ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ VỎ TRẤU TRONG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ RƠM

ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
VIỆN KHOA HỌC ỨNG DỤNG
---------------------------------------

BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ KHÍ HOÁ VỎ TRẤU TRONG
SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ RƠM

CB NM HD: KS. Lê Nguyễn Phúc Thiên
GV phụ trách: ThS. Trần Thị Tưởng An
Ngành: Công nghệ sinh học
Đơn vị thực tập: Phịng thí nghiệm Nhiên liệu sinh học và Biomass


TP. Hồ Chí Minh, 2021


LỜI CẢM ƠN
Nhóm sinh viên thực tập chúng em xin chân thành cám ơn TS. Nguyễn Đình Qn – Trưởng
phịng thí nghiệm Năng Lương Sinh Học – Trường đại học Bách Khoa TPHCM – Đại Học Quốc
Gia TPHCM – đã tạo điều kiện thuận lợi để chúng em có cơ hội được thực tập tại phịng thí
nghiệm. Đây là cơ hội để chúng em được tiếp xúc trực tiếp, tìm hiểu các thiết bị, các q trình
hóa lý và hóa học đã được học tập trong điều kiện thực tế, các yếu tố kỹ thuật và quy trình vận
hành sản xuất thực tế. Qua đó, q trình thực tập đã giúp chúng em củng cố thêm những kiến
thức đã được học và cũng biết cách sơ bộ vận hành vào thực tế.
Ngồi những kiến thức chun mơn ra, chúng em còn học hỏi được rất nhiều kỹ năng, tinh
thần làm việc nghiêm túc, tuân thủ chặc chẽ kỹ luật và nội quy an tồn lao động của các thầy cơ
và các anh chị kỹ sư đang cơng tác tại phịng thí nghiệm. Đây là những tố chất rất quan trọng và
cần thiết cho người kỹ sư.
Chúng em cũng xin gởi lời cám ơn đến anh Lê Nguyễn Phúc Thiên – Tổ trưởng phịng phân
tích của phịng thí nghiệm. Anh chính là người trực tiếp hướng dẫn chúng em về quy trình cơng

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 cơng tác tại phịng thí nghiệm.
Chúng em xin cảm ơn cơ Trần Thị Tưởng An đã tạo cơ hội cho chúng em được thực tập tại
phịng thí nghiệm và tạo điều kiện thuận lợi để phát triển những kỹ năng cần thiết cho môi
trường lao động chuyên nghiệp sau này.

Page 2


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN..................................................................................................... 2
MỤC LỤC........................................................................................................... 3
DANH SÁCH HÌNH VẼ....................................................................................6
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỊNG THÍ NGHIỆM............................. 7
1.1

Lịch sử hình thành và phát triển.................................................................................. 7

1.2

Địa điểm xây dựng.......................................................................................................8

1.3

Cơ cấu tổ chức nhân sự................................................................................................9

1.4

Sản phẩm và sơ đồ bố trí mặt bằng............................................................................10

1.5

Nội quy an toàn lao động...........................................................................................12

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI.....................14
2.1

Nguyên liệu................................................................................................................14

2.1.1

Rơm rạ............................................................................................................... 14

2.1.2

Vỏ trấu............................................................................................................... 16

2.1.3

Dung dịch xút.................................................................................................... 16

2.1.4

Dung dịch acid...................................................................................................16

2.1.5

Enzyme.............................................................................................................. 16

2.1.6

Nấm men............................................................................................................16

2.1.7

Nước – khơng khí – LPG...................................................................................17

2.1.8

Khí nén...............................................................................................................17

2.2

Sản phẩm................................................................................................................... 17

2.2.1

Syngas................................................................................................................17

2.2.2

Hơi nước quá nhiệt............................................................................................ 17

2.2.3

Ethanol...............................................................................................................17

2.3

Chất thải.....................................................................................................................18

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC...............19
3.1

Sơ đồ khối..................................................................................................................19

3.2

Quy trình cơng nghệ lị hơi........................................................................................20


3.2.1

Q trình lọc bụi................................................................................................20

3.2.2

Q trình khí hóa............................................................................................... 21

3.2.3

Q trình đốt khí Syngas................................................................................... 21

3.2.4

Q trình tạo hơi nước.......................................................................................21

3.3

Quy trình cơng nghệ sản xuất Ethanol từ rơm rạ.......................................................22

3.3.1

Quá trình cắt...................................................................................................... 22

3.3.2

Quá trình nổ hơi.................................................................................................23

3.3.3

Q trình kiềm hóa............................................................................................ 24

3.3.4

Q trình lọc ép................................................................................................. 24

3.3.5

Q trình trung hịa............................................................................................25

3.3.6

Q trình tiệt trùng.............................................................................................25

3.3.7

Q trình thủy phân và lên men đồng thời........................................................ 25

3.3.8

Quá trình chưng cất............................................................................................25

CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ CHI TIẾT................................................................27
4.1

Lị khí hóa..................................................................................................................27

4.1.1

Kích thước......................................................................................................... 27

4.1.2

Buồng khí hóa....................................................................................................27

4.1.3

Vật liệu chế tạo.................................................................................................. 27

4.1.4

Công suất........................................................................................................... 27

4.1.5

Năng suất........................................................................................................... 28

4.1.6

Thông số kỹ thuật.............................................................................................. 28

4.1.7

Nguyên tắc vận hành......................................................................................... 28

4.1.8

Sự cố.................................................................................................................. 29

4.2

Bồn thủy phân và lên men đồng thời.........................................................................30

4.2.1

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

4.2.2

Cấu tạo...............................................................................................................30

4.2.3

Vật liệu...............................................................................................................30

4.2.4

Cơng suất........................................................................................................... 30

4.2.5

Năng suất........................................................................................................... 30

4.2.6

Cơ chế hoạt động...............................................................................................31

4.2.7

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


4.2.8

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

4.2.9

Sự cố.................................................................................................................. 33

4.3

Tháp chưng cất...........................................................................................................34

4.3.1

Kích thước......................................................................................................... 34

4.3.2

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

4.3.3

Vật liệu chế tạo.................................................................................................. 34

4.3.4

Năng suất........................................................................................................... 35

4.3.5

Hiệu suất............................................................................................................35

4.3.6

Công dụng..........................................................................................................35

4.3.7

Vị trí nhập liệu và tháo liệu............................................................................... 35

4.3.8

Ngun lý hoạt động..........................................................................................35

4.3.9

Thơng số kỹ thuật.............................................................................................. 36

4.3.10

Khắc phục sự cố.................................................................................................36

NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ..........................................................................37
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................38


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1 : Phịng thí nghiệm – xưởng thực nghiệm nhiên liệu sinh học Biomass....................7
Hình 1.2: Vị trí phịng thí nghiệm..............................................................................................9
Hình 1.3 : Cơ cấu tổ chức nhân sự.............................................................................................9
Hình 1.4 : Sơ đồ bố trí mặt bằng tầng trệt............................................................................... 10
Hình 1.5 : Bên trong xưởng thực nghiệm................................................................................ 11
Hình 1.6: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng 1...............................................................................11
Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng 2...............................................................................12
Hình 2.1: Cấu trúc của rơm......................................................................................................14
Hình 2.3: Các đơn vị mắt xích của Lignin và cách liên kết.....................................................15
Hình 2.4 : Cơ chế lên men của nấm men.................................................................................17
Hình 3.1: Sơ đồ khối của quy trình sản xuất............................................................................18
Hình 3.2: Hệ thống lị lị hơi đốt trấu.......................................................................................20
Hình 3.3: Máy cắt thơ và máy cắt tinh.....................................................................................22
Hình 3.4: Máy nổ hơi...............................................................................................................23
Hình 3.5: Phản ứng giữa Lignin với dung dịch xút.................................................................24
Hình 3.6: Máy ép và khung lọc................................................................................................24
Hình 3.7: Tháp chưng cất.........................................................................................................26
Hình 4.1: Thơng số nhiệt độ hệ lị hơi..................................................................................... 28
Hình 4.2: Quy trình hệ thống lị hơi đốt trấu........................................................................... 29
Hình 4.3: Sơ đồ đường ống thiết bị thủy phân và lên men......................................................33

Hình 4.4: Sơ đồ tháp chưng cất thô......................................................................................... 36


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC
TẬP

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ PHỊNG THÍ NGHIỆM
1.1 Lịch sử hình thành và phát triển.
Dầu mỏ và khí Condensate có vai trị quan trọng trong nền công nghiệp năng lượng 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 hưởng đến mơi trường trong q trình khai thác và vận chuyển
yêu cầu con người cần phải tìm nguồn năng lượng khác hiệu quả hơn.
Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, Ethanol sinh học đã được xem xét và nghiên cứu để thay thế cho
nhiên liệu xăng truyền thống để giảm các tác động môi trường và nguồn tài nguyên hóa thạch.
Hiện nay cơng 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 hưởng đến an ninh
lương thực và lãng phí. Do đó, xuất hiện nhiều nghiên cứu tìm kiếm nguồn nguyên liệu từ các
phế phẩm nông nghiệp như rơm rạ, vỏ trấu, bã mía... để sản xuất Ethanol.

Hình 1.1 : Phịng thí nghiệm – xưởng thực nghiệm nhiên liệu sinh học Biomass.

Page 7


Ở nước ta, dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương 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 như rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía…bước đầu đã thành cơng ở quy mơ
phịng thí nghiệm. Sản phẩm sẽ được ứng dụng vào mục đích làm nhiên liệu cho động cơ và các

thiết bị đốt công nghiệp. Dự án JICA sẽ được thực hiện trong vịng 5 năm (2009 – 2014) trong
khn khổ hợp tác nghiên cứu giữa trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM và Viện Khoa học
Công nghiệp thuộc trường Đại học Tokyo, với sự tham gia của các viện và cơ quan nghiên cứu
liên quan. Dự án hướng đến xây dụng phương pháp luận nhằm kết hợp bền vững nền nông
nghiệp địa phương với nền công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế bằng
phương pháp sinh học quy mơ nhỏ tại khu vực. Từ đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp các
nhiên – vật liệu sinh học.
Trong khn khổ dự án, hai mơ hình thí điểm về “Tổ hợp thử nghiệm quá trình chế biến sinh
khối” và “Mơ hình xưởng thực nghiệm kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương và nền
công nghiệp chế biến sinh khối” được thiết lập. Bắt đầu triển khai xây dựng từ năm 2009, đến
cuối năm 2010 phịng thí nghiệm năng lượng sinh học – xưởng thực nghiệm của dự án, cơ bản
hoàn thành và bước đầu đi vào hoạt động năm 2011. Mục tiêu nghiên cứu của xưởng thực
nghiệm là phản hồi lại mục tiêu chung của dự án, triển khai những kết quả thí nghiệm đạt được ở
quy mơ phịng thí nghiệm, hiểu được tồn bộ quy trình và hệ thống, cải tiến và phát triển các
trang thiết bị.

1.2 Địa điểm xây dựng.
Xưởng thực nghiệm với tên gọi là phịng thí nghiệm năng lượng sinh học, được xây dụng
trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa TP.HCM. xưởng nằm sau lưng tòa nhà C4 và C5, từ
cổng 3 trường Đại học Bách Khoa (đường Tô Hiến Thành) đi thẳng vào khoảng 100m sẽ thấy
nằm bên phải.


Hình 1.2: Vị trí phịng thí nghiệm.

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

Hình 1.3 : Cơ cấu tổ chức nhân sự.

1.4 Sản phẩm và sơ đờ bố trí mặt bằng.
Phịng thí nghiệm với các thiết bị và yếu tố kỹ thuật vận hành quy trình cơng 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 lượng của cây ngũ cốc, như 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 được thể hiện theo hình 1.4:

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


Hình 1.5 : Bên trong xưởng thực nghiệm.

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


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 được hướng dẫn.
2. Phải thực hiện theo sự chỉ dẫn của các bảng cấm, bảng hướng dẫn, chỉ dẫn treo tại nơi sản
xuất hoặc gắn tại máy, thiết bị.
3. Không được sử dụng sửa chữa các máy thiết bị khi chưa được huấn luyện về các quy tắc
an tồn và quy trình vận hành máy thiết bị đó.
4. Trong lúc làm việc phải giữ gìn các trang bị, phương tiện bảo hộ cá nhân và các dụng cụ
đã được cấp phát.
5. Không được tháo gỡ hoặc giảm hiệu quả các thiết bị an tồn.
6. Khơng được 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 phương tiện vật liệu, sản phẩm, phế liệu khơng được để sát lối đi, cửa thốt hiểm, tủ
điện, phương tiện chữa cháy, tủ thuốc sơ cấp cứu.
9. Nơi làm việc phải ngăn nắp, không được để dụng cụ, dây điện, vật tư, trang bị, các phương
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.


Ngồi ra trong từng giai đoạn cũng cần có những lưu ý riêng để đảm bảo an toàn cho người
và thiết bị :
- Khi vận hành thiết bị phải nắm rõ các thao tác vận hành và giới hạn an toàn của thiết bị để
tránh xảy ra sự cố cho thiết bị và người vận hành. Đặc biệt, với nồi hơi là thiết bị làm việc ở áp
suất và nhiệt độ cao nên rất nguy hiểm, vì vậy, người vận hành nên có ít nhất 2 năm kinh
nghiệm.
- Giai đoạn cắt rơm: phải mặc áo bảo hộ, đeo mắt kính, khẩu trang chống bụi rơm, mang găng
tay bảo vệ tay không bị ngứa khi bốc rơm bỏ vào máy cắt, chân mang giày khơng được mang
dép phịng chống rủi ro có thể xảy ra như bị ngứa dị ứng với bụi rơm. Đọc bảng hướng dẫn an
toàn sử dụng thiết bị cắt trước khi tiến hành làm việc.
- Giai đoạn ngâm kiềm, trung hòa acid: phải đeo bao tay chống thấm, mặc áo bảo hộ, mang tạp
dề bằng nhựa dẻo phía trước người, đeo khẩu trang, đi ủng cao su bảo vệ chân, đội mũ có tấm
kiếng bảo vệ mặt để tránh hóa chất rơi trúng mặt, vào mắt, v.v…
- Giai đoạn chưng cất: cho lượng nguyên liệu vào thiết bị chưng cất sao cho không vượt mức
quy định an toàn của thiết bị.


CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT
THẢI

CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
2.1 Nguyên liệu.

Nguyên liệu của xưởng thực nghiệm bao gồm:
2.1.1

Rơm rạ.

Rơm rạ là nguồn nguyên liệu phong phú, rẻ và dễ tìm ở nước 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, khơng vị, khơng tan trong nước ngay cả
khi đun nóng và không tan trong các dung môi hữu cơ thông thường, 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 14


Cellulose có khoảng từ 2000 đến 10000 mắt xích tương ứng chiều dài khoảng 5.2-7.7mm.
Các sợi Cellulose liên kết với nhau tạo thành sợi sơ cấp đường 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 vơ 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 vơ 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 tương tự Cellulose nhưng kém bền
vững hơn do đơn vị mắt xích là đường Pentose, độ trùng hợp thấp hơn, dễ bị thủy phân hơn.
Lignin là nhựa nhiệt dẻo, mềm dưới 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
khơng gian mở, đơn vị cơ bản là Phenyl Propane và trong phân tử ln chứa nhóm Metoxyl (OCH3). Các đơn vị mắt xích này được liên kết với nhau bằng một số kiểu liên kết như: 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 hố học với HemiCellulose. Trong quá trình chế biến bột giấy, người ta dùng tác động cơ học hoặc hố học để hồ
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.


2.1.2

Vỏ trấu.

Trấu là lớp vỏ ngoài cùng của hạt lúa và được tách ra trong quá trình xay xát. Vỏ trấu có
thành phần hóa học khơng 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 q trình đốt và khoảng 25% cịn 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 được, nhưng có thể sử dụng làm chất đốt rất tốt vì chúng dễ cháy. Ở đây, vỏ trấu
được dùng làm ngun liệu cho q trình khí hóa để tạo ra hỗn hợp khí tổng hợp (Syngas) cung
cấp cho q trình đốt khí.
2.1.3

Dung dịch xút.

Sử dụng dung dịch NaOH để kiềm hóa, hịa tan thành phần Lignin có trong rơm, sau đó loại
bỏ bằng q 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 q trình thủy phân
và lên men đồng thời.
Dung dịch HCl còn được dùng để trung hịa phần nước thải Lignin sau kiềm hóa.
2.1.5

Enzyme.

Phức hệ enzyme Cellulase được sử dụng để xúc tác phản ứng thủy phân cắt mạch Cellulose
thành đường 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 đường Glucose thành Ethanol là giống
Saccharomyces Cerevisiae. Quá trình sinh trưởng của nấm men gồm 4 pha :
1. Pha thích nghi: giống nấm men mới được cấy vào mơi trường, dần thích nghi với mơi
trường dinh dưỡng, phát triển kích thước tế bào.
2. Pha tăng trưởng: nấm men trưởng thành, bắt đầu sinh sản theo cấp số nhân, tăng sinh
khối, giảm chất dinh dưỡng (Glucose) và tăng sản phẩm trao đổi (Ethanol).


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 dưỡng nên nấm men chết rất
nhiều.
Cơ chế của quá trình lên men của nấm men theo chu trình hơ hấp yếm khí (hình 2.4) :

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

Nước – khơng khí – LPG.

Sử dụng làm nguyên liệu cho các quá trình (lị khí hóa, lị đốt, lị hơi...) tạo ra hơi nước quá
nhiệt hoặc nước 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 q 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 nước quá nhiệt.

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

Ethanol.

Ethanol thơ 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 đưa sản phẩm này qua quá trình chưng cất, Để đạt được
Ethanol có nồng độ như mong muốn thì cần phải qua 2 tháp chưng là chưng cất thoo và chưng
cất tinh.


CHƯƠNG 2: NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM – CHẤT THẢI
Ethanol thơ sau q trình lên men sẽ được đưa vào tháp chưng cất thơ (tháp chóp), nồng độ
sản phẩm sau quá trình này đạt được khoảng 70%. Sản phẩm sau đó tiếp tục được đưa vào tháp
chưng cất tinh (tháp đệm) để đạt nồng độ yêu cầu (khoảng 97%).

2.3 Chất thải.
Gồm 3 dạng: chất thải rắn, nước thải và khí thải. Cách xử lý trình bày trong bảng 2.1:
Bảng 2.1 : Phương pháp xử lý chất thải
Loại chất thải
Thành phần

Lượng chất thải

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

Nước thải

Khí thải

Dịch ép sau kiềm hóa.
Dung dịch ép rơm đã
được trung hịa

Khí nóng sau lị đốt
và lị hơi

Tùy thuộc thơng số hoạt động của quy trình sản xuất.
Dịch ép sau kiềm
hóa: Nước thải sẽ
Than trấu được đem ra
sân chứa.

Phương pháp xử
lý

được trung hòa bằng
dung dịch acid,
lượng acid được cho

Lượng rơm khơng được

vào từ từ đến khi pH

lên men hồn toàn sẽ

của nước thải đạt

được đem ra sân phơi

khoảng 6-7 sẽ thải ra

Trộn với khơng khí

nắng cùng với lượng

đường cống.

để giảm nhiệt rồi thải

rơm bị thừa thải trong
quá trình cắt, q trình
nổ hơi nhẹ, v.v…

ra mơi trường
Dung dịch ép rơm đã

Đo nồng độ CO2 thải

được trung

ra mơi trường đã đủ

hịa:

Cả than trấu và rơm

nước thải này đã

thừa sẽ được công ty

được đo pH trong

mơi trường thu nhận

q trình trung hịa

dùng làm phân bón cho

rơm bằng acid, vì

cây trồng.

vậy khơng cần đo lại

.

pH, thải trực tiếp ra

tiêu chuẩn hay không.

đường cống.

Page 18


CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN
XUẤT

CHƯƠNG 3: QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC
3.1 Sơ đờ khối.
Rơm

Trấu

Cắt

Khí hóa

Nổ hơi

Syngas

Dd Xút

Kiềm hóa

Đốt

Dịch lọc

Lọc

rơm

Trung hịa

Dd HCl

Trung hịa

Lị hơi

Tiệt trùng

Hơi nước

Nước thải

Khơng khí

LPG

Khí thải

Nước

Enzyme
Thủy phân và lên men đồng thời
Chưng cất

Sản phẩm

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

Page 19


3.2 Quy trình cơng nghệ lò hơi.
Bao gồm các q trình: lọc bụi, khí hóa, lị đốt và lị hơi. Ngun liệu chính của quy trình là
vỏ trấu và nước, sản phẩm cuối cùng là hơi nước quá nhiệt.

Hình 3.2: Hệ thống lò hơi đốt trấu

3.3.1

1. TB Cyclone

2. Bơm phân phối trấu

3. Lị khí hóa

3.1. Cửa nhập liệu

4. Lị đốt

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

5. Lò hơi

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

5.2. Ống sản phẩm

5.3. Ống xả khí thải

3.2. Cửa thốt 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
lượng riêng.


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 cơn. Cửa nhập liệu đặt vng góc với trục của thân trụ, bên trên là
cửa thốt cho bụi cịn vỏ trấu di chuyển xuống cửa bên dưới. Sau đó vỏ trấu được phân phối vào
lị khí hóa (3) bằng 2 bơm phân phối (2).
Yếu tố ảnh hưởng: lượng 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 lị đốt (4).
Nguyên lý: đốt vỏ trấu trong điều kiện thiếu oxy sẽ tạo thành khí Syngas
Thiết bị: Lị khí hóa (3). Kích thước lị được miêu tả theo bản vẽ 2. Nguyên liệu vỏ trấu nhập
liệu vào lò theo cửa (3.1). Khơng khí nhập liệu bên dưới đáy lị. Bên trong lị có cánh khuấy giúp
trộn đều khơng khí và vỏ trấu. Khí Syngas thốt ra theo cửa (3.2), phần tro bị cánh khuấy gạt qua

cửa thoát than.
Yếu tố ảnh hưởng:


Lượng vỏ trấu và khơng khí được tính tốn sao cho q trình oxy hóa khơng hồn
tồn.



Vận tốc quay của cánh khuấy giúp trộn trấu – khơng khí và đối lưu nhiệt đều, không
bị quá nhiệt cục bộ.



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

3.3.3

Quá trình đốt khí Syngas.

Mục đích: đốt lượng khí Syngas tạo nhiệt cho lị hơi.
Ngun lý: khí Syngas khi vào lò đốt (4) theo cửa (3.2) sẽ được đốt cháy trong điều kiện
khơng khí dư cùng với khí mồi LPG. Lượng hơi quá nhiệt sinh ra sẽ thoát theo ống (4.1) đến lị
hơi hoặc thải ra ngồi theo ống (4.2). Khí thải được trộn với khơng khí để giảm nhiệt.
Thiết bị: Lò đốt.
Yếu tố ảnh hưởng: lượng nhập liệu, lượng khí LPG, nhiệt độ lị.
3.3.4

Q trình tạo hơi nước.

Mục đích: tạo hơi nước dùng để tiệt trùng nguyên liệu trong quá trình lên men và chưng cất.


Ngun lý: dùng dịng khí nóng sinh ra trong q trình đốt khí syngas để trao đổi nhiệt với
nước lạnh khiến nước sơi và hóa hơi.
Thiết bị: lị hơi (5) gồm ống nhập liệu nước đã qua xử lý làm mềm (5.1), đường khí nóng đi
vào lị hơi (4.1), ống sản phẩm hơi nước (5.2) và ống khí thải (5.3).

3.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất Ethanol từ rơm.
Gồm các q trình: cắt, nổ hơi, kiềm hóa, lọc ép, trung hòa, tiệt trùng, thủy phân và lên men
đồng thời, chưng 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 hưởng: lượng nhập liệu, vận tốc quay roto và kích thước bánh răng cắt.

Hình 3.3: Máy cắt thơ 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 tiền xử lý. Phá vỡ lớp
Lignin bao bọc xung quanh cấu trúc Lignocellulose của rơm sau khi cắt, giải phóng các bó sợi
Cellulose, kết hợp với thủy phân Hemicellulose chuẩn bị cho bước xử lí hóa học tiếp theo bằng
kiềm NaOH.
Ngun lý: rơm sau khi cắt được nén lại cùng với hơi nước ở áp suất cao và nhiệt độ cao.
Sau đó được chuyển sang khoảng không gian lớn hơn với áp suất thấp. Chênh lệch áp suất khiến
khối rơm và hơi nước giãn nỡ thể tích. Hơi nước giãn nỡ thể tích sẽ phá vỡ kết cấu sợi rơm.
Thiết bị: hệ thống nổ hơi.

Hình 3.4: Máy nổ hơi.
Input container: thùng nhập liệu rơm
Weight feeder: trục vít nhập liệu
Main screw: trục vít chính, cấp rơm rạ cho quá trình nổ hơi
Inclination CV: trục vít tháo liệu
Detector of blocking: đầu dị phân phối ngun liệu, kiểm tra mức độ đồng đều
Detector of water pressure: đầu dò áp suất hơi nước
Water service control valve: thiết bị điều khiển áp suất hơi nước
Water supply: cung cấp nước
Sequencer: bảng điều khiển
Detector of material: đầu dò mức nhập liệu


3.4.3

Q trình kiềm hóa.

Mục đích: nhằm loại bỏ thành phần Lignin có trong rơm.
Nguyên lý: Lignin sẽ tan trong dung dịch xút, thơng qua q trình lọc ép sẽ tách được phần
rơm và phần dung dịch hịa tan Lignin.

Hình 3.5: Phản ứng giữa Lignin với dung dịch xút.
3.4.4

Quá trình lọc ép.

Mục đích: nhằm phân riêng phần rơm với nước thải (phần dung dịch hòa tan).
Nguyên lý: sử dụng máy ép nén vật chất, phần rơm sẽ giữ lại trên khung, phần nước thải sẽ
thốt qua lỗ nhỏ trong khung.

Hình 3.6: Máy ép và khung lọc.