Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp thụ

Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp thụ

Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU (size 15) KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM (size 13) NGUYỄN VĂN Y (size 13) TÊN ĐỀ TÀI (size 16 hay 18 tùy theo số chữ trên đề tài) in hoa và đậm ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC (size 13) Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HOC (size 13) Người hướng dẫn GS. TS. NGUYỄN VĂN X (in đậm, size 13) TS. LÊ THỊ Y (in đậm, size 13) TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA - VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM TRỊNH ĐÌNH MINH NGHIÊN CỨU – KHẢO SÁT KHẢ NĂNG SẢN XUẤT CỒN TUYỆT ĐỐI TỪ DỊCH ÉP TRÁI ĐIỀU BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHƯNG CẤT VÀ HẤP PHỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Ngành CÔNG NGHỆ KỸ THUẬT HÓA HỌC Người hướng dẫn Th.S. DIỆP KHANH BÀ RỊA – VŨNG TÀU, NĂM 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu TRƯỜNG ĐH BÀ RỊA VŨNG TÀU KHOA HÓA HỌC & CNTP CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc ------o0o----- NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Trịnh Đình Minh Ngày, tháng, năm sinh: 20 – 11 - 1990 Ngành: Công nghệ kỹ thuật hóa học MSSV: 0852010100 Nơi sinh: Thanh Hóa I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp phụ. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Đưa ra được quy trình sản xuất cồn tuyệt đối từ dịch ép trái điều.  Tổng hợp được vật liệu zeolite 3A. III. NGÀY GIAO NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN: 20 – 2 - 2012 IV. NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: 25 – 6 – 2012 V. HỌ TÊN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN: Th.S Diệp Khanh CÁN BỘ HƯỚNG DẪN Bà Rịa – Vũng Tàu, Ngày 31 tháng 7 năm 2012 SINH VIÊN THỰC HIỆN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Th.S Diệp Khanh Trịnh Đình Minh TRƯỞNG BỘ MÔN TRƯỞNG KHOA (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Th.S Vũ Thị Hồng Phượng PGS.TS Nguyễn Văn Thông Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu i LỜI CẢM ƠN Xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Ban giám hiệu trường Đại học Bà Rịa – Vũng Tàu, quý Thầy cô trong khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm, đặc biệt là thầy Diệp Khanh đã giành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu, giúp đỡ và tạo điều kiện cho em hoàn thành bài báo cáo này. Nhân đây, tôi cũng muốn cảm ơn đến những người bạn của tôi đã luôn ở bên động viên, khích lệ tôi trong suốt thời gian nghiên cứu đề tài này. Mặc dù tôi đã cố gắng hoàn thiện báo cáo bằng tất cả sự nhiệt tình và năng lực của mình, tuy nhiên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được những đóng góp quí báu của quí thầy cô và các bạn. Sinh viên thực hiện TRỊNH ĐÌNH MINH Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu ii LỜI MỞ ĐẦU Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và phát triển bền vững, trong vài thập kỷ qua, nhiều quốc gia đã tập trung nghiên cứu và sử dụng nhiên liệu sinh học (NLSH) để thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch, tiến tới xây dựng một ngành nhiên liệu sạch tại quốc gia mình. Các dạng nhiên liệu sạch như thủy năng, năng lượng nguyên tử, đặc biệt là các dạng năng lượng tái tạo được như năng lượng mặt trời, năng lượng gió và NLSH đang được đầu tư phát triển trên khắp thế giới [13]. Trước nhu cầu về nhiên liệu rất lớn cũng như trước tình trạng ô nhiễm môi trường hiện nay, Chính phủ Việt Nam đã xác định NLSH là ngành công nghiệp mũi nhọn cần được ưu tiên đầu tư và phát triển để giảm bớt sự phụ thuộc vào nguồn năng lượng hóa thạch. Đề án phát triển NLSH đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 của Bộ Công thương đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tháng 11-2007. Việt Nam là một nước có nền kinh tế nông nghiệp tương đối phát triển với thế mạnh là ngành trồng trọt, đặc biệt là ngành điều với sản lượng điều xuất khẩu đứng đầu trên thế giới và những năm gần đây kim ngạch xuất khẩu điều tăng liên tục [11]. Bên cạnh đó, ngành trồng trọt rau củ quả cũng phát triển rất mạnh nên đây là một lợi thế rất lớn để phát triển NLSH. Với một diện tích trồng điều rộng lớn trải dài từ Đông nam bộ đến Tây nguyên và duyên hải miền trung, nước ta đang có một tiềm năng lớn về nguyên liệu để sản xuất etanol từ thịt trái điều. Trước đây, thịt trái điều sau khi thu hoạch lấy hạt thì chỉ một phần nhỏ được sử dụng để làm thức ăn cho gia súc, còn phần lớn bị bỏ đi như là một phế phẩm trong nông nghiệp, nên không mang lại hiệu quả kinh tế cao và rất lãng phí [16]. Trong khi đó, nếu dùng thịt quả điều để sản xuất cồn (ethanol) tuyệt đối làm phụ gia pha xăng sẽ tận dụng được nguồn nguyên liệu này, giúp tiết kiệm cho ngân sách quốc gia hàng nghìn tỷ đồng từ việc nhập khẩu xăng dầu, làm giảm thâm hụt thương mại ( phần lớn lượng xăng dầu của nước ta đang phải nhập khẩu, mà nguyên liệu dầu thô lại ít ỏi ). Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iii Hiện nay, các nước đang sản xuất ethanol từ phế phẩm nông nghiệp như Mỹ, Hàn Quốc, Brazil và thậm chí Thái Lan, Trung Quốc, Philippin đã sản xuất được Ethanol để pha trộn với xăng [15]. Ở Việt Nam , việc sản xuất ethanol từ thịt trái điều để làm phụ gia pha vào xăng mới chỉ dừng lại ở khuôn khổ phòng thí nghiệm, một số ít ở quy mô nhỏ lẻ và chưa được ứng dụng rộng rãi. Do đó, đề tài: “Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn tuyệt đối từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp phụ” có khả năng ứng dụng rộng rãi trên quy mô công nghiệp, sản xuất phụ gia pha xăng mang lại hiệu quả kinh tế cao. Trong đồ án này, rây phân tử zeolit 3A được tổng hợp từ nguồn hóa chất Việt Nam để làm chất hấp phụ. Các yếu tố về loại men, lượng men bổ sung và nhiệt độ hấp phụ để sản xuất cồn nhiên liệu từ dịch điều đã được nghiên cứu và thảo luận. Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu iv MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn .i Lời mở đầu ii Danh mục các hình vii Danh mục các bảng .ix Danh mục các sơ đồ .x Các chữ viết tắt .xi Chương 1: Tổng quan tài liệu .1 1.1. Giới thiệu về nguyên liệu sản xuất .1 1.1.1. Nguồn gốc và tình hình phát triển của ngành điều Việt Nam 1 1.1.2. Yêu cầu về sinh thái của cây điều .2 1.1.3. Các thành phần của trái điều 3 1.1.4. Tanin trong trái điều .5 1.1.5. Các nghiên cứu về tận dụng trái điều 6 1.2. Tổng quan về cồn 8 1.2.1. Một số chế phẩm từ cồn .10 1.2.2. Sản xuất cồn .10 1.2.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn 12 1.3. Tổng quan về nấm men Saccharomyces cerevisiae 16 1.3.1. Hình dạng, cấu tạo và sinh sản .16 1.3.2. Các giai đoạn sản xuất Saccharomyces cerevisiae thương phẩm 18 1.3.3. Lên men rượu từ nấm men .19 1.4. Công nghệ làm khan cồn 21 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu v 1.4.1. Phương pháp chưng cất 21 1.4.2. Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc 24 1.4.3. Phương pháp sử dụng màng pervaporation .25 1.5. Sơ lược về vật liệu zeolite 27 1.5.1. Giới thiệu về zeolite .27 1.5.2. Phân loại zeolite .27 1.5.3. Sự hình thành cấu trúc zeolite 28 1.5.4. Tính chất chọn lọn hình dạng của zeolite 30 1.5.5. Phương pháp tổng hợp zeolite A 33 1.6. Một số nghiên cứu liên quan đến đề tài .35 Chương 2: Thực nghiệm 37 2.1. Vật liệu nghiên cứu .37 2.2. Thiết bị và dụng cụ .37 2.3. Phương pháp nghiên cứu 37 2.4. Phương pháp tiến hành .39 2.4.1. Thí nghiệm 1: Tổng hợp zeolit 3A .39 2.4.2. Thí nghiệm 2: Ảnh hưởng của hai loại men: men rượu và men ép tới quá trình lên men 42 2.4.3. Thí nghiệm 3: Ảnh hưởng của các tỉ lệ men đến sự lên men .43 2.4.4. Thí nghiệm 4: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến quá trình làm khan cồn bằng zeolit 3A ở pha lỏng 44 Chương 3: Kết quả và bàn luận 46 3.1. Kết quả tổng hợp zeolite 3A .46 3.2. Kết quả khảo sát khả năng lên men của hai loại men .47 3.3. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của các tỉ lệ men đến khả năng lên men .50 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vi 3.4. Kết quả khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng làm khan cồn của zeolite ở pha lỏng .52 Chương 4: Kết luận và đề nghị .54 4.1. Kết luận .54 4.2. Đề nghị .54 Tài liệu tham khảo .55 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu vii DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Hoa và trái điều 1 Hình 1.2: Hình dạng và cấu tạo trái điều 3 Hình 1.3: Một số sản phẩm từ nước điều 7 Hình 1.4: Hình dạng và cấu tạo của nấm men Saccharomyces cerevisiae .16 Hình 1.5: Sự sinh sản vô tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae .17 Hình 1.6: Cơ chế sinh sản hữu tính ở nấm men Saccharomyces cerevisiae. .18 Hình 1.7: Sơ đồ sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp trích ly ở Brazil. .22 Hình 1.8: Thiết bị chưng cất phân tử 23 Hình 1.9: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị loại màng pervaporation 25 Hình 1.10: Cấu trúc cơ bản của zeolite .28 Hình 1.11: Các đơn vị cấu trúc thứ cấp (SBU) trong cấu trúc của zeolite .29 Hình 1.12: Sơ đồ minh họa quá trình hình thành Zeolite 29 Hình 1.13: Sự chọn hình dạng chất tham gia phản ứng. .30 Hình 1.14: Sự chọn lọc hình dạng sản phẩm phản ứng .30 Hình 1.15: Sự chọn lọc sản phẩm theo trạng thái tạo thành của hợp chất trung gian .31 Hình 2.1: Mô hình thí nghiệm trao đổi cation giữa zeolite 4A với KCl. .40 Hình 2.2: Sơ đồ tia tới và tia phản xạ trên tinh thể. 41 Hình 2.3: Mô hình thí nghiệm chưng cất thu hồi cồn từ dịch điều lên men .43 Hình 2.4: Mô hình thí nghiệm làm khan cồn 45 Hình 3.1: Phổ XRD của zeolit 3A 46 Hình 3.2: Zeolit 3A dạng cầu .47 Hình 3.3: Biến thiên độ Brix khi sử dụng hai loại men .48 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu viii Hình 3.4: Lượng cồn 40 0 thu được sau chưng cất .49 Hình 3.5: Biến thiên độ Brix của 3 mẫu ở các tỉ lệ men khác nhau .50 Hình 3.6: Lượng cồn 40 0 thu được của 3 mẫu 52 Hình 3.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ tới khả năng làm khan cồn. 52 Hình 3.8: Nồng độ cồn sản phẩm sau các lần hấp phụ 53 . Do đó, đề tài: Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn tuyệt đối từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp phụ” có khả năng ứng dụng rộng. Hóa I. TÊN ĐỀ TÀI: Nghiên cứu – khảo sát khả năng sản xuất cồn từ dịch ép trái điều bằng phương pháp chưng cất và hấp phụ. II. NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:  Đưa