Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí nghiên cứu sử dụng nguyên liệu hỗn hợp sắn tươi và sắn khô để sản xuất ethanol tại nhà máy bio ethanol dung quất

Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến q Thầy Cơ giáo khoa Hóa – trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung, mơn Cơng nghệ Hóa học Dầu Khí nói riêng Cảm ơn Thầy Cô dạy dỗ, bảo suốt năm năm học vừa qua Đặc biệt xin gửi lời cảm ơn chân thành đến chị: ThS Lê Thị Ngọc Sương định hướng, giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi cho tơi hồn thành khóa luận tốt nghiệp Cảm ơn anh chị kỹ sư, thí nghiệm viên thuộc phịng Thí nghiệm – phòng Quản lý chất lượng – Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất ln tận tình hướng dẫn, giúp đỡ nhắc nhở tơi suốt q trình thực đồ án Tôi xin chân thành cảm ơn hợp tác, giúp đỡ từ đơn vị nghiên cứu: phịng Thí nghiệm thuộc phịng Quản lý chất lượng Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất, trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng – sở Khoa học Công nghệ tỉnh Quãng Ngãi hỗ trợ cho thực nghiên cứu Cuối xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè ln bên cạnh, động viên khích lệ suốt thời gian qua Do thời gian nghiên cứu không cho phép lực thân có hạn, nên đề tài cịn có nhiều thiếu sót Kính mong Q thầy nhận xét, bổ sung Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà nẵng, ngày 31/05/2015 Sinh viên thực Nguyễn Thị Thu Trang SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí TÓM TẮT ĐỀ TÀI Với Nhà máy sản xuất ethanol từ nguyên liệu sắn lát khô thường gặp nhiều vấn đề nguyên liệu bị động thu mua, bị thương lái ép giá… Việc thu mua sắn tươi trực tiếp từ nông dân mang lại nhiều lợi ích hơn, để tăng tính tối ưu cho Nhà máy, tiến hành nghiên cứu đưa sắn tươi vào làm nguyên liệu thay cho sắn khơ Nội dung đề tài: - Thay phần nguyên liệu sắn khô sắn tươi theo tỷ lệ định; Tiến hành công đoạn: trộn bột, hồ hóa, đường hóa, lên men, chưng cất; Qua cơng đoạn, phân tích, đánh giá tiêu bản; Nhận xét hiệu tồn q trình thơng qua hiệu công đoạn; Kết luận đưa kiến nghị SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN.………………………………………………………………………….i TĨM TẮT ĐỀ TÀI.……………………………………………………………………ii MỤC LỤC …………………………………………………………………………….iii DANH MỤC HÌNH………………………………………………………………… vii DANH MỤC BẢNG…………………………………………………………………viii CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI .3 1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC, BIOETHANOL Nhiên liệu sinh học 1.2 Bioethanol 1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ BIO ETHANOL TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT 1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol giới 1.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol Việt Nam .6 1.2.2.1 Thực trạng tình hình sản xuất tiêu thụ 1.2.2.2 Triển vọng phát triển nhiên liệu sinh học nước ta 1.3 NGUYÊN LIỆU SẮN ĐỂ SẢN XUẤT BIOETHANOL .6 1.3 Thành phần hóa học sắn 1.32 Thành phần tính chất tinh bột sắn 1.3 Tình hình sản xuất tiêu thụ sắn 1.4 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIOETHANOL 1.4 Công nghệ sản xuất truyền thống .8 1.42 Công nghệ sản xuất cồn cải tiến 1.5 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG SẮN TƯƠI LÀM NGUYÊN LIỆU TẠI NHÀ MÁY BIO-ETHANOL DUNG QUẤT [12], [13] .9 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 2.1 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí : GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIO-ETHANOL DUNG QUẤT 12 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO ETHANOL TẠI NHÀ MÁY BIO ETHANOL DUNG QUẤT 12 2.2 NGUYÊN LIỆU 13 2.3 CÁC PHÂN XƯỞNG CÔNG NGHỆ 13 2.31 Kho chứa, nhà nghiền 13 2.3 Tách cát 14 2.3 Hồ hóa nấu 15 2.34 Lên men 16 2.35 Chưng cất .18 2.36 Tách nước 19 2.4 PHÂN XƯỞNG PHỤ TRỢ VÀ NGOẠI VI 20 2.41 Phân xưởng thu hồi nén khí CO2 .20 2.4 Phân xưởng tách, sấy tồn chứa DDFS .21 2.43 Phân xưởng xử lý nước thải 21 CHƯƠNG : NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25 3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 25 3.1 Nguyên liệu sắn .25 3.12 Enzyme 25 3.1 Men 25 3.14 Hóa chất 26 3.15 Thiết bị sử dụng .26 3.1.5.1 Cân sấy ẩm tự động 26 3.1.5.2 Máy NIR 27 3.1.5.3 Máy đo pH để bàn Jenco 27 3.1.5.4 Máy đo độ nhớt Brookfield .28 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí 3.1.5.5 Kính hiển vi điện tử 29 3.1.5.6 Máy sắc kí lỏng hiệu suất cao 30 3.1.5.7 Các thiết bị khác 31 3.2 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 31 3.21 Phương pháp nghiên cứu .31 3.2 3.2.1.1 Nội dung nghiên cứu đề tài .31 3.2.1.2 Các mẫu thử đề tài 33 Phương pháp hóa lý xác định tiêu trình 34 3.2.2.1 Xác định hàm lượng tinh bộtbằng phương pháp thủy phân enzyme 34 3.2.2.2 Phương pháp xác định số DE 34 3.2.2.3 Phương pháp thí nghiệm để xem chuỗi tinh bột 34 3.2.2.4 Phương pháp xác định số lượng chất lượng tế bào nấm men 35 3.2.2.5 Phương pháp phân tích độ nhớt mẫu dịch lỏng .35 3.2.2.6 Phương pháp xác định thành phần dịch lên men máy sắc ký HPLC 35 CHƯƠNG : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN .37 4.1 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỦA NGUYÊN LIỆU 37 4.1 Nguyên liệu sắn lát khô 37 4.12 Nguyên liệu sắn củ, tươi 37 4.2 CHỈ TIÊU ĐỘ NHỚT CỦA DỊCH TRỘN BỘT 38 4.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HỒ HÓA CỦA HỖN HỢP NGUYÊN LIỆU .39 4.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIAI ĐOẠN ĐƯỜNG HÓA 41 4.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH LÊN MEN 42 4.51 Số lượng tế bào nấm men 42 4.52 Phần trăm tế bào nấm men sống 45 4.53 Số lượng tế bào nảy chồi 46 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí 4.5 Hàm lượng tinh bột sót 47 4.5 Hàm lượng đường glucose dịch giấm chín 48 4.56 Hàm lượng ethanol dịch giấm chín .49 4.6 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NHIỄM KHUẨN 49 4.7 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN TÁCH TRONG CHƯNG CẤT 51 4.8 PHÂN TÍCH TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN .52 CHƯƠNG : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .54 5.1 KẾT LUẬN 54 5.2 KIẾN NGHỊ 54 TÀI LIỆU THAM KHẢO 56 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Sơ đồ cấu chi phí cho sản xuất tháng đầu năm 2014 Hình 2.1: Sơ đồ cơng nghệ tổng quan nhà máy 12 Hình 2.2: Sơ đồ cơng nghệ kho chứa, nhà nghiền 14 Hình 2.3: Sơ đồ cơng nghệ q trình tách cát 15 Hình 2.4: Sơ đồ q trình hồ hóa nấu 16 Hình 2.5: Sơ đồ q trình hồ hóa, lên men 17 Hình 2.6: Sơ đồ trình chưng cất 18 Hình 2.7: Sơ đồ trình tách nước 19 Hình 2.8: Sơ đồ cơng nghệ thu hồi CO2 .20 Hình 2.9: Sơ đồ phân xưởng xử lý nước thải .23 Hình 3.1: Nguyên liệu sử dụng đề tài .25 Hình 3.2: Máy cân sấy ẩm tự động 27 Hình 3.3: Máy NIR – DA7200 27 Hình 3.4: Máy đo pH để bàn Jenco 28 Hình 3.5: Máy đo độ nhớt 29 Hình 3.6: Kính hiển vi điện tử 30 Hình 3.7: Máy sắc ký lỏng hiệu cao 31 hình 4.1: Biểu đồ thể hàm lượng Dextrin dịch sau hồ hóa 40 Hình 4.2: Biểu đồ thể số DE dịch sau hồ hóa 40 Hình 4.3: Biểu đồ thể hàm lượng tinh bột sau đường hóa 41 Hình 4.4: Biểu đồ thể số DE dịch sau đường hóa 42 Hình 4.5: Biểu đồ thể số tế bào nấm men thời gian lên men (sắn củ gọt vỏ) 43 Hình 4.6: Biểu đồ thể số tế bào nấm men thời gia lên men (sắn tươi chưa gọt vỏ) 43 Hình 4.7: Đường cong sinh trưởng nấm men [18] .44 Hình 4.8: Biểu đồ thể phần trăm tế bào nấm men sống (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) 45 Hình 4.9: Biểu đồ phần trăm tế bào nấm men sống (sử dụng sắn tươi vỏ) 45 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Hình 4.10: Biểu đồ thể phần trăm tế bào nấm men nảy chồi (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) 46 Hình 4.11: Biểu đồ thể phần trăm tế bào nấm men nảy chồi (sử dụng sắn tươi vỏ) 47 Hình 4.12: Biểu đồ thể hàm lượng glucose dịch sau lên men 48 Hình 4.13: Biểu đồ thể hàm lượng ethanol dịch giấm chín .49 Hình 4.14: Biểu đồ thể hàm lượng axit lactic có dịch dấm chín .50 Hình 4.15: Biểu đồ thể hàm lượng axit acetic có dịch giấm chín 50 Hình 4.16: Biểu đồ thể nồng độ ethanol thu sau chưng cất .51 Hình 4.17: Biểu đồ thể hao phí nguyên liệu theo lít sản phẩm 99,5% .52 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Thành phần hóa học củ sắn tươi [8] .7 Bảng 1.2: Thành phần hóa học sắn lát khô [8] .7 Bảng 4.1: Tính chất sắn khơ sử dụng làm nguyên liệu đề tài .37 Bảng 4.2: Tính chất củ sắn tươi (gọt 70% vỏ) dùng làm nguyên liệu đề tài 37 Bảng 4.3: Tính chất củ sắn tươi (cịn ngun vỏ) dùng làm nguyên liệu đề tài 38 Bảng 4.4: Thành phần tinh bột dịch trộn bột 38 Bảng 4.5: Độ nhớt dịch trộn bột theo tỷ lệ sử dụng sắn củ gọt 70% vỏ 39 Bảng 4.6: Độ nhớt dịch trộn bột theo tỷ lệ sử dụng sắn củ chưa gọt vỏ 39 Bảng 4.7: Thành phần tinh bột trước sau lên men ( sử dụng sắn gọt vỏ 70%) 47 Bảng 4.8: Thành phần tinh bột trước sau lên men (sử dụng sắn tươi nguyên vỏ) 48 Bảng 4.9: Giá nguyên liệu tính cho lít ethanol 99,5% (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) 53 Bảng 4.10: Giá nguyên liệu tính cho lít ethanol 99,5% (sử dụng sắn tươi nguyên vỏ) 53 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí LỜI MỞ ĐẦU Nhiên liệu hóa thạch loại nhiên liệu có ưu vượt trội kinh tế tồn cầu từ cách mạng cơng nghiệp cuối kỷ XVIII, đặc biệt từ nửa sau kỷ XX, giới có tiến mạnh mẽ cơng nghệ cơng nghiệp hóa Tuy nhiên, nhiên liệu hóa thạch khơng phải vơ hạn cạn kiệt vào khoảng 60 năm Mặt khác loài người phải đương đầu với tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, trái đất ấm dần lên phát thải từ nguồn lượng hóa thạch chứa cacbon, điều yêu cầu giới phải tìm kiếm thêm nguồn lượng có khả tái tạo nhằm đủ nguồn lượng cung cấp cho toàn giới giảm ô nhiễm Nhiên liệu sinh học giải pháp ưu tiên sách lượng nhiều nước giới, giải pháp khơng mang tính mơi trường, giúp đảm bảo an ninh lượng mà thúc đẩy sản xuất nông nghiệp, tạo công ăn việc làm tăng thêm sản phẩm hàng hóa cho xã hội Bioethanol dạng nhiên liệu sinh học quan tâm sản xuất với số lượng lớn Hiện nay, 47% bioethanol giới sản xuất từ mía đường 53% sản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột Trong số nguyên liệu chứa tinh bột Việt Nam có tiềm sản xuất bioethanol sắn loại nguyên liệu có nhiều ưu điểm Ở Việt Nam có nhiều nhà máy sản xuất bio ethanol, Nhà máy Bioethanol Dung Quất đặt xã Bình Thuận, huyện Bình Trị, tỉnh Quãng Ngãi nhà máy có cơng nghệ đại, công suất lớn, hứa hẹn nhiều thành công tương lai, nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu sắn lát khô thu mua từ nước từ Campuchia Tuy nhiên, điều làm tăng chi phí cho phần nguyên liệu phải phụ thuộc vào thương lái bên ngồi Với lý trên, chọn đề tài nghiên cứu cho học phần tốt nghiệp là: “nghiên cứu sử dụng nguyên liệu hỗn hợp sắn tươi sắn khô để sản xuất ethanol Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất”nhằm mục đích thay nguyên liệu sắn khô nhà máy sắn tươi để giảm chi phí sản xuất Đề tài bao gồm nội dung sau: Tìm hiểu nhiên liệu sinh học, ethanol sinh học; SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 44 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Hình 4.24: Đường cong sinh trưởng nấm men [18] Như đồ thị trình sinh trưởng nấm men trải qua bốn giai đoạn Đầu tiên pha tiềm phát, lúc nấm men làm quen với môi trường lên men, số lượng không thay đổi nhiều Giai đoạn tiếp theo, nấm men tăng nhanh số lượng, tế bào đủ lớn mọc chồi, phân chia tạo nhiều tế bào Với hình thức sinh sản này, số lượng tế bào tăng theo hàm số mũ Xét trường hợp lên men đề tài, việc lên men khơng có nhân men trước nấm men dịch khoảng 20 đồng hồ để đạt số lượng tế bào lớn (cuối pha log) Tiếp theo giai đoạn giai đoạn ổn định số lượng gọi pha cân bằng, lúc số lượng tế bào nấm men sinh chết xấp xỉ Cuối trình lên men, chất dinh dưỡng cạn kiệt, độc tố tích lũy mơi trường tăng nấm men chết nhiều hơn, số lượng giảm rõ rệt [18] Tuy nhiên, việc giám sát số lượng nấm men trình lên men đề tài không đủ điều kiện để giám sát với tần suất thường xuyên, thực lấy mẫu phân tích bốn lần thời gian lên men 48h: sau 16h, 23h, 40h kết thúc trình lên men nên đồ thị đường cong sinh trưởng thu khơng hồn tồn tương tự đường chuẩn Theo khuyến cáo nhà sản xuất nấm men (Lallemand) yêu cầu kiểm sốt số lượng nấm men q trình lên men phải lớn 200 triệu tế bào/ lít dịch lên men [19] Với u cầu trường hợp lên men đề tài thõa mãn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 4.5.2 45 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Phần trăm tế bào nấm men sống Theo tiêu chuẩn đưa nhà sản xuất men số tế bào nấm men sống phải chiếm 90% suốt trình lên men 99.7 phần t răm tế bào nấm men sống 99.6 99.5 99.4 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 60% - 40% 50% - 50% 99.3 99.2 99.1 99 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t hời gian lên men Hình 4.25: Biểu đồ thể phần trăm tế bào nấm men sống (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) 99.5 phần t răm tế bào nấm men sống 99.3 99.1 98.9 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 50% - 50% 60% - 40% 98.7 98.5 98.3 98.1 97.9 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t hời gian lên me n Hình 4.26: Biểu đồ phần trăm tế bào nấm men sống (sử dụng sắn tươi vỏ) SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 46 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Nhận xét: Nhìn chung tỷ lệ tế bào nấm men sống tăng nhẹ khoảng thời gian đầu sau giảm nhanh Nguyên nhân điều cạn kiệt dinh dưỡng tế bào nấm men bị nhiễm độc tố (hàm lượng ethanol sinh ra).Theo tiêu chuẩn nhà sản xuất men trường hợp thí nghiệm chấp nhận 4.5.3 Số lượng tế bào nảy chồi Tế bào nấm men nảy chồi có hiệu sinh ethanol gấp 33 lần tế bào thường [18], đó, tỷ lệ tế bào nấm men nảy chồi ảnh hưởng lớn đến hiệu suất lên men Theo tiêu chuẩn tỷ lệ tế bào nấm men nảy chồi lúc cực đại phải lớn 12% [19] 18 16 phần t răm tế bào nảy chồi 14 12 10 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 60% - 40% 50% - 50% 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t hời gian lên men Hình 4.27: Biểu đồ thể phần trăm tế bào nấm men nảy chồi (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 47 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí 18 phần t răm tế bào nảy chồi 16 14 12 10 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 60% - 40% 50% - 50% 10 15 20 25 30 35 40 45 50 t hời gian lên me n Hình 4.28: Biểu đồ thể phần trăm tế bào nấm men nảy chồi (sử dụng sắn tươi vỏ) Nhận xét: số lượng tế bào nảy chồi sử dụng sắn tươi gọt vỏ lớn hơn, ổn dịnh Khi trộn nhiều sắn tươi vào nguyên liệu, tỷ lệ giảm, với sắn tươi gọt vỏ tỷ lệ 90% - 10%, 80% - 20%, 70% - 30%, 60% - 40% với nguyên liệu sắn tươi nguyên vỏ hai tỷ lệ 90% - 10% 80% - 20% đạt yêu cầu 4.5.4 Hàm lượng tinh bột sót Trong q trình sản xuất ethanol, nấm men sử dụng đường đơn (glucose) để sinh lượng gải phóng ethanol, cần có trình hồ hóa, đường hóa để thủy phân hồn tồn tinh bột thành đường glucose Ngồi việc kiểm sốt hàm lượng dextrin, số DE qua giai đoạn việc xác định hàm lượng tinh bột sót sau lên men quan trọng, thể hiệu suất q trình lên men Tỷ lệ sắn khơ – sắn tươi % tinh bột trước lên men % tinh bột sau lên men 90 – 10 80 – 20 70 – 30 60 – 40 50 – 50 10,31 9,33 8,35 6,91 6,90 Hết tinh bột Hết tinh bột Hết tinh bột Hết tinh bột Hết tinh bột Bảng 4.9: Thành phần tinh bột trước sau lên men ( sử dụng sắn gọt vỏ 70%) SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Tỷ lệ sắn khô – sắn tươi % tinh bột trước lên men % tinh bột sau lên men 48 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí 90 – 10 80 – 20 70 – 30 60 – 40 50 – 50 9,23 8,59 7,96 7,44 6,93 Hết tinh bột Hết tinh bột Hết tinh bột Hết tinh bột Hết tinh bột Bảng 4.10: Thành phần tinh bột trước sau lên men (sử dụng sắn tươi nguyên vỏ) Nhận xét:sau q trình lên men, mẫu khơng cịn tinh bột sót chứng tỏ hoạt động chuyển hóa enzyme lên men nấm men đạt yêu cầu 4.5.5 Hàm lượng đường glucose dịch giấm chín Đường glucose đường lên men được, hàm lượng đường tối đa có mặt dịch giấm chín chấp nhận 0,1% khối lượng Sau lấy mẫu dịch giấm chín chạy HPLC, ta có hàm lượng đường sót biểu đồ hàm lượng đường sót DP1 sau lên men (%) 0.25 0.2 0.15 sắn gọt 70% vỏ sắn nguyên vỏ 0.1 0.05 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 60% - 40% 50% - 50% t ỷ lệ sắn khơ - sắn t ươi Hình 4.29: Biểu đồ thể hàm lượng glucose dịch sau lên men Nhận xét: tỷ lệ đường sót tăng dần, với ba tỷ lệ sắn tươi thấp hàm lượng đường sót nằm giới hạn cho phép Các hỗn hợp nguyên liệu chứa 40%, 50% sắn tươi có hàm lượng đường sót nhiều, điều cho thấy hiệu trình lên men không tốt SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 4.5.6 49 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Hàm lượng ethanol dịch giấm chín Sau lên men, dịch giấm chín thu chứa lượng lớn ethanol, hàm lượng cấu tử định tính thành cơng q trình sản xuất ethanol hàm lượng et hanol sau lên men 14 1312.67 13 12.27 12 12.8 11.9 11.6 11 9.7 10 7.5 sắn gọt vỏ 70% sắn nguyên vỏ 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 60% - 40% 50% - 50% t ỷ lệ sắn khô - sắn t ươi Hình 4.30: Biểu đồ thể hàm lượng ethanol dịch giấm chín Nhận xét: theo thiết kế cơng nghệ sản xuất Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất hàm lượng ethanol dịch giấm chín cần đạt lớn 12,5% Dựa vào tiêu chuẩn để so sánh tỷ lệ 50%, 40% sắn tươi 30% sắn tươi gọt 70% vỏ không đạt yêu cầu lên men Những tỷ lệ cịn lại chấp nhận 4.6 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NHIỄM KHUẨN Để đánh giá mức độ nhiễm khuẩn trình lên men, ta khảo sát hàm lượng axit lactic axit acetic Bởi có mặt hai cấu tử chứng tỏ dịch bị nhiễm chủng vi khuẩn tạp, chủng vi khuẩn tạp thường xuất lên men oxi hóa ethanol thành axit hữu axit lactic, axit acetic Nhiễm khuẩn xảy thiết bị lên men dịch lên men chưa trùng tốt môi trường lên men không thuận lợi, không đủ để tế bào nấm men phát triển mạnh, ức chế phát triển vi khuẩn tạp Khi xảy tượng nhiễm khuẩn hàm lượng ethanol thu giảm hàm lượng axit tăng Do cần kiểm sốt hàm lượng axit lactic axit acetic trình lên men Trong nghiên cứu này, tỷ lệ thực SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 50 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí hiệnthanh trùng điều kiện, bổ sung lượng chất kháng khuẩn phòng ngừa (2ppm) Số liệu thu từ thí nghiệm sau: hàm lượng axit lactc t rong giấm chín (% ) 0.16 0.14 0.12 0.13 0.12 0.11 0.1 0.1 0.08 sắn gọt 70% vỏ sắn nguyên vỏ 0.06 0.04 0.02 0.02 90% - 10% 0.01- 20% 80% 70% - 30% 0.15-0.14 60% 40% 0.01-0.15 50% 50% t ỷ lệ sắn khô - sắn t ươi hàm lượng axit acetc có t rong giấm chín (%) Hình 4.31: Biểu đồ thể hàm lượng axit lactic có dịch dấm chín 0.04 0.03 0.03 0.03 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.02 0.01 sắn gọt 70% vỏ sắn nguyên vỏ 0.01 0.01 0 90% - 10% - 20% 80% 70% - 30% 60% - 40% 50% -0.02 50% t ỷ lệ sắn khơ - sắn t ươi Hình 4.32: Biểu đồ thể hàm lượng axit acetic có dịch giấm chín Nhận xét:theo thiết kế cơng nghệ Nhà máy Bio ethanol Dung Quất hàm lượng tối đa axit lactic, axit acetic có dịch sau lên men 0,15% 0,04% So sánh với yêu cầu tỷ lệ đạt nghĩa không xảy nhiễm khuẩn SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 51 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Vậy, kết cho thấy việc trộn thêm sắn tươi vào nguyên liệu không gây ảnh hưởng đến khả kháng khuẩn 4.7 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN TÁCH TRONG CHƯNG CẤT Nếu dịch giấm có khả phân tách khơng tốt gây khó khăn cho q trình chưng cất, sản phẩm sau chưng cất bị vẩn đục, nhiễm màu làm giảm chất lượng sản phẩm thương phẩm Nên cần đánh giá khả phân tách dịch giấm chín để có đánh giá đầy đủ chất lượng ethanol sinh Trong nghiên cứu này, thực chưng cất chưng cất phịng thí nghiệm Nhà máy, điều kiện chưng cất tương đương với công đoạn chưng cất thô công nghệ Nhà máy Quan sát ethanol thu từ tỷ lệ ngun liệu trong, khơng có cặn lơ lửng, tương đương với sản phẩm đỉnh từ chưng cất thô Nhà máy chứng tỏ khả chưng cất tốt Tuy nhiên, hàm lượng ethanol thu từ tỷ lệ khác khác 70 nồng độ et hanol t rong phần cất 60 50 40 sắn gọt 70% vỏ sắn nguyên vỏ 30 20 10 90% - 10% 80% - 20% 70% - 30% 60% - 40% 50% - 50% t ỷ lệ sắn khô - sắn t ươi Hình 4.33: Biểu đồ thể nồng độ ethanol thu sau chưng cất Nhận xét:với ba tỷ lệ nguyên liệu 90 – 10, 80 – 20, 70 – 30 nồng độ cồn sau chưng cất khơng chênh lệch nhiều, hai tỷ lệ cịn lại kết thu thấp, không mang lại hiệu kinh tế SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 4.8 52 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí PHÂN TÍCH TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN Để xác định tỷ lệ sắn tươi phù hợp trộn vào nguyên liệu sản xuất ethanol vận dụng vào thực tế việc tính hiệu kinh tế quan trọng Trong nghiên cứu này, tơi tính hiệu kinh tế qua việc xác định hiệu suất thu hồi ethanol tỷ lệ thí nghiệm, kết thu sau: khối lượng nguyên liệu/1 lit et hanol (kg) 4.5 4.03 3.5 3.17 3.32 2.5 2.252.29 2.32 2.37 gọt vỏ 70% nguyên vỏ 1.5 0.5 90% - 10% 2.28- 20% 80% 2.31- 30% 70% 3.1- 40% 60% 50% - 50% t ỷ lệ sắn khơ - sắn t ươi Hình 4.34: Biểu đồ thể hao phí nguyên liệu theo lít sản phẩm 99,5% Nhận xét:theo yêu cầu Nhà máy tỷ lệ sắn/m3 ethanol (99,5%) 2,249, dựa vào tỷ lệ tỷ lệ ngun liệu thí nghiệm khơng đạt, trộn sắn tươi vào nguyên liệu tỷ lệ tinh bột nguyên liệu giảm dẫn đến hiệu suất thu ethanol giảm Để đánh giá xác khách quan, tiến hành xem xét giá thành lít ethanol, với giá thành ngun liệu sắn khơ 4.700 đ/1kg giá nguyên liệu sắn tươi 1.800 đ/1kg Cơ cấu chi phí cho nguyên liệu để sản xuất ethanol với tỷ lệ trình bày bảng sau: SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp Tỷ lệ kg sắn tươi/ lít ethanol Giá thành nguyên liệu đ / lít ethanol 53 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Tỷ lệ 100% sắn khô Tỷ lệ 90% 10% Tỷ lệ 80% 20% Tỷ lệ 70% 30% Tỷ lệ 60% 40% Tỷ lệ 50% 50% 2,294 2,25 2,28 2,31 3,1 3,32 10.570 9.923 9.394 8.847 10.974 10.790 Bảng 4.11: Giá nguyên liệu tính cho lít ethanol 99,5% (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) Tỷ lệ kg sắn tươi/ lít ethanol Giá thành nguyên liệu đ / lít ethanol Tỷ lệ 100% sắn khô Tỷ lệ 90% 10% Tỷ lệ 80% 20% Tỷ lệ 70% 30% Tỷ lệ 60% 40% Tỷ lệ 50% 50% 2,24 2,29 2,32 2,37 3,17 4,03 10.570 10.099 9.558 9.077 11.222 13.098 Bảng 4.12: Giá nguyên liệu tính cho lít ethanol 99,5% (sử dụng sắn tươi cịn nguyên vỏ) So sánh giá trị (với mức giá nguyên liệu áp dụng nhà máy bio ethanol Dung Quất) tỷ lệ nguyên liệu 70% sắn khơ – 30% sắn tươi cho chi phí ngun liệu thấp nhất, tính hiệu kinh tế cao SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp CHƯƠNG 5.1 54 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ KẾT LUẬN Sắn tươi nguyên liệu tiềm cho Nhà máy Bio-ethanol, giá thành vừa phải, khoảng cách thu mua vận chuyển gần tránh tình trạng đầu tích trữ thương lái Cơng nghệ Nhà máy tiên tiến, linh hoạt dễ dàng tích hợp thêm cơng đoạn xử lý sắn tươi để áp dụng thay phần sắn khơ sắn tươi nhằm giảm chi phí sản xuất Khi sử dụng sắn tươi làm nguyên liệu Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất với tỷ lệ không 50% độ nhớt ngun liệu khơng làm ảnh hưởng tới thiết bị bơm cánh khuấy có nhà máy Sự có mặt sắn tươi khơng làm ảnh hưởng tới q trình hoạt động enzyme hồ hóa đường hóa Với tỷ lệ sắn tươi phối trộn vào nguyên liệu bé 30% (khối lượng) cho hiệu suất thu hồi ethanol tốt chi phí cho nguyên liệu giảm so với sử dụng sắn khô 100% Qua việc đánh giá tất yếu tố trình lên men sản xuất ethanol tỷ lệ trộn sắn tươi khác nhau, cho thấy tỷ lệ 70% sắn khô – 30% sắn tươi (gọt 70% vỏ) cho kết tốt 5.2 KIẾN NGHỊ Nhà máy Bio ethanol Dung Quất nhà máy khác có cơng nghệ sản xuất ethanol từ sắn lát khơ áp dụng sản xuất thử nghiệm với việc thay 10% -30% sắn lát khô sắn tươi để giảm chi phí cho sản xuất Do thời gian khơng cho phép nên nghiên cứu chưa thực việc nghiên cứu đánh giá ảnh hưởng nguyên liệu sắn tươi đến hệ thống xử lý nước thải Do đó, đề nghị nghiên cứu thêm mức độ ảnh hưởng đến khâu xử lý nước thải để có đánh giá toàn diện Nên nghiên cứu thêm thay đổi vài thông số công nghệ giới hạn cho phép tăng độ Brix dịch trộn bột, khảo sát thời gian hồ hóa, đường hóa, lên men để tìm điều kiện vận hành tối ưu thay đổi nguyên liệu SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 55 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Tham khảo thêm cơng nghệ xử lý sắn tươi thích hợp để tích hợp linh động vào cơng nghệ sản xuất ethanol, để có phương án sản xuất tối ưu, hiệu theo diễn biến thị trường nguyên liệu, nhằm chủ động sản xuất SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 56 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Dự án Biomass Bộ lượng Hoa Kỳ (http:///www1.eere.energy.gov/biomass/) [2] Pilgrim C (2009) The global fuel alcohol industry, The Alcohol school 2010, April 26 – 30, 2010, Tolouse, France [3] Pilgrim C (2009) Status of the worrldwide fuel alcohol industry p.7 – 17 In ingledew W.M., Kelsall DR., Austin G.D., and Kluhspies C (ed), The Alcohol Textbook –5th edition [4] World ethanol production forcast 2008: 2012, http://www.marketressearchanalyst.com/2008/01/26/ World ethanol production forcast 2008:2012 [5] http://vietbao.vn/Kinhte [6] http://www.hanoimoi.com.vn [7] Bộ Công thương, V.2007 Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 (Quyết định số 177/2007/QĐ – TTg) [8] Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng (2005), Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn etylic, NXB khoa học kỹ thuật Hà Nội [9] Gang, D., S Xu, J Zhou, S K Tok, and J K Shetty (2007) Presented at the The 4th International Conference on Starch Technology “Starch Update 2007”, Bangkok, Thailand [10] Keawsompong, S., K Piyachomkwan, S Walapatit, C Rodjanaridpitched, and K Sriroth (2004) Ethanol production from cassava chips: simultaneous saccharification and fermentation process (personal communication) [11] Shetty, J K.,O J Lantero, and N Dumn – Coleman (2005) Technological advances in ethanol production International Sugar Journal 107:605-606, 608610 [12] Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí Miền Trung, Báo cáo tình hình cơng tác sản xuất nhiên liệu sinh học Nhà máy Bio ethanol Dung Quất, quãng Ngãi – 2013 SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 57 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí [13] Cơng ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí Miền Trung, Báo cáo tình hình cơng tác sản xuất nhiên liệu sinh học Nhà máy Bio ethanol Dung Quất, quãng Ngãi – 2014 [14] Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí Miền Trung, Báo cáo kết điều tra khảo sát vùng sắn Quãng Ngãi – 2014 [15] Cơng ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Dầu khí Miền Trung, Số liệu thiết kế sở (FEED) – Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất, cập nhật tháng 10/2010 [16] Hồng Kim Anh, Ngơ Kế Sương, Nguyễn Xích Liêm, tinh bột sắn sản phẩm từ tinh bột sắn 2006, NXB Khoa học Kỹ thuật [17] Liquozyme SC DC – FE – APP – Liquefaction dry – milled grains [18] Nguyễn Lân Dũng, Nguyễn Đình Quyến, Phạm Văn Ty – vi sinh vật học– 2000 NXB Giáo dục [19] Yeast Care and Use – Robert Piggot – Technical Manager – Asia – Lallemand Ethanol technology SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương Đồ án tốt nghiệp 58 Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí PHỤ LỤC SVTH: Nguyễn Thị Thu Trang 10H5 HD:ThS Lê Thị Ngọc Sương ... DỤNG SẮN TƯƠI LÀM NGUYÊN LIỆU TẠI NHÀ MÁY BIO -ETHANOL DUNG QUẤT [12], [13] Nhà máy Bio -ethanol Dung Quất sử dụng nguyên liệu sắn khô để sản xuất bioethanol, với hiệu suất chuyển hóa 2,249 sắn/ ... Sương Đồ án tốt nghiệp Ngành Kỹ Thuật Dầu Khí Tổng quan cơng nghệ tình hình sản xuất kinh doanh Nhà máy Bioethanol Dung Quất; Nghiên cứu ảnh hưởng sắn tươi đến công nghệ nhà máy cách trộn thêm sắn. .. MÁY BIO -ETHANOL DUNG QUẤT 2.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO ETHANOL TẠI NHÀ MÁY BIO ETHANOL DUNG QUẤT Nhà máy sử dụng nguyên liệu sắn lát khô, sắn lát nghiền khu vực nhập liệu đến kích thước