3/ Thủy phân nguyên liệu:
3.1.3.Qui trình thủy phân biomass 2 giai đoạn:
Qui trình thủy phân biomass 2 giai đoạn là qui trình cĩ nhiều triển vọng và cĩ tính thương mại cao. Đĩ là do:
Qui trình này sẽ mau chĩng được đưa vào các hoạt động thương mại dựa trên cơ sở phương pháp sử dụng acid lỗng.
Quá trình phân tách hỗn hợp thủy phân hemicellulose và
cellulose thu được sản lượng và độ tinh khiết sản phẩm cao. Vì các dịch thủy phân được tách ra trong mỗi giai đoạn.
Năng lượng tiêu hao cho tồn bộ quá trình thấp. Quá trình xử lí được thực hiện qua 2 giai đoạn như sau:
Hình 3.7 Qui trình thủy phân 2 giai đoạn[59].
Dung dịch acid sulfuride được pha lỗng và cho trực tiếp vào giai đoạn 1 và dẫn bổ sung vào giai đoạn 2. Hơi được dẫn trực tiếp vào gia nhiệt cho thiết bị. Tại đây hầu hết hemicellulose được thủy phân, sản phẩm tháo ra được đưa qua bộ phận rửa. Hỗn hợp sau khi rửa nhập chung với dung dịch acid rồi chuyển sang giai đoạn 2. Giống như giai đoạn 1, lượng chất lỏng ở giai đoạn 2 được giữ ở mức thấp nhất. Điều kiện ở đây đủ để xảy ra phản ứng thủy phân cellulose. Tháo hỗn hợp cuối cùng và tiến hành rửa để tách glucose cịn sĩt trong bã lignin [59].
Ở giai đoạn đầu, hemicellulose bị thủy phân dễ tạo thành các sản phẩm phân hủy như furfural và các sản phẩm ức chế quá trình lên men. Do đĩ các điều kiện của giai đoạn này khá nhẹ nhàng : 0.7% acid sulfuride, 190ºC. Trong khi đĩ giai đoạn 2 chứa các phần rắn chủ yếu là cellulose nên điều kiện phản ứng cũng khắc nghiệt hơn: 0.4% acid sulfuride, 215 ºC. Kết thúc quá trình thu được 89% mannose, 82% galactose, nhưng chỉ cĩ 50% glucose sau đĩ tiến hành lên men tạo thành ethanol ( US DOE 2003, Graft và Koehler 2000) [59].
3.1.4. Thiết bị :
Quá trình thủy phân biomass cĩ thể thực hiện trong các bình phản ứng. Phương pháp ngâm chiết cĩ thể thực hiện bằng cách cho dịng acid thấm xuyên qua các cột nhồi nhiều lớp. Đây là thiết bị khá thích hợp cho phương pháp thủy phân theo mẻ. Ưu điểm thứ nhất là loại đường ngay khi nĩ được tạo thành. Thiết bị này ít tạo thành các sản phẩm phân hủy đường
hơi gỗ Giai đoạn 1 Giai đoạn 2 acid nước acid rửa rửa hơi nước lignin bã
Giai đoạn tiền thủy phân Giai đoạn đường hĩa
và các chất ức chế quá trình lên men, tạo ra lượng đường lớn. Điểm thứ 2, thiết bị cĩ thể hoạt động với tỉ lệ rắn/ lỏng khá cao.
Năm 1997 Torget và các cộng sự phát minh ra thiết bị phản ứng BSFT. Đây là thiết bị chảy qua lớp co. Thiết kế nhằm giữ độ chặt của lớp khơng đổi. Dịng acid được đưa qua thiết bị và đi qua các lớp với vận tốc bé. Thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết bị ngắn hơn so với phương pháp ngâm chiết. Thiết bị cho năng suất cao. Sản phẩm thu được cĩ hàm lượng chất phân hủy thấp.
Hình 3.8 Thiết bị xử lí biomass bằng phương pháp thủy phân BSFT[24]
1: phần thân cĩ bộ phận điều nhiệt 2: nguyên liệu
3: dịch thủy phân 4: dung dịch acid