Quy trình sản xuất butanol nhiên liệu từ bã mía

Chương 1. TỔNG QUAN TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ LỌC HÓA DẦU (RPTC) 1.1 Giới thiệu chung Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc Hóa Dầu (RPTC) trực thuộc trường Đại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh được thành lập vào tháng 4 năm 2000 theo quyết định của Giám đốc Đại học Quốc Gia TP Hồ Chí Minh, hoạt động theo giấy phép đăng ký số A – 432 do bộ Khoa học & Công nghệ cấp ngày 06/10/2010. 1.1.1 Lĩnh vực hoạt động Nghiên cứu khoa học và triển khai ứng dụng các công nghệ hiện đại trong lĩnh vực hóa học, lọc dầu, hóa dầu, chế biến khí thiên nhiên, nhiên liệu sinh học và nhiên liệu tái tạo. Sản xuất kinh doanh các sản phẩm, triển khai xây dựng những pilot cho sản phẩm mới, sản xuất các loại xúc tác và một số sản phẩm từ dầu mỏ, khí thiên nhiên nhiên trên cơ sở kết quả nghiên cứu. Dịch vụ khoa học công nghệ: Thiết kế quy trình công nghệ và chế tạo thiết bị trong các cơ sở khai thác lọc dầu, hóa dầu, chế biến khí, sản xuất xúc tác, phụ gia, nhiên liệu sinh học và nhiên liệu tái tạo. Xây dựng dự án tiền khả thi thiết kế cơ sở, thiết kế chi tiết, quản lý dự án công trình. Phân tích đánh giá chất lượng dầu thô, khí thiên nhiên và các sản phẩm từ chúng. Phân tích, thiết kế, chế tạo, lắp đặ, kiểm định các công trình và thiết bị. Tư vấn đánh giá tác động môi trường và di dời các cơ sở gây ô nhiễm, thẩm định và tổ chức giám sát thực hiện các dự án đầu tư. Tư vấn sản xuất sạch hơn và sử dụng hiệu quả, tiết kiệm năng lượng. Thiết kế chế tạo lắp ráp các hệ thống thiết bị thí nghiệm công nghệ hóa học, thực phẩm, sinh học và dầu khí. Thông tin tư vấn, chuyển giao công nghệ, đào tạo bồi dưỡng nghiệp vụ chuyên môn trong các lĩnh vực trên. 1.1.2 Sơ đồ tổ chức Giám đốc: TS. Huỳnh Quyền •Kỹ sư cao cấp. •Trường Đại học Quốc gia Dầu mỏ và Động cơ – Viện Dầu khí CH Pháp (ESPM – IFP – FRANCE). •Tiến sỹ chuyên ngành Công nghệ hóa học và Dầu khí. •Viện nghiên cứu xúc tác và môi trường – Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia, trường Đại học Claude Bernard 1 – CH Pháp (IRC-CNRS - FRANCE).

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin cảm ơn đến Trung Tâm công nghệ lọc hóa dầu – TrườngĐại học Bách Khoa Thành phố Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho em được thựctập ở trung tâm và tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình thực tập tạiđây Giúp em tìm hiểu được lĩnh vực hoạt động cũng như các thiết bị đang hoạtđộng tại trung tâm Đây sẽ là hành trang kiến thức giúp em sau khi ra trường

Em xin cảm kỹ sư Dương Quốc Khanh đã tận tình hướng dẫn để em hoànthành bài báo cáo thực tập tốt nghiêp đúng thời hạn

Em xin gửi đến quý Thầy Cô ở Khoa Khoa Hóa Học và Công nghệ thựcphẩm – Trường Đại Học Bà Rịa Vũng Tàu lời cảm ơn sâu sắc vì đã dùng tri thức

và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu cho chúng em trongsuốt thời gian học tập tại trường Và đặc biệt, trong học kỳ này, Khoa đã tổ chứccho chúng em được tiếp cận với công nghệ mới thông qua đợt thực tập tốtnghiệp mà theo em là rất hữu ích đối với sinh viên Khoa Hóa Học và Công nghệthực phẩm

Trong quá trình thực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo, khótránh khỏi sai sót, rất mong các Thầy, Cô bỏ qua

Em xin chân thành cảm ơn!

LỜI MỞ ĐẦU

Trong tình hình nguồn nhiên liệu hóa thạch cạn kiệt trong tương lai và sự ônhiễm môi trường ngày càng cao do việc sử dụng nguyên liệu hóa thạch đượcchế biến từ dầu mỏ Do sự tăng giá liên tục của dầu thô, nguồn năng lượng chínhtrên thế giới hiện nay, rất nhiều đề tài nghiên cứu gần đây quan tâm phát triểnđến nguồn nhiên liệu mới có giá trị về kinh tế và môi trường Nhiên liệu sinhhọc là một nguồn nhiên liệu đầy tiềm năng hứa hẹn thay thế cho nguồn nhiênliệu xăng dầu sắp cạn kiệt trong tương lai

Nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học như ethanol, methanol, butanol,…

từ các nguồn phế thải và phụ phẩm trong quá trình sản xuất nông nghiệp là mộttrong những mục tiêu lớn của quốc gia có nền nông nghiệp phát triển như ViệtNam Hàng năm trong sản xuất nông nghiệp, thải ra khoảng 100 triêu tấn phếphụ phẩm Nếu như nguồn nguyên liệu này được ứng dụng để sản xuất nhiênlieu sinh học, thì chúng ta sẽ giải quyết được một phần lớn trong việc xây dựngmột chương trình an ninh năng lượng Quốc gia Trong các loại nguyên liệu phếphụ phẩm thì bã mía có ưu điểm hơn so với các loại nguyên liệu như trấu, rơmrạ,… là do hàm lượng cellulose cao hơn và đây là một ưu điểm quan trọng trongviệc nghiên cứu sản xuất nhiên liệu sinh học từ các nguồn nguyên liệu này

Chương 1 TỔNG QUAN TRUNG TÂM NGHIÊN CỨU CÔNG

NGHỆ LỌC HÓA DẦU (RPTC)

1.1 Giới thiệu chung

Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc Hóa Dầu (RPTC) trực thuộc trườngĐại học Bách Khoa – Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh được thành lập vàotháng 4 năm 2000 theo quyết định của Giám đốc Đại học Quốc Gia TP Hồ ChíMinh, hoạt động theo giấy phép đăng ký số A – 432 do bộ Khoa học & Côngnghệ cấp ngày 06/10/2010

Dịch vụ khoa học công nghệ: Thiết kế quy trình công nghệ và chế tạo thiết

bị trong các cơ sở khai thác lọc dầu, hóa dầu, chế biến khí, sản xuất xúc tác, phụgia, nhiên liệu sinh học và nhiên liệu tái tạo Xây dựng dự án tiền khả thi thiết kế

cơ sở, thiết kế chi tiết, quản lý dự án công trình Phân tích đánh giá chất lượngdầu thô, khí thiên nhiên và các sản phẩm từ chúng Phân tích, thiết kế, chế tạo,lắp đặ, kiểm định các công trình và thiết bị Tư vấn đánh giá tác động môitrường và di dời các cơ sở gây ô nhiễm, thẩm định và tổ chức giám sát thực hiệncác dự án đầu tư Tư vấn sản xuất sạch hơn và sử dụng hiệu quả, tiết kiệm nănglượng Thiết kế chế tạo lắp ráp các hệ thống thiết bị thí nghiệm công nghệ hóahọc, thực phẩm, sinh học và dầu khí Thông tin tư vấn, chuyển giao công nghệ,đào tạo bồi dưỡng nghiệp vụ chuyên môn trong các lĩnh vực trên

1.1.2 Sơ đồ tổ chức

BAN GIÁM ĐỐC

Báo cáo thực tập tốt nghiệp Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)

Giám đốc: TS Huỳnh Quyền

 Kỹ sư cao cấp

 Trường Đại học Quốc gia Dầu mỏ và Động cơ – Viện Dầu khí CH Pháp(ESPM – IFP – FRANCE)

 Tiến sỹ chuyên ngành Công nghệ hóa học và Dầu khí

 Viện nghiên cứu xúc tác và môi trường – Trung tâm Nghiên cứu Khoa họcQuốc gia, trường Đại học Claude Bernard 1 – CH Pháp (IRC-CNRS -FRANCE)

Bảng 1.1: Hội đồng tư vấn khoa học

1 PGS.TS Phan Minh Tân Công nghệ Hóa học Sở KH&CN

Phòng thí nghiệm và phòng làm việc, diện tích 160m2 (8×20m).

Xưởng thí nghiệm và kho chứa hóa chất, diện tích 100m2 (5×20)

Xưởng sản xuất thử nghiệm công nhiên liệu, sản xuất nano titanium, diệntích 100m2 (5×20)

Xưởng sản xuất thực nghiêm tinh dầu tràm trà tại ấp Mỹ Trường, xã Phước

Mỹ, huyện Tân Phước, tỉnh Tiền Giang, diện tích 1,2ha (40×300)

Xưởng sản xuất nhiên liệu biodiesel từ dầu ăn phế thải tại phường LinhTrung, quận Thủ Đức

1.2 Hoạt động nghiên cứu và chuyển giao công nghệ

1.2.1 Nghiên cứu công nghệ sản xuất bioethanol

Nghiên cứu công nghệ sản xuất bioethanol từ các nguồn biomass phế thảinông nghiệp như: Rơm rạ, võ trấu, bã mía… Sản phẩm được ứng dụng vào mục

đích làm nhiên liệu cho động cơ xăng Dự án được thực hiện với sự hợp tác vớiviện Công nghiệp Tokyo (IIS) và Sở khoa học và công nghệ Tp.HCM.

1.2.2 Nghiên cứu công nghệ sản xuất biobutanol

Nghiên cứu công nghệ sản xuất biobutanol từ các nguồn biomass, cụ thể là

bã mía Sau quá trình nổ hơi, bã mía được thủy phân với hàm lượng enzim cao

và thu được dịch thủy phân hàm lượng glucose cao Mức độ chuyển hóaCellulose đạt > 36.3 % Butanol được sản xuất bằng phương pháp lên men với

chủng vi sinh Clostridium beijerinckii theo quy trình ABE.

1.2.3 Nghiên cứu công nghệ sản xuất Biodiesel

Nghiên cứu công nghệ sản xuất biobutanol từ nguồn dầu ăn phế thải Sảnphẩm được ứng dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong thay thế cho dầudiesel và làm nhiên liệu cho lò đốt công nghiệp Dự án đã được triển khai vớinhà máy sản xuất Biodiesel năng suất 2 tấn/ngày tại Thủ Đức

1.2.4 Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa xử lý môi trường

Nghiên cứu tổng hợp xúc tác quang hóa TiO2 trên chất mang là đá bọt khaithác tại Khánh Hòa Ứng dụng xử lý nước thải cho nhà máy nhuộm KCN HòaKhánh, Liên Chiểu, Đà Nẵng Nghiên cứu triển khai thử nghiệm trên những chất

ô nhiễm khác như: thuốc trừ sâu…

1.2.5 Nghiên cứu tổng hợp bạc nano

Nghiên cứu tổng hợp bạc nano từ dung dịch AgNO3 bằng phương phápkhử hóa học và chiếu xạ, sản xuất các dung dịch diệt khuẩn trên cơ sở bạc nano

1.2.6 Nghiên cứu tổng hợp TiO 2

Nghiên cứu chế biến sâu tinh quặng Titan từ các nguồn nguyên liệu Rutill

và Ilmenite để tổng hợp TiO2 pigment theo phương pháp Clo Các phương phápnghiên cứu theo hướng này bao gồm: Tinh thể và sản xuất TiCl4 tinh khiết, sảnxuất TiO2 pigment, TiO2 nano powder, TiO2 nano thinfilm coat…

1.2.7 Nghiên cứu tổng hợp Zeolite

Dự án nghiên cứu tổng hợp zeolite 3A từ nguồn cao lanh trong nước Sảnphẩm được ứng dụng làm rây phân tử phục vụ chủ yếu cho công nghệ sản xuấtcồn tuyệt đối bằng phương pháp rây phân tử Chuyển giao và hợp tác sản xuấtphụ gia tẩy rửa dầu mỡ trên cơ sở chất hấp phụ zeolite Hợp tác nghiên cứu vàchuyển giao công nghệ sản xuất các loại zelolite phục vụ cho công nghệ hóa lọcdầu như zeolite Y modun cao, ZSM - 5…

1.2.8 Phối hợp với các địa phương và hợp tác quốc tế

Trung tâm phối hợp nghiên cứu với tỉnh Tiền Giang trong việc giải quyếtsản phẩm đầu ra của cây tram cừ và tràm trà cho người nông dân mà vẫn giữđược nét đặc trưng sinh thái của cây tràm vùng Đồng bằng song Cửu Long Dự

án có sự phối hợp thực hiện của sở khoa học công nghệ tỉnh Tiền Giang, trườngĐại học Toyohashi và tổ chức hợp tác quốc tế Nhật Bản

Phối hợp với viện Khoa học công nghệ - Trường Đại học Tokio trong dự ánnghiên cứu công nghệ sản xuất bioethanol từ rơm rạ, trấu ở Đồng bằng songCửu Long Dự án nhằm nghiên cứu các hướng khả thi cho nguồn cung cấp nhiênkiệu cho động cơ trong tương lai đồng thời nâng cao giá trị cho các sản phẩmnông nghiệp

Hợp tác với tổ chức hợp tác quốc tế Nhật Bản (JICA) thực hiên dự án

“biomass town” tại xã Thái Mỹ, Củ Chi nhằm tìm kiếm một mô hình sản xuấttối ưu cho người nông dân, từ đó nâng cao đời sống cho người nông dân ViệtNam

Phối hợp với Sở Khoa học công nghệ Đà Nẵng, trường Đại học Bách khoa

Đà Nẵng khảo sát nguyên nhân và thực trạng ăn mòn của các công trình xâydựng dân dụng và công nghiệp vùng ven biển Đà Nẵng và thực hiện các phương

án phòng chống

1.2.9 Nghiên cứu công nghệ và thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu

Xưởng sản xuất công nhiên liệu nằm dưới sự quản lý của trung tâm nghiêncứu công nghệ lọc hóa dầu (RPTC) thuộc đại học bách khoa thành phố Hồ ChíMinh (Đ/C: 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10) Công nghệ và thiết bị

tự động tinh luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn, công suất tối thiểu 2000 lít cồn(99.5%)/ngày Công nghệ vận hành hoàn toàn tự động, điều khiển trên hệ thốngSCADA Năng suất đạt 4000 lít cồn tuyệt đối/ngày Công nghệ tiết kiệm nănglượng, thân thiện với môi trường Sản phẩm cồn tinh luyện đạt tiêu chuẩn xăngpha cồn, nồng độ tối thiểu 99.5%

1.2.10 Nghiên cứu công nghệ sản xuất bia sinh học

Được hình thành vào năm 2012, dưới sự quản lý của trung tâm nghiên cứucông nghệ lọc hóa dầu (RPTC) thuộc đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh(Đ/C: 268 Lý Thường Kiệt, Phường 14, Quận 10) Chịu trách nhiệm xưởng bia

là thầy Nguyễn Kính và phụ tá là anh Đặng Gia Phú Xưởng được hình thànhvới mục đích phục vụ cho nhu cầu nghiên cứu, thực tập của thầy (cô) và sinhviên, bên cạnh đó còn nghiên cứu phát triến các loại bia cho ngành công nghiệpgiải khát nước nhà và kiểm tra chất lượng của bia

Vị trí của xưởng là nằm phía sau trung tâm RPTC, quy mô của xưởngthuộc loại nhỏ, chỉ với diện tích là 180 m2 và tổng chi phí đầu tư là hai tỷ batrăm năm mươi triệu đồng Loại bia mà xưởng hiện đang nghiên cứu đó là biavàng truyền thống và bia đen ngoại với quy trình công nghệ sản xuất của Đức

Chương 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

2.1 Đặt vấn đề

Hiện nay, thế giới đang đứng trước thử thách to lớn về vấn đề năng lượng.Khi các nguồn nhiên liệu hóa thạch có nguy cơ cạn kiện trong một vài thập niêntới Nguồn nguyên liệu sử dụng phổ biến thì biết động không ngừng Giá dầu

thô có xu hướng ngày càng tăng Và chính giá dầu thô cũng là nguyên nhân của

sự bất ổn và xung đột về chính trị ở nhiều nơi trên thế giới

Ngoài ra, vấn đề ô nhiễm do sự phát sinh khí thải từ quá trình sử dụngnhiêu liệu hóa thạch, tăng hàm lượng khí gây hiệu ứng nhà kính Do đó, khí hậutrên thế giới hiện nay đang thay đổi theo chiều hướng xấu đi

Với sự ô nhiễm ngày càng lớn của việc sử dụng nguyên liệu hoá thạchđược sản xuất từ dầu mỏ và sự cạn kiệt của nguyên kiệu hoá thạch nói chung thìviệc nghiên cứu và đưa vào ứng dụng các công nghệ để sản xuất nguyên liệusinh học được ứng dụng ở nhiều nước trên thế giới Nghiên cứu sản xuất nhiênliệu 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 tiêulớn của các quốc gia có nền nông nghệp phát triển như Việt Nam

Nghiên cứu tìm kiếm nguyên liệu cũng như công nghệ sản xuất nhiên liệusinh học để thay thế một phần hay toàn nhiên liệu sản xuất từ nguồn năng lượnghóa thạch là một trong những vấn đề ưu tiên hàng đầu và nằm trong các chươngtrình chiến lược Quốc gia Riêng đặc biệt đối với Viêt Nam đang đứng trướcnhững thách thức lớn cụ thể:

- Nguy cơ cạn kiện nguồn nhiên liệu hóa thạch trong tương lai, bên cạnh

đó là sự ô nhiễm môi trường ngày càng tang cao do việc sử dụng nhiên liệu hóathạch từ quá trình chế biến dầu mỏ

- Cùng với các nước khác trên thế giới, Việt Nam phải thực hiên cam kếtquốc tế về việc cắt giảm khí nhà kính vốn đang làm Trái Đất nóng lên Xâydựng một chiến lược về an ninh năng lượng quốc gia trước sự biến động củanguồn năng lượng thế giới, đặc biệt là trong vấn đề sử dụng nguồn năng lượngsinh học, năng lượng xanh,…

Việt Nam là một trong những nước sản xuất đường lớn trên thế giới, hàngnăm công nghiệp mía đường thải ra một lượng lớn bã mía Đa số chúng chúngđược sủ dụng làm nguyên liệu đốt trong chính nhà máy Các nguyên liệu phế

phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệu quả, đa số dùng để đốt hoặc thải bỏ

vì vậy sẽ gây ra sự ô nhiễm môi trường rất lớn

Trong các loại nguyên liệu phế phụ phẩm thì bã mía có ưu điểm hơn so vớicác 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 sinhhọc từ các loại nguyên liệu này Với nhu cầu phát triển nhiê liệu sinh học nhưhiện nay, nghiên cứu sản xuất butanol từ nguyên liệu bã mía hiên nay vẫn là mộttrong những hướng nghiên cứu tập trung với mục tiêu cải thiện hiệu suất chuyểnhoá, nâng cao nồng độ butanol và giảm chi phí thu hồi butanol

2.2 Butanol và bã mía

2.2.1 Giới thiệu về butanol

Butanol là một alcohol có công thức phân tử C4H9OH Khối lượng phân tử

M = 74 Butanol là một chất lỏng rễ cháy, trong suốt không màu và có mùi đặcbiệt như mùi dầu chuối và có mùi công mạnh, khi tiếp xúc trực tiếp có thể gâykích ứng mắt và da Hơi của nó có khả năng gây mê khi hít ở nồng độ cao.Butanol hầu như hòa tan trong các dung môi hữu cơ phổ biến, nhưng ít hòa tantrong nước

Bảng 2.1 Tính chất vật lí của butanol

Dạng tồn tại Dung dịch lỏng màu vàng

Bên cạnh vai trò là nhiên liệu sinh học cho động cơ, butanol thực sự là mộthóa chất quan trọng được sử dụng lượng lớn trong ngành công nghiệp Gần mộtnửa sản lượng butanol được sản xuất trên Thế giới được sử dụng trong cácngành công nghiệp sơn, keo dán, chất đàn hồi, công nghệ dệt may, sản xuất sợi,nhựa, sản xuất kính an toàn, chất tẩy rửa

Butanol cũng được sử dụng làm dung môi trong ngành công nghiệp mỹphẩm như nước hoa, các sản phẩm trang điểm, sơn móng tay, và được dùng choviệc sản xuất các loại thuốc kháng sinh, vitamin và hoocmon

Butanol có thể sản xuất bằng hai phương pháp Phương pháp thứ nhất bằngcon 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 butanolbằng 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 phát triển mạnh mẽ, giá dầu mỏtrở lên thấp hơn, phương pháp tổng hợp butanol từ dầu mỏ trở lên hiệu quả hơnphương pháp lên men truyền thống Nhưng trong quá trình hiên nay, trước sự

cạn kiệt của nguồn nguyên liệu hóa thạch và sự ô nhiễm môi trường, việc nghiêncứu sản xuất butanol từ nguồn nguyên liệu biomass trở thành mục tiêu nghiêncứu hàng đầu tại các nước trên thế giới

2.2.2 Giới thiệu về bã mía

Mía là cây công nghiệp lấy đường quan trọng của ngành công nghiệpđường Trong thân mía chứa khoảng 80-90% nước dịch, trong dịch có chứakhỏang 16-18% đường Vào thời kì mía già, người ta thu hoạch mía rồi đem épláy nước dịch Nước dịch mía được chế lọc và cô đặc thành đường Phần nguyênliệu còn lại sau khi chiết xuất đường được gọi là bã mía Bã mía chiếm khoảng25-30% khối lượng mía đem ép Bã mía có thể làm nguyên liệu đốt lò, làm bộtgiấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc, hoặc cao hơn là làm ra Furfural lànguyên liệu cho ngành sơi tổng hợp Bã mía còn lại sau khi ép có thể đốt để sảnxuất nhiệt lẫn điện năng Ngoài ra, với mục đích thân thiện với môi trường dođược làm từ phụ phẩm của nguyên liệu sản xuất đường,bã mía được sử dụngtrong sản xuất nhiên liệu sinh học: ethanol, butanol, nhiều quốc gia trên thếgiới 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 xuất1.400.000 lít ethanol mỗi năm từ bã mía ở Jennings, Louisiana

Tuy nhiên ở Việt Nam, phần lớn bã mía sau khi được ép đường thườngđược dùng làm thức ăn cho trâu bò hoặc phơi khô làm chất đốt đun nấu hàngngày, hoặc đem vứt bỏ, vừa bẩn vừa mất vệ sinh Như vậy, nguồn nguyên liệuphế phẩm này hiện nay đang sử dụng không hiệu quả và gây ra ô nhiễm môitrường

Cũng như thành phần của nhiều vật liệu thân gỗ, bã mía có thành phần chủyếu là cellulose Với thành phần cellulose rất cao, bã mía có thể coi là mộtnguyên 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 míagồm có sợi xơ, nước và một lượng tương đối nhỏ các chất hòa tan chủyếu là đường Thành phần trung bình của bã mía bao gồm:

xử lý hiệu quả phải đạt được những mục tiêu sau:

- Tối ưu hóa hiệu suất thủy phân tạo ra cellulose

- Giảm tối thiểu sự phân hủy các cacbonhydrat

- Giảm thiểu sự tạo thành các tác nhân gây ức chế vi sinh vật

- Phải có tính kinh tế cao và không gây ô nhiêm môi trường

2.3.1 Phương pháp tiền xử lý vật lý

Tiền xử lý bằng phương pháp xử lý vật lý tác động đến các tính năng vềcấu trúc vật lý của biomass, tức là làm giảm tinh thể, tăng kích thước lỗ và giảmmức độ trùng hợp Một trong những ưu điểm của tiền xử lý vật lý là nó tương

đối không ảnh hưởng đến các tính chất vật lý và hóa học của nguyên liệubiomass.

- Tiền xử lý bằng oxy hóa

2.3.3 Phương pháp tiền xử lý hóa lý

Nổ hơi là quá trình diễn ra khi sinh khối tiếp xúc với một chất thích hợp(hơi nước, amoniac, CO2) ở nhiệt độ và áp suất cao trong một khoảng thời giannhất định, sau đó hạ áp đột ngột nhằm tác động về mặt cơ học và hóa học.Phương pháp nổ hơi được nghiên cứu và áp dụng nhiều nhất là nổ hơi nước.Các phương pháp nổ hơi nước:

- Nổ hơi nước

- Nổ hơi amoniac

- Nổ hơi CO2

2.4 Quá trình thủy phân

Thủy phân biomass là một quá trình hóa học, trong đó một phân tửcellulose bị chia cắt thành nhiều phân tử nhỏ bằng việc thêm các phân tử nước

(C6H10O5)n + nH2O => nC6H12O6

Chủ yếu, quá trình thủy phân là để chuyển đổi cellusole thành đường được

thực hiện với các enzyme cellulolytic hoặc acid sulfuric nồng độ khác nhau.

Các phương pháp thủy phân:

- Thủy phân bằng acid

- Thủy phân bằng enzyme

2.5 Quá trình lên men

Trong sản xuất butanol sinh học, qua trình lên men là một quá trình quantrọng, mà chủ yếu sử dụng vi sinh vật để lên men Mà chủ yếu là sử dụng vi

khuẩn clotridium Clotridium là một trong những giống vi khuẩn phổ biến Một

số loài có tiềm năng lớn trong công nghệ sinh học như sản xuất nhiên liệu sinh

học Butanol, ethanol được lên men bởi clotridium acetobutylicum thay thế xăng

dầu đồng thời giảm khí NOx, không sinh CO2 do đó không gây ô nhiễm môitrường Ngoài ra, chúng còn chứa các enzyme quan trọng và cũng được sử dụngtrong điều trị ung thư

2.6 Chiết tách

Chiết tách sản phẩm butanol trong quá trình lên men là cần thiết để nângcao hiệu suất butanol Việc chiết tách được thực hiện với nhiều phương pháp vàdựa trên nhiều nguyên lý khác nha Lựa chọ một phương pháp tách butanol hợp

lý dưa trên nhiều yếu tố như tính đơn giản, tiêu hao năng lượng, hiệu quả tách

độ tinh khiết của sản phẩm

Các phương pháp chiết tách butanol:

thời gian lưu đã đủ thì mở van nổ hơi để tiến hành nổ hơi Bã được ép và đưa rangoài nhờ motor làm quay hệ thống ép trục vít, phần nước khi ép bã được thugom nhờ máng hứng nước thải.

Tiến hành mở nắp bộ phận thủy phân và cho bã nổ hơi vào, sau đó choenzyme vào rồi đổ dung dịch đệm vào Lắp lại và tiến hành gia nhiệt bằng bộphận gia nhiệt kết hợp bật hệ thống cánh khuấy Khi các thông số nhiệt độ và tốc

độ khuấy đã ổn định bắt đầu tính thời gian cho quá trình thủy phân khoảng 72giờ

Tiến hành cho dịch thủy phân và môi trường T6 vào thiết bị chính, sau đótạo môi trường kị khí Sau khi cho hết nguyên liệu vào thiết bị chính, bật môtơkhuấy để khuấy hỗn hợp cho đồng nhất khoảng 15 phút rồi dừng khuấy Bậtthiết bị gia nhiệt để tiến hành nâng nhiệt độ của hỗn hợp trong thiết bị chính lênđến 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

Cho nước đá vào bể tách lỏng Khởi động bơm chân không, hệ thốngngưng tụ Khởi động bơm nạp liệu ở chế độ hồi lưu 100% trở về bồn nhập liệu(khồn bơm qua màng lọc) Khi các thông số đã ổn định thì mở van cho dungdịch đi qua màng lọc, theo dõi ống thủy của bồn nạp liệu, quá trình kết thúc khilượng dung dịch còn lại khoảng 1 – 1,5 lít

3.1 Nổ hơi

Phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước là một quá trình tác động cơ học,hóa học và nhiệt độ lên hỗn hợp nguyên liệu Nguyên liệu bị phá vỡ cấu trúcdưới tác dụng của nhiệt, hơi và áp lực do sự giãn nở của hơi ẩm và các phản ứngthủy phân các liên kết glycosidic trong nguyên liệu

Quá trình nổ hơi nước gồm hai giai đoạn:

- Làm ẩm nguyên liệu

Nước được gua nhiệt và giữ ở áp suất cao trong thiết bị phản ứng Dưới tácdụng của nhiệt độ, hơi nước và áp suất, cấu trúc hemicellulose sẽ bị phá vỡ