Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng Biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su cho động cơ tĩnh tại

PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU DIESEL TRỘN BIODIESEL VỚI TỈ LỆ 10%, 15%, 20%..... Mục tiêu: - Xây dựng quy trình tinh chế dầu hạ

-i-

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ

CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG

BIODIESEL CÓ NGUỒN GỐC TỪ DẦU HẠT CAO

SU CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI

Mã số: Đ2015-02- 113

Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Dương Việt Dũng

Đà Nẵng, 9/2016

-ii-

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

BÁO CÁO TÓM TẮT

ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ CẤP ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

NGHIÊN CỨU, ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG SỬ DỤNG BIODIESEL CÓ NGUỒN GỐC TỪ DẦU HẠT CAO

SU CHO ĐỘNG CƠ TĨNH TẠI

Mã số: Đ2015-02- 113

Xác nhận của cơ quan chủ trì đề tài Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên, đóng dấu) (ký, họ và tên)

Đà Nẵng, 9/2016

Header Page 1 of 145.

Footer Page 1 of 145.

DANH SÁCH THÀNH VIÊN NGHIÊN CỨU VÀ

ĐƠN VỊ PHỐI HỢP

I CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI

Họ và tên: PGS.TS Dương Việt Dũng

Đơn vị công tác:Khoa Cơ khí Giao thông-Trường Đại

học Bách Khoa

II NHỮNG THÀNH VIÊN THAM GIA NGHIÊN

CỨU ĐỀ TÀI

TT Họ và tên

Đơn vị công tác và lĩnh vực chuyên môn

Nội dung nghiên cứu

cụ thể được giao

1

2

3

TS Nguyễn Thị

Thanh Xuân

ThS Nguyễn Quang

Trung

ThS Huỳnh Tấn Tiến

Khoa Hóa

Khoa Cơ khí Giao thông

Phòng HCN&HTQT

Qui trình chiết suất biodiessel Nghiên cứu tổng quan

Nghiên cứu

lý thuyết

4

5

ThS Võ Anh Vũ

Nguyễn Mạnh Cường

Trung tâm

UD năng lượng thay thế

Trường Đại học Sư phạm Hưng Yên

Nghiên cứu thực nghiệm

Nghiên cứu thực nghiệm

II ĐƠN VỊ PHỐI HỢP

Header Page 2 of 145.

-iii-

MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT V

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU VI

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VII

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS X

MỞ ĐẦU 1

1.1 TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL 2

1.1.1 Giới thiệu chung về Bodiesel 2

1.1.2 Thành phần hóa học và tính chất ly hóa 3

1.1.3 Tính chất của hạt cao su 3

1.2 KHẢ NĂNG SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG BIODIESSEL TỪ HẠT CAO SU 3

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN BIODIESEL TỪ HẠT CAO SU 4

2.1 QUY TRÌNH THU NHẬN DẦU THÔ 4

2.2.1 Sơ đồ khối 4

2.2.2 Các quá trình thực hiện 4

2.2.3 Phương pháp chiết Soxhlet 8

2.2.4 Phương pháp làm sạch dầu 9

.3 QUÁ TRÌNH TẠO BIODIESEL TỪ DẦU THÔ HẠT CAO SU 9

2.3.1 Sơ đồ quy trình 9

2.3.2 Các quá trình thực hiện 10

CHƯƠNG 3 NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 11

3.1.1 Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm băng thử Froude 11

3.1.2 Động cơ Vikyno EV2600 11

3.1.3 Thiết bị đo tiêu hao nhiên liệu 733 11

3.1.4 Phần mềm Labview 12

-iv- 3.2 QUY TRI ̀ NH THƯ ̣ C NGHIÊ ̣ M TRÊN BĂNG THƯ ̉ FROUNDE 12

3.2.1 Trình tự thực nghiệm 12

3.3 KẾT QUẢ THÍ NGHIỆM 12

3.3.1 Xây dựng đường đặc tính tốc độ động cơ với nhiên liệu diesel truyền thống 12

3.3.2 Xây dựng đường đặc tính tốc độ động cơ với nhiên liệu biodiesel B10 14

3.3.3 Xây dựng đường đặc tính tốc độ động cơ với nhiên liệu biodiesel B15 16

3.3.4 Xây dựng đường đặc tính tốc độ động cơ với nhiên liệu biodiesel B20 18

CHƯƠNG 4 PHÂN TÍCH VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 20

4.1 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ CÔNG SUẤT CỦA ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU DIESEL TRỘN VỚI BIODIESEL VỚI TỈ LỆ 10%, 15%, 20% 20

4.2 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ KHI SỬ DỤNG CÁC LOẠI NHIÊN LIỆU DIESEL TRỘN BIODIESEL VỚI TỈ LỆ 10%, 15%, 20% 23

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 26

Header Page 3 of 145.

Footer Page 3 of 145.

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

B10 Nhiên liệu biodiesel-diesel

chứa 10% thể tích biodiesel

- B15 Nhiên liệu biodiesel-diesel

chứa 15% thể tích biodiesel

-

B20 Nhiên liệu biodiesel-diesel

chứa 20% thể tích biodiesel

- B25 Nhiên liệu biodiesel-diesel

chứa 25% thể tích biodiesel

- B30 Nhiên liệu biodiesel-diesel

chứa 30% thể tích biodiesel

- ASTM Hiệp hội thử nghiệm và vật

liệu Hoa Kỳ

-

DANH MỤC BẢNG BIỂU VÀ HÌNH VẼ

Hình 3 1 Sơ đồ bố trí thiết bị thí nghiệm băng thử Froude 11

Hình 3 3 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 30% 13

Hình 3 4 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 50% 13

Hình 3 5 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ - 70% 13

Hình 3 6 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 90% 14

Hình 3 7 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 30% 14

Hình 3 8 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 50% 15

Hình 3 9 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 70% 15

Hình 3 10 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 90% 16

Hình 3 11 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 30% 16

Hình 3 12 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 50% 17

Hình 3 13 Đồ thị đặc tính tốc độ động cơ ở 70% 17

Hình 4 1 Đồ thị công suất của B10, B15, B20 và DO ở 30 20

Hình 4 2 Đồ thị mômen của B10, B15, B20 và DO ở 30 20

Hình 4 3 Đồ thị công suất của B10, B15, B20 và DO ở 50 21

Hình 4 4 Đồ thị mô men của B10, B15, B20 và DO ở 50 21

Hình 4 5 Đồ thị công suất của B10, B15, B20 và DO ở 70 22

Hình 4 6 Đồ thị mô men của B10, B15, B20 và DO ở 70 22

Hình 4 7 Đồ thị công suất của B10, B15, B20 và DO ở 90 23

Hình 4 8 Đồ thị mô men của B10, B15, B20 và DO ở 90 23

Hình 4 10 Đồ thị tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi ở 30 24

Hình 4 12 Đồ thị tiêu hao nhiên liệu của động cơ khi ở 50 24

Header Page 4 of 145.

-vii-

THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

1 Thông tin chung:

- Tên đề tài: Nghiên cứu, đánh giá khả năng sử dụng

biodiesel có nguồn gốc từ dầu hạt cao su cho động cơ

tĩnh tại

- Mã số: Đ2015-02-13

- Chủ nhiệm: Dương Việt Dũng

- Thành viên tham gia: 1 Nguyễn Thị Thanh Xuân

2 Nguyễn Quang Trung

3 Huỳnh Tấn Tiến

4 Võ Anh Vũ

5 Nguyễn Mạnh Cường

- Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Bách khoa – Đại học

Đà Nẵng

- Thời gian thực hiện: Từ 01 tháng 10 năm 2015 đến 30

tháng 9 năm 2016

2 Mục tiêu:

- Xây dựng quy trình tinh chế dầu hạt cao su thành nhiên

liệu sinh học biodiesel;

- Nghiên cứu đánh giá khả năng sử dụng dầu từ hạt cao su

làm nhiên liệu (biodiesel) cho động cơ diesel

3 Tính mới và sáng tạo:

- Bổ sung thêm nguồn nhiên liệu sinh học cho động cơ

diesel nhằm thực hiện chiến lược phát triển nhiên liệu sinh

học của chính phủ

-viii-

- Tăng giá trị sử dụng cho cây cao su là loại cây công nghiệp phổ biến của nước ta với sản lượng mũ cao su tăng nhanh từ 220 ngàn tấn năm 1996 đến nay tăng hơn 1,043 triệu tấn

4 Tóm tắt kết quả nghiên cứu:

Quá trình nghiên cứu của nhóm đã thành công trong việc chiết suất và este hóa dầu từ hạt cao su thành Biodiesel, có khã năng năng sử dụng trong thực tế với năng suất tương đối cao với 100kg hạt thô thu được 15kg Biodiesel và đã

có những đánh giá sơ bộ giữa nhiên liệu Diesel và nhiện liệu B10 về đặc tính kỹ thuật của động cơ Bên cạnh đó nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo bộ thay đổi góc phun của động cơ có thể sử dụng trong thí nghiệm

5 Tên sản phẩm:

- Quy trình sản xuất Biodiesel từ hạt cây Cao Su

- Đặc tính động cơ diesel sử dụng biodiesel (B10-B30)

- 01 Bài báo đăng trên tạp chí trong nước

6 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết quả nghiên cứu và khả năng áp dụng:

Hiệu quả:

- Nguồn tư liệu phục vụ quá trình đào tạo cho sinh viên, học viên cao học, nghiên cứu sinh thuộc chuyên ngành Kỹ thuật Cơ khí Động lực;

- Tạo ra nguồn nhiên liệu với giá thành rẻ;

- Nâng cao tính kinh tế cho việc trồng cây cao su;

Header Page 5 of 145.

Footer Page 5 of 145.

- Góp phần giải quyết những vấn đề an ninh năng lượng và

bảo vệ môi trường

Phương thức chuyển giao:

- Quy trình công nghệ chế biến dầu từ hạt cao su được

chuyển giao cho Tập đoàn cao su Việt Nam

7 Hình ảnh, sơ đồ minh họa chính

Ngày 15 tháng 9 năm 2016

Cơ quan Chủ trì

(ký, họ và tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài

(ký, họ và tên)

INFORMATION ON RESEARCH RESULTS

1 General information:

Project title: Research, evaluation for ability to use the biodiesel is origin from the oil of rubber seed for stationary engine

Code number: D2015-02-137

Project Leader: Duong Viet Dung Coordinator: 1 Nguyen Thi Thanh Xuan

2 Nguyen Quang Trung

3 Huynh Tan Tien

4 Vo Anh Vu

5 Nguyen Manh Cuong Implementing institution: University of Science and Technology-The University of Danang

Duration: From October 1st, 2015 to September 30th, 2016

2 Objective(s):

- Build the processing to refine the rubber seed oil into biodiesel

- Assess the ability to use the rubber seed oil as the fuel (biodiesel) for diesel engine

3 Creativeness and innovativeness:

- Adding the biofuel source for diesel engine with target to

do the strategic to develop the biofuel of Vietnam Government

Header Page 6 of 145.

-xi-

- Improve the used value for rubber tree, which is popular

industry tree in Vietnam With the rubber caps output is

increased from 220 thousand tons in 1996 to 1,043 million

tons in current

4 Research results:

The project research to use the mixture of rubber seed oil

and diesel oil for Vikyno EV2600-NB engine Our

research processing has succeeded in extraction and

esterified for the rubber seed oil into biodiesel, able to use

in practice with high productivity, from 100kg of coarse

particles collect 15kg of biodiesel Addition, we have

some preliminary evaluation between diesel and B10 for

about specification of engine Besides, we have been

research, design, and manufacturing the injection angle

controller of engine to use in experiment

5 Products:

- Biodiesel production processing from seed rubber

- Feature of diesel engine when it uses Biodiesel

(B10-B30)

- 01 Articles is published in the country

6 Effects, transfer alternatives of reserach results and

applicability:

 Effecitve:

-xii-

- The data source to serve training processing for the ungraduate student, graduate student in field of Internal Combustion Engine

- Create the fuel with the cheap cost

- Enhance the economic for the rubber plantations

- Contribute to solve the problem of the energy security and the environment protection

 Method of delivery:

- Technology processing to make the oil from rubber seeds is transferred to the Rubber Vietnam Group

Header Page 7 of 145.

Footer Page 7 of 145.

MỞ ĐẦU

1 TÍNH CẤP THIẾT

Trong bối cảnh nguồn nguyên liệu hạt cao su có sẵn, với

khả năng cung ứng lớn từ diện tích trồng cây cao su rộng

khắp cả nước kết hợp với giá thành đầu vào của nguồn

nguyên liệu hạt cao su thấp thì việc sản xuất và ứng dụng

biodieesel từ hạt cao su sẽ bổ sung thêm nguồn nhiên liệu

sinh học cho động cơ diesel nhằm thực hiện chiến lược

phát triển nhiên liệu sinh học của chính phủ

2 MỤC TIÊU

Xây dựng quy trình tinh chế dầu hạt cao su thành nhiên

liệu sinh học biodiesel; Nghiên cứu đánh giá khả năng sử

dụng dầu từ hạt cao su làm nhiên liệu (biodiesel) cho động

cơ diesel

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI

- Động cơ diesel sử dụng nhiên liệu Biodiesel từ hạt cao

su

- Nghiên cứu tổng hợp dầu từ hạt cao su và đánh giá khả

năng sử dụng Biodiesel B15 đến B30 trong động cơ diesel

có buồng cháy thống nhất

4 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

- Tổng quan về tình hình nghiên cứu nhiên liệu

biodiesel

- Nghiên cứu lý thuyết

- Nghiên cứu thực nghiệm

- Phân tích kết quả thực nghiệm

Chương 1 NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT ĐÁNH GIÁ KHẢ SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG DẦU BIODIESEL TỪ HẠT CAO SU 1.1 TÍNH CHẤT CỦA NHIÊN LIỆU BIODIESEL 1.1.1 Giới thiệu chung về Bodiesel

1.1.1.1 Nguyên liệu sản xuất Biodiesel

Nguyên liệu sản xuất biodiesel chủ yếu đi từ dầu mỡ động thực vật và dầu đã qua sử dụng

Hiện nay việc tranh cãi về cân bằng giữa an ninh lương thực và an ninh năng lượng đã dẫn đến việc sử dụng các nguồn dầu thực vật không dùng trong thực phẩm cũng như các nguồn dầu thực vật không dùng trong thực phẩm cũng như các nguồn dầu mỡ phế thải làm nguyên liệu để sản xuất biodiesel

1.1.1.2 Sản xuất biodiesel theo phương pháp trao đổi este

Cơ sở hóa học:

COO CH

COO CH COO CH

2

2 + 3ROH

COOR COOR COOR

CH CH CH

2

2

OH OH OH

+

Triglyxerit + ROH  diglyxerit + R 1 COOR Diglyxerit + ROH  monoglyxerit + R 2 COOR Monoglyxerit + ROH  glyxerin + R 3 COOR

1.1.1.3 Ưu nhược điểm của việc sử dụng Biodiesel

Giảm lượng phát thải khí CO2,CO, SOx , HC chưa cháy, bồ

Header Page 8 of 145.

-3-

hóng giảm đi đáng kể nên có lợi rất lớn đến môi trường và

sức khỏe con người Không chứa HC thơm nên không gây

ung thư

Biodiesel có nhiệt độ đông đặc cao hơn diesel một ít gây

khó khăn cho các nước có nhiệt độ thấp vào mùa đông

Tuy nhiên đối với các nước nhiệt đới, như Việt Nam chẳng

hạn thì không đáng kể

1.1.2 Thành phần hóa học và tính chất ly hóa

1.1.2.1 Thành phần hoá học

1.1.2.2 Tính chất vật lý

1.1.3 Tính chất của hạt cao su

Thành phần dầu cao su thu được: chứa trên 90% gốc axit

có mạch C18 và phân tử lượng khoảng 870 ± 10 (Kg/m3);

chỉ số iốt 130 ± 5 gam iốt/100g; chỉ số xà phòng 185 ± 5

mg KOH/g; axit béo bảo hoà (gồm axit palmitic và Stearic)

và axit béo không bảo hoà (gồm axit oleic, linoleic và

linolenic)

1.2 KHẢ NĂNG SẢN XUẤT VÀ ỨNG DỤNG

BIODIESSEL TỪ HẠT CAO SU

Hiện nay dầu hạt cao su được sản xuất công nghiệp tại khu

công nghiệp Biên Hòa, Đồng Nai Bên cạnh đó tất cả các

hóa chất được sử dụng trong quá trình sản xuất là các hóa

chất tinh khiết thương mại

-4-

Chương 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN

Qui trình chế biến hạt cao su nhằm tách chất béo trong nhân hạt cao su với hiệu suất cao nhất hạn chế các tạp chất, cặn và nước

2.1 QUY TRÌNH THU NHẬN DẦU THÔ 2.2.1 Sơ đồ khối

2.2.2 Các quá trình thực hiện

2.2.2.1 Quá trình thu nhặt quả cao su và phân loại hạt

Hình 2 1 Sơ đồ khối quy trình thu nhận dầu thô

Header Page 9 of 145.

Footer Page 9 of 145.

Quả cao su thuộc loại quả nang, có lớp vỏ dày cứng, bên

trong có chứa các hạt cao su, có 2 thời điểm thu hoạch quả

là vào tháng 8-9 hoặc tháng 2-3

2.2.2.2 Tách vỏ

Tách nhân ra khỏi vỏ, giúp cho quá trình ép thực hiện dễ

dàng hơn Việc loại bỏ các mảnh vỏ còn sót trong nhân hạt

sẽ làm tăng năng suất làm việc của thiết bị, chống mòn các

bộ phận làm việc của máy Hơn nữa, vỏ của hạt cao su vốn

dĩ không có dầu, nếu vỏ còn lại quá nhiều sẽ hấp thụ dầu,

giảm hiệu suất quá trình ép Ngoài ra, việc tách vỏ hạt còn

giúp giảm thời gian lọc vì lượng cặn dầu

2.2.2.3 Nghiền

Hạt được nghiền thủ công làm mịn, sau đó được sàng qua

thiết bị sàng với đường kính lỗ 2mm

2.2.2.4 Chưng sấy

Các giai đoạn của quá trình chưng sấy:

- Sau khi đun nước sôi ta cho các mẫu hạt chuẩn bị sẵn

vào nồi hấp với các thời gian khác nhau 20 phút, 40 phút,

60 phút , 70 phút và 80 phút làm ẩm bột trong lúc đun nóng

để nước có thể phân phối đều trong bột Lúc này, lực liên

Hình 2 2 Quả và hạt cao su

kết của dầu trên bề mặt giảm, sau làm ẩm độ ẩm bột đạt khoảng 25-27%

- Trong quá trình chưng sấy có hiện tượng tự xông hơi:

đó là do nước từ lớp bột phía dưới tạo thành hơi bốc lên lớp bột phía trên trong nồi chưng sấy, do đó bột chưng sấy đồng đều hơn về kích thước, nhiệt độ và độ ẩm Đồng thời phá vỡ thêm cấu trúc tế bào chứa dầu, góp phần làm tăng hiệu suất tách dầu từ bột ép

2.2.2.5 Quá trình ép

ren-đai ốc, trục ren gắn với tay quay và piston, đai ốc gắn chặt với xilanh

Kết quả các mẫu dầu thô thu được sau khi ép :

Hình 2.3 Mẫu 2 với thời gian ép 40 phút và sau lần lượt

24h,48h,72(từ trái qua phải)

Header Page 10 of 145.