Tải bản đầy đủ - 34 (trang)
5 Quá trình lên men

5 Quá trình lên men

Tải bản đầy đủ - 34trang

Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



ngoài nhờ motor làm quay hệ thống ép trục vít, phần nước khi ép bã được thu

gom nhờ máng hứng nước thải.

Tiến hành mở nắp bộ phận thủy phân và cho bã nổ hơi vào, sau đó cho

enzyme vào rồi đổ dung dịch đệm vào. Lắp lại và tiến hành gia nhiệt bằng bộ

phận gia nhiệt kết hợp bật hệ thống cánh khuấy. Khi các thông số nhiệt độ và tốc

độ khuấy đã ổn định bắt đầu tính thời gian cho quá trình thủy phân khoảng 72

giờ.

Tiến hành cho dịch thủy phân và môi trường T6 vào thiết bị chính, sau đó

tạo môi trường kị khí. Sau khi cho hết nguyên liệu vào thiết bị chính, bật môtơ

khuấy để khuấy hỗn hợp cho đồng nhất khoảng 15 phút rồi dừng khuấy. Bật

thiết bị gia nhiệt để tiến hành nâng nhiệt độ của hỗn hợp trong thiết bị chính lên

đến nhiệt độ thích hợp. Khi đã đạt nhiệt độ thích hợp và các thông số hoạt động

đã ổn định, bắt đầu tính thời gian cho quá trình lên men.

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

(khồn bơm qua màng lọc). Khi các thông số đã ổn định thì mở van cho dung

dịch đi qua màng lọc, theo dõi ống thủy của bồn nạp liệu, quá trình kết thúc khi

lượng dung dịch còn lại khoảng 1 – 1,5 lít.

3.1 Nổ hơi

Phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước là một quá trình tác động cơ học,

hóa học và nhiệt độ lên hỗn hợp nguyên liệu. Nguyên liệu bị phá vỡ cấu trúc

dưới tác dụng của nhiệt, hơi và áp lực do sự giãn nở của hơi ẩm và các phản ứng

thủy phân các liên kết glycosidic trong nguyên liệu.

Quá trình nổ hơi nước gồm hai giai đoạn:

Làm ẩm nguyên liệu

Nước được gua nhiệt và giữ ở áp suất cao trong thiết bị phản ứng. Dưới tác

-



dụng của nhiệt độ, hơi nước và áp suất, cấu trúc hemicellulose sẽ bị phá vỡ.

- Gảm áp đột ngột



SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 16



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Khi hỗn hợp ra khỏi thiết bị phản ứng, áp suất sẽ giảm đột ngột, tại đây

diễn ra quá trình phân cắt nguyên liệu. Quá trình phân cắt nguyên liệu diễn

ra dưới tác dụng cơ học và hóa học.



SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 17



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



3.1.1 Cấu tạo chung



Hình 3.1: Cấu tạo hệ thống nổ hơi

SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 18



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Bộ phận tạo hơi nước áp suất cao: gồm có các thiết bị như bồn chứa nước,

bơm nước bình gia nhiệt bằng dầu, van cấp hơi nước và van xả hơi nước. Nước

từ bồn chứa nước được bơm nước hút và đẩy qua bình gia nhiệt bằng dầu để tạo

hơi nước bão hòa có áp suất và nhiệt độ cao. Hơi nước được tạo thành cho ra

ngoài bằng cách mở van xả hơi nước và đóng van cấp nước. Hơi nước được cấp

vào bình phản ứng bằng cách mở van cấp hơi nước.

Bộ phận nạp liệu: gồm có các thiết bị như moto nạp liệu, phễu nạp liệu và

van nạp liệu. Nguyên liệu đực nạp vào phễu nạp liệu. Mô tơ nạp liệu quay làm

quay dao cắt và cắt nhỏ nguyên liệu trước khi nạp vào bình phản ứng khi van

nạp liệu mở ra.

Thiết bị phản ứng: gồm các thiết bị như bình phản ứng và van nổ hơi. Khi

nguyên liệu được nạp vào bình phản ứng, hai van cấp hơi và van nổ hơi đóng

còn van nạp liệu mở. Đóng van nạp liệu lại và mở van cấp hơi nước để cấp hơi

nước vào bình phản ứng. Khi cấp đủ hơi nước, đóng van cấp hơi nước lại, và

tiến hành lưu hơi trong bình phản ứng. Sau khi đủ thời gian, mở van nổ hơi để

xảy ra quá trình nổ hơi.

Bồn chứa bã: gồm các thiết bị như bồn nổ, cửa vệ sinh và van xả bã. Khi

mở van nổ hơi thì van xả bã đóng kín, khi xảy ra quá trình nổ hơi thì bã từ bình

phản ứng được đẩy xuống bồn nổ. Bã được chứa trong bồn nổ và được chuyển

xuống bộ phận ép bã bằng cách mở van xả bã. Cửa vệ sinh luôn được đóng kín

và chỉ mở khi tiến hành vệ sinh thiết bị.

Bộ phận ép bã mía: gồm các thiết bị như vít tải, mô tơ vít và máng hứng

dịch. Khi mở van xả bã thì bã rơi xuống hệ thống ép bã. Mô tơ vít quay làm

quay vít tải và bã được ép, được đưa ra ngoài nhờ hệ thống này. Phần nước từ

quá trình ép được hứng bởi máng hứng dịch.

Sau mỗi mẻ hoạt động, bã mía được thu hồi lưu trữ để làm nguyên liệu cho

quá trình thủy phân tiếp theo. Dịch ép được làm nguyên liệu cho quá trình lên

men.

SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 19



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



3.1.2 Quy trình công nghệ

Chuẩn bị nguyên liệu

Bã mía sử dụng được lấy từ nhà máy đường Biên Hòa và được trữ trong

điều kiện ở phòng thí nghiệm của Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu Đại học

Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh. Nguyên liệu bã mía chứa 50 – 55%

cellulose, 20 – 25% hemicellulose và hàm lượng lignin thấp 10 – 15%. Độ ẩm

của bã mía khoảng 13 – 15%.

Trước khi hoạt động hệ thống nổ hơi nước, nguyên liệu bã mía được nạp

vào gần đầy phễu nạp liệu (khoảng 2 kg). Sau khi cho nguyên liệu vào phễu nạp,

tiến hành quá trình tạo hơi nước bão hòa có áp suất và nhiệt độ cao từ nước và

làm nóng bình phản ứng đến nhiệt độ cần thiết. Thiết bị phản ứng làm việc chịu

được áp suất tối đa là 150 bar, nhiệt độ tối đa là 300 oC. Khoảng nhiệt độ khảo

sát cho quá trình nổ hơi là từ 220oC đến 230oC, thời gian lưu khảo sát là 2, 3, 4

và 5 phút. Nhiệt độ của quá trình nổ hơi được điều chỉnh bởi các lò nung, do đó

sự khó khăn chủ yếu là việc duy trì và ổn định nhiệt độ. Mỗi một mẻ phản ứng,

quá trình nổ hơi được thực hiện chỉ ở một nhiệt độ. Khi các thông số đã hoạt

động ổn định, tiến hành quá trình nhập liệu vào bình phản ứng nhờ bộ phận nạp

liệu.

Tiến hành cấp hơi nước vào bình phản ứng nhờ bộ phận cấp hơi nước. Khi

cấp đủ hơi nước thì ngưng quá trình cấp hơi nước bằng cách đóng van cấp hơi

nước, tiến hành đưa nguyên liệu và hơi nước vào trong bình phản ứng.

Khi thời gian lưu đã đủ thì mở van nổ hơi để tiến hành nổ hơi. Sau khi nổ

xong thì đóng van nổ hơi lại, tiếp tục nạp liệu vào bình phản ứng và tiếp tục quá

trình nổ hơi cho đến khi hết nguyên liệu trong phễu nạp liệu (lặp lại khoảng 10

lần). Bã sau khi được nổ hơi được chứa trong bồn nổ và được chuyển đến bộ

phận ép bã bằng cách mở van xả bã. Từ bộ phận ép bã, bã được ép ra ngoài và

thu hồi lại.



SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 20



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Xử lý bã mía bằng phương pháp nổ hơi không gây ô nhiễm môi trường,

cho

kết quả thu hồi cellusole cao, phá vỡ cấu trúc hemicellusole và loại bỏ một phần

lignin. Hàm lượng cellusole trong nguyên liệu ban đầu đạt khoảng 50% và sau

quá trình nổ hơi hàm lượng cellusole tăng lên khoảng 68%.

Tóm lại, quá trình vận chuyển của nguyên liệu bã mía trong như sau:

Nguyên liệu bã mía từ phễu nạp liệu qua van nạp liệu vào bình phản ứng.

Hỗn hợp hơi nước áp suất cao và bã mía được lưu lại trong bình phản ứng một

thời gian.

Sau khi tiến hành nổ hơi, bã mía được đẩy từ bình phản ứng xuống bồn nổ

qua van nổ hơi.

Từ bồn nổ bã mía được đẩy xuống bộ ép bã qua van xả bã và được đưa ra

bên ngoài.



Hình 3.2: Dịch và bã mía sau quá trình nổ hơi

Các yếu tố ảnh hưởng

Quá trình nổ hơi chịu ảnh hưởng của ba yếu tố: nhiệt độ nổ hơi, độ ẩm, và

thời gian lưu của hỗn hợp hơi cùng bã mía trong bình phản ứng. Sau đây là điều

kiện vận hành của hệ thống nổ hơi:



SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 21



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Nhiệt độ nổ hơi: 220 – 228oC

Độ ẩm: 75 – 85%

Thời gian lưu: 2 – 4 phút

Nhiệt độ của quá trình nổ hơi được điều khuyển và kiểm soát nhờ bình gia

nhiệt. Độ ẩm được điều khuyển và kiểm soát bằng cách chỉnh lưu lượng bơm

nước hoặc thay đổi khối lượng bã mía nạp liệu.

Bảng 3.1: Số liệu thực nghiệm hệ thống tiền xử lý bã mía

STT



Mẫu



1

2

3

4

5

6



Thông số hoạt động

Tn ( C) Tc(phút) Tl(phút) Q(ml/s)



N1

N2

N3

N4

N5

N6



SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



o



224

224

224

224

224

224



2

2

2

3

3

3



2

3

4

2

3

4



Trang 22



4

4

4

4

4

4



Kết quả

mt (kg) ms (kg)

2

2

2

2

2

2



3,7

3,66

3,91

4,72

4,80

4,73



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



3.2 Thủy phân

3.2.1 Cấu tạo chung



Hình 3.3: Cấu tạo hệ thống thủy phân biomass

SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 23



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Bộ phận chứa: gồm các thiết bị chính van xả và ống dẫn đầu dò nhiệt. thiết

bị chính có dạng hình trụ và bằng thủy tinh trong suốt, là nơi chứa hỗn hợp

nguyên liệu gồm bã nổ hơi và dung dịch đệm cùng với enzyme. Bộ phận chính

có hai van dùng để tháo sản phẩm và để thông khí cùng với một khe hẹp để gắn

đầu dò nhiệt độ của bộ phận gia nhiệt.

Bộ phận khuấy trộn: gồm có các thiết bị như cánh khuấy và mô tơ khuấy.

Hỗn hợp nguyên liệu được nạp vào thiết bị chính, sau đó hỗn hợp được khuấy

trộn nhờ mô tơ khuấy quay làm quay cánh khuấy được lắp với mô tơ khuấy.

Hỗn hợp được khuấy trộn đều trong bình phản ứng trong suốt quá trình thủy

phân.

Bộ phận gia nhiệt: gồm có thiết bị gia nhiệt, bơm tải nhiệt và ống xoắn gia

nhiệt. Nước từ thiết bị gia nhiệt được đun nóng, sau đó được bơm nước tải nhiệt

bơm qua hệ thống ống xoắn gia nhiệt nằm trong thiết bị chính để gia nhiệt cho

hỗn hợp bên trong thiết bị chính rồi quay trở về thiết bị gia nhiệt để tiếp tục

vòng tuần hoàn mới.

Sau mỗi mẻ hoạt động, dịch thủy phân được thu hồi, lưu trữ để làm nguyên

liệu cho quá trình lên men tiếp theo.

3.2.2 Quy trình công nghệ

Bã mía sau khi nổ hơi có độ ẩm là

80%, và hàm lượng cellulose khoảng

68%.

Enzyme sử dụng trong quá trình thủy

phân là enzyme cellulase.

Dung dịch đệm pH được dùng là

đệm acetat.



Hình 3.4 Thiết bị thủy phân

SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 24



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Để chuẩn bị dung dịch thủy phân, khoảng 455g bã mía đã tiền xử lý được

cho vào chai thủy tinh 2000ml đã chứa sẵn 1300ml dung dịch đệm acetate (pH

khoảng 4,8), sau đó đem hấp ở 121 oC trong 15 phút rồi để nguội đến 36 oC, mỗi

mẻ thủy phân tiến hành với thể tích khoảng 20 lít. Các chai thủy tinh được đậy

với giấy nhôm kèm theo nút bông. Sau khi hấp, các chai thủy tinh được để nguội

và đổ vào thiết bị thủy phân đã được làm sạch. Sau quá trình này, 70g enzyme

Acremonium cellulose dạng rắn được thêm vào và khuấy trộn đều. Cuối cùng

hỗn hợp được khuấy nhờ cánh khuấy ở 50oC trong 72 giờ với tốc độ khuấy

khoảng 80 vòng/phút. Trong quá trình thủy phân, 1,5ml mẫu được lấy ra sau

mỗi 24 giờ để xác định hàm lượng đường. Mẫu được ly tâm ở tốc độ 12000

vòng/phút trong 15 phút để tách các chất cặn và phần chất lỏng sạch sẽ được trữ

ở 4oC chờ phân tích hàm lượng đường. Sau khi khuấy, hỗn hợp được lọc để loại

các chất mùn. Sau đó, dung dịch được hấp ở 121 oC trong vòng 15 phút trước khi

được lưu trữ ở 4oC cho nghiên cứu quá trình lên men sẽ được thực hiện sau đó.





Các yếu tố ảnh hưởng

Quá trình thủy phân chịu ảnh hưởng chủ yếu của 5 yếu tố: nhiệt độ, pH, %



bã, % enzyme và thời giân phản ứng. Sau đây là điều kiện vận hành của quá

trình thủy phân:

-



Nhiệt độ: 50oC

pH: 4,8

% bã: 5 – 10%

% enzyme: 3 -7 %

Thời gian: 72 giờ

Thông số nhiệt độ được điều khiển và kiểm soát nhờ bộ phận gia nhiệt,



thông số pH được duy trì nhở dunh dịch đêm acetat.



Bảng 3.2: Số liệu thực nghiêm hệ thống thủy phân

SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 25



Báo cáo thực tập tốt nghiệp



Trung tâm công nghệ lọc hóa dầu (RPTC)



Thông số hoạt động

STT



Mẫu

T (OC)



pH



% bã



% enzym



T (h)



1



H1



50



4,8



5



3



72



2



H2



50



4,8



5



5



72



3



H3



50



4,8



5



7



72



4



H4



50



4,8



7



3



72



5



H5



50



4,8



7



5



72



6



H6



50



4,8



7



7



72



SVTH: Nguyễn Văn Sỹ



Trang 26



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

5 Quá trình lên men

Tải bản đầy đủ ngay(34 tr)

×