Ứng dụng kỹ thuật tạo bong bóng hơi trong phản ứng tổng hợp biodiesel

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN ĐÌNH PHÚC

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TẠO BONG BĨNG HƠI TRONG
PHẢN ỨNG TỔNG HỢP BIODIESEL
Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA DẦU
Mã số: 605355

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HCM
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
--------------------

NGUYỄN ĐÌNH PHÚC

ỨNG DỤNG KỸ THUẬT TẠO BONG BĨNG HƠI TRONG
PHẢN ỨNG TỔNG HỢP BIODIESEL
Chuyên ngành : KỸ THUẬT HÓA DẦU
Mã số: 605355

LUẬN VĂN THẠC SĨ

TP. HỒ CHÍ MINH, tháng 07 năm 2012

CƠNG TRÌNH ĐƯỢC HỒN THÀNH TẠI PHỊNG DẦU KHÍ VÀ XÚC TÁC
VIỆN CƠNG NGHỆ HĨA HỌC – VIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ VIỆT NAM
Cán bộ hướng dẫn khoa học : GS. TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
....................................................................................................................
....................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 1 : TS. Thái Nguyễn Huy Chí ................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
Cán bộ chấm nhận xét 2 : TS. Mai Thanh Phong......................................
....................................................................................................................
....................................................................................................................
Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp. HCM
ngày . .27 . . . tháng . . 07. . năm . . 2012. . .
Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm:
(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ)
1. ..............................................................
2. ..............................................................
3. ..............................................................
4. ..............................................................
5. ..............................................................
Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên
ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có).

CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG

TRƯỞNG KHOA…………


ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
Họ tên học viên: NGUYỄN ĐÌNH PHÚC

MSHV: 10400160

Ngày, tháng, năm sinh: 02-11-1987

Nơi sinh: Huế

Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa dầu

Mã số : 605355

TÊN ĐỀ TÀI:
Ứng Dụng Kỹ Thuật Tạo Bong Bóng Hơi Trong Phản Ứng Tổng Hợp Biodiesel
NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:
1. Xác định thành phần, tính chất vật lý của nguyên liệu mỡ cá.
2. Chuẩn bị xúc tác cho phản ứng. Nghiên cứu này sẽ thực hiện trên hai loại xúc tác
bao gồm xúc tác đồng thể NaOH và xúc tác rắn CaO.
3. Xây dựng quy trình sản xuất biodiesel tronghệ thống thiết bị truyền thống và quy
trình theo nguyên lý tạo bong bóng hơi dựa trong thiết bị tạo bong bóng hơi có
sẵn .
4. Thực hiện phản ứng sản xuất biodiesel trong hệ thống thiết bị khuấy trộn thông
thường ( hệ thống thiết bị Khuấy_TT) và trong hệ thống thiết bị theo nguyên lý
tạo bong bóng hơi (hệ thống thiết bị Cav) đã xây dựng với cùng điều kiện với

phản ứng. Từ đó rút những so sánh kết quả của hai phương pháp sản xuất này.
5. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất khi thực hiện phản ứng trong hệ
thống thiết bị Cav. Các yếu tố khảo sát bao gồm : tỷ lệ methanol/mỡ cá, hàm
lượng xúc tác và thời gian phản ứng.
6. Phân tích tính chất sản phẩm thu được.

NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài): 04/07/2011
NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài): 02/12/2011
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN : GS. TS. Nguyễn Vĩnh Khanh
i


Tp. HCM, ngày . . . . tháng .. . . năm 20....
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA….………
(Họ tên và chữ ký)

ii


3

Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Mở Đầu
Nguồn nhiên liệu cung cấp cho động cơ diesel ngày càng khan hiếm vì tài
nguyên dầu mỏ có giới hạn và cùng với tình hình chính trị thế giới diễn biến phức
tạp nên sản lượng, giá dầu liên tục biến động. Ngồi ra khí thải của động cơ diesel
là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng nhất.
Để thay thế cho diesel người ta đã dùng biodiesel, là nhiên liệu có nguồn gốc từ
dầu mỡ thực động vật.Những đặc điểm nổi bật khi sử dụng biodiesel là khả năng
cháy sạch và thải ra rất ít khí độc hại cho mơi trường như oxyt luu huynh,
hydrocacbon…, dùng biodiesel làm giảm 1/3 muội than so với diesel truyền thống,
đồng thời không cần thêm phụ gia để làm tăng chỉ số cetan và nhiệt độ sôi cao
cũng là yếu tố thuận lợi cho việc tồn trữ lâu dài.Sản xuất biodiesel khơng địi hỏi
cơng nghệ phức tạp, dễ thực hiện, nguồn nguyên liệu đa dạng, quốc gia nào cũng
có thể sản xuất được.
Hiện tại trên thế giới cũng như tại Việt Nam, biodiesel thương phẩm được sản
xuất từ dầu thực vật hoặc mỡ động vật, bằng q trình chuyển ester hố
(transeterification), với methanol hoặc ethanol, sử dụng xúc tác acid hoặc base.
Trong quá trình sản xuất này, dầu thực vật hoặc mỡ động vật và methanol khơng
tan lẫn vào nhau. Vì vậy, phản ứng giữa chúng chỉ xảy ra ở bề mặt phân pha nên
phụ thuộc rất nhiều vào diện tích tiếp xúc pha giữa hai chất phản ứng. Trong kỹ
thuật sản xuất biodiesel dùng khuấy trộn cơ học, thời gian phản ứng thường kéo
dài vì diện tích tiếp xúc giữa hai pha cịn thấp, kích thước hạt nhũ cịn lớn. Vì vậy,
để tăng vận tốc phản ứng tạo biodiesel nhiều nghiên cứu gần đây tập trung vào các
kỹ thuật tăng diện tích tiếp xúc pha giữa hai tác chất như dùng các thiết bị phản
ứng có kênh rất nhỏ, dịng xung, sóng siêu âm, tạo bong bóng hơi bằng thủy động
lực học. Trong luận văn này tập trung vào kỹ thuật tạo bong bóng hơi bằng thủy
động lực học vì những ưu điểm riêng của nó.

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

i


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

MỤC LỤC
Mở Đầu ................................................................................................................................. i
Danh Sách Bảng ................................................................................................................. iv
Danh Sách Hình .................................................................................................................. v
Chương I:
TỔNG QUAN .............................................................................................. 1
1. Giới thiệu biodiesel ........................................................................................................ 1
2. Tính chất của biodiesel .................................................................................................. 2
2.1. Tính chất vật lý ........................................................................................................ 2
2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của biodiesel .................................................. 3
3. Ưu nhược điểm của Biodiesel so với Diesel truyền thống. ........................................... 5
3.1. Ưu điểm: .................................................................................................................. 5
3.2. Nhược điểm ............................................................................................................. 5
4. Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và tại Việt Nam ......................... 7
4.1. Thị trường biodiesel trên thế giới ............................................................................ 7
4.2. Khả năng phát triển biodiesel ở Việt Nam .............................................................. 8
5. Nguyên liệu mỡ cá ......................................................................................................... 9
5.1. Giới Thiệu :.............................................................................................................. 9
5.2. Trữ Lượng : ........................................................................................................... 10
5.3. Các tính chất hóa lý cơ bản của mỡ cá .................................................................. 11

5.4. Vai trò và ứng dụng khác của mỡ cá ..................................................................... 13
5.5. Ưu nhược điểm của nguyên liệu mỡ cá ................................................................. 13
6. Phương pháp transester hóa ......................................................................................... 14
6.1. Cơ chế phản ứng .................................................................................................... 14
6.2. Các kỹ thuật thực hiện phản ứng transester hóa .................................................... 16
6.3. Xúc tác rắn ............................................................................................................. 16
6.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng ...................................................... 17
6.5. Quy trình sản xuất biodiesel .................................................................................. 18
6.6. Chỉ tiêu chất lượng ................................................................................................ 21
7. Tổng quan tình hình nghiên cứu thuộc lĩnh vực đề tài ................................................ 23
7.1. Ngoài nước: ........................................................................................................... 23
7.2. Trong nước: ........................................................................................................... 27
8. Lựa chọn công nghệ: .................................................................................................... 30
8.1. Lý do chọn công nghệ tạo bong bóng hơi ............................................................. 30
8.2. Khái niệm về hiện tượng tạo bong bóng hơi. ........................................................ 31
8.3. Kỹ thuật tạo bong bóng hơi bằng phương pháp thủy động lực học . .................... 32
Chương II : THỰC NGHIỆM ..................................................................................... 34
1. Mục đích thí nghiêm: ................................................................................................... 34
2. Nguyên liệu và hóa chất :............................................................................................. 34
3. Thiết bị thực hiện. ........................................................................................................ 35
3.1. Hệ thống thiết bị Khuấy_TT:................................................................................. 35
3.2. Hệ thống thiết bị Cav. ............................................................................................ 37
4. Quy trình thực hiện phản ứng tổng hợp biodiesel........................................................ 38
4.1. Chuẩn bị xúc tác: ................................................................................................... 38
4.2. Thực hiện phản ứng trong hệ thống Khuấy_TT . .................................................. 39
4.3. Thực hiện phản ứng trong hệ thống thiết bị Cav. .................................................. 41
5. Phương pháp tính tốn và xử lý số liệu: ...................................................................... 44
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

ii

Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Các phương pháp phân tích: ........................................................................................ 46
6.1. Phân tích tính chất nguyên liệu: ............................................................................ 46
6.2. Tính chất của xúc tác: ............................................................................................ 46
6.3. Phân tích kích thước và mật độ hạt nhũ: ............................................................... 47
6.4. Xác định đường chuẩn: .......................................................................................... 47
6.5. Phân tích tính chất sản phẩm. ................................................................................ 47
Chương III : KẾT QUẢ VÀ NHẬN XÉT .................................................................... 48
1. Khảo sát nguyên liệu .................................................................................................... 48
1.1. Thành phần acid béo .............................................................................................. 48
1.2. Phân tử lượng trung bình của mỡ cá. ..................................................................... 48
1.3. Các tính chất hóa lý. .............................................................................................. 49
2. Khảo sát sự ảnh hưởng của % metyl ester đến độ nhớt của hỗn hợp sản phẩm. ......... 50
3. Tổng hợp biodiesel với xúc tác đồng thể NaOH.......................................................... 51
3.1. Trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT. ....................................................................... 51
3.2. Trong hệ thống thiết bị Cav. .................................................................................. 52
3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất phản ứng trong hệ thống thiết bị Cav. ......... 55
4. Tổng hợp biodiesel với xúc tác rắn CaO. .................................................................... 58
4.1. Tính chất xúc tác.................................................................................................... 58
Kết quả đo được thể hiện trong phần phụ lục .................................................................. 58
4.2. Tổng hợp biodiesel trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT. ........................................ 59
4.3. Tổng hợp biodiesel trong hệ thống thiết bị Cav. ................................................... 60
5. Tính chất sản phẩm biodiesel. ...................................................................................... 61
5.1. Xác định FAME trong biodiesel bằng phổ GC/MS .............................................. 61
5.2. Xác định các tính chất cơ bản của biodiesel theo ASTM D6751. ......................... 62

Chương IV :
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ............................................................. 63
1. Kết luận. ....................................................................................................................... 63
2. Kiến nghị. ..................................................................................................................... 64
Tài Liệu Tham Khảo. ....................................................................................................... 65
PHỤ LỤC ........................................................................................................................... 68
6.

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

iii


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Danh Sách Bảng
Bảng I.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu đến tính chất của biodiesel ....................................... 4
Bảng I.2. So sánh nồng độ khí thải giữa Diesel và Biodisel ................................................. 6
Bảng I.3. Bảng so sánh năng suất toả nhiệt của một số loại nhiên liệu ................................ 6
Bảng I.4. Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel ................................................ 6
Bảng I.5. Giá nhiên liệu trung bình tháng 9/2005 (USD/gallon) ......................................... 7
Bảng I.6. Sản lượng tiêu thụ biodiesel ở một số nước ......................................................... 8
Bảng I.7. Các chỉ số hóa lý của mỡ cá tra ........................................................................... 11
Bảng I.8. Thành phần acid béo trong các loại nguyên liệu (%) .......................................... 11
Bảng I.9. Thành phần acid béo trong mỡ cá Basa thô (hàm lượng %) .............................. 12
Bảng I.10. Các lọai xúc tác rắn sử dụng với những thành quả đạt được ............................ 17
Bảng I.11. Chỉ tiêu chất lượng cho biodiesel (B100) ......................................................... 21
Bảng I.12 tóm tắt tiêu chuẩn biodiesel ở một số nước........................................................ 22

Bảng I.12. Chỉ tiêu chất lượng biodiesel ở một số nước.................................................... 22
Bảng II.1. Hóa chất sử dụng ............................................................................................... 35
Bảng II.2. Thành phần khối lượng mỡ cá (a) trong hỗn hợp nguyên liệu xúc tác NaOH
tương ứng với lượng mỡ cá sử dụng là 3386g trong các điều kiện khác nhau. .................. 45
Bảng II.3. Thành phần khối lượng mỡ cá (a) trong hỗn hợp nguyên liệu xúc tác rắn CaO
tương ứng với lượng mỡ cá 3386g trong các điều kiện phản ứng khác nhau ..................... 45
Bảng III.1. Kết quả phân tích thành phần acid béo của mỡ cá ........................................... 48
Bảng III.2 . Các tính chất hóa lý của mỡ cá ....................................................................... 49
Bảng III.3. Ảnh hưởng của hàm lượng methyl ester đến độ nhớt của hệ ......................... 50
Bảng III.4. Hiệu suất sản suất biodiesel trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT xúc tác NaOH
theo thời gian ...................................................................................................................... 51
Bảng III.5. Hiệu suất sản xuất biodiesel trong hệ thống cơng nghệ bong bóng hơi xúc tác
NaOH theo thời gian .......................................................................................................... 53
Bảng III.6. Kết quả phân tích hạt nhũ ............................................................................... 54
Bảng III.7. Ảnh hưởng tỷ lệ methanol/mỡ cá đối với hiệu suất phản ứng trong hệ thống
thiết bị Cav hơi xúc tác NaOH ............................................................................................ 55
Bảng III.8. Ảnh hưởng tỷ lệ % xúc tác NaOH đối với hiệu suất phản ứng trong hệ thống
thiết bị Cav. ......................................................................................................................... 57
Bảng III.9. Lượng mất mát tối đa do quá trình xà phịng hóa gây ra ứng với lượng xúc tác
sử dụng là ............................................................................................................................ 58
Bảng III.10. Hiệu suất phản ứng trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT theo thời gian và %kl
xúc tác CaO. ........................................................................................................................ 59
Bảng III.11. Hiệu suất phản ứng trong hệ thống thiết bị Cav hơi theo thời gian và %kl xúc
tác CaO................................................................................................................................ 60
Bảng III.12. So sánh tính chất biodiesel từ mỡ cá với tiêu chuẩn ASTM D6751 ............. 62

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

iv

Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Danh Sách Hình
Hình I.1. Quy trình sản xuất biodiesel gián đoạn ............................................................... 19
Hình I.2. Quy trình sản xuất biodiesel liên tục ................................................................... 20
Hình I.3. Nguyên lý tạo bong bóng hơi thủy động lực học và biến thiên áp suất theo dịng
chảy ..................................................................................................................................... 33
Hình II.1. Sơ đồ thiết bị sản xuất biodiesel trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT ................. 36
Hình II.2 : Sơ đồ sản xuất biodiesel trong hệ thống thiết bị Cav. ....................................... 37
Hình II.3. Quy trình xử lý xúc tác CaO từ xúc tác thương mại .......................................... 38
Hình II.4. Sơ đồ khối tiến trình sản xuât biodiesel trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT xúc
tác NaOH. ........................................................................................................................... 39
Hình II.5. Sơ đồ khối tiến trình sản xuất biodiesel trong hệ thống thiết bị Khuấy_TT xúc
tác CaO................................................................................................................................ 40
Phản ứng được thực hiện ở nhiệt độ 60oC , tỷ lệ mol methanol/mỡ cá = 8:1. Mỡ cá với
lượng thích hợp được cho bình cầu 3 cổ đã gắn thiết bị sinh hàn gia nhiệt đến 60oC trên
bếp từ . Xúc tác được khuấy trong lượng methanol thích hợp , sau đó cho hỗn hợp
methanol và xúc tác vào bình cầu 3 cổ chứa mỡ cá đã gia nhiệt đến 60oC để thực hiện
phản ứng.............................................................................................................................. 40
Hình II.6. Sơ đồ khối tiến trình sản xuất biodiesel ............................................................. 41
Hình II.7. Sơ đồ khối tiến trình sản xuất biodiesel trong hệ thống thiết bị Cav xúc tác CaO42
Hình III.1. Đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc độ nhớt của hệ theo % methyl ester .................. 50
Hình III.2 . Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng sản xuất biodiesel trong hệ thống thiết bị
Khuấy_TT xúc tác NaOH theo thời gian. ........................................................................... 52
Hình III.3. Đồ thị biểu diễn hiệu suất phản ứng sản xuất biodiesel trong hệ thống cơng
nghệ tạo bong bóng hơi xúc tác NaOH theo thời gian ........................................................ 53
Hình III.4. Hình hạt nhũ quan sát dưới kinh hiển vi ........................................................... 54

Hình III.5. Ảnh hưởng tỷ lệ mol methanol/ mỡ cá tới hiệu suất phản ứng trong hệ thống
thiết bị Cav hơi xúc tác NaOH tại thời gian phản ứng 3,5 phút. ........................................ 56

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

v


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

Chương I:

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

TỔNG QUAN

1. Giới thiệu biodiesel
Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống
với dầu diesel nhưng khơng phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay
mỡ động vật [1].
Theo tiêu chuẩn ASTM thì Biodiesel được định nghĩa: “là các mono alkyl ester
của các acid mạch dài có nguồn gốc từ các lipit có thể tái tạo lại như: dầu thực vật,
mỡ động vật, được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel”.
Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa năm 1800, trong thời điểm đó
người ta chuyển hóa dầu thực vật để thu Glycerol ứng dụng làm xà phòng và thu
được các phụ phẩm là Methyl hoặc Ethyl Ester gọi chung là Biodiesel. 10/08/1893
lần đầu tiên Rudolf Diesel đã sử dụng Biodiesel do ông sáng chế để chạy máy. Năm
1912, ông đã dự báo: “Hiện nay, việc dùng dầu thực vật cho nhiên liệu động cơ có
thể khơng quan trọng, nhưng trong tương lai, những loại dầu như thế chắc chắn sẽ
có giá trị khơng thua gì các sản phẩm nhiên liệu từ dầu mỏ và than đá”. Trong bối

cảnh nguồn tài nguyên dầu mỏ đang cạn kiệt và những tác động xấu lên môi trường
của việc sử dụng nhiên liệu, nhiên liệu tái sinh sạch trong đó có Biodiesel đang
ngày càng khẳng định vị trí là nguồn nhiên liệu thay thế khả thi. Để tưởng nhớ
nguời đã có cơng đầu tiên đốn được giá trị to lớn của Biodiesel, 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 [1].
1900 tại Hội chợ thế giới tổ chức tại Pari, Diesel đã biểu diễn động cơ dùng dầu
Biodiesel chế biến từ dầu Phụng (lạc).
Trong những năm của thập kỷ 90, Pháp đã triển khai sản xuất Biodiesel từ dầu
hạt cải và được dùng ở dạng B5 (5% Biodiesel với 95% Diesel), B30 (30%
Biodiesel trộn với 70% Diesel) [4].

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

1


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Trong thời gian gần đây, do giá xăng dầu tăng nhanh, nguy cơ cạn kiệt nhiên
liệu hóa thạch đe dọa và yêu cầu bức thiết về chống sự biến đổi khí hậu tồn cầu mà
nhiên liệu sinh học trở thành một nhu cầu thiết thực của nhân loại, nhất là khi các
công nghệ biết đổi gen góp phần làm tăng đột biến sản lượng một số sản phẩm nơng
lâm nghiệp
Tóm lại, có thể hiểu một cách tổng quát Diesel là loại nhiên liệu bất kì dùng cho
động cơ Diesel. Dựa theo nguồn gốc, có thể chia Diesel thành 2 loại:
- Petrodiesel (thường được gọi tắt là Diesel) là 1 loại nhiên liệu lỏng thu được
khi chưng cất dầu mỏ ở phân đoạn có nhiệt độ từ 175 0C đến 370 0C, thành phần

chủ yếu là hidrocacbon từ C16 – C21.
- Biodiesel: có nguồn gốc từ dầu thực vật (cỏ, tảo, cây Jatropha, cây cao su…)
hay mỡ động vật. Các loại dầu mỡ động thực vật, dầu mỡ thải tuy rằng có thể cháy
ở điều kiện thường nhưng vì có độ nhớt cao, một số loại có chỉ số acid lớn nên
chúng không thể dùng trực tiếp cho các động cơ mà chúng cần phải được chuyển
hóa thành Monoankyl – Este rồi mới đem đi sử dụng. Theo phương diện hóa học,
Biodiesel là Metyl este của những acid béo (trong đó, thành phần tạo năng lượng
chủ yếu là gốc hidrocacbon) [6].
Hiện nay biodiesel chính là giải pháp cho việc cạn kiệt nguồn tài nguyên dầu
mỏ và sự đe dọa mơi trường sống của con người do khói thải từ giao thơng và cơng
nghiệp.
2. Tính chất của biodiesel
2.1.

Tính chất vật lý

Biodiesel là chất lỏng màu vàng nhạt, có mùi nhẹ, dễ bay hơi, tỷ trọng khoảng
0,88 g/cm3, độ nhớt tương đương với diesel, không tan trong nước, bền và không
chứa các thành phần nguy hiểm cho môi trường. Biodiesel tồn trữ tốt nhất trong
container ở 50oF đến 120oF, khơng tiếp xúc với các chất oxy hóa, nguồn lửa nhiệt,
hoặc dưới ánh nắng mặt trời và phải được thông hơi.
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

2


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Biodiesel có khả năng đóng vai trị chất khử đối với đồng, chì, thiếc, kẽm... do
đó người ta không dùng các nguyên liệu trên cũng như hợp kim của chúng làm
bồn chứa. Nhôm, thép, polymer hoặc Teflon thường được sử dụng làm vật liệu tồn
trữ và vận chuyển biodiesel.
Biodiesel là một dung môi hưu cơ tốt hơn diesel. Nó gây ảnh hưởng ít nhiều
khi tiếp xúc với các bề mặt sơn, vecni...hoặc làm thối hóa cao su thiên nhiên.
Biodiesel chứa từ 10-11% oxy, do đó quá trình cháy xảy ra hồn tồn và khơng có
tiếng ồn.
2.2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến tính chất của biodiesel

Một số chất có trong dầu mỡ động thực vật cịn lại trong q trình sản xuất
biodiesel có thể gây ra một số tính chất như oxy hóa, polymer hóa.... làm ảnh
hưởng đến chất lượng của biodiesel. Axit béo no hoặc không no tự do trong thành
phần của biodiesel khi tiếp xúc với khơng khi sẽ bị oxy hóa thành chất rắn hoặc
chất keo. Do đó mà biodiesel có nguồn gốc từ dầu mỡ động vật bền hơn từ thực
vật. Tuy nhiên điểm chảy và điểm vẫn đục lại cao hơn, nghĩa là việc sử dụng
biodiesel trong môi trường nhiệt độ thấp sẽ khó khăn hơn.
Tính chất của biodiesel phụ thuộc rất nhiều vào thành phần của nguyên liệu sử
dụng. Mỗi loại dẫu mỡ có thành phần axit béo khác nhau. Các axit béo no như
C14:0, C16:0, C18:0 cho biodiesel có chỉ số cetan, độ bền oxy hóa cao hơn nhưng
lại dễ bị kết tinh và không chịu được nhiệt độ cao.
Ngược lại, các axit béo khơng no dễ bi oxy hóa nhưng bền trong môi trường
lạnh. Axit béo mạch dài làm tăng độ nhớt và biodiesel không ổn định ở thời tiết
lạnh. Những nghiên cứu gần đây cho thấy mỡ động vật là nguyên liệu thích hợp
nhất để sản xuất biodiesel do thành phần có hàm lượng axit oleic cao làm cho
biodiesel có tính ổn định phù hợp với những nước có khí hậu lạnh.
TG và DG nếu có trong biodiesel do quá trình sản xuất sẽ làm tăng độ nhớt, tạo
cặn khi bị đốt cháy. Nhóm –OH trong glycerine hoặc MG khi phản ứng với hợp

kim chứa crom hoặc kim loại sẽ ăn mòn vòng xi hoặc vòng piston làm bằng crom

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

3


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

có trong động cơ. Hydroperoxit nếu có trong biodiesel rất dễ bị oxy hóa thanh
andehid và axit cũng như gây ra quá trình polymer tạo thành gum hoặc cặn không
tan.
Bảng I.1. Ảnh hưởng của nguyên liệu đến tính chất của biodiesel

Độ nhớt
Nguyên liệu

động học
(mm2/s)

Chỉ số
cetan

Nhiệt

Điểm

trị

vẩn

(MJ/kg)

đục

Điểm
chảy

Điểm

Tỷ

chớp

trọng

cháy

(kg/l)

176

0.883

178

0.883

164

0.880

Đậu phụng

4.9

54

33.6

5

Đậu nành

4.5

45

33.5

1

Dầu cọ

5.7

62

33.5

13

Diesel

3.06

50

43.8

-16

76

0.853

B20

3.2

51

43.2

-16

128

0.859

-7

Biodiesel có thể bị oxy hóa khi tiếp xúc với khơng khí. Khả năng này được
đánh giá thơng qua chỉ số peroxit. Trong dầu mỡ động thực vật thường có sẵn một
số chất chống oxy hóa như vitamin E (tocopherol). Nếu loại các chất này đi thì quá
trình oxy hóa sẽ xảy ra rất nhanh. Người ta nhận thấy rằng chỉ số peroxit tăng tỉ lệ
với số nối đôi.
Trong quá trình sản xuất để giảm hàm lượng glycerine tổng đáp ứng yêu cầu
của các tiêu chuẩn, người ta thường chưng cất lại biodiesel. Gerpen cho rằng điều
này sẽ làm cho biodiesel có chỉ số peroxit cao hơn do các chất chống oxy hóa tự
nhiên bị mất đi.

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

4


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

3. Ưu nhược điểm của Biodiesel so với Diesel truyền thống.
3.1.

Ưu điểm:

Biodiesel là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế ít gây ảnh hưởng đến
mơi trường và sức khoẻ con người; là loại nhiên liệu sạch hơn vì khí thải khi đốt

Biodiesel hầu như sẽ khơng có SOx , hàm lượng CO và Hidrocacbon thơm giảm so
với khi đốt Diesel truyền thống (chẳng hạn như Benzofluoranthense ít hơn 56%,
Benzopysenes ít hơn 71% ).
Là nguồn nhiên liệu thay thế cho Diesel khi sử dụng cho động cơ Diesel mà
không ảnh hưởng đến động cơ.
Là loại nhiên liệu có thể được dùng dạng tự do hoặc pha trộn với Diesel nhằm
đạt được hiệu quả sử dụng và kinh tế theo yêu cầu của từng quốc qia.
Là loại nhiên liệu tái sinh nên Biodiesel sẽ là thế mạnh của các nước có nền
nơng nghiệp phát triển.
Là loại nhiên liệu bị vi sinh vật phân huỷ nên khi thất thốt ra ngồi mơi trường
sẽ ít độc hại hơn rất nhiều so với các loại xăng dầu từ dầu mỏ.
Khi đạt các tiêu chuẩn thì Biodiesel sẽ là nhiên liệu ít ăn mòn động cơ hơn so
với Diesel.
3.2. Nhược điểm
Trong phân tử Biodiesel có chứa nguyên tử Oxy nên nhiệt trị thấp hơn Diesel
truyền thống. Vì vậy, khi sử dụng Biodiesel làm nhiên liệu sẽ tiêu hao hơn nhiều so
với nhiên liệu Diesel truyền thống.
Dễ bị Oxy hóa nên vấn đề bảo quản là vấn đề hàng đầu khi sử dụng Biodiesel
(lưu trữ trung bình 6 tháng).
Hàm lượng NOx cao trong khí thải, đây là nhược điểm đang được nghiên cứu
khắc phục.
Nhiệt trị thấp hơn so với Diesel nên cần một lượng nhiên liệu lớn hơn để đi
được cùng một qng đường.
Chi phí sản xuất cịn cao so với Diesel. Hiện tại, Biodiesel trở thành thương
phẩm vẫn phải cần chính sách hỗ trợ của chính phủ nhằm thúc đẩy nền cơng nghiệp
năng lượng này. Với tình trạng nguồn nhiên liệu hóa thạch đang cạn dần, Diesel
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

5

Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

truyền thống ngày càng tăng giá, thì trong tương lai, Biodiesel gần như là giải pháp
thay thế duy nhất.
Một số thông số kỹ thuật được đưa ra so sánh giữa hai loại nhiên liệu:
Bảng I.2. So sánh nồng độ khí thải giữa Diesel và Biodisel
Khí thải
Đơn vị Diesel truyền thống BD từ dầu nành

BD từ dầu thải

NOx

g

0.944

1.156

1.156

CO

g

0.23

0.136

0.156

Hidrocacbon

g

0.0835

0.0040

0.0038

Bảng I.3. Bảng so sánh năng suất toả nhiệt của một số loại nhiên liệu
Nhiên liệu
Năng suất toả nhiệt
(MJ/Kg)
DO

44,8

BDO

37,2

Methanol

18,2

Glyxerin

18,3

Dầu dừa

35,3

Dầu Jatropha

39,6

Dầu hạt cao su

39.18

Bảng I.4. Một số đặc tính chọn lọc của Diesel và Biodiesel
Đặc tính nhiên liệu
Diesel
Nhiệt trị, Btu/gal

Biodiesel

129,05

118,17

1,3 – 4,1

4,0 – 6,0

Tỉ trọng ở 150C, lb/gal

7,079

7,328

Hàm lượng nước và cặn cơ học, max

0,05

0,05

Điểm chớp cháy, 0C

60 - 80

100 – 170

Điểm đông đặc, 0C

-15 - 5

-3 _ -12

Chỉ số cetane

40 - 55

Độ nhớt động học ở 400C, mm2/s

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

48 - 65

6


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

4. Tình hình sản xuất và sử dụng biodiesel trên thế giới và tại Việt Nam
4.1.

Thị trường biodiesel trên thế giới

Vào năm 1995, ước tính trên thế giới sản xuất được 750.000 tấn biodiesel/năm
[1]. Với lượng dầu tiêu thụ trung bình 41,9 kg/người/năm, sản lượng nhiên liệu
biodiesel của các nước trong khối Liên minh Châu Âu (EU – European Union)
năm 2002 đã tăng lên gấp 4 lần so với năm 1996 và đạt mức 2 triệu tấn. Hiện nay,
tòan bộ nhiên liệu diesel của Châu Âu trên thị trường đều chứa từ 2 đến 5%
biodiesel. Thông qua những luật định ưu đãi về thuế, Châu Âu dự tính sẽ tăng thị
phần biodiesel từ 2% năm 2005 lên 5,75% năm 2010 (tương đương 7 triệu tấn
nhiên liệu biodiesel) và đến năm 2020 đạt 20%.[2]
Tại Hoa Kỳ, nhiên liệu biodiesel bán trên thị trường là lọai nhiên liệu có thể
chứa đến 20% biodiesel (gọi là B20). Chính phủ Hoa Kỳ đã thông qua đạo luật
chiến lược năng lượng, quyết định thay thế 10% nhiên liệu diesel bằng nhiên liệu
biodiesel vào năm 2000, và đến năm 2010 sẽ là 30%. Với sự phát triển không
ngừng của sản xuất và tiêu thụ cùng với các ưu đãi về thuế, giá bán nhiên liệu

biodiesel từ dầu đậu nành tại Hoa Kỳ đã giảm dần: từ 3 – 4 USD/gallon (1 gallon ~
3,7854 lít) năm 1993, giảm xuống 2,81 USD/gallon B2 – B5; 2,91 USD/gallon
B20 vào tháng 9 năm 2005, tiến gần đấn giá bán nhiên liệu diesel là 2,91
USD/gallon vào cùng thời điểm. Năm 2004, Hoa Kỳ đã sử dụng trên 36 tỷ gallon
nhiên liệu biodiesel.
Bảng I.5. Giá nhiên liệu trung bình tháng 9/2005 (USD/gallon)
(CNG – khí thiên nhiên nén)
Xăng

Diesel

Ethanol

CNG

(E85)
2,77

2,81

2,41

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

2,12

Biodiesel

Biodiesel

Biodiesel

(B20)

(B2-B5)

(B100)

2,91

2,81

3,40

7


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Tại Châu Á, nghiên cứu về biodiesel phát triển mạnh ở Trung Quốc, Nhật bản,
Ấn Độ, … Ấn Độ là nước tiêu thụ nhiên liệu diesel lớn (40 triệu tấn hàng năm) đã
có kế họach phát triển các đồn điền trồng cây Jatropha ở những vùng đất khô cằn
chỉ để cung cấp nguyên liệu sản xuất biodiesel. Từ năm 1997, Nhật đã có kế họach
đưa nhiên liệu biodiesel vào sử dụng trong phương tiện giao thông nội thành.
Thành phố Tokyo đã sử dụng nhiên liệu biodiesel B20 cho xe tải và tòan bộ xe
bus. Trung Quốc cũng đã thử nghiệm dùng nhiên liệu biodiesel cho xe tải, xe bus.
Ngịai ra, các nước Đơng nam Á như Malaysia, Thái Lan, Philippine, … cũng bắt
đầu quan tâm đến sản xuất biodiesel, đặc biệt là từ dầu cọ (Malaysia, Thái Lan) và

dầu dừa (Philippine).
Bảng I.6. Sản lượng tiêu thụ biodiesel ở một số nước .
Tên nước Lượng tiêu thụ hàng năm (tấn) Loại dầu sử dụng
Mỹ
190.000
Dầu ăn phế thải
Pháp
38.100
Đức
207.000
Đan Mạch
32.000
Hungary
18.800
Ireland
5.000
Úc
56.200 – 60.000
Bỉ
241.000
Tây Ban Nha
500
Dầu hướng dương
Ý
779.000
-

4.2.

Khả năng phát triển biodiesel ở Việt Nam

Hiện nay Việt Nam mới tự túc được 10-15% nguyên liệu sản xuất dầu, nhập
85-90% nguyên liệu dầu thực vật thô nên việc sản xuất biodiesel là khó khả thi vì
giá thành q cao. Mặt khác, việc phát triển cây có dầu trong những năm qua gặp
nhiều khó khăn như: cây có dầu nhạy cảm thời tiết, sâu bệnh, năng suất thấp so với
thế giới, khó cạnh tranh với các loại cây ăn quả hoặc cây công nghiệp khác…Do
vậy, việc thu hồi và tái sử dụng glycerine, methanol, xúc tác, đồng thời nghiên cứu
sử dụng các nguồn nguyên liệu khác như dầu thải (thu từ quá trình tinh luyện), dầu
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

8


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

qua sử dụng và mỡ cá là những sản phẩm phụ góp phần làm giảm giá thành
biodiesel.
Hiện nay, ĐBSCL có 3 nơi sản xuất thành cơng biodiesel từ mỡ cá tra, ba sa là
công ty Agifish - An Giang với công suất 10.000 tấn/năm, công ty Minh Tú - Cần
Thơ với cơng suất 300 lít/giờ và cố gắng nâng cơng suất lên 3 triệu lít/năm, cơng
ty TNHH thương mại thủy sản Vĩnh Long với công suất 500.000 tấn/năm.
Trong năm 2007, chỉ tính riêng cơng ty Agifish - An Giang, sản lượng cá tra
được chế biến ước tính khoảng 1 triệu tấn/năm, lượng mỡ khoảng 150.000
tấn/năm. Theo mục tiêu phát triển năng lượng sinh học của Việt Nam, đến năm
2025, việc sản xuất diesel sinh học từ mỡ cá, dầu ăn phế thải, dầu thực vật, tảo sẽ
phát triển mạnh mẽ. Dự kiến, sản lượng diesel sinh học sẽ đạt khoảng 4 triệu tấn/
năm, trong đó 2,4 triệu tấn B10 sử dụng trong nước và 1,6 triệu tấn xuất khẩu.
5. Nguyên liệu mỡ cá

5.1.

Giới Thiệu :
Cá tra (Pangasius Hypophthalmus) và cá basa (Pangasius Bocourti)

đều là cá da trơn (không vẩy), sống chủ yếu ở nước ngọt, chịu được nước lợ
nhẹ (độ muối dưới 10%) và nước phèn (pH > 4). Cá basa (tên tiếng Anh:
Yellowtail Catfish) được nuôi truyền thống trong bè trên sông Mekong ở Việt
Nam, Lào, Thái Lan và Campuchia. Cá tra (tên tiếng Anh: Shutchi Catfish) trước
đây được nuôi nhiều trong ao, hầm ở các tỉnh đồng bằng sơng Cửu Long
(ĐBSCL). Cá tra có cơ quan hơ hấp phụ, có thể hơ hấp bằng bóng khí và da nên
chịu đựng được mơi trường nước thiếu oxy hòa tan. Cá basa còn gọi là cá bụng vì
có lá mỡ rất lớn, khơng có cơ quan hơ hấp phụ, chịu đựng kém ở mơi trường
nước có hàm lượng oxy hịa tan thấp.
Cá tra có khả năng thích nghi với nhiều loại thức ăn như mùn bã hữu cơ,
cám, rau, động vật đáy, thức ăn hỗn hợp do đó có thể ni trong mơi trường
chật hẹp với mật độ cao (50 con/m2) như bè, ao hầm, gần đây là nuôi cồn và
đăng quần. Thức ăn cho cá basa thường là hỗn hợp tấm, cám, rau và cá vụn (nấu
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

9


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

chín) nên phù hợp với ni dưỡng trong bè trên sông nước chảy mạnh. Ngành
nuôi cá tra và basa phát triển rất nhanh trong những năm vừa qua do thị trường
xuất khẩu tăng mạnh .Điều kiện và chế độ nuôi dễ dàng, giá trị xuất khẩu cao nên

dù giá thấp hơn cá tra vẫn chiếm tỷ trọng 95 % trong xuất khẩu cá da trơn ở Việt
Nam.
5.2.

Trữ Lượng :

Ở Việt Nam, đã thử nghiệm thành công việc tổng hợp biodiesel từ mỡ cá tra,
cá basa, với 1 kg mỡ cá sẽ thu được 1 lít biodiesel.
Cá tra, cá basa là 2 giống cá được nuôi rất nhiều ở các tỉnh đồng bằng Sông
Cửu Long với trữ lượng khá lớn. Năm 2001 ở đồng bằng Sông Cửu Long, sản
lượng cá đạt tới 120.000 tấn, trong đó phục vụ chủ yếu cho mục đích xuất khẩu.
Đến năm 2006, công suất chế biến cá ở vào khoảng 800.000 tấn, tức là sẽ có
khoảng 150.000 tấn mỡ cá , năm 2008 đạt 1,8 triệu tấn/năm tương ứng với lượng
mỡ cá khoảng 300.000 tấn mỡ cá basa, đến 2010 con số này cịn tăng thêm 25%.
Cá basa có trọng lượng tương đối lớn (khoảng 2 – 3 kg/con), trong đó mỡ cá
chiếm 15,7 – 23,9% khối lượng cá.
Trước đây, phần lớn mỡ cá thường không tiêu thụ được, bị bỏ đi hoặc làm thức
ăn gia súc nên giá trị kinh tế rất thấp. Nếu ta tận dụng tốt nguồn mỡ cá này vào
việc sản xuất biodiesel thì sẽ khơng lo thiếu hụt nguồn nguyên liệu ban đầu. Việc
tận thu mỡ cá cịn góp phần giảm ơ nhiễm mơi trường nguồn nước ở khu vực chế
biến cá xuất khẩu. Như vậy, chuyển mỡ cá thành biodiesel thì nâng cao hẳn giá trị
kinh tế của giống cá này, ngoài ra giá thành của biodiesel cũng giảm đáng kể.
Thời gian qua đã có nhiều cơ sở sản xuất BDF từ mỡ cá basa. Tuy nhiên, chưa
có những nghiên cứu khoa học sâu về vấn đề này cũng như quy trình, dẫn đến sản
phẩm BDF chưa tinh khiết và không tuân thủ tiêu chuẩn, gây hậu quả khi đưa vào
sử dụng thực tế. Điều này dẫn đến một số nhận định sai lầm cho rằng BDF từ mỡ
cá basa không thể pha trộn làm nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel.
Do đó lựa chọn mỡ cá da trơn làm nguyên liệu để nghiên cứu điều chế
biodiesel là một hướng phát triển rất tiềm năng và khả thi cao. Một mặt, giải quyết
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

10


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

vấn đề tiêu thụ mỡ cá da trơn dư thừa tại các nhà máy chế biến thủy sản. Mặt khác,
nâng giá mỡ và góp phần phát triển nghề ni cá. Tuy nhiên, để có thể đưa vào sản
xuất công nghiệp, việc khảo sát nguồn nguyên liệu này rất quan trọng.
5.3.

Các tính chất hóa lý cơ bản của mỡ cá

5.3.1. Các chỉ số hóa lý
Bảng I.7. Các chỉ số hóa lý của mỡ cá tra [9]
Chỉ số
Hàm lượng nước (%)
Chỉ số axit (mg KOH/g mỡ)
Chỉ số xà phịng hóa (mg KOH/g mỡ)
Chỉ số Iod (g I2/100g mỡ)
Tỷ trọng (g/ml)
Độ nhớt (cSt)

Giá trị
0.33
4.2725
192.3
51.12

0.9043
4.27

5.3.2. Thành phần acid béo
Mỡ cá chiếm khoảng 25% khối lượng cá, gồm 2 phần là dầu (90%) và lượng
nhỏ mỡ rắn (10%). Mỡ cá có thành phần chủ yếu là các triglycerid và một lượng
nhỏ các axit béo tự do, vitamin, hydrocarbon, các chất màu, sterol và phosphatid.
Kết quả phân tích GC cho thấy, mỡ cá tra chứa 94.25% các acid không no gồm
C16, C18, C20 nhưng chủ yếu là C18 (61.94%). Nước và các acid béo tự do (5.75%)
trong mỡ cá tương đối cao. [10]
Bảng I.8. Thành phần acid béo trong các loại nguyên liệu (%) [10]
Nguyên liệu
Dầu dừa
Dầu cọ
Bơ
Mỡ heo
Mỡ bò
Mỡ cá basa

Hàm lượng
chất béo
47.6
44.63
83.5
20 – 30
10 – 20
25

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

Acid béo loại
một nối đơi
5.00
40.00
30.00
50.00
43.00
31.52

Acid béo loại
nhiều nối đơi
1.00
10.00
4.00
3.00
12.60
12.72

Acid béo
bão hịa
94.00
50.00
66.00
47.00
44.40
44.35
11


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Thơng tin lấy từ dầu cọ của hiệp hội những người phát triển dầu cọ Malaysia năm
96 (Malaysian Palm OilPromotion Council 96).
Thành phần mỡ cá basa có acid béo một nối đơi 31.52%, nhiều nối đơi 12.72%
và acid béo bão hòa 44.35%, gần tương đương với dầu cọ nhập ngoại.
Bảng I.9. Thành phần acid béo trong mỡ cá Basa thô (hàm lượng %)
Khối lượng mol
Thành phần Cơng thức phân tử
% sắc kí đồ
phân tử (g/mol)
C12:0

C12H24O2

200

0.15

C14:0

C14H28O2

228

3.76

C15:0

C15H30O2

242

0.19

C16:0

C16H32O2

256

28.31

C16:1

C15H30O2

254

0.78

C17:0

C17H34O2

270

0.22

C18:0

C18H36O2

284

7.75

C18:1

C18H34O2

282

40.35

C18:2

C18H32O2

280

13.63

C18:3

C18H30O2

278

0.96

C20:0

C20H40O2

312

0.32

C20:1

C20H38O2

310

1.19

C20:4

C20H32O2

304

0.53

C20:5

C20H30O2

302

0.68

C22:0

C22H44O2

340

0.18

C24:0

C22H48O2

368

0.32

C22:6

C22H32O2

328

0.68

GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

12


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

5.4.

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Vai trị và ứng dụng khác của mỡ cá

 Sản xuất mỡ bôi trơn, chế biến thức ăn gia súc.
Tuy nhiên, với thị trường nhỏ hẹp, lượng mỡ bán khơng hết, đầu ra và giá cả
cịn khá bấp bênh.
 Tinh luyện mỡ cá thành dầu mỡ thực phẩm.
Mục đích để tận dụng triệt để các sản phẩm phụ từ mỡ cá: phần đặc sau khi
tinh luyện được phối trộn sử dụng thay thế shortening, phần lỏng được phối chế
sản xuất margarin, đặc biệt ω-3 đạt 0.34% rất tốt cho trẻ em và người già.
 Mỡ cá chứa nhiều axit béo thiết yếu.
Một nghiên cứu gần đây cho thấy, mỡ cá basa Việt Nam khơng những có đủ
thành phần axit béo khơng no mà cịn chứa DHA. DHA có tác dụng chuyển hóa
cholesterol thành những dẫn xuất không gây tắc mạch máu, làm giảm các chứng
loạn nhịp tim, đau bụng kinh ở phụ nữ và tiền sản giật.
Theo đó, trong tương lai gần, các nhà khoa học sẽ tiến hành tách DHA từ mỡ
cá basa để bổ sung vào thực phẩm, thay thế cho DHA tổng hợp nhập ngoại.
 Tổng hợp AKD (Alkyl Keten Dimer) sử dụng cho quá trình xeo giấy.
AKD là chất phụ gia được cho vào trong quá trình hồ giấy để làm tăng tính
kháng nước của giấy. AKD là một lactone (ester dạng vịng) có khả năng tạo liên
kết với giấy bằng phản ứng ester hóa với nhóm hydroxyl của cellulose, làm xuất
hiện các nhóm hydrocarbon béo kỵ nước trên bề mặt của cellulose, tạo ra tính

kháng nước của giấy. Hiện nay, AKD hoàn toàn phải nhập từ nước ngoài dưới
dạng nhũ tương.
5.5.

Ưu nhược điểm của nguyên liệu mỡ cá

Ưu điểm của mỡ cá là nguồn nguyên liệu dồi dào, ổn định, giá rẻ và có tiềm
năng phát triển. Một mặt, giải quyết vấn đề tiêu thụ mỡ cá da trơn dư thừa tại các
nhà máy chế biến thủy sản. Mặt khác, nâng giá mỡ và góp phần phát triển nghề
ni cá. Biodiesel từ mỡ cá có màu vàng như dầu ăn, trong suốt, khơng có mùi hơi
khi sử dụng, ít khí thải, không độc hại…
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

13


Ứng dụng cơng nghệ tạo bong bóng hơi trong sản xuất biodiesel

SVTH: Nguyễn Đình Phúc

Giá thành 1 lít dầu từ cá tra, basa chỉ 11000 đồng [32], rẻ hơn dầu diesel thơng
thường. Quan trọng hơn, nó giải quyết được bài tốn về bảo vệ mơi trường. Kết
quả nghiên cứu cho thấy lượng khói thải của dầu này giảm 60% so với dầu diesel,
giảm 78.5% khí CO2, giảm 45% khí CO, ít hydrocacbon thơm và khơng có lưu
huỳnh. [11]
Nhược điểm là những acid béo chưa bão hòa trong thành phần mỡ cá rất dễ bị
oxy hóa sinh ra các sản phẩm cấp thấp như aldehyde, ceton, skaton. Chính vì thế
chúng dễ biến chất gây mùi khó chịu nên gặp khó khăn trong việc bảo quản, chất
lượng giảm xuống.
Một khó khăn khác là ngun liệu mỡ cá ln có giá khơng ổn định và nguồn

cung thất thường nên cần thiết phải tổ chức lại. Việc thu mua mỡ cá thường xuyên
phải cạnh tranh với các doanh nghiệp chế biến thức ăn gia súc và các cơ sở nấu
dầu dạng thô xuất sang Trung Quốc. Cơng ty TNHH Minh Tú để có nguồn nguyên
liệu 50 tấn mỡ cá/ngày, phải thông qua một loạt đại lý nhỏ lẻ.[12]

6. Phương pháp transester hóa
6.1.

Cơ chế phản ứng

Phản ứng alcol phân triglyceride bao gồm một số quá trình liên tục. Đầu tiên
triglyceride sẽ biến đổi thành diglyceride, tiếp tục biến đổi thành monoglyceride
cuối cùng tạo thành glycerin. Mỗi một phần tử ester được hình thành sau mỗi
bước. Đây là phản ứng thuận nghịch. Hệ 3 phản ứng nối tiếp được mơ tả trong các
phương trình sau: [13]
Triglyceride

+

R’OH

Diglyceride

+

R’COOR1

Diglyceride

+

R’OH

Monoglyceride

+

R’COOR2

Monoglyceride

+

R’OH

Glycerin

+

R’COOR3

 Cơ chế xúc tác acid [2]
GVHD: PGS.TS.Nguyễn Vĩnh Khanh

14