phương pháp chuyển hóa các acid béo và triglyceride trong dầu mỡ động thực vật thành nhiên liệu biodiesel

MỞ ĐẦU
Đặt vấn đề
Trong những năm gần đây cùng với sự phát triển quá mức của các ngành
công nghiệp và sự bùng nổ dân số, nhu cầu về sử dụng nhiên liệu ngày càng gia
tăng. Các nguồn năng lượng hóa thạch như dầu mỏ, than đá khí đốt đang ngày càng
cạn kiệt, việc sử dụng các nguồn năng lượng này có một số nhược điểm: ô nhiễm
không khí, hiệu ứng nhà kính. Đồng thời khủng hoảng năng lượng đang có chiều
hướng ngày một gia tăng. Nên việc tìm nguồn năng lượng mới để thay thê cho các
nguồn năng lượng hóa thạch là hết sức cần thiết.
Nguồn sinh khối động vật và thực vật được xem là nguồn có khả năng tái
sinh, đặc biệt là dầu mỡ động thực vật là nguồn nguyên liệu dùng để sản xuất
biodiezel. Nhiên liệu biodiezel là một trong các loại nhiên liệu sinh học, có một số
ưu điểm chính như: không độc hại, dễ phân hủy trong tự nhiên, sản xuất từ nguồn
nguyên liệu có thể phục hồi đạt được các chỉ tiêu về mối trường và nhiều ưu điểm
khác nữa khi ứng dụng trong các động cơ .
Trên thế giới, nguồn sinh khối từ các sinh vật dồi dào. Ứng dụng việc trồng
trọt các loaị thực vật cho tinh dầu để cung cấp nguyên liệu thô cho quá trình sản
xuất nhưng xu thế biodiesel có nhiều tiềm năng lớn và đang được chú trọng phát
triển. Hơn nữa, nếu các sản phẩm như dầu mỡ động thực vật, đặc biệt là dầu thực
vật qua quá trình chiên rán thải ra ngoài không qua xử lý thì sẽ dẫn đến ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng. Với hiện trang này, việc ứng dụng các phương pháp để
chuyển hóa dầu mỡ động thực vật thành nhiên liệu sử dụng được là một trong
những vấn đề cấp bách trong công cuộc tìm ra nguồn nhiên liệu mới cho sự phát
triển bền vững của nhân loai.
• Mục tiêu đề tài
Bài tập lớn này nhằm mục đích khái quát các phương pháp chuyển hóa các acid
béovà triglyceride trong dầu mỡ động thực vật thành nhiên liệu biodiesel sử dụng
đ ược cho động cơ . Do đó , mục tiêu đề tài là tập trung vào khảo sát các vấn đề sau:
- Tìm hiểu đặc điểm các nguồn nguyên liệu sử dụng cho quá trình sản xuất
biodiesel.
-C ác phương pháp, quy trình được ứng dụng để chuyển dầu thực vật và mỡ

động vật thành biodiesel.
• Nội dung nghiên cứu
Nội dung bài tập lớn tập trung vào các hướng sau:
- Tìm hiểu thành phần tính chất của 2 loại nguyên liệu sử dụng trong quá
trình sản xuất biodiezel.
1
- Tìm hiểu về các phương pháp sản xuất, trong đó chú trọng vào phương
pháp chuyển vị este.
- Giới thiệu một số quy trình sản xuất biodiezel
2
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIODIEZEL-
DIEZEL
1.1. Khái quát, đặc điểm về nhiên liệu biodiezel - diezel
1.1.1. Biodiezel
Biodiezel (hay biodiesel) còn được gọi Diezel sinh học là một loại nhiên liệu
có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ
dầu thực vật hay mỡ động vật. Biodiezel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một
loại năng lượng sạch. Mặt khác chúng không độc và dể phân giải trong tự nhiên
Biodiezel là các mono-alkyl este mạch thẳng được điều chế nhờ phản ứng trao
đổi este giữa dầu thực vật với các loại rượu mạch thẳng như metanol và etanol.
Biodiezel có các tính chất vật lý giống như nhiên liệu diezel. Tuy nhiên, các tính
chất của khí thải thì biodiezel tốt hơn dầu diezel.
- Bản chất của Biodiesel là sản phẩm Ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và
acid béo tự do trong dầu thực vật hoặc mỡ động vật.
1.1.2. Ưu nhược điểm
Ưu điểm:
– Giảm ô nhiễm môi trường
– Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.
– Có chỉ số cetan cao hơn Diesel.
– Biodisel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.

– Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn
trong tồn chứa và sử dụng.
– Biodiesel có tính bôi trơn tốt
– Không cần cải thiện bất kì chi tiết nào của động cơ
– Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp va tăng thu nhập ở vùng miền
nông thôn.
– Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu Diesel, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một
khoảng ngoại tệ lớn.
Nhược điểm:
- Giá thành cao
- Tính kém ổn định
- Làm hỏng các bộ phận bằng cao su
- Bảo quản không được lâu
- Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn Diesel một ít gây khó khăn cho các
nước có nhiệt độ vào mùa đông thấp
-Biodisel có nhiệt trị thấp hơn so với diesel
- chi phí sản suất cao
3
- Biodiesel thường được sản xuất gián đoạn theo mẻ
1.1.2. Diezel
Diezel là sản phẩm thu được trong quá trình chưng cất dầu mỏ thành các phân
đoạn dầu có nhiệt độ sôi từ 250 – 350
0
C có chứa hydrocacbon với số nguyên tử
cacbon từ C16 – C22.
Nhiên liệu diezel chủ yếu được lấy từ hai nguồn chính là chưng cất trực tiếp
từ dầu mỏ và quá trình cracking xúc tác. Thông thường bao giờ diezel cũng chứa
các hợp chất của lưu huỳnh, nitơ, nhựa và asphalten. Những chất này không những
gây hại cho động cơ mà còn gây ô nhiễm môi trường rất mạnh.
1.2. So sánh biodiezel và diezel

Bảng 1: so sánh Biodiezel và diezel
Mục so sánh biodiezel diezel
1 Trị số cetan
56 -58 50 - 52
2 Hàm lượng lưu huỳnh
<15ppm
15ppm
3 Quá trình cháy Sạch Tương đối sạch
4 Khả năng bôi trơn giảm mài mòn Tốt Tương đối
5 Khả năng thích hợp cho mùa đông kém kém
6 lượng khí thải độc hại ít nhiều
7 phân hủy sinh học 4 lần 1 lần
8 sản xuất dễ dàng phức tạp
Biodiesel có một vài ưu điểm vượt trội so với nhiên liệu diesel từ dầu mỏ
như:
- Được sản xuất từ nguồn nguyên liệu tái sinh là dầu mỡ động thực vật, đặc
biệt tái sử dụng được nguồn dầu thải chiên rán từ quá trình nấu ăn giúp giảm thiểu
được lượng dầu thải gây ô nhiễm môi trường. Nguồn năng lượng tái sinh là một yếu
tố cực kỳ quan trọng vì người ta ước tính với mức tiêu thụ như hiện nay thì nguồn
nhiên liệu từ dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong khoảng 50 năm nữa
- Do có nguồn gốc từ dầu mỡ động thực vật nên biodiesel không chứa các
chất độc hại như lưu huỳnh, các kim loại nặng. Nên đây là một loại nhiên liệu
không độc hại, giúp giảm thiểu được hàm lượng các chất thải dạng hạt bụi và các
khí độc trong khí thải.
- Biodiesel dễ dàng phân hủy khi thất thoát ra môi trường, nên không gây
thiệt hại nhiều đến môi trường như các vụ tràn dầu trên biển trong thời gian vừa qua
1.3. Xu hướng sản xuất biodiezel ở Việt nam và ở trên thế giới.
1.3.1. Tình hình trên thề giới
4
Ở Trung Quốc người ta sử dụng cây cao lương và mía để sản xuất

Biodiesel.Cứ 16 tấn cây cao lương có thể sản xuất được 1 tấn cồn, phần bã còn lại
còn có thể chiết xuất được 500 kg Biodiesel. Ngoài ra, Trung Quốc còn nghiên cứu
phát triển khai thác một loại nguyên liệu mới - Tảo. Khi nghiên cứu loại dầu sinh
học từ tảo thành công và được đưa vào sản xuất, quy mô sản xuất loại dầu này có
thể đạt tới hàng chục triệu tấn.
Giống Trung Quốc, Mỹ cũng vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như
nghiên cứu gien đã thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo
được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một mẫu có thể sản xuất được
trên 2 tấn dầu diesel sinh học
Các nước Tiểu Vương quốc Ảrập Thống Nhất thì sử dụng dầu jojoba, một loại dầu
được sử dụng phổ biến trong mỹ phẩm để sản xuất Biodiesel.
Đối với khu vực Đông Nam Á, các nước Thái Lan, Inđônêxia, Malaysia
cũng đã đi trước nước ta một bước trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học. Như ở Thái
Lan, hiện sử dụng dầu cọ và đang thử nghiệm hạt cây jatropha, cứ 4 kg hạt jatropha
ép được 1 lít diesel sinh học tinh khiết 100%, đặc biệt loại hạt này không thể dùng
để ép dầu ăn và có thể mọc trên những vùng đất khô cằn, cho nên giá thành sản xuất
sẽ rẻ hơn so với các loại hạt có dầu truyền thống khác. Bộ Năng Lượng Thái Lan
này cũng đặt mục tiêu, đến 2011, lượng diesel sinh học sẽ đạt 3% (tương đương 2,4
triệu lít/ngày) tổng lượng diesel tiêu thụ trên cả nước và năm 2012, tỷ lệ này sẽ đạt
10% (tương đương 8,5 triệu lít/ngày).
Indonexia thì ngoài cây cọ dầu, cũng như Thái Lan, Indonesia còn chú ý đến
cây có dầu khác là jatropha. Indonesia đặt mục tiêu đến năm 2010, nhiên liệu sinh
học sẽ đáp ứng 10% nhu cầu năng lượng trong ngành điện và giao thông vận tải.
1.3.2. Tình hình sản xuất ở Việt Nam
Tại An Giang, đề tài nghiên cứu khoa học của ông Hồ Xuân Thiên cùng một
số cán bộ kỹ thuật thuộc Công ty Cổ phần Xuất Nhập khẩu Thủy sản An Giang
(AGIFISH) nghiên cứu công nghệ sản xuất Bio-Diesel từ mỡ cá tra, cá ba sa hiện
đang đưoc áp dụng ở các công ty trong khu vực Đồng Bằng Sông Cữu Long như:
công ty AGIFISH, công ty MINH TÚ, và các cở sở sản xuất nhỏ lẻ khác… Nước ta
đặt mục tiêu đến năm 2020 ¸ 2025 phải sản xuất được 4,5 ¸ 5 triệu tấn (xăng, diesel

pha cồn và Biodiesel), chiếm 20% nhu cầu xăng dầu cả nước.
1.3.3. Tính kinh tế của nhiên liệu biodiesel
Giá cả của nhiên liệu biodiesel phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu, vị trí địa
lý, mùa vụ, giá cả của dầu mỏ và nhiều nhân tố khác. Biodiesel có giá cao hơn so
với diesel bởi vì giá cả cao của nguồn nguyên liệu mà điển hình là các loại dầu dùng
trong thực phẩm. Trong những năm vừa qua, tính kinh tế của nhiên liệu biodiesel
5
ngày càng thấp dần. Những năm giữa của thập niên 90, giá của nguyên liệu chỉ
chiếm 60-75% tổng giá của biodiesel nhưng ngày nay nó chiếm đến hơn 85% [ Để
trở thành một nhiên liệu thay thế có hiệu quả kinh tế cao, biodiesel phải được cải
thiện và phát triển hơn nữa để có thể cạnh tranh với các loại nhiên liệu diesel trên
thị trường. Tuy nhiên, giá của biodiesel thường cao hơn 1.5-3.0 lần so với giá của
diesel . Hình 5.5 biểu thị giá cả trung bình của biodiesel ở các quốc gia trên thế giới
trong những năm 2001-2006.
Để làm cải thiện hiệu quả kinh tế và tăng cao tính cạnh tranh cho biodiesel,
giá cả cao của nó phải được giảm xuống đến mức thích hợp. Người ta bắt đầu quan
tâm đến việc sản xuất biodiesel từ các nguồn nguyên liệu rẻ tiền hơn là dầu thực vật
như là dầu thải nấu ăn, mỡ động vật, cặn dầu trong tinh luyện dầu ăn
Một số quốc gia đang phát triển có xu đầu tư vào sản xuất biodiesel phục vụ
cho xuất khẩu. Một số quốc gia có tiềm năng lợi nhuận lớn cho việc đầu tư xuất
khẩu là Malaysia, Indonesia, Philippines, Papua New Guinea, Thái Lan, … Các
quốc gia này đều có giá thành biodiesel từ mức 0.56 USD, kết hợp tốt trong việc
ứng dụng kỹ thuật sản xuất với tiềm năng sản xuất lớn Lợi ích kinh tế của ngành
công nghiệp biodiesel bao gồm giải quyết nghề nghiệp cho cư dân tại nơi sản xuất,
tăng thu nhập thuế cho ngân sách quốc gia, thu hút đầu tư vào các nhà máy và trang
thiết bị.
6
CHƯƠNG 2. ĐẶC ĐIỂM NGUỒN NGUYÊN LIỆU TRONG
SẢN XUẤT BIODIEZEL
2.1. Dầu thực vật

Dầu thực vật là loại dầu được chiết suất từ các hạt, các quả của cây
Có thể phân loại dầu thực vật theo nhu cầu làm thực phẩm cho con người : dầu ăn
được và dầu không ăn được:
- Dầu ăn được phổ biến là các loại như dầu nành, dầu đậu phộng, dầu dừa,
dầu cải, dầu hướng dương, … được sử dụng trong các thực phẩm cho con người.
- Dầu không dùng trong thực phẩm như dầu hạt kusum, akola, jatropha,
mahua, karanja, … Điển hình là hạt của Jatropa curcas (jatropha) chứa các độc tố
như phorbol ester và curcin , hạt của Pongamia pinnata (karanja) chứa các chất độc
như furanoflavone, furanoflavonol, chromenoflavone flavone và furanodiketone
2.1.1. Thành phần hóa học
Thành phần chủ yếu của dầu thực vật là các phân tử triglyceride-chiếm 90-98%
Hình 1:Công thức cấu tạo của triglyceride
Triglyceride được tạo thành từ ba phân tử acid (R-COOH) và một phân tử
glycerol [C3H5(OH)3]. Trong một phân tử triglyceride.
7
Bảng 2:Công thức hóa học của các acid béo thông dụng trong dầu mỡ
Trong dầu thực vật còn có một lượng nhỏ khoảng 1-5% acid béo tự do
Acid béo tự do là các acid monocarboxylic no hoặc chưa no nhưng không
liên kết với phân tử glycerol . Hàm lượng cao của các acid béo tự do dẫn đến chỉ số
acid của dầu mỡ cũng cao. Chỉ số acid ảnh hưởng đến quá trình xúc tác của phản
ứng transester hóa sau này.
Ngoài ra dầu thực vật còn chứa các hợp chất khác như phospholipid,
phosphatide, carotene, tocopherol, và các hợp chất khác có lưu huỳnh.
2.1.2. Ưu nhược điểm
2.1.2.1. Ưu điểm
- Dầu thực vật là một trong những nguồn tái sinh được.
- Không độc và có thể phân giải trong tự nhiên.
- Là nhiên liệu tái sinh từ các sản phẩm nông nghiệp và các nguồn nguyên
liệu phế phẩm khác.
- Giá trị nhiệt cháy bằng 80% so với nhiệt cháy của diesel.

- Hàm lượng các hợp chất thơm thấp.
- Hàm lượng lưu huỳnh thấp, do đó thân thiện với môi trường.
- Có chỉ số cetane vừa phải, do đó ít có khả năng gây nổ.
- Làm tăng cường tính bôi trơn.
- Nhiệt độ cháy cao hơn so với diesel, do đó an toàn khi sử dụng.
- Có thể được sử dụng trên thị trường cùng lúc với nhiên liệu diesel (cho
động cơ cải tiến hay không cải tiến).
8
2.1.2.2. Nhược điểm
- Giá thành cao hơn
- Độ nhớt cao làm nhiên liệu lưu chuyển không đều, động cơ hoạt động
không ổn định.
- Độ bay hơi thấp nên khó cháy.
- Xảy ra phản ứng của các mạch hydrocarbon chưa bão hòa làm cho tính chất
của nhiên liệu bị thay đổi, gây khó khăn cho bảo quản.
2.2. Mỡ động vật
Mỡ động vật được sử dụng cho sản xuất biodiesel chủ yếu từ nguồn:
- Mỡ gia súc từ các lò giết mổ và các quy trình sản xuất có thịt.
- Mỡ cá từ các quy trình chế biến thủy hải sản.
2.2.1. Thành phần hóa học
Thành phần hóa học chính của mỡ động vật cũng là các triglyceride. Khoảng
50% các acid béo trong mỡ là acid béo no
Bảng 3: Thành phần acid béo của một số loại mỡ động vật
Các loại triglyceride thường có hàm lượng acid béo chưa no cao. Nên chúng
tồn tại dạng lỏng ở nhiệt độ phòng. Việc sử dụng các nhiên liệu này thường bị hạn
chế bởi độ nhớt cao của nhiên liệu. Tuy nhiên, mỡ động vật thường chứa một hàm
lượng lớn các acid béo no.
Mặc dù các loại mỡ sau khi được tinh sạch thì hàm lượng acid béo tự do và
hàm lượng ẩm giảm đi. Nhưng acid béo tự do và nước với một hàm lượng nhỏ cũng
có ảnh hưởng đáng kể đến phản ứng chuyển hóa dầu mỡ thành biodiesel.

2.2.2. Ưu nhược điểm
2.2.2.1. Ưu điểm
- Không cạnh tranh nguồn nguyên liệu với ngành thực phẩm.
- Sử dụng được những nguồn phế phẩm
- Việc sử dụng nguồn nguyên liệu mỡ phế phẩm giúp giảm giá thành sản
phẩm.
9
-Là nguồn nhiên liệu tái sinh, nguồn gốc từ các phụ phẩm của ngành công
nghiệp thịt-thủy sản.
- Không độc và có thể phân giải trong tự nhiên.
- Hàm lượng các hợp chất thơm thấp.
- Hàm lượng lưu huỳnh thấp, do đó thân thiện với môi trường.
- Giá trị nhiệt cháy và chỉ số cetane cao hơn nhiên liệu diesel
- Nhiệt độ cháy cũng cao hơn diesel, do đó ít có khả năng gây cháy nổ.
2.2.2.1. Nhược điểm
-Độ nhớt cao làm cho quá trình phun nhiên liệu trong động cơ không đều.
- Nhiệt độ đông đặc cao do chứa nhiều các mạch hydrocarbon bão hòa.
-Nhiệt độ cháy cao hơn so với diesel do độ bay hơi của các hợp chất trong
mỡ cũng như là các methyl ester trong biodiesel
-Biodiesel từ mỡ động vật kém bền hơn nên dễ bị oxy hóa.
2.3. Rượu và xúc tác trong phản ứng.
2.3.1. Nguyên liệu rượu
Có nhiều loại rượu được dùng trong phản ứng chuyển hóa dầu mỡ thành
biodizel như: metanol, etanol, butanol, isobutanol
Trong đó rượu metanol được dùng nhiều hơn cả với những ưu điểm sau:
Phản ứng xảy ra dễ dàng
Giá thành thấp
Khối lượng và thể tích cần dùng thấp hơn do khối lượng mol của metanol
thấp hơn nhiều.
Metanol có nhiệt độ sôi thấp nên có thể tách dễ dàng ra khỏi hỗn hợp phản

ứng
Metanol dễ dàng tái sinh bằng các biện pháp chưng cất thông thường
Ngoài những ưu điểm trên nhược điểm lớn nhất của metanol là độc hại với môi
trường và người sử dụng.
2.3.1. Xúc tác trong phản ứng
Có nhiều loại xúc tác trong phản ứng như:
- Xúc tác kiềm tính: Các hợp chất hóa học có tính kiềm như NaOH, KOH,
NaOCH
3
- xúc tác acid: acid Brönsted như acid sulfonic, acid sulfuric, và acid
hydrochloride, hoặc các acid Lewis như các muối acetate, stearate của canxi, bari,
mangan, chì, cadmium, kẽm, cobalt, và nikel.
- Xúc tác bằng enzyme lipase
Trong đó xúc tác acid thường được sử dụng nhiều nhất vì có những ưu điểm
sau:
10
+ Không gây phản ứng với acid béo tự do tạo ra xà phòng, do đó có thể sử
dụng được cho các loại dầu phế thải có hàm lượng acid béo tự do cao.
+ Hiệu quả xúc tác cũng cao.
Nhược điểm của xúc tác acid là:
+ Thời gian phản ứng rất chậm khi so sánh với các phản ứng xúc tác bazơ
+ Đòi hỏi nồng độ chất xúc tác cao.
+ Khó khăn trong quá trình tách và tái sử dụng chất xúc tác sau khi kết thúc
quá trình.
Với những ưu, nhược điểm của dầu mỡ động thực vật, rượu metanol và
xúc tác acid đặc biệt là acid sunfuric. Nên em chọn sản xuất biodiezel đi từ
nguyên liệu dầu mỡ động vật và rượu metanol và chất xúc tác acid sunfuric ở
quá trình chuyển hóa este trong bài tập lớn của mình.
11
CHƯƠNG 3. PHƯƠNG PHÁP VÀ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

SẢN XUẤT BIODIEZEL
Việc sử dụng trực tiếp dầu mỡ làm nhiên liệu cho động cơ gặp phải một số
vấn đề như độ nhớt cao của nhiên liệu (cao hơn từ 11-17 lần so với nhiên liệu diesel
thông thường), cộng thêm vào đó là độ bay hơi của dầu mỡ rất thấp nên chúng khó
cháy hoàn toàn và hình thành nên muội bám vào vòi phun của động cơ. Độ nhớt của
một nhiên liệu tùy thuộc vào độ dài phân tử của các chất, độ bất bão hòa của các
phân tử. Độ nhớt cao gây ra một số bất ổn cho động cơ như quá trình phun nhiên
liệu không đều đặc, đặc biệt là khi ở nhiệt độ thấp làm cho động cơ hoạt động
không ổn định. Có bốn phương pháp trong hóa học được sử dụng để giải quyết các
vấn đề về độ nhớt cao của các triglyceride
3.1. Phương pháp chuyển dầu mỡ thành nhiên liệu biodiezel.
Các phương pháp thường sử dụng: - phương pháp pha loãng
- phương pháp nhiệt phân
- phương pháp tạo vi nhũ tương
- phương pháp chuyển hóa este
Trong đó phương pháp chuyển hóa este thường được sử dụng phương pháp
chuyển hóa este.
3.1.1. Phương pháp chuyển hóa este xúc tác acid
3.1.1.1. Cơ sở phương pháp chuyển hóa acid
Phương pháp chuyển hóa là phản ứng để chuyển hóa các phân tử triglyceride
thành các alkyl ester của các acid béo mạch dài bằng cách sử dụng rượu như
methanol, Phản ứng này có thể được xúc tác bằng nhiều xúc tác khác nhau.
Transester hóa bao gồm nhiều phản ứng thuận nghịch nối tiếp nhau. Trong
đó, phân tử triglyceride được chuyển hóa từng bước thành diglyceride,
monoglyceride và cuối cùng là thành glycerol. Sự hình thành các alkyl ester từ
monoglyceride được cho là bước quyết định tốc độ phản ứng, bởi vì monoglyceride
là hợp chất trung gian khá bền.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng lên phản ứng như loại chất xúc tác (kiềm,
acid, hoặc enzyme), tỷ lệ mol rượu/dầu, nhiệt độ, hàm lượng nước và hàm lượng
acid béo tự do. Trong phản ứng transester hóa, nước và acid béo tự do luôn có ảnh

hưởng tiêu cực, bởi vì sự hiện diện của nước và acid béo tự do sẽ tạo ra sản phẩm
xà phòng, tiêu hao chất xúc tác và làm giảm hiệu quả của chất xúc tác, kết quả là
làm cho độ chuyển hóa của phản ứng thấp. Transester hóa là phản ứng đạt trạng thái
cân bằng, và sự chuyển hóa diễn ra chủ yếu là do khuấy trộn các tác chất. Trong
phản ứng của dầu thực vật với rượu xúc tác bằng acid mạnh hoặc bazơ mạnh, tạo ra
hỗn hợp các alkyl ester của acid béo và glycerol. Hệ số tỷ lượng của phản ứng cho
12
thấy là cần 1 mol triglyceride và 3 mol rượu. Tuy nhiên, trên thực tế người ta
thường dùng một lượng rượu dư để tăng hiệu suất phản ứng và để hình thành nên
quá trình tách pha giữa sản phẩm và glycerol.
Cơ chế của phản ứng transester hóa triglyceride
Đầu tiên, diễn ra quá trình proton hóa nhóm carbonyl của ester thành
carbocation II nhờ ion H+. Sau đó phân tử rượu sẽ gắn vào, tạo ra hợp chất trung
gian III có cấu trúc tứ diện. Hợp chất trung gian này sẽ tách phân tử diglyceride ra
để hình thành nên ester IV, giải phóng ra ion H+ tiếp tục quá trình xúc tác.
Theo cơ chế này, các acid carboxylic có thể được hình thành nhờ phản ứng
của carbocation II với nước hình thành trong hỗn hợp phản ứng. Điều này cho thấy
rằng phản ứng transester hóa với xúc tác acid nên được tiến hành khi không có nước
nhằm giảm bớt sự cạnh tranh tác nhân carbocation vì đây là nhân tố cốt lõi để hình
thành nên các alkyl ester
13
Tổng quát phản ứng transester hóa triglyceride sử dụng xúc tác acid
Hình 2 : Phản ứng transester hóa của triglyceride với rượu
3.1.1.2.Quy trình sản xuất chuyển hóa este bằng acid sunfuric(xúc tác đồng thể)
• Thuyết minh quy trình sản xuất:
Nhiệt độ tiến hành phản ứng là từ 65-80
0
C. Nên ban đầu ta tiến hành gia
nhiệt các tác nhân phản ứng đến nhiệt độ thích hợp trước. Phân tử methanol rất hoạt
động, một số phân tử đi vào pha chứa methyl ester. Bởi vì cũng có độ phân cực, nên

một lượng glycerol cũng đi vào trong pha methyl ester. Khi hỗn hợp được làm lạnh
về nhiệt độ phòng, các phân tử không tách pha ngay. Mà khi ta tiến hành cho hỗn
hợp lắng vài giờ, thì glycerol mới tách pha ra. Sản phẩm sau quá trình transester hóa
14
được đem trung hòa, và tiến hành quá trình chưng cất ở điều kiện chân không ở
nhiệt độ khoảng 30-50
0
C để thu hồi methanol. Khi methanol được thu hồi hết thì
nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ tăng lên, ta sẽ thu được gần phân nữa lượng methanol
cho vào hỗn hợp phản ứng ban đầu theo cách này. Sau quá trình thu hồi methanol là
quá trình phân tách glycerol bằng phương pháp lắng trọng lực.
Hình 3 : Quy trình sản xuất biodiezel xúc tác acid
Nếu glycerol được tách ra trước methanol thì có những bất lợi như: làm
chậm tốc độ thu hồi glycerol do còn một phần glycerol tồn tại trong pha ester, mặc
khác quá trình tách methanol là cần thiết để giảm chi phí sản xuất. Muối tạo ra từ
quá trình trung hòa với acid được loại bỏ bằng cách cho lắng xuống cùng với pha
glycerol. Khối lượng riêng của muối hơi thấp hơn so với glycerol, vì vậy nó sẽ nổi
lên trên so với pha glycerol. Muối này có thể được loại bỏ sau đó bằng cách lọc
hoặc ly tâm.
15
Kiềm
Kiềm hóa, tách
acid béo tự do
xà phòng
Kiềm
• Thiết bị phản ứng liên tục:
Hình 4: Thiết bị phản ứng liên tục sản xuất biodiesel
Nguyên tắc hoạt động:
Hình 4 là một thiết bị phản ứng transester hóa liên tục sử dụng xúc tác kiềm.
Các tác chất được cho vào thiết bị phản ứng thông qua bộ trao đổi nhiệt ở phần trên

của thiết bị. Và phản ứng transester hóa diễn ra khi các tác chất đi trong này. Người
ta thiết kế sao cho phản ứng kết thúc khi các chất ra khỏi bộ trao đổi nhiệt.
Methanol dư sẽ bay hơi khi đi ra cùng với hỗn hợp phản ứng và được thu hồi lại.
Hỗn hợp sản phẩm sẽ được trung hòa bằng acid trước khi chảy xuống buồng phía
dưới của thiết bị. Tại buồng chứa này, các methyl ester và glycerol tiếp tục được để
cho tách pha. Pha chứa glycerine nằm bên dưới được tháo ra ở đáy thiết bị, pha dầu
nằm bên trên được tháo ra ở thành bên thiết bị.
Ưu nhược điểm
- ưu điểm:
+ có thể tiến hành phản ứng ở điều kiện mềm
+ tạo cho phản ứng những hướng đi độc đáo
+ thiết bị, công nghệ đơn giản, dễ vận hành
+ động học xúc tác dễ hiểu, dễ biểu diễn.
- nhược điểm:
+ khó tái sinh xúc tác
+ chất lượng sản phẩm không cao
+ tiêu thụ năng lượng, đầu tư cơ bản xây dựng lớn
16
3.1.1.3.Quy trình sản xuất chuyển hóa este bằng acid dị thể SO42-/TiO2-SiO2
Thuyết minh quy trình sản xuất:
Đầu tiên nguyên liệu thô được tiền xử lý bằng phương pháp lọc và dehydrate
hóa để loại bỏ các chất bẩn và nước. Sau đó, dòng nhập liệu lần lượt đi qua các nồi
phản ứng R-1, R-2, R-3 có chứa xúc tác dạng hạt rắn (xúc tác SO42-/TiO2-SiO2 đã
giới thiệu ở phần trên), và dòng methanol hóa hơi được cho vào ngược chiều. Trong
dãy ba nồi phản ứng, một phần methanol phản ứng với dầu, một phần phản ứng với
acid béo tự do. Quá trình khuấy đảo giúp cho phản ứng diễn ra đồng nhất trong toàn
bộ hỗn hợp phản ứng. Nhiệt độ tối ưu cho phản ứng xúc tác này là 220
0
C.
Cuối cùng, lượng methnol dư được tinh sạch nhờ tháp chưng cất T-1 và thu hồi lại,

còn pha dầu thì được đem tinh sạch tại tháp chưng chân không T-2 để thu sản phẩm
biodiesel. So sánh với các phương pháp tinh sạch khác như rửa với nước, tẩy màu
và khử mùi, thì việc sử dụng tháp chưng chân không đảm bảo được chất lượng
biolezel tốt hơn loại dầu không dùng trong thực phẩm.
Từ quy trình này, người ta ước tính có thể sản xuất được khoảng 10,000 tấn
biodiesel/năm với các nguồn nguyên liệu rẻ tiền, và các xúc tác dạng rắn
SO42-/TiO2-SiO2 có hiệu quả xúc tác cao giúp giảm được chi phí sản xuất.
Ưu nhược điểm:
- ưu điểm:
+ tái sinh xúc tác dễ dàng
+ chất lượng sản phẩm cao
+ tự động hóa công nghệ
+ Giảm chi phí sản xuất
- nhược điểm:
+ tiến hành ở điều kiện nhiệt độ áp xuất cao
+ cấu tạo thiết bị phức tạp
+ đầu tư xây dựng cơ bản lớn, tiêu tốn năng lượng
17
. Hình 5: Quy trình sản xuất chuyển hóa este bằng acid dị thể SO42-/TiO2-SiO2 :
19
3.2. Tồn chứa và sử dụng biodiezel
3.2.1. Tồn chứa
Dầu BO tồn tại dưới dạng lỏng, dễ bay hơi, ít tan trong nước. vì vậy tồn chứa
biodiezel trong các téc, thùng chứa cách nhiệt tốt, trơ với dầu BO

Một số hình ảnh về các téc, thùng chứa dầu DO
Hình 6: bồn chứa dầu biodiezel
Hình 7: téc chứa
dầu BD
3.2.2. Sử dụng

biodiezel
BD có thể sử dụng
được nguyên chất
hoặc pha trộn với
DO.
Các loại BD pha trộn thường gặp:
B2 : 2% Biodiesel + 98% diesel
B5: 5% Biodiesel + 95% diesel
B10: 10% Biodiesel + 90% diesel
B20: 20% Biodiesel + 80% diesel
B100: Biodiesel nguyên chất
BD có tính chất vật lí gần giống như DO nhưng tốt hơn về mặt chất thải
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
20
Kết luận
Các loại dầu mỡ có nguồn gốc từ động thực vật là nguồn nhiên liệu tái sinh.
Tuy nhiên, khi sử dụng các loại dầu mỡ làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong thì
gặp phải một số vấn đề như độ nhớt quá cao, độ bay hơi thấp, cháy không hoàn toàn
hình thành nên các cặn lắng và muội than. Cho nên dầu mỡ cần phải được biến đổi
để đạt được những tính chất phù hợp khi sử dụng cho động cơ. Có bốn phương pháp
dùng để chuyển hóa dầu mỡ thành nhiên liệu đó là pha loãng, tạo vi nhũ tương,
nhiệt phân, transester hóa. Trong đó, phương pháp transester hóa được sử dụng
thông dụng nhất vì có nhiều ưu điểm vượt trội. Hiện nay, dầu thực vật mà điển hình
là dầu nành và dầu cải được sử dụng nhiều nhất để chuyển hóa thành nhiên liệu.
Tuy nhiên, nguồn nguyên liệu này cạnh tranh với ngành thực phẩm nên giá thành
của nguyên liệu cũng như là sản phẩm tương đối cao. Các nguồn nguyên liệu phế
phẩm khác như mỡ động vật, và dầu thải ra từ quá trình nấu ăn cũng được chú trọng
sử dụng để giảm giá thành cho nhiên liệu. Mặt khác, sử dụng phụ phẩm làm nguyên
liệu giúp giảm gánh nặng cho khâu xử lý ô nhiễm môi trường. Biodiesel được định
nghĩa là alkyl ester của các acid béo mạch dài, là sản phẩm của phản ứng transester

hóa dầu mỡ với rượu mạch ngắn. Rượu mạch ngắn thường sử dụng đó là methanol
và ethanol. Phản ứng transester hóa có thể được tiến hành trong điều kiện có xúc tác
(kiềm, acid, enzyme), hoặc trong điều kiện không có xúc tác (transester hóa với
methanol siêu tới hạn). Mỗi phương pháp đều có ưu nhược điểm riêng mà tùy theo
nguồn nguyên liệu người ta sẽ chọn phương pháp xúc tác cho thích hợp. Ngoài ra,
còn có thể kết hợp các phương pháp xúc tác để đạt được hiệu quả phản ứng là cao
nhất. Ứng với mỗi phương pháp xúc tác có một quy trình sản xuất được thiết kế cụ
thể. Và đa số các quy trình đều tận dụng tốt việc thu hồi các sản phẩm phụ có giá trị
như glycerol.
Kiến nghị
Về nguồn nguyên liệu:
Tùy theo vị trí địa lý và khí hậu của từng vùng mà quy hoạch sử dụng đất canh tác ở
đó để trồng những cây cho dầu thích hợp. Đặc biệt là ở các vùng đất đai không
thích hợp để canh tác các loại cây lương thực.
- Quy hoạch các vùng trồng cây lấy dầu để tránh tình trạng sản xuất không hiệu quả,
phá rừng, xói mòn, ô nhiễm môi trường. Ngoài ra còn có chính sách bảo trợ cho các
vùng canh tác này để việc sản xuất được ổn định.
- Ứng dụng các kỹ thuật về gen để tạo ra các loại cây cho dầu năng suất cao hơn.
Tuy nhiên cũng cần quản lý chặt chẽ để các loại cây này không ảnh hưởng đến hệ
sinh thái tại các khu vực đó.
21
- Thành lập các cơ quan chuyên trách để thu gom các phụ phẩm từ các lò giết mổ và
các quy trình chế biến thực phẩm để làm nguyên liệu cho sản xuất biodiesel.
- Khuyến khích các nhà hàng thu gom lại toàn bộ lượng dầu thải ra để làm nguyên
liệu cho sản xuất nhiên liệu, giảm ô nhiểm môi trường
- Nghiên cứu các phương pháp xử lý mỡ động vật và dầu chiên rán để giảm tối đa
hàm lượng acid béo tự do. Tập trung vào nghiên cứu các quy trình xúc tác các loại
phụ phẩm này để đạt hiệu suất chuyển hóa là cao nhất.
Về kỹ thuật xúc tác:
- Tập trung vào sử dụng các chất xúc tác có hoạt tính cao, dễ dàng tách ra và tái sử

dụng sau khi phản ứng.
- Về xúc tác enzyme, cần tập trung nghiên cứu phát triển việc ứng dụng các chế
phẩm enzyme lipase cố định như rút ngắn thời gian phản ứng, giảm giá thành sản
phẩm enzyme để sản xuất biodiesel ở quy mô công nghiệp.
Về mặt ứng dụng trong thực tế: tùy theo chất lượng và giá cả nhiên liệu mà
biodiesel có thể pha trộn với diesel ở các tỷ lệ khác nhau. Ở các nước đang phát
triển, đa số các phương tiện, máy móc không được quản lý chặt chẽ nên chất lượng
động cơ không đảm bảo. Vì thế, không phát huy hết được các tác dụng của nhiên
liệu biodiesel bởi vì các động cơ cũ thường cho ra khí thải rất nhiều cho dù có sử
dụng nhiên liệu sạch đi nữa. Cho nên cần phải tập trung tìm ra giải pháp cho việc
quản lý chất lượng động cơ, máy móc để phát huy hết tiềm năng của nhiên liệu
biodiesel.
LỜI CẢM ƠN
22
Trong quá trình thực hiện, bài tập lớn đã nhận được sự giúp đỡ của: Thạc sĩ
Lê Ba Khoán, Đại học Sao Đỏ đã gợi ý, hướng dẫn dẫn tận tình và giúp tôi một số
vấn đề về trình bày bài tập lớn Xin gởi đến thầy lời cảm ơn chân thành nhất!
TÓM TẮT
23
Dầu mỡ động thực vật là nguồn nguyên liệu chứa triglyceride được dùng để
sản xuất nhiên liệu tái sinh cho các động cơ đốt trong – động cơ diesel. Các vấn đề
gặp phải khi dùng dầu mỡ làm nhiên liệu trực tiếp đó là độ nhớt cao, độ bay hơi
thấp, hiện tượng cháy không hoàn toàn của nhiên liệu này. Có nhiều phương pháp
được sử dụng để làm cho dầu mỡ đạt được các yêu cầu khi sử dụng cho động cơ.
Trong đó, phản ứng transester hóa chuyển triglyceride thành mono-alkyl ester của
các acid béo mạch dài – biodiesel được sử dụng nhiều nhất ở quy mô công nghiệp.
Trong báo cáo này, ta sẽ tìm hiểu về nguồn nguyên liệu, cũng như là các phương
pháp chuyển hóa dầu mỡ thành nhiên liệu biodiesel.
24
DANH MỤC BẢNG

B ng 1: so sánh Biodiezel v diezelả à 4
B ng 2:Công th c hóa h c c a các acid béo thông d ng trong d u mả ứ ọ ủ ụ ầ ỡ 8
B ng 3: Th nh ph n acid béo c a m t s lo i m ng v tả à ầ ủ ộ ố ạ ỡ độ ậ 9
DANH MỤC HÌNH ẢNH
25
Hình 1:Công th c c u t o c a triglycerideứ ấ ạ ủ 7
Hình 2 : Ph n ng transester hóa c a triglyceride v i r uả ứ ủ ớ ượ 14
Hình 3 : Quy trình s n xu t biodiezel xúc tác acidả ấ 15
Hình 4: Thi t b ph n ng liên t c s n xu t biodiesel ế ị ả ứ ụ ả ấ 16
. Hình 5: Quy trình s n xu t chuy n hóa este b ng acid d th SO42-/TiO2-ả ấ ể ằ ị ể
SiO2 : 19
Hình 6: b n ch a d u biodiezelồ ứ ầ 20
Hình 7: téc ch a d u BDứ ầ 20
26