Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Chương 1 Tổng quan lý thuyết
1.1 Đặt vấn đề
Hiện nay, vơú sự ô nhiễm ngày càng lớn của việc sử dụng nguyên liệu hoá
thạch được sản xuất từ dầu mỏ và sự cạn kiệt của nguyên kiệu hoá thạch nói
chung thì việc nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các công nghệ để sản xuất
nguyên liệu sinh học được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới. Nghiên cứu sản
xuất nhiên liệu sinh học như ethanol, methanol, buthanol,... từ nguồn nguyên
liệu phế thải và phụ phẩm trong quá trình sản xuất nông nghiệp là một trong
những mục tiêu lớn của các quốc gia có nền nông nghệp phát triển như Việ
Nam. Trong các loại nguyên liệu phế phụ phẩm thì bã mía có ưu điểm hơn so
với các loại nguyên liệu như trấu, rơm rạ,... là hàm lượng cellulose cao hơn và
đây là một trong những ưu điểm quan trong trong việc nghiên cứu nhiên liệu
sinh học từ các loại nguyên liệu này. Trong các loại nhiên liệu sinh học thì
buthanol là loại nhiên liệu có nhiều ưu điểm nổi trội hơn so với các loại nhiên
liện sinh học khác, bên cạnh đó butanol còn là một alcohol có giá trị trong lĩnh
vực y học và công nghệ vật liệu mới. với nhu cầu phát triển nhiê liệu sinh học
như hiện nay, nghiên cứu sản xuất butanol từ nguyên liệu bã mía hiên nay vẫn là
một trong những hướng nghiên cứu tập trung với mục tiêu cải thiện hiệu suất
chuyển hoá, nâng caonồng độ butanol và giảmchi phí thu hôig butanol.
1.2

Giới thiệu về bã mía
Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệp đường.

Trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch có chứa khỏng 1618% đường. Vào thời kì mía già, người ta thu hoạch mía rồi đem ép láy nước
dịch. Nước dịch mía được chế lọc và cô đặc thành đường. Phần nguyên liệu còn
lại sau khi chiết xuất đường được gọi là bã mía. Bã mía chiếm khoảng 25-30%
khối lượng mía đem ép. Bã mía có thể làm nguyên liệu đốt lò, làm bột giấy, ép
1

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

thành ván dùng trong kiến trúc, hoặc cao hơn là làm ra Furfural là nguyên liệu
cho ngành sơi tổng hợp. Bã mía còn lại sau khi ép có thể đốt để sản xuất nhiệt
lẫn điện năng. Ngoài ra, với mục đích thân thiện với môi trường do được làm từ
phụ phẩm của nguyên liệu sản xuất đường,bã mía được sử dụng trong sản xuất
nhiên liệu sinh học: ethanol, butanol,... nhiều quốc gia trên thế giới đã thử
nghiêm thành công và đưa vào sản xuất ethanol từ bã mía. Tại Hoa Kỳ, năm
2008, Verenium Corporation đã xây dựng một nhà máy sản xuất 1.400.000 lít
ethanol mỗi năm từ bã mía ở Jennings, Louisiana.
Tuy nghiên ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thường
được dùng làm thức ăn cho trâu bò hoặc phơi khô làm chất đốt đun nấu hàng
ngày, hoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừa mất vệ sinh. Như vậy, nguồn nguyên liệu
phế phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệu quả và gây ra ô nhiễm môi
trường.
Cũng như thành phần của nhiều vật liệu thân gỗ, bã mía có thành phần chủ
yếu là cellulose. Với thành phần cellulose rất cao, bã mía có thể coi là một
nguyên liệu biomass tốt nhất để sản xuất nhiên liệu sinh học như ethanol,
butanol. Bên cạnh thành phần hóa, tính chất cách thành phần trong bã mía, cấu
trúc tế bào thực vật cũng quan trọng không kém trong việc nghiên cứu tiền xử lý
bã mía.
Bã mía là phần xơ còn lại của thân cây mía sau quá trình ép mía. Bã mía gồm
có sợi xơ,nước và một lượng tương đối nhỏcác chất hòa tan-chủ yếu là
đường. Thành phần trung bình của bãmía bao gồm:
-

Xơ 48%
Độ ẩm 50%
Chất hòa tan 2%

Thành phần xơ bao gồm:
-

Cellulose 45-55%
2

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

-

1.3

Hemicellulose 20-25%
Tro 1-4%
Sáp < 1%

Giới thiệu về butanol
Butanol là một alcohol có công thức phân tử C 4H9OH. Khối lượng phân tử M

= 74. Butanol là một chất lỏng rễ cháy, trong suốt không màu và có mùi đặc biệt,
hơi hòa tan trong nước và các dung môi hữu cơ khác.
Butanol được sử dụng làm dung môi trong công nghiệp sơn, làm chất pha
loãng trong sản xuất formaldehyde-ure và melamine-formaldehyde, hòa tan

trong các loại dầu và chất béo,… Ngoài ra butanol còn được sử dụng trong sản
xuất nhựa và chất dẻo, tổng hợp các chất hữu cơ, trong sản xuất thuốc khánh
sinh, hóc môn và các vitamin. Giống như nhiều rượu, butanol được coi là độc
hại. Nó đã thể hiện để độc tính thấp trong các thí nghiệm liều duy nhất với động
vật trong phòng thí nghiệm, và được coi là đủ an toàn để sử dụng trong mỹ
phẩm. Tóm lại, lặp đi lặp lại tiếp xúc quá nhiều với da có thể dẫn đến trầm cảm
của hệ thống thần kinh trung ương , cũng như khác rượu chuỗi ngắn . Tiếp xúc
cũng có thể gây kích ứng mắt nghiêm trọng và kích ứng da vừa phải. Những mối
nguy hiểm chính là từ việc tiếp xúc kéo dài với khói. Trong trường hợp cực đoan
này bao gồm ức chế của hệ thần kinh trung ương và thậm chí tử vong. Theo hầu
hết các trường hợp, butanol là nhanh chóng chuyển hóa thành carbon
dioxide . Nó đã không được chứng minh là gây tổn hại DNA hoặc nguyên
nhân ung thư.
Butanol được đề xuất như một như là một nguồn nhiên liệu thay thế nhiên
liệu diesel và xăng. Khi so sánh ethanol, butanol có nhiệt trị gấp 1,5 lần do tỉ lệ
H trong phân tử cao hơn và bằng 90% so với gasoline. Tuy nhiên độ nhới lại cao
hơn ethanol và gasoline rất nhiều. Bên cạnh đó chỉ số RON và MON cao và tiêu
3

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

thụ oxy khi cháy thấp, butanol còn dùng như một loại phụ gia pha xăng để tăng
chỉ số cotan, cải thiện khả năng đốt cháy và sử dụng nhiên liệu.
Butanol có thể sản xuất bằng hai phương pháp. Phương pháp thứ nhất bằng
con đường tổng hợp hóa học, nguyên liệu đi từ propylene thu được từ nguồn dầu
mỏ, thực hiên trên xúc tác Rhodium. Phương pháp thứ hai, sản xuất butanol
bằng phương pháp lên men yếm khí từ các nguyên liệu biomass như tinh bột,

gỗ, rơm rạ, lá cây hay thậm chí những phụ phẩm nông nghiệp. Trong những năm
1950, khi ngành công nghiệp khai thác dầu mỏ phất triển mạnh mẽ, giá dầu mỏ
trở lên thấp hơn, phương pháp tổng hợp butanol từ đầu mỏ trở lên hiệu quả hơn
phương pháp lên men truyền thống. Nhưng trong quá trình hiên nay,
eetreuwowcs sự cạn kiệt của nguồn nguyên liệu hóa thạch và sự ô nhiễm môi
trường, việc nghiên cứu sản xuất butanol từ nguồn nguyên liệu biomass trở
thành mục tiêu nghiên cứu hàng đầu tại các nước trên thế giới.

4

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Chương 2 Quy trình công nghệ tổng hợp butanol
2.1 Nổ hơi
2.1.1 Cấu tạo chung
Bộ phận tạo hơi nước áp suất cao: gồm có các thiết bị như bồn chứa hơi
nước, bơm nước bình gia nhiệt bằng dầu, van cấp hơi nước và van xả hơi nước.
Nước từ bồn chứa nước được bơm nước hút và đẩy qua bình gia nhiệt bằng dầu
để tạo hơi nước bão hòa có áp suất và nhiệt độ cao. Hơi nước được tạo thành
cho ra ngoài bằng cách mở van xả hơi nước và đóng van cấp nước. hơi nước
được cấp vào bình phản ứng bằng cách mở van cấp hơi nước.
Bộ phận nạp liệu: gồm có các thiết bị như moto nạp liệu, phễu nạp liệu và
van nạp liệu. nguyên liệu đực nạp vào phễu nạp liệu. Mô tơ nạp liệu quay làm
quay dao cắt và cắt nhỏ nguyên liệu trước khi nạp vào bình phản ứng khi van
nạp liệu mở ra.
Thiết bị phản ứng: gồm các thiết bị như bình phản ứng và van nổ hơi. Khi
nguyên liệu được nạp vào bình phảm ứng , hai van cấp hơi và van nổ hơi đóng

còn van nạp liệu mở. Đóng van nạp liệu lại và mở van cấp hơi nước để cấp hơi
nước vào bình phản ứng. khi cấp đủ hơi nước, đóng van cấp hơi nước lại, và tiến
hành lưu hơi trong bình phản ứng. Sau khi đủ thời gian, mở van nổ hơi để xảy ra
quá trình nổ hơi.
Bồn chứa bã: gồm các thiết bị như bồn nổ, cửa vệ sinh và van xả bã. Khi
mở van nổ hơi thì van xả bã đóng kín, khi xảy ra quá trình nổ hơi thì bã từ bình
phản ứng được đẩy xuống bồn nổ. Bã được chứa trong bồn nổ và được chuyển
xuống bộ phận ép bã bằng cách mở van xả bã. Cửa vệ sinh luôn được đóng kín
và chỉ mở khi tiến hành vệ sinh thiết bị.
Bộ phận ép bã mía: gồm các thiết bị như vít tải, mô tơ vít và máng hứng
dịch. Khi mở van xả bã thì bã rơi xuống hệ thống ép bã. Mô tơ vít quay làm

5

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

quay vít tải và bã được ép, được đưa ra ngoài nhờ hệ thống này. Phần nước từ
quá trình ép được hứng bởi máng hứng dịch.
Sau mỗi mẻ hoạt động, bã mía được thu hồi lưu trữ để làm nguyên liệu cho
quá trình thủy phân tiếp theo. Dịch ép được làm nguyên liệu cho quá trình lên
men.

6

DH10H1

Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

7

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

2.1.2 Quy trình công nghệ
Chuẩn bị nguyên liệu
Bã mía sử dụng được lấy từ nhà máy đường Biên Hòa và được trữ trong
điều kiện ở phòng thí nghiệm của Trung tân công nghệ lọc hóa dầu Đại học bách
khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Nguyên liệu bã mía chứa 50 – 55% cellulose, 20
– 25% hemicellulose và hàm lượng lignin thấp 10 – 15%. Độ ẩm của bã mía
khoảng 13 – 15%.
Trước khi hoạt động hệ thống nổ hơi nước, nguyên liệu bã mía được nạp
vào gần đầy phễu nạp liệu ( khoảng 2 kg). Sau khi cho nguyên liệu vào phễu
nạp, tiến hahf quá trình tạo hơi nước bão hòa có áp suất và nhiệt độ cao từ nước
và làm nóng bình phản ứng đến nhiệt độ cần thiết. Thiết bị phản ứng làm việc
chịu được áp suất tối đa là 150 bar, nhiệt độ tối đa là 300 oC. Khoảng nhiệt độ
khảo sát cho quá trình nổ hơi là từ 220oC đến 230oC, thời gian lưu khảo sát là 2,
3, 4 và 5 phút. Nhiệt độ của quá trình nổ hơi được điều chỉnh bởi các lò nung, do
đó sự khó khăn chủ yếu là việc duy trì và ổn định nhiệt độ. Mỗi một mẻ phản
ứng, quá trình nổ hơi được thực hiện chỉ ở một nhiệt độ. Khi các thông số đã
hoạt động ổn định, tiến hành quá trình nhập liệu vào bình phản ứng nhờ bộ phận
nạp liệu.
Tiến hành cấp hơi nước vào bình phản ứng nhờ bộ phận cấp hơi nước.
Khi cấp đủ hơi nước thì ngưng quá trình cấp hơi nước bằng cách đóng van cấp
hơi nước, tiến hành đưa nguyên liệu và hơi nước vào trong bình phản ứng.

Khi thời gian lưu đã đủ thì mở van nổ hơi để tiến hành nổ hơi. Sau khi nổ
xong thì đóng van nổ hơi lại, tiếp tục nạp liệu vào bình phản ứng và tiếp tục quá
trình nổ hơi cho đến khi hết nguyên liệu trong phễu nạp liệu (lập lại khoảng 10
lần). Bã sau khi được nổ hơi được chứa trong bồn nổ và được chuyển đến bộ

8

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

phận ép bã bằng cách mở van xả bã. Từ bộ phận ép bã, bã được ép ra ngoài và
thu hồi lại.
Tóm lại, quá trình vận chuyển của nguyên liệu bã mía trong chu trình như sau:
Nguyên liệu bã mía từ phễu nạp liệu qua van nạp liệu vào bình phản ứng.
Hỗn hợp hơi nước áp suất cao và bã mía được lưu lại trong bình phản ứng một
thời gian.
Sau khi tiến hành nổ hơi, bã mía được đẩy từ bình phản ứng xuống bồn nổ
qua van nổ hơi.
Từ bồn nổ bã mía được đẩy xuống bộ ép bã qua van xả bã và được đưa ra
bên ngoài.
Các yếu tố ảnh hưởng
Quá trình nổ hơi chịu ảnh hưởng của ba yếu tố: nhiệt độ nổ hơi, độ ẩm, và thời
gian lưu của hỗn hợp hơi cùng bã mía trong bình phản ứng. Sau đây là điều kiện
vận hành của hệ thống nổ hơi:
Nhiệt độ nổ hơi: 220 – 228oC
Độ ẩm: 75 – 85%
Thời gian lưu: 2 – 4 phút
Nhiệt độ của quá trình nổ hơi được điều khuyển và kiểm soát nhờ bình gia

nhiệt. Độ ẩm được điều khuyển và kiểm soát bằng cách chỉnh lưu lượng bơm
nước hoặc thay đổi khối lượng bã mía nạp liệu
2.2 Thủy phân
2.2.1 Cấu tạo chung

9

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Bộ phận chứa: gồm các thiết bị chính van xả và ống dẫn đầu dò nhiệt.
thiết bị chính có dạng hình trụ và bằng thủy tinh trong suốt, là nơi chứa hỗn hợp
nguyên liệu gồm bã nổ hơi và dung dịch đệm cùng với enzyme. Bộ phận chính
có hai van

10

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

11

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

dùng để tháo sản phẩm và để thông khí cùng với một khe hẹp để gắn đầu dò
nhiệt độ của bbooj phận gia nhiệt.
Bộ phận khuấy trộn: gồm có các thiết bị như cánh khuấy và mô tơ khuấy.
Hỗn hợp nguyên liệu được nạp vào thiết bị chính, sau đó hỗn hợp được khuấy
trộn nhờ mô tơ khuấy quay làm quay cánh khuấy được lắp với mô tơ khuấy. Hỗn
hợp được khuấy trộn đều trong bình phản ứng trong suốt quá trình thủy phân.
Bộ phận gia nhiệt: gồm có thiết bị gia nhiệt dầu, bơm dầu tải nhiệt và ống
xoán gia nhiệt. Dầu từ thiết bị gia nhiệt dầu được đun nóng, sau đó được bơm
dầu tải nhiệt bơm qua hệ thống ống xoán gia nhiệt nằm trong thiết bị chính để
gia nhiệt cho hỗn hợp bên trong thiết bị chính rồi quay trở về thiết bị gia nhiệt
dầu để tiếp tục vòng tuần hoàn mới.
Sau mỗi mẻ hoạt động, dịch thủy phân được thu hồi, lưu trữ để làm
nguyên liệu cho quá trình lên men tiếp theo.
2.2.2 Quy trình công nghệ
Bã mía sau khi nổ hơi có độ ẩm là 80%, và hàm lượng cellulose khoảng
68%.
Enzyme sử dụng trong quá trình thủy phân là enzyme cellulase.
Dung dịch đệm pH được dùng là đệm acetat.
Để chuẩn bị dung dịch thủy phân, khoảng 455g bã mía đã tiền xử lý được
cho vào chai thủy tinh 2000ml đã chứa sẵn 1300ml dung dịch đệm acetate (pH
khoảng 4,8), sau đó đem hấp ở 121 oC trong 15 phút rồi để nguội đến 36 oC, mỗi
mẻ thủy phân tiến hành với thể tích khoảng 20 lít. Các chai thủy tinh được đậy
với giấy nhôm kèm theo nút bông. Sau khi hấp, các chai thủy tinh được để nguội
và đổ vào thiết bị thủy phân đã được làm sạch. Sau quá trình này, 70g enzyme
Acremonium cellulase dạng rắn được thêm vào và khuấy trộn đều. Cuối cùng
12

DH10H1

Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

hỗn hợp được khuấy nhờ cánh khuấy ở 50oC trong 72 giờ với tốc độ khuấy
khoảng 80 vòng/phút. Trong quá trình thủy phân, 1,5ml mẫu được lấy ra sau mỗi
24 giờ để xác định hàm lượng đường. Mẫu được ly tâm ở tốc độ 12000
vòng/phút trong 15 phút để tách các chất cặn và phần chất lỏng sạch sẽ được trữ
ở 4oC chờ phân tích hàm lượng đường. Sau khi khuấy, hỗn hợp được lọc để loại
các chất mùn. Sau đó, dung dịch được hấp ở 121 oC trong vòng 15 phút trước khi
được lưu trữ ở 4oC cho nghiên cứu quá trình lên men sẽ được thực hiện sau đó.
2.3 Lên men
2.3.1 Cấu tạo chung
Bộ phận chứa: gồm có đèn UV, thiết bị chính các van nạp liệu và xả sản
phẩm. Thiết bị chính có dạng hình trụ, là nơi chứa hỗn hợp nguyên liệu gồm
dịch thủy phân, môi trường T6, vi sinh và các hóa chất tạo môi trường kị khí.
Bộ khuấy trộn: gồm có các thiết bị như mô tơ khuấy và cách khuấy. Hỗn
hợp nguyên liệu được nạp vào thiết bị chính sau đó hỗn hợp được khuấy trộn
nhờ mô tơ khuấy quay làm quay cánh khuấy được lắp với mô tơ khuấy.
Bộ phận gia nhiệt: gồm các thiết bị như ống gia nhiệt, thiết bị gia nhiệt và
bơm. Dầu từ thiết bị gia nhiệt được đun nóng, sau đó được bơm qua hệ thống gia
nhiệt nằm trong thiết bị chính để gia nhiệt cho hỗn hợp bên trong thiết bị rồi
quay trở về thiết bị gia nhiệt để hoàn tất vòng tuần hoàn.

13

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

14

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

2.3.2 Quy trình công nghệ
Để tiến hành lên men, khoảng 25 lít dung dịch thủy phân, đã được bổ sung
môi trường T6 và điều chỉnh pH 6,8, đuổi khí oxi (sục khí nitơ) và
được chia nhỏ ra trong các chai thủy tinh 2000ml và đem đi hấp tiệt trùng ở
121oC trong 15 phút rồi để nguội đến 36oC. Mỗi mẻ lên men tiến hành với thể
tích khoảng 25 lít. Các chai được đậy với giấy nhôm kèm theo nút bông. Sau khi
hấp, các chai thủy tinh được để nguội và đổ vào thiết bị chính đã được làm sạch
và diệt khuẩn bằng đèn UV. Sau quá trình này, cho khoảng 250ml dung dich
muối natri thioglycolate 0,2% (đã được hấp tiệt trùng sẵn) vào thiết bị chính rồi
khuấy, sau đó cho thêm 1,75 lít giống vi sinh Clostridium acetobutylicum (đã
được tăng sinh 2 cấp) dạng lỏng vào và khuấy trộn đều. Tiếp theo, cho khoảng
250ml parafin lỏng đã được hấp tiệt trùng sẵn vào thiết bị chính. Sau khi cho hết
nguyên liệu vào thiết bị chính, bật môtơ khuấy để khuấy hỗn hợp cho đồng nhất
khoảng 15 phút rồi dừng khuấy. Bật thiết bị gia nhiệt để tiến hành nâng nhiệt độ
của hỗn hợp trong thiết bị chính lên đến nhiệt độ thích hợp. Khi đã đạt nhiệt độ
thích hợp và các thông số hoạt động đã ổn định, bắt đầu tính thời gian cho quá
trình lên men. Sau khi dừng quá trình lên men, hỗn hợp sản phẩm được tháo ra
ngoài qua van xả ở phía đáy thiết bị chính. Hỗn hợp sản phẩm này được lọc lấy
dịch và sau đó dịch này được trữ lại (4oC) chuẩn bị làm nguyên liệu cho quá
trình tách chiết tiếp theo cũng như làm nguyên liệu phân tích xác định các sản
phẩm của quá trình ABE.
Bảng Thành phần môi trường T6
Cơ chất

KH2PO4
MgSO4.7H2O
FeSO4.7H2O
Ammonium Acetat
Yeast Extract

Hàm lượng (g/l)
0,5
0,3
0,01
3,0
2,0

15

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Trypton
Cystein HCl

6,0
0,5

2.4 Chiết tách
2.4.1 Cấu tạo chung

16

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

17

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Hệ thống chiết tách butanol gồm 3 bộ phận chính: bộ phận nhập liệu,
module màng lọc pervaporation và hệ thống ngưng tụ.
Bộ phận nhập liệu
Bộ phận nhập liệu bao gồm bồn nhập liệu, bơm nạp liệu và lưu lượng kế.
Bồn nhập liệu: bồn nhập liệu có dung tích 7 lít, được gắn ống thủy để
quan sát mực nước trong bồn, xung quanh được quấn điện trở gia nhiệt và lớp
bảo ôn nhằm tránh thất thoát nhiệt và ổn định nhiệt độ.
Bơm nạp liệu: nguyên lý hoạt động của bơm nạp liệu đòi hỏi dòng nhập
liệu phải ở trạng thái lỏng hoàn toàn (không có hiện tượng sôi của bất kỳ thành
phần nào trong hỗn hợp dung dịch). Nếu nhiệt độ tăng cao gần đến nhiệt độ sôi
của một hoặc vài thành phần trong hỗn hợp dung dịch nhập liệu, cần tăng áp
suất ở bồn nhập liệu nhằm đảm bảo rằng dung dịch nhập liệu ở trạng thái lỏng
hoàn toàn tại nhiệt độ vận hành của hệ thống.
Lưu lượng dòng nhập liệu đi vào màng được điều chỉnh bởi van hồi lưu
đặt ngay sau bơm nạp liệu. Lưu lượng dòng chảy qua màng lọc cùng với nhiệt
độ dòng nhập liệu là hai yếu tố ảnh hưởng chính đến hiệu suất của màng lọc nói
riêng và của cả hệ thống tách chiết thu hồi nói chung. Nếu lưu lượng quá lớn sẽ

làm giảm quá trình thấm ướt qua màng lọc, ngược lại nếu lưu lượng không đủ
lớn sẽ làm các phân tử không thấm ướt bị bám lại trên màng lọc, gây cản trở cho
quá trình hoạt động của màng lọc.
Module màng lọc
Màng lọc làm bằng vật liệu silica, được tráng lên một ống ceramic có kích
thước 250 x 10 x 7 mm (chiều dài x đường kính ngoài x đường kính trong). Ống
ceramic được đặt trong một module bằng thép không gỉ. Thông số vận hành của
module màng lọc: áp suất làm việc (tối đa) 5 bar, độ chênh lệch áp suất giữa hai
phía màng lọc (tối đa) là 5 bar, lưu lượng dung dịch qua module là 0,3m 3/h hoặc
vận tốc dòng 2m/s, nhiệt độ làm việc (tối đa) là 150oC.

18

DH10H1


Quy trình tổng hợp butanol nhiên liệu từ bã mĩa

Bơm chân không và hệ thống ngưng tụ
Hơi dung dịch được thấm ướt có chọn lọc qua lớp màng silica và di
chuyển qua lớp ceramic bởi áp suất chân không, sau đó được ngưng tụ và bị giữ
lại trong bể tách lỏng.
2.4.2 Quy trình công nghệ
Để tiến hành chiết tách, dung dịch sau quá trình lên men ABE được lọc bỏ
các thành phần xơ sợi và chất rắn. Cho 5 lít dịch ABE vào bồn nhập liệu, tiến
hành gia nhiệt dung dịch ở chế độ bơm hồi lưu hoàn toàn (không đi qua màng
lọc) và chờ cho nhiệt độ trong bồn nhập liệu ổn định. Cho nước đá vào bể tách
lỏng. Khởi động bơm chân không, hệ thống ngưng tụ. Khởi động bơm nạp liệu ở
chế độ hồi lưu 100% trở về bồn nhập liệu (khồn bơm qua màng lọc). Khi tất cả
các thông số như: áp suất chân không, nhiệt độ và lưu lượng dung dịch đều đã

ổn định, bắt đầu cho dung dịch chảy qua module màng lọc với lưu lượng từ 2 –
5 lít/phút hoặc vận tốc dòng khoảng 1 – 2 m/s. Kiểm tra lượng dung dịch còn lại
trong bồn nhập liệu qua ống thủy. Hệ thống có thể hoạt động theo mẻ (dừng hệ
thống khi lượng dung dịch còn lại trong bồn nhập liệu khoảng 1 lít) hoặc có thể
nạp thêm dung dịch ABE vào bồn nhập liệu qua phễu nhập liệu.
Dung dịch còn lại trong bồn nhập liệu sau quá trình tách chiết có thành
phần chủ yếu gồm 3 chất: aceton, butanol và ethanol. Sản phẩm thu được có tỷ
lệ Aceton/Butanol thấp hơn 1/2, và Ethanol/Butanol thấp hơn 1/6, được ứng
dụng trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học.

19

DH10H1