Hệ thống chiết tách butanol gồm 3 bộ phận chính: bộ phận nhập liệu, module màng lọc pervaporation và hệ thống ngưng tụ.
Bộ phận nhập liệu
Bộ phận nhập liệu bao gồm bồn nhập liệu, bơm nạp liệu và lưu lượng kế.
Bồn nhập liệu: bồn nhập liệu có dung tích 7 lít, được gắn ống thủy để quan
sát mực nước trong bồn, xung quanh được quấn điện trở gia nhiệt và lớp bảo ôn nhằm tránh thất thoát nhiệt và ổn định nhiệt độ.
Bơm nạp liệu: nguyên lý hoạt động của bơm nạp liệu đòi hỏi dòng nhập
liệu phải ở trạng thái lỏng hoàn toàn (không có hiện tượng sôi của bất kỳ thành phần nào trong hỗn hợp dung dịch). Nếu nhiệt độ tăng cao gần đến nhiệt độ sôi của một hoặc vài thành phần trong hỗn hợp dung dịch nhập liệu, cần tăng áp suất ở bồn nhập liệu nhằm đảm bảo rằng dung dịch nhập liệu ở trạng thái lỏng hoàn toàn tại nhiệt độ vận hành của hệ thống.
Lưu lượng kế: dòng nhập liệu đi vào màng được điều chỉnh bởi van hồi lưu
đặt ngay sau bơm nạp liệu. Lưu lượng dòng chảy qua màng lọc cùng với nhiệt độ dòng nhập liệu là hai yếu tố ảnh hưởng chính đến hiệu suất của màng lọc nói riêng và của cả hệ thống tách chiết thu hồi nói chung. Nếu lưu lượng quá lớn sẽ làm giảm quá trình thấm ướt qua màng lọc, ngược lại nếu lưu lượng không đủ lớn sẽ làm các phân tử không thấm ướt bị bám lại trên màng lọc, gây cản trở cho quá trình hoạt động của màng lọc.
Module màng lọc
Màng lọc làm bằng vật liệu silica, được tráng lên một ống ceramic có kích thước 250 x 10 x 7 mm (chiều dài x đường kính ngoài x đường kính trong). Ống ceramic được đặt trong một module bằng thép không gỉ. Thông số vận hành của module màng lọc: áp suất làm việc (tối đa) 5 bar, độ chênh lệch áp suất giữa hai phía màng lọc (tối đa) là 5 bar, lưu lượng dung dịch qua module là 0,3m3/h hoặc vận tốc dòng 2m/s, nhiệt độ làm việc (tối đa) là 150oC.
Hơi dung dịch được thấm ướt có chọn lọc qua lớp màng silica và di chuyển qua lớp ceramic bởi áp suất chân không, sau đó được ngưng tụ và bị giữ lại trong bể tách lỏng.
3.4.2 Quy trình công nghệ
Để tiến hành chiết tách, dung dịch sau quá trình lên men ABE được lọc bỏ các thành phần xơ sợi và chất rắn. Cho 5 lít dịch ABE vào bồn nhập liệu, tiến hành gia nhiệt dung dịch ở khoảng nhiệt độ từ 50 đến 80oC và để ở chế độ bơm hồi lưu hoàn toàn (không đi qua màng lọc) và chờ cho nhiệt độ trong bồn nhập liệu ổn định. Cho nước đá vào bể tách lỏng. Khởi động bơm chân không, hệ thống ngưng tụ. Khởi động bơm nạp liệu ở chế độ hồi lưu 100% trở về bồn nhập liệu (không bơm qua màng lọc).
Khi tất cả các thông số như: áp suất chân không, nhiệt độ và lưu lượng dung dịch đều đã ổn định, bắt đầu cho dung dịch chảy qua module màng lọc với lưu lượng từ 2 – 5 lít/phút hoặc vận tốc dòng khoảng 1 – 2 m/s. Sau mỗi 2 tiếng vận hành hệ thống, xác định lượng dung dịch di chuyển qua màng và bị ngưng tụ tại bể tách lỏng. Tiến hành lấy mẫu (mẫu dung dịch ngưng tụ và mẫu dung dịch còn lại trong bồn nhập liệu) để phân tích thành phần. Kiểm tra lượng dung dịch còn lại trong bồn nhập liệu qua ống thủy. Hệ thống có thể hoạt động theo mẻ (dừng hệ thống khi lượng dung dịch còn lại trong bồn nhập liệu khoảng 1 lít) hoặc có thể nạp thêm dung dịch ABE vào bồn nhập liệu qua phễu nhập liệu.
Dung dịch còn lại trong bồn nhập liệu sau quá trình tách chiết có thành phần chủ yếu gồm 3 chất: aceton, butanol và ethanol. Sản phẩm thu được có tỷ lệ Aceton/Butanol thấp hơn 1/2, và Ethanol/Butanol thấp hơn 1/6, được ứng dụng trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học.
KẾT LUẬN
Qua thời gian thực tập em được tìm hiểu, đươc học hỏi những kinh nghiệm làm việc thực tế rất quý báu, cũng như củng cố thêm kiến thức chuyên ngành. Về cơ bản đã nắm vững được sơ lược các quy trình công nghệ trong phòng thí nghiêm, xưởng sản xuất bia sinh học và xưởng sản xuất cồn nhiên liệu.
Việc sử dụng năng lượng từ biomass có một số ưu điểm nổi bật như sau:
- Sẵn có và phân bố rộng khắp thế giới.
- Có thể dự trữ được lâu dài.
- Có khả năng tái tạo.
- Có tính kinh tế phù hợp với điều kiện đặc thù của từng địa phương.
- Tạo việc làm và tăng thu nhập cho người dân.
- Không gây hại cho hệ sinh thái và an toàn với môi trường.
Tuy nhiên, để thay thế nhiên liệu hóa thạch bằng nhiên liệu từ biomass là một vấn đề lớn và lâu dài. Bên cạnh những ưu điểm thì việc sử dụng biomass còn gặp những hạn chế:
- Chưa được áp dụng rộng rãi.
- Nguồn cung cấp không chắc chắn trong thời gian đầu.
- Cồng kềnh khó khăn trong khâu vận chuyển và dự trữ.
- Vấn đề kinh tế khi sản xuất nhiên liệu từ biomass.
Kết quả đạt được là rất khả quan, tuy nhiên cứu nhằm nâng cao phần trăm thu hồi cellulose, đặc biệt là thu hồi butanol. Mặt khác, cần tiếp tục nghiên cứu về vấn đề tiêu hao năng lượng, nâng cao hiệu quả kinh tế trong việc sản xuất butanol nhiên liệu từ bã mía.