Đồ án Nghiên cứu quá trình tổng hợp biodiezel từ dầu dừa trên xúc tác dị thể NaOH/MgO

lín h¬n lµ glyxerin cã lÉn phÇn lín r­îu metanol ch­a ph¶n øng, pha d­íi cïng lµ xóc t¸c ë thÓ r¾n. G¹n bá phÇn chÊt láng ra khái xóc t¸c r¾n. Hçn hîp thu ®­îc ®­îc läc qua giÊy läc ®Ó lo¹i bá triÖt ®Ó phÇn xóc t¸c r¾n lÉn trong ®ã, tr¸nh t¹o nhò trong qu¸ tr×nh röa sau nµy. ChÊt láng sau ®ã ®­îc ®æ vµo b×nh chiÕt, ®Ó l¾ng 1h ®Ó ph©n t¸ch pha râ rµng råi chiÕt phÇn glyxerin ë d­íi (2) ra khái phÇn metyl este dõa ë trªn (1). Biodiezel dõa sau khi chiÕt t¸ch khái glyxerin bªn c¹nh metyl este vµ dÇu dõa ch­a ph¶n øng cßn lÉn nhiÒu t¹p chÊt nh­ r­îu metanol d­, glyxerin d¹ng vÕt…nªn ph¶i tinh chÕ ®Ó thu ®­îc biodiezel ®¹t yªu cÇu. Ta tiÕn hµnh röa este ®Ó t¸ch metanol, glyxerin vµ c¸c t¹p chÊt tan trong n­íc kh¸c. Do metanol vµ glyxerin ®Òu lµ c¸c chÊt ph©n cùc nªn chóng tan tèt trong n­íc. Biodiezel ®­îc röa b»ng n­íc cÊt nãng (kho¶ng 80 0C) ®Ó tr¸nh t¹o nhò vµ lµm t¨ng kh¶ n¨ng hßa tan c¸c t¹p chÊt r­îu vµ glyxerin. L­îng n­íc röa cho vµo b×nh chiÕt b»ng kho¶ng 2 lÇn thÓ tÝch biodiezel, ®Ëy kÝn vµ l¾c m¹nh trong kho¶ng 1 phót, sau ®ã ®Ó l¾ng cho ph©n t¸ch pha râ rµng (kho¶ng 20 phót) vµ chiÕt ®æ ®i phÇn n­íc röa bªn d­íi. Do c¸c t¹p chÊt tan m¹nh trong n­íc nªn chØ tiÕn hµnh röa 3 lÇn lµ l­îng metanol vµ glyxerin gÇn nh­ ®· ®­îc t¸ch hoµn toµn khái s¶n phÈm. S¶n phÈm sau khi röa lµm khan b»ng CaCl2 khan ®Ó lo¹i bá n­íc, sau ®ã läc qua giÊy läc ®Ó lo¹i bá CaCl2 ngËm n­íc. Biodiezel dõa sau khi tinh chÕ nh­ trªn lµ chÊt láng trong suèt, h¬i vµng nh¹t vµ ®· s½n sµng cho viÖc ®o c¸c chØ tiªu hãa lý còng nh­ cã thÓ dïng ®Ó ch¹y ®éng c¬. Glyxerin tuy lµ s¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh tuy nhiªn l­îng glyxerin t¹o ra trong ph¶n øng este hãa còng kh«ng nhá (nÕu xÐt vÒ tØ l­îng mol th× chóng b»ng víi l­îng mol triglyxerit dõa ph¶n øng). H¬n n÷a, glyxerin lµ mét chÊt cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao v× nã cã rÊt nhiÒu øng dông trong ngµnh c«ng nghiÖp hãa chÊt, thùc phÈm vµ mét sè ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. ChÝnh v× vËy mÆc dï kh«ng thu håi trong phßng thÝ nghiÖm nh­ng trong c«ng nghiÖp, qu¸ tr×nh thu håi vµ tinh chÕ glyxerin lµ rÊt cÇn thiÕt. MÆt kh¸c, l­îng metanol d­ hßa tan phÇn lín trong pha nµy nªn cÇn ch­ng t¸ch thu håi metanol ®Ó t¸i sö dông cho qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. II.2.4. TÝnh to¸n hiÖu suÊt cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel [29] Dùa vµo khèi l­îng cña biodiezel vµ glyxerin tinh khiÕt cã thÓ tÝnh ®­îc hiÖu suÊt cña ph¶n øng : + HiÖu suÊt cña ph¶n øng cã thÓ tÝnh theo l­îng biodiezel thu ®­îc theo c«ng thøc sau : Trong ®ã : mbio, moil : khèi l­îng s¶n phÈm vµ khèi l­îng nguyªn liÖu, g Cbio : hµm l­îng biodiezel dõa cã trong s¶n phÈm (tÝnh to¸n theo kÕt qu¶ s¾c kÝ) Mbio,Moil : khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña dÇu dõa vµ biodiezel dõa HÖ sè 3 xuÊt hiÖn trong ph­¬ng tr×nh v× mçi ph©n tö triglyxerit t¹o ra 3 ph©n tö metyl este. TÝnh to¸n Mbio : Mbio ®­îc tÝnh b»ng c¸ch lÊy trung b×nh c¸c ph©n tö l­îng cña metyl este cã trong hçn hîp biodiezel dõa Mbio = Σ Mi.Ci Trong ®ã : Mi : ph©n tö l­îng cña metyl este i Ci : thµnh phÇn % cña metyl este i trong hçn hîp TÝnh to¸n Moil : V× mçi 3 ph©n tö este trõ ®i khèi l­îng c¸c gèc metyl CH3- vµ céng thªm khèi l­îng gèc C3H5- th× t¹o ra mét ph©n tö dÇu (triglyxerit) nªn khèi l­îng trung b×nh cña dÇu dõa lµ : Moil = 3.(Mbio-15) + 41 + Còng cã thÓ tÝnh hiÖu suÊt cña ph¶n øng theo l­îng glyxerin t¹o thµnh theo c«ng thøc sau : Trong ®ã : moil : khèi l­îng dÇu ®em ®i ph¶n øng Moil : khèi l­îng ph©n tö trung b×nh cña dÇu dõa mgly : khèi l­îng glyxerin thu ®­îc 92 lµ khèi l­îng ph©n tö cña glyxerin. II.3. C¸c ph­¬ng ph¸p ph©n tÝch chÊt l­îng s¶n phÈm. Ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh chÊt l­îng s¶n phÈm bao gåm cã : II.3.1. X¸c ®Þnh chØ sè axit (TCVN 6127-1996) [4] ChØ sè axit lµ sè mg KOH cÇn dïng ®Ó trung hoµ hÕt l­îng axit cã trong 1g dÇu thùc vËt. Nguyªn t¾c chuÈn ®é : Hoµ tan mÉu thö trong mét dung m«i hçn hîp,sau ®ã chuÈn ®é axit bÐo tù do víi dung dÞch KOH trong etanol C¸ch thøc tiÕn hµnh : C©n chÝnh x¸c mét l­îng mÉu vµo b×nh nãn (tõ 3-5g), thªm vµo ®ã 200 ml hçn hîp ete etylic vµ mét phÇn etanol, l¾c m¹nh cho tan hÕt.Trong tr­êng hîp dÇu kh«ng tan hÕt ph¶i võa ®un c¸ch thuû trªn bÕp võa l¾c cho ®Õn khi tan hoµn toµn, sau ®ã lµm nguéi ®Õn 200C. Cho vµo b×nh 5 giät chØ thÞ phenolphtalein (víi dÇu thÉm mµu dïng dung dÞch thimolphtalein) vµ chuÈn ®é b»ng dung dÞch KOH 0,1N cho ®Õn khi xuÊt hiÖn mµu hång nh¹t bÒn trong 30s. TÝnh to¸n kÕt qu¶ : ChØ sè axit ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : Trong ®ã: X : ®é axit, mgKOH/g mÉu V : Sè ml dung dÞch chuÈn KOH dïng ®Ó chuÈn ®é, ml C : Nång ®é chÝnh x¸c cña dung dÞch KOH chuÈn, N m : L­îng mÉu thö, g Mçi mÉu ®­îc x¸c ®Þnh hai lÇn, kÕt qu¶ cuèi cïng lµ trung b×nh céng cña hai lÇn thö. Chªnh lÖch gi÷a hai lÇn thö kh«ng lín h¬n 0,1 mg ®èi víi dÇu ch­a tinh chÕ. II.3.2. X¸c ®Þnh ®é nhít ®éng häc (ASTM- D 445) [4] §é nhít ®éng häc lµ tû sè gi÷a ®é nhít ®éng lùc vµ mËt ®é cña chÊt láng. Nã lµ sè ®o lùc c¶n ch¶y cña mét chÊt láng d­íi t¸c dông cña träng lùc. Nguyªn t¾c : §o thêi gian tÝnh b»ng gi©y cña mét thÓ tÝch chÊt láng ch¶y qua mao qu¶n cña nhít kÕ chuÈn d­íi t¸c dông cña träng lùc ë nhiÖt ®é x¸c ®Þnh. §é nhít ®éng häc lµ tÝch sè cña thêi gian ch¶y ®o ®­îc vµ h»ng sè nhít kÕ. H»ng sè nhít kÕ cã thÓ nhËn ®­îc b»ng c¸ch chuÈn trùc tiÕp víi c¸c chÊt chuÈn ®· biÕt ®é nhít. Nh­ng th­êng th× h»ng sè nhít kÕ ®­îc cung cÊp bëi nhµ s¶n xuÊt. TiÕn hµnh : Sö dông nhít kÕ kiÓu Pinkevic, cã h»ng sè C chuÈn. Nhít kÕ ph¶i kh« vµ s¹ch, cã miÒn lµm viÖc bao trïm ®é nhít cña dÇu cÇn ®o, thêi gian ch¶y kh«ng Ýt h¬n 200 gi©y vµ kh«ng lín h¬n 800 gi©y. + ChuÈn bÞ ®ång hå bÊm gi©y + æn ®Þnh nhiÖt ®é cña m«i tr­êng ®o (th­êng ë 40 0C) + Hót mÉu vµo trong nhít kÕ. Chê kho¶ng 15-20 phót ®Ó æn ®Þnh nhiÖt ®é cña mÉu. Dïng qu¶ bãp ®Ó b¬m ®Èy mÉu dÇu lªn vÞ trÝ cao h¬n v¹ch trªn trong nh¸nh mao qu¶n kho¶ng 5 mm. Cho mÉu ch¶y tù do vµ ®o thêi gian ch¶y cña mÉu (tÝnh b»ng gi©y) tõ v¹ch trªn xuèng v¹ch d­íi trong nh¸nh mao qu¶n. TÝnh to¸n kÕt qu¶: §é nhít ®éng häc ®­îc tÝnh theo c«ng thøc : Trong ®ã : : §é nhít ®éng häc , cSt t : Thêi gian ch¶y, s d : Tû träng cña mÉu C : H»ng sè nhít kÕ, mm2 /s TiÕn hµnh ®o hai lÇn lÊy kÕt qu¶ trung b×nh, sai lÖch kh«ng qu¸ 1,2 - 2,5% so víi kÕt qu¶ trung b×nh. II.3.3. X¸c ®Þnh chØ sè xetan [4] TrÞ sè xetan lµ ®¬n vÞ ®o qui ­íc ®Æc tr­ng cho kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y cña nhiªn liÖu diezel, lµ mét sè nguyªn cã gi¸ trÞ ®óng b»ng gi¸ trÞ cña hçn hîp chuÈn cã cïng kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y. Hçn hîp chuÈn nµy gåm hai hydrocacbon : n-xetan (C16H34) quy ®Þnh lµ 100, cã kh¶ n¨ng bèc ch¸y tèt vµ -metyl naphtalen (C11H10) quy ®Þnh lµ 0, cã kh¶ n¨ng tù bèc ch¸y kÐm. Nguyªn t¾c ®o trÞ sè xetan : TrÞ sè xetan th­êng ®­îc x¸c ®Þnh trªn mét ®éng c¬ thö nghiÖm tiªu chuÈn, ho¹t ®éng d­íi c¸c ®iÒu kiÖn x¸c ®Þnh. V× ph­¬ng ph¸p nµy tèn nhiÒu thêi gian vµ chi phÝ cho viÖc x¸c ®Þnh trÞ sè xetan nªn viÖc tÝnh to¸n trÞ sè xetan (ASTM D 976 hoÆc D 4737) th­êng ®­îc thay thÕ cho viÖc x¸c ®Þnh trÞ sè xetan. TrÞ sè xetan ®­îc tÝnh to¸n th«ng qua tØ träng vµ kho¶ng nhiÖt ®é s«i cña nhiªn liÖu : TSXT = 454,74 - 1641,476.D + 774,74.D2 - 0,554.B + 97,803(logB)2 Trong ®ã : D : Tû träng cña nhiªn liÖu t¹i 15 0C x¸c ®Þnh theo ASTM D1298 B : NhiÖt ®é s«i trung b×nh (50% V) x¸c ®Þnh theo ASTM D86 , 0C TSXT : TrÞ sè xetan II.3.4. X¸c ®Þnh nhiÖt ®é chíp ch¸y cèc kÝn [4] NhiÖt ®é chíp ch¸y cèc kÝn lµ nhiÖt ®é thÊp nhÊt (®· ®­îc hiÖu chØnh vÒ ¸p suÊt khÝ quyÓn 760 mmHg hoÆc 101,3 kPa) mµ ë ®ã hçn hîp h¬i cña mÉu vµ kh«ng khÝ trªn mÆt mÉu trong cèc bÞ chíp löa khi ®­a ngän löa thö qua mÆt cèc, d­íi ®iÒu kiÖn thö nghiÖm vµ lËp tøc lan truyÒn kh¾p mÆt tho¸ng cña mÉu: Nguyªn t¾c : MÉu ®­îc ®un nãng trong cèc víi tèc ®é chËm ®Òu vµ khuÊy liªn tôc. Më lç trªn n¾p vµ ®­a ngän löa nhá qua mÆt cèc víi kho¶ng thêi gian nhÊt ®Þnh vµ ®ång thêi ngõng khuÊy. §iÓm chíp löa lµ nhiÖt ®é thÊp nhÊt mµ ë ®ã hçn hîp h¬i cña mÉu vµ kh«ng khÝ trªn bÒ mÆt mÉu chíp löa vµ lan truyÒn trªn mÆt tho¸ng khi cã ngän löa ®i qua. TiÕn hµnh : Röa s¹ch, sÊy kh« cèc tr­íc khi thö nghiÖm. §æ mÉu cÇn kiÓm tra vµo cèc thö ®Õn ®óng møc quy ®Þnh, ®Ëy n¾p vµ ®Æt cèc cña bÕp vµo m¸y, l¾p nhiÖt kÕ vµ thiÕt bÞ khuÊy. Gia nhiÖt víi tèc ®é t¨ng nhiÖt ®é mÉu tõ 5-60C /phót ë nhiÖt ®é thÊp h¬n ®iÓm chíp löa dù ®o¸n lµ 15-250C, ®ång thêi bËt m¸y khuÊy tèc ®é 90-120 vßng/phót, c¸nh khuÊy h­íng xuèng d­íi. TiÕn hµnh ch©m löa khi nhiÖt ®é thö c¸ch ®iÓm chíp löa dù ®o¸n tõ 17-280C. Ch©m ngän löa thö vµ ®iÒu chØnh nã sao cho cã d¹ng cña ngän löa gÇn víi h×nh cÇu cã ®­êng kÝnh lµ 4 mm. Sö dông ngän löa b»ng c¸ch vÆn bé phËn trªn n¾p ®Ó ®iÒu khiÓn cöa sæ vµ que ®èt sao cho cã ngän löa ®­îc quÐt qua hçn hîp h¬i trªn mÆt cèc trong 0,5 gi©y, ®Ó ë vÞ trÝ ®ã mét vµi gi©y råi nhanh chãng nhÊc lªn vÞ trÝ cao h¬n ®ång thêi ngõng khuÊy mÉu. NÕu ®iÓm chíp löa cña s¶n phÈm d­íi 1000C th× cø sau mçi lÇn t¨ng thªm 10C tiÕn hµnh ch©m löa mét lÇn. NÕu ®iÓm chíp löa cña s¶n phÈm trªn 1100C th× cø sau mçi lÇn t¨ng 20C tiÕn hµnh ch©m löa mét lÇn. Quan s¸t vµ ghi l¹i ¸p suÊt m«i tr­êng trong phßng thÝ nghiÖm vµ hiÖu chØnh l¹i ®iÓm chíp löa. §iÓm chíp löa ®­îc hiÖu chØnh : FP = C + 0,25(103,3 - P1) FP = C + 0,033(760 - P2) Trong ®ã : FP : §iÓm chíp löa hiÖu chØnh, 0C C : NhiÖt ®é chíp löa ®o ®­îc, 0C P1 : ¸p suÊt khÝ quyÓn trong phßng ®o, kPa P2 : ¸p suÊt khÝ quyÓn trong phßng ®o, mmHg II.3.5. X¸c ®Þnh tû träng (ASTM D1298) [4] Tû träng lµ ®¹i l­îng ®Æc tr­ng cho ®é nÆng nhÑ, ®Æc ch¾c cña nhiªn liÖu ®­îc ®o b»ng khèi l­îng trªn mét ®¬n vÞ thÓ tÝch nhiªn liÖu. Cã ba ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh tû träng lµ : Ph­¬ng ph¸p dïng phï kÕ Ph­¬ng ph¸p dïng c©n thñy tÜnh Ph­¬ng ph¸p dïng picomet Trong ®ã ph­¬ng ph¸p dïng phï kÕ lµ ph­¬ng ph¸p ®ßi hái l­îng nhiªn liÖu nhiÒu, ®é chÝnh x¸c kh«ng cao, tuy nhiªn ®©y lµ ph­¬ng ph¸p ®o ®¬n gi¶n nhÊt vµ kÕt qu¶ cã thÓ chÊp nhËn ®­îc. Nguyªn t¾c : Dùa trªn c¬ së ®Þnh luËt Acsimet. Sù næi lªn cña phï kÕ trong lßng mét chÊt láng phô thuéc vµo mËt ®é cña chÊt láng ®ã. Tû träng ®­îc x¸c ®Þnh theo mÐp tiÕp xóc cña bÒ mÆt chÊt láng vµ thang chia ®é trªn phï kÕ. TiÕn hµnh : Cho tõ tõ mÉu cÇn ®o tû träng vµo trong èng ®ong cã g¾n s½n nhiÖt kÕ, tr¸nh t¹o bät do rãt qu¸ nhanh. Th¶ phï kÕ vµo sao cho phï kÕ kh«ng ch¹m vµo thµnh èng ®ong, Ên phï kÕ xuèng h¬i ch¹m ®¸y èng ®ong sau ®ã ®Ó phï kÕ næi lªn. Khi nhiÖt ®é ®· æn ®Þnh (nhiÖt ®é phßng) vµ phï kÕ ®· c©n b»ng th× ta ®äc kÕt qu¶ theo mÐp tiÕp xóc gi÷a mÆt chÊt láng vµ thang chia ®é cña phï kÕ. §äc nhiÖt ®é chÝnh x¸c ®Õn 0,50C tr­íc vµ sau khi ®äc v¹ch chia trªn thang phï kÕ. Trung b×nh céng cña hai kÕt qu¶ trªn lµ kÕt qu¶ cña ph­¬ng ph¸p ®o. KÕt qu¶ ®äc trªn thang phï kÕ lµ tû träng cña chÊt láng. II.3.6. Ph­¬ng ph¸p phæ hång ngo¹i x¸c ®Þnh cÊu tróc s¶n phÈm [5] Ph­¬ng ph¸p sö dông phæ hÊp thô hång ng¹i lµ ph­¬ng ph¸p x¸c ®Þnh nhanh vµ chÝnh x¸c cÊu tróc s¶n phÈm. Ph­¬ng ph¸p nµy dùa trªn nguyªn t¾c khi chiÕu mét chïm tia ®¬n s¾c cã b­íc sãng n»m trong vïng hång ngo¹i (400 - 4000cm-1) qua chÊt cÇn ph©n tÝch th× mét phÇn n¨ng l­îng cña tia s¸ng bÞ hÊp thô vµ gi¶m c­êng ®é tia tíi. Sù hÊp thô tu©n theo ®Þnh luËt Lambert-Beer : D = lg(I0/I) = K.C.d Trong ®ã : D : mËt ®é quang I0,I : c­êng ®é ¸nh s¸ng tr­íc vµ sau khi ra khái chÊt ph©n tÝch C : nång ®é chÊt ph©n tÝch, mol/l d : ®é dµy cña mÉu, cm K : HÖ sè hÊp phô Ph©n tö hÊp thô n¨ng l­îng sÏ thùc hiÖn c¸c dao ®éng (xª dÞch c¸c h¹t nh©n nguyªn tö xung quanh vÞ trÝ c©n b»ng) lµm gi¶m ®é dµi liªn kÕt c¸c ph©n tö vµ c¸c gãc hãa trÞ sÏ thay ®æi mét c¸ch tuÇn hoµn. §­êng cong biÓu thÞ sù phô thuéc ®é truyÒn quang vµo b­íc sãng lµ phæ hång ngo¹i cña mÉu ph©n tÝch. Mçi nhãm chøc hoÆc liªn kÕt cã mét tÇn sè ®Æc tr­ng b»ng c¸c pic trªn phæ hång ngo¹i. Nh­ vËy c¨n cø vµo tÇn sè ®Æc tr­ng nµy cã thÓ x¸c ®Þnh ®­îc liªn kÕt gi÷a c¸c nguyªn tö hoÆc nhãm nguyªn tö, tõ ®ã x¸c ®Þnh ®­îc cÊu tróc ®Æc tr­ng cña chÊt cÇn ph©n tÝch. II.3.7. Ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ [9] Ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ cã thÓ x¸c ®Þnh ®Þnh tÝnh vµ ®Þnh l­îng thµnh phÇn cña nhiÒu hîp chÊt phøc t¹p. Cô thÓ trong ®Ò tµi nµy ph­¬ng ph¸p s¾c kÝ khÝ dïng ®Ó x¸c ®Þnh thµnh phÇn c¸c metyl este cã trong s¶n phÈm. Nguyªn t¾c : MÉu ph©n tÝch sÏ ®­îc hãa h¬i trong buång ®èt råi ®­îc dßng khÝ mang ®­a hçn hîp c¸c thµnh phÇn trong mÉu ®i qua mét chÊt hÊp phô n»m cè ®Þnh trong cét t¸ch (pha tÜnh). Do ¸p suÊt cña dßng khÝ mang, ®­êng kÝnh vµ nhiÖt ®é cét t¸ch kh«ng ®æi, nªn tïy vµo ¸i lùc hÊp phô cña chÊt ph©n tÝch vµ pha tÜnh trong cét t¸ch c¸c thµnh phÇn trong mÉu sÏ chuyÓn ®éng víi vËn tèc kh¸c nhau vµ ra khái cét t¸ch víi thêi gian l­u kh¸c nhau. Lùc hÊp phô cña cÊu tö nµo víi pha tÜnh lín th× thêi gian l­u lín vµ ng­îc l¹i. Sau khi ghi l¹i thêi gian l­u vµ diÖn tÝch pic cña c¸c chÊt qua s¾c kÝ ®å, ng­êi ta ®­a c¸c chÊt chuÈn (chÊt mµ dù ®o¸n sÏ cã trong thµnh phÇn mÉu) vµo m¸y s¾c kÝ vµ ghi l¹i s¾c kÝ ®å chuÈn ®Ó so s¸nh víi s¾c kÝ ®å cña mÉu ph©n tÝch nh»m t×m ra thµnh phÇn còng nh­ kh¼ng ®Þnh l¹i c¸c cÊu tö cã trong mÉu cÇn ph©n tÝch. Ch­¬ng III : KÕt qu¶ vµ th¶o luËn III.1. §¸nh gi¸ ho¹t tÝnh cña xóc t¸c Ho¹t tÝnh cña xóc t¸c ®­îc quyÕt ®Þnh chñ yÕu bëi hµm l­îng tÈm NaOH. Do ®ã th«ng sè nµy ®· ®­îc kh¶o s¸t ®Ó t×m ra hµm l­îng NaOH tèi ­u mµ ë ®ã xóc t¸c cho ho¹t tÝnh tèt nhÊt nh­ng vÉn ®¶m b¶o c¸c chØ tiªu vÒ kinh tÕ. Sau ®ã c¸c nghiªn cøu vÒ cÊu tróc, kh¶ n¨ng t¸i sö dông, bæ xung còng nh­ lµ t¸i sinh xóc t¸c ®­îc tiÕn hµnh ®Ó ®¸nh gi¸ ho¹t tÝnh cña mÉu xóc t¸c tæng hîp ®­îc. III.1.1. Kh¶o s¸t hµm l­îng NaOH tèi ­u trong xóc t¸c. Trong xóc t¸c NaOH/MgO, ho¹t tÝnh xóc t¸c chñ yÕu quyÕt ®Þnh bëi NaOH do cã tÝnh baz¬ m¹nh. MgO còng cã ho¹t tÝnh xóc t¸c nh­ng mê nh¹t h¬n nhiÒu, vai trß chñ yÕu cña nã lµ chÊt mang, gi÷ cho NaOH kh«ng bÞ hßa tan trong r­îu trong qu¸ tr×nh ph¶n øng. ChÝnh v× vËy ¶nh h­ëng cña hµm l­îng NaOH ®­îc tÈm trªn MgO tíi hiÖu suÊt cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel dõa còng ®­îc kh¶o s¸t kh¸ kÜ. Ngo¹i trõ nång ®é tÈm NaOH trªn MgO ®­îc thay ®æi (tÝnh b»ng % khèi l­îng NaOH trªn khèi l­îng toµn bé xóc t¸c), c¸c th«ng sè kh¸c cña qu¸ tr×nh thÝ nghiÖm ®­îc gi÷ nguyªn nh­ sau : - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - L­îng xóc t¸c (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Thêi gian ph¶n øng 3 giê - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C KÕt qu¶ thÝ nghiÖm ®­îc thÓ hiÖn qua b¶ng sau : B¶ng 3.1 : Mèi quan hÖ gi÷a nång ®é NaOH trong xóc t¸c víi hiÖu suÊt cña ph¶n øng. MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 Hµm l­îng NaOH, % khèi l­îng 10 15 20 25 30 HiÖu suÊt (%) 79,12 91,37 95,86 97,84 98,01 BiÓu diÔn c¸c sè liÖu thu ®­îc trªn ®å thÞ ta cã ®­êng cong sau : H×nh 3.1 : ¶nh h­ëng cña hµm l­îng NaOH trong xóc t¸c tíi hiÖu suÊt Qua b¶ng sè liÖu cho thÊy khi hµm l­îng NaOH t¨ng tõ 10% ®Õn 30% th× hiÖu suÊt cña ph¶n øng còng t¨ng vµ ®¹t cùc ®¹i ë 30% víi hiÖu suÊt ®¹t ®­îc lµ 98,01%. Tuy nhiªn cã thÓ nhËn thÊy r»ng khi hµm l­îng NaOH trong xóc t¸c ®¹t ®Õn 25% th× hiÖu suÊt t¨ng lªn kh«ng ®¸ng kÓ (khi t¨ng hµm l­îng NaOH lªn 30% th× hiÖu suÊt chØ t¨ng thªm 0,15% ®¹t 98,01%) nªn hµm l­îng NaOH 25% cã thÓ coi lµ hµm l­îng NaOH trong xóc t¸c tèi ­u cho ph¶n øng. III.1.2. Kh¶o s¸t cÊu tróc xóc t¸c Trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh tæng hîp hÖ xóc t¸c NaOH/MgO, NaOH víi nång ®é kh¸c nhau ®· ®­îc tÈm lªn MgO vµ ®­a ®i chôp bÒ mÆt riªng. KÕt qu¶ thu ®­îc nh­ sau : B¶ng 3.2 : KÕt qu¶ ®o bÒ mÆt riªng cña xóc t¸c MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 Thµnh phÇn NaOH,% khèi l­îng 0 10 15 20 25 BÒ mÆt riªng, m2/g 152,4 143,2 135,4 125 117,6 NhËn thÊy bÒ mÆt riªng cña MgO gi¶m dÇn khi l­îng NaOH tÈm t¨ng. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch lµ do c¸c trong qu¸ tr×nh ng©m tÈm vµ nung xóc t¸c ë nhiÖt ®é cao, NaOH khuyÕch t¸n vµo trong mao qu¶n vµ b¸m dÝnh lªn bÒ mÆt bªn ngoµi cña MgO. L­îng NaOH khuyÕch t¸n vµ b¸m dÝnh vµo trong mao qu¶n MgO sÏ lµm gi¶m bÒ mÆt riªng cña mao qu¶n MgO. H¬n n÷a phÇn nhiÒu NaOH b¸m bªn ngoµi sÏ nãng ch¶y ra vµ bÞt kÝn nhiÒu mao qu¶n MgO, ®©y chÝnh lµ nguyªn nh©n chñ yÕu dÉn tíi sù gi¶m bÒ mÆt riªng cña hÖ xóc t¸c khi thµnh phÇn NaOH trong xóc t¸c t¨ng. Cã thÓ chøng minh gi¶ thiÕt nµy qua mét sè ¶nh SEM chôp c¸c mÉu nh­ sau : H×nh 3.2 : ¶nh SEM cña mÉu MgO H×nh 3.3 : ¶nh SEM cña mÉu NaOH tinh khiÕt tinh khiÕt H×nh 3.4 : ¶nh SEM cña mÉu MgO H×nh 3.5 : ¶nh SEM cña mÉu MgO tÈm 15% NaOH tÈm 25% NaOH Khi phãng ®¹i mÉu MgO vµ NaOH nhiÒu lÇn trªn kÝnh hiÓn vi ®iÖn tö quÐt (SEM), ta nhËn thÊy c¸c tinh thÓ MgO cã cÊu tróc h×nh que, gi÷a c¸c tinh thÓ ®Òu cã c¸c kho¶ng trèng t¹o nªn cÊu tróc mao qu¶n cña MgO, cßn c¸c tinh thÓ NaOH cã d¹ng h×nh cÇu. MÆc dï diÖn tÝch bÒ mÆt riªng kh«ng lín (kho¶ng 153 m2/g) nh­ng MgO cã tÝnh baz¬ yÕu, khi kÕt hîp víi NaOH cã tÝnh baz¬ m¹nh h¬n sÏ c¶i thiÖn ®­îc nhiÒu ho¹t tÝnh cña nã. Trong c¸c mÉu xóc t¸c cã tÈm NaOH ta ®Òu nhËn thÊy c¸c tinh thÓ NaOH d¹ng cÇu b¸m rÊt nhiÒu trªn bÒ mÆt, mËt ®é NaOH b¸m trªn bÒ mÆt t¨ng lªn cïng hµm l­îng tÈm, vµ cã sù chång chÊt lªn nhau gi÷a c¸c líp NaOH. B¶n chÊt lùc liªn kÕt gi÷a NaOH vµ MgO lµ lùc thiªu kÕt. Do nhiÖt ®é nãng ch¶y cña MgO lín h¬n rÊt nhiÒu so víi NaOH nªn khi nung xóc t¸c ë nhiÖt ®é cao NaOH sÏ nãng ch¶y vµ b¸m chÆt lªn bÒ mÆt trong mao qu¶n vµ bÒ mÆt ngoµi cña MgO, gióp t¨ng ho¹t tÝnh cña MgO. Møc ®é b¸m dÝnh chÆt cña NaOH lªn MgO thÓ hiÖn râ qua kh¶ n¨ng t¸i sö dông xóc t¸c. III.1.3. Nghiªn cøu kh¶ n¨ng t¸i sö dông cña xóc t¸c. Trong qu¸ tr×nh t¸i sö dông xóc t¸c, xóc t¸c NaOH/MgO ®­îc sö dông liªn tôc cho nhiÒu ph¶n øng. §iÒu kiÖn tiÕn hµnh c¸c ph¶n øng ®­îc gi÷ nguyªn nh­ sau: - L­îng xóc t¸c (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - Thêi gian ph¶n øng 3 giê - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C TiÕn hµnh ph¶n øng tæng hîp biodiezel dõa, sau ®ã läc s¶n phÈm ra khái xóc t¸c vµ tiÕn hµnh t¸i sö dông lÇn 1, 2 vµ 3 ta thu ®­îc mèi liªn hÖ gi÷a c¸c lÇn t¸i sö dông cña xóc t¸c vµ hiÖu suÊt nh­ sau : B¶ng 3.3 : Quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt vµ sè lÇn t¸i sö dông cña xóc t¸c Sè lÇn t¸i sö dông 0 1 2 3 HiÖu suÊt (%) 97,84 76,89 63,72 54,19 Tõ sè liÖu thùc nghiÖm nhËn thÊy ho¹t tÝnh cña xóc t¸c gi¶m kh¸ nhanh theo sè lÇn t¸i sö dông, ®Æc biÖt lµ lÇn t¸i sö dông ®Çu tiªn (hiÖu suÊt gi¶m tõ 97,84% xuèng cßn 76,89%). C¸c qu¸ tr×nh t¸i sö dông sau ®ã hiÖu suÊt gi¶m dÇn nh­ng kh«ng gi¶m m¹nh nh­ lÇn ®Çu tiªn. Nh­ ®· ph©n tÝch ë phÇn trªn, ho¹t tÝnh hÖ xóc t¸c NaOH/MgO lµ võa do NaOH võa do MgO t¹o ra, trong ®ã ho¹t tÝnh cña NaOH b¸m trªn mao qu¶n vµ bÒ mÆt MgO ®ãng vai trß chñ yÕu. Cho ®Õn lÇn t¸i sö dông lÇn thø 3, ho¹t tÝnh xóc t¸c tuy ®· gi¶m nhiÒu so víi lÇn ®Çu tiªn nh­ng vÉn lín h¬n nhiÒu so víi ho¹t tÝnh cña MgO tinh khiÕt (hiÖu suÊt ®¹t 54,19% so víi 11% cña MgO), ®iÒu nµy chøng tá vÉn cßn mét l­îng NaOH ®¸ng kÓ b¸m rÊt chÆt trong mao qu¶n vµ trªn bÒ mÆt MgO vµ t¨ng thªm ho¹t tÝnh cho xóc t¸c nµy. Qu¸ tr×nh gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c dÞ thÓ NaOH/MgO cã thÓ gi¶i thÝch nh­ sau : trong tinh thÓ NaOH, lùc liªn kÕt gi÷a c¸c ph©n tö lµ lùc t­¬ng t¸c ph©n tö. Lùc nµy lµ lùc liªn kÕt yÕu, dÔ bÞ ph¸ vì bëi sù tÊn c«ng cña c¸c ph©n tö r­îu metanol t¹o thµnh c¸c ph©n tö NaOH riªng rÏ khuyÕch t¸n trong m«i tr­êng r­îu. ChÝnh v× vËy mµ NaOH tan tèt trong r­îu metanol, vµ lµ xóc t¸c ®ång thÓ cho ph¶n øng ®iÒu chÕ biodiezel. Cßn trong hÖ xóc t¸c NaOH/MgO, lùc liªn kÕt gi÷a MgO vµ NaOH lµ lùc liªn kÕt m¹nh, kh«ng bÞ ph¸ hñy vµ bÒn trong m«i tr­êng r­îu metanol. Tuy nhiªn mét sè ph©n tö NaOH bao phñ ë líp trªn (líp kh«ng liªn kÕt trùc tiÕp víi MgO) th× vÉn liªn kÕt víi c¸c ph©n tö NaOH kh¸c b»ng lùc tinh thÓ yÕu. Do ®ã trong qu¸ tr×nh ph¶n øng, do t¸c ®éng cña m«i tr­êng r­îu metanol cïng víi sù khuÊy trén m¹nh, c¸c ph©n tö NaOH nµy vÉn cã thÓ bong ra, dÉn ®Õn thÊt tho¸t l­îng NaOH trong xóc t¸c vµ gi¶m ho¹t tÝnh cña xóc t¸c. ChÝnh v× vËy mµ hiÖu suÊt cña ph¶n øng gi¶m theo sè lÇn t¸i sö dông xóc t¸c. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, hiÖu suÊt ®¹t 63,72% lµ thÊp vµ kh«ng ®¹t yªu cÇu, do vËy sau khi t¸i sö dông lÇn 1 nªn cã sù t¸i sinh xóc t¸c ®Ó ®¶m b¶o hiÖu suÊt ®¹t yªu cÇu vµ thu ®­îc s¶n phÈm cã chÊt l­îng mong muèn. III.1.4. Nghiªn cøu sù t¸i sinh xóc t¸c. Qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c lµ cÇn thiÕt nh»m duy tr× hiÖu suÊt cao cña ph¶n øng t¹o s¶n phÈm biodiezel dõa. Trong qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c, xóc t¸c ®­îc läc vµ röa nhiÒu lÇn b»ng cån 98%, sau ®ã röa b»ng n-hexan ®Ó t¸ch hÕt dÇu vµ c¸c t¹p chÊt kh¸c trªn bÒ mÆt xóc t¸c. DÇu còng nh­ biodiezel dõa ph¶i ®­îc t¸ch triÖt ®Ó ra khái bÒ mÆt xóc t¸c v× nÕu kh«ng sÏ ng¨n c¶n sù b¸m dÝnh cña NaOH bæ xung vµ bÞ ch¸y trong qu¸ tr×nh xö lý nhiÖt sau nµy lµm háng xóc t¸c. Xóc t¸c röa s¹ch ®­îc cho vµo tñ sÊy kh« råi tiÕp tôc ®­îc ho¹t ho¸ b»ng mét l­îng nhá NaOH b»ng ph­¬ng ph¸p ng©m tÈm nh­ ®· tr×nh bµy trong phÇn thùc nghiÖm. Sau khi t¸i sö dông lÇn 1, ta tiÕn hµnh t¸i sinh xóc t¸c. Kh¶o s¸t mèi quan hÖ gi÷a l­îng NaOH bæ xung vµo xóc t¸c ®· qua sö dông vµ hiÖu suÊt ph¶n øng, víi c¸c th«ng sè ph¶n øng tèi ­u ®­îc duy tr×, chØ cã l­îng NaOH thay ®æi theo c¸c mÉu ph¶n øng do qu¸ tr×nh t¸i sinh xóc t¸c kh¸c nhau : - L­îng xóc t¸c ban ®Çu (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thêi gian ph¶n øng : 3 giê - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C Ta ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau : B¶ng 3.4 : Quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt vµ l­îng NaOH bæ xung MÉu 0 1 2 3 4 5 6 L­îng NaOH bæ xung,% so víi khèi l­îng xóc t¸c ®­îc t¸i sinh 0 1 2 3 4 5 6 HiÖu suÊt (%) 63,72 74,92 81,89 89,23 94,31 97,72 98,13 BiÓu diÔn sè liÖu thu ®­îc trªn ®å thÞ ta ®­îc ®­êng cong : H×nh 3.6 : Quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt vµ l­îng NaOH bæ xung NhËn thÊy khi cµng t¨ng l­îng NaOH bæ xung lªn xóc t¸c mang ®i t¸i sinh th× xóc t¸c sau khi t¸i sinh cã ho¹t tÝnh cµng cao, hiÖu suÊt ph¶n øng t¨ng râ rÖt. §iÒu nµy ®­îc gi¶i thÝch dÔ dµng bëi sù t¨ng c­êng tÝnh baz¬ cña xóc t¸c sau khi t¸i sinh do NaOH lµ mét baz¬ m¹nh. Khi l­îng NaOH bæ xung b»ng 5% khèi l­îng xóc t¸c th× ho¹t tÝnh cña xóc t¸c sau t¸i sinh xÊp xØ b»ng ho¹t tÝnh cña xóc t¸c míi tæng hîp (97,72% so víi 97,84%). NÕu t¨ng l­îng NaOH trªn 5% th× hiÖu suÊt cã t¨ng nh­ng kh«ng ®¸ng kÓ. Nh­ vËy l­îng NaOH bæ xung tèi ­u lµ 5%. TiÕn hµnh kiÓm tra kh¶ n¨ng t¸i sö dông cña xóc t¸c sau khi t¸i sinh ta cã kÕt qu¶ thÓ hiÖn trong b¶ng sau : B¶ng 3.5 : Quan hÖ gi÷a hiÖu suÊt vµ sè lÇn t¸i sö dông cña xóc t¸c sau khi t¸i sinh Sè lÇn t¸i sö dông 0 1 2 3 HiÖu suÊt (%) 97,72 71,16 59,12 48,97 Theo kÕt qu¶ thu ®­îc th× kh¶ n¨ng t¸i sö dông cña xóc t¸c sau khi t¸i sinh kh«ng b»ng xóc t¸c míi tæng hîp ban ®Çu. Ho¹t tÝnh cña xóc t¸c theo sè lÇn t¸i sö dông gi¶m nhanh h¬n. §ã lµ do trong qu¸ tr×nh bæ xung NaOH, l­îng NaOH nµy b¸m lªn MgO kh«ng ®­îc ch¾c nh­ xóc t¸c míi tæng hîp v× trªn bÒ mÆt MgO kh«ng cßn tinh khiÕt nh­ ban ®Çu mµ cßn cã nhiÒu t¹p chÊt nh­ dÇu dõa d­, cÆn…do qu¸ tr×nh röa vµ xö lý nhiÖt tr­íc khi tÈm kh«ng thÓ nµo lo¹i bá triÖt ®Ó hÕt. Tuy nhiªn sau khi t¸i sinh xóc t¸c vÉn cã thÓ sö dông ®­îc 2 lÇn tr­íc khi ph¶i t¸i sinh tiÕp hay bæ xung xóc t¸c míi. III.2. Kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel dõa. Trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thùc nghiÖm nghiªn cøu vÒ qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel tõ nguån nguyªn liÖu dÇu dõa, nh÷ng yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh ph¶n øng ®Òu ®­îc kh¶o s¸t : tû lÖ mol metanol/dÇu, thµnh phÇn NaOH trong xóc t¸c, l­îng xóc t¸c, thêi gian ph¶n øng, tèc ®é khuÊy vµ nhiÖt ®é ph¶n øng. TÊt c¶ c¸c yÕu tè trªn ®Òu ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu suÊt biodiezel cña ph¶n øng. Do ®ã qu¸ tr×nh thùc nghiÖm ®· x©y dùng ®­îc mèi quan hÖ gi÷a c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng víi hiÖu suÊt cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel dõa. III.2.1. Tû lÖ mol cña metanol/dÇu Theo ph­¬ng tr×nh ph¶n øng th× tû lÖ mol metanol/dÇu cÇn thiÕt cho qu¸ tr×nh ph¶n øng lµ 3/1. Tuy nhiªn trong thùc tÕ th× ph¶n øng trao ®æi este kh«ng x¶y ra hoµn toµn víi tû lÖ mol nh­ vËy v× ®©y lµ ph¶n øng thuËn nghÞch. Trong qu¸ tr×nh ph¶n øng, l­îng metanol th­êng ®­îc lÊy d­ ®Ó cho qu¸ tr×nh chuyÓn hãa theo chiÒu thuËn t¹o ra nhiÒu s¶n phÈm metyl este cña axit bÐo (biodiezel) vµ sÏ cho hiÖu suÊt cao nhÊt. ChÝnh v× vËy, xuÊt ph¸t tõ tû lÖ mol metanol/dÇu 3/1, chóng t«i t¨ng dÇn tû lÖ nµy lªn 7/1 ®Ó nghiªn cøu mèi quan hÖ gi÷a tû lÖ mol metanol/dÇu tíi hiÖu suÊt ph¶n øng. Ngo¹i trõ tû lÖ mol metanol/dÇu, c¸c th«ng sè thÝ nghiÖm kh¸c ®­îc cè ®Þnh nh­ sau : - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - L­îng xóc t¸c (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Thêi gian ph¶n øng 3 giê - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C C¸ch tiÕn hµnh ph¶n øng ®· ®­îc nªu lªn trong phÇn thùc nghiÖm. S¶n phÈm thu ®­îc sau khi tinh chÕ ®­îc tiÕn hµnh ®o hiÖu suÊt cho kÕt qu¶ nh­ sau : B¶ng 3.6 : Mèi quan hÖ gi÷a tû lÖ mol metanol/dÇu víi hiÖu suÊt cña ph¶n øng. MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 Tû lÖ mol metanol/dÇu 3/1 4/1 5/1 6/1 7/1 HiÖu suÊt (%) 53,17 83,82 94,51 97,84 97,86 Qua b¶ng sè liÖu trªn ta dùng ®­îc ®­êng cong sau : H×nh 3.7: ¶nh h­ëng cña tû lÖ mol metanol/dÇu tíi hiÖu suÊt Qua sè liÖu trong b¶ng vµ trªn ®å th× nhËn thÊy khi t¨ng tû lÖ mol metanol/dÇu th× hiÖu suÊt t¨ng. §iÒu nµy cã thÓ gi¶i thÝch lµ khi t¨ng sè mol chÊt tham gia th× x¸c suÊt va ch¹m gi÷a c¸c ph©n tö triglyxerit vµ c¸c ph©n tö metanol t¨ng nªn ph¶n øng x¶y ra m¹nh h¬n, triÖt ®Ó h¬n, cho hiÖu suÊt t¹o s¶n phÈm biodiezel dõa lín h¬n. NÕu tû lÖ mol trªn nhá h¬n 6/1 th× hiÖu suÊt vÉn ch­a ®¹t yªu cÇu (®Ó ®¶m b¶o chÊt l­îng biodiezel thu ®­îc th× hiÖu suÊt nªn ®¹t tõ 97% trë nªn). Tuy nhiªn khi t¨ng tû lÖ mol metanol/dÇu lín h¬n 6/1 th× hiÖu suÊt t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ (tõ 97,84% lªn 97,86%) nªn tû lÖ mol metanol/dÇu b»ng 6/1 lµ tû lÖ mol tèi ­u. III.2.2. L­îng xóc t¸c Mét trong c¸c yÕu tè kh¸c ¶nh h­ëng ®Õn ph¶n øng tæng hîp biodiezel nãi chung vµ biodiezel dõa nãi riªng lµ khèi l­îng xóc t¸c. Trong qu¸ tr×nh nghiªn cøu khèi l­îng xóc t¸c tham gia ph¶n øng, c¸c ®iÒu kiÖn kh¸c ®­îc cè ®Þnh nh­ sau : - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - Thêi gian ph¶n øng 3 giê - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C Khèi l­îng xóc t¸c ®­îc thay ®æi tõ 1,5g ®Õn 4 g cho kÕt qu¶ nh­ sau : B¶ng 3.7 : Mèi quan hÖ gi÷a l­îng xóc t¸c víi hiÖu suÊt MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 L­îng xóc t¸c, % khèi l­îng so víi dÇu 1,5 2 3 4 5 HiÖu suÊt (%) 84,78 92,07 97,84 97,98 98,06 BiÓu diÔn mèi quan hÖ gi÷a khèi l­îng xóc t¸c vµ hiÖu suÊt lªn ®å thÞ ta ®­îc ®­êng cong sau : H×nh 3.8 : ¶nh h­ëng cña l­îng xóc t¸c tíi hiÖu suÊt Qua ®å thÞ ta thÊy khi l­îng xóc t¸c t¨ng th× hiÖu suÊt t¨ng. Khi l­îng xóc t¸c b»ng vµ lín h¬n 3% th× hiÖu suÊt æn ®Þnh vµ t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ. Nh­ vËy cã thÓ thÊy l­îng xóc t¸c cã thµnh phÇn 25% NaOH/MgO tèi ­u cho ph¶n øng tæng hîp biodiezel dõa lµ 3% khèi l­îng dÇu dõa ®­îc sö dông. L­îng xóc t¸c nhiÒu h¬n th× hiÖu suÊt t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ, trong khi l­îng xóc t¸c Ýt h¬n cho hiÖu suÊt thÊp kh«ng ®¹t yªu cÇu. III.2.3. Thêi gian ph¶n øng Thêi gian ph¶n øng lµ mét trong nh÷ng nh©n tè còng ¶nh h­ëng tíi hiÖu suÊt cña ph¶n øng. §èi víi mét ph¶n øng hãa häc th­êng th× khi nhiÖt ®é t¨ng th× hiÖu suÊt còng t¨ng. Trong qu¸ tr×nh tiÕn hµnh thÝ nghiÖm, ph¶n øng tæng hîp biodiezel tõ dÇu dõa ®­îc kh¶o s¸t víi thêi gian thay ®æi tõ 1h ®Õn 4h. C¸c ®iÒu kiÖn kh¸c ®­îc cè ®Þnh nh­ sau : - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - L­îng xóc t¸c (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C KÕt qu¶ thu ®­îc thÓ hiÖn qua b¶ng sau : B¶ng 3.8 : Mèi quan hÖ gi÷a thêi gian ph¶n øng víi hiÖu suÊt MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 Thêi gian, h 1 2 2,5 3 4 HiÖu suÊt (%) 64,78 90,24 94,11 97,84 98,07 Tõ c¸c sè liÖu trong b¶ng trªn ta dùng ®­îc ®å thÞ nh­ sau : H×nh 3.9 : ¶nh h­ëng cña thêi gian ph¶n øng tíi hiÖu suÊt Cã thÓ thÊy thêi gian ph¶n øng cµng dµi th× hiÖu suÊt cµng t¨ng. Nh­ng sau 3 giê th× ph¶n øng b¾t ®Çu ®¹t c©n b»ng (v× ph¶n øng trao ®æi este lµ ph¶n øng thuËn nghÞch) vµ hiÖu suÊt æn ®Þnh, t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ. Nh­ vËy thêi gian tèi ­u cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel tõ dÇu dõa lµ 3 giê, ®©y lµ thêi gian võa cã thÓ ®¶m b¶o ®­îc hiÖu suÊt ®¹t yªu cÇu, võa cã thÓ ®¶m b¶o c¸c chØ tiªu kinh tÕ (thêi gian ph¶n øng kÐo dµi h¬n n÷a sÏ lµm gi¶m n¨ng suÊt do hiÖu suÊt kh«ng t¨ng nhiÒu). III.2.4. Tèc ®é khuÊy Tèc ®é khuÊy trén lµ mét trong nh÷ng nguyªn nh©n ¶nh h­ëng rÊt m¹nh mÏ tíi hiÖu suÊt t¹o s¶n phÈm mong muèn cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel. §Æc biÖt ®èi víi ph¶n øng sö dông xóc t¸c dÞ thÓ nh­ thÕ nµy th× vai trß khuÊy trén cµng quan träng. Qu¸ tr×nh nghiªn cøu sù ¶nh h­ëng cña qu¸ tr×nh khuÊy trén tíi hiÖu suÊt ®­îc tiÕn hµnh víi c¸c ®iÒu kiÖn ph¶n øng nh­ sau : - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - L­îng xóc t¸c (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Thêi gian ph¶n øng 3 giê - NhiÖt ®é : 600C KÕt qu¶ thu ®­îc nh­ sau : B¶ng 3.9 : Mèi quan hÖ gi÷a tèc ®é khuÊy víi hiÖu suÊt MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 Tèc ®é khuÊy,vßng/phót 300 400 500 600 700 HiÖu suÊt (%) 51,18 79,25 92,11 97,84 97,87 H×nh 3.10 : ¶nh h­ëng cña tèc ®é khuÊy trén tíi hiÖu suÊt §èi víi xóc t¸c ®ång thÓ th× xóc t¸c hßa tan trong pha ph¶n øng nªn tiÕp xóc pha tèt h¬n nhiÒu xóc t¸c dÞ thÓ. ChÝnh v× vËy mét yªu cÇu ®Æt ra víi xóc t¸c dÞ thÓ lµ ph¶i cã sù khuÊy trén tèt ®Ó t¨ng c­êng kh¶ n¨ng tiÕp xóc gi÷a xóc t¸c vµ chÊt ph¶n øng ®Ó n¨ng cao tèc ®é ph¶n øng vµ hiÖu suÊt. Khi tèc ®é khuÊy trén kÐm, hiÖu suÊt kh«ng cao. ë tèc ®é khuÊy 300 vßng/phót hiÖu suÊt cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel dõa chØ ®¹t 51,18%. Qu¸ tr×nh khuÊy trén cµng m¹nh th× hiÖu suÊt cµng cao. Khi t¨ng tèc ®é khuÊy lªn 500 vßng/phót th× hiÖu suÊt ®· ®¹t tíi 92,11%. Tuy nhiªn tèc ®é khuÊy trén kh«ng nªn cao qu¸ v× tèn n¨ng l­îng mµ hiÖu suÊt còng kh«ng t¨ng nhiÒu. Cã thÓ nhËn thÊy ®iÒu nµy khi t¨ng tèc ®é khuÊy tõ 600 vßng/phót lªn 700 vßng/phót th× hiÖu suÊt t¨ng kh«ng ®¸ng kÓ tõ 97,84% lªn 97,87%. NÕu tèc ®é khuÊy trén qu¸ cao cßn cã thÓ lµm gi¶m hiÖu suÊt cña ph¶n øng do lµm t¨ng qu¸ tr×nh bay h¬i cña metanol. Qua sù kh¶o s¸t ¶nh h­ëng cña tèc ®é khuÊy trén tíi hiÖu suÊt s¶n phÈm, ta thÊy tèc ®é khuÊy b»ng 600 vßng/phót lµ tèc ®é khuÊy tèi ­u. III.2.5. NhiÖt ®é ph¶n øng RÊt nhiÒu c¸c ph¶n øng hãa häc ®Òu chÞu ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é, ph¶n øng tæng hîp biodiezel còng kh«ng ph¶i lµ ngo¹i lÖ. Tèc ®é ph©n hñy c¸c triglyxerit bëi r­îu t¨ng lªn theo sù t¨ng nhiÖt ®é. Tuy nhiªn nhiÖt ®é kh«ng ®­îc t¨ng cao qu¸ v× metanol cã nhiÖt ®é s«i thÊp (64,70C) sÏ dÔ bay h¬i lµm gi¶m hiÖu suÊt ph¶n øng. HiÖu suÊt cña ph¶n øng ®· ®­îc nghiªn cøu víi sù thay ®æi nhiÖt ®é ph¶n øng tõ 300C ®Õn 700C ®Ó t×m ®­îc nhiÖt ®é ph¶n øng tèi ­u. Trong qu¸ tr×nh kh¶o s¸t, ngoµi trõ yÕu tè nhiÖt ®é thay ®æi, c¸c th«ng sè ph¶n øng kh¸c ®Òu ®­îc gi÷ cè ®Þnh. - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - L­îng xóc t¸c (% khèi l­îng so víi dÇu) : 3% - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - Thêi gian ph¶n øng : 3h KÕt qu¶ thu ®­îc thÓ hiÖn qua b¶ng vµ ®å thÞ sau : B¶ng 3.10 : Mèi quan hÖ gi÷a nhiÖt ®é ph¶n øng víi hiÖu suÊt MÉu 1 MÉu 2 MÉu 3 MÉu 4 MÉu 5 NhiÖt ®é ph¶n øng,0C 30 40 50 60 70 HiÖu suÊt (%) 20,15 48,20 88,16 97,84 97,75 H×nh 3.11 : ¶nh h­ëng cña nhiÖt ®é ph¶n øng tíi hiÖu suÊt NhiÖt ®é ph¶n øng lµ yÕu tè rÊt quan träng ¶nh h­ëng ®Õn hiÖu suÊt. NhiÖt ®é ph¶n øng thÊp th× hiÖu suÊt thµnh s¶n phÈm mong muèn trong thêi gian tèi ­u thÊp, nÕu muèn t¨ng hiÖu suÊt th× ph¶i t¨ng thêi gian ph¶n øng, ®iÒu nµy ¶nh h­ëng lín ®Õn n¨ng suÊt cña qu¸ tr×nh. NÕu nhiÖt ®é ph¶n øng qu¸ cao, metanol sÏ s«i vµ bay h¬i m¹nh mÏ, nÕu qu¸ tr×nh ng­ng tô håi l­u kh«ng tèt sÏ lµm thÊt tho¸t metanol gi¶m hiÖu suÊt. Ngay c¶ khi cã sù ng­ng tô håi l­u tèt, nh­ng l­îng metanol tån t¹i ë pha h¬i nhiÒu trong thiÕt bÞ ph¶n øng lµm gi¶m l­îng metanol tham gia ph¶n øng ë pha láng, ®iÒu nµy còng lµm gi¶m hiÖu suÊt. §©y lµ lý do gi¶i thÝch sù gi¶m hiÖu suÊt ë nhiÖt ®é cao cña ph¶n øng tæng hîp biodiezel. Qua qu¸ tr×nh kh¶o s¸t, cã thÓ thÊy nhiÖt ®é tèi ­u cho ph¶n øng tæng hîp biodiezel tõ nguyªn liÖu dÇu dõa lµ 600C. III.3. §¸nh gi¸ chÊt l­îng s¶n phÈm Nh­ vËy, qua qu¸ tr×nh kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng ®Õn qu¸ tr×nh tæng hîp biodiezel tõ nguån nguyªn liÖu dÇu dõa, c¸c th«ng sè tèi ­u cho ph¶n øng ®· ®­îc x¸c ®Þnh nh­ sau : tû lÖ mol metanol/dÇu lµ 6/1, thêi gian ph¶n øng 3 giê, l­îng xóc t¸c b»ng 3% khèi l­îng dÇu nguyªn liÖu, thµnh phÇn NaOH trong xóc t¸c chiÕm 25% khèi l­îng, tèc ®é khuÊy 600 vßng/phót vµ nhiÖt ®é ph¶n øng lµ 600C. S¶n phÈm biodiezel dõa thu ®­îc tõ ph¶n øng theo c¸c th«ng sè trªn sau khi tinh chÕ lµ mét chÊt láng trong suèt h¬i ng¶ vµng. S¶n phÈm ®· ®­îc ®em ®i ph©n tÝch phæ hång ngo¹i ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau : H×nh 3.12 : Phæ hång ngo¹i cña mÉu biodiezel dõa ®­îc tæng hîp Qua phæ hång ngo¹i chôp ®­îc ta thÊy xuÊt hiÖn hai pic ®Æc tr­ng : pic øng víi b­íc sãng 2933,2 cm-1 lµ cña nhãm chøc metyl ( - CH3 ) vµ pic øng víi b­íc sãng 1743,6 cm-1 lµ cña nhãm chøc este ( - COO - ) [5]. Nh­ vËy trong mÉu s¶n phÈm ph©n tÝch cã nhãm metyl este chøng tá ®· cã ph¶n øng x¶y ra t¹o metyl este cña c¸c axit bÐo, vµ biodiezel dõa ®· ®­îc tæng hîp trong ph¶n øng ®ã. Biodiezel dõa tæng hîp ®­îc còng ®­îc mang ®o c¸c chØ tiªu vÒ chÊt l­îng, kÕt qu¶ thu ®­îc nh­ sau : B¶ng 3.11 : C¸c tÝnh chÊt ho¸ lý cña biodiezel dõa ®­îc tæng hîp so víi biodiezel dõa chuÈn STT TÝnh chÊt hãa lý Ph­¬ng ph¸p MÉu bidiezel dõa tæng hîp Biodiezel dõa chuÈn 1 §é nhít ®éng häc,400C,cSt ASTM D 445 3,3 2,656 2 ChØ sè xetan ASTM D 613 68 70 3 NhiÖt trÞ, kJ/g 38,64 39,42 4 Thµnh phÇn cÊt (0C) Ts ®Çu ASTM D 86 195 199 Ts 10% 221 232 Ts 50% 289 293 Ts 90% 319 323 Ts 95% 332 338 Ts cuèi 345 353 5 Hµm l­îng n­íc vµ cÆn (% thÓ tÝch) ASTM D 2709 0,0 0,0 6 §iÓm chíp ch¸y, 0C ASTM D 93 105 107 7 Hµm l­îng l­u huúnh, ppm ASTM D 5453 3,2 3 8 §iÓm ®«ng ®Æc, 0C ASTM D 2500 -1 -5 9 ChØ sè axit, mg KOH/g ASTM D 664 0,18 0,17 Qua kÕt qu¶ trªn ta thÊy mÉu biodiezel tæng hîp hoµn toµn ®¹t tiªu chuÈn chÊt l­îng ch¹y ®éng c¬. III.4. Thö nghiÖm nhiªn liÖu B5 trong ®éng c¬ Lµ mét lo¹i nhiªn liÖu rÊt ­u viÖt, do cã nhiÒu ­u ®iÓm nªn thùc tÕ tû lÖ pha trén cña biodiezel dõa th­êng Ýt h¬n tû lÖ pha trén cña c¸c lo¹i biodiezel kh¸c. Th«ng th­êng, B20 ®­îc sö dông rÊt réng r·i t¹i Mü (dïng biodiezel tõ dÇu nµnh) hay t¹i Ch©u ¢u (dïng biodiezel tõ dÇu h¹t c¶i). Tuy nhiªn, ®èi víi biodiezel tæng hîp tõ dÇu dõa th× tû lÖ pha trén chØ cÇn B1 ®Õn B10 lµ ®· c¶i thiÖn rÊt nhiÒu khãi th¶i gióp gi¶m thiÓu « nhiÔm m«i tr­êng. TiÕn hµnh pha trén biodiezel dõa vµ diezel kho¸ng víi tû lÖ thÓ tÝch 5/95 (B5) vµ mang ®i ®o c¸c chØ tiªu chÊt l­îng ta thu ®­îc kÕt qu¶ nh­ sau : B¶ng 3.12 : C¸c tÝnh chÊt ho¸ lý cña B5 so víi dieze chuÈn STT TÝnh chÊt hãa lý Ph­¬ng ph¸p B5 Diezel No2 1 §é nhít ®éng häc,400C,cSt ASTM D 445 3,494 2,6 2 ChØ sè xetan ASTM D 613 58 40-52 3 NhiÖt trÞ, kJ/g 42,05 43,4 4 Thµnh phÇn cÊt (0C) Ts ®Çu ASTM D 86 190 185 Ts 10% 212 210 Ts 50% 277 260 Ts 90% 350 315 Ts 95% 363 338 Ts cuèi 368 345 5 Hµm l­îng n­íc vµ cÆn (% thÓ tÝch) ASTM D 2709 0,01 0,02 6 §iÓm chíp ch¸y, 0C ASTM D 93 86 60-72 7 Hµm l­îng l­u huúnh, ppm ASTM D 5453 366 500 8 §iÓm ®«ng ®Æc, 0C ASTM D 2500 -3 -15 NhËn thÊy c¸c chØ tiªu chÊt l­îng cña B5 ®Òu gÇn víi c¸c chØ tiªu chÊt l­îng cña diezel kho¸ng, thËm chÝ mét sè chØ tiªu cßn ­u viÖt h¬n. S¶n phÈm pha trén B5 ®­îc mang ®i thö nghiÖm trªn ®éng c¬ víi môc ®Ých : §¸nh gi¸ kh¶ n¨ng ¶nh h­ëng cña nhiªn liÖu biodiezel ®Õn c«ng suÊt ®éng c¬ so víi diezel kho¸ng X¸c ®Þnh thµnh phÇn khÝ th¶i cña ®éng c¬ vµ so s¸nh víi nhiªn liÖu diezel kho¸ng. Th«ng sè kÜ thuËt cña ®éng c¬ thö nghiÖm : §éng c¬ diezel AVN 5402, 1 xy lanh Dung tÝch xy lanh : 510,7 cm2 §­êng kÝnh xy lanh : 85 mm Tû sè nÐn : 17,1/1 Hµnh tr×nh : 90 mm Nhiªn liÖu ®­îc phun trùc tiÕp ¸p suÊt phun : 800 Mpa Gãc phun : sím 120 tr­íc ®iÓm chÕt trªn L­îng nhiªn liÖu phun : 30 mm2/ chu tr×nh III.4.1. §¸nh gi¸ ¶nh h­ëng cña nhiªn liÖu B5 ®Õn c«ng suÊt cña ®éng c¬ so víi diezel kho¸ng. Kh¶o s¸t c«ng suÊt cña ®éng c¬ ë chÕ ®é ch¹y kh«ng t¶i víi sè vßng quay dao ®éng tõ 1400-2100 vßng/phót, sö dông 2 lo¹i nhiªn liÖu lµ diezel kho¸ng vµ B5 cho ta kÕt qu¶ nh­ sau : B¶ng 3.13 : So s¸nh c«ng suÊt ®éng c¬ khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tèc ®é 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 C«ng suÊt diezel, kW 3,18 3,23 3,40 3,86 3,91 4,13 4,47 4,55 C«ng suÊt B5, kW 2,83 2,95 3,02 3,19 3,33 3,51 3,98 4,12 H×nh 3.13 : So s¸nh c«ng suÊt ®éng c¬ khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Qua sè liÖu trong b¶ng vµ trªn ®å th× ta nhËn thÊy qu¸ tr×nh kh¶o s¸t hoµn toµn phï hîp víi lý thuyÕt, khi tèc ®é ®éng c¬ t¨ng th× c«ng suÊt t¨ng. C«ng suÊt cña ®éng c¬ khi sö dông nhiªn liÖu B5 lu«n nhá h¬n c«ng suÊt ®éng c¬ khi sö dông nhiªn liÖu diezel kho¸ng. §iÒu nµy lµ do nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu biodiezel dõa thÊp h¬n nhiÖt trÞ cña cña nhiªn liÖu diezel kho¸ng. Do ®ã khi pha víi nhiªn liÖu diezel kho¸ng th× B5 còng cã nhiÖt trÞ thÊp h¬n. Tuy nhiªn chªnh lÖch c«ng suÊt khi sö dông hai lo¹i nhiªn liÖu nµy lµ kh«ng ®¸ng kÓ nªn vÉn cã thÓ sö dông nhiªn liÖu B5 cho ®éng c¬ diezel mµ vÉn ®¶m b¶o ®­îc yªu cÇu vÒ c«ng suÊt ®éng c¬. III.4.2. Thµnh phÇn khÝ th¶i cña ®éng c¬ sö dông nhiªn liÖu B5 so víi diezel kho¸ng. III.4.2.1. Hµm l­îng CO2 trong khãi th¶i KÕt qu¶ x¸c ®Þnh thµnh phÇn cña khÝ CO2 trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ch¹y nhiªn liÖu B5 vµ diezel ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau ®­îc thÓ hiÖn qua b¶ng vµ h×nh sau : B¶ng 3.14 : So s¸nh hµm l­îng CO2 trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tèc ®é 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 CO2 diezel, ppm 93690 89997 87950 86130 84566 85250 85840 83120 CO2 B5, ppm 86745 79529 75315 73314 72437 75212 75324 72174 H×nh 3.14 : So s¸nh hµm l­îng CO2 trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Nh­ vËy ta thÊy râ rµng hµm l­îng CO2 trong khãi th¶i cña B5 gi¶m ®¸ng kÓ so víi nhiªn liÖu diezel kho¸ng, do ®ã gi¶m thiÓu l­îng CO2 th¶i ra m«i tr­êng. Sù gi¶m hµm l­îng CO2 trong khãi th¶i nhiªn liÖu B5 lµ do trong nhiªn liÖu diezel kho¸ng cã c¸c thµnh phÇn hidrocacbon th¬m cã tû lÖ C/H cao h¬n, trong khi trong biodiezel kh«ng cã thµnh phÇn th¬m nµy nªn khi pha t¹o B5 sÏ cho tû lÖ C/H thÊp h¬n, do vËy khi ch¸y l­îng CO2 ®· gi¶m xuèng nhiÒu. III.4.2.2. Hµm l­îng CO trong khãi th¶i Hµm l­îng CO trong khãi th¶i cña ®éng c¬ khi sö dông hai lo¹i nhiªn liÖu nh­ sau : B¶ng 3.15 : So s¸nh hµm l­îng CO trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tèc ®é 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 CO diezel, ppm 1120 1140 1170 1181 1192 1168 1100 1080 CO B5, ppm 1032 1076 1131 1145 1169 1143 1090 1017 H×nh 3.15 : So s¸nh hµm l­îng CO trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tõ ®å th× ta thÊy nÕu cïng mét tèc ®é vßng quay th× hµm l­îng CO khi ch¹y nhiªn liÖu B5 lu«n thÊp h¬n so víi khi ch¹y diezel kho¸ng. Nh­ vËy nhiªn liÖu B5 ch¸y s¹ch h¬n vµ gi¶m thiÓu rÊt nhiÒu nguy c¬ « nhiÔm m«i tr­êng. Cã thÓ gi¶i thÝch ®iÒu nµy lµ trong B5 cã biodiezel chøa mét l­îng oxi ®¸ng kÓ (11%) nªn gióp qu¸ tr×nh ch¸y hoµn toµn h¬n. III.4.2.3. Hµm l­îng NOx trong khãi th¶i NOx t¹o ra do trong qu¸ tr×nh ch¸y t¹o nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt rÊt cao nªn nit¬ cña kh«ng khÝ kÕt hîp víi oxi t¹o ra NOx. §©y lµ mét lo¹i khÝ th¶i ®éc h¹i trong khãi th¶i cña ®éng c¬ cÇn ®­îc gi¶m thiÓu tèi ®a. Hµm l­îng NOx trong khãi th¶i cña ®éng c¬ sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu kho¸ng ®­îc thÓ hiÖn qua b¶ng sau : B¶ng 3.16 : So s¸nh hµm l­îng NOx trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tèc ®é 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 NOx diezel, ppm 1305 1249 1148 1085 973 887 880 823 NOx B5, ppm 1211 1035 952 849 735 714 705 639 Tõ ®ã ta lËp ®­îc ®å thÞ so s¸nh hµm l­îng NOx trong khÝ th¶i sö dông hai lo¹i nhiªn liÖu diezel vµ biodiezel. H×nh 3.16 : So s¸nh hµm l­îng NOx trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tõ kÕt qu¶ trªn ta thÊy hµm l­îng khÝ NOx trong khÝ x¶ cña ®éng c¬ khi sö dông nhiªn liÖu B5 gi¶m so víi nhiªn liÖu diezel. Nit¬ chiÕm tíi 3/4 thÓ tÝch l­îng kh«ng khÝ hót vµo xylanh, h¬n n÷a trong thµnh phÇn B5 cã chøa thªm oxy (trong metyl este) nªn kh¶ n¨ng nit¬ bÞ oxy ho¸ lµ tÊt yÕu. Tuy nhiªn, v× nit¬ lµ mét khÝ tr¬ nªn qu¸ tr×nh oxy ho¸ ®ßi hái nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt lín. Trong qu¸ tr×nh ch¸y cña nhiªn liÖu, nhiÖt ®é vµ ¸p suÊt t¨ng rÊt cao thÝch hîp cho qu¸ tr×nh oxi ho¸ nit¬. Nh­ng v× thêi gian ch¸y rÊt nhanh nªn nh÷ng ®iÒu kiÖn Êy kh«ng ®­îc duy tr× trong thêi gian dµi, do vËy hµm l­îng NOx t¹o ra th­êng nhá h¬n l­îng CO2 rÊt nhiÒu. Bªn c¹nh ®ã, nhiÖt trÞ cña nhiªn liÖu B5 thÊp h¬n (do nhiÖt trÞ cña biodiezel dõa thÊp h¬n diezel kho¸ng) dÉn ®Õn nhiÖt ®é ch¸y cña B5 trong xylanh kh«ng cao b»ng diezel kho¸ng, do vËy ®iÒu kiÖn t¹o thµnh NOx Ýt thuËn lîi h¬n dÉn ®Õn thµnh phÇn NOx t¹o thµnh nhá h¬n. Khi cµng t¨ng tèc ®é vßng quay, thêi gian dao ®éng cña pitt«ng t¨ng nhanh, nhiªn liÖu bÞ nÐn vµ ®èt ch¸y nhanh h¬n, thêi gian l­u cña nit¬ trong xylanh nhá h¬n nªn x¸c xuÊt bÞ oxy ho¸ gi¶m, do ®ã thµnh phÇn NOx gi¶m theo qu¸ tr×nh t¨ng tèc ®é ®éng c¬. III.4.2.4. Hµm l­îng hidrocacbon trong khãi th¶i L­îng hidrocacbon cã trong khãi th¶i chñ yÕu lµ do qu¸ tr×nh oxy ho¸ kh«ng hoµn toµn nhiªn liÖu phun vµo trong xylanh. Trong nhiªn liÖu diezel ngoµi mét sè thµnh phÇn hidrocacbon m¹ch th¼ng dÔ ch¸y cßn cã mét l­îng kh«ng nhá c¸c hidrocacbon th¬m rÊt khã b¾t ch¸y. Nh÷ng hidrocacbon m¹ch vßng nµy bÞ th¶i ra ngoµi cïng khÝ th¶i cña ®éng c¬, g©y « nhiÔm m«i tr­êng vµ tæn h¹i ®Õn søc khoÎ cña con ng­êi. ChÝnh v× vËy còng nh­ c¸c thµnh phÇn ®éc h¹i kh¸c, hµm l­îng hidrocacbon trong khãi th¶i ph¶i ®­îc gi¶m thiÓu cµng nhiÒu cµng tèt. KÕt qu¶ x¸c ®Þnh hµm l­îng hidrocacbon trong khãi th¶i cña ®éng c¬ ch¹y trªn nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diezel ë c¸c tèc ®é kh¸c nhau ®­îc thÓ hiÖn trong b¶ng vµ h×nh sau : B¶ng 3.17 : So s¸nh hµm l­îng hidrocacbon trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. Tèc ®é 1400 1500 1600 1700 1800 1900 2000 2100 HC diezel, ppm 964 1012 1020 1005 994 920 829 770 HC B5, ppm 552 839 897 891 901 837 751 613 H×nh 3.17 : So s¸nh hµm l­îng hidrocacbon trong khÝ th¶i khi sö dông nhiªn liÖu B5 vµ nhiªn liÖu diesel kho¸ng. KÕt qu¶ thu ®­îc hoµn toµn phï hîp víi lý thuyÕt. Do thµnh phÇn oxy trong B5 lín h¬n trong diezel kho¸ng nªn khi ch¸y, m¹ch este bÞ c¾t ®øt t¹o l­îng oxi nguyªn tö nhiÒu h¬n, kh¶ n¨ng oxy ho¸ m¹nh h¬n sÏ oxy hãa c¸c hidrocacbon triÖt ®Ó h¬n nªn thµnh phÇn hidrocacbon d­ trong s¶n phÈm ch¸y cña nhiªn liÖu B5 sÏ nhá h¬n. §©y lµ mét trong nh÷ng ­u ®iÓm cña biodiezel so víi nhiªn liÖu kho¸ng truyÒn thèng trong vÊn ®Ò gi¶m thiÓu « nhiÔm m«i tr­êng. Nh­ vËy, kÕt qu¶ kh¶o s¸t c¸c thµnh phÇn khãi th¶i cña ®éng c¬ chØ ra tÊt c¶ c¸c thµnh phÇn cã h¹i nh­ CO2, CO, NOx, hidrocacbon (HC) ®Òu gi¶m khi sö dông nhiªn liÖu diezel kho¸ng cã trén thªm 5% biodiezel dõa B5) . Víi tû lÖ pha trén nh­ thÕ võa ®¶m b¶o tÝnh kinh tÕ võa ®¶m b¶o ng¨n ngõa nguy c¬ « nhiÔm m«i tr­êng do khãi th¶i cña ®éng c¬ diezel. KÕt luËn Qua kÕt qu¶ nghiªn cøu chøng t«i ®· ®¹t ®­îc nh÷ng kÕt qu¶ sau : 1. ChÕ t¹o ®­îc xóc t¸c dÞ thÓ NaOH/MgO cho hiÖu suÊt tæng hîp biodiezel dõa rÊt cao (97,84%). Hµm l­îng tèi ­u cña NaOH trong xóc t¸c lµ 25% khèi l­îng. Trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt, xóc t¸c NaOH/MgO cã thÓ t¸i sö dông ®­îc 1 lÇn, sau ®ã ph¶i t¸i sinh xóc t¸c vµ t¸i sö dông thªm 2 lÇn. 2. Tæng hîp ®­îc biodiezel dõa b»ng ph¶n øng trao ®æi este víi metanol. C¸c th«ng sè tèi ­u cho qu¸ tr×nh tæng hîp nh­ sau : - Tû lÖ mol metanol/dÇu : 6/1 - Thµnh phÇn xóc t¸c : 25% NaOH/MgO - L­îng xóc t¸c : 3% khèi l­îng dÇu dõa - Thêi gian ph¶n øng 3 giê - Tèc ®é khuÊy : 600 vßng/phót - NhiÖt ®é : 600C 3. X¸c ®Þnh ®­îc c¸c th«ng sè ho¸ lý ®Æc tr­ng cña s¶n phÈm, chøng tá s¶n phÈm biodiezel dõa tæng hîp ®­îc ®¶m b¶o c¸c tiªu chuÈn vÒ nhiªn liÖu cho ®éng c¬ diezel. 4. Pha chÕ biodiezel dõa víi tû lÖ 5% trong nhiªn liÖu diezel kho¸ng, so s¸nh víi diezel th­¬ng phÈm. Sau khi thö nghiÖm trªn ®éng c¬ ®· ®­a ra kÕt luËn : - VÒ c«ng suÊt ®éng c¬ : c«ng suÊt ®éng c¬ khi sö dông nhiªn liÖu B5 kh«ng gi¶m nhiÒu so víi sö dông nhiªn liÖu diezel kho¸ng truyÒn thèng. - Thµnh phÇn khÝ th¶i ®éc h¹i nh­ : CO2, CO, NOx, hidrocacbon cña ®éng c¬ ch¹y nhiªn liÖu B5 gi¶m ®¸ng kÓ so víi khi ch¹y b»ng nhiªn liÖu diezel kho¸ng. Tµi liÖu tham kh¶o [1]. §inh ThÞ Ngä, Ho¸ häc dÇu má, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt, 2006. [2]. KiÒu §×nh KiÓm, C¸c s¶n phÈm dÇu má vµ ho¸ dÇu, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt, 2001. [3]. Ph¹m ThÕ Th­ëng, Ho¸ häc dÇu bÐo, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt, 1992. [4]. Vò Tam HuÒ, NguyÔn Ph­¬ng Tïng, H­íng dÉn sö dông nhiªn liÖu - dÇu - mì nhên, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt, 2000. [5]. Tõ V¨n MÆc, Ph­¬ng ph¸p phæ nghiÖm nghiªn cøu cÊu tróc ph©n tö, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt, 2003. [6]. Vò Nguyªn Hoµng, NguyÔn Trung Phong, Phan Liªu, TuyÓn tËp c«ng tr×nh khoa häc nghiªn cøu ph¸t triÓn c©y cã dÇu vµ dÇu thùc vËt ViÖt Nam, Nhµ xuÊt b¶n N«ng nghiÖp Tp Hå ChÝ Minh, 2005 . [7]. NguyÔn §øc Minh, Nghiªn cøu kh¶ n¨ng thay thÕ nhiªn liÖu diezel b»ng nhiªn liÖu míi ®­îc t¹o ra tõ dÇu thùc vËt, Tr­êng §H Giao th«ng VËn t¶i, 1996. [8]. §ç Huy Thanh, Nghiªn cøu sö dông mét sè lo¹i dÇu thùc vËt ViÖt Nam vµ biÕn tÝnh chóng lµm dÇu gèc cho dÇu b«i tr¬n, §¹i häc B¸ch Khoa, 2001. [9]. C¸c t¸c gi¶, DÇu thùc vËt : ph­¬ng ph¸p thö, Nhµ xuÊt b¶n Hµ Néi, 1980. [10]. Lª V¨n Th¹ch, H­íng dÉn thÝ nghiÖm vÒ s¶n xuÊt vµ tinh chÕ dÇu thùc vËt, Tr­êng §¹i häc B¸ch Khoa, 1965. [11]. Ph¹m V¨n Nguyªn, Nh÷ng c©y cã dÇu bÐo ë ViÖt Nam, Nhµ xuÊt b¶n Khoa häc vµ KÜ thuËt, 1981. [12]. H¶i YÕn, S¶n xuÊt nhiªn liÖu tõ dÇu ¨n phÕ th¶i, www.nea.gov.vn/thongtinmt/noidung/dt_25_10_06.htm [13]. Ng« ThÞ Lam Giang, Vâ V¨n Long, NguyÔn ThÞ BÝch Hång, C«ng nghÖ nh©n vµ s¶n xuÊt gièng dõa, www.cuctrongtrot.gov.vn/Tech_Science.aspx?index=detail&type =a&idtin=213 [14]. Christopher Strong, Charlie Erickson, Deepak Shukla, Evaluation of biodiesel fuel, Western Transportation Institute College of Engineering, Montana State University. [15]. G.Knoth, R.O Dumn, M.O Bagby, The use of vegetable oils and their derivatives as alternative diesel fuels, Biomass Wasington D.C, American Chemical Society. [16]. T.L Alleman and R.L McCormic, Analysis of coconut-derived biodiesel and conventional diesel fuel from the Philipine, National renewable energy laboratory, 2006. [17]. Roberto C Anbles, Coconut methyl ester (CME) as petrodiesel quality enhancer, Department of Agriculture, Philipinecoconut Authority. [18]. J.A Kinast, Production of biodiesel from multiple feedstocks and properties of biodiesels and biodiesel/diesel blends, National renewable energy laboratory, 2006. [19]. Tazmilur Rahman, Green Energy Development Model in the St. Martin’s Island and Energy from Coconut palm biomass, Bangladesh 2006. [20]. Shaheed A, AMSAE and Swain E, Combustion analysis of Coconut oil and its methyl esters in a diesel engine, IMECHE Conference transactions,Vol 4. [21]. Starship, The life history of a coconut tree, www.ms-starship.com/sciencenew/coconuts_and_copra.htm [22]. L.C Meher, D VidyaSagar and S.N Naik, Technical aspects of biodiesel production by transesterification, Renewable and Sustainable Energy Reviews 2004. [23]. John Sheehan, Vince Camobreco, James Duffield, Michael Graboski and Housein Shapouri, Life Cycle Inventory of Biodiesel and Petroleum Diesel for Use in an Urban Bus, National Renewable Energy Laboratory, 1998. [24]. Rafael S. Diaz, Coconut for clean air, www.coconutresearchcenter.org/coconutforcleanair.pdf [25]. Jan Cloin, Coconut Oil as a Biofuel in Pacific Islands, www.sopac.org/tiki/tiki-download_file.php?fileId=145 [26]. Department of the Environment and Heritage, Australian Government, Standardising Diesel/Biodiesel Blends, www.deh.gov.au/atmosphere/fuelquality/publications/diesel- biodiesel-discussion-paper.html [27]. M.S. Graboski, R.L. McCormick, T.L. Alleman, and A.M. Herring, The Effect of Biodiesel Composition on Engine Emissions from a DDC Series 60 Diesel Engine, National Renewable Energy Laboratory, 1998. [28]. United States Environmental Protection Agency, A Comprehensive Analysis of Biodiesel Impacts on Exhaust Emissions, www.biodiesel.org/resources/reportsdatabase/reports/gen/20021001_gen-323.pdf [29]. J. Van Gerpen, B. Shanks, and R. Pruszko, D. Clements and G. Knothe, Biodiesel Analytical Methods, National Renewable Energy Laboratory 2004. [30]. Gerhard Zieroth, Feasibility of coconut oil as a diesel substitute in Kiribati, Ministry of Public Works and Energy, Republic Of Kiribati 2005. [31]. Gerardo B. Baylon, Gerardo A. Santos and Rico O. Cruz, Pilot testing of the cruzesterification process in the production of biodiesel at Pca-Zamboanga research center, www.pcierd.dost.gov.ph/publication/fora/forth/pilottesting.pdf [32]. Jan Cloin, Coconut Oil Biofuel – Clean and Competitive, www.sopac.org/tiki/tiki-download_file.php?fileId=244 [33]. S.W. Adkins, M. Foale and Y.M.S. Samosir, Coconut revival: new possibilities for the tree of life, Australian Centre for International Agricultural Research 2006. [34]. Hak-Joo Kim, Bo-Seung Kang, Min-Ju Kim, Young Moo Park, Deog-Keun Kim, Jin-Suk Lee, Kwan-Young Lee, Transesterification of vegetable oil to biodiesel using heterogeneous base catalyst, Catalysis Today 93–95(2004). [35]. Bob McCormick, Effects of Biodiesel on Pollutant Emissions, www.eere.energy.gov/cleancities/toolbox/pdfs/mccormick_webcast.pdf [36]. Ulf Schuchardt, Ricardo Sercheli, and Rogerio Matheus Vargas, Transesterification of vegetable oil : a review, www.biodieselgear.com/documentation/Transesterification_of_Vegetable_Oils.pdf [37]. C.L. Peterson, R. Cruz, L. Perkins, R. Korus and D.L Auld, Transesterification of Vegetable Oil for use as a Diesel Fuel, www.biodiesel.org/resources/reportsdatabase/reports/gen/19900901_gen-257.pdf [38]. Bahrmann, H.,Bach, Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemistry, Methanol, Wiley-VCH Verlag GmbH & Co, 2002.