BÁO CÁO THỰC TẬP QUÁ TRÌNH THIẾT BỊ : Phòng thí nghiệm Năng Lượng Sinh Học Biomass Facility

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC – DẦU KHÍ
BỘ MÔN MÁY VÀ THIẾT BỊ
---------------------------------------

BÁO CÁO THỰC TẬP
QUÁ TRÌNH & THIẾT BỊ
Đơn vị thực tập : Phòng thí nghiệm Năng Lƣợng Sinh Học Biomass Facility

CB NM HD :

KS. Lê Nguyễn Phúc Thiên

Thầy phụ trách :

Nguyễn Sĩ Xuân Ân

SV :
MSSV :
Ngành :

Năm học 2016 - 2017

Lớp :


LỜI CẢM ƠN
Nhóm sinh viên thực tập chúng em xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Đình Quân – Trƣởng
phòng thí nghiệm Năng Lƣơng Sinh Học – Trƣờng đại học Bách Khoa TPHCM – Đại Học Quốc
Gia TPHCM – đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em có cơ hội đƣợc thực tập tại phòng thí

nghiệm. Đây là cơ hội để chúng em đƣợc tiếp xúc trực tiếp, tìm hiểu các thiết bị, các quá trình
hóa lý và hóa học đã đƣợc học tập trong điều kiện thực tế, các yếu tố kỹ thuật và quy trình vận
hành sản xuất thực tế. Qua đó, quá trình thực tập đã giúp chúng em củng cố thêm những kiến
thức đã đƣợc học và cũng biết cách sơ bộ vận hành vào thực tế.
Ngoài những kiến thức chuyên môn ra, chúng em còn học hỏi đƣợc rất nhiều kỹ năng, tinh
thần làm việc nghiêm túc, tuân thủ chặc chẽ kỹ luật và nội quy an toàn lao động của các thầy cô
và các anh chị kỹ sƣ đang công tác tại phòng thí nghiệm. Đây là những tố chất rất quan trọng và
cần thiết cho ngƣời kỹ sƣ.
Chúng em cũng xin gởi lời cám ơn đến kỹ sƣ Lê Nguyễn Phúc Thiên – Tổ trƣởng phòng
phân tích của phòng thí nghiệm. Anh chính là ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn chúng em về quy trình
công nghệ và thiết bị, giải đáp những thắc mắc và chia sẻ kinh nghiệm, những tình huống thực tế
gặp phải trong suốt thời gian anh công tác tại phòng thí nghiệm.
Chúng em xin cảm ơn khoa Kỹ Thuật Hóa Học và bộ môn Quá Trình & Thiết Bị đã tạo cơ
hội cho chúng em đƣợc thực tập tại phòng thí nghiệm. Cám ơn thầy Nguyễn Sĩ Xuân Ân đã tận
tâm hƣớng dẫn và tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho chúng em. Hy vọng khoa và bộ môn sẽ
tạo ra thêm nhiều cơ hội thực tập bổ ích cho sinh viên có cơ hội đƣợc học hỏi những kiến thức
thực tế cũng nhƣ những kỹ năng cần thiết cho môi trƣờng lao động chuyên nghiệp sau này.

Page 2


Nhận xét của đơn vị thực tập :
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
TPHCM, ngày

tháng

năm

ĐƠN VỊ THỰC TẬP

Page 3


Nhận xét của giáo viên hƣớng dẫn :
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................

........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
........................................................................................................................................................
TPHCM, ngày

tháng

năm

GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN

Page 4


MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN ................................................................................................. 2
MỤC LỤC

................................................................................................. 5

DANH SÁCH BẢNG BIỂU VÀ BẢN VẼ ...................................................... 8
DANH SÁCH HÌNH VẼ.................................................................................. 9
CHƢƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM ....................... 10
1.1

Lịch sử hình thành và phát triển. .................................................................................. 10

1.2

Địa điểm xây dựng. ........................................................................................................ 11

1.3

Cơ cấu tổ chức nhân sự. ................................................................................................ 12

1.4

Sản phẩm và sơ đồ bố trí mặt bằng. .............................................................................. 13

1.5

Nội quy an toàn lao động. ............................................................................................. 15

CHƢƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI................. 16
2.1

Nguyên liệu. ................................................................................................................... 16

2.1.1

Rơm rạ. ................................................................................................................... 16

2.1.2

Vỏ trấu. ................................................................................................................... 18

2.1.3

Dung dịch xút......................................................................................................... 18

2.1.4

Dung dịch acid....................................................................................................... 18

2.1.5

Enzyme. .................................................................................................................. 18

2.1.6

Nấm men................................................................................................................. 18

2.1.7

Nước – không khí – LPG. ...................................................................................... 19

2.1.8

Khí nén. .................................................................................................................. 19

2.2

Sản phẩm. ....................................................................................................................... 19

2.2.1

Syngas..................................................................................................................... 19

2.2.2

Hơi nước quá nhiệt. ............................................................................................... 19

2.2.3

Ethanol. .................................................................................................................. 19

Page 5


2.3

Chất thải. ........................................................................................................................ 20

CHƢƠNG 3 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC........... 21
3.1

Sơ đồ khối. ..................................................................................................................... 21

3.2

Quy trình công nghệ. ..................................................................................................... 21

3.3

Quy trình công nghệ lò hơi............................................................................................ 23

3.3.1

Quá trình lọc bụi.................................................................................................... 23

3.3.2

Quá trình khí hóa................................................................................................... 24

3.3.3

Quá trình đốt khí Syngas. ...................................................................................... 24

3.3.4

Quá trình lò hơi. .................................................................................................... 24

3.4

Quy trình công nghệ sản xuất Ethanol từ rơm. ............................................................ 25

3.4.1

Quá trình cắt. ......................................................................................................... 25

3.4.2

Quá trình nổ hơi. ................................................................................................... 25

3.4.3

Quá trình kiềm hóa. ............................................................................................... 26

3.4.4

Quá trình lọc ép. .................................................................................................... 27

3.4.5

Quá trình trung hòa. .............................................................................................. 28

3.4.6

Quá trình tiệt trùng................................................................................................ 28

3.4.7

Quá trình thủy phân và lên men đồng thời. ......................................................... 28

3.4.8

Quá trình chưng cất............................................................................................... 28

CHƢƠNG 4 : THIẾT BỊ CHI TIẾT........................................................... 30
4.1

Lò khí hóa....................................................................................................................... 30

4.1.1

Kích thước. ............................................................................................................. 30

4.1.2

Buồng khí hóa. ....................................................................................................... 30

4.1.3

Vật liệu chế tạo. ..................................................................................................... 30

4.1.4

Công suất. .............................................................................................................. 31

4.1.5

Năng suất. .............................................................................................................. 31

4.1.6

Thông số kỹ thuật................................................................................................... 31

4.1.7

Nguyên tắc vận hành. ............................................................................................ 31

4.1.8

Sự cố. ...................................................................................................................... 32

4.2

Bồn thủy phân và lên men đồng thời. ........................................................................... 34

4.2.1

Kích thước. ............................................................................................................. 34
Page 6


4.2.2

Cấu tạo. .................................................................................................................. 34

4.2.3

Vật liệu. .................................................................................................................. 34

4.2.4

Công suất. .............................................................................................................. 34

4.2.5

Năng suất. .............................................................................................................. 34

4.2.6

Cơ chế hoạt động................................................................................................... 35

4.2.7

Thông số kỹ thuật................................................................................................... 35

4.2.8

Nguyên tắc vận hành. ............................................................................................ 35

4.2.9

Sự cố. ...................................................................................................................... 37

4.3

Tháp chƣng cất. .............................................................................................................. 39

4.3.1

Kích thước. ............................................................................................................. 39

4.3.2

Cấu tạo. .................................................................................................................. 39

4.3.3

Vật liệu chế tạo ...................................................................................................... 39

4.3.4

Năng suất ............................................................................................................... 40

4.3.5

Hiệu suất ................................................................................................................ 40

4.3.6

Công dụng .............................................................................................................. 40

4.3.7

Vị trí nhập liệu và tháo liệu .................................................................................. 40

4.3.8

Nguyên lý hoạt động .............................................................................................. 40

4.3.9

Thông số kỹ thuật................................................................................................... 41

4.3.10

Khắc phục sự cố..................................................................................................... 41

NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ ....................................................................... 43

Page 7


DANH SÁCH BẢNG BIỂU VÀ BẢN VẼ
Bảng 2.1 : Phƣơng pháp xử lý chất thải ...................................................................................... 20

Bản vẽ 1 : Quy trình công nghệ. .................................................................................................. 22
Bản vẽ 2 : Lò khí hóa. .................................................................................................................. 33
Bản vẽ 3 : Bồn thủy phân và lên men đồng thời. ....................................................................... 38
Bản vẽ 4 : Tháp mâm chƣng cất thô. ........................................................................................... 42

Page 8


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Phòng thí nghiệm – xƣởng thực nghiệm nhiên liệu sinh học Biomass. .................. 10
Hình 1.2 : Vị trí phòng thí nghiệm. ............................................................................................. 12
Hình 1.3 : Cơ cấu tổ chức nhân sự. ............................................................................................. 12
Hình 1.4 : sơ đồ bố trí mặt bằng tầng trệt. .................................................................................. 13
Hình 1.5 : Bên trong xƣởng thực nghiệm. .................................................................................. 14
Hình 1.6 : Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng 1. ................................................................................ 14
Hình 1.7 : Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng 2. ................................................................................ 15
Hình 2.1 : Cấu trúc của rơm......................................................................................................... 16
Hình 2.3 : Các đơn vị mắt xích của Lignin và cách liên kết. ..................................................... 17
Hình 2.4 : Cơ chế lên men của nấm men. ................................................................................... 19
Hình 3.1 : Sơ đồ khối của quy trình sản xuất. ............................................................................ 21
Hình 3.2 : Quy trình công nghệ lò hơi. ....................................................................................... 23
Hình 3.3 : Máy cắt thô và máy cắt tinh. ...................................................................................... 25
Hình 3.4 : Máy nổ hơi. ................................................................................................................. 26
Hình 3.5 : Phản ứng giữa Lignin với dung dịch xút. .................................................................. 27
Hình 3.6 : Máy ép và khung lọc. ................................................................................................. 27
Hình 3.7 : Tháp chƣng cất............................................................................................................ 29
Hình 4.1 : Các phân vùng bên trong lò khí hóa. ......................................................................... 32
Hình 4.2 : Sơ đồ đƣờng ống thiết bị thủy phân và lên men đồng thời. ..................................... 37
Hình 4.3 : Sơ đồ tháp chƣng cất thô. ........................................................................................... 41

Page 9


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP
CHƢƠNG 1 :

TỔNG QUAN VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM

1.1 Lịch sử hình thành và phát triển.
Dầu mỏ và khí Condensate có vai trò quan trọng trong nền công nghiệp năng lƣợng của thế
giới. Đây là nguồn nguyên liệu quan trọng nhất để sản xuất nhiên liệu phục vụ cho giao thông
vận tải. Tuy nhiên, dầu mỏ và khí Condensate cũng là nguồn tài nguyên không thể phục hồi sau
khi khai thác cùng với những ảnh hƣởng đến môi trƣờng trong quá trình khai thác và vận chuyển
yêu cầu con ngƣời cần phải tìm nguồn năng lƣợng khác hiệu quả hơn.
Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, Ethanol sinh học đã đƣợc xem xét và nghiên cứu để thay thế cho
nhiên liệu xăng truyền thống để giảm các tác động môi trƣờng và nguồn tài nguyên hóa thạch.
Hiện nay công nghệ sản xuất xăng sinh học từ ethanol với nguyên liệu sắn, ngô, khoai…rất phổ
biến trên thế giới. Tuy nhiên với nguồn nguyên liệu từ thực phẩm sẽ gây ảnh hƣởng đến an ninh
lƣơng thực và lãng phí. Do đó, xuất hiện nhiều nghiên cứu tìm kiếm nguồn nguyên liệu từ các
phế phẩm nông nghiệp nhƣ rơm rạ, vỏ trấu, bã mía... để sản xuất Ethanol.

Hình 1.1 : Phòng thí nghiệm – xƣởng thực nghiệm nhiên liệu sinh học Biomass.

Page 10


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP
Ở nƣớc ta, dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phƣơng với công nghiệp chế biến
biomass” do JICA (Japanese International Cooperation Agency - Cơ quan Hợp Tác Quốc Tế Nhật
Bản) tài trợ, có nhiệm vụ xây dựng và phát triển công nghệ sản xuất Bio-Ethanol từ các nguồn

biomass là phế thải nông nghiệp nhƣ rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía…bƣớc đầu đã thành công ở quy mô
phòng thí nghiệm. Sản phẩm sẽ đƣợc ứng dụng vào mục đích làm nhiên liệu cho động cơ và các
thiết bị đốt công nghiệp. Dự án JICA sẽ đƣợc thực hiện trong vòng 5 năm (2009 – 2014) trong
khuôn khổ hợp tác nghiên cứu giữa trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM và Viện Khoa học
Công nghiệp thuộc trƣờng Đại học Tokyo, với sự tham gia của các viện và cơ quan nghiên cứu
liên quan. Dự án hƣớng đến xây dụng phƣơng pháp luận nhằm kết hợp bền vững nền nông
nghiệp địa phƣơng với nền công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế bằng
phƣơng pháp sinh học quy mô nhỏ tại khu vực. Từ đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp các
nhiên – vật liệu sinh học.
Trong khuôn khổ dự án, hai mô hình thí điểm về “Tổ hợp thử nghiệm quá trình chế biến sinh
khối” và “Mô hình xƣởng thực nghiệm kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phƣơng và nền
công nghiệp chế biến sinh khối” đƣợc thiết lập. Bắt đầu triển khai xây dựng từ năm 2009, đến
cuối năm 2010 phòng thí nghiệm năng lƣợng sinh học – xƣởng thực nghiệm của dự án, cơ bản
hoàn thành và bƣớc đầu đi vào hoạt động năm 2011. Mục tiêu nghiên cứu của xƣởng thực
nghiệm là phản hồi lại mục tiêu chung của dự án, triển khai những kết quả thí nghiệm đạt đƣợc ở
quy mô phòng thí nghiệm, hiểu đƣợc toàn bộ quy trình và hệ thống, cải tiến và phát triển các
trang thiết bị.

1.2 Địa điểm xây dựng.
Xƣởng thực nghiệm với tên gọi là phòng thí nghiệm năng lƣợng sinh học, đƣợc xây dụng
trong khuôn viên trƣờng Đại học Bách Khoa Tp.HCM. xƣởng nằm sau lƣng tòa nhà C4 và C5, từ
cổng 3 trƣờng Đại học Bách Khoa (đƣờng Tô Hiến Thành) đi thẳng vào khoảng 100m sẽ thấy
nằm bên phải.

Page 11


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP

Hình 1.2 : Vị trí phòng thí nghiệm.

1.3 Cơ cấu tổ chức nhân sự.
Tổ chức nhân sự của phòng thí nghiệm gồm các nhân sự thể hiện trên hình 1.3 :

Hình 1.3 : Cơ cấu tổ chức nhân sự.
Page 12


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP
1.4 Sản phẩm và sơ đồ bố trí mặt bằng.
Phòng thí nghiệm với các thiết bị và yếu tố kỹ thuật vận hành quy trình công nghệ sản xuất
nhiên liệu Ethanol sinh học từ nguồn nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp rơm rạ và trấu. Rơm rạ
là nguồn phế thải trong nông nghiệp, bao gồm phần thân và cành lá của cây lúa, sau khi đã tuốt
hạt lúa. Rơm rạ chiếm khoảng một nửa sản lƣợng của cây ngũ cốc, nhƣ lúa mạch, lúa mì và lúa
gạo. Nguồn phế thải này có thể tận dụng trở thành nguồn nguyên liệu mới. Sơ đồ bố trí các thiệt
bị đƣợc thể hiện theo hình 1.4 :

Hình 1.4 : sơ đồ bố trí mặt bằng tầng trệt.

Page 13


CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP

Hình 1.5 : Bên trong xƣởng thực nghiệm.

Hình 1.6 : Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng 1.

Page 14

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP

Hình 1.7 : Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng 2.

1.5 Nội quy an toàn lao động.
1. Vận hành máy theo đúng trình tự đã đƣợc hƣớng dẫn.
2. Phải thực hiện theo sự chỉ dẫn của các bảng cấm, bảng hƣớng dẫn, chỉ dẫn treo tại nơi sản
xuất hoặc gắn tại máy, thiết bị.
3. Không đƣợc sử dụng sửa chữa các máy thiết bị khi chƣa đƣợc huấn luyện về các quy tắc
an toàn và quy trình vận hành máy thiết bị đó.
4. Trong lúc làm việc phải giữ gìn các trang bị, phƣơng tiện bảo hộ cá nhân và các dụng cụ
đã đƣợc cấp phát.
5. Không đƣợc tháo gỡ hoặc giảm hiệu quả các thiết bị an toàn.
6. Không đƣợc tự do đi lại các nơi không thuộc trách nhiệm của mình.
7. Phải báo ngay cho quản lí khi máy, thiết bị đó có sự cố hoặc nghi ngờ có sự cố.
8. Các phƣơng tiện vật liệu, sản phẩm, phế liệu không đƣợc để sát lối đi, cửa thoát hiểm, tủ
điện, phƣơng tiện chữa cháy, tủ thuốc sơ cấp cứu.
9. Nơi làm việc phải ngăn nắp, không đƣợc để dụng cụ, dây điện, vật tƣ, trang bị, các phƣơng
tiện gây cản trở sự hoạt động và đi lại.
10. Có nghĩa vụ thông báo và khai báo với cấp trên về sự cố tai nạn lao động, về việc vi
phạm nguyên tắc an toàn lao động xảy ra tại nơi làm việc.
Page 15


CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
CHƢƠNG 2 :

NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI

2.1 Nguyên liệu.
Nguyên liệu của xƣởng thực nghiệm bao gồm :
2.1.1

Rơm rạ.

Rơm rạ là nguồn nguyên liệu phong phú, rẻ và dễ tìm ở nƣớc ta. Thành phần hóa học chính
của rơm bao gồm : Cellulose (và Hemi-Cellulose) khoảng 60%, Lignin 14% và các chất khác
(protein, lipid...)
Cấu trúc rơm trình bày theo hình 2.1 :

Hình 2.1 : Cấu trúc của rơm.
Cellulose là Carbonhydrate màu trắng, không mùi, không vị, không tan trong nƣớc ngay cả
khi đun nóng và không tan trong các dung môi hữu cơ thông thƣờng, là thành phần chính cấu tạo
lớp màng tế bào thực vật. Cenlulose có cấu trúc cao phân tử, đơn vị mắt xích là D-Glucopyrano
với các liên kết 1,4 Glucoside.

Hình 2.2 : Cấu trúc Cellulose.
Page 16


CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
Cellulose có khoảng từ 2000 đến 10000 mắt xích tƣơng ứng chiều dài khoảng 5.2-7.7mm.
Các sợi Cellulose liên kết với nhau tạo thành sợi sơ cấp đƣờng kính khoảng 3mm. Các sợi sơ cấp
lại liên kết với nhau tạo thành vi sợi tồn tại 2 dạng : vùng kết tinh và vùng vô định hình.


Tại vùng kết tinh các mạch Cellulose liên kết với nhau bằng liên kết Hydro nên vi sợi
có cấu trúc rất bền vững, enzyme cellulase cũng chỉ có thể tác động trên bề mặt vùng
này.



Vùng vô định hình, các mạch Cellulose liên kết yếu với nhau bằng liên kết ValderWaals nên chúng dễ bị tác động và thay đổi cấu trúc.

Hemi-Cellulose là Carbonhydrate dị thể, có cấu trúc tƣơng tự Cellulose nhƣng kém bền
vững hơn do đơn vị mắt xích là đƣờng Pentose, độ trùng hợp thấp hơn, dễ bị thủy phân hơn.
Lignin là nhựa nhiệt dẻo, mềm dƣới tác dụng của nhiệt độ và bị hòa tan trong một số tác chất
hóa học. Trong gỗ, Lignin có màu trắng. Cấu trúc : rất phức tạp, là một Polyphenol có mạng
không gian mở, đơn vị cơ bản là Phenyl Propane và trong phân tử luôn chứa nhóm Metoxyl (OCH3). Các đơn vị mắt xích này đƣợc liên kết với nhau bằng một số kiểu liên kết nhƣ: β-O-4
(chiếm chủ yếu 40 – 60 %), α-O-4 (chiếm 5 – 10 %), C-O-C, C-C…
Lignin có liên kết chặt chẽ với Carbohydrate đặc biệt là có liên kết hoá học với HemiCellulose. Trong quá trình chế biến bột giấy, ngƣời ta dùng tác động cơ học hoặc hoá học để hoà
tan Lignin hoặc biến tính Lignin để giải phóng các bó sợi Cellulose.

Hình 2.3 : Các đơn vị mắt xích của Lignin và cách liên kết.
Page 17


CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
2.1.2

Vỏ trấu.

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và đƣợc tách ra trong quá trình xay xát. Vỏ trấu có
thành phần hóa học không ổn định, phụ thuộc vào giống lúa, mùa vụ hoặc loại đất. Trong vỏ trấu
chứa khoảng 75% chất hữu cơ dễ bay hơi sẽ cháy trong quá trình đốt và khoảng 25% còn lại
chuyển thành tro. Các thành phần của vỏ trấu bao gồm các chất mà hầu hết sinh vật không thể sử
dụng trực tiếp đƣợc, nhƣng có thể sử dụng làm chất đốt rất tốt vì chúng dễ cháy. Ở đây, vỏ trấu
đƣợc dùng làm nguyên liệu cho quá trình khí hóa để tạo ra hỗn hợp khí tổng hợp (Syngas) cung
cấp cho quá trình đốt khí.

2.1.3

Dung dịch xút.

Sử dụng dung dịch NaOH để kiềm hóa, hòa tan thành phần Lignin có trong rơm, sau đó loại
bỏ bằng quá trình lọc ép.
2.1.4

Dung dịch acid.

Sử dụng dung dịch HCl để trung hòa rơm sau kiềm hóa để chuẩn bị cho quá trình thủy phân
và lên men đồng thời.
Dung dịch HCl còn đƣợc dùng để trung hòa phần nƣớc thải Lignin sau kiềm hóa.
2.1.5

Enzyme.

Phức hệ enzyme Cellulase đƣợc sử dụng để xúc tác phản ứng thủy phân cắt mạch Cellulose
thành đƣờng Glucose, tạo nguyên liệu cho quá trình lên men. Phức hệ enzyme gồm các enzyme :
Endoglucanase (EC3.2.1.4), Exoglucanase (EC3.2.1.91), β-glucosidase (EC3.2.1.21).
Tính chất vật lý :

2.1.6



Nhiệt độ thích hợp hoạt động 55oC, bền ở 30 – 45oC.



Bền ở pH = 5.5 và hoạt tính cao ở pH = 6.

Nấm men.

Nấm men sử dụng trong quá trình lên men đƣờng Glucose thành Ethanol là giống
Saccharomyces Cerevisiae. Quá trình sinh trƣởng của nấm men gồm 4 pha :
1. Pha thích nghi : giống nấm men mới đƣợc cấy vào môi trƣờng, dần thích nghi với
môi trƣờng dinh dƣỡng, phát triển kích thƣớc tế bào.
2. Pha tăng trƣởng : nấm men trƣởng thành, bắt đầu sinh sản theo cấp số nhân, tăng sinh
khối, giảm chất dinh dƣỡng (Glucose) và tăng sản phẩm trao đổi (Ethanol).
Page 18


CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
3. Pha cân bằng : nồng độ Ethanol tăng, Glucose giảm nên nấm men bị ức chế rồi chết
dần, vận tốc chết bằng với vận tốc sinh sản nên sinh khối không tăng.
4. Pha suy vong : nồng độ Ethanol cao, không còn chất dinh dƣỡng nên nấm men chết
rất nhiều.
Cơ chế của quá trình lên men của nấm men theo chu trình hô hấp yếm khí (hình 2.4) :

Hình 2.4 : Cơ chế lên men của nấm men.
2.1.7

Nƣớc – không khí – LPG.

Sử dụng làm nguyên liệu cho các quá trình (lò khí hóa, lò đốt, lò hơi...) tạo ra hơi nƣớc quá
nhiệt hoặc nƣớc làm mát để trao đổi nhiệt trong các thiết bị.
2.1.8

Khí nén.

Tạo áp suất đẩy sản phẩm lên men ra khỏi bồn thủy phân và lên men đồng thời qua bồn chứa.

2.2 Sản phẩm.
2.2.1

Syngas.

Là sản phẩm của quá trình khí hóa, sử dụng làm nhiên liệu cho lò đốt, sinh nhiệt cho nồi hơi.
Thành phần chủ yếu là khí H2 và CO.
2.2.2

Hơi nƣớc quá nhiệt.

Là sản phẩm của lò hơi, đƣợc dùng làm tác nhân trao đổi nhiệt trong các quá trình khác.
2.2.3

Ethanol.

Ethanol thô là sản phẩm của quá trình thủy phân và lên men đồng thời, nồng độ thấp (khoảng
5-10%). Để đạt nồng độ cao hơn, cần đƣa sản phẩm này qua quá trình chƣng cất.
Sau khi chƣng cất thô, nồng độ sản phẩm đạt đƣợc khoảng 70%. Để đạt nồng độ yêu cầu của
sản phẩm (khoảng 97%) cần thêm quá trình chƣng cất tinh.

Page 19


CHƯƠNG 2 : NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
2.3 Chất thải.
Gồm 3 dạng : chất thải rắn, nƣớc thải và khí thải. Cách xử lý trình bày trong bảng 2.1 :

Bảng 2.1 : Phƣơng pháp xử lý chất thải
Loại chất thải
Thành phần
Lƣợng chất thải
Phƣơng pháp xử
lý

Chất thải rắn
Tro của quá trình khí hóa
Bả lên men.

Nƣớc thải
Dịch ép sau kiềm hóa.

Khí thải
Khí nóng sau lò đốt
và lò hơi

Tùy thuộc thông số hoạt động của quy trình sản xuất.
Để nguội, làm phân bón.

Trung hòa rồi thải ra
môi trƣờng.

Trộn với không khí
để giảm nhiệt rồi thải
ra môi trƣờng

Page 20

CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT
CHƢƠNG 3 :

QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC

3.1 Sơ đồ khối.

Dd Xút

Dịch
lọc

Trung hòa

Nƣớc
thải

Rơm

Trấu

Cắt

Khí hóa

Nổ hơi

Syngas

Kiềm hóa

Đốt

Lọc

rơm

Hơi quá
nhiệt

Dd HCl

Trung hòa

Lò hơi

Tiệt trùng

Hơi
nƣớc

Không khí

LPG

Khí
thải
Nƣớc

Enzyme
Thủy phân
và lên men
đồng thời

Chƣng cất

Sản
phẩm

Nấm men
Hình 3.1 : Sơ đồ khối của quy trình sản xuất.

3.2 Quy trình công nghệ.

Page 21


CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Bản vẽ 1 : Quy trình công nghệ.
(xem file đính kèm)

Page 22


CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT
3.3 Quy trình công nghệ lò hơi.
Bao gồm các quá trình : lọc bụi, khí hóa, lò đốt và lò hơi. Nguyên liệu chính của quy trình là
vỏ trấu và nƣớc, sản phẩm cuối cùng là hơi nƣớc quá nhiệt.

Hình 3.2 : Quy trình công nghệ lò hơi.

3.3.1

1. TB Cyclone

2. Bơm phân phối trấu

3. Lò khí hóa

3.1. Cửa nhập liệu

4. Lò đốt

4.1. Cung cấp lò hơi 4.2. Xả thải khi có sự cố

5. Lò hơi

5.1. Nhập liệu nƣớc (đã xử lý làm mêm)

5.2. Ống sản phẩm

5.3. Ống xả khí thải

3.2. Cửa thoát Syngas

Quá trình lọc bụi.

Mục đích : nhằm lọc bụi cám ra khỏi vỏ trấu.
Nguyên lý : sử dụng lực ly tâm để phân riêng vỏ trấu và bụi cám dựa trên chênh lệch khối

lƣợng riêng.

Page 23


CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Thiết bị : sử dụng bơm ly tâm Cyclone (1) để tạo lực ly tâm trong dòng vật chất. Cyclone là
thiết bị có dạng hình trụ, đáy côn. Cửa nhập liệu đặt vuông góc với trục của thân trụ, bên trên là
cửa thoát cho bụi còn vỏ trấu di chuyển xuống cửa bên dƣới. Sau đó vỏ trấu đƣợc phân phối vào
lò khí hóa (3) bằng 2 bơm phân phối (2).
Yếu tố ảnh hƣởng : lƣợng nhập liệu và vận tốc bơm.
3.3.2

Quá trình khí hóa.

Mục đích : nhằm biến đổi vỏ trấu thành dạng khí Syngas để tạo nhiên liệu cho lò đốt (4).
Nguyên lý : đốt vỏ trấu trong điều kiện thiếu oxy sẽ tạo thành khí Syngas
Thiết bị : Lò khí hóa (3). Kích thƣớc lò đƣợc miêu tả theo bản vẽ 2. Nguyên liệu vỏ trấu
nhập liệu vào lò theo cửa (3.1). Không khí nhập liệu bên dƣới đáy lò. Bên trong lò có cánh khuấy
giúp trộn đều không khí và vỏ trấu. Khí Syngas thoát ra theo cửa (3.2), phần tro bị cánh khuấy
gạt qua cửa thoát than.
Yếu tố ảnh hƣởng :


Lƣợng vỏ trấu và không khí đƣợc tính toán sao cho quá trình oxy hóa không hoàn
toàn.



Vận tốc quay của cánh khuấy giúp trộn trấu – không khí và đối lƣu nhiệt đều, không

bị quá nhiệt cục bộ.



Nhiệt độ : đƣợc theo dõi bằng cảm biến nhiệt, điều chỉnh bằng cách tăng giảm lƣợng
nhập liệu.

3.3.3

Quá trình đốt khí Syngas.

Mục đích : đốt lƣợng khí Syngas tạo nhiệt cho lò hơi.
Nguyên lý : khí Syngas khi vào lò đốt (4) theo cửa (3.2) sẽ đƣợc đốt cháy trong điều kiện
không khí dƣ cùng với khí mồi LPG. Lƣợng hơi quá nhiệt sinh ra sẽ thoát theo ống (4.1) đến lò
hơi hoặc thải ra ngoài theo ống (4.2). Khí thải đƣợc trộn với không khí để giảm nhiệt.
Thiết bị : Lò đốt.
Yếu tố ảnh hƣởng : lƣợng nhập liệu, lƣợng khí LPG, nhiệt độ lò.
3.3.4

Quá trình lò hơi.

Mục đích : nấu nƣớc thành hơi nƣớc bão hòa.
Nguyên lý : dùng hơi quá nhiệt để trao đổi nhiệt với nƣớc lạnh khiến nƣớc sôi và hóa hơi.

Page 24


CHƯƠNG 3 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT
Thiết bị : lò hơi (5) gồm ống nhập liệu nƣớc đã qua xử lý làm mềm (5.1), ống nhập liệu hơi
quá nhiệt (4.1), ống sản phẩm hơi nƣớc quá nhiệt (5.2) và ống khí thải (5.3).

3.4 Quy trình công nghệ sản xuất Ethanol từ rơm.
Gồm các quá trình : cắt, nổ hơi, kiềm hóa, lọc ép, trung hòa, tiệt trùng, thủy phân và lên men
đồng thời, chƣng cất.
3.4.1

Quá trình cắt.

Mục đích : Dùng để cắt nhỏ rơm ban đầu thành rơm có chiều dài 2 – 3 cm để thuận lợi cho
quá trình nổ hơi.
Nguyên lý : sử dụng lực cắt từ các bánh răng quay roto. Gồm 2 giai đoạn : cắt thô cho chiều
dài rơm 7 – 8cm và cắt tinh cho chiều dài 2 – 3cm.
Thiết bị : máy cắt thô và máy cắt tinh.
Yếu tố ảnh hƣởng : lƣợng nhập liệu, vận tốc quay roto và kích thƣớc bánh răng cắt.

Hình 3.3 : Máy cắt thô và máy cắt tinh.
3.4.2

Quá trình nổ hơi.

Mục đích : nhằm phá vỡ cấu trúc sợi rơm, chuẩn bị cho quá trình kiềm hóa. Phá vỡ lớp
Lignin bao bọc xung quanh cấu trúc Lignocellulose của rơm sau khi cắt, giải phóng các bó sợi

Page 25