(Nguồn:http://www.slideshare.net/luongnguyenthanh/nghin-cu-sn-xut-ethanol- tu-rom-ra)
Rơm rạ
Tiền xử lí
Thủy phân
Lên men Dinh dưỡng
Nhân giống Men giống
Chưng cất
Bước 1: Chuẩn bị nguyên liệu
Nguyên liệu từ kho chứa được đưa đến nhà máy. Sau đó, nguyên liệu được băm nghiền nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện thuận lợi để quá trình thủy phân diễn ra tốt hơn, tăng hiệu suất q trình. Sau đó ngun liệu được đưa đến vùng tiền xử lí.
Bước 2: Tiền xử lý.
Rơm bao gồm nhiều thứ phức tạp không đồng nhất của các polyme carbohydrate. Cellulose và hemicellulose được bảo vệ bởi lớp lignin dày đặc chống lại thủy phân của enzym.Vì vậy, cần thiết phải có một bước tiền xử lý để phá vỡ lignin để lộ cellulose và hemicellulose cho quá trình thủy phân của enzyme được dễ dàng. Tiền xử lý nhằm mục đích giảm kết tinh của cellulose, tăng diện tích bề mặt sinh khối, loại bỏ hemicellulose, và phá vỡ lignin. Tiền xử lý làm cho cellulose dễ tiếp cận hơn với các enzyme để chuyển đổi polyme carbohydrate thành đường lên men có thể đạt được nhanh hơn và với sản lượng lớn hơn. Tiền xử lý bao gồm các phương pháp hóa học, vật lý, nhiệt và sự kết hợp giữa chúng.
Đầu tiên nó được xử lí bằng dung dịch H2SO4 loãng ở nhiệt độ cao trong thời gian ngắn, giải phóng hemicellulose và các hỗn hợp khác, tạo điều kiện tốt cho q trình đường hố và lên men. Lượng acide dư được trung hoà bằng dung dịch Ca(OH)2 loại bỏ kết tủa CaSO4. Nguyên liệu tiếp tục được đưa đến giai đoạn đường hoá bằng enzyme để biến cellulose thành glucose rồi đến công đoạn lên men glucose và các đường khác thành ethanol bằng chủng men Zymomonas mobils
Bước 3: Nhân giống vi khuẩn lên men và lên men:
Chọn men giống Zymomonas Mobilis, để nó phát triển trong bình sản xuất men giống. Ở đó, cặn đường, chất dinh dưỡng cùng với men giống được cho vào bình nhỏ và quá trình này cứ tiếp tục diễn ra cho đến khi đạt được số lượng men giống cần thiết cho quá trình lên men. Cuối cùng men giống, dinh dưỡng và cặn đường được cho liên tục vào thùng lên men. Gọi là giấm chín.
Để tiến hành lên men cần phải có lượng giống đủ cung cấp cho nồi lên men ( lượng giống dùng trong khâu này bằng 10% thể tích dịch lên men). Số lượng tế bào trong dịch nhân giống phải đati 100-120.106/ml hoặc hơn, với tuổi giống phải trẻ, khỏe, đang ở pha phát triển. giống không được tạp nhiễm
Muốn đạt được yêu cầu giống đưa vào sản xuất phải:
Nhân giống trong phịng thí nghiệm từ ống giống thạch nghiêng qua dịch ống nghiệm, bình tam giác và các bình tới 5 hoặc 10 lít thì chuyển vào nhân giống trong sản xuất.
Thông thường giống sản xuất được ni riêng trong các nồi nhân giống, sau đó tiếp vào các thùng lên men.
Ta thực hiện nuôi gián đoạn trong một thiết bị gọi là nồi nhân giống. Đó là một nồi chế tạo bằng thép kín, bên trong có hai hệ xoắn ruột gà ( cho hơi và nước) và có cánh khuấy. thể tích của nồi nhân giống vào khoảng 6-8% thùng lên men
Dịch đường dùng để nhân giống là dịch thủy phân từ nguyên liệu rơm rạ đã cân bằng dinh dưỡng và điều chỉnh pH tới 4,5-5,2. Dịch nhân giống phải được thanh trùng Pasteur ( tồn bộ q trình phải được thực hiện trong điều kiện vô trùng).
Nhân giống cũng như lên men cần giữ ở nhiệt độ 28-32oC, nếu nhiệt độ tăng cao phải hạ nhiệt độ bằng nước lạnh qua đường ruột gà.
Trước khi nuôi vi sinh vật, nồi và thùng ni phải được rửa sạch, xì hơi nóng và thanh trùng bằng hơi, sau đó làm lạnh tới 55-58oC thì bổ sung nguồn dinh dưỡng nitơ cùng với dịch đường, sau đó đưa nhiệt độ đến 75oC giữ trong 30 phút và làm lạnh tới 30oC.
Quá trình lên men được thực hiện trong một thùng lớn với thời gian dự đoán để lên men đường thành ethanol khoảng 36 giờ.
Men giống từ thùng sản xuất men giống (khoảng 10% tổng dịch đường) được cho vào thùng bổ sung 0,33g DAP/lít giấm chín để cung cấp dinh dưỡng cho nấm men hoạt động.
Bước 4 Chuẩn bị dịch lên men
Dịch đường thủy phân sau khi được làm nguội xuống 28-30oC, với dịch đường vào là 12,6%, pH= 4,5-5,2.
Một công việc hết sức quan trọng trong việc chuẩn bị dịch lên men cũng như dịch nhân giống trong sản xuất là bổ sung nguồn N và P vào dịch đường thủy phân. ở đay ta dùng diammoni photphat (DAP) để bổ sung đông thời cả 2 nguồn N và P. theo tín tốn hợp lý cần bổ sung 0,33g/ dịch đường.
Bước 5 Lên men dịch thủy phân trong 36 giờ
Bước 6 Chưng cất dịch sau lên men bằng tháp chưng cất để thu ethanol tinh sạch.
3.3 Tỉ lệ thành phần các nguyên liệu cho vào thiết bị lên men.
Bảng 3.1: Tỉ lệ thành phẩn các nguyên liệu cho vào thiết bị lên men
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
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.