Nghiên Cứu Hoàn Thiện Công Nghệ Tinh Luyện Glyxerin Từ Phụ Phẩm Sản Xuất Biodiesel

Chuyên khảo kỹ thuật phân tích Luận văn nghiên cứu hoàn thiện công nghệ tinh luyện glyxerin từ phụ phẩm của quá trình sản xuất, đánh giá các khía cạnh quan trọng, đề xuất hướng

• Tác giả: Vũ Thị Thu Hà
• Trường học: Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam
• Chuyên ngành: Công nghệ hóa học
• Đề tài: Nghiên cứu hoàn thiện công nghệ tinh luyện glyxerin từ phụ phẩm sản xuất biodiesel
• Loại tài liệu: Báo cáo tổng kết khoa học và kỹ thuật
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Tổng quan về nghiên cứu

Nghiên cứu này tập trung vào việc hoàn thiện công nghệ tinh luyện glyxerin từ phụ phẩm sản xuất biodiesel. Mục tiêu chính là nâng cao hiệu quả kinh tế và giảm thiểu ô nhiễm môi trường thông qua việc tận dụng glyxerin thô. Glyxerin thô thu được từ quá trình sản xuất biodiesel thường chứa nhiều tạp chất như xà phòng, metanol, và các triglyxerit chưa chuyển hóa. Việc tinh luyện glyxerin không chỉ mang lại giá trị kinh tế cao mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

1.1. Cơ sở pháp lý và tính cấp thiết

Nghiên cứu được thực hiện dựa trên nhu cầu thực tế về việc tận dụng phụ phẩm biodiesel để sản xuất glyxerin tinh khiết. Việc này không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn tạo ra sản phẩm có giá trị cao hơn. Đề tài được thực hiện trong khuôn khổ dự án cấp Bộ, với sự tham gia của các chuyên gia từ Viện Hóa học Công nghiệp Việt Nam.

1.2. Đối tượng và nội dung nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu là công nghệ tinh luyện glyxerin từ phụ phẩm biodiesel. Nội dung bao gồm việc xác định các tạp chất trong glyxerin thô, nghiên cứu quy trình tinh luyện, và đánh giá hiệu quả kinh tế của quy trình này. Kết quả nghiên cứu cho thấy việc sử dụng axit H2SO4 mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với axit H3PO4.

II. Quy trình tinh luyện glyxerin

Quy trình tinh luyện glyxerin bao gồm nhiều bước quan trọng, từ việc tách tạp chất đến chưng cất để thu được glyxerin tinh khiết. Các thông số tối ưu đã được xác định, bao gồm tỷ lệ axit/glyxerin, thời gian lắng tách, và áp suất chưng cất. Kết quả cho thấy hiệu suất thu hồi glyxerin đạt trên 91%, với độ tinh khiết lên đến 98%.

2.1. Phương pháp tách tạp chất

Quá trình tách tạp chất bao gồm việc sử dụng axit để trung hòa kiềm và tách các axit béo. Các thông số tối ưu đã được xác định, bao gồm tỷ lệ axit/glyxerin là 41,7 kg/tấn, thời gian lắng tách muối là 1 giờ, và thời gian lắng tách axit béo là 30 phút. Kết quả cho thấy việc sử dụng axit H2SO4 mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn so với axit H3PO4.

2.2. Quá trình chưng cất

Sau khi tách tạp chất, glyxerin được chưng cất trong điều kiện chân không với áp suất khoảng 2 mbar. Quá trình này giúp thu được glyxerin với độ tinh khiết lên đến 98%. Kết quả sản xuất thử ở quy mô 10 lít glyxerin thô/mẻ cho thấy quá trình có độ lặp lại cao và hiệu suất thu hồi đạt trên 91%.

III. Hiệu quả kinh tế và ứng dụng

Nghiên cứu đã tính toán giá thành sản phẩm và đề xuất quy trình công nghệ ở quy mô lớn hơn. Giá thành của glyxerin 98% sau tinh luyện là 12.600 đồng/kg, trong khi giá bán trên thị trường là 40.000 đồng/kg. Điều này cho thấy việc tinh luyện glyxerin từ phụ phẩm biodiesel mang lại hiệu quả kinh tế rất cao. Ngoài ra, việc tận dụng glyxerin thô còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường.

3.1. Tính toán giá thành

Nghiên cứu đã tính toán giá thành sản phẩm dựa trên chi phí nguyên liệu và quy trình tinh luyện. Kết quả cho thấy giá thành của glyxerin 98% là 12.600 đồng/kg, trong khi giá bán trên thị trường là 40.000 đồng/kg. Điều này cho thấy lợi nhuận tiềm năng từ việc tinh luyện glyxerin.

3.2. Ứng dụng thực tế

Glyxerin tinh luyện có thể được sử dụng trong nhiều ngành công nghiệp, bao gồm dược phẩm, mỹ phẩm, và thực phẩm. Ngoài ra, việc tận dụng glyxerin thô còn góp phần giảm thiểu ô nhiễm môi trường do việc thải bỏ glyxerin thô hoặc sử dụng nó làm chất đốt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Bé C«ng TH¦¥NG ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 2 – Ph¹m Ngò L·o, Hµ néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi: Nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ tinh luyÖn glyxerin tõ phô phÈm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiesel TS. Vò ThÞ Thu Hµ 7444 15/7/2009 Hµ Néi, 1-2009 Bé C«ng th−¬ng ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 2 – Ph¹m Ngò L·o, Hµ néi B¸o c¸o tæng kÕt khoa häc vµ kü thuËt §Ò tµi: Nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ tinh luyÖn glyxerin tõ phô phÈm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiesel TS. Vò ThÞ Thu Hµ Hµ Néi, 1-2009 Tµi liÖu nµy ®−îc chuÈn bÞ trªn c¬ së kÕt qu¶ thùc hiÖn §Ò tµi cÊp Bé, H§ sè 49.08- RD/H§-KHCN Danh s¸ch nh÷ng ng−êi thùc hiÖn STT Họ và tên Học Cơ quan công tác hàm, học vị 1 Vò ThÞ Thu Hµ TS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 2 Mai Ngäc Chóc PGS. TS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 3 Ph¹m ThÕ Trinh PGS.TS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 4 Lª Minh ViÖt KS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 5 §ç M¹nh Hïng KS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 6 NguyÔn ThÞ Hµ ThS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 7 Lª Th¸i S¬n ThS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam 8 NguyÔn ThÞ Thu ThS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam Trang 9 NguyÔn ThÞ Ph−¬ng KS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam Hßa 10 NguyÔn M¹nh KS ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam D−¬ng 11 Vò ThÞ Thu Thñy KTV ViÖn Ho¸ häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam bµi tãm t¾t Môc tiªu cña ®Ò tµi lµ nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ tinh luyÖn glyxerin thu ®−îc tõ qu¸ tr×nh chÕ biÕn nhiªn liÖu sinh häc thµnh glyxerin 95% ®¹t tiªu chuÈn th−¬ng phÈm.

§Ó ®¹t ®−îc môc tiªu nµy, tr−íc tiªn, ®Æc tÝnh vµ t¹p chÊt cña c¸c mÉu glyxerin thu ®−îc tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt thö biodiesel ®· ®−îc x¸c ®Þnh: hµm l−îng glyxerin kho¶ng 56%, phÇn t¹p chÊt cßn l¹i lµ xµ phßng, c¸c triglyxerit ch−a chuyÓn hãa hÕt, metanol, n−íc vµ mét sè t¹p chÊt kh¸c. TiÕp ®Õn, viÖc tinh chÕ glyxerin ë qui m« phßng thÝ nghiÖm nh»m x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè thÝch hîp ®· ®−îc tiÕn hµnh. KÕt qu¶ cho thÊy viÖc sö dông axit H2SO4 mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ h¬n so víi axit H3PO4. C¸c ®iÒu kiÖn thÝch hîp ®· ®−îc lùa chän lµ : tû lÖ khèi l−îng axit/glyxerin th« là 41,7 kg/tÊn, thêi gian l¾ng t¸ch muèi là 1 giê, thêi gian l¾ng t¸ch axit bÐo là 30 phót, ¸p suÊt ch−ng cÊt ch©n kh«ng kho¶ng 2 mbar.

Sau khi ch−ng cÊt, thu ®−îc glyxerin 98%. KÕt qu¶ s¶n xuÊt thö ®Ó x¸c ®Þnh c¸c th«ng sè thÝch hîp ë qui m« 10 lÝt glyxerin th«/mÎ cho thÊy qu¸ tr×nh ®é lÆp l¹i rÊt cao, hiÖu suÊt thu håi glyxerin trªn 91%, gÇn nh− b»ng nhau ®èi víi mäi mÎ ph¶n øng. 10 kg s¶n phÈm glyxerin 98% ®· ®−îc s¶n xuÊt. Cuèi cïng, ®Ò tµi ®· s¬ bé tÝnh to¸n gi¸ thµnh s¶n phÈm vµ ®Ò xuÊt qui tr×nh c«ng nghÖ ë qui m« lín h¬n.

NÕu lÊy gi¸ glyxerin th« lµ 4 000 ®ång/kg, sau khi tinh chÕ, gi¸ thµnh cña glyxerin 98% lµ 12 600 ®ång/kg trong khi gi¸ b¸n trªn thÞ tr−êng lµ 40 000 ®ång/kg. Râ rµng r»ng viÖc thu håi vµ tinh chÕ glyxerin thu ®−îc tõ c¸c qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiesel ®· mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ rÊt cao cho c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt biodiesel. Ngoµi ra, viÖc tËn thu vµ tinh chÕ glyxerin cßn gãp phÇn lµm gi¶m sù « nhiÔm m«i tr−êng do viÖc th¶i glyxerin th« hoÆc do khãi th¶i cña qu¸ tr×nh sö dông glyxerin th« lµm chÊt ®èt g©y ra. H¬n thÕ n÷a, vÒ l©u dµi, s¶n phÈm glyxerin sau tinh chÕ sÏ ®−îc sö dông cho c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn tiÕp theo nh»m s¶n xuÊt ra c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ cao h¬n n÷a.

Mét ®¬n ®¨ng ký gi¶i ph¸p h÷u Ých ®· ®−îc chÊp nhËn, gi¶i ba Festival « S¸ng t¹o trÎ » 2008 do §oµn Bé C«ng Th−¬ng tæ chøc, mét bµi b¸o ®· ®−îc c«ng bè lµ c¸c kÕt qu¶ kh¸c cña ®Ò tµi. Môc lôc pHÇn I tæng quan 1 I. C¬ së ph¸p lý cña ®Ò tµi 1 II. TÝnh cÊp thiÕt vµ môc tiªu nghiªn cøu cña ®Ò tµi 1 III.

§èi t−îng vµ néi dung nghiªn cøu 2 IV. Tæng quan t×nh h×nh nghiªn cøu trong vµ ngoµi n−íc 2 IV.1 T×nh h×nh nghiªn cøu ë n−íc ngoµi 2 IV.1 Giíi thiÖu vÒ glyxerin 2 IV.2 T×nh h×nh s¶n xuÊt, tiªu thô vµ gi¸ b¸n glyxerin trªn thÕ giíi 5 IV.3 C«ng nghÖ tinh luyÖn glyxerin 14 IV.2 T×nh h×nh nghiªn cøu trong n−íc 25 PhÇn II Thùc nghiÖm 27 I. Ph−¬ng ph¸p tiÕn hµnh nghiªn cøu 27 II. ThiÕt bÞ, dông cô, nguyªn vËt liÖu vµ ho¸ chÊt 27 Ii.1 Nguyªn vËt liÖu, hãa chÊt 27 II.2 ThiÕt bÞ, dông cô vµ qui tr×nh 28 II.3 Ph©n tÝch nguyªn liÖu, s¶n phÈm vµ tÝnh to¸n kÕt qu¶ 31 III.

KÕt qu¶ thùc nghiÖm vµ th¶o luËn 33 III.1 Thu håi glyxerin tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc biodiesel 33 III.2 Ph©n tÝch ®Æc tÝnh vµ ®Þnh tÝnh t¹p chÊt cña glyxerin th« 34 III.3 Nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p xö lý s¬ bé glyxerin ®Ó t¸ch t¹p chÊt 35 III.1 Qu¸ tr×nh sö dông axit H3PO4 36 III.2 Qu¸ tr×nh sö dông axit H2SO4 38 III.3 Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh l¾ng t¸ch pha axit bÐo vµ glyxerin 39 III.4 Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh trung hßa axit d− bëi kiÒm 39 III.4 Kh¶o s¸t qu¸ tr×nh ch−ng cÊt ®Ó thu glyxerin tinh khiÕt 40 III.5 S¶n xuÊt thö qui m« phßng thÝ nghiÖm 40 III.1 Ch−ng cÊt t¸ch metanol 40 III.2 Xö lý s¬ bé glyxerin ®Ó t¸ch t¹p chÊt 41 III.3 Ch−ng cÊt ®Ó thu glyxerin tinh khiÕt 43 III.4 X¸c ®Þnh ®é lÆp l¹i vµ hiÖu suÊt cña qu¸ tr×nh 43 III.6 §¸nh gi¸ chÊt l−îng s¶n phÈm 44 III.7 §Ò xuÊt ph−¬ng ¸n triÓn khai ë qui m« lín 45 III.8 TÝnh to¸n s¬ bé gi¸ thµnh s¶n phÈm 46 PhÇn III KÕt luËn 48 PhÇn IV KiÕn nghÞ 49 Tµi liÖu tham kh¶o 52 Phô lôc Më ®Çu Qu¸ tr×nh trans-este hãa dÇu thùc vËt t¹o ra s¶n phÈm phô lµ glyxerin. Sau khi t¸ch este và dÇu ch−a ph¶n øng hÕt råi trung hßa kiÒm b»ng ph−¬ng ph¸p xö lý víi axit, ch−ng cÊt, läc, xö lý b»ng than ho¹t tÝnh hoÆc nhùa trao ®æi ion hoÆc kÕt hîp c¶ hai chóng ta thu ®−îc glyxerin kü thuËt. HiÖn nay, ë n−íc ta cã rÊt nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt este dÇu mì ®éng thùc vËt lµm nhiªn liÖu sinh häc (−íc tÝnh lªn ®Õn vµi tr¨m ngh×n tÊn/n¨m trong vµi n¨m tíi). S¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh nµy lµ glyxerin th«.

Th«ng th−êng, cø s¶n xuÊt 1 tÊn s¶n phÈm nhiªn liÖu sinh häc th× t¹o ra 0,1 tÊn glyxerin th«. Nh− vËy, trong thêi gian tíi, s¶n l−îng glyxerin th« ë n−íc ta ®¹t kho¶ng vµi chôc ngh×n tÊn. HiÖn nay, c¸c c¬ së s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc ch−a cã ph−¬ng ¸n sö dông nguån s¶n phÈm phô nµy ngoµi viÖc dïng lµm chÊt ®èt hoÆc b¸n víi gi¸ 3500 - 4 000 ®ång/kg, trong khi gi¸ glyxerin kü thuËt (hµm l−îng glyxerin ≥ 95%) dao ®éng trong kho¶ng 20 000 – 30 000 ®ång/kg cßn gi¸ glyxerin 98% dao ®éng tõ 35 000 – 40 000 ®ång/kg. TËn dông nguån s¶n phÈm phÕ th¶i dåi dµo nµy ®Ó chÕ biÕn thµnh c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ cao lµ mét viÖc lµm cã ý nghÜa khoa häc vµ thùc tiÔn cao.

HiÖn t¹i, c¸c c¬ së s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc ë c¸c tØnh phÝa Nam s½n sµng tiÕp nhËn c«ng nghÖ tinh chÕ glyxerin th« thu ®−îc tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc biodiesel thµnh glyxerin c«ng nghiÖp 95% cã gi¸ trÞ kinh tÕ cao h¬n. VÒ l©u dµi, s¶n phÈm glyxerin sau tinh chÕ sÏ ®−îc sö dông cho c¸c qu¸ tr×nh chÕ biÕn tiÕp theo nh»m s¶n xuÊt ra c¸c s¶n phÈm cã gi¸ trÞ cao h¬n n÷a. Qu¸ tr×nh ch−ng cÊt glyxerin ®Ó t¹o ra s¶n phÈm cã ®é s¹ch trªn 95% ®· ®−îc ¸p dông nhiÒu trªn thÕ giíi. ë ViÖt Nam, n¨m 2006, ViÖn Hãa häc c«ng nghiÖp ViÖt Nam cã ®Æt vÊn ®Ò nghiªn cøu c«ng nghÖ thu håi vµ tinh chÕ s¬ bé glyxerin.

§Ò tµi ®· tiÕn hµnh kh¶o s¸t c¸c yÕu tè ¶nh h−ëng nh− nhiÖt ®é, thêi gian l¾ng, tû lÖ dung m«i metanol/dung dÞch ®Õn qu¸ tr×nh thu håi glyxerin tõ n−íc th¶i cña qu¸ tr×nh thñy p©n dÇu mì ®éng thùc vËt vµ qu¸ tr×nh metyl hãa. Tuy nhiªn, ®©y chØ lµ mét nghiªn cøu cã tÝnh chÊt th¨m dß, ch−a ®−îc tiÕn hµnh mét c¸ch cã hÖ thèng vµ ch−a ®−a ra ®−îc qui tr×nh c«ng nghÖ hoµn thiÖn. 1 V× nh÷ng lý do ®ã, ®Ò tµi ®Æt ra môc tiªu nghiªn cøu hoµn thiÖn c«ng nghÖ tinh luyÖn glyxerin thu ®−îc tõ qu¸ tr×nh chÕ biÕn nhiªn liÖu sinh häc thµnh glyxerin 95% ®¹t tiªu chuÈn th−¬ng phÈm. §èi t−îng nghiªn cøu cña chóng t«i trong ®Ò tµi nµy lµ c«ng nghÖ tinh chÕ glyxerin thu ®−îc tõ qu¸ tr×nh s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc biodiesel.

§Ò tµi sÏ tiÕn hµnh nghiªn cøu c¸c néi dung sau : - Nghiªn cøu ph−¬ng ph¸p t¸ch t¹p chÊt trong phô phÈm cña qu¸ tr×nh s¶n xuÊt biodiesel nh»m thu ®−îc glyxerin th« 70% - Nghiªn cøu hoµn thiÖn qu¸ tr×nh ch−ng cÊt glyxerin th« thµnh glyxerin 95% ®¹t tiªu chuÈn th−¬ng phÈm - S¶n xuÊt thö qui m« phßng thÝ nghiÖm 2 PhÇn I. T×nh h×nh nghiªn cøu ë n−íc ngoµi I.1 Giíi thiÖu vÒ glyxerin [1] Glyxerin (C3H8O3) lµ mét polyol. §ã lµ mét triol cã 3 nhãm chøc alcol. C«ng thøc hãa häc cña glyxerin ®−îc tr×nh bµy trong h×nh 1.

H×nh 1: C«ng thøc hãa häc cña glyxerin Mét sè th«ng tin chung vµ tÝnh chÊt hãa lý cña glyxerin ®−îc tr×nh bµy trong b¶ng 1. N¨m 1783, nhµ hãa häc Carl Wilhelm Scheele ng−êi Thôy §iÓn thu ®−îc glyxerin b»ng c¸ch ®un s«i dÇu oliu víi oxit ch×. N¨m 1823, nhµ hãa häc ng−êi Ph¸p EugÌne Chevreul chøng minh r»ng c¸c chÊt bÐo ®−îc t¹o thµnh tõ sù kÕt hîp gi÷a glyxerin vµ c¸c axit bÐo. Trong c¬ thÓ sèng, glyxerin lµ mét thµnh phÇn quan träng cña glyxerit (mì vµ dÇu) vµ phospholipide.

Khi c¬ thÓ sö dông mì ®−îc dù tr÷ nh− nguån n¨ng l−îng, glyxerin vµ axit bÐo ®−îc gi¶i phãng trong m¸u. Glyxerin ®−îc t¹o thµnh trong qu¸ tr×nh lªn men qu¶ nho khi s¶n xuÊt r−îu vang. Glyxerin lµ s¶n phÈm phô cña ph¶n øng xµ phßng hãa trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt xµ phßng tõ dÇu mì ®éng thùc vËt theo ph¶n øng sau : DÇu/mì ®éng thùc vËt + Xót --> Xµ phßng + Glyxerin Glyxerin cßn lµ s¶n phÈm phô cña qu¸ tr×nh este hãa chÐo (transesterification) cña dÇu mì ®éng thùc vËt víi metanol ®Ó s¶n xuÊt nhiªn liÖu sinh häc biodiesel.