Đồ án Nghiên cứu tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng làm nhiên liệu sinh học

78 trang phuongvu95 10921

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Nghiên cứu tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng làm nhiên liệu sinh học", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_nghien_cuu_tach_chiet_dau_vo_hat_dieu_va_ung_dung_lam.pdf

Nội dung text: Đồ án Nghiên cứu tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng làm nhiên liệu sinh học

BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG o0o NGUYỄN THỊ THANH HIẾU NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT DẦU VỎ HẠT ĐIỀU VÀ ỨNG DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG Nha Trang, tháng 06 năm 2014
BỘ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG VIỆN CÔNG NGHỆ SINH HỌC VÀ MÔI TRƯỜNG o0o NGUYỄN THỊ THANH HIẾU NGHIÊN CỨU TÁCH CHIẾT DẦU VỎ HẠT ĐIỀU VÀ ỨNG DỤNG LÀM NHIÊN LIỆU SINH HỌC ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG GVHD: PGS.TS NGÔ ĐĂNG NGHĨA Nha Trang, tháng 06 năm 2014
i LỜI CẢM ƠN Trong suốt thời gian thực tập ở phòng thí nghiệm, được sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của thầy cô, gia đình và bạn bè, cùng với những kiến thức tích lũy được trong 4 năm học đến nay em đã hoàn thành đề tái tốt nghiệp của mình. Với lòng biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn: Thầy PGS.TS Ngô Đăng Nghĩa, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện tốt nhất cho em trong quá trình hoàn thành đề tài này. Quý thầy cô Viện Công nghệ sinh học và Môi trường, trường Đại học Nha Trang đã dạy bảo em trong suốt thời gian học tại trường, và nhiệt tình chỉ bảo em trong thời gian làm đề tài. Cán bộ phụ trách phòng thí nghiệm công nghệ môi trường, phòng công nghệ sinh học, phòng hóa – vi sinh, phòng sắc ký đã tạo điều kiện thuận lợi nhất cho em trong thí nghiệm nghiên cứu. Cảm ơn anh Huy, giám đốc công ty Casanco đã nhiệt tình giúp đỡ. Cảm ơn gia đình và bạn bè đã tạo điều kiện, giúp đỡ và động viên em hoàn thành đồ án tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn! Nha trang, tháng 06 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Thanh Hiếu
ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT iv DANH MỤC BẢNG BIỂU v DANH MỤC HÌNH vi MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 3 1.1. Đặc điểm sinh học cây điều. 3 1.1.1. Phân loại và nguồn gốc . 3 1.1.2. Đặc điểm thực vật 4 1.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ điều ở Việt Nam 7 1.2. Nhân hạt điều 10 1.2.1. Quy trình sản xuất nhân điều 11 1.2.2. Các phương pháp xử lý tách nhân điều 14 1.2.2.1. Phương pháp dùng nhiệt 14 1.2.2.2. Các phương pháp chế biến khác 15 1.2.3. Vấn đề môi trường trong sản xuất hạt điều 15 1.3. Tổng quan về vỏ và dầu vỏ hạt điều 17 1.3.1. Vỏ hạt điều và hướng sử dụng vỏ hạt điều 17 1.3.2. Thành phần, tính chất dầu vỏ hạt điều 18 1.3.3. Ứng dụng dầu vỏ hạt điều 22 1.3.4. Tình hình sản xuất, tiềm năng và triển vọng của dầu vỏ hạt điều ở nước ta. 23 1.4. Tổng quan về quá trình tách dầu điều 25 1.4.1. Giới thiệu về phương pháp ép 25 1.5. Tổng quan về nhiên liệu sinh học 27 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 30 2.1. Đối tượng nghiên cứu: 30 2.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 30
iii 2.3. Quy trình thí nghiệm 31 2.4. Phương pháp tiến hành 34 2.4.1. Chuẩn bị nguyên liệu 34 2.4.2. Chiết tách dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp ép cơ học 34 2.4.3. Trích ly dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp chiết Soxhlet 36 2.4.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết. 38 2.4.5. Xác định các chỉ số hóa - lý của dầu vỏ hạt điều. 40 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu 41 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 42 3.1. Kết quả khảo sát độ ẩm nguyên liệu 42 3.2. Kết quả tách chiết dầu vỏ hạt điều 42 3.2.1. Kết quả hàm lượng CNSL thu được từ phương pháp ép. 42 3.2.2. Chiết dầu vỏ hạt điều bằng dung môi 44 3.3. Thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết CNSL với dung môi n-hexan. 47 3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly. 47 3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết. 49 3.4. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều. 50 3.4.1. Hàm lượng nước 51 3.4.2. Hàm lượng tro 51 3.4.3. Tỷ trọng 52 3.4.4. Xác định độ nhớt 52 3.4.5. Xác định chỉ số Acid: 53 3.4.6. Nhiệt độ chớp cháy cốc hở 54 3.4.7. Nhiệt trị 54 3.5. So sánh với các dầu thực vật được ứng dụng làm nhiên liệu sinh học khác 55 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 56 Kết luận 56 Kiến nghị 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC
iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT CNSL: Cashew nut shell liquid DVHĐ : Dầu vỏ hạt điều NL/DM: Nguyên liệu/dung môi NN & PTNT: Nông nghiệp và phát triển nông thôn VHĐ: Vỏ hạt điều g: gam h: giờ
v DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. 1 Thị trường xuất khẩu hạt điều của Việt Nam 11 tháng đầu năm 2012 (ĐVT: USD). 8 Bảng 1. 2 Đặc tính một số loại dầu vỏ hạt điều thương phẩm 19 Bảng 1. 3 Thành phần các chất có trong DVHĐ 21 Bảng 1. 4 Các nghiên cứu và các ứng dụng chính của DVHĐ 23 Bảng 1. 5 Sử dụng dầu thực vật các loại trên thế giới, năm 2011 29 Bảng 3. 1 Độ ẩm nguyên liệu vỏ hạt điều 42 Bảng 3. 2 Kết quả hàm lượng dầu trong vỏ hạt điều bằng phương pháp ép 42 Bảng 3. 3 Kết quả hàm lượng dầu trong vỏ hạt điều thu được bằng phương pháp chiết dung môi 44 Bảng 3. 4 Hàm lượng dầu vỏ hạt điều thu được khi chiết bằng n-hexan theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) 47 Bảng 3. 5. Hàm lượng CNSL khi chiết trong n-hexan theo thời gian 49 Bảng 3. 6. Một số chỉ tiêu hóa lý của CNSL 50 Bảng 3. 7. Kết quả đo độ nhớt ở các tốc độ quay 53 Bảng 3. 8 Bảng so sánh các chỉ tiêu của một số loại dầu thực vật được ứng dụng làm nhiên liệu sinh học. 55
vi DANH MỤC HÌNH Hình 1. 1 Cây điều và quả điều 4 Hình 1. 2 Cấu tạo quả điều 6 Hình 1. 3 Sự thay đổi diện tích trồng điều ở nước ta giai đoạn 2000-2013. 7 Hình 1. 4 Nhân hạt điều 10 Hình 1. 5 Quy trình sản xuất nhân hạt điều. 12 Hình 1. 6. Cấu tạo vỏ hạt điều 17 Hình 1. 7 Thành phần vỏ hạt điều 17 Hình 1. 8 Cấu tử chính trong dầu vỏ hạt điều 20 Hình 1. 9 Ép dầu vỏ hạt điều tại công ty Donafoods. 24 Hình 1. 10. Tỷ lệ sử dụng dầu thực vật để sản xuất nhiên liệu sinh học ở một số nước 28 Hình 2. 1 Vỏ hạt điều sau chao dầu và tách nhân. 30 Hình 2. 2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm 32 Hình 2. 3 Máy ép thủy lực 34 Hình 2. 4 Cối ép 35 Hình 2. 5 Bộ chiết Soxhlet 36 Hình 2. 6. Quy trình chiết dung môi 37 Hình 2. 7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát tỷ lệ NL/DM 38 Hình 2. 8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát điều kiện thời gian chiết 39 Hình 2. 9 Máy đo độ nhớt 40 Hình 3. 1 Vỏ hạt điều trước và sau khi ép lấy dầu 43 Hình 3. 2 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp ép. 43 Hình 3. 3 Dầu vỏ hạt điều thu được bằng phương pháp chiết dung môi hexan. 45 Hình 3. 4 Vỏ hạt điều trước và sau khi chiết bằng dung môi hexan. 45 Hình 3. 5 Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu suất trích ly. 46 Hình 3. 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng dầu 48 Hình 3. 7. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng dầu 49
1 MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, nhóm cây công nghiệp đang ngày càng nổi bật trong cơ cấu kinh tế Việt Nam. Một trong số đó, nhân hạt điều với kim ngạch xuất khẩu đứng đầu thế giới và không ngừng tăng lên hằng năm. Năm 2013, Việt Nam xuất khẩu hạt điều đạt 261,0 nghìn tấn với kim ngạch gần 1,7 tỷ USD, tăng 17,9 % về lượng và tăng 12,0 % về kim ngạch so với năm 2012. Giá xuất khẩu bình quân năm 2013 của hạt điều đạt 6.305 USD/tấn, tăng 31,9 % so với năm 2012. Nếu tính cả mặt hàng dầu vỏ hạt điều và các sản phẩm hạt điều chế biến sâu thì cả năm 2013, kim ngạch xuất khẩu của ngành điều vào khoảng 1,8 - 1,9 tỷ USD.Riêng trong tháng 2/2014, xuất khẩu hạt điều cả nước ước đạt 9.000 tấn, với kim ngạch là 57 triệu USD. Tính chung 2 tháng đầu năm nay, khối lượng xuất khẩu đạt 28.000 tấn với giá trị 169 triệu USD, giảm 0,1 % về khối lượng, nhưng tăng hơn 2 % về giá trị so với cùng kỳ năm 2013. Khối lượng hạt điều xuất khẩu tháng 5/2014 ước đạt 23 nghìn tấn với giá trị đạt 151 triệu USD, đưa khối lượng xuất khẩu năm tháng đầu năm 2014 đạt 98 nghìn tấn với 618 triệu USD. Nhờ đó, Việt Nam tiếp tục là nước xuất khẩu nhân điều số một thế giới và đóng góp không nhỏ vào GDP quốc gia, cây điều trở thành một trong nhưng cây công nghiệp trọng điểm [3]. Với một lượng lớn nhân điều được xuất khẩu hằng năm, một vấn đề tồn tại song song là lượng vỏ hạt điều phế thải rất lớn, gây ô nhiễm môi trường nếu không xử lý đúng cách. Hiện nay, việc khai thác tiềm năng của vỏ hạt điều là chưa triệt để, bởi cho đến thời điểm này vỏ hạt điều chỉ được dùng để đốt, ép lấy dầu hay thu lấy dịch hạt điều (CNSL) sử dụng làm nguyên liệu trong sản xuất sơn cao cấp, sơn phủ bề mặt, vecni Một số cơ sở đốt bỏ vỏ hạt điều gây nên một số vấn đề môi trường nghiêm trọng. Thực tế hàm lượng vỏ hạt chiếm khoảng 60% toàn bộ hạt thu hoạch, tương ứng lượng vỏ thải ra hàng năm rất lớn vào khoảng 330.000 tấn/năm. Trong khi đó, vấn đề năng lượng đang là vấn đề cấp bách của toàn cầu. Việc tìm ra những nguồn nguyên nhiên liệu xanh, sạch, thay thế cho nguồn nhiên
2 liệu hóa thạch gây ô nhiễm môi trường, đang dần cạn kiệt không chỉ là mục tiêu, còn là trách nhiệm của toàn cầu. Một trong những giải pháp xử lý là nghiên cứu tái sử dụng, tận dùng vỏ hạt điều trong trong công nghiệp sẽ đem lại lợi nhuận lớn. Vì vậy, đề tài: “Nghiên cứu tách chiết dầu vỏ hạt điều và ứng dụng làm nhiên liệu sinh học” là vấn đề rất cần thiết, có ý nghĩa khoa học và thực tiễn lớn. Đề tài bao gồm các nội dung nghiên cứu sau: - Nghiên cứu chiết tách dầu từ vỏ hạt điều. - Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của dầu vỏ hạt điều. - Xác định đặc tính nhiên liệu của dầu vỏ hạt điều. Mục đích nghiên cứu: - Nghiên cứu các phương pháp tách chiết DVHĐ và xác định các đặc tính hóa lý, nhiệt trị để đánh giá khả năng ứng dụng làm nhiên liệu sinh học của DVHĐ. Ý nghĩa đề tài: - Kết quả nghiên cứu có thể xem là cơ sở bước đầu của việc xây dựng quy trình sản xuất DVHĐ trên quy mô công nghiệp cũng như cung cấp những dẫn liệu về tính chất, đặc tính của DVHĐ. Do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế cũng như khó khăn về điều kiện thực nghiệm nên mặc dù rất cố gắng song không tránh khỏi mắc những sai sót trong đề tài. Rất mong được sự chỉ bảo của quý thầy cô để đề tài hoàn thiện hơn.
3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1. Đặc điểm sinh học cây điều. 1.1.1. Phân loại và nguồn gốc . Cây điều có tên khoa học là Anacardium occidentale L, thuộc Bộ Rutales, họ thực vật Anacardiaceae (họ Xoài), chi Anacardium, loài Occidentale, tên Tiếng anh là Cashew nut tree. Ở các nước, tên gọi của cây điều và các sản phẩm của cây điều cũng khác nhau, như: Anacardio (Ý), Caju (Bồ Đào Nha), Cajou (Pháp), Acajuban (Đức), Kasoy (Philippines), Kaju (Ấn Độ), Jambumente (Indonesia). Ở Việt Nam có tên là cây điều hay đào lộn hột. Căn cứ vào màu sắc của quả thịt khi chín người ta phân biệt thành hai giống là điều đỏ và điều vàng. Cây điều có nguồn gốc từ vùng đảo Ăngti, miền Đông Bắc Brazil và lưu vực sông Amazon ở Nam Mỹ, dần dần cây điều được phân tán đến Châu Phi, Châu Á, Châu Úc. Người đầu tiên đã mô tả cây điều trong một chuyên khảo có tựa đề “The oddities of Antarctic France otherwise known as America and of many lands and islands discovered in outtimes” (1958) là tu sĩ kiêm nhà tự nhiên học người Pháp tên Thevet. Người Bồ Đào Nha là những người đầu tiên đưa cây điều từ Brazil đến châu Á và châu Phi. Ở châu Á, điều được đưa tới Goa (Ấn Độ) vào năm 1550 và tới Cochin 1578. Cây điều chịu được điều kiện khí hậu đa dạng và khắc nghiệt, là cây ưa nhiệt độ cao nhạy cảm với giá lạnh, khí hậu nhiệt đới một mùa khô rõ rệt là điều kiện thích hợp để cây phát triển tốt. Theo FAO, có 32 nước xuất khẩu điều thương mại, nhưng chỉ có 10 nước trồng điều nhiều nhất thế giới hiện nay là: Ấn Độ, Việt Nam, Brazil, Nigenia, Tanzania, Indonesia, Guinea Bissau, Cotolvore, Monzambique và Benin. Ở các tỉnh miền bắc và miền Trung nước ta, cây điều còn có tên là đào lộn hột. Điều du nhập vào nước ta từ thế kỷ 18, nhưng mãi đến năm 1975 mới chính thức là loại cây trồng có trong danh mục, khắc phục những rừng đồi bị phá hoại do chiến tranh gây nên. Diện tích điều từ đó tăng lên đến đầu năm 1990, cây điều trở thành loại cây
4 công ngiệp cho kinh tế cao, vừa phủ xanh đất trống đồi trọc vừa là cây xóa đói giảm nghèo. Hiện nay, Việt Nam được coi là nước xuất khẩu hạt điều lớn trên thế giới. [4]. 1.1.2. Đặc điểm thực vật Hình 1. 1 Cây điều và quả điều Cây điều sinh trưởng và phát triển từ vĩ độ 250 Bắc đến 250 Nam nhưng vùng sản xuất chủ yếu từ vĩ độ 150 Bắc đến 150 Nam. Cây điều được trồng ở 4 vùng sinh thái nông nghiệp: Đông Nam Bộ, Tây Nguyên, Duyên hải Trung Bộ, Đông bằng sông Cửu Long; trong đó, vùng Đông Nam Bộ chiếm khoảng 70% diện tích điều toàn quốc. Độ cao so với mặt nước biển của vùng đất trồng phụ thuộc vĩ độ, địa hình và tiểu vùng khí hậu. Độ cao thích hợp là dưới 600m so với mặt nước biển. Độ dài ngày và thời gian chiếu sáng không ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển cây điều. Cây điều có thể sống từ 50C - 450C nhưng nhiệt độ thích hợp nhất khoảng 270C. Điều thích nghi với lượng mưa dao động từ 400 mm – 5000 mm, thích hợp nhất là từ 1000 mm – 200 mm. Đối với cây điều , sự phân bố lượng mưa (mùa) quan trọng hơn lượng mưa vì cây điều cần ít nhất 2 tháng khô hạn hoàn toàn để phân hóa mầm hoa. Ẩm độ ít ảnh hưởng đến sinh trưởng phát triển cây điều, tuy nhiên trong thời kỳ ra hoa ẩm độ cao có thể làm bệnh thán thư và bọ xit gia tăng gây
5 khô bông và rụng quả non. Đất trồng thích hợp giàu chất hữu cơ, pH từ 6,3 – 7,3 và thoát nước tốt [5]. Cây điều có tuổi thọ lên tới 30-40 năm, thuộc lớp cây hai lá mầm, thân mộc, gỗ tương đối mềm và nhẹ. Rễ cọc, bộ rễ phát triển có thể đâm sâu tới 5m, rễ ngang ăn rộng đến 6m, nhờ vậy cây điều vẫn ra hoa kết quả trong suốt mùa khô kéo dài 5 – 6 tháng. Thân cao từ 8-12 m, trồng nơi đất tốt có thể đạt chiều cao tới 20m còn đất khô hạn, đất cát không chăm sóc cây cao không quá 6m. Thân phân cành sớm, cành mọc ngang ngay từ gốc với cả cành sơ cấp và thứ cấp, cành phát triển đầy đặn và tạo thành một tán hình ô xòe rộng tới 12 -15 m. Vỏ thân và vỏ nhánh có nhiều nhựa. Lá đơn nguyên, mọc so le, thường tập trung ở đầu cành, lá hình trứng đuôi lá nhọn, dài 15-20cm, rộng 8-12cm. Khi non, lá có màu xanh nhạt hoặc màu đỏ, già có màu xanh sậm. Hoa nhỏ màu vàng, mọc thành từng chùm. Trong một chùm có đến hàng ngàn hoa gồm hoa đực, hoa lưỡng tính và hoa cái thoái hóa, trong đó phần lớn là hoa đực, hoa lưỡng tính chiếm khoảng 14%, tỷ lệ này thay đổi theo điều kiện ngoại cảnh. Bao hoa có 5 cánh đều nhau, các nhị đực thẳng đứng trong đó chỉ có 1 – 2 nhị lớn là có khả năng thụ phấn. Nhụy cái là bầu đơn. Thời gian cây trổ hoa thường kéo dài trung bình 85,2 ngày. Hoa thụ phấn chéo nhờ gió và côn trùng, thời gian ra hoa kết trái là từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. Ngay sau khi được thụ phấn hoa điều có những biến đổi: noãn biến đổi thành hạt (nhân), bầu chuyển thành vỏ bao bọc quanh nhân để bảo vệ hạt. Nhân và vỏ quả tạo ra quả thật (hạt lộn ra ngoài) của cây điều, cuống và đế bông phồng lên phát triển thành quả giả [7]. Quả giả có hình trái lê, nặng 45 – 60 g, màu đỏ hồng hay vàng, cơm mềm và nhiều nước, vị thơm, ngọt, hơi chua và chát, ăn gắt cổ. Loại điều vàng thường có quả lớn hơn, nhiều nước và vị ngọt hơn giống điều đỏ. Hạt điều hình quả thận, khi còn tươi có màu xanh, khi khô chuyển thành màu nâu xám; có chiều dài trung bình
6 2,5 – 3,5 cm, rộng 2 cm, dày 1 – 1,5 cm, trọng lượng 5 – 6 g, gồm vỏ và nhân điều. Trong đó: Phần vỏ ngoài, chiếm 70% trọng lượng hạt, có ba lớp. Vỏ ngoài dai, cứng, vỏ giữa xốp có cấu tạo hình tổ ong, trong chứa dầu. Trọng lượng dầu vỏ hạt điều khoảng 21% trọng lượng hạt. Vỏ trong rất cứng Phần vỏ lụa bao quanh nhân, chiếm 5% trọng lượng hạt Phần nhân điều chiếm 25% trọng lượng hạt, nhân màu trắng, chứa nhiều dầu, ăn bùi béo và thơm [7]. Hình 1. 2 Cấu tạo quả điều Các bộ phận của quả điều bao gồm: Cashew apple (quả giả), testa skin (vỏ lụa), nut shell (vỏ cứng), kernel (nhân điều) [5]. Sản phẩm của cây điều gồm: Trái điều: chứa nhiều vitamin B và C, có thể ăn sống, chế biến làm nước giải khát, mứt, làm thức ăn gia súc Nhân hạt điều: có giá trị dinh dưỡng cao, dùng để ăn, sử dụng trong công nghiệp chế biến thực phẩm (chocolate, bánh kẹo, ), làm dầu thực vật Dầu vỏ hạt điều: trích ly từ vỏ hạt điều trong quá trình chế biến tách nhân hạt điều, được sử dụng để điều chế Verni, sơn chống thấm, dầu sơn mài, phần vỏ còn lại sau trích ly dùng làm chất đốt. Lá và thân: được sử dụng làm dược liệu, hóa chất Gỗ: thân điều dùng làm gỗ mộc và nguyên liệu giấy [5]
7 1.1.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ điều ở Việt Nam Ở Việt Nam ta trước đây, nông dân trồng điều hoàn toàn không chăm sóc, bón phân, tưới nước. Chỉ từ những năm 90 thế kỷ XX trở lại đây, khi sản phẩm hạt điều xuất khẩu được và trở nên có giá trị cao thì cây điều mới được coi là cây trồng nông nghiệp, có vai trò, vị trí tương tự như cây cà phê, cao su. Năm 2008, diện tích gieo trồng điều của Việt Nam là 421.498 ha, giảm 15.502 ha, tương đương giảm 3,55 % so với năm 2007. Trong đó, diện tích điều ở miền Nam đạt 420.098 ha, giảm 7 %; còn diện tích ở miền Bắc là 1400 ha, giảm 51 % so với 2007. Tuy giảm đáng kể trong năm 2008, nhưng xét trong vòng 10 năm trở lại đây, diện tích gieo trồng Điều ở Việt Nam vẫn tăng, trung bình khoảng 23.000 ha/năm, tốc độ tăng trưởng đạt 8 % năm [1]. Sự thay đổi diện tích trồng điều ở nước ta trong giai đoạn 2000 – 2013 thể hiện ở hình 1.3. (Bảng số liệu Phụ lục 4). Diện tích (×1000 ha) 500 450 400 350 300 250 200 150 100 Năm 2000 2002 2004 2006 2008 2010 2012 2014 Hình 1. 3 Sự thay đổi diện tích trồng điều ở nước ta giai đoạn 2000-2013. Theo thống kê của Cục Trồng trọt thuộc Bộ NN & PTNT cho thấy diện tích trồng điều giảm mạnh gần 107.392 ha trong vòng 7 năm qua xuống còn 326.037 ha
8 năm 2012. Kết quả là nguồn cung cấp trong nước chỉ đáp ứng 30m% khả năng chế biến và hiện đang giảm. Nguyên nhân là do nông dân đang có xu hướng chặt bỏ cây điều để trồng rừng, hoặc trồng những cây công nghiệp khác như cao su, hồ tiêu Điều này đòi hỏi cần có một chiến lược phát triển để ngành điều Việt Nam phát triển một cách bền vững trong những năm tới. Điều được trồng ở 23 tỉnh (thành phố), trong đó ít nhất là tỉnh Long An (75 ha) và nhiều nhất là tỉnh Bình Phước (196.029 ha), tiếp đến là tỉnh Đồng Nai (50.092 ha). Thị trường xuất khẩu chủ lực của nhân điều Việt Nam là Mỹ: 42 %, Trung Quốc: 17 %, EU: 20 %, Australia, Canada, Nhật, và đang tiếp tục mở rộng. Ngoài sản phẩm chính là nhân điều, mỗi năm ta còn xuất khẩu 15.000 tấn dầu vỏ hạt điều tạo thêm 6.45 triệu USD [1]. Bảng 1. 1 Thị trường xuất khẩu hạt điều của Việt Nam 11 tháng đầu năm 2012 (ĐVT: USD) [13]. % tăng, giảm % tăng, Thị trường Tháng 11 tháng/2012 KN T11/2012 giảm 11/2012 so với 11T/2012 so T10/2012 với cùng kỳ Tổng cộng 123.132.507 1.357.228.959 -10,66 +1,61 Hoa Kỳ 31.739.040 376.446.462 +18,58 +0,87 Trung quốc 32.466.162 260.294.320 -8,61 +4,34 Hà Lan 15.957.259 161.674.353 -34,92 -20,14 Australia 7.219.326 96.574.579 -30,70 +1,18 Nga 3.088.886 49.006.277 +23,25 -1,93 Anh 2.402.908 46.514.305 -26,61 +2,67 Canada 6.142.667 45.270.781 +63,19 +2,59 Thái Lan 2.518.185 33.880.096 +50,78 +38,10 Đức 1.025.383 26.736.447 -50,48 +43,89 Israel 1.814.421 23.277.213 -19,35 +65,96
9 Italia 708.274 18.889.961 -59,80 +86,97 Ấn Độ 1.131.983 15.845.624 +258,69 +32,16 Tiểu vương quốc 485.086 15.128.128 -80,85 -28,08 Ả Rập thống nhất Đài Loan 1.615.173 14.807.656 +65,88 +19,79 New Zealand 782.902 13.096.189 -43,93 +8,09 Tây Ban Nha 533.211 10.130.437 -44,10 +1,32 Hồng Kông 1.100.590 9.397.787 -16,37 +11,14 Pháp 540.999 8.586.539 -58,71 +14,02 Nhật Bản 849.506 8.358.961 -2,99 +9,74 Nam Phi 205.885 7.291.514 -77,33 +15,23 Philippines 477.182 6.394.313 +9,17 +164,46 Ucraina 922.787 5.228.001 +193,58 +5,32 Nauy 441.680 4.941.354 +150,54 -26,68 Singapore 444.542 3.961.912 -46,88 -47,65 Pakistan 1.063.785 3.405.592 +20,17 -19,22 Bỉ 133.392 3.150.749 -53,75 +40,13 Malaysia 51.100 1.145.379 -91,93 -73,83 Hy Lạp 250.059 581.059 +88,58 -70,81 Riêng trong tháng 2/2014, xuất khẩu hạt điều cả nước ước đạt 9.000 tấn, với kim ngạch là 57 triệu USD. Tính chung 2 tháng đầu năm nay, khối lượng xuất khẩu đạt 28.000 tấn với giá trị 169 triệu USD, giảm 0,1 % về khối lượng, nhưng tăng hơn 2 % về giá trị so với cùng kỳ năm 2013. Khối lượng hạt điều xuất khẩu tháng 5/2014 ước đạt 23 nghìn tấn với giá trị đạt 151 triệu USD, đưa khối lượng xuất khẩu năm tháng đầu năm 2014 đạt 98 nghìn tấn với 618 triệu USD. Song song với sự phát triển của ngành điều, các nhà khoa học cũng cần đầu tư nghiên cứu để tìm ra những giống điều có năng suất cao, quy trình chăm sóc và
10 phòng trừ sâu bệnh góp phần tăng năng suất cây trồng. Đồng thời tăng thêm các chương trình khuyến nông từ Trung ương đến địa phương với các biện pháp tập huấn, chyển giao kỹ thuật và đầu tư hỗ trợ vốn các mô hình đầu tư thâm canh, cải tạo diện tích điều giống cũ và trồng mới giống điều cao sản. Với những ưu thế và kết quả đạt được trong những năm qua, cây điều đã hoàn toàn khẳng định được tiềm năng và triển vọng tốt trong hệ thống giống cây trồng Việt Nam. 1.2. Nhân hạt điều Hình 1. 4 Nhân hạt điều Thành phần của nhân hạt điều bao gồm: - Các chất khoáng như: P (0,88 %), K (0,57 %), Ca (0,04 %), Mg (0,28 %), Fe, Na, Zn, Cu, Mn - Các chất đạm: chứa trên 20 % các chất đạm thực vật, về số lượng tương đương đậu nành và đậu phộng nhưng về chất thì tương đương với thịt, trứng sữa. Bao gồm nhiều loại acid amin như: glutamic acid (20,0 %), leucine (11,93 %), arginine (10,30 %), tyrosine (3,2%), lysine (3,32 %), threonine (2,78 %), - Chất béo: các acid béo hỗ trợ việc điều chỉnh sự cân bằng của các chất béo bão hòa và cholesterol trong các tế bào EFAs , gồm các acid béo của nhân
11 điều như: acid oleic (73,3 %), acid linoleic (7,67 %), acid palmitic (0,89 %), stearic acid (11,24 %), Lignoseric acid (0,15 %). - Cacbohydrat : hàm lượng đường khử từ 1 - 3 %, các loại đường không khử từ 2,4 – 8,7 %. Hàm lượng tinh bột 23,49 %. - Vitamin: chứa nhiều vitamin, đặc biệt là vitamin B1, vitamin E. Năng lượng nhân điều cung cấp là 6000 calo/1kg thực phẩm. Trong nhân điều, thành phần đến 80 % chất béo chưa bão hòa có tác dụng điều hòa và làm giảm lượng cholesterol trong máu giúp tránh được các bệnh về tim mạch. Thành phần xơ trong nhân điều có tác dụng chữa táo bón, bảo vệ cơ thể khỏi bệnh ung thư, thận và viêm ruột thừa. Nhân hạt điều là một sản phẩm có giá trị dinh dưỡng và giá trị kinh tế cao. Nhân điều có thể làm thực phẩm ăn liền, hoặc làm nguyên liệu cho dầu điều, khô dầu điều có thể làm bột dinh dưỡng mang lại nhiều công dụng lớn. 1.2.1. Quy trình sản xuất nhân điều
12 Hạt điều Tiếp nhận nguyên liệu Sàng phân loại Ngâm ủ, hấp Cắt tách Phân cỡ nhân điều Sấy Bóc vỏ lụa Phân loại Hun trùng Nạp CO2 Đóng gói Sản phẩm Hình 1. 5 Quy trình sản xuất nhân hạt điều.
13 Thuyết minh quy trình sản xuất: Tiếp nhận nguyên liệu: Mục đích tiếp nhận những lô nguyên liệu đạt yêu cầu cho sản xuất đó là những lô hạt điều không sâu mọt, màu sắc đạt yêu cầu, không lẫn cát sạn Tiến hành đánh giá theo phương pháp cảm quan và phương pháp đo độ ẩm sao cho không có màu sắc và mùi lạ, tỷ lệ sâu mọt và nấm mốc cho phép, kiểm tra độ ẩm, đếm số lượng hạt/kg. Sàng phân loại: Mục đích nhằm phân cỡ hạt điều phù hợp cho công đoạn ngâm ủ, hấp, cắt tách, loại bỏ các tạp chất cơ học. Dung thiết bị kiểu sang lồng quay hình lục giác có lưới để phân loại. Ngâm ủ, hấp: Mục đích làm cho khối lượng đạt độ ẩm 15 – 16 % tạo điều kiện cho quá trình hấp đồng thời tiêu diệt vi sinh vật, làm sạch bụi bám trên bề mặt hạt. Nguyên liệu được chuyển lên bồn chứa nhờ gầu tải, nước ấm có nhiệt độ 40 – 450C được phun thành tia đều lên lớp nguyên liệu với tần suất 10 phút/lần sau 15 phút lại phun. Tổng thời gian ủ từ 12 – 15 giờ. Sau đó đưa nguyên liệu lên thiết bị hấp nhờ vít tải. Cắt tách: Mục đích lấy vỏ ra khỏi nhân để thu lại nhân điều mang lại giá trị kinh tế cao hơn. Công đoạn này được thực hiện nhờ sử dụng máy cắt tách vỏ, mỗi công nhân điều khiển một máy cắt tách vỏ thủ công. Phân cỡ nhân điều: được thực hiện nhờ máy phân cỡ kiểu trục để tạo điều kiện cho công đoạn sấy sau này. Sấy: Mục đích làm bay hơi nước để sản phẩm đạt đến độ khô theo yêu cầu, thuận tiện cho quá trình bảo quản và lưu kho, tạo điều kiện cho quá trình bóc vỏ lụa và tiêu diệt vi sinh vật. Sử dụng không khí nóng để sấy thường nhiệt độ là 750C. Bóc vỏ lụa: Mục đích loại bỏ lớp vỏ lụa bên ngoài vì lớp ngày chứa nhiều chất đắng chát và không có giá trị dinh dưỡng. Dùng mũi dao khẩy nhẹ phần cong lõm của hạt và dùng dao gạt nhẹ quanh hạt, không để xướt nhân và làm vỡ nhân. Phân loại: Điều sau bóc vỏ lụa được đem đi phân loại theo cỡ nhằm tăng giá trị sản phẩm. Hun trùng: Mục đích tiêu diệt vi sinh vật và kéo dài thời gian bảo quản. Sau đó đong vào khay nhựa hay bao PP, PE cân tịnh, đem vào phòng hun trùng trong khoảng thời gian 7 ngày đối với khay 22,68kg, và 3 tháng đối với túi PE 48,36 kg.
14 1.2.2. Các phương pháp xử lý tách nhân điều [10], [20]. Hiện nay, quá trình tách nhân và dầu đang tiến hành tại các nhà máy chế biến nhân điều với 2 giai đoạn chính: Giai đoạn 1 gia nhiệt hạt điều trong dầu vỏ hạt điều để tách dầu và làm chín nhân điều; giai đoạn 2 tách vỏ hạt thu hồi nhân 1.2.2.1. Phương pháp dùng nhiệt Với phương pháp này nguyên tắc kỹ thuật là dùng nhiệt để làm cho vỏ hạt vỡ ra để dầu bên trong vỏ chảy ra, làm chín nhân, giòn vỏ để chuẩn bị cho giai đoạn tách vỏ hạt, thu hồi nhân. - Phương pháp rang đơn giản: Rang hạt điều trực tiếp trong một chảo hở hoặc trong một thùng rang hình ống có đục lỗ. Trong quá trình rang vỏ hạt điều cháy xém lại, vỡ ra để dầu trong vỏ chảy ra ngoài. Phương pháp này dầu bị trùng hợp một phần và có lẫn một số tạp chất khác nên dầu thu được chất lượng kém và hiệu suất thấp. Nhân hạt dễ bị cháy xém và vỡ vụn. Điều kiện lao động của công nhân vất vả, kém an toàn lao động. Phương pháp này hiện không sử dụng trong công nghiệp - Phương pháp dùng chính dầu vỏ hạt điều để rang: Đây là một phương pháp chế biến phổ biến vẫn được ưa chuộng cho đến nay mặc dù phương pháp này đã được áp dụng ở Ấn Độ từ năm 1935, bao gồm các giai đoạn: Xử lý nước: ngâm hạt điều vào nước để hạt đạt độ ẩm 15 – 17%, mục đích của công đoạn này là để khi rang vỏ hạt vỡ, dầu chảy nhanh, nhiều, dễ tách vỏ. Xử lý nhiệt (rang): dùng chính dầu vỏ hạt điều để rang, đun dầu vỏ tới nhiệt độ 1800C – 1900C, cho hạt đã xử lý nước vào, giữ trong dầu 2 – 4 phút rồi vớt ra. Dầu trong vỏ chảy ra sẽ được lấy dần theo lớp trên mặt. Phương pháp này có ưu điểm là nhân đạt tỷ lệ nguyên vẹn cao, dầu vỏ đạt chất lượng tốt, đáp ứng được các tiêu chuẩn xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp, thiết bị đơn giản, điều kiện lao động của công nhân được cải thiện và đảm bảo an toàn lao động. Có thể áp dụng cho mọi qui mô sản xuất.
15 Tuy vậy phương pháp này còn có một số hạn chế như nếu không cơ giới hóa được khâu đập hạt thì năng suất bóc nhân thấp - Phương pháp dùng hơi nước quá nhiệt: Cho hạt vào nồi hấp dùng hơi nước quá nhiệt đun nóng tới nhiệt độ 3000C để làm cho vỏ vỡ ra dầu trong vỏ sẽ chảy ra. Phương pháp này có ưu điểm chất lượng nhân hạt và dầu đều cao nhưng thiết bị tương đối phức tạp, chỉ thích hợp trong các nhà máy có công suất lớn. 1.2.2.2. Các phương pháp chế biến khác - Phương pháp đông lạnh: Làm lạnh hạt điều tới nhiệt độ đủ làm cho dầu ở trong vỏ hạt đông cứng lại rồi đập hạt tách lấy nhân còn dầu trong vỏ được lấy ra bằng cách ép hoặc dùng dung môi trích ly ra. Phương pháp này được áp dụng ở Tandania. - Phương pháp dùng dòng điện cao tần: Dưới tác dụng của dòng điện cao tần dầu trong vỏ sẽ chảy ra khi đã lấy hết dầu khỏi vỏ mới đập hạt lấy nhân. Phương pháp này đã được áp dụng ở Môdămbich. - Phương pháp dùng dung môi: Dùng dung môi thích hợp để trích ly dầu ra khỏi vỏ, phương pháp này cho phép trích xuất tối đa lượng dầu trong vỏ hạt nhưng tốn kém và đòi hỏi kỹ thuật cao nên ít phổ biến. Các dung môi có thể dùng như hexan, benzene, toluene, ancol. - Phương pháp rang hạt dùng hợp kim nóng chảy: Dùng một hợp kim có nhiệt độ nóng chảy ở 2000C để rang hạt làm cho vỏ vỡ ra và dầu trong vỏ chảy ra nổi lên trên bề mặt hợp kim và được lấy ra. Phương pháp này chỉ có ý nghĩa về mặt khoa học, chưa được sử dụng trong sản xuất. 1.2.3. Vấn đề môi trường trong sản xuất hạt điều Công nghệ sản xuất để tạo nhân hạt điều từ hạt điều thô được áp dụng chính hiện nay là công nghệ chao dầu hoặc hấp. Ở phương pháp chao dầu, ô nhiễm môi trường là do khí thải và nước thải. Khí thải chính là khói bụi, acid anacardic và các dẫn suất sản phẩm cháy không
16 hoàn toàn của của nó từ lò đốt hơi và từ chảo chao. Trong quá trình ngâm ẩm trước khi chao dầu, lượng nước thải ra trung bình của một nhà máy chế biến hạt điều công suất 35 tấn/ngày là khoảng 3 – 5 m3/ngày. Do chỉ tiếp xúc với vỏ ngoài của hạt điều nên nước thải sản xuất chỉ chứa chất rắn lơ lửng (đất cát) và một phần dầu vỏ hạt điều. Ngoài ra, một lượng nước nhỏ (30 lít/giờ) nước thải phát sinh từ cửa buồng đốt hạt điều thô có chứa dầu điều và tro. Loại nước thải này có lưu lượng ít nhưng nồng độ các chất ô nhiễm rất cao. Ở phương pháp hấp, ô nhiễm môi trường do khí thải và chất rắn gây ra. Công nghệ hấp bằng nhiệt hơi nước sử dụng hệ thống lò hơi với nhiên liệu chủ yếu là than đá. Trong trường hợp công suất chế biến trung bình 30 – 35 tấn/ngày thì 1 lò hơi sử dụng khoảng 2 tấn nguyên liệu, mức tiêu hao nhiên liệu của lò hơi là 300 kg/giờ đối với than antraxit. Tại công đoạn hấp sản phẩm, lượng nước thải phát sinh chủ yếu là nước ngưng tụ từ hơi lò hơi và nước hấp hạt điều. Trong hai nguồn thải này thì nguồn nước thải hấp hạt điều có mức độ ô nhiễm cao nhất. Nếu không có biện pháp xử lý triệt để thì sẽ gây tác động tiêu cực đến nguồn tiếp nhận. Trong quá trình sản xuất hạt điều, khối lượng chất thải rắn (sinh ra chủ yếu từ vỏ hạt) là rất lớn chiếm 60 % sau quá trình tách nhân hạt điều. Từ lâu các cơ sở chế biến hạt điều xuất khẩu đều coi vỏ hạt điều là rác, đa số bị loại bỏ hoặc đem đốt gây lãng phí và ô nhiễm môi trường. Nhưng vỏ, bã và dầu vỏ hạt điều là chất dễ cháy, cung cấp nhiều nhiệt lượng, vì vậy hiện nay các nhà máy, xí nghiệp thường sử dụng làm nhiên liệu đốt trong quá trình sản xuất hoặc bán cho các lò gạch làm nguyên liệu đốt Tuy nhiên, khí thải phát sinh từ quá trình đốt vỏ, bã và dầu vỏ hạt Điều chứa nhiều chất độc hại tồn tại trong môi trường không khí và khó xử lý.Kết quả nghiên cứu từ các nhà máy cho thấy, hàm lượng tro trung bình của vỏ hạt điều sau đốt chiếm khoảng 6,5%. Như vậy, lượng chất thải phát sinh hằng ngày rất lớn, là nguyên nhân tiềm tàng gây ô nhiễm môi trường. Ô nhiễm nhất vẫn là khí thải, trong đó đặc trưng nhất vẫn là mùi hôi.
17 1.3. Tổng quan về vỏ và dầu vỏ hạt điều 1.3.1. Vỏ hạt điều và hướng sử dụng vỏ hạt điều Vỏ hạt điều thường dày 0,4 cm, chiếm 60 % trọng lượng hạt, gồm 3 lớp: lớp vỏ ngoài màu xanh dai, nhẵn cứng; lớp giữa xốp có cấu trúc tổ ong, trong chứa dịch dầu phenolic gọi là CNSL; lớp vỏ trong màu nâu xám, rất cứng bao bọc nhân và lớp vỏ lụa. Vỏ ngoài Nhân điều Lớp vỏ giữa Lớp vỏ trong Hình 1. 6. Cấu tạo vỏ hạt điều Thành phần hóa học vỏ hạt điều được thể hiện ở hình 1.6 bao gồm các thành phần cellulose, chất khoáng, carbon và đường, chất chứa protein, tro, chất trích ly (CNSL). Tổng giá trị calo là 5056 Kcal/Kg, có tỷ trọng 0,4430 g/cc. 4.06% 1.60% 21.58% 11.50% 17.35% Độ ẩm Chất khoáng 37.44% Cellulose 6.47% Hình 1. 7 Thành phần vỏ hạt điều
18 Vỏ hạt điều hiện nay của các công ty sản xuất điều đa phần bị thải bỏ, hoặc bán như phụ phẩm với giá rẻ, các nơi thu mua dùng vỏ hạt điều để đốt, hoặc ép lấy dầu (CNSL) thô để bán. Việc sản xuất dầu vỏ hạt điều không những đem lại hiệu quả kinh tế cho doanh nghiệp, mà còn giải quyết các vấn đề về lao động, ô nhiễm môi trường. Thị trường xuất khẩu gần đây cũng mở rộng hơn, ngoài Trung Quốc còn có EU, Nhật Bản Vỏ hạt điều được sử dụng để sản xuất các sản phẩm tinh chế như: các mặt hàng dầu tinh luyện, dầu cardanol, than, than hoạt tính và sản xuất bột ma sát; trong vỏ hạt điều có chứa các chất có thể sản xuất được sơn chống rỉ dùng trong công nghiệp tàu biển, keo dẫn đặc biệt trong linh kiện điện tử [19], [20]. 1.3.2. Thành phần, tính chất dầu vỏ hạt điều 1.3.2.1. Tính chất và các chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều. Dầu vỏ hạt điều thương phẩm trên thế giới có màu nâu, mùi hăng, không tan trong nước; tan trong acetone, n-hexan, toluene, Một số đặc tính lý hóa của DVHĐ thể hiện trong bảng 1.4 [2], [10]. Các đặc tính DVHĐ thương phẩm có trên thị trường được nghiên cứu đối với giống điều ở tỉnh Bình Phước với các chỉ tiêu cơ bản được đánh giá qua các phương pháp tách DVHĐ. Bao gồm độ nhớt, tỷ trọng, chỉ số acid, chỉ số Iod, chỉ số xà phòng hóa, độ tro, độ ẩm và chỉ số khúc xạ của DVHĐ thu được từ phương pháp xử lý nhiệt, phương pháp trích ly dung môi và phương pháp ép lạnh.
19 Bảng 1. 2 Đặc tính một số loại dầu vỏ hạt điều thương phẩm Đặc tính Phương pháp tách dầu điều Nhiệt Dung môi Ép lạnh Độ nhớt (cps, max) 800 (250C) 550 (300C) - Tỷ trọng 0,955 – 0,975 0,95 – 0,97 0,9668 – 1,0131 (250C) (300C) (260C) Chỉ số Axit 14 - 94 – 107 Chỉ số xà phòng hóa - - 106 – 119 Chỉ số Iod 240 250 270 – 296 Độ tro 1% 1% - Độ ẩm 0,5% 1% - Chỉ số khúc xạ (41,50C) - - 1,5158 Các chỉ tiêu hóa lý của dầu vỏ hạt điều: Tỷ trọng là tỷ số giữa khối lượng riêng của một chất so với khối lượng riêng của chất đối chứng, thường là nước. Là đại lượng đặc trưng cho độ nặng nhẹ, độ chắc của nhiên liệu. Độ nhớt là đại lượng đặc trưng cho trở lực ma sát nội tại sinh ra giữa các phân tử khi có sự chuyển động trượt lên nhau. Độ nhớt động lực là số đo lực cần thiết để làm trượt một lớp dầu trên một lớp dầu khác. Đơn vị thường dùng là centiPoise (cP = mPa.s). Hàm lượng nước hay nói cách khác là độ ẩm của dầu, là phần trăm lượng nước tồn tại trong dầu; hàm lượng nước của dầu sẽ ảnh hưởng đến thông số nhiệt trị, tỷ trọng dầu gây trở ngại cho quá trình cháy. Hàm lượng tro là phần trăm các chất rắn còn lại sau khi đốt ở nhiệt độ cao (550 - 6000C). Hàm lượng tro của nhiên liệu ảnh hưởng đến độ bền của động cơ. Chỉ số acid của dầu là số mg KOH cần dùng để trung hòa những acid béo tự do có trong dầu. Điểm chớp cháy là nhiệt độ thấp nhất dưới áp suất khí quyển mà hơi dầu sẽ chớp cháy khi gặp ngọn lửa. Điểm chớp cháy cốc hở dùng để đánh giá nguy cơ
20 cháy của dầu nhớt khi tồn trữ, đong rót; điểm chớp cháy cốc kín dùng để đánh giá tình trạng của dầu nhớt khi đang sử dụng trong máy móc. Đối với cùng một loại dầu, điểm chớp cháy cốc hở cao hơn điểm chớp cháy cốc kín. Nhiệt trị là lượng nhiệt giải phóng ra khi cháy hoàn toàn với oxi và ngưng tụ các sản phẩm tới một nhiệt độ xác định. Đơn vị của nhiệt trị được tính theo Kcal/Kg, hoặc KJ/Kg. Ta có hệ số chuyển đổi giữa 2 đơn vị như sau: 1Kcal/kg = 4,19 KJ/Kg. 1.3.2.2. Thành phần của dầu vỏ hạt điều. Trong hạt, dầu có tác dụng bảo vệ nhân khỏi bị sâu hại. Thành phần hóa học của dầu thay đổi theo phương pháp tách dầu và nhiệt độ sử dụng. Trong dầu vỏ hạt điều tự nhiên có hai thành phần chính là axit anacardic 80,9 % và cardol 10 – 15 %, còn lại là dẫn xuất methyl của cardol. Công thức cấu tạo của các thành phần cấu tử chính trong dầu vỏ hạt điều được mô tả ở hình 1.7 . Cấu tạo gồm các phenol có vòng benzene và mạch nhánh hydrocarbon dài. Hình 1. 8 Cấu tử chính trong dầu vỏ hạt điều Cardol (2), chất lỏng, màu vàng, không bay hơi, nhanh sẫm màu khi gặp không khí và là thành phần có tính ăn da, làm rộp da tay.
21 Axit anacardic (1) là lipid phenolic có công thức C22H32O3 có mùi nồng và thơm, dễ bị khử nhóm cacboxyl khi đun nóng tạo thành cardanol. Công dụng diệt khuẩn, diệt nấm mốc. Cardanol (3) là chất quan trọng nhất, quyết định giá trị dầu vỏ hạt điều thương mại, khi tỷ lệ chất này cao thì dầu càng có giá trị. Các thành phần của Cardanol thương mại khác ở mức độ chưa bão hòa của các chuỗi bên, nhưng cho các mục đích thực tế, nó có thể được đại diện bởi công thức sau đây. C6H4 (OH)-(CH2)7-CH=CH-CH2-CH =CH(CH2)2-CH 3 Thông số kỹ thuật của cardanol: trọng lượng riêng ở 300C là 0,927 – 0,95, độ nhớt ở 300C là 40 -65 cPs. Caardanol là thánh phần quan trọng của DVHĐ, hiện nay đã có nhiều nghiên cứu tách chiết và ứng dụng cardanol trong lĩnh vực công nghiệp, như sản xuất má phanh, bột ma sát, nhựa carboxyl nhờ vào tính chất chưa bão hòa của cardanol. Ngoài ra trong DVHĐ chứa 2–methyl cardol (4) với tỷ lệ thấp [11], [13], [17]. Thành phần các chất có trong DVHĐ thể hiện trong bảng 1.3 qua các nghiên cứu của các chuyên gia trong nhiều năm qua. Các thành phần của DVHĐ cũng thay đổi tùy thuộc vào loại giống điều, phương pháp tách dầu sử dụng. Bảng 1. 3 Thành phần các chất có trong DVHĐ Tác giả Anacardic Cardol (%) Cardanol 2-methyl acid (%) (%) cardol (%) Cornelius (1966) 90 10 - - Hammonds (1997 82 13,8 1,6 2,6 Tyman et al 74,1 -77,4 15,0 – 20,1 1,2 – 9,2 1,7 – 2,6 Ohler (1979) 90 10 - - Tyman (1980) 80 15 Rất ít Rất ít Chemical Data 82 13,8 1,6 2,6 (s.d. after 1986)
22 Để thu nhận nhân hạt, trước hết phải tách dầu ra khỏi vỏ, phương pháp thông dụng nhất được sử dụng là gia nhiệt tới 1800C. Trong quá trình gia nhiệt, thành phần chính của dầu là axit anacardic chuyển hóa thành cardanol. Do vậy, dầu thương mại chứa khoảng 60 – 65 % Cardanol, 15 – 20 % cardol còn lại gồm axit anacardic và các hợp chất đã bị trùng hợp [2], [11], [16]. Dầu vỏ hạt điều được thu chủ yếu từ quá trình tách nhân điều, qua quá trình chao dầu, CNSL sẽ thoát ra ngoài, gần 50% số dầu vỏ hạt điều có trong hạt được thu theo cách này, bã vỏ sau tách nhân chứa một lượng dầu khá lớn, để thu dầu triệt để người ta thường sử dụng các phương pháp như ép, hay trích ly bằng dung môi, 1.3.3. Ứng dụng dầu vỏ hạt điều Hiện nay, với 219 cơ sở chế biến, tổng công suất thiết kế của ngành chế biến điều đã đạt 674.200 tấn điều nguyên liệu/năm. Việc nghiên cứu các ứng dụng của DVHĐ có ý nghĩa thực tiễn cao. DVHĐ có rất nhiều ứng dụng, đã có khoảng hơn 200 phát minh nghiên cứu về ứng dụng của DVHĐ. DVHĐ có thể tham gia các phản ứng ngưng tụ với formaldehyde qua nhân phenol tạo nhựa cardanol formandehyde hoặc trùng hợp qua mạch nhánh chưa bão hòa để tạo thành các sản phẩm nhựa có các đặc tính sau: Nhựa sau khi đóng rắn vẫn giữ được độ dẻo cao hơn so với các nhựa phenol khác nhất là ở nhiệt độ cao, có thể hòa tan hoặc tương hợp với các hydrocacbua tương tự như các nhựa trên cơ sở alkylphenol, có thể chống được axit, kiềm do bản chất kỵ nước của các mạch hydrocacbon. Do tính chất của acid anacardic DVHĐ được ứng dụng làm thuốc diệt hay xua đuổi côn trùng, bảo vệ gỗ chống mối mọt. Trùng hợp cardanol làm bột ma sát, sơn hà chống dính cho tàu biển. Làm vecni, dầu cho tranh sơn mài nhờ tính chất màu sắc của DVHĐ. Mới gần đây, DVHĐ được nghiên cứu phối trộn với dầu F.O làm nhiên liệu đốt, một vài thử nghiệm phối trôi dầu D.O làm nhiên liệu cho động cơ diesel. Theo nghiên cứu, trên 90 % lượng DVHĐ trên thế giới được nhập khẩu bởi Mỹ, Anh và Nhật Bản với các ứng dụng thể hiện ở bảng [2], [11], [18], [19], [20].
23 Bảng 1. 4 Các nghiên cứu và các ứng dụng chính của DVHĐ Ứng dụng Tác giả Bảo vệ gỗ, chống mối mọt Wolcott (1944) Nhựa ép chống ma sát Dhamaney et al (1979), Hughes Xi măng bền hóa chất, sơn, vecni Evans (1955) Thuốc trừ sâu, diệt côn trùng Ramaiah (1976) Dầu cho tranh sơn mài REDECO (1989) Thuốc chống ung thư Duke, Kubo et al, Muroi et al (1993) Phối trộn CNSL với ethanol trong A.Velmurugan, M.loganathan (2012) nhiên liệu động cơ diesel. Trong việc ứng dụng vỏ hạt điều làm nhiên liệu, chủ yếu là nhiên liệu đốt thay thế cho dầu F.O trong các nhà máy sản xuất Silicat, gạch Cramit, luyện nhôm, lò hơi công nghiệp vì các ưu điểm về nhiệt trị và độ nhớt thấp, và do đặc tính của dầu vỏ điều không đông đặc. Dầu vỏ hạt điều được phối trộn với dầu và băng phiến trong động cơ diesel làm giảm khí thải và hiệu suất đốt cháy [16]. Trong khi đó vấn đề thu hồi và sử dụng dầu vỏ điều hiện nay ở nước ta chưa được quan tâm đúng mức. Do đó, cần có thêm nhiều nghiên cứu ứng dụng dầu vỏ hạt điều. 1.3.4. Tình hình sản xuất, tiềm năng và triển vọng của dầu vỏ hạt điều ở nước ta. Dầu vỏ hạt điều (DVHĐ) có giá trị sử dụng rất cao trong các ngành công nghiệp sơn, hóa dầu, và lĩnh vực nhiên liệu. Năm 2002 công ty Chế biến xuất nhập khẩu nông sản thực phẩm Đồng Nai (Donafoods) đã xuất khẩu 1.000 tấn dầu vỏ hạt điều sang thị trường các nước châu Âu. Giá dầu vỏ hạt điều dao động từ 280 đến 360 USD/tấn đã mang lại lợi nhuận cao cho Công ty. Công trình chế biến dầu từ vỏ hạt điều là đề tài nghiên cứu của trường Đại học Bách khoa TP.HCM phối hợp với Công ty Donafoods đưa vào ứng dụng từ năm 1999 nhằm tận dụng vỏ hạt điều để sản xuất dầu xuất khẩu thay vì
24 dùng vỏ hạt điều làm chất đốt như trước đây. Đây là đề tài nghiên cứu ứng dụng chế biến dầu từ vỏ hạt điều lần đầu tiên được áp dụng thành công ở Việt Nam, mở ra khả năng chế biến phế phẩm vỏ hạt điều ở tất cả các doanh nghiệp chế biến hạt điều trong nước. Công ty Donafoods đã xây dựng xưởng sản xuất dầu với các máy móc thiết bị sản xuất trong nước có khả năng tiêu thụ 40 tấn nguyên liệu vỏ hạt điều/ngày và cho ra lò từ 6 đến 8 tấn dầu. Ngoài ra, Công ty đang cùng Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM tiếp tục nghiên cứu các chế phẩm từ vỏ hạt điều như gỗ dán, sơn chống ồn cho tàu biển, vecni [8]. Hình 1. 9 Ép dầu vỏ hạt điều tại công ty Donafoods. Năm 2007, nước ta đã có trên mười cơ sở chế biến dầu điều từ vỏ hạt điều với sản lượng dao động từ 12.000 -15.000 tấn/năm. Giá xuất khẩu đạt 425 – 450 USD/tấn. Sản lượng dầu ước tính nếu chế biến toàn bộ hơn 310 ngàn tấn vỏ hạt điều là 46,4 ngàn tấn. Theo ông Nguyễn Thái Học, Chủ tịch Hiệp hội Điều Việt Nam, hiện tại ngành sản xuất DVHĐ đã phát triển mạnh với vị trí độc lập riêng. Năm 2011, ngành sản xuất DVHĐ cả nước đạt sản lượng khoảng 80 ngàn tấn, trong đó xuất khẩu 60 ngàn tấn, thu về 50 triệu USD.
25 Ngành dầu vỏ hạt điều đang thu hút đầu tư về công nghệ, kỹ thuật, hứa hẹn phát triển một nhàng công nghiệp mơi, có khae năng mang lại giá trị kinh tế cao và giải quyết việc làm cho lao động trong nước. 1.4. Tổng quan về quá trình tách dầu điều Vỏ hạt điều sau tách nhân còn lượng lớn dầu trong vỏ, do đó nhất thiết phải tách dầu ra khỏi nguyên liệu càng triệt để càng tốt. Điều này không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế mà còn có ý nghĩa về mặt kỹ thuật. 1.4.1. Giới thiệu về phương pháp ép Nguyên lý của phương pháp ép. Bản chất là quá trình tác động lực cơ học vào nguyên liệu, dưới tác dụng của lực nén cấu trúc vỏ bị biến dạng, khoảng trống chứa dầu bị thu dẹp lại, khi lớp dầu có chiều dày nhất định, dầu bắt đầu thoát ra. Quá trình ép ở nhiệt độ cao gọi là ép nóng, còn ép ở nhiệt độ vừa phải gọi là ép nguội (ép sống). Phương pháp ép (Expression hay Cold Pressing) áp dụng cho các loại thực vật có hàm lượng tinh dầu cao và tế bào chứa tinh dầu ở phần vỏ thuộc họ Citrus. Hiệu suất ép dầu phụ thuộc vào đặc tính của nguyên liệu và điều kiện tiến hành trong quá trình ép: cơ cấu máy ép, áp lực, nhiệt độ, thời gian ép Thời gian ép phải đủ lớn, nếu thời gian ép quá ngắn sẽ làm dầu chảy ra chưa hết, ngược lại nếu thời gian ép quá dài sẽ ảnh hưởng đến năng suất máy ép. Nhiệt độ ép ảnh hưởng đến độ nhớt của dầu, nhiệt độ cao và ổn định sẽ làm độ nhớt của dầu bé giúp quá trình ép dễ dàng hơn. Có thể dùng máy ép thủy lực hoặc ép vít cho quá trình ép dầu vỏ hạt điều. 1.4.2. Phương pháp trích ly. Bản chất của quá trình trích ly là sự rút chất hòa tan trong chất lỏng hay chất rắn bằng dung môi nhờ quá trình khuếch tán giữa các chất có nồng độ khác nhau. Cơ sở của phương pháp chiết Soxhlet: Chiết Soxhlet hoạt động dựa trên nguyên tắc chiết lỏng rắn. Ở đó quá trình chiết được thực hiện liên tục qua lớp vật
26 chất rắn nhờ vào hệ thống hồi lưu. Phương pháp này dùng để chiết các sản phẩm thiên nhiên từ nguồn nguyên liệu sinh học như lá, hạt. Nguyên tắc hoạt động của bộ chiết Soxhlet: Dung môi trong bình cầu được đun sôi trên bếp. Hơi dung môi theo ống dẫn lên trên trụ chiết tới ống sinh hàn. Tại đây dung môi được làm lạnh ngưng tụ lại và chảy về trụ chiết. Khi lượng dung môi trong trụ chiết vượt lên độ cao của ống xifong thì toàn bộ dung môi hòa tan mẫu trong trụ chiết sẽ tràn về bình cầu. Hơi dung môi lại tiếp tục bay lên và chu trình chiết lại tiếp diễn. Yêu cầu của dung môi chiết: - Hòa tan hoàn toàn và nhanh chóng các cấu tử trong nguyên liệu - Hòa tan kém các cấu tử sáp, nhựa dầu. - Không có tác dụng hóa học với tinh dầu. - Không biến chất khi sử dụng lại nhiều lần. - Hoàn toàn tinh khiết, không có mùi lạ, không độc, không ăn mòn thiết bị, không tạo thành hỗn hợp nổ với không khí và có độ nhớt kém. - Nhiệt độ sôi thấp, tránh làm ảnh hưởng đến tinh dầu. Yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết: - Đặc tính nguyên liệu: độ ẩm, hình dạng, kích thước ảnh hưởng đến vận tốc chuyển động cũng như quá trình khuếch tán. - Nhiệt độ trích ly: nhiệt độ tăng thì lượng chất khuếch tán vào dung môi tăng và độ nhớt của dầu giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình trích ly. Tuy nhiên nhiệt độ quá cao sẽ gây bất lợi đối với những hợp chấp kém bền với nhiệt, tăng tạp chất và hao hụt dung môi. - Tỷ lệ giữa dung môi và nguyên liệu: tỷ lệ DM/NL thấp sẽ không trích ly triệt để dầu, thời gian trích ly tăng và chất lượng dầu giảm; khi tỷ lệ này tăng sẽ tạo điều kiện trích ly tốt nhưng nếu quá cao sẽ gây lãng phí dung môi, giảm hiệu quả kinh tế.
27 - Thời gian trích ly: thời gian trích ly ngắn sẽ không chiết hết cấu tử trong nguyên liệu, nếu thời gian chiết quá dài, dịch chiết sẽ bị lẫn nhiều tạp chất, không đạt yêu cầu và lãng phí thời gian, năng lượng. Tìm hiểu một số dung môi sử dụng trong nghiên cứu: Ethanol hay còn gọi là ethyl alcohol, công thức phân tử CH3CH2OH là một trong những hợp chất hữu cơ có nhiều ứng dụng như: dung môi, chất sát trùng, chất chống đông, nhiên liệu. Ethanol ở điều kiện thường là một chất dễ bay hơi, dễ cháy, trong suốt không màu. Ethanol trong đề tài được sử dụng là cồn tuyệt đối hàm lượng 99,5 % v/v Hexan là một hydrocacbon nhóm ankan có công thức CH3(CH2)4CH3. Hexan là một hóa chất được sản xuất từ dầu thô, là chất lỏng không màu có mùi khó chịu, rất dễ bay hơi, dễ cháy nổ và ít tan trong nước. Hexan dùng làm dung môi trích ly hoặc chất tẩy trong ngành dệt 1.5. Tổng quan về nhiên liệu sinh học Nhiên liệu sinh học theo nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí được chuyển hóa từ sinh khối, có thể thay thế nhiên liệu khoáng và có tính năng tương đương. Nhiên liệu sinh học mang lại những lợi ích như: giảm khí thải nhà kính, giảm gánh nặng lên nhiên liệu hóa thạch, tăng sự an toàn về năng lượng quốc gia, góp phần phát triển đất nước và là nguồn nguyên liệu bền vững trong tương lai. Tuy nhiên, nhiên liệu cũng còn một số hạn chế như: nguồn nguyên liệu cần được tái tạo nhanh, công nghệ sản xuất phải được thiết kế và vận hành sao cho cung cấp lượng nhiên liệu nhiều nhất với kinh phí thấp nhất và lợi ích về môi trường nhất. Nhiên liệu sinh học và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nhắm đến tính chất trung tính về carbon. Điều này có nghĩa là carbon được thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên liệu để cung cấp năng lượng được tái hấp thụ và cân bằng với lượng carbon hấp thụ bởi cây cối. Sau đó thu hoạch cây cối về tiếp tục sản xuất nhiên liệu. Những nhiên liệu trung tính về carbon không gây ra sự tăng carbon trong khí quyển, vì thế không làm trái đất nóng lên. Có nhiều dạng nhiên liệu sinh học, nhưng chủ
28 yếu là Biodiesel, xăng ethanol, biomass. Người ta phân chia thành ba thế hệ nhiên liệu sinh học: Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ nhất: là nguồn nguyên liệu được sản xuất từ nguồn nguyên liệu liên quan đến lương thực thực phẩm như đường (mía, củ cải, trái cây); tinh bột (ngô, khoai, sắn); dầu thực vật (dầu đậu tương, dầu dừa, dầu lạc); mỡ động vật (mỡ bò, mỡ cá, ) Nguồn nhiên liệu này đã được hoàn thiên song lại ảnh hưởng đến an ninh lương thực nên bị phản đối. Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ hai: được sản xuất từ các phụ phẩm và phế thải trong sản xuất và sinh hoạt như: rơm, bã trấu, mùn cưa, rác thải hữu cơ, dầu ăn thải, dầu hạt cao su Ưu điểm của loại này là sử dụng nguồn sinh khối không ảnh hưởng đến an ninh lương thực, và giảm ô nhiễm môi trường; tuy nhiên nguồn nguyên liệu ít khó đáp ứng cho sản xuất và tiêu tốn nhiều năng lượng Nhiên liệu sinh học thế hệ thứ ba: được sản xuất từ các loại tảo biển, cây jatropha, là loại thực vật dễ trồng lại cho hiệu suất dầu cao. Để đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi trường phát triển bền vững, nhiều quốc gia và các tổ chức quốc tế trong thập kỷ qua đã tập trung nghiên cứu nhiên liệu sinh học, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, tiến tới xây dựng ngành nhiên liệu sạch. Các nước đã có thành công nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học là Brazil, Mỹ, Canada, Mexico; châu Âu có Anh, Pháp, Đúc, Tây Ban Nha, Bỉ, Áo, châu Á có Trung Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Nhật [6], [7]. Hình 1. 10. Tỷ lệ sử dụng dầu thực vật để sản xuất nhiên liệu sinh học ở một số nước
29 Dầu thực vật được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, phổ biến là làm thực phẩm, kế đến dùng làm nhiên liệu sinh học, trong công nghiệp hóa chất hoặc một số ngành công nghiệp khác (Bảng 1.6). Nhu cầu dầu thực vật tăng trưởng mạnh trong 10 năm gần đây do nhu cầu thực phẩm và nhiên liệu sinh học gia tăng. Sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu là xu hướng phát triển trong tương lai với kỳ vọng thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch ngày càng cạn kiệt. Tuy nhiên đây bài toán cần cân nhắc thận trọng [12]. Bảng 1. 5 Sử dụng dầu thực vật các loại trên thế giới, năm 2011 [12]. Loại dầu Nhiên liệu Thực phẩm Hóa chất Ứng dụng sinh học (%) (%) (%) khác (%) Dầu đậu nành 18 76 4 2 Dầu cọ 10 77 9 4 Dầu cải 25 68 4 3 Dầu hướng 2 96 1 1 dương Việt Nam được đánh giá có tiềm năng sản xuất nhiên liệu sinh học và đã ưu tiên phát triển dạng nhiên liệu sinh học trong quy hoạch phát triển nhiên liệu quốc gia. Nguồn nguyên liệu chính cho sản xuất tại Việt Nam cho giai đoạn 2015 – 2025 được xác định gồm dầu mỡ thải đã qua sử dụng từ công nghiệp thực phẩm, tảo, phế phẩm nông nghiệp như: bã mía, vỏ trấu, các loại dầu mè, dầu phộng, dừa và mỡ cá basa.
30 CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2.1. Đối tượng nghiên cứu: Vỏ hạt điều sau chao dầu và tách nhân điều được thu gom từ xí nghiệp điều của công ty chế biến nông sản Casanco Khánh Hòa. Bảo quản ở điều kiện tự nhiên trong túi nilon, trọng lượng mỗi túi là 10kg phục vụ mục đích nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Viện Công nghệ Sinh học và Môi trường, Trường Đại học Nha Trang. Hình 2. 1 Vỏ hạt điều sau chao dầu và tách nhân. 2.2. Hóa chất và dụng cụ thí nghiệm 2.2.1. Máy móc - thiết bị: - Máy ép thủy lực - Thiết bị cô quay chân không - Bộ chiết Soxhlet - Tủ hấp - Tủ lạnh - Tủ sấy 1050C - Tủ nung 550 - 6000C - Cân phân tích điện, bếp điện.
31 2.2.2. Dụng cụ thí nghiệm: Sử dụng các thiết bị hiện có của phòng thí nghiệm trường Đại học Nha Trang - Cốc thủy tinh - Bình tam giác - Bình tia - Bình định mức - Cốc nung - Bình cầu - Buret, pipet, đũa thủy tinh, 2.2.3. Hóa chất: - Nước cất. - KOH khan. - Dung môi trích ly dầu: n-hexan, ethanol (99,5% v/v) - Hóa chất để xác định chỉ tiêu dầu: dung dịch KOH 0.1N, ete etylic, cồn (99,5% v/v), chỉ thị phenolphthalein 1%. 2.3. Quy trình thí nghiệm
32 Vỏ hạt điều Phân tích độ Nghiền ẩm nguyên liệu Ép Chiết dung môi Ép Ép Hexan Ethanol nóng nguội Dầu vỏ hạt điều Phân tích các chỉ tiêu hóa lý: - Tỷ trọng - Hàm lượng nước - Hàm lượng tro - Độ nhớt - Chỉ số acid - Điểm chớp cháy - Nhiệt trị Hình 2. 2 Sơ đồ bố trí thí nghiệm
33 Vỏ hạt điều được thu gom từ Công ty Chế biến Nông Sản Casanco Khánh Hòa, sẽ được đưa về phòng thí nghiệm CNSH_MT trường Đại học Nha Trang. Vỏ được giã, nghiền nhỏ bằng cối và chày, sau đó bảo quản trong túi nilon, cất giữ. Tiến hành các thí nghiệm: B1: Kiểm tra độ ẩm nguyên liệu B2: Khảo sát các phương pháp trích ly DVHĐ Thí nghiệm ép: tiến hành ép dầu ở nhiệt độ thường và nhiệt độ cao, tính hiệu suất trích ly và hàm lượng DVHĐ trong mẫu nguyên liệu. Thí nghiệm chiết: dùng dung môi ethanol và n-hexan trích ly dầu. Tính hiệu suất trích ly và hàm lượng DVHĐ trong mẫu nguyên liệu. So sánh hiệu suất giữa các phương pháp, và lựa chọn phương pháp thích hợp. Khảo sát cát điều kiện ảnh hưởng đến hiệu suất trích ly dầu. B4: Phân tích các chỉ tiêu hóa lý của DVHĐ. Tiến hành phân tích các chỉ tiêu của CNSL - Xác định xác định hàm lượng nước, hàm lượng tro và chỉ số acid của dầu. - Đo tỷ trọng, độ nhớt Đối chứng với các nghiên cứu, chọn ra mẫu dầu tốt nhất. Mẫu được chọn sẽ được gửi đi phân tích Nhiệt lượng và nhiệt độ cháy cốc kín tại phòng Phân tích thí nghiệm – Trung tâm Nghiên cứu & Phát triển Chế Biến Dầu khí (PVPro) – Viện Dầu khí Việt Nam. So sánh với kết quả nghiên cứu và đưa ra kết luận.
34 2.4. Phương pháp tiến hành 2.4.1. Chuẩn bị nguyên liệu Vỏ hạt điều đem giã, nghiền nhỏ bằng cối đá và chày đá. Bảo quản nguyên liệu trong túi 1kg ở nhiệt độ thường. Kiểm tra độ ẩm của nguyên liệu (Xác định độ ẩm nguyên liệu bằng phương pháp sấy – phụ lục 1.) 2.4.2. Chiết tách dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp ép cơ học 2.4.2.1. Giới thiệu về máy ép thủy lực ở phòng thí nghiệm. Máy ép thủy lực được sử dụng ở đây được thể hiện ở hình 1.9. Gồm khung giá đỡ, trục ép được nối với bộ phận kích lực. Đoạn đường đi của trục ép tối đa là 7cm. Đường kính trục ép 3cm, diện tích tiếp xúc của trục ép là 9 /4 cm2. Bộ kích bằng tay của máy ép có thể kích lên một lực tương đương 6 ton, (= 6000 kg), mà 1 (kG) = 1 (kg) × 9,81 (m/s2), tức là tạo ra được lực P = 58860 kG. Điều này có nghĩa máy ép tạo ra được một áp suất bằng = là 8327 at. Dưới áp suất tạo ra, dầu được ép ra một cách dễ dàng. Hình 2. 3 Máy ép thủy lực
35 Hình 2.4 là cối ép được sử dụng. Cối ép được làm mô phỏng theo trục ép, có hình trụ, kích thước 12,5 cm × 4 cm. Nguyên liệu vỏ hạt điều được cho vào cối ép. Cối ép để vào đầu dưới thanh ép, dùng tay điều khiển cần của bộ kích lực để piston đẩy thanh ép, nén chặt lớp nguyên liệu trong cối. Dầu thoát ra qua các lỗ nhỏ đường kính và chứa đựng trong thau nhôm. Hình 2. 4 Cối ép Thực hiện ép cơ học ở hai điều kiện: - Ép nguội ở nhiệt độ phòng (270C) - Ép nóng sau khi gia nhiệt cho vỏ hạt điều bằng cách hấp nóng bằng lò hấp tự động, nhiệt độ của nguyên liệu đạt được 1200C. Tiến hành: Cân 100g nguyên liệu đã được chuẩn bị trước. Cho vào cối ép. Cối ép được cho vào trong xoong nhôm đã được xác định khối lượng m0 (g), đưa vào máy ép. Mở van hơi của bộ kích lực, dùng tay điều khiển cần kích lực để trục ép hạ xuống, nén lớp vỏ trong cối ép. Khi lực nén đạt được tối đa, để yên trong 5 phút cho dầu chảy hết ra. Gạn hết dầu bên ngoài thành cối ép. Sau đó, cân khối lượng xoong
36 chứa dầu m2 (g). Hiệu suất ép thể hiện bằng hàm lượng CNSL thu được được xác định theo công thức: H (%) = Trong đó: m: khối lượng VHĐ đem ép, g Lặp lại thí nghiệm trên 3 lần, xác định hàm lượng CNSL trung bình. Thực hiện tương tự, nhưng thí nghiệm ép với VHĐ đã được gia nhiêt, ép lúc còn nóng. Lặp lại thí nghiệm 3 lần xác định hàm lượng CNSL trung bình của quá trình ép nóng. So sánh hiệu suất của hai phương pháp. 2.4.3. Trích ly dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp chiết Soxhlet Hình 2. 5 Bộ chiết Soxhlet
37 Vỏ hạt điều nghiền nhỏ Chiết bằng Soxhlet Hexan Ethanol Cô quay chân Cô quay chân không không 0 Sấy (105 C) Sấy (1050C) Tinh dầu thô Tinh dầu thô Hình 2. 6. Quy trình chiết dung môi Trích ly DVHĐ bằng phương pháp chiết Soxhlet: Vỏ hạt điều đem giã, nghiền nhỏ, mục đích tăng diện tích tiếp xúc của các cấu tử tan với dung môi, tăng hiệu suất chiết, đem sấy ở 1050C trong 1 giờ; sau đó cân chính xác lượng vỏ hạt điều cần khảo sát trong qua trình chiết, dùng giấy lọc vuông tạo thành túi đựng nguyên liệu sao cho nguyên liệu không bị rơi ra ngoài trong khi chiết. Cho vào ống đựng nguyên liệu của bộ soxlet, cho dung môi vào bình cầu (bình cầu đã được sấy khô và xác định khối lượng), tiến hành lắp bộ soxhlet, mở van nước sinh hàn, bật bếp đun và chiết trong 6h đến khi dịch chiết ở ống đựng nguyên liệu trở trong. Dịch sau chiết đem cô quay trong 1h (bình cô quay cũng được sấy và xác định khối lượng). Sau đó tiếp tục đem sấy ở 1050C và đem cân đến khối lượng không đổi. Xác định hàm lượng CNSL bằng cách tính:
38 H(%) = Trong đó: H: Hàm lượng CNSL, % m: Khối lượng vỏ đem chiết, g m0: Khối lượng bình ban đầu, g m1: Khối lượng bình sau sấy, g Tiến hành: Cân 10g VHĐ, thực hiện thí nghiệm theo quy trình chiết dung môi với 2 loại dung môi ethanol và hexan. Với mỗi loại dung môi thực hiện lặp lại thí nghiệm 3 lần và tính giá trị trung bình. Sau đó so sánh và lựa chọn dung môi chiết. 2.4.4. Khảo sát các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết. 2.4.4.1. Khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng : Nguyên liệu đã Giã, nghiền nhỏ Chiết với dung môi (ml/ 10g vỏ) 70 ml 90ml 110ml 130ml 150ml Tinh dầu thô Xác định hàm lượng CNSL Đánh giá tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được, chọn tỷ lệ chi ết thích hợp Hình 2. 7 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát tỷ lệ NL/DM
39 Tiến hành chiết soxhlet cho cùng khối lượng vỏ hạt điều, nhiệt độ cố định. Cho lượng dung môi biến thiên trong khoảng từ 80ml – 150ml dung môi. Chọn ra tỷ lệ tối ưu của quá trình chiết. 2.4.4.2. Khảo sát điều kiện thời gian chiết tối ưu: Sơ đồ bố trí thí nghiệm tiến hành: Nguyên liệu Giã, nghiền nhỏ Chiết với dung môi (h) 2h 3h 4h 5h 6h Tinh dầu thô Xác định hàm lượng CNSL Đánh giá tỷ lệ khối lượng tinh dầu thu được, chọn thời gian chiết thích hợp Hình 2. 8 Sơ đồ bố trí thí nghiệm khảo sát điều kiện thời gian chiết Mục đích: Thời gian chiết có vai trò quyết định đến lượng dầu thu hồi. Nếu chiết trong thời gian quá ngắn thì lượng tinh dầu trích ly chưa hết hoàn toàn hay nó vẫn còn tồn tại trong các tế bào tiết, do vậy làm giảm thể tích tinh dầu thu được. Ngược lại, nếu chiết quá thời gian tối ưu thì vừa tốn thời gian, vừa hao tổn năng lượng và nghiêm trọng hơn là chất lượng tinh dầu thu được cũng bị giảm đáng kể.
40 Tiến hành chiết soxhlet cho cùng khối lượng vỏ hạt điều, yếu tố nhiệt độ, lượng dung môi được cố định ở tỷ lệ NL/DM tối ưu chỉ thay đổi về yếu tố thời gian. Khảo sát lượng dầu thu được ở các mốc thời gian, đưa ra thời gian tối ưu cho quá trình chiết. 2.4.5. Xác định các chỉ số hóa - lý của dầu vỏ hạt điều. 2.4.5.1. Tỷ trọng Tỷ trọng được xác định bằng phương pháp tỷ trọng kế, dùng bình tỷ trọng ở 250C (Phụ lục 2). 2.4.5.2. Độ nhớt Sử dụng máy đo độ nhớt theo phương pháp động lực ở phòng thí nghiệm sắc ký, dùng máy đo độ nhớt với đầu dò 3 of 63 ở các tốc độ quay đo độ nhớt của mẫu dầu ép nguội và chiết dung môi hexan, ghi lại giá trị đọc và hệ số chuyển đổi, tính độ nhớt ở mỗi tốc độ quay, so sánh đối chiếu độ nhớt ở các tốc độ, kết luận về ảnh hưởng của tốc độ quay đến độ nhớt. Tính độ nhớt trung bình của các mẫu dầu vỏ hạt điều, đưa ra kết luận. Hình 2. 9 Máy đo độ nhớt
41 2.4.5.3. Hàm lượng nước Xác định hàm lượng nước của dầu vỏ hạt điều bằng phương pháp sấy (Phụ lục 2). 2.4.5.4. Hàm lượng tro Xác định hàm lượng tro bằng phương pháp nung ở 550oC (Phụ lục 2). 2.4.5.5. Chỉ số acid Chỉ số acid của dầu là số mg KOH cần dùng để trung hòa những acid béo tự do có trong dầu. Phương pháp xác định theo phương pháp chuẩn độ acid – bazơ (Phụ lục 2). 2.4.5.6. Nhiệt độ chớp cháy cốc hở Phân tích theo phương pháp ASTM D92-12 do Trung tâm Nghiên cứu và phát triển Chế biến dầu khí - Viện dầu khí Việt Nam (PVPro) phân tích. 2.4.5.7. Nhiệt trị Phân tích theo phương pháp ASTM D4809 – 09a do Trung tâm Nghiên cứu và phát triển Chế biến dầu khí - Viện dầu khí VIệt Nam phân tích. 2.4.6. Phương pháp xử lý số liệu Các kết quả nghiên cứu đều là trung bình cộng của 3 lần xác định Xử lý số liệu bằng phần mềm MS Excel 2007
42 CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1. Kết quả khảo sát độ ẩm nguyên liệu Độ ẩm trung bình của mẫu vỏ hạt điều sau khi nghiền nhỏ phân tích được là 8,6%. Độ ẩm nguyên liệu thấp, với độ ẩm này chúng ta có thể bảo quản vỏ hạt điều trong một thời gian để tiến hành thí nghiệm. Kết quả thể hiện ở bảng 3.1. Bảng 3. 1 Độ ẩm nguyên liệu vỏ hạt điều Độ ẩm, X (%) Độ ẩm trung bình, (%) Độ lệch chuẩn,  X1 X2 X3 8,6 0,16 8,42 8,74 8,64 3.2. Kết quả tách chiết dầu vỏ hạt điều 3.2.1. Kết quả hàm lượng CNSL thu được từ phương pháp ép. Kết quả hàm lượng dầu thu được từ phương pháp ép ở áp suất ép 8327 at trong thời gian 5 phút được thể hiện ở bảng 3.2 và hình 3.1. Bảng 3. 2 Kết quả hàm lượng dầu trong vỏ hạt điều bằng phương pháp ép Phương pháp Hàm lượng CNSL Độ lệch Hàm lượng CNSL, H (%) ép trung bình, (%) chuẩn,  Ép nguội 11,16 11,08 11,06 11,10 0,05 Ép nóng 12,92 12,42 12,89 12,74 0,28 Hiệu suất thu được từ phương pháp ép tương đối cao. Nguyên liệu trước và sau ép có sự khác biệt, vỏ hạt điều nhìn khô hơn và dẹp hơn (Hình 3.1).
43 Hình 3. 1 Vỏ hạt điều trước và sau khi ép lấy dầu Bã vỏ hạt điều sau khi ép vẫn còn chứa dầu. Như vậy phương pháp ép cơ học chưa thu được triệt để dầu vỏ hạt điều trong nguyên liệu. Dầu vỏ hạt điều sau khi ép chứa nhiều mảnh nguyên liệu, do đó phải tiến hành lắng lọc để loại bỏ chúng. Dầu có màu nâu đỏ, tương đối sánh và mùi đặc trưng của dầu vỏ hạt điều. Độ lệch chuẩn của phương pháp ép nóng cao, nguyên nhân nhiệt độ không kiểm soát được ổn định trong quá trình ép, dẫn đến chênh lệch kết quả giữa các lần ép. Quá trình ép nóng thực hiện khi nguyên liệu còn ở nhiệt độ cao, tức là ép ngay sau khi gia nhiệt, nếu nguyên liệu hạ nhiệt độ cần gia nhiệt lần 2 rồi ép. So sánh giữa phương pháp ép nóng và ép nguội ta có hình 3.3. 14 12.74 12 11.1 10 8 6 4 Hàm lượng lượng Hàm (%) dầu 2 0 Ép nguội Ép nóng Hình 3. 2 Hiệu suất thu hồi dầu của phương pháp ép.
44 Dựa vào đồ thị có thể thấy hiệu suất thu dầu của phương pháp ép nóng cao hơn ép nguội 1,64 %, có nghĩa là nhiệt độ tăng thì hàm lượng dầu thu được tăng theo. Điều này có thể giải thích như sau: Khi ép ở nhiệt độ cao thì độ nhớt của dầu giảm, đồng thời dưới tác dụng của lực cơ học thì liên kết giữa các tế bào dễ bị vỡ do đó dầu được tách ra dễ dàng hơn. Ở thí nghiệm này với máy ép thủy lực hiện có của phòng thí nghiệm năng suất ép chỉ đạt 200 g/h, nguyên nhân là do trục ép và cối ép có kích thước nhỏ, lượng nguyên liệu đầu vào rất thấp chỉ được 100g cho một lần ép. Lực nén của máy ép rất lớn làm cho lớp vỏ bị nén chặt, dẫn đến mất nhiều thời gian cho việc lấy bã ép ra khỏi cối để tiếp tục đợt ép tiếp theo, do đó làm hạn chế năng suất ép. Phương pháp ép mặc dù không thu hồi triệt để dầu vỏ, tuy nhiên lại đơn giản, rẻ tiền, có thể thực hiện ở quy mô lớn. Ta thấy nếu cải tiến thiết bị ép sao cho lượng nguyên liệu trên một lần ép đủ lớn, kiểm soát được nhiệt độ ổn định trong quá trình ép, thì năng suất có thể đạt 1 – 2 tấn/h, đối với máy ép vít công nghiệp. 3.2.2. Chiết dầu vỏ hạt điều bằng dung môi Chiết dầu vỏ hạt điều bằng bộ soxhlet trong điều kiện thời gian là 6h, lượng dung môi là 150ml. Kết quả thể hiện ở bảng 3.4 Bảng 3. 3 Kết quả hàm lượng dầu trong vỏ hạt điều thu được bằng phương pháp chiết dung môi Loại dung Hàm lượng CNSL Độ lệch Hàm lượng CNSL, H (%) môi trung bình, (%) chuẩn,  Hexan 32,03 32,06 31,93 32,01 0,068 Ethanol 30,76 30,79 30,72 30,72 0,096 Chiết xuất dầu vỏ hạt điều bằng dung môi thu được hiệu suất dầu cao gấp 3 lần so với phương pháp ép cơ học. Dầu sau trích ly màu nâu đỏ, trong, không cặn nguyên liệu (Hình 3.3) Bã khô không dầu (Hình 3.4.). Phương pháp này có hiệu
45 suất thu dầu cao, dầu thu được có chất lượng khá tốt, song thời gian khá nhiều và tiêu tốn nhiều dung môi, cần tính đến giá trị kinh tế. Hình 3. 3 Dầu vỏ hạt điều thu được bằng phương pháp chiết dung môi hexan. Hình 3. 4 Vỏ hạt điều trước và sau khi chiết bằng dung môi hexan. Có thể so sánh ảnh hưởng của loại dung môi chiết đến hiệu suất trích ly bằng đồ thị thể hiện ở hình 3.5 dưới đây. Từ kết quả bảng 3.3 ta vẽ biểu đồ cột thể hiện hiệu suất thu CNSL của hai loại dung môi.
46 34 32.01 32 30.72 30 28 26 24 Hàm lượng lượng Hàm (%) dầu 22 20 Hexan Ethanol Hình 3. 5 Ảnh hưởng của loại dung môi đến hiệu suất trích ly. Từ kết quả nghiên cứu cho thấy, khi trích ly bằng 2 loại dung môi trên hàm lượng dầu thu được tăng dần theo thứ tự dung môi: ethanol, hexan. Cụ thể trong dung môi hexan hàm lượng dầu thu được cao nhất 32,01 %, trong dung môi ethanol hàm lượng dầu thu được thấp hơn 30,72 %. Điều này có thể giải thích như sau: Độ hòa tan vào nhau của hai chất lỏng phụ thuộc vào hằng số điện môi, hai chất lỏng có hằng số điện môi càng gần nhau thì khả năng hòa tan vào nhau càng cao. Dầu có hằng số điện môi khoảng 3 – 3,2. Hằng số điện môi của hexan là 1,9 và hằng số điện môi của ethanol là 24. Sự chênh lệch giữa hằng số điện môi của dầu và hexan gần nhau hơn so với sự chênh lệch hằng số điện môi giữa dầu và ethanol, do đó dầu tan vào hexan nhiều hơn. Vì vậy trích ly bằng hexan thu được lượng dầu lớn hơn so vói ethanol. Dầu sau trích ly được đem cô quay để đuổi dung môi, ở cùng điều kiện duổi dung môi: nhiệt độ 800C, tốc độ quay 90 vòng/phút. Nhận thấy chất lượng của dầu trích ly khi dùng dung môi hexan tốt hơn ethanol cả về màu và mùi. Điều này được giải thích như sau:
47 Hexan có nhiệt độ bay hơi ở 690C, ethanol có nhiệt độ bay hơi 78,39 0C. Do nhiệt độ bay hơi của hexan thấp hơn ethanol nên dẫn đến thời gian duổi dung môi ngắn hơn. Cụ thể, thời gian đuổi hết dung môi trong 100 ml dịch sau trích ly đối với hexan là 40 phút, đối với ethanol mất 60 phút. Dầu trích ly bằng dung môi ethanol được gia nhiệt trong thời gian dài hơn nên có mùi khét và màu sẫm hơn, ngoài ra do thời gian dài nên chi phí năng lượng cao. Trên cơ sở số liệu thu được, tôi chọn hexan làm dung môi thích hợp cho quá trình trích ly dầu vỏ hạt điều, và khảo sát các điều kiện ảnh hưởng đến quá trình trích ly. 3.3. Thí nghiệm khảo sát yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chiết CNSL với dung môi n-hexan. 3.3.1. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hiệu suất trích ly. Sau khi chọn được loại dung môi trích ly thích hợp là hexan, tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến khả năng trích ly dầu, kết quả thể hiện ở bảng 3.4 và hình 3.6 Bảng 3. 4 Hàm lượng dầu vỏ hạt điều thu được khi chiết bằng n-hexan theo tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) Lượng dung môi (ml) 70 90 110 130 150 Tỷ lệ (g/ml) 1/7 1/9 1/11 1/13 1/15 Hàm lượng CNSL (%) 13,75 21,45 30,13 30,71 30,73 Hình 3.6 là đồ thị thể hiện ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi chiết đến hàm lượng dầu vỏ hạt điều thu được.
48 35 30.13 30.71 30.73 Hàm 30 lượng 25 dầu 21.45 (%) 20 15 13.75 10 5 0 1/7 1/9 1/11 1/13 1/15 Tỷ lệ nguyên liệu/dung môi (g/ml) Hình 3. 6 Ảnh hưởng của tỷ lệ nguyên liệu/dung môi đến hàm lượng dầu Từ kết quả nghiên cứu cho thấy khi giảm tỷ lệ NL/DM, lượng dầu trích ly tăng. Cụ thể khi giảm tỷ lệ NL/DM từ 1/7 – 1/11 thì hàm lượng dầu tăng nhanh (13,75% – 30,13%), giảm tỷ lệ NL/DM từ 1/11 – 1/13 thì hàm lượng dầu tăng chậm (30,13% - 30,71%). Trong khoảng tỷ lệ NL/DM từ 1/13 – 1/15 thì hàm lượng dầu gần như không tăng thêm. Giải thích điều này là do khi tỷ lệ NL/DM giảm tức lượng dung môi tăng lên, dầu sẽ có điều kiện hòa tan tốt trong dung môi, vì lượng dung môi lớn sẽ làm tăng khả năng tiếp xúc của dung môi và dầu, từ đó làm tăng chênh lệch áp suất thấm thấu và sự khuếch tán của dầu trong vỏ vào dung môi chiết, làm hàm lượng dầu có trong dịch chiết tăng lên. Lúc đầu hàm lượng dầu có trong vỏ nhiều, sự khuếch tán diễn ra nhanh và mạnh. Nhưng càng về sau, lượng dung môi đã ngấm kiệt, hàm lượng dầu giảm so với ban đầu thì sự khuếch tán diễn ra chậm hơn, chênh lệch nồng độ chất tan trong vỏ và dịch chiết nhỏ. Do đó, nếu sử dụng lượng dung môi quá lớn sẽ gây lãng phí dung môi, năng lượng và tiêu tốn nhiều thời gian chiết, cũng như gây trở ngại qua trình thu hồi dung môi và chi phí xử lý. Tỷ lệ NL/DM: 1/13 được chọn là tỷ lệ dung môi thích hợp cho quá trình chiết dầu vỏ hạt điều.
49 3.3.2. Kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết. Sau khi lựa chọn được loại dung môi, tỷ lệ NL/DM, ta tiến hành nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng CNSL. 10g vỏ hạt điều chiết trong 130 ml dung môi n-hexan, kết quả thể hiện trong bảng 3.5 và hình 3.7. Bảng 3. 5. Hàm lượng CNSL khi chiết trong n-hexan theo thời gian Thời gian chiết (h) 2 3 4 5 6 Hàm lượng CNSL (%) 19,61 25,67 30,71 30,78 30,81 Hình 3.7 là đồ thị thể hiện ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng dầu vỏ hạt điều thu được. 35 30.71 30.78 30.81 30 25.67 25 19.61 20 hàm lượng dầu hàm (%) 15 2 3 4 5 6 Thời gian chiết (h) Hình 3. 7. Ảnh hưởng của thời gian chiết đến hàm lượng dầu Kết quả nghiên cứu cho thấy trong khoảng thời gian trích ly từ 2h – 4h hàm lượng dầu thu được tăng dần, cụ thể trích ly ở 2h hàm lượng dầu thu được là 19,61%, khi tăng lên 4h thì hàm lượng dầu thu được là 30,71%. Tiếp tục trích ly lên 6h thì hàm lượng dầu tăng rất chậm và gần như không tăng nữa.
50 Điều này được giải thích như sau: khi bắt đầu quá trình trích ly, các chất có phân tử lượng nhỏ sẽ hòa tan và khuếch tán vào dung môi trước, sau đó đến các chất có phân tử lớn. Do đó, thời gian trích ly ngắn (2h) sẽ dẫn đến thời gian dung môi tiếp xúc với vỏ hạt điều và số lần chiết rút trong quá trình chiết chưa đủ, dầu chưa khuếch tán hết ra ngoài, vì vậy hàm lượng dầu thu được thấp. Khi thời gian trích ly tăng lên 4h, thời gian tiếp xúc đủ lâu và số lần chiết rút đủ để dịch trích ly hoàn toàn, sau khoảng thời gian này, hàm lượng dầu trong vỏ không còn nhiều nên hiệu suất chiết dầu tăng rất chậm gần như không tăng. Bên cạnh đó nếu kéo dài thời gian trích ly sẽ tạo điều kiện oxy hóa dầu, kéo dài thời gian gây lãng phí và tốn kém năng lượng không mang lại hiệu quả kinh tế. Từ những cơ sở trên thời gian trích ly tốt nhất được chọn là 4h. Vậy khảo sát điều kiện chiết dung môi tối ưu, ta có DVHĐ thu được trong điều kiện tốt nhất là khi chiết với dung môi hexan trong 4h, tỷ lệ NL/DM là 1/13. 3.4. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều. Kết quả phân tích một số chỉ tiêu hóa lý của dầu vỏ hạt điều thu được thể hiện ở bảng 3.6. Bao gồm phân tích các chỉ tiêu: Độ nhớt ở 300C, tỷ trọng ở 300C, hàm lượng nước, hàm lượng tro và chỉ số acid. Bảng 3. 6. Một số chỉ tiêu hóa lý của CNSL Chỉ tiêu Phương pháp ép Phương pháp chiết dung Mẫu CNSL môi công ty Ép nguội Ép nóng Ethanol Hexan Casanco Tỷ trọng 0,979 0,971 0,960 0,965 0,932 (300C) Độ nhớt (cP, 340 408 548 540 500 300C) Hàm lượng 10,32 10,00 9,67 8,86 1,77 nước (%) Hàm lượng tro 1,43 1,78 1,31 1,23 1,97 (%) Chỉ số acid 114,4 126,4 125,4 124,1 - (mgKOH/g)
51 3.4.1. Hàm lượng nước Kết quả nghiên cứu cho thấy hàm lượng nước trong dầu khá cao ở các phương pháp thu dầu. Dầu thu được từ phương pháp ép có hàm lượng nước cao hơn phương pháp chiết dung môi. Cụ thể, hàm lượng nước của dầu thu được từ quá trình ép nguội (mẫu 1) là 10,32 %, ép nóng (mẫu 2) là 10,00 %, chiết dung môi ethanol (mẫu 3) là 9,67 % và chiết dung môi hexan (mẫu 4) là 8,67 %. Cao hơn rất nhiều so với mẫu đối chứng lấy từ công ty Casanco (thu được từ quá trình chao dầu, tách nhân). Nguyên nhân có thể giải thích là do độ ẩm nguyên liệu ban đầu và quá trình tinh chế dầu. Ở mẫu 1 và 2 nguyên liệu được ép trực tiếp mà không qua sấy ban đầu. Dầu sau ép chỉ được lắng lọc cơ học mà không có quá trình tách nước, lượng nước không mất đi mà vẫn tồn tại trong dầu. Ở mẫu 3 và 4 trong quá trình sấy đuổi dung môi có thể làm hao hụt lượng nước chứa trong dầu. Dầu thu từ quá trình tách nhân được gia nhiệt cao, dầu thoát ra từ vỏ hạt trong quá trình chao dầu, dẫn đến hàm lượng nước thấp. So với sản phẩm dầu vỏ hạt điều trên thị trường (hàm lượng nước < 1%) thì hàm lượng nước khá cao do không được tinh chế tách nước triệt để. Hàm lượng nước trong dầu sẽ ảnh hưởng đến nhiệt trị, gây trở ngại cho qua trình đốt cháy của dầu, gây hiện tượng xâm thực do đó cần có quá trình loại bỏ tách nước trước khi ứng dụng. 3.4.2. Hàm lượng tro Kết quả hàm lượng tro của CNSL thu được theo phương pháp ép nguội là 1,43 % thấp hơn phương pháp ép nóng (1,78 %) , chiết dung môi có hàm lượng tro thấp hơn, ethanol cho dầu có độ tro là 1,31 %, CNSL chiết bằng hexan có độ tro 1,23 %. Điều này cho thấy phương pháp chiết cho dầu có hàm lượng cặn thấp hơn phương pháp ép. Hàm lượng tro của mẫu dầu chiết tách ở phòng thí nghiệm thấp hơn so với mẫu đối chứng lấy từ công ty (1,97 %). Hàm lượng tro của dầu vỏ hạt điều khoảng 1 – 2 % cao hơn so với dầu điều thương mại trên thị trường (<1 %), điều này chứng tỏ trong dầu còn có cặn và tạp chất, khi đốt biến thành tro, nhưng lượng nay không lớn. Cấu tử cặn trong dầu không nhiều.
52 Ta biết rằng hàm lượng tro lớn đối với nhiên liệu đốt sẽ làm giảm hiệu quả sử dụng như gây tắt nghẽn, làm giảm khả năng truyền nhiệt, do đó cần phải tinh chế dầu sao cho hàm lượng tro thấp nhất. 3.4.3. Tỷ trọng Từ bảng kết quả cho thấy tỷ trọng của dầu vỏ hạt điều nằm trong khoảng 0,96 – 0,98 tỷ trọng này nhỏ hơn 1 chứng tỏ dầu nhẹ hơn nước. Tỷ trọng nhiên liệu liên quan đến quá trình cháy của nhiên liệu. Ngoài ra trong quá trình xử lý nhiên liệu, tỷ trọng dầu và nước khác nhau đảm bảo quá trình tách loại nước bằng phương pháp ly tâm sẽ hiệu quả hơn. So với dầu F.O tỷ trọng này gần như tương đương (0,96). Tỷ trọng của dầu thu được từ phương pháp ép cao hơn so với dầu thu được từ phương pháp chiết dung môi, điều này có thể giải thích bởi hàm lượng nước chứa trong CNSL thu từ phương pháp ép cao hơn. So sánh với tỷ trọng của dầu CNSL trên thị trường(0,96), kết quả thu được cao hơn. Do đó, để giảm tỷ trọng của dầu, cần có phương pháp tinh chế tách nước trong dầu một cách thích hợp. 3.4.4. Xác định độ nhớt Sử dụng đầu dò 3 of 63 đo ở các tốc độ quay khác nhau, được đo ở cùng điều kiện nhiệt độ phòng, mỗi tốc độ đo 3 lần lấy giá trị trung bình, ta có kết quả thể hiện ở bảng 3.7. khảo sát vơi mẫu CNSL thu được từ phương pháp ép nguội và chiết dung môi hexan. Kết quả cho thấy ta có thể nhận xét độ nhớt của mẫu dầu không thay đổi nhiều nếu như ta thay đổi các tốc độ quay của đầu dò máy đo độ nhớt. Do đó, độ nhớt của các mẫu sẽ được chọn ở điều kiện đo của đầu dò 63 với tốc độ quay 30 trong điều kiện nhiệt độ phòng trình bày ở bảng 3.7.
53 Bảng 3. 7. Kết quả đo độ nhớt ở các tốc độ quay Mẫu Speed Hệ số chuyển đổi Độ nhớt (cP) 12 ×100 480 5,77 Casanco 30 ×40 500 5,77 60 ×20 510 7,64 12 ×100 350 5,77 Ép nguội 30 ×40 340 2,89 60 ×20 330 7,67 12 ×100 540 4,62 Chiết dung 30 ×40 540 2,31 môi hexan 60 ×20 550 4,16 Độ nhớt của DVHĐ phụ thuộc nhiều vào phương pháp chiết tách và bản chất của DVHĐ. Độ nhớt của DVHĐ thu được từ các phương pháp: ép nguội 340 cP, ép nóng: 408 cP, chiết dung môi ethanol: 548cP, chiết dung môi hexan: 540 cP, mẫu của Casanco: 500 cP So sánh phương pháp ép và chiết dung môi, ta thấy phương pháp ép cơ học sẽ cho mẫu CNSL có độ nhớt thấp hơn phương pháp chiết dung môi. Với áp lực ép càng lớn sẽ làm giảm độ nhớt của dầu đây là nguyên nhân độ nhớt CNSL của phương pháp ép nhỏ hơn. Độ nhớt ảnh hưởng đến mức độ cháy chủa dầu, dầu có độ nhớt càng thấp thì điểm chớp cháy và điểm bắt lửa sẽ thấp. Ngoài ra độ nhớt cao làm giảm nhiệt trị cháy, còn làm tăng trở lực ma sát. Do đó cần lựa chọn phương pháp thu CNSL có độ nhớt thấp, ở đây phương pháp ép nguội cho độ nhớt thấp nhất (340 cP) 3.4.5. Xác định chỉ số Acid: Chỉ số acid của CNSL thu được từ các phương pháp: ép nguội 114,4 mgKOH/g, ép nóng 126,4 mgKOH/g, chiết dung môi ethanol 125,4 mgKOH/g, chiết dung môi hexan 124,1 mgKOH/g.
54 Dầu vỏ hạt điều có chỉ số acid khoảng 110 - 125 mgKOH/g. Nhận xét có thể thấy chỉ số acid của mẫu 2, 3, 4 cao hơn mẫu 1. Nguyên nhân có thể kể đến tính chất biến đổi các cấu tử trong CNSL ở các phương pháp chiết do nhiệt độ. Chỉ số acid có kể đến tính ăn mòn, chỉ số này càng cao tính ăn mòn càng mạnh. Ngoài ra, trong ngiên cứu tổng hợp biodiesel cho động cơ, chỉ số acid được quan tâm như một chỉ tiêu để xác định các phương pháp thích hợp để chuyển hóa, nếu chỉ số acid cao các phản ứng xúc tác acid, bazơ thông thường sẽ khó thực hiện được. Sau khi phân tích lựa chọn các chỉ tiêu, mẫu được chọn để gửi đi phân tích nhiệt trị và nhiệt độ chớp cháy là mẫu dầu ép nguội. Nguyên nhân chọn vì mẫu có độ nhớt, và chỉ số acid thấp, hàm lượng tro và hàm lượng nước cao hơn so với các phương pháp còn lại, tuy nhiên lại thuận lợi trong điều kiện thí nghiệm của đề tài. 3.4.6. Nhiệt độ chớp cháy cốc hở Xác định theo phương pháp ASTM D92 - 12, ở nhiệt độ 224 0C, CNSL bắt cháy. Nhiệt độ này thấp hơn so với dầu F.O. Nếu dùng cho mục đích nhiêt liệu, cần quan tâm đến thông số này trong quá trình lưu trữ, vận chuyển, vì điểm chớp cháy đặc trưng cho mức độ hỏa hoạn của dầu. 3.4.7. Nhiệt trị Nhiệt trị của dầu vỏ hạt điều xác định theo phương pháp ASTM D 4809 – 09a là 8656 Kcal/kg, tương đương 36268,64 KJ/Kg. Do độ ẩm trong dầu chiếm đến 10%, do đó nhiệt trị cũng giảm xuống tương đương 10%. Nếu loại bỏ nước ra khỏi dầu, thì dầu vỏ hạt điều có nhiệt trị vào khoảng 9500kcal/kg tương đương 39805 KJ/kg. So sánh với dầu F.O thì thấp hơn (F.O 9800kcal/kg), và dầu vỏ điều trên thị trường (9500 kcal/kg hay 39,8 MJ/kg). Nguyên nhân nhiệt trị thấp hơn so với CNSL trên thị trường là sự khác biệt ở hàm lượng nước trong mẫu dầu. Cần có phương pháp tinh chế tốt hơn.
55 Với nhiệt trị cao, CNSL hoàn toàn thích hợp được lựa chọn làm nhiên liệu đốt để thay thế dầu F.O, hoặc xúc tác tổng hợp thành nhiên liệu biodiesel, hay pha trộn với diesel trong nhiên liệu động cơ. 3.5. So sánh với các dầu thực vật được ứng dụng làm nhiên liệu sinh học khác Bảng 3. 8 Bảng so sánh các chỉ tiêu của một số loại dầu thực vật được ứng dụng làm nhiên liệu sinh học. Dầu vỏ hạt Dầu hạt Loại dầu Mỡ cá basa Dầu nành Dầu diesel điều Jatropha Tỷ trọng 0,96 – 0,97 0,886 0,92 0,91 0,836 (g/cm3) Chỉ số acid 115 6,6 28 0,2 - (mgKOH/g) Nhiệt độ bắt cháy cốc kín 224 216 225 254 260 (oC) Độ nhớt (cSt, 56 4,744 29,4 32,9 3 – 6 300C) Nhiệt trị 39,8 40,05 38,5 39,6 43,80 (MJ/Kg) DVHĐ so với các loại dầu thực vật khác có tỷ trọng, chỉ số acid và độ nhớt cao hơn rất nhiều, nhiệt trị tương đương với các loại dầu khác. Chỉ số acid cao gây trở ngại cho việc tổng hợp biodiesel so với các dầu nguyên liệu khác. So sánh với dầu diesel ta thấy độ nhớt, tỷ trọng của DVHĐ cao hơn nhưng nhiệt trị lại thấp hơn. Để sử dụng DVHĐ thay nhiên liệu diesel là hoàn toàn có khả năng, song cần những bước chuyển đổi và tổng hợp thích hợp.
56 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Qua quá trình nghiên cứu, chúng tôi đưa ra được các kết luận sau: 1. Độ ẩm của vỏ hạt điều ban đầu là 8,60 0,16 % 2. Phương pháp thu nhận dầu vỏ hạt điều Phương pháp ép cơ học bằng máy ép thủy lực ở nhiệt độ thường cho hiệu suất dầu thấp 11,10 0,05 %. Dầu thu được có hàm lượng nước 10,32%, độ nhớt 340 cP, tỷ trọng 0,97; hàm lượng tro 1,43%, chỉ số acid 114,4 mgKOH/g. Phương pháp ép cơ học bằng máy ép thủy lực ở nhiệt độ cao cho hiệu suất dầu 12,72 0,28 %. Dầu thu được có hàm lượng nước 10%, độ nhớt 408 cP, tỷ trọng 0,97; hàm lượng tro 1,23%, chỉ số acid 126,4 mgKOH/g. Phương pháp chiết dung môi cho hiệu suất dầu cao hơn 30%. Chiết bằng hexan có hiệu suất 32,01 0,068 %. Chiết bằng ethanol cho hiệu suất 30,72 0,096 % Dầu thu được có hàm lượng nước 8-9%, độ nhớt 540-550 cP, tỷ trọng 0,96; hàm lượng tro 1,3%, chỉ số acid 125 mgKOH/g. Ta thấy phương pháp chiết cho hiệu suất thu hồi dầu cao nhất, nhưng phương pháp ép cho các chỉ tiêu tốt nhất. Chọn dầu thu được từ phương pháp ép để xác định nhiệt trị và độ chớp cháy của DVHĐ. 3. Nhiệt độ chớp cháy của DVHĐ khá cao 224 0C. 4. Nhiệt lượng của dầu vỏ hạt điều đạt 8656 kcal/kg, nhiệt lượng cao, thích hợp cho việc làm nhiên liệu đốt.
57 Kiến nghị DVHĐ có nhiều ứng dụng trong đòi sống, tôi mong muốn được tạo điều kiện để tiếp tục nghiên cứu các thành phần hóa học của DVHĐ, hoạt tính của DVHĐ nói chung và các cấu tử nói riêng. Tiếp tục nghiên cứu quy trình sản xuất dầu vỏ hạt điều bằng các phương pháp hiện đại hơn (hỗ trợ bằng vi sóng, chiết bằng CO2 siêu tới hạn, ) nhằm mục đính nâng cao hiệu suất, giảm chi phí đầu tư và có tính ứng dụng cao nhất. Tiếp tục nghiên cứu các ứng dụng và khả năng thay thế nhiên liệu hóa thạch của dầu vỏ hạt điều để bảo vệ môi trường, nghiên cứu khả năng phối trộn với nhiên liệu diesel, tiếp tục nghiên cứu quy trình tinh chế, sản xuất biodiesel từ DVHĐ. Mở rộng nghiên cứu một cách toàn diện, phân lập các thành phần trong dầu vỏ hạt điều để có những nghiên cứu ứng dụng mới, mang tính thực tiễn hơn.
58 TÀI LIỆU THAM KHẢO TIẾNG VIỆT 1. Bộ công thương Việt Nam, Xuất khẩu điều qua các năm, 2. Trịnh Văn Dũng (2007), Nghiên cứu công nghệ sản xuất bột má phanh (bột ma sát) từ dầu vỏ hạt điều, tạp chí phát triển khoa học công nghệ, tập 10, số 06. 3. Hiệp hội điều Việt Nam Vinacas, Bản tin Vinacas tháng 5/2014 4. Hà Lâm Huỳnh (2010), Chiến lược phát triển cây điều. 5. Trần Công Khanh (2013), Cây điều Việt Nam, hiện trạng và giải pháp phát triển, báo Institute of Agricultural Sciences for Southern Vietnam. 6. Nguyễn Văn Minh, Các phương pháp sản xuất tinh dầu, Báo điện tử ện nghiên cứu dầu và cây có dầu-bản tin khoa học công nghệ. 7. Phạm Đình Thanh (2003), Hạt điều sản xuất và chế biến, NXB Nông Nghiệp. 8. Hoa Hữu Thu (2007), Phân tích nhiên liệu, NXB Đại học quốc gia Hà Nội. 9. Trần Ngọc Toản (2012), Nhiên liệu sinh học và hiện trạng sản xuất, sử dụng ở Việt Nam, Báo Năng lượng Việt Nam, 10. Phạm Thế Trinh (2008), Nghiên cứu công nghệ chiết tách Cardanol từ dầu vỏ hạt điều và ứng dụng để sản xuất sơn tàu biển và vật liệu kết dính chất lượng cao, Bộ công thương – Viện hóa học công nghiệp Việt Nam. 11. Anh Tùng (2013), Phát triển công nghiệp dầu thực vật trên thế giới, tạp chí STINFO, số 08. 12. Viện chính sách & chiến lược phát triển thiên nhiên – trung tâm tư vấn chính sách nông nghiệp, Hồ sơ ngành hàng hạt điều. 13. Xuất khẩu hạt điều sang các thị trường 11 tháng đầu năm đạt 1,36 tỷ USD,
59 TIẾNG ANH 14. Akinhanmi, T.F, Chemical Composition and Physicochemical Properties Of Cashew nut oil and Cashew nut shell liquid, Joumal of Agricultural, food, and environmental Sciences, Vol.2, No.1. 15. A.Velmurugan, M.loganathan (2012), Effect of ethanol addition with cashew nut shell liquid on engine combustion and exhaust emission in a di diesel engine, International Journal of Engineering Science and Technology, vol. 4, No. 07. 16. G. Kasiraman, B. Nagalingam, M. Balakrishnan (2012), Performance, emission and combustion improvements in a direct injection diesel engine using cashew nut oil as fuel with camphor oil blending, Energy 47, 116-124. 17. Maria Alexsandra de Sousa Rios, Selma Elaine Mazzetto (2009), Cashew nut shell liquids (CNSL) as source of Eco-frendly antioxidants for lubricants, International Electronic Conference on Synthetic Organic Chemmistry 13. 18. Maria Yuliana, Tran thi Ngoc Yen, Yi-Hsu Ju (2012), Effect of traction methods on characteristic and composition of Indonesian cashew nut shell liquid, Industrial Crops and Products, 35, 230-236. 19. Teresinha de Jesus Aguiar dos Santos Andrade, Bruno Quirino Araújo,Antonia Maria das Graças Lopes Citó, Juliana da Silva, Jenifer Saffi, Marc François Richter, Alexandre de Barros Falcăo Ferraz (2010), Antioxidant properties and chemical composition of technical Cashew Nut Shell Liquid (tCNSL), Food Chemistry, 126, 1044-1048. 20. Tejas Gandhi, Mayank Patel, Bharat kumar Dholakiya (2012), Studies on effect of various solvents on extraction of cashew nut shell liquid (CNSL) and isolation of major phenolic constituents from extracted CNSL, Scholars Research Library.
PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phương pháp xác định độ ẩm nguyên liệu Nguyên lý: dùng nhiệt độ cao làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu nguyên liệu, sau đó dựa vào hiệu số khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy sẽ tính được hàm lượng nước trong mẫu. Dụng cụ hóa chất: Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ, cân phân tích có độ chính xác 10-4 g, cốc sấy, bình hút ẩm có chứa silicagen Tiến hành: B1: Sấy cốc tới khối lượng không đổi: cốc sấy rửa sạch, úp khô rồi đem sấy ở 100-105 0C trong 2 h, làm nguội tong bình hút ẩm trong 30 phút, đem cân và ghi lại 0 khối lượng m0, tiếp tục sấy cốc ở 100-105 C trong 1h, làm nguội và cân. Lặp lại thao tác đến khi nào giữa hai lần liên tiếp khối lượng sai khác không quá 5×10-4 g là sấy đến khối lượng không đổi B2: cân chính xác 10 g vỏ hạt điều cho vào cốc sấy, cân khối lượng m1(g) , chuyển cốc vào tủ sấy và sấy ở 105 0C, sau đó lấy mẫu ra để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lượng m2 (g), lặp lại thao tác đến khi khối lượng không đổi. Tính kết quả: XH2O = × 100 XH2O: Hàm lượng nước trong mẫu dầu (%) m1: Khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy (g) m2: Khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy (g) m0: Khối lương cốc sấy (g)
Phụ lục 2: Các phương pháp xác định các chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều 1. Phương pháp xác định hàm lượng Tro Nguyên lý: dùng sức nóng (550-600 0C) nung nóng hoàn toàn các chất hữu cơ, phân còn lại đem cân và tính ra hàm lượng tro toàn phần trong mẫu. Dụng cụ: Cốc nung bằng sứ, bếp điện, lò nung, cân phân tích, bình hút ẩm chứa silicagel Tiến hành: Nung chén sứ đã rửa sạch ở 550-600 0C đén khối lượng khôi đổi, để nguội ở bình hút ẩm và đem cân ở cân phân tích có độ chính xác 10-4 g. Ghi lại khối lượng m0 Cho vào chén 1ml dầu, cân lại khối lượng m1 (g). Sau đó, đem tro hóa trên bếp điện đến khi thấy không còn khói bay lên. Cho tất cả vào lò nung ở 550-6000C, nung đến khi tro trắng. Lấy ra để nguội trong bình hút ẩm và đem cân, ghi lại khối lượng m2 (g). Tính kết quả: XT = × 100 XT: Hàm lượng tro trong mẫu dầu (%) m1: Khối lượng cốc và mẫu trước khi nung (g) m2: Khối lượng cốc và mẫu sau khi nung (g) m0: Khối lương cốc sứ (g) 2. Phương pháp xác định hàm lượng nước. Nguyên lý: dùng nhiệt độ cao làm bay hơi hết hơi nước trong mẫu thử, sau đó dựa vào hiệu số khối lượng của mẫu trước và sau khi sấy sẽ tính được hàm lượng nước trong mẫu. Dụng cụ hóa chất: Tủ sấy điều chỉnh nhiệt độ, cân phân tích có độ chính xác 10-4 g, cốc sấy, bình hút ẩm có chứa silicagen
Tiến hành: B1: Sấy cốc tới khối lượng không đổi: cốc sấy rửa sạch, úp khô rồi đem sấy ở 100-105 0C trong 2 h, làm nguội tong bình hút ẩm trong 30 phút, đem cân và ghi lại 0 khối lượng m0, tiếp tục sấy cốc ở 100-105 C trong 1h, làm nguội và cân. Lặp lại thao tác đến khi nào giữa hai lần liên tiếp khối lượng sai khác không quá 5×10-4 g là sấy đến khối lượng không đổi B2: dùng pipet lấy 2 ml mẫu dầu vỏ hạt điều cho vào cốc sấy, cân khối lượng 0 m1 (g) , chuyển cốc vào tủ sấy và sấy ở 105 C, sau đó lấy mẫu ra để nguội trong bình hút ẩm và cân khối lượng m2 (g), lặp lại thao tác đến khi khối lượng không đổi. Tính kết quả: XH2O = × 100 XH2O: Hàm lượng nước trong mẫu dầu (%) m1: Khối lượng cốc và mẫu trước khi sấy (g) m2: Khối lượng cốc và mẫu sau khi sấy (g) m0: Khối lương cốc sấy (g) 3. Phương pháp xác định tỷ trọng dầu Nguyên tắc: tỷ trọng của dầu là tỷ số khối lượng dầu trên khối lượng của cùng một thể tích chất chuẩn (thường là nước cất), ở cùng một nhiệt độ. Cách xác định Bình đo tỷ trọng (pycnometer) được rửa sạch bằng methanol, sấy nhẹ cho khô rồi cho vào tủ điều nhiệt ở 250C trong 30 phút. Sau đó lấy ra cân nhanh ta được khối lượng của bình là m0. Cho CNSL vào đầy cổ bình, đậy nút, lâu khô phần tinh dầu tràn ra, sau đó cho 0 vào tủ ổn nhiệt ở 25 C trong 30 phút. Lấy ra cân nhanh ta được khối lương m1. Làm tương tự như trên nhưng thay dầu bằng nước cất, cân khối lượng m2.
Khi đó tỷ trọng dầu được xác định như sau: D25 = 4. Phương pháp xác định chỉ số acid Nguyên tắc: Dựa vào phản ứng trung hòa giữa acid béo và kiềm trong môi trường hỗn hợp gồm rượu etylic và êt etylic. Hóa chất: Dung dich KOH 0.1N (pha trong nước). Chỉ thị phenolphthalein 1% trong cồn. Hỗn hợp dung môi gồm 1 thể tích êt etylic và một thể tích cồn tuyệt đối. Cách xác định: Cân chính xác 1g dầu cho vào bình nón 250ml, them 50ml hỗn hợp dung môi (tỉ lệ 1:1), lắc đều cho tan hết dầu, cho 2-3 giọt chỉ thị phenolphthalein 1% rồi chuẩn độ bằng dung dịch KOH 0.1N cho đến khi dung dịch xuất hiện màu hồng nhạt và màu không mất đi sau 30g giây. Tính kết quả: ,×× A= A: chỉ số Acid của dầu, mgKOH/1g dầu V: số ml KOH 0.1N dùng để chuẩn độ N: nồng độ dung dịch KOH W: khối lượng mẫu, g 56,1: khối lượng phân tử KOH
Phụ lục 3: Kết quả xác định các chỉ tiêu của dầu vỏ hạt điều 1. Kết quả khảo sát độ ẩm nguyên liệu Khối lượng Khối lượng Lượng nước Độ ẩm, Độ ẩm trung STT mẫu trước sấy, mẫu sau khi trong mẫu, W (%) bình, WTB m (g) sấy, m1(g) m1-m2 (g) (%) 1 10,0010 9,1594 0,8416 8,42 2 10,0002 9,1256 0,8746 8,74 8,60 3 10,0006 9,1364 0,8642 8,64 2. Kết quả quá trình ép nguội: Khối lượng vỏ Khối lượng dầu STT X (%) XTB (%) hạt điều, m(g) thu được, m1 (g) 1 100,21 11,18 11,16 2 100,19 11,10 11,08 11,10 3 100,18 11,08 11,06 3. Kết quả quá trình ép nóng: STT Khối lượng vỏ Khối lượng dầu thu X (%) XTB (%) hạt điều, m(g) được, m2 (g) 1 100,61 13,00 12,92 2 100,59 12,49 12,42 12,74 3 100,84 13,00 12,89
4. Kết quả quá trình chiết dung môi Ethanol: Khối lượng vỏ Khối lượng dầu STT X (%) XTB (%) hạt điều, m(g) thu được, m1 (g) 1 10,01 3,08 30,76 2 10,23 3,15 30,79 30,72 3 10,19 3,12 30,61 5. Kết quả quá trình chiết dung môi n – hexan: Khối lượng vỏ Khối lượng dầu STT X (%) XTB (%) hạt điều, m(g) thu được, m1 (g) 1 10,27 3,29 32,03 2 10,20 3,27 32,06 32,01 3 10,10 3,22 31,93 6. Kết quả quá trình khảo sát thời gian chiết dung môi n – hexan: Thời gian chiết Khối lượng vỏ hạt Lượng dầu thu Hàm lượng, (giờ) điều, m0 (g) được, m1 (g) X (%) 2 10,045 1,970 19,61 3 10,042 2,578 25,67 4 10,038 3,083 30,71 5 10,041 3,091 30,78 6 10,032 3,091 30,81
7. Kết quả quá trình khảo sát tỷ lệ rắn/lỏng của quá trình chiết Khối lượng vỏ hạt Thể tích dung môi, Lượng dầu thu Hàm lượng, điều, m0 (g) V (ml) được, m1 (g) X (%) 10,020 70 1,378 13,75 1,032 90 2,152 21,45 10,035 100 3,018 30,07 10,056 110 3,030 30,13 10,024 120 3,053 30,46 10,052 130 3,087 30,71 10,048 140 3,088 30,73 10,057 150 3,091 30,73 8. Kết quả đo tỷ trọng dầu: Mẫu 0 1 2 3 4 Khối lượng bình tỷ 12,6880 trọng (g) Khối lượng bình tỷ 23, 5172 trọng chứa nước cất (g) Khối lượng bình tỷ 22,7768 23,2855 23,2020 23,0801 23,1346 trọng chứa dầu (g) Tỷ trọng 0,932 0,979 0,971 0,960 0,965
Phụ lục 4: Bảng số liệu thể hiện diện tích trồng điều qua các năm ở nước ta giai đoạn 2000 – 2013. Năm 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Diện tích 195,576 282,11 327,80 198,914 240,300 257,900 (nghìn ha) 3 0 Năm 2006 2007 2008 2012 2013 Diện tích 327,800 436,462 421,498 326,037 310,000 (nghìn ha)
Phụ lục 5: Hình ảnh một số thiết bị dùng trong thí nghiệm Máy chân không Tủ nung Cân phân tích điện Tủ sấy
Phụ lục 6: Kết quả phân tích nhiệt trị VIỆN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU VÀ PHÁT TRIỂN CHẾ BIẾN DẦU KHÍ (PVPRO) ISO 4 Nguyễn Thông, P.7, Q.3, Tp.Hồ Chí Minh 9001- 2008 Tel.: (84-8) 39303 323 Fax.: (84-8) 39307 546 Email: Info@pvpro.com.vn PHIẾU TRẢ KẾT QUẢ Số : Tên khách hàng : Nguyễn Thị Thanh Hiếu Địa chỉ : Đại học Nha Trang, số 02 – Nguyễn Đình Chiểu, Tp.Nha Trang Số lượng mẫu : 01 mẫu Dầu vỏ hạt điều Mã số TT : DT14078 Ngày nhận mẫu : 19/05/2014 Ngày trả kết quả : 21/05/2014 Kết quả thí nghiệm : STT CHỈ TIÊU PHÂN TÍCH ĐƠN VỊ ĐO PHƯƠNG PHÁP KẾT QUẢ * 1 Nhiệt độ chớp cháy cốc hở 0C ASTM D 92-12 224 2* Nhiệt lượng cháy Kcal/kg ASTM D 4809-09a 8656 * - Các phương pháp được VILAS công nhận Tp. Hồ Chí Minh, ngày 21 tháng 05 năm 2014 PHÓ GIÁM ĐỐC Nguyễn Phú Nghị