ĐỒ án CÔNG NGHỆ 1 xây DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ sản XUẤT ETHANOL từ vỏ đậu NÀNH

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA ĐỒ ÁN CƠNG NGHỆ XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ VỎ ĐẬU NÀNH GVHD: TS NGUYỄN THỊ MINH XUÂN SVTH: TRỊNH TÚ SƯƠNG LỚP SH: 18SH LỚP HP: 18N48 Đà Nẵng, 2021 Đồ án cơng nghệ LỜI CẢM ƠN *** Thay mặt tồn thành viên nhóm, em xin gửi lời cảm ơn đến cô TS Nguyễn Thị Minh Xuân hướng dẫn, góp ý nhiệt tình suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành đồ án Đồng thời em xin cảm ơn cô thầy Đại học Bách khoa – Đại học Đà Nẵng nói chung, thầy giảng dạy khoa Hóa mơn Cơng nghệ sinh học nói riêng giúp chúng em có tảng để thực trình nghiên cứu kiến thức môn đại cương sở.Cuối cùng, em xin cảm ơn bạn góp ý, hỗ trợ em trình làm đồ án Tuy nhiên, lần đầu làm đồ án nên nhiều bỡ ngỡ nhiều hạn chế, em cố gắng khơng thể tránh khỏi sai sót nhiều chỗ chưa xác, em mong nhận ý kiến đóng góp quý báu từ cơ, để đồ án em khắc phục hoàn thành tốt Em xin chân thành cảm ơn! SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án cơng nghệ LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT Đồ án cơng nghệ q trình nghiên cứu tìm hiểu thân em hướng dẫn cô TS Nguyễn Thị Minh Xuân Em xin cam đoan kết có đồ án hồn tồn khơng chép từ đồ án người khác hình thức Mọi tham khảo sử dụng đồ án trích dẫn từ nguồn tài liệu nằm danh mục tài liệu tham khảo Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Đà Nẵng, ngày 13 tháng 08 năm 2021 Sinh viên thực Trịnh Tú Sương SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ LỜI MỞ ĐẦU *** Trong bối cảnh nay, với phát triển mạnh mẽ q trình cơng nghiệp hóa khai thác q mức nguồn tài nguyên thiên nhiên, đặc biệt nguồn nhiên liệu hóa thạch, điều khiến cho nguồn lượng truyền thống (dầu mỏ, than đá, khí thiên nhiên…) ngày cạn kiệt Trước tình hình đó, nhiên liệu sinh học xem dạng lượng đầy tiềm khả tái tạo hết nguồn lượng “sạch”, không độc hại dễ dàng phân hủy tự nhiên Hiện có dạng lượng sinh học chủ yếu Ethanol sinh học Diesel sinh học Ethanol coi nhiên liệu có khả tái tạo tương lai thay phần cho nguồn nguyên liệu hóa thạch ngày cạn kiệt than đá dầu mỏ Nguồn nguyên liệu cellulose thực dồi dào, vấn đề nghiên cứu sản xuất ethanol từ cellulose khai thác Việt Nam quốc gia mà nơng nghiệp có vị trí quan trọng ưu tiên chiến lược phát triển kinh tế - xã hội đất nước Hàng năm, sản xuất nông nghiệp Việt Nam tạo lượng lớn phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu lignocellulose từ mùa vụ Phế phụ phẩm nông nghiệp có tiềm năng lượng lớn, việc sử dụng phế phụ phẩm nông nghiệp dạng nhiên liệu sinh học hạn chế coi hướng nghiên cứu cần thiết Việt Nam Trên giới có cơng trình nghiên cứu ứng dụng khả sử dụng phụ phẩm từ nơng nghiệp (nguồn ngun liệu có chứa hàm lượng Cellulose lớn) làm nguyên liệu sản xuất Ethanol sinh học Đây loại nguyên liệu rẻ tiền, phổ biến có khả phát triển nhanh Vì vậy, em chọn đề tài: “XÂY DỰNG QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL TỪ VỎ ĐẬU NÀNH” SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN LIÊM CHÍNH HỌC THUẬT .2 LỜI MỞ ĐẦU MỤC LỤC TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu Ethanol 1.1.1 Ethanol 1.1.2 Tính chất 1.1.3 Sản xuất 1.1.4 Ứng dụng .11 1.2 Nguyên liệu (vỏ đậu nành) .12 1.2.1 Đặc tính 12 1.2.2 Phần cacbohydrate khơng hồ tan vỏ 12 1.2.3 Các phương pháp loại bỏ ligin .13 1.3 Tổng quan nấm men Saccharomyces cerevisiae 16 1.3.1 Nấm men Saccharomyces cerevisiae 16 1.3.2 Gốc sinh học nấm men Saccharomyces cerevisiae 16 1.3.3 Đặc điểm hình thái nấm men Saccharomyces cerevisiae 16 1.3.4 Đặc điểm sinh học nấm men Saccharomyces cerevisiae .17 1.3.5 Đặc điểm sinh hoá nấm men Saccharomyces cerevisiae .17 1.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 17 1.4.1 Môi trường dinh dưỡng 17 1.4.2 Nhiệt độ .18 1.4.3 pH 18 1.4.4 Ảnh hưởng nồng độ Ethanol CO2 18 1.4.5 Ảnh hưởng tế bào nấm men 19 1.5 Thuỷ phân .19 SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ 1.5.1 Thuỷ phân acid .18 1.5.2 Thuỷ phân enzyme .19 1.6 Các phương pháp lên men 19 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 20 2.1 Vỏ đậu nành .21 2.1.1 Nguồn gốc .21 2.1.2 Yêu cầu 21 2.1.3 Thành phần dinh dưỡng 21 2.2 Rửa 21 2.2.1 Mục đích 21 2.2.2 Phương pháp 21 2.2.3 Thiết bị sử dụng 21 2.2.4 Yêu cầu sản phẩm đầu 22 2.3 Nghiền nhỏ 22 2.3.1 Mục đích 22 2.3.2 Phương pháp 22 2.3.3 Thiết bị sử dụng 22 2.4 Tiền xử lý 23 2.4.1 Mục đích 23 2.4.2 Phương pháp thực 23 2.4.3 Thiết bị sử dụng 24 2.4.4 Yêu cầu đầu 25 2.5 Thuỷ phân 25 2.5.1 Mục đích 25 2.5.2 Phương pháp thực 25 2.5.3 Yêu cầu sản phẩm đầu 25 2.6 Lọc bã 25 2.6.1 Mục đích 25 2.6.2 Giai đoạn tiến hành 26 2.6.3 Yêu cầu sản phẩm đầu 26 2.7 Phối trộn 26 SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ 2.7.1 Mục đích 26 2.7.2 Yêu cầu đầu vào 26 2.7.3 Giai đoạn tiến hành .26 2.7.4 Thiết bị sử dụng 26 2.8 Thanh trùng làm nguội 27 2.8.1 Mục đích 27 2.8.2 Giai đoạn tiến hành 27 2.8.3 Thiết bị sử dụng 27 2.8.4 Yêu cầu đầu 29 2.9 Nhân giống sản xuất 29 2.9.1 Mục đích 29 2.9.2 Giai đoạn tiến hành 29 2.9.3 Yêu cầu đầu 29 2.10 Lên men .30 2.4.1 Mục đích 30 2.10.2 Phương pháp lên men 30 2.10.3 Yêu cầu đầu 30 2.11 Ly tâm 30 2.11.1 Mục đích 30 2.11.2 Giai đoạn tiến hành 30 2.11.3 Yêu cầu đầu 30 2.12 Chưng cất 30 2.12.1 Mục đích 30 2.12.2 Thiết bị sử dụng 30 2.12.3 Yêu cầu đầu 31 TÀI LIỆU THAM KHẢO 32 SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1 Giới thiệu Ethanol Ethanol hợp chất hữu nằm dãy đồng đẳng ancol Ethanol có nhiều tên gọi khác rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốc hay cồn công nghiệp Ethanol sử dụng rộng rãi giới, tương lai nhiều ngành cơng nghiệp nhiên liệu tiềm vô lớn Trong sống ngày ta hay gọi rượu 1.1.1 Ethanol Công thức phân tử: C2H6O Công thức cấu tạo: Cấu hình khơng gian: Tên theo IUPAC: Etanol Tên khác: Rượu etylic, cồn, hydroxyethane (hydroxyetan) Nhiệt độ sôi: 78.390C Khối lượng phân tử: 46.07 g/mol SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án cơng nghệ 1.1.2 Tính chất Ethanol một chất lỏng, không màu, suốt, mùi thơm dễ chịu đặc trưng, vị cay, nhẹ nước (khối lượng riêng 0.7936 g/ml 15⁰C), dễ bay (sôi ở nhiệt độ 78.39⁰C), hóa rắn -114.15⁰C, tan nước vơ hạn, tan trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, cháy khơng có khói lửa có màu xanh da trời Sở dĩ rượu etylic tan vơ hạn nước có nhiệt độ sơi cao nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với với nước 1.1.3 Sản xuất Ethanol sản xuất cả cơng nghiệp hóa dầu, thơng qua cơng nghệ hyđrat hóa etylen, theo phương pháp sinh học cách lên men đường hay ngũ cốc với men rượu a Ethanol sản xuất cả  cơng nghiệp hóa dầu thơng qua cơng nghệ hyđrat hóa  etylen Ethanol sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu thơng qua phương pháp hydrat hóa ethylene xúc tác acid Cho ethylene hợp nước 300⁰C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác acid wolframic acid phosphoric: H2C=CH2 + H2O → CH3CH2OH Chất xúc tác thông thường acid phosphoric, hút bám chất có độ xốp cao chẳng hạn điatamit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất xúc tác lần công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất Ethanol mức độ công nghiệp năm 1947 Các chất xúc tác rắn, chủ yếu loại oxit kim loại khác nhau, đề cập tới sách hóa học Trong công nghệ cũ, lần tiến hành mức độ công nghiệp vào năm 1930 Union Carbide, ngày gần bị loại bỏ ethylen hyđrat hóa gián tiếp phản ứng với acid sulfric đậm đặc để tạo ethyl sulfat, sau chất thủy phân để tạo thành Ethanol và tái tạo acid sulfuric: H2C=CH2 + H2SO4→ CH3CH2OSO3H CH3CH2OSO3H + H2O→ CH3CH2OH + H2SO4 Ethanol để sử dụng công nghiệp thông thường không phù hợp với mục đích làm đồ uống cho người có chứa lượng nhỏ chất độc hại SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ (chẳng hạn methanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatonium- C 21H29N2O•C7H5O2-là chất đắng, gây tê) Ethanol sản xuất từ nguyên liệu dầu mỏ thông qua phương pháp hydrat hóa ethylene xúc tác acid Cho ethylene hợp nước 300⁰C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác acid wolframic hoặc acid phosphoric: Ta có phương trình điều chế sau:  H2C=CH2+ H2O→CH3CH2OH b Ethanol sản xuất theo phương pháp sinh học, cách lên men đường hay ngũ cốc với  men rượu Trong điều kiện khơng có oxy số loại men rượu chuyển hóa đường tạo Ethanol Cacbon dioxit CO2 Phương trình điều chế sau  C6H12O6→ CH3CH2OH+ CO2 SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Đồ án công nghệ kìm hãm hoạt đợng nhiều loại enzyme nên quá trình lên men tạo rượu bị giảm hoặc dừng 1.4.5 Ảnh hưởng số lượng tế bào nấm men Số lượng tế bào nấm men cho vào dịch lên men ảnh hưởng lớn đến trình lên men Nếu số lượng tế bào nấm men cho vào thích hợp q trình lên men diễn tốt hiệu suất thu hồi cao, chất lượng sản phẩm tốt Nếu số lượng nấm men q tốc độ lên men chậm Sinh khối tế bào nấm men q nhiều mơi trường dịch lên men khơng đủ để nấm men phát triển, tế bào nấm men chết dần, sản phẩm có mùi vị lạ, phí lượng nấm men đáng kể 1.5 Thuỷ phân Thủy phân trình chuyển đổi thành phần cellulose hemicellulose nguyên liệu thô thành đường chất trước chúng lên men Q trình thủy phân dùng phương pháp: phương pháp hoá học (acid) phương pháp sinh học (enzyme) 1.5.1 Thuỷ phân acid Thuỷ phân acid thường dùng acid H2SO4 loãng đặc  Sử dụng acid đặc trình thuỷ phân xảy điều kiện nhiệt độ thấp áp suất khí phương pháp đắt tiền tính ăn mịn cao nên sử dụng thiết bị chống chịu tốt, khó thu hồi tái sử dụng acid  Sử dụng acid loãng xảy nhiệt độ cao áp suất cao dẫn đến hình thành chất độc hại ảnh hưởng đến trình lên men 1.5.2 Thuỷ phân enzyme Enzyme sử dụng để thuỷ phân enzyme Cellulase Phương pháp hiệu thu đượng lượng đường cao mà hình thành chất độc thiết bị ăn mòn Nhưng vấn đề đặt ra, enzyme Cellulase phải có giá thành rẻ, hoạt tính đặc hiệu cao, độ ổn định cao, chịu pH nhiệt độ Cơ chế thủy phân enzyme cellulase gồm ba bước:  Bước 1: liên kết β-1,4 cellulose với phân tử nước xúc tác với endo1,4-β-glucanase hình thành nên cellodextrin với chuỗi ngắn chuỗi tự kết thúc  Bước 2: phân hủy cellodextrin thành glucoza hai đơn vị (cellobioses) exoglucanase(1.4-β-D-glucan cellobiohydrolase)  Bước 3: β-glucosidase phá hủy cellobioses để tạo glucose SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 19 Đồ án công nghệ 1.6 Các phương pháp lên men  Lên men liên tục: nguyên liệu nhập tháo liệu liên tục  Lên men gián đoạn: thực thiết bị gián đoạn Cơ chất nhập vào lần từ đầu rình lên men Trong q trình lên men khơng bổ sung chất mà không tháo liệu Sản phẩm lấy kết thúc trình lên men Lên men gián đoạn có bổ sung chất : thực thiết bị lên men bán liên tục Đây thiết bị có cấu nhập liệu theo chu kì Ngồi lượng chất ban đầu cịn có lượng chất bổ sung chất mà không tháo liệu Sản phẩm lấy kết thúc trình lên men Lên men gián đoạn có bổ sung chất : thực thiết bị lên men bán liên tục Đây thiết bị có cấu nhập liệu theo chu kì Ngồi lượng chất ban đầu cịn có lượng chất bổ sung trình lên men Sản phẩm tháo vào cuối giai đoạn lên men Đối với quy trình sản xuất ethanol sử dụng phương pháp lên men liên tục Kết việc sử dụng công nghệ giảm lao động , giảm lượng dung dịch CIP( kết giảm hóa chất , chi phí), cơng suất lên men tăng khoảng 130% so với hệ thống lên men theomer làm tăng sản lượng ethanol SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 20 Đồ án công nghệ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Dây chuyền công nghệ sản xuất Ethanol từ vỏ đậu nành: Vỏ đậu nành Rửa Tạp chất Nghiền nhỏ Acid sulfuric lỗng Tiền xử lí- nổ nước Thuỷ phân Enzyme Cellulase Lọc Phối trộn Nước Nấm men Loại lignin Bã Các loại muối Thanh trùng làm nguội Nhân giống Lên men Ly tâm SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH Ethanol 21 Đồ án công nghệ Chưng cất 2.1 Vỏ đậu nành 2.1.1 Nguồn gốc Nguyên liệu thu từ lượng phế phẩm nhà máy chế biến sữa đậu nành Vinasoy ( vỏ đậu nành) 2.1.2 Yêu cầu Nguyên liệu khơng bị dập, nát hay q trình phân hủy, không bị phơi khô hay để lâu Nếu chưa sử dụng nguyên liệu, cần phải tập trung kho lạnh 2.1.3 Thành phần dinh dưỡng  Đặc tính: lớp vỏ bao bọc phía bên ngồi hạt Vỏ đậu nành chiếm khoảng 8% toàn hạt chứa 86 % carbohydrate, 9% protein,4.3% tro, 1% lipid 2.2  Phần cacbohydrate khơng hịa tan bỏ bao gồm: + Cellulose(29-51% ) + Pectin(4-8%) + Lignin(1- 4%) + Hemicellulose (10-25%) Rửa 2.2.1 Mục đích Phân loại chất lượng nguyên liệu nhằm loại bỏ nguyên liệu bị hỏng, bầm dập trình vận chuyển Đồng thời loại bỏ số loại vi sinh vật Đảm bảo cho ngun liệu khơng cịn yếu tố làm giảm hiệu suất trình sản xuất 2.2.2 Phương pháp: phương pháp : hóa học , nhiệt học, học  Làm hóa chất (NAOH tinh 95% trở lên, NA2CO3)  Làm nguyên liệu nhiệt  Làm nguyên liệu học (tùy vào nguyên liệu để chọn loại máy thích hợp)  Sử dụng máy rửa băng chuyền SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 22 Đồ án công nghệ 2.2.3 Thiết bị sử dụng Máy rửa hệ thống băng tải có đục lỗ, nhúng phần bể nước Nguyên liệu cho vào máng dẫn nguyên liệu theo băng tải qua bể nước, chịu tác dụng ống thổi khí để tách tạp chất Trước ngồi hạt tiếp tục rửa vịi phun áp lực cao 2.2.4 Yêu cầu sản phẩm đầu ra: Sản phẩm đầu bước không bị dập, nát Nguyên liệu rửa Đem phân tích loại bỏ hầu hết loại vi sinh vật khơng có lợi, dư lượng thuốc bảo vệ thực vật khơng cịn tồn đọng ngun liệu Nhằm đảm bảo độ tinh khiết cho trình tách enzyme 2.3 Nghiền nhỏ 2.3.1 Mục đích Đa số enzyme nằm mô, tế bào nên khơng thể tự giải phóng Vì q trình nghiền nhằm mục đích phá vỡ kết cấu mơ tế bào, giải phóng enzym Sau giải phóng, enzyme trộn lẫn hỗn hợp dịch lỏng 2.3.2 Thiết bị sử dụng: Máy nghiền bi Máy nghiền bi cấu tạo bao gồm thùng quay chứa bi thép có kích thước khác bên thùng, hoạt động quay trịn thơng qua truyền tải bánh ngồi Các vật liệu đưa vào thùng nghiền hình trụ, thùng quay với tốc độ 4-20 vòng/phút, tốc độ quay nhanh chậm tùy thuộc vào đường kính thùng nghiền, với thùng nghiền có đường kính lớn cho tốc độ chậm so với thùng có đường kính nhỏ Khi thùng quay, lực ly tâm tạo ra, vật liệu nghiền bi thùng đưa lên độ định, tác động trọng lực rơi xuống tự do, bi rơi tự va đập vào vật liệu nghiền làm chúng bị vỡ vụn Kết trình xảy liên tục vật liệu nghiền thành mảnh nhỏ 2-3mm 2.3.3 Yêu cầu sản phẩm đầu Vỏ đậu nành nghiền nhỏ thành mảnh từ – mm SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 23 Đồ án công nghệ 2.4 Tiền xử lý 2.4.1 Mục đích  Tăng vùng vơ định hình cellulose  Tăng kích thước lỗ xốp cấu trúc để thúc đẩy xâm nhập chất hóa học enzyme vào cấu trúc  Phá bỏ lớp bao bọc ligin hemicellulose với cellulose 2.4.2 Phương pháp thực a Phương pháp hoá lý  Phương pháp chiết xuất CO 2: Chi phí hệ thống cao với thiết bị áp suất cao không thực tế sản xuất công nghiệp Hơn nữa, nghiên cứu tương tự khác cho thấy phương pháp không hiệu để cải thiện suất chuyển hóa sinh khối thành cồn sinh học  Phương pháp chất lỏng ion: chất lỏng ion gọi muối hữu nóng chảy với số tính chất đặc biệt, chẳng hạn khơng bay hơi, có độ bền nhiệt cao đặc biệt xenlulo hịa tan Do đó, chất lỏng ion nghiên cứu để xử lý trước lignocellulose dung môi xanh Marzieh Shafiei cộng sử dụng 1-ethyl-3-methylimidazolium để xử lý sơ gỗ cứng để chuyển hóa cồn sinh học Hiệu suất chuyển đổi cuối 81.5%, khả quan mặt học viện Phương pháp không khả thi quy mơ cơng nghiệp chi phí chất lỏng ion cao b Phương pháp hoá học  Tiền xử lý có tính axit: H2SO4 HCl sử dụng phổ biến tiền xử lý lignocellulose Nhược điểm: Các dung dịch axit có nồng độ cao khơng ưa thích độc tính thủy phân cellulose hemicellulose trình tiền xử lý Hơn nữa, vấn đề ăn mịn thiết bị an tồn cho người vận hành sử dụng axit có nồng độ cao Axit pha lỗng khơng khuyến khích tạo hợp chất furfural trình tiền xử lý, ngăn cản phát triển vi sinh vật trình lên men  Tiền xử lý kiềm: so với acid, tiền xử lý lignocellulose dung dịch kiềm giảm thiểu mát cacbohydrat trình thủy phân Chất kiềm giúp loại bỏ nhóm acetyl, thúc đẩy q trình thủy phân sau ức chế hình thành furfural c Phương pháp xử lý nổ nước  Ưu điểm: + Tăng kết tinh cellulose cách thúc đẩy kết tinh vùng vô đinh hình + Hemicellulose bị thủy phân trình no + Sự nổ thúc đẩy việc khử lignin SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 24 Đồ án công nghệ  Nhược điểm: + Tốn chi phí, lượng vận hành + Đòi hỏi thiết bị chịu nhiệt độ áp suất cao + Có thể làm phân hủy cellulose + Mất đường từ Hemicellulose + Làm sinh fufural 5-hydroxymethyl fufural gây ức chế trình lên men  Chọn tiền xử lý học nổ nước kết hợp với H2SO4 lỗng để loại bỏ hồn tồn ligin 2.1 2.2 2.3 2.4 2.4.1 2.4.2 2.4.3 Thiết bị sử dụng: StakeTech Hình ảnh: Thiết bị Stake Tech StakeTech thiết bị áp suất làm thép khơng gỉ, đặt nằm ngang chịu áp suất đến 450 psig Nguyên liệu nạp vào liên tục ngược dịng vít tải để cân với áp lực bên thiết bị Nguyên liệu di chuyển dần phía cửa tháo liệu Thời gian lưu nguyên liệu điều khiển theo lập trình Sau đó, tác dụng lực nén ép, nguyên liệu đẩy ngồi qua van tháo liệu Van hình SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 25 Đồ án công nghệ cầu, quay mở đặn theo khoảng thời gian đặt trước theo tốc độ sản xuất Tùy vào điều kiện sản xuất mà van định kì mở – giây Do cần phải chuẩn bị ống dẫn biomass xử lí sang q trình kế tiếp.Thiết bị phản ứng StakeTech sử dụng trường đại học mặt hàng có giá trị thương phẩm cao Q trình tiền xử lí thực hệ thống thiết bị phản ứng liên tục cấp Thiết bị thiết kế dựa trục vít nằm ngang trục vít đặt thẳng đứng Trục vít thứ dịng nước dẫn vào 170-185ºC Trục vít thứ hai sử dụng dịng acid lỗng < 0.1 % ( tính theo khối lượng) 205-225 ºC 2.4.4 2.5     2.5.1 Yêu cầu đầu Tạo lượng đường có khả lên men cao Hạn chế phân hủy carbohydrate Giảm hình thành chất ức chế vi sinh vật Linh hoạt phải có hiệu kinh tế cao Thuỷ phân Mục đích Mục đích trình thuỷ phân nguyên liệu nhằm tạo đường chất cho trình lên men tạo ethanol 2.5.2 Phương pháp thực hiện: Sử dụng enzyme Cellulase Công ty CP XNK Tiên Phong Việt Nam quận Thủ Đức thành phố HCM phân phối (Xuất xứ: Novozyme (Đan Mạch)) SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 26 Đồ án công nghệ 2.5.3 Yêu cầu sản phẩm đầu Quá trình thuỷ phân cần đạt yêu cầu:  Thuỷ phân hemicellulose, cellulose tạo lượng đường lên men cực đại  Hạn chế phân huỷ carbohydrate đến mức tối đa  Giảm hình thành fufural hợp chất phenolic 2.6 Lọc bã 2.6.1 Mục đích: Lọc bã vỏ, thu dịch đường để đem lên men tạo ethanol 2.6.2 Giai đoạn tiến hành Sau thuỷ phân , người ta cho nước vào để trích ly Cho nước vào theo tỷ lệ thích hợp tiến hành ép lọc để loại bỏ bã, thu dịch đường 2.6.3 Yêu cầu cầu ra: 2.7 Loại bỏ bã thu dịch đường nhiều Phối trộn 2.7.1 Mục đích Trộn mơi trường dinh dưỡng với dịch đường để tạo mơi trường cho q trình lên men 2.7.2 Yêu cầu đầu vào Vật liệu cho vào thiết bị phối trộn bao gồm dịch đường, loại muối dinh dưỡng: (NH4)2SO4, K2HPO4, MgSO4, nước để tạo đổ ẩm 2.7.3 Giai đoạn tiến hành  Sau lọc loại bỏ bã, sản phẩm theo băng chuyền đến thiết bị phối trộn Ta tiến hành cho phối trộn tạo môi trường lên men theo tỉ lệ: Glucose 10g, dịch chiết nấm men 2g, (NH4)2SO4 4, K2HPO4 10g, MgSO4 0.8g, ml Huyền phù tế bào nấm men (108 cfu/ml) huyết sinh lý thêm vào bình SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 27 Đồ án cơng nghệ  Bổ sung nước q trình phối trộn để tạo độ ẩm 2.7.4 Thiết bị phối trộn: Chọn máy trộn dạng băng tải liên tục Máy trộn hộp trộn kín có áo dạng hình máng, cuối máng phòng tháo liệu Bênh buồng trộn có roto gồm trục nhiều cách đảo vịi phun nước để phun mù vật liệu lỏng Dẫn động máy trộn nhờ động điện thông qua hộp giảm tốc truyền động đai hình thang Đặc tính kỹ thuật máy trộn bang tải liên tục: Thể tích phịng trộn là: Hoạt động: 1,25 m3 Định mức: 2,5 m3 Áp suất là: Trong tường thiết bị: 30 MPa Trong hốc phun: 50 MPa Trong áo ngoài: 143 MPa Năng suất là: 1200 kg/h hay 28800 kg/ngày Số vịng quay rơto là: 31,5 vịng/phút Cơng suất động là: 10 Kw Kích thước là: 5346 × 1480 × 1940 mm Khối lượng là: 4000 Kg 2.8 2.8.1 Thanh trùng làm nguội: Mục đích Thanh trùng mơi trường để loại bỏ loại vi sinh vật gây ảnh hưởng đến trình lên men như vi khuẩn, vi trùng, virus, nấm men, nấm mốc,… khỏi môi trường lên men 2.8.2 Giai đoạn tiến hành Hỗn hợp sau phối trộn xong băng tải vận chuyển đến thiết bị trùng Tại hỗn hợp môi trường đưa vào thiết bị trùng khoảng thời gian 20 - 25 phút 1200C Sau trùng, môi trường chuyển trực tiếp đến qua băng tải làm nguội đến nhiệt độ khoảng 35 - 40˚C Thời gian làm nguội phải ngắn để hạn chế nhiễm VSV 2.8.3 Thiết bị trùng: Thiết bị là nồi tiệt trùng dạng đứng dùng để đun nóng và tiệt trùng môi trường Bên thiết bị dạng đứng được trang bị bộ khuấy trộn có các cánh bố trí theo chiều cao Khi quay, bề mặt dưới của cánh chuyển động song song với tiết diện ngang của thiết bị, còn bề mặt của cánh tạo thành mặt nghiêng để cho môi trường dễ chuyển dịch Do đó các cánh có sức cản chính diện nhỏ và môi trường không bị nén Bước của các cánh được chọn cho trục quay có thể đổ tràng môi trường một cách tự Khi phân bổ các cánh theo kiểu bàn cờ và trang bị các tấm chắn cố định thì quá trình khuấy trộn sẽ được tăng cường Nạp vào thiết bị tiệt trùng qua trục rỗng SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 28 Đồ án công nghệ vào các cánh Trong phần hình nón của các thiết bị có các cánh khuấy trộn nhằm bảo đảm việc tháo môi trường một cách tự qua cửa kín Cửa mở nhờ bộ dẫn động thuỷ lực tự động Thiết bị có áo hơi, các cửa quan sát, các phương tiện tự động hoá để điều chỉnh nhiệt độ và áp suất 1.Áo hơi; Vỏ; Trục; Cánh khuấy trộn; Cánh tháo; Cửa tháo liệu; Cửa quan sát; Cửa nạp liệu; Khớp nối van bảo hiểm Đặc tính kỹ thuật thiết bị tiệt trùng dạng đứng: Năng suất thiết bị 240 -300 kg/h Thể tích m3 Áp suất dư thiết bị áo 0,147 Mpa Cơng suất động 5,5 Kw Kích thước thiết bị là: 1500 x 1400 x 4500 mm Khối lượng môi trường 600 Kg Độ ẩm môi trường 30 % Tiêu hao 210 kg/h SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 29 Đồ án công nghệ Khối lượng 1620 kg Lượng môi trường cần trùng 81574.9 Kg/ngày 2.8.4 Yêu cầu đầu Môi trường sau hấp trùng phải loại bỏ vi sinh vật gây hại khơng làm ảnh hưởng đến q trình lên men 2.9 2.9.1 Nhân giống sản xuất Mục đích: Nhân giống nấm men với số lượng nhiều để tiếp giống đủ cho trình lên men 2.9.2 Giai đoạn tiến hành Môi trường nuôi cấy Saccharomyces cerevisiae sản xuất công nghiệp: Từ ống nghiệm giống gốc nấm men Saccharomyces cerevisiae, tiến hành nuôi cấy nhân cấp 10 môi trường 10mL, 100mL, 1L; 10L; 100L; 1000L Môi trường nuôi cấy giai đoạn 10mL, 100mL thường dùng malt đại mạch Nấm men giống nuôi cấy môi trường thạch nghiêng Khi có nấm men giống chuẩn bị môi trường xong, tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10ml Sau ni tủ ấm, trì nhiệt độ 28÷320C giữ thời gian 20÷24 Sau thời gian tiến hành chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml chứa môi trường dinh dưỡng chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 Tiếp tục, chuyển sang ni cấy bình 10L, sau 10÷12 chuyển sang ni cấy thiết bị lớn phân xưởng 2.9.3 Yêu cầu đầu ra: Giống nấm men phát triển tốt, cung cấp đủ cho trình lên men quy mơ cơng nghiệp SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 30 Đồ án công nghệ 2.10 Lên men 2.10.1 Mục đích: Lên men q trình dây chuyền sản xuất ethanol 2.10.2 Phương pháp lên men: Sử dụng phương pháp lên men liên tục 2.10.3 Yêu cầu đầu ra: Tạo cồn với nồng độ 12- 13% 2.11 2.11.1 Ly tâm Mục đích: Loại bỏ nấm men khỏi dung dịch có nồng độ cồn 2.11.2 Giai đoạn tiến hành: Sau lên men dung dịch cồn đưa đến thiết bị ly tâm để tách bỏ nấm men 2.11.3 Yêu cầu đầu ra: Tách nấm men khỏi dung dịch cồn 2.12 2.12.1 2.12.2 Chưng cất Mục đích: Tạo Ethanol với nồng độ cao Thiết bị sử dụng SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 31 Đồ án công nghệ Hỗn hợp dịch (Ethanol, nước, chất khác) sau kết tủa đưa vào phần tháp Những chất nặng nước, tạp chất thu đáy tháp Đáy tháp đun sôi để ethanol bay dần lên đỉnh tháp Sau ngưng tụ, phần cồn hồi lưu trở lại tháp Phần lại sản phẩm lấy Tùy thuộc phương pháp chưng cất mà nồng độ cồn đạt từ 95 - 99.5% 2.12.3 Yêu cầu đầu Ethanol nhiên liệu cần phải chứa thiết bị làm thép carbon, thép không gỉ, bồn chứa phải trang bị hệ thống đảo bồn thu hồi bốc để tránh tượng giảm nồng độ ethanol SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 32 Đồ án công nghệ TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3804203/ [2] https://khotrithucso.com/doc/p/nghien-cuu-san-xuat-ethanol-tu-romra-243044 [3] https://www.slideshare.net/hanhhien77/sn-xut-ethanol-t-cellulose [4] https://tailieu.vn/doc/nghien-cuu-san-xuat-ethanol-nhien-lieu-tu-rom-ra975700.html [5] https://issuu.com/daykemquynhonofficial/docs/bcdasxbioethanoltvt [6] https://hoachattekco.com/moi-truong-nuoi-cay-mo-te-bao-thuc-vat/ SVTH: Trịnh Tú Sương 18SH 33 ... 1. 1 Giới thiệu Ethanol 1. 1 .1 Ethanol 1. 1.2 Tính chất 1. 1.3 Sản xuất 1. 1.4 Ứng dụng .11 1. 2 Nguyên liệu (vỏ đậu nành) .12 1. 2 .1. .. Trịnh Tú Sương 18 SH Ethanol 21 Đồ án công nghệ Chưng cất 2 .1 Vỏ đậu nành 2 .1. 1 Nguồn gốc Nguyên liệu thu từ lượng phế phẩm nhà máy chế biến sữa đậu nành Vinasoy ( vỏ đậu nành) 2 .1. 2 Yêu cầu Nguyên... sản lượng ethanol SVTH: Trịnh Tú Sương 18 SH 20 Đồ án công nghệ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ Dây chuyền công nghệ sản xuất Ethanol từ vỏ đậu nành: Vỏ đậu nành Rửa Tạp chất Nghiền nhỏ Acid sulfuric