TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀUKHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH

TÊN ĐỀ TÀISản xuất etanol sinh học từ phế phẩm nông nghiệp(rơm rạ)

Trình độ đào tạo…………………………………….

Hệ đào tạo:…………………………………………..

Ngành:………………………………………………..

Chuyên ngành:…………………………….…………

Khoá học:……………………………………………..

Đơn vị thực tập:…………………….………..………

Giảng viên hướng dẫn:……………………………….

Sinh viên/học sinh thực hiện:…………….………

Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng …….năm 20…

MỤC LỤC

Mở đầu:----------------------------------------------------------------------Trang 6

Chương 1: Giới thiệu tổng quan về trung tâm Biomass

1. Cây lua ơ Viêt Nam-----------------------------------------------------Trang 8

2. Rơm Ra--------------------------------------------------------------------Trang 8

2.1 Bioethanol tư rơm ra---------------------------------------------------Trang 8

2.2 Nguyên liêu Lignocellulose-------------------------------------------Trang 9

2.2.1. Câu truc lignocellulose----------------------------------------------Trang 9

2.2.2 Cellulose-------------------------------------------------------------Trang 10

2.2.3 Hemicellulose-------------------------------------------------------Trang 12

2.2.4 Lignin-----------------------------------------------------------------Trang 13

2.2.5 Cac chât trich ly-----------------------------------------------------Trang 15

2.2.6 Tro--------------------------------------------------------------------Trang 16

Chương 2. Lý thuyết chung

1. Tông quan vê phân xương Biomass----------------------------------Trang 18

2. Cac phương phap tiên xư ly-------------------------------------------Trang 18

2.1 Cac phương phap xư ly hoa hoc-------------------------------------Trang 20

2.2 Cac phương phap xư ly cơ hoc--------------------------------------Trang 20

2.2.1 Nô hơi ----------------------------------------------------------------Trang 20

2.2.2 Ep cơ hoc-------------------------------------------------------------Trang 23

Chương 3. Các qui trình công nghệ trung tâm Biomass

1 Sơ đô quat----------------------------------------------------------------Trang 25

2 Sơ đô công nghê---------------------------------------------------------Trang 26

2.1 Căt rơm va tiên xư ly-------------------------------------------------Trang 27

2.2 Công nghê khi hoa----------------------------------------------------Trang 29

2.3 Sơ đô va nguyên ly hoat đông cua qua trinh lên men------------Trang 32

2.4 Qua trinh chưng cât---------------------------------------------------Trang 36

Kết luận--------------------------------------------------------------------Trang 38

NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

------------------------------------------------------------------------------------------

………., ngày…….. tháng ……năm 20… Xác nhận của đơn vị (Ky tên, đong dâu)

ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

1. Thái độ tác phong khi tham gia thực tập:........................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................2. Kiến thức chuyên môn:------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 3. Nhận thức thực tế:------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 4. Đánh giá khác: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------5. Đánh giá kết quả thực tập:------------------------------------------------------------------------------------------

Giảng viên hướng dẫn (Ky ghi rõ ho tên)

LỜI CẢM ƠN

Thực tập chuyên nganh la cơ hôi để nhom sinh viên thực tập chung em tiếp cận va tim hiểu thực tế thông qua những kiến thức li thuyết đã hoc tai trường trong suốt những năm qua. Trải qua thời gian thực tập tai phòng thi nghiêm năng lượng sinh hoc – ĐH Bach Khoa TP HCM, được tham gia vận hanh môt số thiết bị, chung em đã hoc hỏi nhiêu kiến thức thực tế, những kinh nghiêm quy bau, được tiếp xuc môi trường va điêu kiên lam viêc nơi đây. Co được những kiến thức đo, chung em xin chân thanh cảm ơn sự tận tinh giup đỡ tư thầy cô va cac anh chị tai đây.Chung em xin chân thanh cảm ơn TS. Nguyễn Đinh Quân. Cảm ơn Thầy đã tao điêu kiên thuận lợi cho chung em được thực tập tai Xương, đã truyên đat cho chung em những kinh nghiêm quy bau, đã giup đỡ va hướng dẫn chung em trong suốt qua trinh thực tập.Xin chân thanh cảm ơn chu Nguyễn Văn Khanh, Chị Trần Phước Nhật Uyên, Chị Vũ Lê Vân Khanh, anh Lê Nguyễn Phuc Thiên, va anh Phan Đinh Đông đã tận tinh hướng dẫn chung em trong suốt qua trinh thực tập, sẵn sang giup đỡ chung em giải đap những vướng măc, trao đôi với chung em những kinh nghiêm quy bau trong qua trinh lam viêc va trong cuôc sống.Chung em xin cảm ơn khoa Kỹ thuật hoa đã tao điêu kiên để chung em co cơ hôi được thực tập tai đây, xin cảm ơn anh Lê Nguyễn Phuc Thiên đã tao điêu kiên va hướng dẫn tận tinh để chung em hoan thanh đợt thực tập nay.

………., ngay …..thang……năm 20.. Sinh viên/học sinh thực hiện

MƠ ĐÂU

Rơm ra chiếm tỉ lê lớn trong cac phụ phẩm nông nghiêp ơ Viêt Nam. Với thanh phần chứa hơn 40% la cellulose, rơm ra la nguôn nguyên liêu thich hợp cho qua trinh sản xuât ethanol. Bao cao nay nghiên cứu qua trinh sản xuât ethanol nhiên liêu tư rơm ra va được chia lam hai phần. Phần đầu nghiên cứu ảnh hương cua cac yếu tố :% bã răn, % enzyme, nhiêt đô, pH lên qua trinh thuỷ phân va phần hai nghiên cứu qua trinh thuỷ phân va lên men đông thời. Rơm ra được căt nhỏ va được tiên xư ly bằng phương phap nô hơi để pha vỡ câu truc. Sau đo được tiến hanh thuỷ phân bằng enzyme cellulase hoặc thuỷ phân va lên men đông thời bằng enzyme cellulase va nâm men saccharomyces cerevisiae chung turbo yeast extra. Kết quả cho thây rằng, qua trinh thuỷ phân diễn ra tốt nhât trong điêu kiên: 11% bã răn, 5% enzyme, 50oC va pH 4,8, tương ứng nông đô glucose thu được la 55,08g/l va hiêu suât đat 81%. Qua trinh thuỷ phân va lên men đông thời đat được kết quả tốt ơ 11% bã răn, 5% enzyme, 23,6 triêu tế bao nâm men/ml, 50oC va pH 4,8. qua trinh nay thu được 30,86g/l ethanol tương ứng hiêu suât la 86,61%. Kết quả nay cho thây qua trinh thuỷ phân va lên men đông thời rât thich hợp cho viêc sản xuât ethanol tư rơm ra.

CHƯƠNG ITÔNG QUAN

Nhiên liêu sinh hoc (còn được goi la nhiên liêu tư nông nghiêp – agrofuel) theo định nghĩa rông la những nhiên liêu răn, lỏng hay khi được chuyển hoa tư sinh khối. Tuy nhiên, phần nay chỉ đê cập chinh đến nhiên liêu sinh hoc dang lỏng được sản xuât tư sinh khối.

Noi chung, nhiên liêu sinh hoc mang lai những lợi ich sau: giảm khi thải nha kinh, giảm ganh nặng lên nhiên liêu hoa thach, tăng sự an toan vê năng lượng quốc gia, gop phần phat triển nông thôn va la môt nguôn năng lượng bên vững trong tương lai. Ngược lai, nhiên liêu sinh hoc cũng co môt số han chế: nguôn nguyên liêu phải được tai tao nhanh, công nghê sản xuât phải được thiết kế va tiến hanh sao cho cung câp lượng nhiên liêu lớn nhât với gia thâp nhât va mang lai lợi ich vê môi trường nhât.

Nhiên liêu sinh hoc va những dang nhiên liêu tai tao khac nhăm đến tinh chât trung tinh vê carbon. Điêu nay co nghĩa la carbon được thải ra trong qua trinh đốt chay nhiên liêu để cung câp năng lượng vận chuyển hay sinh điên năng được tai hâp thụ va cân bằng với lượng carbon hâp thụ bơi cây cối. Những cây nay sau đo lai được thu hoach để tiếp tục sản xuât nhiên liêu. Những nhiên liêu trung tinh vê carbon không gây ra sự tăng carbon trong khi quyển, vi thế không gop phần vao hiêu ứng trai đât nong lên.Phòng thi nghiêm vê nghiên cứu sản xuât ethanol tư rơm ra. Phòng thi nghiêm la sự hợp tac giữa Nhật Bản va Đai Hoc Bach Khoa TP. Hô Chi Minh.

Để thực hiên qua trinh sản xuât trên trong phòng thi nghiêm co cac thiết bị cần thiết như:• Thiết bị căt : dùng để căt nhỏ rơm ra để vi khuẩn dể tân công cellulose• Thiết bị nô hơi: lam tơi rơm ra va pha huy câu truc cua no để tach câu truc lignin.• Colling tower: cung câp nước lam mat cho ca hê thống• May săc ki lỏng hiêu năng cao• Thiết bị ép nguyên liêu sau khi xư ly kêm va được trung hòa• Thiết bị lên men nguyên liêu• Thiết bị chưng cât để thu ethanol • Cac thiết bị phụ trợ : Thiết bị vận chuyển trâu

Bôn khi hoa

Buông đốt

Lò hơi: cung câp hơi nước cho cac qua trinh khac.

1. CÂY LÚA Ơ VIỆT NAM

Cây lua luôn giữ vị tri trung tâm trong nông nghiêp va kinh tế Viêt Nam. Hinh ảnh đât Viêt thường được mô tả như la môt chiếc đòn ganh không lô với hai đầu la hai vựa thoc lớn la Đông bằng sông Cưu Long (ĐBSCL) va Đông bằng sông Hông (ĐBSH). Khoảng 80% trong tông số 11 triêu hô nông dân tham gia sản xuât lua gao, chu yếu đựa vao phương thức canh tac thu công truyên thống.

2. RƠM RẠ

Viêc sản xuât lua gao đã tao ra môt lượng lớn phế phẩm tư cây lua bao gôm rơm va trâu. Rơm va trâu la hai trong số nhiêu nguôn biomass phô biến va co nhiêu tiêm năng ơ Viêt Nam.

Nguôn rơm ra ơ Viêt Nam: Rơm ra chiếm môt phần rât lớn trong cac nguôn biomass ơ Viêt Nam.Hiên trang sư dụng năng lượng tư rơm ra ơ Viêt Nam Mặc dù rơm ra la môt nguôn năng lượng lớn, rơm ra noi riêng va tư biomass noi chung không dược sư dụng môt cach hiêu quả ơ Viêt Nam. Phần lớn rơm ra được bon trơ lai ruông sau khi thu hoach, sư dụng lam chât đốt cho cac hô nha nông, lam thức ăn cho gia suc, biomass chỉ chiếm 3,8% trong tông năng lượng sư dụng cua thanh phố Hô Chi Minh năm 2003, trong khi đo, nguôn năng lượng nay chiếm 89% trong tông năng lượng sư dụng ơ nông thôn năm 2001. Ở nông thôn, biomass chu yếu được dùng lam chât đốt va hiêu suât sư dụng năng lượng cua qua trinh nay chỉ được 10%.

2.1 BIOETHANOL TỪ RƠM RẠ

Ngay nay sức ép tư khung hoảng dầu mỏ va nhu cầu năng lượng luôn la vân đê nan giải cua bât cứ quốc gia nao trên thế giới. Mỹ va Brazil đã thanh công trong viêc sản xuât ethanol tư nguôn sinh hoc la băp va mia. Điêu nay đã khich lê cac nước khac đầu tư nghiên cứu vao lĩnh vực nhiên liêu sinh hoc. Bên canh sản xuât ethanol tư nguôn tinh bôt (băp) va đường (mia), ethanol co thể được sản xuât tư lignocellulose. Lignocellulose la loai biomass phô biến nhât trên thế giới. Vi vậy sản xuât ethanol tư biomass cụ thể la tư nguôn lignocellulose la môt giải phap thich hợp đặc biêt la với cac quốc gia nông nghiêp như Viêt Nam. Nên nông nghiêp Viêt Nam hằng năm tao ra môt lượng lớn phế phẩm nông nghiêp, chu yếu la lignocellulose tư cac vụ mùa. Tận dụng nguôn nguyên liêu nay, cụ thể la rơm ra để sản xuât bioethanol la phương phap sư dụng rơm ra môt cach hiêu quả đông thời gop phần giải quyết vân đê năng lượng cho nước ta.

2.2 NGUYÊN LIỆU LIGNOCELLULOSE Lignocellulose la vật liêu biomass phô biến nhât trên trai đât. Lignocellulose co

trong phế phẩm nông nghiêp, chu yếu ơ dang phế phẩm cua cac vụ mùa; trong sản phẩm phụ cua công nghiêp sản xuât bôt Amôt nguôn nguyên liêu to lớn cho viêc sản xuât bioethanol. Rơm ra la môt dang vật liêu lignocellulose.

2.2.1 Cấu trúc lignocellulose

Thanh phần chinh cua vật liêu lignocellulose la cellulose, hemicellulose, lignin, cac chât trich ly va tro.

vê cơ bản, trong lignocellulose, cellulose tao thanh khung chinh va được bao boc bơi những chât co chức năng tao mang lưới như hemicellulose va kết dinh như lignin. Cellulose, hemicellulose va lignin săp xếp gần nhau va liên kết công hoa trị với nhau. Cac đường nằm ơ mach nhanh như arabinose, galactose, va acid 4-O-methylglucuronic la cac nhom thường liên kết với lignin.

Cac mach cellulose tao thanh cac sợi cơ bản. Cac sợi nay được găn lai với nhau nhờ hemicellulose tao thanh câu truc vi sợi, với chiêu rông khoảng 25nm. Cac vi sợi nay được bao boc bơi hemicellulose va lignin, giup bảo vê cellulose khỏi sự tân công cua ezyme cũng như cac hoa chât trong qua trinh thuy phân.

2.2.2 Cellulose

Cellulose la môt polymer mach thẳng cua D-glucose, cac D-glucose được liên kết với nhau bằng liên kết β 1-4 glucosid. Cellulose la loai polymer phô biến nhât trên trai đât, đô trùng hợp đat được 3.500 – 10.000 DP. Cac nhom OH ơ hai đầu mach co tinh chât hoan toan khac nhau, câu truc hemiacetal tai C1 co tinh khư, trong khi đo OH tai C4 co tinh chât cua rượu.

Cac mach cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro va liên kết Van Der Waals, hinh thanh hai vùng câu truc chinh la kết tinh va vô định hinh. Trong vùng kết tinh, cac phân tư cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng nay kho bị tân công bơi enzyme cũng như hoa chât. Ngược lai, trong vùng vô định hinh, cellulose liên kết không chặt với nhau nên dễ bị tân công. Co hai kiểu câu truc cua cellulose đã được đưa ra nhằm mô tả vùng kết tinh va vô định hinh.

1/ Kiểu Fringed Fibrillar: Phân tư cellulose được kéo thẳng va định hướng theo chiêu sợi. Vùng tinh thể co

chiêu dai 500 Å va xếp xen kẽ với vùng vô định hinh.2/ Kiểu Folding chain: Phân tư cellulose gâp khuc theo chiêu sợi. Mỗi đơn vị lặp lai co đô trùng hợp khoảng 1000, giới han bơi hai điểm a va b như trên hinh vẽ. Cac đơn vị đo được săp xếp thanh chuỗi nhờ vao cac mach glucose nhỏ, cac vị tri nay rât dễ bị thuy phân. Đối với cac đơn vị lặp lai, hai đầu la vùng vô định hinh, cang vao giữa, tinh chât kết tinh cang cao. Trong vùng vô định hinh, cac liên kết β - glucosid giữa cac monomer bị thay đôi goc liên kết, ngay tai cuối cac đoan gâp, 3 phân tư monomer săp xếp tao sự thay đôi 180o cho toan mach. Vùng vô định hinh sẽ dễ bị tân công bơi cac tac nhân thuy phân hơn vùng tinh thể vi sự thay đôi goc liên kết cua cac liên kết công hoa trị (β - glucosid) sẽ lam giảm đô bên nhiêt đông cua liên kết, đông thời vị tri nay không tao được liên kết hydro.Cellulose được

bao boc bơi hemicellulos va lignin, điêu nay lam cho cellulose kha bên vững với tac đông cua enzyme cũng như hoa chât.

2.2.3 Hemicellulose

Hemicellulose la môt loai polymer phức tap va phân nhanh, đô trùng hợp khoảng 70 đến 200 DP. Hemicellulose chứa cả đường 6 gôm glucose, mannose va galactose va đường 5 gôm xylose va arabinose. Thanh phần cơ bản cua hemicellulose la β - D xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β -(1,4). Câu tao cua hemicellulose kha phức tap va đa dang tùy vao nguyên liêu, tuy nhiên co môt vai điểm chung gôm: • Mach chinh cua hemicellulose được câu tao tư liên kết β -(1,4). • Xylose la thanh phần quan trong nhât. • Nhom thế phô biến nhât la nhom acetyl O – liên kết với vị tri 2 hoặc 3. • Mach nhanh câu tao tư cac nhom đơn giản, thông thường la disaccharide hoặc trisaccharide. Sự liên kết cua hemicellulose với cac polysaccharide khac va với lignin la nhờ cac mach nhanh nay. Cũng vi hemicellulose co mach nhanh nên tôn tai ơ dang vô định hinh va vi thế dễ bị thuy phân. Gỗ cứng, gỗ mêm va nguyên liêu phi gỗ co cac đặc điểm hemicellulose khac nhau: Gỗ cứng chu yếu co hai loai hemicellulose: • Acetyl-4-O-methylglucuronoxylan, la môt loai polymer co mach chinh gôm β-D-xylopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-D (1,4). Trong đo 70% cac nhom OH ơ vị tri C2 va C3 bị acetyl hoa, 10% cac nhom ơ vị tri C2 liên kết với acid 4O-methyl-D-glucuronic. Gỗ cứng còn chứa glucomannan, polymer nay chứa môt tỉ lê bằng nhau β-D-glucopyranose va β-D-mannopyranose.

Loai thứ hai co mach chinh la β-D-galactopyranose, phân nhanh. Loai hemicellulose nay tao liên kết –O tai nhom OH ơ vị tri C6 với α-L-arabinose, β-D-galactose hoặc acid β-D-glucoronic. Gỗ mêm cũng bao gôm hai loai hemicellulose chinh:

• Loai quan trong nhât la galactoglucomannan, đây la polymer câu thanh tư cac phân tư D-mannopyranose liên kết với D-glucopyranose bằng liên kết β-(1,4) với tỉ lê hai monomer tương ứng la 3:1. Tuy nhiên, tỉ lê nay thay đôi tùy theo loai gỗ.

Arabino-4-O-methylglucuronoxylan, câu tao tư cac D-xylopyranose, cac monomer nay bị thế ơ vị tri 2 bằng acid 4-O-methyl-glucuronic, ơ vị tri 3 bằng α-L-arabinofuranose. Đối với cỏ, 20 – 40% hemicellulose la arabinoxylan. Polysaccharide nay câu tao tư cac D-xylopyranose, OH ơ C2 bị thế bơi acid 4-O-methylglucuronic. OH ơ vị tri C3 sẽ tao mach nhanh với α-L-arabinofuranose.Câu tao phức tap cua hemicellolose tao nên nhiêu tinh chât hoa sinh va ly sinh cho cây.

2.2.4 Lignin

Lignin la môt polyphenol co câu truc mơ. Trong tự nhiên, lignin chu yếu đong vai trò chât liên kết trong thanh tế bao thực vật, liên kết chặt chẽ với mang cellulose va hemicellulose. Rât kho để co thể tach lignin ra hoan toan. Lignin la polymer, được câu thanh tư cac đơn vị phenylpropene, vai đơn vị câu truc điển hinh được đê nghị la: guaiacyl (G), chât gốc la rượu trans-coniferyl; syringly (S), chât gốc la rượu trans-sinapyl; p-hydroxylphenyl (H), chât gốc la rượu trans-p-courmary.

câu truc cua lignin đa dang, tùy thuôc vao loai gỗ, tuôi cua cây hoặc câu truc cua no trong gỗ. Ngoai viêc được phân loai theo lignin cua gỗ cứng, gỗ mêm va cỏ, lignin co thể được phân thanh hai loai chinh: guaicyl lignin va guaicyl-syringly lignin. Gỗ mêm chứa chu yếu la guaiacyl, gỗ cứng chứa chu yếu syringyl. Nghiên cứu chỉ ra rằng guaiacyl lignin han chế sự trương nơ cua xơ sợi va vi vậy loai nguyên liêu đo sẽ kho bị tân công bơi enzyme hơn syringyl lignin.

Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoan toan không đông nhât trong câu truc. Lignin dường như bao gôm vùng vô định hinh va cac vùng co câu truc hinh thuôn hoặc hinh cầu. Lignin trong tế bao thực vật bậc cao hơn không co vùng vô định hinh. Cac vòng phenyl trong lignin cua gỗ mêm được săp xếp trật tự trên mặt phẳng thanh tế bao. Ngoai ra, cả câu truc hoa hoc va câu truc không gian cua lignin đêu bị ảnh hương bơi mang polysaccharide. Viêc mô hinh hoa đông hoc phân tư cho thây rằng nhom hydroxyl. va nhom methoxyl trong cac oligomer tiên lignin sẽ tương tac với vi sợi cellulose cho dù bản chât cua lignin la kỵ nước. Nhom chức ảnh hương đến hoat tinh cua lignin la nhom phenolic hydroxyl tự do, methoxy, benzylic hydroxyl, ether cua benzylic với cac rượu thẳng va nhom carbonyl. Guaicyl lignin chứa nhiêu nhom phenolic hydroxyl hơn

syringyl. Lignin co liên kết hoa hoc với thanh phần hemicellulose va ngay cả với cellulose (không nhiêu) đô bên hoa hoc cua những liên kết nay phụ thuôc vao bản chât liên kết va câu truc hoa hoc cua lignin va những đơn vị đường tham gia liên kết . Carbon alpha (Cα) trong câu truc phenyl propane la nơi co khả năng tao liên kết cao nhât với khối hemicellulose. Ngược lai, cac đường nằm ơ mach nhanh như arabinose, galactose, va acid 4-O-methylglucuronic la cac nhom thường liên kết với lignin. Cac liên kết co thể la ether, ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay glycoxit (phản ứng giữa nhom khư cua hemicellulose va nhom OH phenolic cua lignin) Câu truc hoa hoc cua lignin rât dễ bị thay đôi trong điêu kiên nhiêt đô cao va pH thâp như điêu kiên trong qua trinh tiên xư ly bằng hơi nước. Ở nhiêt đô phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối thanh những phần riêng biêt va tach ra khỏi cellulose. Những nghiên cứu trước đây cho thây đối với gỗ cứng, nhom ether β-O-4 aryl bị pha trong qua trinh nô hơi. Đông thời, đối với gỗ mêm, qua trinh nô hơi lam bât hoat cac nhom hoat đông cua lignin ơ vị tri α như nhom hydroxyl hay ether, cac nhom nay bị oxy hoa thanh carbonyl hoặc tao cation benzylic, cation nay sẽ tiếp tục tao liên kết C-C.

2.2.5 Các chất trích ly

Co rât nhiêu chât thuôc nhom thanh phần nay, chu yếu la cac chât dễ hòa tan, cac chât trich ly la những chât hoặc co khả năng hòa tan trong những dung môi hữu cơ (như dietyl ether, methyl terbutyl ether, ether dầu hỏa, diclormethene, acetone, ethanol, methanol, hexan, toluen, terahydrofuran) hoặc trong nước. Chinh vi thế phương phap thông dụng nhât để tach nhom chât nay trong viêc phân tich thanh phần sơ xợi lignocellulose la dùng trich ly với dung môi ethanol-benzene tỉ lê 1:2. Những chât nay co thể co cả tinh ưa dầu va ưa nước va không được xem la thanh phần câu truc cua gỗ. Chât nhựa la những chât ưa dầu, co lẽ thường chiếm tỉ lê ưu thế trong chât trich ly, nên thường chât trich ly hay được goi la nhựa (resin). Cac chât trich ly thường co mau, mùi va vị kha đặc trưng. Chung rât quan trong để giữ lai những chức năng sinh hoc cua cây. Đa phần cac chât nhựa bảo vê gỗ khỏi những tôn thương gây ra bơi vi sinh vật hay côn trùng. Terpenoid, steroid, chât béo, va những phần tư phenolic như stilbene, lignan, tanmin va flavonoid đêu la những chât trich ly. Cac phenolic co thuôc tinh diêt nâm va ảnh hương đến mau cua gỗ. Chât béo va sap, trong nhiêu hê thống sinh hoc được tận dụng như la nguôn năng lượng trong khi terpenoid va steroid được biết đến la nhựa dầu. Nhom cuối cùng cũng co hoat tinh khang vi sinh vật va côn trùng. Môt số chât trich ly la những dược phẩm quan trong. Vi dụ, flavonoid được sư dụng như la chât chống tac nhân oxy hoa va chống virus. Môt số câu truc chât trich ly được thể hiên ơ những hinh sau:

2.2.6 Tro

Trong cac loai gỗ cua xứ ôn đới, cac nguyên tố khac so với carbon, hydro, oxy va nitơ chiếm khoảng 0,1-0,5% (so với lượng răn khô trong gỗ). Với loai gỗ xứ nhiêt đới con số nay co thể la 5%. Ham lượng chât vô cơ được đo bằng ham lượng tro cua mẫu va no trong khoảng 0,3-1,5% cho hai loai gỗ mêm va gỗ cứng. Ham lượng nay phụ thuôc nhiêu vao điêu kiên môi trường tăng trương cua cây va vao vị tri trong cây. Tương tự chât trich ly, thanh phần vô cơ cua biomass thường thực hiên chức năng trong môt vai con đường sinh hoc ơ thực vật. Kim loai vết thường tôn tai ơ dang phức hợp như magnesium trong chlorophyll. Môt số chât vô cơ tư muối kim loai tôn tai trong vach tế bao thực vật. Calcium thường la kim loai phong phu nhât, sau đo la kali va magnesium.

CHƯƠNG IILY THUYÊT CHUNG

1. TÔNG QUAN VỀ PHÂN XƯƠNG BIOMASS Hiên nay, công nghê sản xuât xăng sinh hoc tư ethanol với nguyên liêu săn, ngô,

khoai… rât phô biến, nhưng nhiêu quốc gia cảnh bao rằng, điêu nay sẽ ảnh hương đến an ninh lương thực thế giới. Để tim nguôn thay thế, nhiêu nghiên cứu đang hướng đến viêc tận dụng phụ phẩm trong nông nghiêp như rơm, ra, vỏ trâu, bã mia… để sản xuât ethanol.

Ở nước ta, dự an “Kết hợp bên vững nên nông nghiêp địa phương với công nghiêp chế biến biomass” do JICA (Cơ quan Hợp tac Quốc tế Nhật Bản) tai trợ, co nhiêm vụ xây dựng va phat triển công nghê sản xuât bioethanol tư cac nguôn biomass la phế thải nông nghiêp như: rơm, ra, vỏ trâu, bã mia… bước đầu đã thanh công ơ quy mô phòng thi nghiêm. Sản phẩm sẽ được ứng dụng vao mục đich lam nhiên liêu cho đông cơ va cac thiết bị đốt công nghiêp.

Dự an JICA được thực hiên trong khuôn khô hợp tac nghiên cứu giữa trường Đai hoc Bach Khoa Tp.HCM va Viên Khoa hoc Công nghiêp thuôc trường Đai hoc Tokyo. Dự an hướng đến xây dựng phương phap luận nhằm kết hợp bên vững nên nông nghiêp địa phương với nên công nghiêp chế biến sinh khối, thiết lập quy trinh tinh chế bằng phương phap sinh hoc quy mô nhỏ tai khu vực. Tư đo, xây dựng chu trinh tự cung tự câp cac nhiên – vật liêu sinh hoc. Trong khuôn khô dự an, hai mô hinh thi điểm vê “Tô hợp thư nghiêm qua trinh chế biến sinh khối” va “Mô hinh xương thực nghiêm kết hợp bên vững nên nông nghiêp địa phương va nên công nghiêp chế biến sinh khối” được thiết lập.

Mục tiêu nghiên cứu cua xương thực nghiêm la phản hôi lai mục tiêu chung cua dự an, triển khai những kết quả thi nghiêm đat được ơ quy mô phòng thi nghiêm, hiểu được toan bô quy trinh va hê thống, cải tiến va phat triển cac trang thiết bị.

Dự an băt đầu năm 2009 va kết thuc vao năm 2014. Tư năm 2009 tới cuối năm 2010 la gian đoan lăp đặt nha xương va cung câp thiết bị, may moc. Đầu năm 2010 phòng thi nghiêm băt đầu đi vao hoat đông.

Địa điểm xây dựng: Xương thực nghiêm với tên goi la phòng thi nghiêm năng lượng sinh hoc, được xây dựng trong khuôn viên trường Đai hoc Bach Khoa Tp. HCM. Xương nằm sau lưng tòa nha C4 va C5, tư công 3 trường ĐHBK (đường Tô Hiến Thanh) đi thẳng vao khoảng 100m sẽ thây xương nằm bên phải.

2.CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LY

Sự bao boc cua lignin quanh cellulose: lignin cùng với hemicellulose tao thanh câu truc mô vững chăc cực ki. Những mô được bên hoa với lignin tương tự như nhựa được gia cố bằng sợi, trong đo lignin đong vai trò kết dinh những sợi cellulose. Trong thiên nhiên, lignin bảo vê cellulose khỏi những tac đông cua môi trường va khi hậu. Lignin la yếu tố ngăn cản sự tân công cua enzyme đến cellulose được công nhận nhiêu nhât. Nha nghiên cứu cho rằng khả năng thuy phân cua enzyme tăng khi 40-50% lignin bị tach. Tuy

nhiên, phải thưa nhận rằng, không co nghiên cứu nao tiến hanh loai bỏ lignin ma không kèm theo sự phân huy hemicellulose. Ngay cả trong phương phap tiên xư ly nguyên liêu bằng kiêm ơ nhiêt đô thâp, loai bỏ được 70% lignin thi cũng co 5% hemicellulose bị hòa tan. Vi vậy, những thi nghiêm trên cũng không hoan toan cho thây ảnh hương cua viêc loai bỏ lignin riêng lẻ.• Bê mặt tiếp xuc tự do cua cellulose: liên quan đến bê mặt tiếp xuc cua cellulose với enzyme, va thể tich xốp. Stone et al giả thiết rằng tốc đô đầu cua qua trinh thuy phân la ham cua bê mặt tiếp xuc tự do. Grethlein et al cho rằng thể tich lỗ xốp chứ không phải đô kết tinh cua cellulose mới ảnh hương đến tốc đô đầu. Tuy nhiên, bê mặt tiếp xuc tự do nay co liên quan đến đô kết tinh va sự bảo vê cua lignin. • Sự hiên diên cua hemicellulose: cũng như lignin, hemicellulose tao thanh lớp bảo vê xung quanh cellulose. Knappert et al , trong nghiên cứu xư ly bằng acid sulfuric với gỗ dương cho thây khả năng thuy phân tăng theo tỉ lê hemicellulose bị loai bỏ. Grohman, thi nghiêm tiên xư ly rơm lua mi bằng acid, kết quả cho thây viêc loai bỏ hemicellulose sẽ gia tăng đang kể khả năng thuy phân rơm ra. Ho cho rằng, viêc loai bỏ lignin la không cần thiết, tuy rằng nếu đat được thi rât tốt. Trong khi đo, hemicellulose được chứng minh la ngăn cản qua trinh tân công cua enzyme vao rơm ra . Tuy nhiên, trong những thi nghiêm nay, lignin tuy không bị loai bỏ nhưng lai co thể bị đông hoặc chảy ra môt phần, lam giảm khả năng bao boc cellulose cua no. Vi thế những thi nghiêm trên chưa cho thây được hiêu quả cua viêc loai bỏ riêng lẻ hemicellulose. • Mức đô acetyl hoa cua hemicelluloses: Đây la yếu tố it được quan tâm, xylan, loai hemicellulose chinh trong gỗ cứng va cây thân cỏ bị acetyl hoa với tỉ lê rât cao. Grohmann et al , nghiên cứu với rơm lua mi va cây dương, cho thây rằng khi xylan bị deacetyl hoa, tỉ lê cellulose bị thuy phân tăng lên 2-3 lần. Ảnh hương nay tôn tai đến khoảng 75% hemicellulose bị deacetyl hoa.Noi tom lai, qua trinh tiên xư ly nhằm:Tăng vùng vô định hinh cua cellulose • Tăng kich thước lỗ xốp trong câu truc sợi biomass • Pha vỡ sự bao boc cua lignin va hemicellulose đối với cellulose. Sau đây la môt số công nghê tiên xư ly phô biến:

2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LY HÓA HỌC

Sư dụng tac đông cua hoa chât trong qua trinh. Gôm co cac qua trinh chinh: • Với acid: gôm cac phương phap xư ly với acid loãng, bơm hơi nước co acid va nô hơi co acid. Trong đo, acid sulfuric đã được nghiên cứu kĩ lưỡng nhât, hiển nhiên vi no rẻ va hiêu quả. Tuy nhiên, vân đê gặp phải trong xư ly acid la thiết bị phải chịu được ăn mòn cao va lượng thach cao (CaSO4) sinh ra nhiêu tư qua trinh trung hòa acid với CaOH. • Với kiêm: đã co rât nhiêu nghiên cứu liên quan, chu yếu la vê xut hoặc xut cùng cac hoa chât khac. Tuy nhiên, nhiêu nha khoa hoc cho rằng, dựa trên chi phi hoa chât, thi vôi tôi la hoa chât thich hợp. Detroy et al cho thây rằng amonia lỏng co phần hiêu quả trong viêc tăng khả năng thuy phân bã răn, nhưng ethylenediamine co thể còn hiêu quả hơn. • Ngoai ra còn co những phương phap như xư ly với dung môi hữu cơ: dùng dung môi như ethanol, methanol, acetone để hòa tan lignin; xư ly bằng khi SO2, khi CO2, NH3 … Cac quy trinh nay hiên nay chỉ được sư dụng ơ quy mô phòng thi nghiêm

2.2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ CƠ HỌC

Cac phương phap thuôc nhom nay không sư dụng hoa chât trong qua trinh xư ly. Gôm cac phương phap như: nghiên nat, roi bằng những bức xa năng lượng cao, xư ly thuy nhiêt va nô hơi. Trong đo phương phap nô hơi la phương phap quan trong nhât, đã được phat triển, ap dụng trên quy mô pilot va được sư dụng trong đê tai nghiên cứu nay.

2.2.1. Nổ hơi (Steam explosion)

Cơ chế quá trình nổ hơi

Hình 2-12 Mô tả cơ chế quá trình nổ hơi

Qua trinh nô hơi nước la môt qua trinh cơ – hoa – nhiêt. Đo la pha vỡ câu truc cac hợp phần với sự giup đỡ cua nhiêt ơ dang hơi (nhiêt), lực căt do sự giãn nơ cua ẩm (cơ), va thuy phân cac liên kết glycosidic (hoa).

Trong thiết bị phản ứng, nước dưới ap suât cao thâm nhập vao câu truc lignocellulosic bơi qua trinh khuếch tan va lam ẩm nguyên liêu. Ẩm trong biomass thuy

phân cac nhom acetyl cua hemicellulose hinh thanh nên cac acid hữu cơ như acetic va uronic acid. Cac acid nay lần lượt xuc tac qua trinh depolymer hoa hemicellulose, giải phong xylan va môt phần glucan. Dưới điêu kiên khăc nghiêt, vùng vô định hinh cua cellulose co thể bị thuy phân đến môt mức đô nao đo. Dưới điêu kiên khăc nghiêt hơn, vi dụ như nhiêt đô cao va ap suât cao, co thể thuc đẩy sự phân huy xylose thanh furfural va glucose thanh 5-hydroxymethyl furfural. Furfural va 5-hydroxylmethyl furfural kim hãm sự phat triển cua vi sinh vật, do đo no không thuận lợi cho qua trinh lên men [12].

Hình 2-13 Fufural Hình 2-14 Hydroxymethyl fufural

Ẩm trong biomass sẽ hoa hơi đôt ngôt ra khi ap suât trong thiết bị phản ứng được giải phong va ha đôt ngôt tư rât cao khoảng vai chục atm xuống còn ap suât khi trời. Hiên tượng nay cũng giống như hiên tượng nô. Nguyên liêu được tống manh khỏi thiết bị qua môt lỗ nhỏ bơi lực ép. Môt vai hiên tượng xảy ra tai thời điểm nay. Đầu tiên, ẩm ngưng tụ trong câu truc biomass bốc hơi tức thời do giảm ap đôt ngôt. Sự giãn nơ cua hơi nước gây ra lực căt bao quanh câu truc nguyên liêu. Nếu lực căt nay đu lớn, hơi nước sẽ gây ra sự

pha huy cơ hoc lên câu truc lignocellulosic. Hinh 2-14 mô tả cơ chế qua trinh nô hơi. Hinh 2-15 mô tả sự giải phong cellulose khỏi vỏ boc lignin. Hinh 2-16 mô tả khả năng lam tăng kich thước lỗ xốp trong xơ sợi. Sự mô tả qua trinh lam nôi bật tầm quan trong cua viêc

tối ưu hai yếu tố: thời gian lưu va nhiêt đô. Thời gian biomass lưu lai trong thiết bị phản ứng giup xac định pham vi thuy phân hemicellulose bơi cac acid hữu cơ. Viêc thuy phân hemicellulose giup cho qua trinh lên men thuận lợi hơn. Tuy nhiên, thời gian lưu dai cũng lam gia tăng sự phân huy sản phẩm.

Câu truc sợi trước va sau khi nô hơi, bo sơi cellulose được giải phong ra khỏi lớp lignin bảo vê sau khi nô hơi.

Nhiêt đô co liên quan đến ap suât hơi trong thiết bị phản ứng. Nhiêt đô cang cao thi ap suât cang cao, do đo cang lam gia tăng sự khac nhau giữa ap suât trong thiết bị phản ứng so với ap suât khi quyển. Sự chênh lêch vê ap suât tỷ lê với lực căt cua ẩm hoa hơi.

Ưu nhược điểm của quá trình nổ hơi :

Tom tăt lai, theo qua trinh nô hơi nước co mây tac đông sau lên câu truc nguyên liêu lignocellulose

1. Tăng sự kết tinh cua cellulose bằng cach thuc đẩy sự kết tinh cua vùng vô

định hinh.

2. Hemicellulose bị thuy phân trong qua trinh nô hơi.

3. Sự nô hơi thuc đẩy viêc khư lignin.

Cùng với viêc gia tăng kich thước lỗ xốp, tac đông (2) va (3) la 3 ưu điểm cua qua trinh nô hơi. Tuy nhiên, tac đông (1) lai gây ra kho khăn cho qua trinh thuy phân. Ngoai ra những nhược điểm chinh cua qua trinh nô hơi la:

Tốn chi phi, năng lượng vận hanh.

Đòi hỏi thiết bị chịu được nhiêt đô, ap suât rât cao.

Co thể lam phân huy cellulose.

Mât đi đường tư hemicellulose.

Lam sinh ra fufural va 5-hydroxymethyl fufural gây ức chế qua trinh lên men [12]

2.2.2. Ép cơ học

Ep cơ hoc la phương phap dùng dùng tac nhân lực (may ép) tac dụng lên vật thể theo môt phương nhât định, để tao hinh thù xac định.

Vật liêu ép ơ đây la rơm ra sau khi được nô hơi va xư ly kiêm va trung hòa acid, ta tiến hanh ép dung dịch rơm ra thanh môt khối xac định.

Môt số loai may ép rơm ra

Hinh dang rơm ra sau khi ép

23

CHƯƠNG IIICÁC QUY TRINH CÔNG NGHỆ

CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG Diên : dùng để thăp sang va chay cac thiết bị va hê thống điêu khiển Syngas : dùng để đốt để lây nhiêt đo cung câp cho nôi hơi Khi nén : dùng để điêu khiển tự đông môt số thiết bị

1. SƠ ĐÔ TÔNG QUÁT

Quy trinh cua phòng thi nghiêm la sản xuât etanol sinh hoc tư cac phế phẩm nông nghiêp ma đặc biêt ơ đây sư dụng rơm ra để sản suât ra etanol đông thời sư dụng vỏ

24

Rơm ra

Căt rơm

Nô hơi

Xư ly bằng NaOH

Trung hòa

Loc ép

Thuy phân va lên

men đông thời

Chưng cât

Ethanol

Nước

Nước + NaOH

Loc ép

Nước thải

Bã răn

Nước + HCl

Bã răn

Trung hòa va thải bỏ

Enzim cellulase

Nâm men

Nhân giống

Than hoa va khi hoa

Trâu

Syngas

Oxy hoa

Nôi hơi

Than trâu

trâu để tao ra khi syngas để cung câp nhiêt cho nôi hơi tư đo cung câp hơi cho những qua trinh sau cua phòng thi nghiêm CO2

2. SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ

Để hiểu rõ quy trinh công nghê trên ta chia nhỏ quy trinh ra để thuyết minh gôm : tiên xư ky, thuy phân va lên men, chưng cât bên cach đo co phần khi hoa vỏ trâu.

25

2.1 CẮT RƠM VÀ TIỀN XỬ LY

Cắt rơm Rơm ban đầu được căt 2 lần qua may căt thô va may căt mịn để ra rơm sản phẩm co chiêu dai tư 2-3 cm lam tăng bê mặt tiếp xuc va thuận lợi cho qua trinh nô hơi.

Nổ hơi   : Phương phap nô bằng ap lực hơi nước la môt qua trinh tac đông cơ hoc, hoa hoc va nhiêt đô lên hỗn hợp nguyên liêu. Nguyên liêu bị pha vỡ câu truc dưới tac dụng cua nhiêt, hơi va ap lực do sự giãn nơ cua hơi ẩm va cac phản ứng thuy phân cac liên kết glycosidic trong nguyên liêu.

26

Qua trinh nô hơi : rơm được đưa tư trên xuống đông thời hơi nước được đưa vao tai đây xảy ra qua trinh nén qua trinh thuy phân hemicelulloce va khi giảm ap đôt ngôt thi hơi nước thoat đôt ngôt ra ngoai lam pha vỡ môt phầncâu truc ban đầu cua lignocelulloce. Tư đo ta thây 2 yếu tố ảnh hương tới qua trinh nô hơi la :

Nhiêt đô : nhiêt đô cang cao đông nghĩa ap suât cang cao thi qua trinh hơi nước đi vao câu truc cua rơm (ra) cang xảy ra thuận lợi nhưng nếu qua cao cũng thuc đẩy qua trinh phân huy cua rơm ra

Thời gian lưu : cang lâu thi qua trinh thuy phân cang xảy ra triêt để nhưng qua lâu thi xảy ra qua trinh phân huy va sinh ra những chât không cần thiết Tiền xử lý bằng NaOH và trung hòa bằng HCl

rơm sau khi được căt va nô hơi sẽ được ngâm trong dung dịch NaOH 0.1N trong vòng 24 giờ. Mục đich qua trinh nay để NaOH thuy phân lignin bao boc cenluloso, giup cho viêc tiếp cận cenluloso cua em zim thuận lợi hơn

27

lọc, épRơm sau khi ngâm qua đêm bằng dung dịch kiêm sẽ được mang đi loc ép bằng

may ép pittong, nhằm loai bỏ dịch chứa lignin.

2.2 SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA

28

Khí hoa La môt qua trinh chuyển đôi nhiên liêu co nguôn gốc cacbon hữu cơ hoặc

nhiên liêu hoa thach thanh hỗn hợp khi CO, H2, CO2 va CH4 tư phản ứng cua vật liêu ơ nhiêt đô cao (>7000C) ma không đốt với lượng oxy hoặc hơi nước được kiểm soat. Hỗn hợp khi được goi la khi tông hợp (syngas), la môt loai nhiên liêu. Năng lượng tư qua trinh khi hoa sinh khối va đốt khi tông hợp được coi la môt nguôn năng lượng tai tao. Cac qua trinh khi hoa cua vật liêu nhiên liêu hoa thach không được coi la năng lượng tai tao.

Than hoa và khí hoa:

Trâu được nhập vao buông khi hoa, tai đây xảy ra cac giai đoan:- Giai đoan sây: xảy ra ơ nhiêt đô 1000C, hơi nước thoat ra, vật liêu bị khô dần. Thông thường, hơi nước được trôn vao dòng chảy khi va co thể tham gia phản ứng hoa hoc tiếp theo, đặc biêt la cac phản ứng nước – khi nếu nhiêt đô đu cao.- Giai đoan nhiêt phân: xảy ra ơ nhiêt đô khoảng 200 – 3000C, vật liêu bị phân huy theo những qua trinh tỏa nhiêt. Cac sản phẩm hữu cơ thoat ra, than được tao thanh, lam cho khối lượng vật liêu giảm còn khoảng 70% so với ban đầu. Giai đoan nay phụ thuôc vao thanh phần va tinh chât cua nguyên liêu ban đầu, thanh phần cua than được tao thanh ma sau đo sẽ xảy ra cac phản ứng khi hoa.- Giai đoan chay: ơ giai đoan nay cac sản phẩm dễ bay hơi va phần lớn than phản ứng với oxy để tao thanh CO2 va môt lượng nhỏ CO, cung câp nhiêt cho phản ứng khi hoa tiếp theo. Phản ứng chu yếu trong giai đoan nay:

C + O2 = CO2

Hydro trong nhiên liêu phản ứng với oxy trong không khi, tao ra hơi nước:

29

H2 + ½ O2 = H2O- Giai đoan khi hoa: xảy ra cac phản ứng giữa cacbon với hơi nước để sản xuât khi CO va H2, thông qua phản ứng:

C + H2O = CO + H2

C + ½ O2 = CO- Đông thời, xảy ra cac phản ứng khac:

CO2 + C = 2COCO2 + H2 = CO + H2OC + 2H2 = CH4

Hỗn hợp khi luc nay goi la syngas co thanh phần

Trâu được đưa vao băng truyên sau đo được quat hut lên Cyclon để tach cac bụi co lẫn trong trâu. Sau khi qua Cyclon trâu đi qua hai van quay ơ đây trâu được phân phối đêu vao hê thống chứa co kinh quan sat va ơ đây trâu được bô phận chuyển đông đưa vao bôn khi hoa. Trong buông khi hoa trâu được đốt bằng kerozen va được môi lưa bằng giây, lưa được cho vao ơ năp bôn, quan sat khi thây lưa đã chay đêu thi ta đong năp bôn lai. Trong buông khi hoa trâu đi tư trên xuống dưới, không khi đi tư dưới lên trên, trâu được đốt ơ điêu kiên thiếu khi nên khi sinh ra la khi syngas, để qua trinh khi hoa diễn ra tốt va không bị gian đoan giữa chưng thi dưới bôn khi hoa co hê thống đưa không khi vao với lưu lượng vưa phải để qua trinh khi hoa diễn ra với tốc đô cao nhât ma không xảy ra qua trinh đốt chay binh thường ( sinh CO2 va sản phẩm giau O2…). Để tranh trâu đã chay chiếm vùng không gian phản ứng thi trong bôn khi hoa co găn môt bô phận cảm biến, khi lượng than trâu tăng đến môt mức nhât định thi cảm biến bao va trâu được lây ra ngoai nhờ trục vit, bên canh đo để qua trinh xảy ra tốt hơn thi trong bôn khi hoa co găn thêm môt trục khuây nhằm khuây trôn để tăng khả năng chay. Dòng khi syngas ra khỏi bôn khi hoa co nhiêt đô 86-94 0C. Đay bôn khi hoa co nhiêt đô lớn hơn 1000 0C, than trâu sau khi đưa ra ngoai co nhiêt đô khoảng 600-700 0C. Khi syngas sinh ra được đưa qua buông đốt, trước khi syngas vao thi trong buông đốt ta cho LPG vao đốt trước, cho LPG vao đốt trước nhăm tao nhiêt đô cao trước để khi đưa khi syngas vao buông đốt khi syngas sẽ được nâng lên đến nhiêt đô tự băt chay va chay.

Khi nhiêt đô cua dòng syngas lớn 500 0C thi dòng LPG sẽ ngăt không cần cung câp nữa vi luc nay dòng syngas đã co thể tự băt chay. Trong qua trinh chay thi không khi sẽ được cung câp vao nhờ những cưa khoa trên thân buông đốt, dòng syngas chay sinh ra lượng nhiêt rât lớn ( nằm trong dòng khi nong ). Dòng khi nong được dẫn ra ơ cuối buông đốt va chia ra lam hai dòng : môt dòng đi vao nôi hơi để gia nhiêt nôi hơi, dòng còn lai được bơm ra ngoai ( lượng khi sinh ra trong qua trinh đốt rât lớn so với khi nong cần thiết cho nôi hơi ), dòng khi đi ra va vao nôi hơi được la nhờ bơm co công suât kha lớn được đặt sau nôi hơi giao với đường bypass, lượng hơi trong nôi hơi va trong đường bypass do thiết bị “ BOILER OUT DP “ quy định…khi thiết bị nay đong tức la hơi nong sẽ 100% qua bypass va đi ra ngoai , khi thiết bị nay mơ thi lượng hơi môt phần vao nôi hơi va được giữ trong nôi hơi môt phần gia nhiêt cho nối hơi….va cứ như vậy thiết bị “BOILER OUT DP” đong mơ theo chu ki va dòng hơi cũng đi theo chu ki cua thiết bị nay. Nhờ bơm đặt cuối nôi hơi, nơi giao nhau cua nôi hơi va đường bypass ma ap suât trong buông đốt được ha xuống còn khoảng 20pa. khi dòng khi nong đi vao nôi hơi thi tai đây xảy ra qua trinh truyên nhiêt gian

30

tiếp , do thiết bị nôi hơi cua ta la thiết bị trao đôi nhiêt dang ống trùm, dòng khi nong đi bên ngoai va dòng nước đi bên trong ống. Dòng nước trước khi vao nôi hơi được lam mêm va cho thêm phụ gia tai sinh lò hơi đê tranh cac ion Ca2+, Mg2+…tao cặn bên trong nôi hơi lam giảm hiêu suât truyên nhiêt va phụ gia co vai trò pha cặn trong nôi hơi để tai thiết lập lai bê mặt truyên nhiêt nhờ đo qua trinh truyên nhiêt xảy ra tốt hơn . khi dòng nước đi vao va nhận nhiêt hoa hơi thi dòng hơi sẽ mang lượng nhiêt đang kê để cung câp nhiêt cho cac qua trinh khac ( lên men va chưng cât) với nhiêt đô va ap suât hơi khoảng 150 0C va 5 at.

2.3. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thông lên men

Lý thuyết về quá trình lên men

Lên men la qua trinh tông hợp chuyển đôi đường thanh sản phẩm như: acid, khi hoặc rượu...cua nâm men hoặc vi khuẩn, hoặc trong trường hợp lên men acid lactic trong tế bao cơ ơ điêu kiên thiếu khi oxy. Lên men cũng được sư dụng rông rãi hơn trong sự tăng sinh khối cua vi sinh vật trên môi trường sinh trương_sự tich lũy cac sản phẩm trao đôi chât hữu ich cho con người trong qua trinh nuôi cây vi sinh vật. Nha sinh vật hoc người Phap Louis Pasteur được ghi nhớ như la người hiểu rõ sự lên men va nguyên nhân vi sinh vật cua no. Khoa hoc cua sự lên men được biết như "zymology".

Qua trinh lên men diễn ra trong điêu kiên thiếu oxy (khi chuỗi vận chuyển electron không thể diễn ra) va trơ thanh phương tiên chu yếu cua tế bao để sản xuât ATP (năng lượng). No chuyển NADH va pyruvate được sản sinh trong bước thuy phân glucoza thanh NAD+ va những phân tư nhỏ hơn(xem vi dụ bên dưới). Khi co mặt cua O2, NADH va pyruvate được dùng cho hô hâp; đo la sự oxy hoa phosphoryl hoa, no sinh

31

ra nhiêu ATP hơn, vi ly do đo, cac tế bao thường tranh qua trinh lên men không chịu được ôxy.

Sau đo Pyruvate chuyển thanh C2H5OH

Quy trình lên men

32

SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ

33

THUYÊT MINH SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ

Qua trinh lên men được thực hiên trong thiết bị bôn lên men trong 6 ngay với mỗi mẻ. Nguyên liêu gôm nước va rơm đã qua xư li được đưa vao bôn bằng cưa nhập liêu ơ đỉnh bôn. Bôn lên men được thiết kế co 1 lớp vỏ ao bên ngoai để tiêt trùng bôn va giữ nhiêt đô ôn định trong qua trinh lên men.Đầu tiên dùng hơi nước tư thiết bị hoa hơi để tiêt trùng bôn ơ nhiêt đô 90oC trong 10 – 15 phut, sau đo nước ngưng tụ được thao ra bên dưới đay bôn. Sau khi tiêt trùng ta lam mat bằng cach cho nước lanh đi tư đay bôn, sau đo đi ra bằng ống dẫn hơi nước qua van 3 ngả rôi đi vao thiết bị gia nhiêt (hoat đông khi nhiêt đô qua trinh lên men xuống 350C đẻ giữ nhiêt đô cho bôn luôn ôn định 35oC), sau đo qua may bơm rôi lai tiếp tục đi vao bôn. Nước ôn định nhiêt va lam mat đi trong lớp ao bên ngoai bôn.Sau khi tiêt trùng va lam mat, nâm men va enzyme sẽ được thêm vao để thực hiên qua trinh lên men. Qua trinh lên men được đảo đêu nhờ canh khuây truyên đông bằng môtơ. Trong bôn co cac gờ để tranh sự tao dòng xoay tranh nguyên liêu không lên men đêu.

Nguyên liêu được đưa vao nhiêu lần để đảm bảo trong bôn lên men không qua đặc ảnh hương đến thiết bị khuây đảo.

Hơi nguyên liêu bốc lên do nhiêt tư qua trinh tiêt trùng thoat ra tư đỉnh cua bôn lên men đưa đến thiết bị ngưng tụ sau đo đưa ra ngoai.

Sản phẩm trong bôn sau khi lên men hoan chỉnh được lây ra ơ đay gôm dung dịch va bã rơm.

34

2.4 QÚA TRINH CHƯNG CẤT

Sơ đồ công nghệ

35

Thuyết minh sơ đồ công nghệ “tháp chưng cất”

Nguyên liêu sau khi lên men (rơm, ra lên men với tỷ lê thich hợp) được nap vao thap chưng cât . Sau đo ta gia nhiêt vỏ đay thap bằng hơi nước (hơi nước tư nôi hơi) cho đến nhiêt đô lỏng sôi cua nguyên liêu. Luc nay trong thap diễn ra sự phân tach, câu tư nhẹ bay hơi lên đỉnh thap va được thu hôi qua thiết bị ngưng tụ , dẫn qua thiết bị đo lưu lượng va qua thiết bị chia dòng môt dòng lây ra tư van vao thùng chứa sản phẩm, môt sư dụng hôi lưu Khi bơm hôi lưu thi luc đo ta cho pha lỏng va pha hơi tiếp xuc trực tiếp với nhau nên qua trinh trao đôi chât diễn ra thêm lần nữa nhờ vậy ma hiêu suât truyên khối xảy ra tốt hơn, khi tiến hanh chưng cât thi trong thap chưng ta sư dụng mân xuyên lỗ (đêm) để tăng số lần trao đôi chât trong thap tư đo cũng tăng được hiêu suât truyên khối tư đo tăng được nông đô sản phẩm đầu ra. Khi tiến hanh chưng cât đến thời gian cần thiết va ta tiến hanh thao sản phẩm đay (bã rơm ra), đông thời nước ngưng tụ được thao ra liên tục ơ dưới đay bôn nhờ bẫy hơi . Trong qua trinh trưng cât mâm xuyên lỗ trên, nông đô sản phẩm đat được khoảng co nông đô khoảng 75%, để tăng nông đô sản phẩm ta tiếp tục tiến hanh chưng cât sản phẩm bằng thap đêm nông đô đat khoảng 97%.

36

KÊT LUẬN

Phòng thi nghiêm Năng lượng sinh hoc đang vận hanh ơ quy mô pilot môt quy trinh công nghê thiết thực đối với đời sống. Nếu quy trinh nay thuận lợi đưa vao công nghiêp sẽ giup giải quyết được nhiêu vân đê: giảm sức ép đối với nhiên liêu hoa thach: co được nhiên liêu sinh hoc ma không ảnh hương tới vân đê an ninh lương thực, syngas thay thế cho gas, phế phẩm nông nghiêp được tận dụng mang lai hiêu quả kinh tế cao hơn cho nganh nông nghiêp đông thời giảm thiểu được vân đê ô nhiễm môi trường do phế phẩm nông nghiêp.

Quy trinh sản xuât ethanol tư rơm va trâu co y nghĩa lớn đối với môt nước co nên nông nghiêp lua nước như Viêt Nam.

37