ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÊN MEN ETHANOL TỪ RƠM RẠ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH BỘ MÔN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC ĐỒ ÁN CÔNG NGHỆ HÓA HỌC THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÊN MEN ETHANOL TỪ RƠM RẠ Sinh viên thực hiện:Nguyễn Mai ngọc Tuyền Nguyễn Lê Khánh Linh Ngành: Công nghệ kĩ thuật hoá học Niên khóa: 2012 - 2016 Tháng 9/2015 Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt THIẾT KẾ THIẾT BỊ LÊN MEN ETHANOL TỪ RƠM RẠ Tác giả NGUYỄN MAI NGỌC TUYỀN NGUYỄN LÊ KHÁNH LINH Giáo viên hướng dẫn Th.S NGUYỄN BẢO VIỆT Đồ Án học kì năm học: 2014 – 2015 Ngành: Công nghệ kĩ thuật hóa học Tháng 9/2015 Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt LỜI CẢM TẠ Lời đầu tiên, chúng em xin gửi lời tri ân chân thành sâu sắc đến PGS.Ts TRƯƠNG VĨNH tạo điều kiện cho chúng em học môn Đồ Án Công nghệ Hóa học – nói môn học giúp chúng em khái quá, củng cố, tổng hợp , áp dụng kĩ tính toán thiết kế thông qua kiến thức năm học tập BM Công Nghệ Hóa Học Chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô môn Công nghệ hóa học, đặc biệt Th.S Nguyễn Bảo Việt, người Thầy trực sát hướng dẫn chúng em làm Đồ Án cách chi tiết rõ ràng cho chúng em dễ hiểu dễ nắm Trong trình thực Đồ Án, trình làm báo cáo, khó tránh khỏi sai sót, mong Thầy, Cô bỏ qua Đồng thời, hạn chế mặt thời gian, kiến thức nên chúng em nhiều điều cần Thầy, Cô hướng dẫn thêm để chúng em hoàn thiện suốt trình học tập làm việc sau này! Trân trọng ! Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt DANH SÁCH CÁC BẢNG Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt DANH SÁCH HÌNH ẢNH Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Đặt vấn đề Theo nhà nghiên cứu thuộc Đại học California, với trữ lượng dầu mỏ toàn cầu 1,332 tỷ thùng ( ước tính năm 2008), mức tiêu thụ 85,22 triệu thùng/ngày tăng 1,3% năm, dầu mỏ cạn kiệt vào năm 2041 chậm vào năm 2054 Trong đó, theo tính toán nhà nghiên cứu, nguồn lượng chỗ dầu mỏ sớm vào năm 2140 Trong nguồn lượng thay dầu mỏ sử dụng ( lượng gió, lượng mặt trời, lượng hạt nhân, ) lượng sinh học xu phát triển tất yếu, nước nông nghiệp nhập nguyên liệu, lợi ích như: công nghệ sản xuất không phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu chổ,tăng hiệu kinh tế nông nghiệp, không cần thay đổi cấu trúc động sở hạ tầng có giá thành cạnh tranh so với xăng dầu Trong tương lai, nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, lượng sinh học (NLSH) có khả nguồn thay Hiện nguồn nhiên liệu sinh học nghiên cứu sử dụng rộng rãi bioethanol Có nhiều nguyên nguyên liệu để sản xuất ethanol ngô, mía, khoai mì, gạo… nhiên việc sử dụng nguồn nguyên liệu gây không tranh cãi xoay quanh vấn đề an ninh lương thực giới Vì vậy, người ta quay sang hướng nghiên cứu bắt đầu chuyển sang rơm rạ nguồn nguyên liệu tiềm cho nhu cầu lượng tương lai Rơm rạ nguyên liệu dồi lignocellulose giới Về tổng sản lượng, lúa trồng quan trọng thứ ba sau lúa mì ngô Theo thống kê FAO, sản xuất lúa gạo trung bình giới năm 2007 khoảng 650 triệu Vừa tận dụng phế phẩm nông nghiệp, làm giảm ô nhiễm môi trường việc đốt rơm rạ hàng năm giới, không ảnh hưởng đến lương thực giới Rơm rạ nguồn nguyên liệu phổ biến khắp giới 1.2 Tình hình sản xuất sử dụng ethanol sinh học giới Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt Theo báo cáo F.O.Licht Bioethanol sử dụng làm nhiên liệu đốt từ năm 1860 nha 2khoa học Nicolas Otto ( Đức) khám phá Đến năm 1930 Mỹ, Braxin, Anh, Pháp, Đức, Ý… Đã bắt đầu sử dụng Bioethanol thay xăng Nhưng trào lưu thực bùng nổ vào năm 1970 nguồn nhiên liệu dầu mỏ bị khủng hoảng nguồn cung ứng Các nước sản xuất Bioethanol lớn Braxin, Mỹ, Trung Quốc, Ấn Độ, Pháp chiếm 84% sản lượng Bioethanol nhiên liệu toàn cầu năm 2005 Năm 2006, sản lượng Bioethanol sử dụng giới 50 tỷ lít, Bioethanol nhiên liệu 38,5 tỷ lít ( chiếm 77%), Bioethanol công nghiệp tỷ lít ( chiếm 8%), Bioethanol cho đồ uống 7,5 tỷ lít (chiếm 15%) Bảng 1.1: Tình hình sản xuất Bioethanol quốc gia qua năm Quốc gia Số lít sản xuất năm BRAXIN 20,5 tỷ lít MỸ 22,3 tỷ lít EU 341.250.000 lít TRUNG QUỐC 3,8 tỷ lít ẤN ĐỘ 1,7 tỷ lít ( Nguồn: http://www.asiacreative.vn/tinh-hinh-san-xuat-va-tieu-thu-ethanol-tren-thegioi) Hiện Việt Nam có nghiên cứu bước đầu Ethanol sinh học từ phụ phẩm nông nghiệp có kết khả quan như: “ Nghiên cứu sản xuất ethanol từ nhiên liệu rơm rạ” ( Trần Diệu Lý – 2008), “ Nghiên cứu sản xuất ethanol từ phụ phẩm nông nghiệp” (Nguyễn Thị Hằng Nga – 2009), “Ngiên cứu trình sản xuất ethanol từ rơm rạ với bổ sung hệ thống enzyme thủy phân điều kiện tối ưu cho trình lên men cồn nấm men Picha Stipis” ( Nguyễn Thị Ngọc Liễu – 2010) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1 Tổng quan rơm rạ Nguồn rơm rạ tình hình sử dụng rơm rạ Việt Nam Sản lượng lương thực cao đồng nghĩa với việc nước ta có nguồn phế phẩm dồi Trung bình để tạo gạo thải 1,2 rơm rạ Sản lượng rơm rạ hàng năm thải khoảng 48 triệu Số liệu thống kê hàng năm trình bày theo bảng bên Bảng 2.1: Thống kê sản lượng lúa nước từ năm 2000 – 2010 Sản lượng Năm Cả năm Đông Xuân Hè Thu Lúa mùa 2000 32529,5 15571,2 8625,0 8333,3 2001 32108,4 15474,4 8328,4 8305,6 2002 34447,2 16719,6 9188,7 8538,9 2003 34568,8 16822,7 9400,8 8345,3 2004 36148,9 17078,0 10430,9 8640,0 2005 35832,9 17331,6 10436,2 8065,1 2006 35849,5 17588,2 9693,9 8567,4 2007 35942,7 17024,1 10140,8 8777,8 2008 38729,8 18326,9 11395,7 9007,2 2009 38950,2 18695,8 11212,2 9042,2 2010 39988,9 19218,1 11595,7 9175,1 ( Nguồn: tổng cục thống kê Bộ nông nghiệp Phát triển Nông thôn ngày 1/1/2012) Cho đến nay, phần lớn rơm rạ để oai mục đồng hay đốt chỗ để trả lại khoáng chất cho đất Phần lại đem làm thức ăn cho gia súc hay nấm làm chất đốt phục vụ nhu cầu đun nấu gia đình 2.2 Cấu trúc rơm rạ Về thành phần hóa học, rơm rạ chủ yếu chứa cellulose 32 – 47 %, hemicellulose 19 – 27 % lignin – 24 %, (Garrote et al, 2002; Maiorella, 1983; Saha, 2003; Zamora Crispin, năm 1995) Trong hemicellulose pentoses chiếm ưu thế, xylose đường quan trọng chiếm 14,8 - 20,2 % (Maiorella, 1983; Roberto cộng sự, 2003) Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ Đồ Án CNHH GVHD: Th.S Nguyễn Bảo Việt Bảng 2.2: Thành phần nguyên tố tro rơm rạ, trấu gạo rơm lúa mì Rơm rạ Trấu gạo Rơm lúa mì Phân tích gần (% chất hô) Carbon cố định 15,86 16,22 17,71 Chất dễ bay 65,47 63,52 75,27 Tro 18,67 20,26 7,02 Thành phần tro (%) SiO2 74,67 91,42 55,32 CaO 3,01 3,21 6,14 MgO 1,75