Một nhà máy năng lượng tái tạo thu mua dầu ăn đã qua sử dụng để sản xuất Biodiesel. Lô nguyên liệu WCO-L45 sau khi lọc bỏ cặn cơ học có các thông số kỹ thuật sau:
– Thành phần chính: Triglyceride của các acid béo palmitic acid, oleic acid và linoleic acid.
– Tạp chất: Acid béo tự do, nước, còn lại là tạp chất trơ.
– Chỉ số acid (số mg KOH cần để trung hòa hết lượng acid tự do trong 1 gam mẫu): 6,0.
Quy trình sản xuất sử dụng phản ứng trao đổi ester với methanol (dư 40% so với lý thuyết), xúc tác KOH ở 60°C. Để phản ứng xảy ra hiệu quả, kỹ sư phải tính toán lượng KOH tổng cộng bao gồm: lượng cần để trung hòa acid tự do và lượng cần để làm xúc tác (1% khối lượng dầu).
Kết quả sắc ký khí (GC) một mẫu thành phẩm hỗn hợp methyl ester (đã tinh chế sạch) cho thấy tỉ lệ mol của methyl palmitate : methyl oleate : methyl linoleate là 3 : 4 : 2.
a) Nếu không trung hòa hết acid béo tự do trước hoặc trong quá trình phản ứng, sự hình thành xà phòng sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi biodiesel do nhũ hóa khó tách lớp.
b) Chỉ số acid của dầu nguyên liệu càng cao thì lượng methanol tiêu thụ lý thuyết càng thấp vì hàm lượng triglyceride trong mẫu giảm đi.
c) Dựa trên tỉ lệ mol sản phẩm, chỉ số iodine của mẫu biodiesel này xấp xỉ 86 (chỉ số iodine là số gam I2 phản ứng với 100 gam mẫu).
d) Để xử lý 1 tấn dầu WCO-L45 nói trên, tổng lượng hóa chất KOH rắn (độ tinh khiết 90%) cần nạp vào thiết bị phản ứng tối thiểu là 17,78 kg.
(a) Đúng, xà phòng là chất nhũ hóa rất mạnh sẽ kéo biodiesel và glycerol phân tán vào nhau gây khó khăn cho quá trình phân tách lớp và rửa sạch sản phẩm, từ đó giảm hiệu suất thu hồi.
Chú ý: Hiện tượng nhũ hóa là quá trình phân tán một chất lỏng này thành những hạt vô cùng nhỏ vào bên trong một chất lỏng khác mà thông thường chúng không hòa tan vào nhau.
(b) Đúng, theo quy trình trên thì acid béo tự do được trung hòa bởi KOH, chỉ triglyceride phản ứng với CH3OH. Vì vậy khi acid béo tự do nhiều thì triglyceride giảm xuống, kéo theo CH3OH cũng giảm.
(c) Sai
Tự chọn nC15H31COOCH3 = 3; nC17H33COOCH3 = 4; nC17H31COOCH3 = 2
—> m = 3.270 + 4.296 + 2.294 = 2582 gam
nI2 phản ứng = 4 + 2.2 = 8 mol —> mI2 = 2032 gam
Chỉ số iodine của biodiesel = 100.2032/2582 = 78,7 g/100g
(d) Đúng
Để trung hòa acid béo tự do trong 1 tấn dầu (106 gam) cần mKOH = 106 g × 6 mg/1g = 6.106 g = 6 kg
mKOH dùng làm xúc tác = 1.1% = 0,01 tấn = 10 kg
—> mKOH tổng = 16 kg
—> mKOH lẫn tạp = 16/90% = 17,78 kg