LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành Đồ án này, tôi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ của thầy cô và bạn bè. Trước hết tôi xin gửi tới Ban Giám Hiệu Trường Đại học Nha Trang, Phòng Đào tạo Đại học và Sau Đại học, Khoa Chế biến lòng biết ơn và niềm tự hào được học tập tại trường trong những năm qua. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới tất cả thầy cô đã giảng dậy trong thời gian học tại trường, tới toàn thể cán bộ viên chức nhà trường. Sự biết ơn sâu sắc nhất tôi xin được giành cho thầy: TS. Vũ Ngọc Bội - Phó giám đốc - Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nha Trang và cô ThS. Nguyễn Thị Mỹ Trang – Giảng viên Khoa Chế biến đã tận tình hướng dẫn và động viên tôi trong suốt quá trình thực hiện Đồ án này. Đặc biệt xin được ghi nhớ tình cảm, sự giúp đỡ của: KS. Nguyễn Thừa Bửu – Giám đốc Công Ty TNHH Nam Việt - An Giang, ThS. Khúc Thị An – Trưởng Bộ môn Công nghệ Sinh học - Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, các quý thầy cô giáo Phòng thí nghiệm Công nghệ Sinh học - Viện Công nghệ Sinh học, phòng thí nghiệm Hóa sinh - Vi sinh, gia đình và bạn bè luôn luôn chia sẻ cùng tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI NÓI ĐẦU 1 PHẦN I. TỔNG QUAN 2 1.1. KHÁI QUÁT VỀ BIODIESEL 2 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM 5 1.3. Giới thiệu về phương pháp tinh chế dầu 9 PHẦN II 22 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.1. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 22 2.2. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 22 2.2.1. Các phương pháp phân tích hóa học 22 2.2.2. Các phương pháp cảm quan 23 2.2.3. Phương pháp bố trí thí nghiệm 23 2.2.3.1. Quy trình tinh chế dầu gốc thô dự kiến 23 2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm 27 PHẦN III 33 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. KẾT QUẢ KIỂM TRA DẦU CÁ BASA BAN ĐẦU VÀ DẦU GỐC THÔ 33 3.2. XÂY DỰNG QUY TRÌNH TINH CHẾ DẦU GỐC 35 3.2.1. Chọn môi trường và thời gian tách pha 35 3.2.2. Xác định chế độ xử lý bằng nhựa trao đổi ion 37 3.2.3. Xác định chế độ rửa 38 3.2.4. Chọn phương pháp sấy và chế độ sấy 39 3.2.4.1. Xác định chế độ sấy chân không. 39 3.2.4.2. Xác định chế độ sấy thường và sấy thường có kết hợp khuấy đảo. .43 3.3. Xác định tỷ lệ than hoạt tính 46 3.4. Đề xuất quy trình tinh chế dầu gốc thô và đánh giá chất lượng dầu gốc sau tinh chế 47 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 50 1. Kết luận 50 2. Đề xuấy ý kiến 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Năng suất thu dầu của các loại cây phổ biến dùng trong sản xuất biodiesel 7 Bảng 1.2. Quan hệ giữa hàm lượng acid béo và nồng độ NaOH 15 Bảng1.3. Quan hệ giữa độ “Bé” với nồng độ NaOH 15 Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra một số chỉ tiêu của dầu cá nguyên liệu 33 Bảng 3.2. Các chỉ tiêu của dầu gốc thô 35 Bảng 3.3. Ảnh hưởng của môi trường tách pha và thời gian tách pha đến sự thay đôi hiệu suất thu glycerin 36 Bảng 3.4. Bảng kết quả xử lý dầu bằng nhựa trao đổi ion 38 Bảng 3.5. Ảnh hưởng của chế độ rửa đến trạng thái dầu gốc sau rửa 39 Bảng 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu quả tách nước 40 Bảng 3.7. Khối lượng dầu còn lại sau sấy có khuấy và không khuấy 43 Bảng 3.8. Khối lượng dầu còn lại sau sấy ở nhiệt độ khác nhau 44 Bảng 3.9. Bảng so sánh mầu sắc của dầu sau tẩy mầu 46 Bảng 3.10. Kết quả kiểm tra dầu sau tinh chế 49 DANH MỤC HÌNH Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ tinh luyện đầu mỡ thực phẩm 18 Hình 2.1. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất dầu gốc 25 Hình 2.2: Sơ đồ quy trình tinh chế dầu dự kiến 27 Hình 3.1. Ảnh hưởng của môi trường và thời gian tách pha đến hiệu suất thu glycerin 36 Hình 3.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu quả tách nước 40 Hình 3.3. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến hiệu quả tách nước 41 Hình 3.4. Ảnh hưởng của thời gian sấy đến hiệu quả tách nước 42 Hình 3.5. Ảnh hướng của thời gian sấy đến khối lượng dầu còn lại 43 Hình 3.6. Ảnh hưởng của nhiệt độ sấy đến hiệu quả tách nước 45 Hình 3.7. Sơ đồ quy trình tinh chế dầu gốc 47 1 LỜI NÓI ĐẦU Nghiên cứu và sản xuất dầu DO, mỡ bôi trơn từ mỡ cá tra, cá basa để dùng trong bôi trơn cho máy chế biến là một hướng nghiên cứu đang được nhiều người quan tâm. Để có thể sản xuất dầu DO hay mỡ bôi trơn từ mỡ cá người ta phải tiến hành chuyển ester bằng cách thế glycerin trong liên kết ester của glycerid bằng methanol. Vì vậy sản phẩm dầu gốc thu được thường chứa các tạp chất như glycerin, acid béo còn dư,… Do vậy cần phải nghiên cứu tinh sạch các lọai tạp chất để thu được dầu gốc sạch để có thể phối trọn các lọai phụ gia trong lĩnh vực hóa dầu để sản xuất dầu DO, mỡ bôi trơn. Theo hướng nghiên cứu này em được khoa chế biến giao cho thực hiện đề tài: “Nghiên cứu tinh chế dầu gốc từ dầu gốc thô”. Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu loại bỏ các tạp chất như glycerin cũng như các tạp chất khác dầu gốc. Nội dung của đề tài: 1) Đánh giá chất lượng của dầu gốc thô sản xuất theo quy trình của Nguyên Thị Hoài Giang. 2) Xác định các thông số tối ưu cho quá trình tinh chế dầu gốc từ dầu gốc thô: chọn thời gian tách pha, xác định chế độ rửa,… 3) Đề xuất quy trình tinh chế và đánh giá chất lượng dầu gốc đã tinh chế. Do thời gian nghiên cứu và kiến thức còn hạn chế nên đề tài không thể tránh khỏi những sai sót. Kính mong quý thầy cô và các bạn góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn. Nha Trang, tháng 11 năm 2008 Sinh viên thực hiện Trần Thị Linh 2 PHẦN I. TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ BIODIESEL [6], [7], [9] Biodiesel hay còn gọi là Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà được làm từ dầu thực vật hay methylester tinh khiết từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Biodiesel hay nhiên liệu sinh học nói chung là năng lượng sạch, không độc, dễ phân giải trong tự nhiên. Biodiesel bắt đầu được sản xuất khoảng giữa những năm 1800, trong thời gian 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 ethylester gọi chung là Biodiesel. Sau đó biodiesel được hiểu theo nghĩa rộng hơn, nó bao gồm các alcol như methanol, ethanol và các sản phẩm này được chuyển hóa từ nguồn nguyên liệu thực vật. Vậy về bản chất biodiesel là sản phẩm ester hóa giữa methanol hoặc ethanol và acid béo trong dầu thực vật hoặc mỡ cá tra, basa. Biodiesel – một loại nhiên liệu mới – được coi là sản phẩm có thể thay thế diesel dùng cho động cơ đốt trong. Trong lịch sử, loại dầu này từng được sử dụng để làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong vào những năm 1900. Tuy nhiên, vào thời điểm đó, nguồn năng lượng dầu, mỡ rẻ tiền chưa thật sự cần thiết. Cho đến khi giá nhiên liệu tăng lên và sự lo lắng về nguy cơ thiếu hụt nhiên liệu thì việc tìm kiếm nguồn năng lượng thay thế là cần thiết. Ngoại trừ năng lượng thủy điện và năng lượng hạt nhân, phần lớn năng lượng trên thế giới đều tiêu tốn nguồn dầu mỏ, than đá và khí tự nhiên. Tất cả các nguồn này đều có giới hạn và với tốc độ sử dụng như ngày nay thì sẽ bị cạn kiệt hoàn toàn vào cuối thế kỷ 21. Sự cạn kiệt của nguồn dầu mỏ thế giới và sự quan tâm về môi trường ngày càng tăng đã dẫn đến sự nghiên cứu và phát triển nguồn năng lượng thay thế cho năng lượng có nguồn gốc dầu mỏ. Biodiesel là 3 một sự thay thế đầy tiềm năng cho diesel dựa vào những tính chất tương tự và những ưu điểm vượt trội của nó.  Ưu điểm.  Về mặt môi trường.  Giảm lượng khí thải, vì chỉ chứa chưa đến 15 phần triệu sulphua. Lượng khí thải hydrocacbon và cacbon monoxide (CO) sẽ giảm tỷ lệ thuận với với tỷ lệ biodiesel.  Không chứa hợp chất thơm nên không gây ung thư.  Có khả năng tự phân hủy và không độc( phân hủy nhanh hơn diesel 4 lần, phân hủy từ 85 ÷ 88% trong nước sau 28 ngày).  Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.  Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.  Về mặt kỹ thuật.  Có chỉ số cetan cao hơn diesel nên đốt cháy nhanh hơn khi đưa vào động cơ.  Biodiesel rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỷ lệ nào.  Biodiesel tinh khiết (B100) có thể sử dụng cho bất kỳ động cơ diesel nào.  Biodiesel có điểm chớp cháy cao hơn diesel, đốt cháy hoàn toàn, an toàn tồn chứa và sử dụng.  Biodiesel có tính bôi trơn tốt. Ngày nay để hạn chế lượng Sox thải ra không khí, người ta hạn chế tối đa lượng S trong dầu diesel. Nhưng chính những hợp chất lưu huỳnh lại là những tác nhân giảm ma sát của dầu diesel. Do vậy dầu diesel có tính bôi trơn không tốt và đòi hỏi phải sử dụng thêm phụ gia để tăng tính bôi trơn. Trong thành phần của Biodiesel có chứa oxi. Cũng như S, O có tác dụng giảm ma sát. Cho nên Biodiesel có tính bôi trơn tốt. 4  Do có tính năng tượng tự như dầu diesel nên nhìn chung khi sử dụng không cần cải thiện bất kỳ chi tiết nào của động cơ ( riêng đối với các hệ thống ống dẫn, bồn chứa làm bằng nhựa ta phải thay bằng vật liệu kim loại)  Về mặt kinh tế.  Sử dụng nhiên liệu Biodiesel ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành nông nghiệp như dầu phế thải, mỡ động vật, các loại dầu khác ít có giá trị sử dụng trong thực phẩm.  Hạn nhập khẩu nhiên liệu diesel, góp phần tiết kiệm cho quốc gia một khoảng ngoại tệ lớn.  Nhược điểm.  Biodiesel cung cấp năng lượng ít hơn diesel thông thường một chút, vì thế nếu tỷ lệ biodiesel cao thì động cơ sẽ yếu hơn hoặc phải dùng nhiều nhiên liệu hơn mới đạt được công suất như khi dùng diesel thông thường. Với tỷ lệ B5 thì sự khác biệt về công suất động cơ so với diesel không pha biodiesel là không đáng kể.  Việc sử dụng nhiên liệu chứa nhiều hơn 5% biodiesel có thể gây nên những vấn đề sau: ăn mòn các chi tiết của động cơ và tạo cặn trong bình nhiên liệu do tính dễ oxi hóa của biodiesel; làm hư hại nhanh các vòng đệm cao su do sự không tương thích của biodiesel với chất làm vòng đệm.  Biodiesel oxi hóa nhanh hơn do dặc điểm thành phần hóa học. Do đó, khó có thể tích trữ loại nhiên liệu này lâu, cần phải có thêm các chất phụ gia để giữ nhiên liệu được lâu hơn. Ngoài ra biodiesel rất háo nước nên cần những biện pháp bảo quản đặc biệt để tránh tiếp xúc với nước.  Nhược điểm lớn nhất của biodiesel là biodiesel nguyên chất dễ bị đóng băng hoặc đặc lại trong thời tiết lạnh. Ở xứ lạnh, các xe phải có hệ thống sấy nhiên liệu để có thể dùng diesel B5. 5 1.2. TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG BIODIESEL TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM [8] Theo xu hướng thế giới, người ta sẽ trộn biodiesel vào thành phần diesel từ 5 ÷ 30%. Ở Châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU mà theo đó từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến ngày 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng cho các phương tiện chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo. Tại Áo, một phần của chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm 2005 chỉ có dầu diesel với 5% có nguồn gốc simh học (B5) là được phép bán dùng làm nguyên liệu cho phương tiện chuyên chở. Tại Australia, đã xử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005. Tại Mỹ năm 2005 đã sử dụng B20. Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok. Năm 2007, Thái Lan bắt buộc sử dụng B2 tại 10 ngàn trạm dầu trên khắp đất nước cho tới tháng 1 năm 2008, sau đó chuyển sang B5. Bộ năng lượng Thái Lan đã đưa ra mục tiêu tăng mức tiêu thụ biodiesel từ 500 ngàn lit / ngày trong năm 2007 lên 4 triệu lit / ngày vào cuối năm 2011 (tương đương 7% lượng dầu diesel tiêu thụ). Thái Lan cũng đề ra kế hoạch thay thế 20% lượng nhiên liệu truyền thống bằng nhiên liệu sinh học trong vòng 5 năm tới. Tại Việt Nam, Petro Việt Nam đã có kế hoạch đưa 10% biodiesel (B10) vào thành phần của diesel để lưu thông trên thị trường. Trên thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả những nguồn dầu, mỡ có thể sử dụng để sản xuất Biodiesel. Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồn tài nguyên sẵn có và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng. Với điều kiện ở châu Âu thì cây cải dầu với lượng dầu từ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học. 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 [...]... PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU Mỡ cá tra, cá basa được lấy từ công ty TNHH Nam Việt đã được xay và cấp đông Sau khi vận chuyển về phòng thí nghiệm, bảo quản tại kho lạnh của phòng thí nghiệm Nhiệt lạnh – Đại học Nha Trang để làm nguyên liệu cho quả trình nghiên cứu Từ mỡ cá này sản xuất dầu gốc thô theo quy trình của Nguyễn Thị Hoài Giang 46-TP2 Đề tài sử dụng dầu gốc thô để nghiên cứu tinh chế. .. cần nghiên cứu ta cố định các thông số, chỉ thay đổi một thông số để tìm ra một giá trị tốt nhất của thông số đó Kết quả dựa vào các chỉ tiêu cảm quan, hóa ly và hiệu suất thu hồi để xác định được giá trị tốt nhất cho thông số cần xác định ở mỗi công đoạn 2.2.3.1 Quy trình tinh chế dầu gốc thô dự kiến Chọn quy trình sản xuất dầu gốc do Nguyễn Thị Hoài Giang đề xuất để sản xuất dầu gốc cho quá trình nghiên. .. của dầu cá đồng thời làm tăng được khả năng bảo quản của dầu cá Nguyên tắc chung của việc hydrogen hóa dầu cá là: dùng phản ứng hydrogen có xúc tác thích hợp làm no hóa các nối đôi trong phân tử triglycerid Khi đó dầu sẽ xuất hiện các tính chất mới mà trước đó không có và chuyển từ dạng lỏng sang dạng rắn * Quy trình công nghệ tinh chế dầu cá Trong công nghiệp sử dụng hại loại sơ đồ tinh luyện dầu: tinh. .. nhiều công trình nghiên cứu nhiên liệu biodiesel từ dầu thực vật như dầu đậu nành, dầu hạt cao su, dầu mè… Qua chạy thực nghiệm trên động cơ máy phát điện và ô tô chạy bằng dầu diesel (dầu mỏ) để sử dụng, hàm lượng các chất độc hại trong khí thải đều nằm trong khuôn khổ cho phép Do đó có thể sử dụng 5% - 20% biodiesel cho máy phát điện, 20% biodiesel cho ô tô không ảnh hưởng đến cấu tạo và chế độ làm việc... gốc cho quá trình nghiên cứu xây dựng quy trình tinh chế dầu gốc thô Sơ đồ quy trình được thể hiện ở hình 2.1 Thuyết minh quy trình:  Trung hòa: Mục đích để khử sạch acid béo tự do có trong dầu Dầu cá nguyên liệu có chỉ số acid Xa= 2.418 mgKOH/g dầu, tiến hành trung hòa bằng dung dịch NaOH 9%, với hệ số NaOH dư là =1.2% Quá trình trung hòa tiến hành như sau: Nâng nhiệt độ khối dầu lên t = 40 – 450C,... được methylester thô (dầu gốc thô) 24 Dầu cá nguyên liệu Dung dịch NaOH 9% t0 = 400C – 450C Tkhuấy= 15 phút Trung hòa 2 lần nước muối 10% 1 lần nước cất trửa=90950C, lắng 40 phút Rửa Khử mùi bằng hơi nước Tách nước Làm nguội Tỉ lệ methanol 35% Hàm lượng NaOH 20g/l t= 550C, = 100 phút v= 1000 vòng/phút Chuyển hóa Tách pha Dầu gốc thô Hình 2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất dầu gốc (Đề tài tốt nghiệp... liệu về tinh chế dầu chúng tôi xin đề xuất quy trình tinh chế dầu dự kiến thể hiện ở hình 2.2 Thuyết minh quy trình dự kiến cho quy trình tinh chế dầu  Tách pha: Đổ hỗn hợp sau chuyển hóa vào phễu chiết để cho quá trình tách pha diễn ra Sau một thời gian ta quan sát thấy hai pha tách ra một cách rõ rệt Pha nặng hơn nằm ở dưới chủ yếu là glycerine, pha nhẹ hơn nằm ở trên chủ yếu là methyelster thô Tách... 2.2: Sơ đồ quy trình tinh chế dầu dự kiến 2.2.3.2 Bố trí thí nghiệm 27 Bố trí thí nghiệm chung cho quá trình nghiên cứu Hỗn hợp sau chuyển vị ester Tách pha Đông Lạnh T1 Thường T3 T2 T4 Rửa dầu Nước thường Nước gia nhiệt Khử acid béo Sấy khử nước Sấy chân không Sấy thường Có khuấy t1 T1 t2 T2 Không khuấy t1 t2 t3 t4 t3 t4 P1 P2 P3 P4 T3 T4 T1 T2 T3 T4 Tẩy màu Ly tâm Dầu gốc tinh chế 28 * Bố trí thí... thiệu về phương pháp tinh chế dầu [1], [2], [3] Dầu mỡ thô lấy ra từ các nguyên liệu động thực vật, ngoài glycerid, còn chứa một số tạp chất khác; do đó làm cho dầu mỡ chưa thể đạt các yêu cầu sử dụng trong công nghiệp cũng như trong thực phẩm Mặt khác những tạp chất đó có thể gây ra những biến đổi làm ảnh hưởng chất lượng dầu mỡ trong khi cất giữ bảo quản Mục đích của tinh chế là dùng các phương pháp... lẫn vào trong dầu Lượng này được tính theo công thức: 40 X=M×A×α × 100 × 56,11 B Trong đó : X: lượng NaOH cần dùng M: lượng dầu cần khử acid béo tự do A: chỉ số acid của dầu (mgKOH/g dầu) Hệ số chuyển từ KOH sang NaOH B: độ tinh khiết của NaOH α: Hệ số kiềm dư Hệ số kiềm dư để đảm bảo cho dầu được khử axit, khử màu và tạp chất triệt để Hệ số kiềm dư phụ thuộc vào chất lượng của dầu Nếu dầu cá chất lượng . hóa dầu để sản xuất dầu DO, mỡ bôi trơn. Theo hướng nghiên cứu này em được khoa chế biến giao cho thực hiện đề tài: Nghiên cứu tinh chế dầu gốc từ dầu gốc thô . Mục tiêu của đề tài là nghiên. định các thông số tối ưu cho quá trình tinh chế dầu gốc từ dầu gốc thô: chọn thời gian tách pha, xác định chế độ rửa,… 3) Đề xuất quy trình tinh chế và đánh giá chất lượng dầu gốc đã tinh chế. . 2.2.3.1. Quy trình tinh chế dầu gốc thô dự kiến 23 2.2.3.2. Bố trí thí nghiệm 27 PHẦN III 33 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN 33 3.1. KẾT QUẢ KIỂM TRA DẦU CÁ BASA BAN ĐẦU VÀ DẦU GỐC THÔ 33 3.2.