ứng c ộng hydro vào các nối đôi trên mạch carbon của acid béo vớ i s ự
hiện diện của chất xúc tác thích hợ  p. Phản ứng này đƣợ c ứng dụng trong công nghệ
thực phẩm nhằm làm giảm số nối đôi trên dây carbon và làm cho dầ u mỡ  ổn định hơn,
hạn chế khả năng bị oxi hóa, trùng hợ  p của dầu mỡ , giúp cho dầu mỡ  không
không bị tr ở
ở mùi
mùi
khi bảo quản lâu.
C

C

+ H2

xt

H
C

H
C

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

5

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣


Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Phản ứ ng
ng với rượ u
H2C

OCOR 1

HC

OCOR 2

H2C

OCOR 3

+ 3ROH

H2C

OH

HC

OH

H2C

OH

R 1COOR
+

R 2COOR
R 3COOR

Đây là phản ứng cơ bản để biến triglyceride thành alkyl ester của acid béo.


Phản ứ ng
ng oxi hóa

Các loại dầu mỡ  có
có chứa nhiều acid béo không no sẽ dễ bị oxi hóa. Phản ứng
xảy ra trên nối đôi của mạch carbon. Dầu mỡ   chứa nhiều acid béo no dễ bảo quản, ít
biến đổi. Dầu mỡ  b
bảo quản lâu có thể có các hƣớ ng
ng chuyển hóa sau:


Phản ứ ng
ng thủ y phân có xúc tác enzyme lipase sinh ra glycerol
gl ycerol và các acid béo.



  Phản ứ ng
ng oxi hóa các nối đôi của acid không no tƣơng tự nhƣ phản ứng oxi hóa

các olefin, sinh ra các hợ  p chất chứa oxygen nhƣ: aldehyde, ketone, alcohol,…
Các phản ứng trên vớ i sự tham gia của enzyme, oxygen trong không khí, và nƣớ c
làm cho mỡ  có
có mùi hôi, giảm chất lƣợ ng.
ng. Vì vậy, để tránh hiện tƣợ ng
ng này, trong công
nghệ thực phẩm ngƣời ta thƣờng bao kín để tránh dầu mỡ   tiế p xúc vớ i oxygen ngoài
không khí, ánh nắng chiếu vào (nếu có sẽ sinh nhiệt, phản ứng thủy phân mỡ   diễn ra

nhanh hơn) hoặc có thể thêm chất chống oxy hóa thƣờng là phenol, quinon…

II CÁC PHƢƠNG PHÁP THU LẤY DẦU BÉO
DẦU BÉO TRONG BÃ

CÀ PHÊ

II.1 Tách chiết bằng dung môi hữ u cơ
cơ [4]
Bộ dụng c ụ sohxlet vớ i nhiều kích cỡ. Phƣơng pháp này có ƣu đ iểm ch ỉ sử dụng
một lƣợ ng
ng ít dung môi mà có th ể chiết kiệt đƣợ c hoạt chất. Sự ly trích tự động, liên
tục nên nhanh chóng. Dùng dung môi k ỵ nƣớ c trích ly hoàn toàn lipid t ừ nguyên liệu

đã đƣợ c nghiền nhỏ. Một số thành phần hòa tan trong ch ất béo cũng đƣợ c trích ly
theo bao gồm sắc tố, các vitamin tan trong chất béo, các chất mùi... tuy nhiên hàm

lƣợ ng
ng của chúng không cao.
ng lớ n mẫu, nên
Nhƣợc điể
đi ểm c ủa phƣơng pháp này là không chiết đƣợ c một lƣợ ng
chỉ thích hợ p cho các nghiên c ứu trong phòng thí nghi ệm. Một nhƣợc điểm lớ n nữa là
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa
6

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

trong suốt quá trình chiết, mẫu luôn có nhiệt độ bằng nhiệt độ sôi của dung môi nên

những hợ  p chất kém bền nhiệt có thể bị thủy giải.
Ta có thể dùng phƣơng pháp tách chiết khác nhƣ: phƣơng pháp ngâm dầ m,

phƣơng pháp ngấm kiệt ngƣợc dòng để chiết với lƣợ ng
ng mẫu lớ nn..

II.2 Tách chiết bằng CO2 lỏng siêu tới hạn[5]
Thay vì sử d ụng các dung môi hữu cơ, ngƣờ i ta có thể s ử d ụng CO2 ở  tr
tr ạng thái
siêu tớ i hạn (31,1°C, 73 atm). Đặt biệt ở   tr ạng thái này CO2 vừa giống nhƣ khí, vừa
giống nhƣ lỏng, có độ nhớ t thấp hơn pha lỏng (dễ xâm nhậ p vào mẫu), có khả năng
chuyển khối lớn hơn pha khí (chiết xuất đƣợ c cạn kiệt hoạt chất). Vớ i tr ạng thái pha

lƣỡ ng
ng này nó sẽ là điều kiện lý tƣởng để trích cấu tử trong một thờ i gian ngắn. Bằng
cách kiểm soát nhiệt độ và áp suất, mật độ và tốc độ dung môi, CO2 lỏng tớ i hạn có thể
thay thế các dung môi hữu cơ (CHCl3, diethyl ether, petro ether, n-hexane). Nhờ   khả

năng hòa tan mà ta có thể v ận d ụng chúng vào việc tinh chế, trích ly, ngâm chi ết, k ết
tinh… Nhiệt độ cao làm tăng động học chiết, trong khi áp su ất cao sẽ giữ cho dung
phƣơng
môi thoát khỏi sự đun sôi. So sánh với phƣơng pháp trích Shoxlet thì rõ rà ng ở   phƣơng
pháp này có nhiều mặt tiện lợi hơn nhiều nhƣ tiết kiệm thời gian hơn, chi phí dung môi
giảm rõ, giảm chất thải từ dung môi. Tuy nhiên vấn đề lớ n nhất gặ p phải là cần chi phí
lớ n cho thiết bị, dụng cụ, máy móc.

chiết bằ
bằng
II.3 Tách chiết
ng enzyme[6]

Việc tách chiết dầu béo bằng enzym đã đƣợ c nhiều nhà nghiên cứu quan tâm

đồng thời đạt đƣợ c thành công nhất định. Chiết xuất dầu cà phê bằng enzyme chƣa
đƣợ c nghiên cứu nhƣng chiết suất dầu dừa bằng enzyme cytolase đã đƣợ c Viện
Nghiên cứu Dầu Thực vật- Tinh dầu- Hƣơng liệu- Mỹ phẩm (Bộ công nghiệ p) khảo
sát và chiết su ất thành công dầu tinh khiết, d ầu đƣợ c chiết xu ất t ừ enzyme cylolate có

ộng rãi hơn dầu d ừa đƣợ c s ản xu ất b ằng
chất lƣợng cao, do đó có phạm vi ứng d ụng r ộng
các phƣơng pháp công nghiệ p cổ điển.

II.4 Ép bằng máy[7]
Phƣơng pháp ép tuy đơn giả n nhƣng không triệt để, hàm lƣợ ng
ng dầu của bã ép còn
4-5%; đối v ớ i nguyên liệu ít dầu thì hiệu qu ả kinh tế th ấ p. Trong công nghi ệ p ép dầu,
chỉ có những loại h ạt có hàm lƣợ ng
ng d ầu t ừ 15-20% tr ở
lên mớ i có giá tr ị th ực t ế để t ổ
ở lên
chức sản xuất và đảm bảo đƣợ c các hiệu quả kinh tế k ỹ thuật trong khi sản xuất.
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa
7

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

III BIODIESEL
III.1 Nhiên liệu diesel
Nhiên liệu diesel là phần hydrocarbon lấy từ dầu mỏ ra, có nhiệt độ sôi nằm
trong giớ i hạn từ 200 đến 300°C. Dầu diesel có màu nâu nh ạt, nặng hơn xăng, nhẹ hơn

nƣớ c,
c, tỷ tr ọng từ 0,80 đến 0,86[8].
Nhiên liệu diesel r ẻ ti ền hơn xăng nên đƣợ c sử dụng r ất r ộng rãi trong các ngành
công nghiệp. Động cơ diesel đƣợ c dùng nhiều ở  xe
xe v ận tải nặng, xe tăng, tàu thủ y, tàu
hỏa, máy phát điện cỡ  l lớn v.v…

III.2 Sơ lƣợc về biodiesel
III.2.1 Khái niệ
niệm
Biodiesel hay còn gọi là diesel sinh học, là một loại nhiên liệu có tính chất tƣơng
tự diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ nhƣng đƣợ c sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ   động
vật. Biodiesel có thành phần chính bao gồm các mono-alkyl ester c ủa chuỗi các acid
béo có nguồn gốc từ thực vật hay mỡ  động vật[8].
Mono-alkyl ester là sản phẩm của phản ứng giữa alcol mạch thẳng (nhƣ methanol
hoặc ethanol) vớ i mỡ   động vật hoặc dầu th
t hực vật tạo thành glycerol và ester của acid
béo mạch dài.

H2C

OCOR 1

HC

OCOR 2

H2C

OCOR 3

Triglyceride

+ 3 CH3OH

Methanol

H2C

OH

HC

OH

H2C

OH

Glycerol

R 1COOCH3
+

R 2COOCH3
R 3COOCH3

Biodiesel

Tùy thuộc vào loại d ầu th ực v ật và loại rƣợ u s ử d ụng mà alkyl ester có tên khác
nhau.


Nếu đi từ dầu cây đậu nành (soybean) và methanol thì ta thu đƣợ c SME (soy

methyl esters). Đây là loạ i ester thông dụng nhất đƣợ c sử dụng tại Mỹ.

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

8

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣


Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Nếu đi từ dầu cây cải d ầu (rapeseed) và methanol thì ta thu đƣợ c RME (rapeseed

methyl esters). Đây là loạ i ester thông dụng nhất đƣợ c sử dụng ở  Châu
Châu Âu[9].
Biodiesel phù hợ  p v ới động cơ diesel, cả v ề độ nh ớ t,t, khối lƣợ ng
ng riêng lẫn ch ỉ s ố
cetane vì nó giống v ớ i diesel dầu m ỏ. Bảng 1 cho các thông số so sánh giữa biodiesel
và diesel dầu mỏ[10].

Bảng 1 So sánh một  số chỉ tiêu giữa biodiesel (RME) và diesel
Tính chấ
chất nhiên liệ
liệu

Biodiesel RME

Diesel

Methyl ester

C12H26

Tr ọng
ọng lƣợ ng
ng phân tử

296

170 –  200
200

Chỉ số cetane

54

50

Khối lƣợ ng
ng riêng (Kg/l) ở  15°C
15°C

0,88

0,84

Tr ị giá calo (MJ/Kg) ở  15°C
15°C
Tr ị giá calo (MJ/l) ở  15°C
15°C

37,3
32,8

42,7
35,7

32,8 (20°C)

14,53

9,2 –  11
11

0 –  0,6
0,6

7,4

4

91 –  135
135

77

Công thức hóa học

Tỉ lệ không khí/ nhiên liệu (kg
không khí/ kg nhiên liệu)

Hàm lƣợ ng
ng oxy (Wt%)
Độ nhớ t (mm2/ giây) ở  20°C
20°C
Điểm cháy (°C)

Biodiesel có thể sử dụng trong các động cơ diesel thông thƣờ ng

ng ở   dạng nguyên
chất (100% biodiesel –  B100),
B100), hoặc ở   dạng pha tr ộn kí hiệu là BXX, trong đó XX là
phần trăm biodiesel cần pha. Biodiesel thƣờng đƣợ c pha chế vớ i dầu diesel để tạo ra
các loại nhiên liệu sau đây:
- B5 gồm 5% biodiesel pha vớ i 95% dầu diesel.
- B10 gồm 10% biodiesel pha v ớ i 90% dầu diesel.
- Và B20 gồm 20% biodiesel pha v ớ i 80% dầu diesel.
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

9

LUÂ   Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ  P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

Biodiesel ít độc, không gây ô nhiễm môi trƣờ ng
ng và là một loại năng lƣợ ng
ng tái
tạo. Do đó mặc dù giá thành cao hơn so vớ i nhiên liệu diesel nhƣng biodiesel đƣợ c
xem là nguồn năng lƣợng cho tƣơng lai.

III.2.2 Lị
Lịch sử
sử  hình
hình thành và phát triể

triển củ
của biodiesel[9]
Biodiesel bắt đầu đƣợ c sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó

ngƣờ i ta chuyển hóa dầu thực vật để thu glycerol và thu đƣợ c các phụ phẩm là methyl
hoặc ethyl ester gọi chung là biodiesel. Ngày 10/08/1893, l ần đầu tiên Rudolf Diesel

đã sử dụng biodiesel do ông chế tạo để chạy máy. Năm 1912, ông đã dự báo: “Hiện
nay, việc dùng d ầu thự c vật cho nhiên liệu

động cơ có thể   không quan tr ọng, nhưng

trong tương lai, nhữ ng
ng loại d ầu
ầu như thế  ch
chắ c chắ n s ẽ  có
có giá tr ị không thua gì các sản
phẩ m nhiên liệu t ừ
ừ   d ầu mỏ và

than đá”. Để tƣở ng
ng nhớ   ngƣời có công đầu tiên đoán

đƣợ c giá tr ị to lớ n của biodiesel, tổ chức Nation Board Biodiesel đã quyết định lấy
ngày 10 tháng 8 hằng năm bắt đầu từ năm 2002 làm ngày Diesel sinh học Quốc tế
(Internation Biodiesel Day). Trong những năm của th ậ p k ỷ 90, Pháp đã triển khai sản
xuất biodiesel từ dầu hạt cải và đƣợ c dùng ở   ddạng B5 (5% biodiesel vớ i 95% diesel) và
B30 (30% biodiesel tr ộn vớ i 70% diesel).

III.2.3 Tình hình sử

sử dụ
dụng biodiesel trên thế
thế gi
giớ
ớ i và Việ
Việt Nam[9]
Theo xu hƣớ ng
ng chung trên thế giới, ngƣờ i ta thƣờ ng
ng tr ộn biodiesel vào diesel vớ i
thành phần phối tr ộn từ 5-30%. Ở châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU từ ngày 31

tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhấ t là 5,75%
thành phần của các nhiên liệu dùng để chuyên chở ph
phải có nguồn gốc tái tạo.


Tại Áo, một ph ần c ủa ch ỉ th ị EU đã đƣợ c th ực hi ện s ớm hơn và từ ngày 1 tháng

11 năm 2005 chỉ còn có dầu diesel chứa 5% có nguồn gốc sinh học (B5) là đƣợ c
phép bán.


Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005.



Tại Mỹ năm 2005 đã sử dụng B20.



Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok.



Tại Việt Nam, Petro Việt Nam đã có kế hoạch đƣa 10% Biodiesel (B10) vào

thành phần diesel để lƣu thông trên thị trƣờ ng.
ng.
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

10

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

III.3 Các chỉ tiêu hóa lý của biodiesel [11]
Chất lƣợng biodiesel đƣợc đánh giá qua một số chỉ tiêu nhƣ: chỉ số acid, độ nhớ t,t,
pH, tro sulfate, lƣu huỳnh, tr ị số cetane, glycerol tự do, glycerol tổng, hàm lƣợ ng
ng tro
phospho, mức độ bay hơi, khối lƣợng riêng và hàm lƣợng nƣớ c chứa trong nguyên
liệu.

III.3.1 Độ
Độ nh
nhớ

ớ t
Độ nhớ t của nguyên liệu thể hiện sự lƣu chuyển nhiên liệu dễ dàng trong hệ
thống cung cấ p và nạ p liệu vào buồng đốt của động cơ. Đây là một trong hững chỉ tiêu
quan tr ọng của nhiên liệu. Ngƣờ i ta dùng máy chuyên dụng để đo độ nhớ t.t.

Độ nhớt cao: tính lƣu chuyển hạn chế, nhiên liệu khó vận chuyển và nạ p liệu vào
buồng đốt.

Độ nhớ t thấ p: giảm hệ số nạ p liệu và tăng sự mài mòn của bơm nhiên liệu.
III.3.2 Chỉ
Chỉ số
số pH
Chỉ s ố pH của nhiên liệu t ốt nh ất x ấ p x ỉ 7 vì nếu pH cao hay thấp hơn 7 đều ảnh
hƣởng đến mức độ ăn mòn thiết bị.
III.3.3 Tro sulfate
Chất lƣợ ng
ng tro có thể tồn tại trong diesel sinh học gốc dƣớ i ba dạng: (1) các chất
r ắn có tính mài mòn, (2) xà phòng kim lo ại tan đƣợ c và (3) các chất xúc tác không loại
bỏ đƣợ c.
c. Các chất r ắn có tính mài mòn và các ch ất xúc tác không loại bỏ đƣợ c sẽ đọng
lại vòi phun, bơm nhiên liệu, piston và đai bảo v ệ, đồng thời cũng tạo c ặn trong động

cơ. Xà phòng kim loại tan đƣợc có tính ăn mòn ít, nhƣng lạ i làm tắt b ộ l ọc và tạo c ặn
trong động cơ.
III.3.4 Lƣu hu
huỳỳnh
Ảnh hƣở ng
ng của hàm lƣợng lƣu huỳnh r ất
ất khác nhau đối vớ i sự ăn mòn động cơ
và tạo cặn lắng. Điều này phụ thuộc nhiều vào các điều kiện vận hành. Lƣu huỳnh

trong nhiên liệu còn ảnh hƣởng đến tính năng của hệ thống kiểm soát khí phát thải.
B100 là loại nhiên liệu hầu nhƣ không có lƣu huỳnh.

Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

11

LUÂ Ṇ VĂN TÔ ́ T NGHIÊ P̣

Cán bộ hƣớ ng
ng dẫn: TS. Bùi Thị Bửu Huê

III.3.5 Trị
Trị số
số cetane
Tr ị s ố cetane là đại lƣợ ng
ng thể hi ện kh ả năng bốc cháy của nhiên liệu, ảnh hƣở ng
ng
sự cháy và tạo khói tr ắng. Yêu cầu về tr ị số cetane phụ thu ộc vào thiết k ế, kích cỡ ccủa

động cơ, bản chất thay đổi về tốc độ và tải tr ọng và phụ thuộc vào điều kiện môi
trƣờng và điều kiện khởi động.
III.3.6 Chỉ
Chỉ số
số acid
Là số mg KOH cần thiết để trung hòa hết lƣợ ng
ng acid béo tự do trong 1g ch ất béo.

Chỉ số acid là một trong những chỉ tiêu quan tr ọng
ọng để đánh giá chất lƣợ ng
ng
nguyên liệu. T ừ ch ỉ s ố này, chúng ta có th ể xác định đƣợc hàm lƣợ ng
ng acid tự do hiện
diện trong mẫu nguyên liệu. Biodiesel càng chứa nhiều acid béo t ự do thì có chỉ số
acid càng cao. Chỉ số acid thay đổi theo thời gian lƣu trữ. Thờ i gian tồn tr ữ càng dài
thì chỉ số acid càng tăng vì xả y ra phả ứng thủy phân giải phóng các acid tự do và
glycerol. Sự thủy phân này xảy ra khi mạch carbon của triglyceride ngắn hoặc dƣớ i tác
dụng của enzyme lipase.

III.3.7 Glycerol tự
tự  do
do
Áp dụng phƣơng pháp xác định glycerol tự do để xác định mức glycerol có trong
nhiên liệu. Các mức glycerol tự do cao có thể tạo cặn cho vòi phun nhiên li ệu, cũng

nhƣ làm tắt hệ thống nhiên liệu và dẫn đến sự tích lũy glycerol tự do dƣới đáy hệ thống
tồn chứa và cấ p nhiên liệu.

III.3.8 Glycerol tổ
tổng
Áp dụng phƣơng pháp glycerin tổng để xác định mức glycerin có trong nhiên li ệu
bao gồm cả glycerin tự do và phần glycerin của dầu hoặc mỡ  không
không phản ứng hoặc
phản ứng một phần. Các mức thấ p của glycerin tổng đảm bảo dầu hoặc mỡ  chuy
chuyển đổi
thành ester mono-alkyl tốt. Các thành phần mono-, di- và triglyceride có th ể gây cặn

vòi phun và tác độ ng xấu khi vận hành động cơ ở  khí

khí hậu lạnh và làm tắt bộ lọc.
III.3.9 Hàm lƣợ ng
ng tro phosphorus
Phosphorus có thể làm hỏng b ộ chuyển đổi xúc tác sử dụng trong hệ th ống kiểm
soát khí thải và phải giớ i hạn hàm lƣợ ng
ng phosphorus thấ p. Bộ chuyển đổi xúc tác tr ở
ở
thành phổ biến đối vớ i thiết bị chạy bằng diesel do tiêu chu ẩn khí phát thải bị thắt chặt,
Sinh viên thực hiện: Bùi Liên Khoa

12

NGHIÊN CỨU TỔNG HỢP DẦU DIESEL SINH HỌC TỪ BÃ CÀ PHÊ - LUẬN VĂN ĐẠI HỌC CẦN THƠ

Tài liệu liên quan

Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về