Nấm men Zymomonas mobilis
Nhiệt độ 300C
Phần rắn 20%
Thời gian lưu 36 giờ
Hàm lượng men 10% tổng dịch đường lên men
Corn steep liquor (CSL) 0,25%
Diammonium Phosphate 0,33g/L giấm chín
( Nguồn: http://www.slideshare.net/luongnguyenthanh/nghin-cu-sn-xut-ethanol-tu- rom-ra)
3.4 Thiết bị lên men
3.4.1Lựa chọn thiết bị
Phần chính của thiết bị là một thùng lên men A được làm bằng thép không rỉ. Thùng kín và thường hoạt động ở áp suất lớn hơn áp suất khí trời một ít để ngăn khơng cho khí trời xâm nhập vào thùng, tránh bị lây nhiễm. Bên ngồi thùng có một lớp áo nước B để gia nhiệt, làm nguội và/hay điều hòa nhiệt độ cho thùng. Để đảm bảo cho thành phần của thùng được đồng đều, trong thùng có cánh khuấy C được kéo bằng động cơ D. Trên trục cánh khuấy thường lắp thêm bộ phận phá bọt E. Ở phía dưới
Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 28 thùng có cơ cấu xục khí F với nhiều lỗ nhỏ. Trong một số trường hợp cơ cấu này đóng thêm vai trị khuấy trộn thay cho cánh khuấy.
Hình 3.2: Thiết bị lên men
(Nguồn: http://www.slideshare.net/luongnguyenthanh/nghin-cu-sn-xut-ethanol-tu- rom-ra)
Thùng lên men có lắp một số đường dẫn để đưa vật chất vào thùng hay ra khỏi thùng. Ta có thể kể các dịng chính sau
1 : đưa canh trường vào thùng,
2 : đưa dưỡng chất & cơ chất vào thùng,
3 : đưa dịch lên men ra khỏi thùng,
4 : đưa khí vào thùng,
5 : đưa khí ra khỏi thùng,
6 : đưa dung dịch axit hay kiềm vào thùng để điều chỉnh pH cho môi trường lên men,
7 : đưa nước hay hơi nước vào và ra thùng để gia nhiệt, làm lạnh hay điều hịa nhiệt độ cho mơi trường lên men,
3.4.2 Đo lường trong thiết bị lên men
Để cho q trình lên men ln hoạt động ở điều kiện tốt nhất, việc đo lường và điều khiển các thơng số giữ một vai trị rất quan trọng:
Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 29 N : đo vận tốc quay của cánh khuấy (m/s)
V : đo mức của dịch lên men, qua đó ta có thể xác định được thể tích của dịch lên men (m3)
X : đo hàm lượng sinh khối khô (%) T : đo nhiệt độ môi trường lên men (0C) pH : đo pH của dịch lên men
Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 30 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ, TÍNH TỐN THIẾT BỊ LÊN MEN
4.1 Cân bằng vật chất và năng lượng
4.1.1 Cân bằng vật chất
Chọn thể tích nhập liệu V=20m3
Với:
18m 3 dung dịch đường sau thủy thủy phân 2m3 dịch men giống.
Diammoni phosphate bổ sung theo tỉ lệ: 0,33g/l dịch đường. Vậy lượng DAP cần bổ sung cho quá trình lên men :0,33 ∗ 18 ∗ 103 = 6 𝑘𝑔
Phương trình lên men:
Dịch đường ban đầu chứa 13% đường ( ρ=1068,27 kg/m3 ) : hiệu suất tổng hợp ethanol là 97%. Gồm:
7% glucose : hiệu suất chuyển hóa 96%
4% xylose : hiệu suất chuyển hóa tương ứng 40%.
C6H12O6 𝑍.𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑖𝑠→ 2C2H5OH + 2CO2
0,07.M (kg) 0,51.0,07.M.0,96 (kg)
C5H10O5 𝑍.𝑚𝑜𝑏𝑖𝑙𝑖𝑠→ 5C2H5OH + 5CO2
0,04.M (kg) 0,51.0,04.M.0,4 (kg) Với m là khối lượng dịch đường nhập liệu ban đầu:
𝑚 = 𝑉 ∗ 𝜌 = 18 ∗ 1068,27 = 19228.86 (kg)
Khối lượng Ethanol ban đầu:
methanol = ( 0,51 ∗ 0,07𝑚 ∗ 0,96 + 0,51 ∗ 0,04𝑚 ∗ 0,4) ∗ 0,97 = 791,4 (𝑘𝑔) Vậy nồng độ ethanol là: 𝑚 𝑉 = 44 (𝑔/𝑙) Nồng độ % ethanol trong dịch sản phẩm : 791,4∗ 100 19228,86 = 4,12% Tương tự: 𝑚𝐶𝑂2 = 758,68 (𝑘𝑔)
Thiết kế thiết bị lên men Ethanol từ rơm rạ 31
4.1.2 Cân bằng năng lượng
Tính tốn nhiệt
Trong quá trình hoạt động của vi sinh vất trong thiết bị, một lượng nhiệt được thoát ra. Sự phát triển giống bị chậm lại khi tăng nhiệt độ canh trường, cịn sau đó có khả năng vi sinh vật chết. Để ngăn ngừa hiện tượng đó thiết bị lên men cần trang bị các cơ cấu thải nhiệt ( ống xoắn, áo, các ống nhiệt).Ở đây ta chọn thiết bị áo nước qua vách.
Lượng nhiệt thải ra tử canh trường và tiêu hao nước làm lạnh được xác định từ cân bằng nhiệt trong 1h làm việc.