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

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: Phòng 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 Quân – Trưởng phòng 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 phòng thí nghiệm. Đây là cơ hội để chúng em được tiếp xúc trực tiếp, tìm hiểu các thiết bị, các quá 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, quá 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. Ngoài những kiến thức chuyên môn 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 toàn lao động của các thầy cô và các anh chị kỹ sư đang công tác tại phòng 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 phòng phân tích của phòng thí nghiệm. Anh chính là người trực tiếp hướng dẫn chúng em về quy trình công 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 công tác tại phòng thí nghiệm. Chúng em xin cảm ơn cô Trần Thị Tưởng An đã tạo cơ hội cho chúng em được thực tập tại phòng 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. MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 2 MỤC LỤC 3 DANH SÁCH HÌNH VẼ 6 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHÒNG 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 – không 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 công nghệ lò hơi. 20 3.2.1 Quá trình lọc bụi. 20 3.2.2 Quá trình khí hóa 21 3.2.3 Quá trình đốt khí Syngas 21 3.2.4 Quá trình tạo hơi nước. 21 3.3 Quy trình công 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 Quá trình kiềm hóa. 24 3.3.4 Quá trình lọc ép. 24 3.3.5 Quá trình trung hòa 25 3.3.6 Quá trình tiệt trùng 25 3.3.7 Quá 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 Lò 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 Công 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 Nguyên lý hoạt động 35 4.3.9 Thông 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 : Phòng thí nghiệm – xưởng thực nghiệm nhiên liệu sinh học Biomass. 7 Hình 1.2: Vị trí phòng 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 lò lò hơi đốt trấu 20 Hình 3.3: Máy cắt thô 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: Thông số nhiệt độ hệ lò hơi 28 Hình 4.2: Quy trình hệ thống lò 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 VỀ PHÒNG THÍ NGHIỆM 1.1 Lịch sử hình thành và phát triển. Dầu mỏ và khí Condensate có vai trò 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 môi trường trong quá 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 công 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 : Phòng thí nghiệm – xưởng thực nghiệm nhiên liệu sinh học Biomass. 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 BioEthanol từ các nguồn biomass là phế thải nông nghiệp như rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía…bước đầu đã thành công ở quy mô phòng 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 vòng 5 năm (2009 – 2014) trong khuôn 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 mô nhỏ tại khu vực. Từ đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp các nhiên – vật liệu sinh học. Trong khuôn khổ dự án, hai mô hình thí điểm về “Tổ hợp thử nghiệm quá trình chế biến sinh khối” và “Mô 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 phòng 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 mô phòng thí nghiệm, hiểu được toàn 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 phòng 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

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 Biomass TP Hờ 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 – tạo điều kiện thuận lợi để chúng em có hội thực tập phịng thí nghiệm Đây hội để chúng em tiếp xúc trực tiếp, tìm hiểu thiết bị, q trình hóa lý hóa học học tập điều kiện thực tế, yếu tố kỹ thuật quy trình vận hành sản xuất thực tế Qua đó, q trình thực tập giúp chúng em củng cố thêm kiến thức học biết cách sơ vận hành vào thực tế Ngồi kiến thức chun mơn ra, chúng em học hỏi nhiều kỹ năng, tinh thần làm việc nghiêm túc, tuân thủ chặc chẽ kỹ luật nội quy an toàn lao động thầy cô anh chị kỹ sư cơng tác phịng thí nghiệm Đây tố chất quan trọng cần thiết cho người kỹ sư Chúng em xin gởi lời cám ơn đến anh Lê Nguyễn Phúc Thiên – Tổ trưởng phòng phân tích phịng thí nghiệm Anh người trực tiếp hướng dẫn chúng em quy trình cơng nghệ thiết bị, giải đáp thắc mắc chia sẻ kinh nghiệm, tình thực tế gặp phải suốt thời gian anh cơng tác phịng thí nghiệm Chúng em xin cảm ơn Trần Thị Tưởng An tạo hội cho chúng em thực tập phịng thí nghiệm tạo điều kiện thuận lợi để phát triển kỹ cần thiết cho môi trường lao động chuyên nghiệp sau Page MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.1 Lịch sử hình thành phát triển 1.2 Địa điểm xây dựng .8 1.3 Cơ cấu tổ chức nhân 1.4 Sản phẩm sơ đồ bố trí mặt 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 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 20 3.2.1 Quá trình lọc bụi 20 3.2.2 Q trình khí hóa 21 3.2.3 Quá trình đốt khí Syngas 21 3.2.4 Quá trình tạo 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 .23 3.3.3 Q trình kiềm hóa 24 3.3.4 Quá trình lọc ép 24 3.3.5 Q trình trung hịa 25 3.3.6 Quá trình tiệt trùng 25 3.3.7 Quá trình thủy phân 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 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 Công 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 tháo liệu 35 4.3.8 Nguyên lý hoạt động 35 4.3.9 Thông số kỹ thuật 36 4.3.10 Khắc phục 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 Hình 1.2: Vị trí phịng thí nghiệm Hình 1.3 : Cơ cấu tổ chức nhân Hình 1.4 : Sơ đồ bố trí mặt tầng 10 Hình 1.5 : Bên xưởng thực nghiệm 11 Hình 1.6: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng .11 Hình 1.7: Sơ đồ thiết bị thí nghiệm tầng .12 Hình 2.1: Cấu trúc rơm 14 Hình 2.3: Các đơn vị mắt xích Lignin cách liên kết 15 Hình 2.4 : Cơ chế lên men nấm men .17 Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình sản xuất 18 Hình 3.2: Hệ thống lò lò đốt trấu .20 Hình 3.3: Máy cắt thô máy cắt tinh 22 Hình 3.4: Máy nổ .23 Hình 3.5: Phản ứng Lignin với dung dịch xút .24 Hình 3.6: Máy ép khung lọc 24 Hình 3.7: Tháp chưng cất .26 Hình 4.1: Thơng số nhiệt độ hệ lị 28 Hình 4.2: Quy trình hệ thống lị đốt trấu 29 Hình 4.3: Sơ đồ đường ống thiết bị thủy phân lên men 33 Hình 4.4: Sơ đồ tháp chưng cất thô 36 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ĐƠN VỊ THỰC TẬP CHƯƠNG : TỔNG QUAN VỀ PHỊNG THÍ NGHIỆM 1.1 Lịch sử hình thành phát triển Dầu mỏ khí Condensate có vai trị quan trọng công nghiệp lượng giới Đây nguồn nguyên liệu quan trọng để sản xuất nhiên liệu phục vụ cho giao thông vận tải Tuy nhiên, dầu mỏ khí Condensate nguồn tài nguyên phục hồi sau khai thác với ảnh hưởng đến mơi trường q trình khai thác vận chuyển yêu cầu người cần phải tìm nguồn lượng khác hiệu Nhằm đáp ứng nhu cầu đó, Ethanol sinh học xem xét nghiên cứu để thay cho nhiên liệu xăng truyền thống để giảm tác động môi trường nguồn tài ngun hóa thạch Hiện cơng nghệ sản xuất xăng sinh học từ ethanol với nguyên liệu sắn, ngô, khoai…rất phổ biến giới Tuy nhiên với nguồn nguyên liệu từ thực phẩm gây ảnh hưởng đến an ninh lương thực lãng phí Do đó, xuất nhiều nghiên cứu tìm kiếm nguồn ngun liệu từ phế phẩm nông nghiệp 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 Ở nước ta, dự án “Kết hợp bền vững nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến biomass” JICA (Japanese International Cooperation Agency - Cơ quan Hợp Tác Quốc Tế Nhật Bản) tài trợ, có nhiệm vụ xây dựng phát triển công nghệ sản xuất Bio-Ethanol từ nguồn biomass phế thải nông nghiệp rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía…bước đầu thành cơng ở quy mơ phịng thí nghiệm Sản phẩm ứng dụng vào mục đích làm nhiên liệu cho động thiết bị đốt công nghiệp Dự án JICA thực vịng năm (2009 – 2014) khn khổ hợp tác nghiên cứu trường Đại học Bách Khoa Tp.HCM Viện Khoa học Công nghiệp thuộc trường Đại học Tokyo, với tham gia viện quan nghiên cứu liên quan Dự án hướng đến xây dụng phương pháp luận nhằm kết hợp bền vững nông nghiệp địa phương với công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế phương pháp sinh học quy mô nhỏ khu vực Từ đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp nhiên – vật liệu sinh học Trong khuôn khổ dự án, hai mơ hình thí điểm “Tổ hợp thử nghiệm trình chế biến sinh khối” “Mơ hình xưởng thực nghiệm kết hợp bền vững nông nghiệp địa phương công nghiệp chế biến sinh khối” thiết lập Bắt đầu triển khai xây dựng từ năm 2009, đến cuối năm 2010 phịng thí nghiệm lượng sinh học – xưởng thực nghiệm dự án, hoàn thành bước đầu vào hoạt động năm 2011 Mục tiêu nghiên cứu xưởng thực nghiệm phản hồi lại mục tiêu chung dự án, triển khai kết thí nghiệm đạt ở quy mơ phịng thí nghiệm, hiểu tồn quy trình hệ thống, cải tiến phát triển trang thiết bị 1.2 Địa điểm xây dựng Xưởng thực nghiệm với tên gọi phịng thí nghiệm lượng sinh học, xây dụng khuôn viên trường Đại học Bách Khoa TP.HCM xưởng nằm sau lưng tòa nhà C4 C5, từ cổng trường Đại học Bách Khoa (đường Tô Hiến Thành) thẳng vào khoảng 100m thấy nằm bên phải Hình 1.2: Vị trí phịng thí nghiệm 1.3 Cơ cấu tổ chức nhân Tổ chức nhân phịng thí nghiệm gồm nhân thể hình 1.3: Hình 1.3 : Cơ cấu tổ chức nhân 3.4.3 Q trình kiềm hóa Mục đích: nhằm loại bỏ thành phần Lignin có rơm Nguyên lý: Lignin tan dung dịch xút, thơng qua q trình lọc ép tách phần rơm phần dung dịch hịa tan Lignin Hình 3.5: Phản ứng 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 giữ lại khung, phần nước thải qua lỗ nhỏ khung Hình 3.6: Máy ép khung lọc 3.4.5 Quá trình trung hòa Mục đích: trung hòa xút rơm, đưa rơm giá trị pH tối ưu cho trình thủy phân lên men đồng thời Trung hòa pH cao nước thải sau q trình kiềm hóa để thải ngồi mơi trường Ngun lý: dùng dung dịch HCl phản ứng trung hòa với NaOH dư 3.4.6 Quá trình tiệt trùng Mục đích: nhằm loại bỏ tồn vi sinh vật chuẩn bị cho trình thủy phân lên men đồng thời Trong rơm tồn vi sinh vật, vi sinh vật phát triển cạnh tranh với nấm men khiến trình lên men bị giảm hiệu suất xuất sản phẩm phụ Vì vậy, để đảm bảo hiệu suất chất lượng sản phẩm, cần phải diệt hết vi sinh vật trước cấy nấm men Nguyên lý: sử dụng nhiệt độ cao từ nước nhiệt để diệt hết vi sinh vật Điều kiện tiệt trùng 90oC 15 phút Thiết bị: tiệt trùng bồn thủy phân lên men đồng thời Thiết bị có dạng vỏ áo, nước nhiệt đưa vào phần áo giúp gia nhiệt khối rơm bên Yếu tố ảnh hưởng: nhiệt độ thời gian tiệt trùng 3.4.7 Quá trình thủy phân lên men Mục đích: chuyển hóa Cellulose rơm thành Ethanol Nguyên lý: dụng enzyme Cellulase xúc tác phản ứng thủy phân cắt mạch Cellulose thành đường Glucose Ngay lặp tức, nấm men sử dụng đường Glucose lên men thành Ethanol Thiết bị: bồn thủy phân lên men Yếu tố ảnh hưởng: 3.4.8  Nhiệt độ để nấm men enzyme hoạt động tốt 35oC  pH tối ưu từ 4.6 –  Thời gian khoảng ngày Quá trình chưng cất Mục đích: nhằm thu sản phẩm Ethanol với độ tinh khiết cao (95%) Nguyên lý: sử dụng trình chưng cất, dựa chênh lệch nhiệt độ bay để thu sản phẩm với độ tinh khiết cao Thiết bị: gồm tháp mâm để chưng cất thô tháp đệm để chưng cất tinh Yếu tố ảnh hưởng: lượng nhập liệu, lượng hoàn lưu, số bậc chưng cất Hình 3.7: Tháp chưng cất CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ CHƯƠNG 4: THIẾT BỊ CHI TIẾT 4.1 Lò khí hóa lò 4.1.1 Kích thước Chiều cao thiết bị: 2612mm Chiều cao chân đỡ: 950mm Đường kính trục cánh khuấy: 76.3mm Đường kính cánh khuấy: 750mm Đường kính thiết bị: 1255mm Đường kính trong: 800mm 4.1.2 B̀ng khí hóa Buồng khí hố có dạng hình trụ đứng đặt chân đỡ hình, bên lắp đặt vít tải vận chuyển vỏ trấu từ hệ thống Cyclone xuống Phía nắp cịn có cửa thơng với buồng đốt – nơi di chuyển khí Syngas sau tạo thành Bên thành cịn có cửa quan sát hình vng Bên khơng gian rỗng có trục khuấy Trục khuấy gồm cánh khuấy nằm trục Mục đích việc sử dụng cánh khuấy nhằm đảm bảo vỏ trấu cháy đều, tránh nhiệt cục ảnh hưởng đến q trình khí hố thiết bị, đồng thời hỗ trợ cho việc đẩy than ngồi Dưới đáy hình trụ có cửa tháo than Than sau hình thành vít tải vận chuyển đến thùng chứa than Quạt hút hút khơng khí từ phía đáy thiết bị để đảm bảo trì cháy bên buồng than hố 4.1.3 Vật liệu chế tạo Thành buồng khí hóa gồm có lớp vật liệu: 4.1.4  Lớp gạch chịu lửa  Lớp cách nhiệt  Khung kim loại chịu lực Công suất Công suất động cơ: 0.2kW Page 27 Tốc độ quay rotor: 25Hz 4.1.5 Năng suất Năng suất nhập liệu: 55 – 65 kg/h Lượng than sinh ra: 15 – 25 kg/h Lưu lượng khơng khí đưa vào q trình khí hóa: 22 m3/h 4.1.6 Thơng số kỹ thuật Hình 4.1: Thơng số nhiệt độ hệ lò T7: Nhiệt độ tro than thải ở buồng khí hóa: 500 – 6500C T1: Nhiệt độ dịng khí syngas: 79 – 840C T2: Nhiệt độ buồng đốt khí syngas: 700 – 8200C T4: Nhiệt độ dịng khí vào lị hơi: 490 – 5400C T5: Nhiệt độ dịng khí khỏi lị hơi: 130 – 1400C T6: Nhiệt độ dịng khí thải (dịng khí nóng hịa trộn với khơng khí): 190 – 2000C Áp suất khỏi thiết bị at 4.1.7 Nguyên tắc vận hành Trấu trục vít đưa vào buồng khí hóa, dùng LPG để đốt cháy trấu ban đầu đồng thời khởi động quạt gió từ phía bên Khoảng phút sau, q trình “khí hóa” xảy cháy khí kéo dài liên tục từ 14 – 40 phút (tùy lượng trấu đổ vào lò), nhiệt độ miệng lò từ 250 – 350oC Q trình tạo khí Syngas với ngun liệu từ xuống Khi từ xuống, trọng lượng kích thước trấu giảm dần tham gia phản ứng nhiệt phân, phản ứng khử, phản ứng cháy Khơng khí từ lên lần lượt qua vùng cháy, vùng khử, vùng nhiệt phân, vùng sấy tầng không đỉnh lò Vùng ghi lò: nơi chứa xỉ lò Nhờ gió từ lên làm giảm nhiệt nên nhiệt độ ở vùng tương đối thấp Lượng Oxy khơng khí cấp vào giảm chút phản ứng với phần trấu lại xỉ Hình 4.2: Quy trình hệ thống lị đốt trấu 4.1.8 Sự cố Khi lò đốt bị nhiệt tốc độ khí Syngas sinh q nhiều lúc cần giảm lượng khơng khí cấp vào lị khí hóa để làm giảm lượng Syngas sinh Trường hợp, lượng nóng sinh lị đốt q nhiều (> 850 oC) thải qua đường ống dẫn bố trí sẵn phía lị đốt 4.2 Bồn thủy phân lên men đồng thời 4.2.1 Kích thước Thân hình trụ đứng đường kính d=900 mm, chiều cao h=1049 mm Nắp ellip có chiều cao h=174 mm Đáy hình ellip:  Đường kính: d=900 mm  Chiều cao: 222 mm Vỏ áo:  Đường kính trong: 950 mm  Đường kính ngồi: 1010 mm  Chiều cao: 1031 mm Chiều dài cánh khuấy: l=450 mm 4.2.2 Cấu tạo Là thiết bị hình trụ Thân: đặt chân đỡ cao khoảng 1.2m, bên thiết bị có chắn cánh khuấy mái chèo tầng gắn với động quay cánh khuấy đặt nắp thiết bị, dung tích 800L Thân cịn gắn kính quan sát Nắp: hình ellip, nắp có cửa nhập liệu kính quan sát Thân nắp gắn với mặt bích Đáy: hình ellip, đáy có đường ống tháo nước ngưng cửa tháo sản phẩm Vỏ áo: bao xung quanh thân đáy thiết bị 4.2.3 Vật liệu SUS 304 4.2.4 Công suất Động điện quay cánh khuấy có cơng suất 2.2 KW, tần số 80 Hz 4.2.5 Năng suất Tùy lượng nhập liệu 4.2.6 Cơ chế hoạt động Trong suốt trình lên men, quan trọng vơ trùng việc đầu tiên quan trọng khử trùng thiết bị lên men – thủy phân đồng thời Tiến hành khử trùng thiết bị gián tiếp nước thông qua vỏ áo Nguyên liệu sau trình tiền xử lý cho vào thiết bị với enzyme nấm men qua cửa nhập liệu ở phía thiết bị Nhiệt độ để nấm men enzyme hoạt động tốt 35 0C trình lên men, nhiệt độ bên mơi trường lên men lên đến 40 – 450C hay hạ xuống thấp 350C, lúc ta cần ổn định nhiệt độ thiết bị ở 350C nhờ nước làm mát ở vỏ áo thiết bị gia nhiệt tự động để trình lên men – thủy phân đồng thời diễn với hiệu suất cao Khi thiết bị hoạt động q trình lên men giải phóng khí CO 2, khí khỏi thiết bị nhờ lỗ ở phía đỉnh thiết bị Khi thiết bị hoạt động, cánh khuấy bên thiết bị hoạt động liên tục nhằm giúp trình thủy phân lên men đồng thời xảy liên tục đặn 4.2.7 Thơng số kỹ thuật Áp suất khí Nhiệt độ:  Giai đoạn tuyệt trùng: nhiêt độ khoảng 900C vòng 15 phút  Giai đoạn thủy phân lên men: nhiệt độ phù hợp 30 – 350C Thời gian yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Thời gian lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố nhiệt độ lên men, nồng độ đường, chủng nấm men, nồng độ sản phẩm 4.2.8 Nguyên tắc vận hành Nước đưa vào bên thiết bị Hơi nước từ nồi (Boiler) qua van ngả, tiếp tục qua van ngả sau vào vỏ áo thiết bị để gia nhiệt cho bên Hơi nước vào gia nhiệt sau trao đổi nhiệt ngưng tụ lấy ở phía lớp vỏ thiết bị, sau thải ngồi Q trình tiến hành liên tục đến nhiệt độ đạt khoảng 90 0C, nước bốc lên bên thiết bị lấy từ đỉnh thiết bị lên men qua van ngả ngưng tụ thiết bị ngưng tụ nước Lượng nước ngưng tụ nhập chung với nước lạnh từ bể chứa Quá trình khử trùng làm thiết bị lên men diễn ở 90 0C 15 phút, sau ngưng cung cấp nhiệt để nhiệt độ thiết bị giảm xuống 350C tiến hành nhập liệu Lượng nguyên liệu cho vào thiết bị lên men – thủy phân đồng thời chia làm nhiều lần, lần 10 kg cho vào lúc cánh khuấy bị kẹt bởi khối vật chất, không khuấy được, enzyme làm việc hiệu chất nhiều làm nấm men khó tiếp xúc với Glucose để thực trình lên men Lượng nguyên liệu chưa nhập bảo quản lạnh để hạn chế xâm nhiễm Tỷ lệ enzyme Cellulase cho vào khoảng 1.875% enzyme/biomass Tỷ lệ nấm men cấy vào tính theo cơng thức: 0.5 x lượng nước lên men lượng men = lượng rơm x 20 (hoặc 40 lần pha loãng) Để làm mát thiết bị, nước dùng chất trao đổi nhiệt thông qua lớp vỏ áo Nước làm mát đưa từ bồn làm mát qua bơm, sau vào lớp vỏ áo từ phía bên dưới, nước sau trao đổi nhiệt nóng lên khỏi vỏ áo ở phía trên, qua van ngả, tiếp tục qua thiết bị gia nhiệt tự động sau quay lại bồn làm mát làm mát Cũng q trình nhập liệu, nhiệt độ hạ xuống 350C Lúc đầu dò nhiệt độ cấp tín hiệu điều khiển, thiết bị gia nhiệt tự động hoạt động tăng nhiệt nhằm đảm bảo nhiệt độ thiết bị ổn định ở 350C Khi thiết bị gia nhiệt tự động hoạt động, dòng nước sau vào làm mát qua thiết bị gia nhiệt tự động không bồn làm mát mà gia nhiệt thiết bị gia nhiệt tự động sau qua bơm vào trao đổi nhiệt với thiết bị thông qua lớp vỏ áo Khi nhiệt độ thiết bị thủy phân – lên men đồng thời đạt yêu cầu thiết bị gia nhiệt tự động ngưng hoạt động, trình trao đổi nhiệt lại diễn bình thường Khi trình kết thúc sản phẩm thu có dạng huyền phù nên rút sản phẩm có phần khó khăn Thiết bị máy nén dùng để cung cấp khí nén để rút sản phẩm ngồi dễ dàng Khí nén nén vào qua van ngả sau vào phía thiết bị, khí nén ép sản phẩm khỏi thiết bị lên men dễ dàng Ngoài cịn có bóng đèn thắp sáng thơng qua kính đỉnh thiết bị để q trình thủy phân xảy tốt enzyme hoạt động tốt có thêm tác dụng ánh sáng Hình 4.3: Sơ đồ đường ống thiết bị thủy phân lên men 4.2.9 Sự cố Để bổ sung nguồn nitơ cho trình sinh trưởng phát triển nấm men cần bổ sung thêm 1% CSL Trong suốt trình lên men pH môi trường phải ở khoảng 4.6 – 5.0 Nếu trình lên men pH giảm cho NaOH vào để trì lại pH phù hợp van ở phía thiết bị Q trình nhập liệu vào thiết bị làm cho pH mơi trường tăng, lúc cần cho vào Acid Citric để để đưa pH phù hợp 4.3 Tháp chưng cất 4.3.1 Kích thước Tháp chưng cất thơ -Tháp mâm chóp: 4.3.2  Chiều cao từ đỉnh tháp đến đáy 3600mm  Nồi đun: chiều cao 900mm, đường kính 550mm  Tháp có đường kính 250mm, chiều cao mâm 250mm  Mâm chóp gắn ốc vào thân thiết bị, mâm có 17 chóp đường kính 25mm  Ống chảy tràn có đường kính 43mm, đường kính ngồi 45mm  Chiều cao chân đỡ 460mm  Cửa nhập liệu ở phía nồi đun có đường kính 70mm  Ống tháo sản phẩm đáy đường kính 84mm Cấu tạo Thiết bị hoạt động gián đoạn gồm phần đế tháp chưng cất  Phần đế: dùng để nâng đỡ toàn thiết bị, thuận tiện việc vận hành, vệ sinh, bảo dưỡng  Phần tháp chưng: gồm nồi đun đáy tháp, mâm chóp, thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp Tồn thân thiết bị bọc lớp cách nhiệt  Phần nồi đun đáy tháp: cấp nhiệt nước gián tiếp qua lớp vỏ áo Phía đáy nồi có ống tháo sản phẩm đáy Ngồi cịn có đồng hồ áp đo áp suất nồi, đầu đo nhiệt độ dung dịch Phần mâm chóp: tháp gồm mâm Mỗi mâm có cửa quan sát Mâm có 17 chóp, đường kính chóp 25mm bố trí theo kiểu tam giác Ống chảy tràn có đường kính 45mm Chiều cao đoạn 250mm Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp: hình ống trụ, có chiều dài 0,67m; thiết bị ngưng tụ kiểu ống chùm truyền nhiệt ngược chiều, nước lạnh chảy bên ống từ lên, từ tháp chưng từ xuống 4.3.3 Vật liệu chế tạo SUS 304 4.3.4 Năng suất Năng suất nhập liệu: 80kg/ mẻ 4.3.5 Hiệu suất Hiệu suất chưng thơ trung bình 83,5% 4.3.6 Công dụng Dùng cất hỗn hợp sản phẩm lên men (Ethanol 3-5% cặn rơm) thành ethanol với nồng độ cao vào khoảng 70% 4.3.7 Vị trí nhập liệu tháo liệu Cửa nhập liệu ở phía nồi đun có đường kính 70mm Ống tháo sản phẩm đáy đường kính 70mm 4.3.8 Nguyên lý hoạt động Thực trình chưng cất gián đoạn tháp chưng cất thô, dùng cất hỗn hợp sản phẩm lên men (Ethanol 3-5% cặn rơm) thành ethanol với nồng độ cao vào khoảng 70% Ethanol sau chưng cất tiếp tục đưa qua tháp chưng cất tinh để làm tăng nồng độ Nồng độ Ethanol thu sau trình chưng cất tinh vào khoảng 95.6%, nồng độ ethanol hỗn hợp Ethanol – nước thu điểm đẳng phí, nhiệt độ lỏng sôi hỗn hợp 78.150C Nhập liệu gián đoạn vào nồi đun đáy tháp theo mẻ, mẻ khoảng 80 kg Được cấp nhiệt nước gián tiếp phía vỏ áo để đun sơi dung dịch Các chất rắn nước có nhiệt độ sơi cao thu ở đáy Ethanol có nhiệt độ sơi thấp dần bay lên đỉnh tháp qua thiết bị ngưng tụ Một phần hoàn lưu tháp ngưng tụ, phần lại sản phẩm ta thu Khi nhiệt độ dung dịch (nhiệt độ đáy) đạt 98oC ta dừng trình Hình 4.4: Sơ đồ tháp chưng cất thô 4.3.9 Thông số kỹ thuật Áp suất: Áp suất làm việc áp suất nước áp suất khí Nhiệt độ: Nhiệt độ dung dịch đầu vào nhiệt độ phòng nhiệt độ dung dịch đạt 98oC ta dừng trình Thời gian lưu: tùy thuộc vào lượng nước cấp cho nồi đun 4.3.10 Khắc phục cố Khi lượng ở tháp không ngưng tụ kịp thiết bị ngưng tụ thiếu nước làm mát dẫn qua thiết bị ngưng tụ phụ NHẬN XÉT VÀ KIẾN NGHỊ Phịng thí nghiệm Năng lượng sinh học vận hành ở quy mô pilot quy trình cơng nghệ thiết thực đời sống Nếu quy trình thuận lợi đưa vào cơng nghiệp giúp giải nhiều vấn đề:  Giảm sức ép nhiên liệu hóa thạch  Có nhiên liệu sinh học mà không ảnh hưởng tới vấn đề an ninh lương thực  Syngas thay cho Gas  Phế phẩm nông nghiệp tận dụng mang lại hiệu kinh tế cao cho ngành nông nghiệp đồng thời giảm thiểu vấn đề ô nhiễm mơi trường phế phẩm nơng nghiệp Quy trình sản xuất Ethanol từ rơm trấu có ý nghĩa lớn nước có nơng nghiệp lúa nước Việt Nam Page 37 TÀI LIỆU THAM KHẢO Talebnia F, Karakashev D, Angelidaki I Production of bioethanol from wheat straw: An overview on pretreatment, hydrolysis and fermentation Bioresour Technol 2010 Sang Jun Yoon, Yung-Il Son, Yong-Ku Kim, Jae-Goo Lee Gasification and power generation characteristics of rice husk and rice husk pellet using a downdraft fixed-bed gasifier 2012 M E Hoque, F Rashid, S S Aziz, M N Rahman, and Pronob Das Process analysis and gasification of rice husk by using downdraft fixed bed gasifier 2019 Page 38 ... phương với công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế phương pháp sinh học quy mô nhỏ khu vực Từ đó, xây dựng chu trình tự cung tự cấp nhiên – vật liệu sinh học Trong khuôn... sản xuất nhiên liệu Ethanol sinh học từ nguồn nguyên liệu phế phẩm nông nghiệp rơm rạ trấu Rơm rạ nguồn phế thải nông nghiệp, bao gồm phần thân cành lúa, sau tuốt hạt lúa Rơm rạ chiếm khoảng... nhu cầu đó, Ethanol sinh học xem xét nghiên cứu để thay cho nhiên liệu xăng truyền thống để giảm tác động môi trường nguồn tài ngun hóa thạch Hiện cơng nghệ sản xuất xăng sinh học từ ethanol với