7. Kết cấu đồ án tốt nghiệp
1.3 Quá trình sản xuất bioethanol từ mùn cưa gỗ cao su
1.3.2.1 Tiền xử lý bằng phương pháp vật lý
Nghiền là phương pháp cơ học nhằm làm nhỏ nguyên liệu gỗ. Mục đích để phá vỡ cấu trúc gỗ, loại bỏ đi một phần lignin. Ngoài ra còn giúp tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu đối với các tác nhân tiền xử lý.
Hình 1.10 Vụn gỗ trong quá trình chế biến gỗ
Vụn gỗ là loại phế phẩm còn thừa lại từ việc chế biến gỗ cao su sẽ được thu hồi lại.
Sau đó các vụn gỗ này sẽ được nghiền nhỏ ra thành dạng mùn cưa. Để tăng tính chính xác cho quy trình thí nghiệm, nguyên liệu sau khi nghiền nhỏ còn được rây để tạo tính đồng đều về kích thước. Bởi vì nếu để nguyên liệu dạng to thì diện tích tiếp xúc với tác nhân thấp, tác nhân tiền xử lý không tiếp xúc đồng đều với các hạt to nhỏ khác nhau, dẫn đến thí nghiệm cho kết quả không chính xác. Nhưng nếu chỉ nghiền thì vẫn có sự chênh lệch kích thước, cần bổ sung thêm công đoạn rây để đảm bảo kích thước hạt đồng đều nhất có thế.
15
Hình 1.11 Máy nghiền gỗ
(Nguồn: http://cokhisaobacviet.com/p2216498/may-nghien-go-cong-suat-lon)
Hình 1.12 Mùn cưa
16 b) Phương pháp nổ hơi
Cơ chế quá trình nổ hơi
Nổ hơi là quá trình kết hợp cơ - nhiệt - hóa phá vỡ cấu trúc của nguyên liệu bằng nhiệt ở dạng hơi nước, lực cắt sinh ra do sự giãn nở của hơi nước và thủy phân các liên kết glycoside.
Hình 1.13 Cơ chế quá trình nổ hơi
Giai đoạn 1, nước dưới áp suất cao khuếch tán vào cấu trúc lignocellulose và làm ẩm nguyên liệu. Ẩm trong nguyên liệu sẽ thủy phân các nhóm acetyl trong hemicellulose tạo thành các acid hữu cơ như acid acetic và acid uronic. Các acid mới được sinh ra sẽ xúc tác quá trình depolymer hóa hemicellulose, giải phóng xylan và môt phần glucan.
Giai đoạn 2, ẩm trong nguyên liệu sẽ hóa hơi đột ngột khi áp suất hạ đột ngột từ rất cao khoảng vài chục atm xuống còn áp suất khí quyển. Hiện tượng này giống hiện tượng nổ. Nguyên liệu được tống mạnh ra khỏi thiết bị nổ hơi qua một lỗ nhỏ bởi lực ép. Tại đây sẽ xảy ra vài hiện tượng. Đầu tiên, ẩm ngưng tụ trong nguyên liệu bốc hơi tức thời do áp suất giảm đột ngột. Sự giãn nở của hơi nước sẽ gây ra lực cắt xung quanh nguyên liệu. Nếu lực cắt này đủ lớn, hơi nước sẽ gây ra sự phá hủy cơ học lên cấu trúc lignocellulose.[1]
Yếu tố ảnh hưởng
Thời gian lưu: thời gian lưu ảnh hưởng đến sự thủy phân của hemicellulose. Thời gian lưu của nguyên liệu trong thiết bị phản ứng càng dài thì hemicellulose được thủy phân
17
càng nhiều. Nhưng nếu giữ nguyên liệu ở trong thiết bị quá lâu sẽ dẫn đến sự phân hủy các sản phẩm thủy phân tạo ra các sản phẩm không cần thiết. Việc thủy phân hemicellulose giúp cho quá trình thủy phân cellulose diễn ra thuận lợi hơn.
Nhiệt độ: nhiệt độ có mối quan hệ chặt chẽ với áp suất trong thiết bị. Nhiệt độ càng cao thì áp suất càng cao và ngược lại. Sự gia tăng áp suất làm tăng sự chênh lệch giữa áp suất trong thiết bị và áp suất khí quyển. Từ đó ảnh hưởng đến lực cắt của ẩm khí hóa hơi.
Ưu điểm và nhược điểm
Bảng 1.2 Ưu điểm và nhược điểm phương pháp nổ hơi
Ưu điểm Nhược điểm
Hemicellulose bị thủy phân trong quá trình nổ hơi.
Sự nổ hơi thúc đẩy việc loại bỏ lignin
Tốn chi phí, năng lượng để vận hành thiết bị.
Có thể thủy phân cả cellulose Mất đi đường từ hemicellulose
Trong giai đoạn 1 của quá trình sinh ra fufural và 5 - hydroxymethyl fufural gây ức chế vi sinh vật cản trở lên men
Do điều kiện phòng thí nghiệm nơi thực hiện đề tài này không thể thực hiện quá trình nổ hơi. Nên chỉ sử dụng phương pháp tiền xử lý bằng tác nhân hóa học.