Công nghệ sản xuất bio-Ethanol từ sắn lát phần 1

Công nghệ sản xuất bio-ethanol từ sắn lát là công nghệ đầu tiên được đưa vào việt nam ứng dụng pha xăng nhằm mục đích giảm thiểu ô nhiểm môi trường và tăng hiệu quả kinh tế cho người dân

doc30 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 05/06/2013 | Lượt xem: 5538 | Lượt tải: 21download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Công nghệ sản xuất bio-Ethanol từ sắn lát phần 1, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
Phần I: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO-ETHANOL TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL Công nghệ sản xuất Ethanol Định nghĩa    Công nghệ sản xuất ethanol là việc thực hiện quá trình chuyển hóa các nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza thành Ethanol (C2H5OH). Các phương pháp sản xuất ethanol    Ethanol có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp:    Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp sản xuất ethanol bằng nhiều phương pháp hoá học khác nhau. Trong công nghệ tổng hợp hoá dầu, ethanol được sản xuất bằng dây chuyền công nghệ hydrat hoá đối với khí etylen hoặc công nghệ cacbonyl hoá với methanol.     Hydrat hoá:  CH2=CH2  +  H2O                         C2H5OH     Cacbonyl:    CH3OH  + CO + 2 H2                    C2H5OH + H2O Công nghệ sản xuất ethanol sinh học:    Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trong tự nhiên như: nước đường ép, ngô, sắn, mùn, gỗ... (C6H10O5)n + n H2O                    nC6H12O6                     2C2H5OH + 2CO2 + Q    Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể  phân thành 2 công đoạn là công đoạn lên men nhằm sản xuất Bio-ethanol có nồng độ thấp và công đoạn chưng cất - làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng.    Hiện nay sản xuất cồn chủ yếu là theo phương pháp sinh học. Các nguồn nguyên liệu để sản xuất Bio-ethanol    Nguồn nguyên liệu để sản xuất Bio-ethanol chủ yếu từ: Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, thốt nốt … Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì… Các loại nguyên liệu chứa cellulose    Tuy nhiên, tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta chọn loại nguyên liệu có  lợi thế nhất để sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu. Ở Việt Nam, các nguồn nguyên liệu thích hợp có  thể sản xuất Bio-Ethanol là mía, sắn, gạo, ngô  và rỉ đường. Sản xuất Bio-ethanol từ  nguồn nguyên liệu chứa  đường 2.1.1 Khả năng sản xuất Bio-Ethanol từ mía đường Mía cây: Theo số liệu năm 2006, năng suất mía là 55 tấn/ha và diện tích trồng mía là 300.000 ha, trong đó tập trung nhiều ở  Đồng bằng Nam Bộ, khu vực ven biển Trung Bộ và  Đông Nam Bộ Để sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu từ nước đường ép của cây mía, chúng ta cần tới 15 kg mía cây/1 lít cồn và dự kiến chi phí nguyên liệu là 8.250 đồng/1 lít cồn. Rỉ đường: Rỉ đường là  nguyên liệu chứa các loại đường không tinh khiết thu được trong quá trình sản xuất đường, tỷ  lệ rỉ đường chiếm 3÷3,5% trọng lượng nước mía. Năm 2006, Công nghệ  đường từ cây mía ở Việt Nam sản sinh ra 783.930 tấn rỉ đường. Từ lượng rỉ đườngnày, chúng ta có thể sản xuất được 187 triệu lít Bio-Ethanol. Tuy nhiên, do các nhà máy đường phân tán, nên khả năng thu gom rỉ đường với số lượng lớn rất khó khăn. Giá rỉ đường hiện nay khoảng 1.500 đồng/kg và cứ 4,1 kg rỉ  đường ta có thể sản xuất được 1 lít Bio-Ethanol. Do đó chi phí nguyên liệu dự kiến là 7.585 đồng/1 lít Bio-Ethanol. 2.1.2 Quy trình công nghệ sản xuất cồn điển hình từ rỉ đường Thuyết minh sơ  đồ công nghệ: Sản xuất ethanol từ  rỉ đường bao gồm các công đoạn sau: Chuẩn bị dịch đường lên men Gây men giống Lên men Chưng cất và tinh chế Rỉ đường nguyên với hàm lượng chất khô hòa tan 55÷80% khối lượng (tương đương 80 ÷ 900 Bx). Khi nồng Bx quá cao thì độ nhớt lớn, xử lý không tốt, quá trình lên men kém hiệu quả do đó cần tiến hành pha loãng. Tuy nhiên nếu pha loãng quá nhiều, nồng độ Bx thấp sẽ tốn nhiều năng lượng. Do đó trước tiên rỉ đường sẽ được pha loãng đến độ Brix thích hợp (khoảng 45-500Bx) và điều chỉnh pH. Sau đó tiến hành lên men, chuyển hóa đường thành cồn. Dịch đi ra khỏi thùng lên men gọi là dấm chín có nồng độ cồn thấp được chuyển qua khu chưng cất bao gồm chưng cất thô và chưng cất tinh để nâng độ cồn lên và thu cồn thành phẩm. Nếu sản xuất cồn nhiên liệu thì phải có thêm công đoạn tách nước làm khan cồn. Sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu chứa tinh bột Có nhiều nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo….Thành phần hoá học của một số nguyên liệu chứa tinh bột được thể hiện ở bảng sau. Tính theo % trung bình: 2.2.1 Khả năng sản xuất Bio-Ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột: Sắn: Hiện nay, diện tích trồng sắn ở nước ta khoảng gần 500.000 ha và được phân bố chủ yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam bộ. Năng suất thu hoạch sắn tại nước ta trung bình là 15-20 tấn/ha và tăng đều qua các năm. Hàm lượng tinh bột trong sắn tươi ở nước ta khoảng 25-35%. Cứ 2,3 kg sắn tươi thì có thể thu được 1kg sắn lát. Vùng nguyên liệu sắn chủ yếu của Việt Nam tập trung tại 2 khu vực: Tây Nguyên và Đông Nam Bộ. Nhà máy sản xuất Bio-Ethanol Miền Trung sẽ sử dụng nguồn sắn lát của khu vực Tây Nguyên và Đông Nam Bộ. Ngô Năng suất ngô của nước ta thấp, chỉ đạt ở mức 3.7 – 3.8 tấn/ha. Để sản xuất 1 lít Bio-Ethanol, chúng ta cần 2,4 đến 2,6 kg ngô và giá ngô hiện nay là 4.100 đồng/kg, đồng thời hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 400 – 500 nghìn tấn ngô Chính vì vậy, việc sản xuất Bio-Ethanol từ ngô trong giai đoạn hiện nay là không khả thi vì giá ngô quá cao so với sắn lát, mặc dù hàm lượng tinh bột thấp hơn (65%) 2.2.2 Quy trình công nghệ sản xuất cồn điển hình từ nguyên liệu chứa tinh bột Thuyết minh sơ  đồ công nghệ: Nguyên liệu được  đưa đi xử lý bởi các công đoạn như làm sạch sơ bộ để tách các tạp chất, nghiền mịn thành bột, hòa trộn với nước tạo thành dung dịch bột. Tiếp theo là quá trình nấu có thể sử  dụng hơi trực tiếp hoặc gián tiếp, ở đây tinh bột sẽ được chuyển hóa bởi ezyme Alpha amylaza. Dòng dịch sau khi nấu được đưa qua công đoạn đường hóa với sự có mặt của enzyme đường hóa (enzyme Gluco Amylaza) nhằm mục đích chuyển hóa tinh bột thành đường lên men. Sau khi đường hóa, dịch này được đưa vào thùng lên men chuyển hóa thành rượu và CO2 cùng với nhiều sản phẩm phụ khác. Dịch ra khỏi thùng lên men gọi là giấm chín. Giấm chín sẽ được chuyển  đến khu vực chưng cất bao gồm chưng cất thô và  chưng cất tinh. Ở tháp chưng cất thô, Bio-Ethanol được tách ra khỏi giấm chín, nâng nồng độ lên khoảng 40-70%v/v, sản phẩm đáy là dịch hèm được đưa qua tách bã và xử lý nước. Bio-Ethanol sau cất thô sẽ được đưa qua tháp cất tinh để tách tạp chất và nâng nồng độ cồn lên khoảng 95% v/v. Để sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu, sau khi chưng cất Bio-Ethanol được đưa qua tách nước và tách axit để nâng nồng độ cồn lên khoảng 99,8% và được đưa đi lưu trữ. Sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu chứa cellulose 2.3.1 Các nguồn nguyên liệu chứa cellulose Về nguyên tắc ta có thể sản xuất Bio-Ethanol từ bất cứ  nguồn nguyên liệu nào có chứa cellulose. Tuy nhiên  để phù hợp tính kinh tế và điều kiện  ở Việt Nam, ta có thể sử dụng các nguồn nguyên liệu sau: rơm, trấu, bả mía, lõi ngô, vỏ  ngô, cỏ dại… Nguồn nguyên liệu Sản lượng (triệu tấn/năm) Sử dụng cho các mục đích hiện tại Sản lượng còn lại (triệu tấn/năm) Rơm rạ 15 Nguyên liệu, làm giấy, nấm rơm, thức ăn gia súc… 6,6 – 7,8 Trấu 6,7 Nhiên liệu rắn, đóng gói và xây dựng, chất độn, đốt lò 1,8 – 2,2 Bả  mía 3,17 Đốt lò, điện, chế biến giấy, ván ép 0,087 Lõi ngô 3,1 Chủ yếu đốt bỏ Vỏ  ngô 0,67 Thức ăn gia súc, đốt bỏ Tuy nhiên các sản phẩm này tập trung chủ yếu ở hai đồng bằng lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Đây là vùng nguyên liệu lí tưởng để xây dựng nhà máy. Nhưng việc thu mua và việc chuyển hóa còn gặp nhiều khó khăn, hiệu suất chưa cao. Nguyên liệu chứa xenlulo khác nhau có thành phần cấu tạo chất không giống nhau nhưng về cơ bản chúng được cấu tạo từ  3 hợp chất Cellulose, Hemicellulose, Lignin Cellulose: Công thức phân tử (C6H10O5)n. Là thành phần cấu tạo chủ yếu của màng tế bào thực vật và là hợp chất chính của nguyên liệu chứa cellulose để sản xuất ethanol. Nguyên liệu càng giàu cellulose thì sản xuất ethanol càng đạt hiệu quả cao. Hemicellulose: dễ bị thủy phân hơn so với cellulose. Khi thủy phân đến cùng, hemicellulose tạo ra các monosaccarit chủ yếu là hexose, pentose. Trong đó hexose có khả năng lên men tạo ethanol còn pentose không có khả năng này. Lignin: trong quá trình sản xuất ethanol từ cellulose thì nó hoàn toàn không bị thủy phân để tạo các hợp chất có khả năng lên men tạo ethanol. Vì vậy lignin là thành phần không mong muốn trong quá trình sản xuất ethanol từ cellulose. 2.3.2 Quy trình công nghệ sản xuất cồn  điển hình từ nguyên liệu chứa xenlulo Về nguyên tắc, quá  trình sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu chứa cellulose cũng giống như từ tinh bột hay rỉ  đường. Nó bao gồm ba bước cơ bản: Xử lí nguyên liệu Đường hoá và lên men Tinh chế sản phẩm (chưng cất, tách nước, bốc hơi, tách lỏng rắn). Thuyết minh sơ  đồ công nghệ: 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 quá trình. Sau đó nguyên liệu được  đưa đến vùng tiền xử lí. 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 quá trình đường hoá 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. Quá trình này được duy trì ở một điều kiện thích hợp (nhiệt  độ, áp suất, pH, dinh dưỡng) để đảm bảo nấm men hoạt động tốt nhất. Sau vài ngày, hầu hết cellulose và xylose chuyển thành ethanol.  Hỗn hợp sau khi lên men gọi là giấm chín được đưa đến giai đoạn tinh chế sản phẩm bao gồm chưng cất và tách nước. Sản phẩm là ethanol 99,5%v/v được đưa đến bể  chứa. Nước thải từ giai đoạn này sau khi xử  lí ở các bước tiếp theo.   Đánh giá lựa chọn nguyên liệu cho Nhà máy: Qua tổng hợp, phân tích và đánh giá sơ bộ các loại nguyên liệu  đầu vào nói trên, chúng ta thấy rằng việc sản xuất Bio-Ethanol từ nông sản có tiềm năng rất lớn  ở nước ta. Đặc biệt sắn là một nguồn nguyên liệu có ưu thế: khả năng canh tác dễ dàng, quy hoạch vùng nguyên liệu thuận lợi, hàm lượng tinh bột cao nhất (70-75%kl) và hệ số chuyển đổi thấp,chi phí nguyên liệu đầu vào thấp nên giá  Bio-Ethanol có khả năng cạnh tranh tốt hơn so với các loại nguyên liệu khác. Do đó, dự án quyết  định chọn Sắn lát làm nguyên liệu đầu vào cho nhà  máy sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu. Sự  khác nhau giữa công nghệ  xản xuất cồn thực phẩm và  cồn nhiên liệu Mục  đích sử dụng Cồn thực phẩm: Người ta sản xuất cồn thực phẩm là để pha chế thành rượu và  các loại đồ uống có cồn. Các loại đồ uống này được dùng trực tiếp cho con người nên trong thành phẩm của cồn thực phẩm chỉ bao gồm chủ  yếu là etanol. Các loại cồn đầu, dầu fusel, andehyt, axit, este… có hại cho sức khoẻ phải càng ít càng tốt và không được vượt quá ngưỡng qui định. Ngoài ra, do phải pha loãng khi pha chế, nên không bắt buộc phải sản xuất ra cồn có nồng độ cao. Cồn nhiên liệu: Cồn nhiên liệu được sản  xuất để dùng làm chất đốt. Khi sản xuất cồn nhiên liệu người ta không cần phải tách bỏ  cồn tạp. Trái với cồn thực phẩm, cồn nhiên liệu bắt buộc phải tách nước triệt để, vì nếu hàm lượng nước có trong cồn càng cao thì làm giảm hiệu quả của quá trình cháy và ảnh hưởng đến động cơ thiết bị, đồng thời khi pha cồn vào xăng sẽ dẫn đến sự  phân tách pha. Cũng chính vì vậy mà khi sản xuất còn nhiên liệu, người ta phải chọn giải pháp công nghệ  thích hợp để loại bỏ nước trong cồn, tạo ra cồn có nồng độ rất cao. Sự  khác nhau trong công nghệ  sản xuất ethanol thực phẩm và  ethanol nhiên liệu Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu chủ yếu xảy ra ở công đoạn cuối: chưng cất, tách nước: Công đoạn Ethanol thực phẩm Ethanol nhiên liệu   Chưng cất Phức tạp hơn do cần tách triệt để các chất có hại cho sức khỏe con người: cồn đầu, dầu fusel, adehyte… Không cần loại bỏ  cồn tạp Tách nước Không cần phải tách nước nâng nồng độ ethanol Phải tách nước nâng nồng độ ethanol lên 99.8% Ngoài ra, để tránh sử  dụng ethanol nhiên liệu cho các mục đích khác, cồn nhiên liệu sau khi tách nước được biến tính bằng cách thêm vào 1,96 – 5%v/v chất biến tính. Khi đó ethanol dùng làm nhiên liệu được gọi là ethanol biến tính. Chất biến tính có thể dùng là xăng không chì, naphta…. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO-ETHANOL TỪ  TINH BỘT Giới thiệu về nguyên liệu sắn Về cơ bản củ sắn gồm 3 phần chính: vỏ, thịt củ và  lõi (ngoài ra còn có cuống và rễ củ). Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi: Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống mất nước của củ, tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị mất khi thu hoạch và vận chuyển. Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là xenluloza ngoài ra còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin. Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít polyphenol, độc tố và enzim. Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thời giúp thoát nước khi phơi hoặc sấy sắn. Thành phần sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 - 34%, protein 0,8 - 1,2%, chất béo 0,3 - 0,4%, xenluloza 1 - 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 - 0,3% và nước 60 - 74,2%. Ngoài ra trong sắn còn chứa một lượng Vitamin và độc tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B. Các Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấu trong sản xuất rượu. Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và Lotaustralin. Các độc tố này thường tập trung ở vỏ cùi. Bình thường phazéolunatin không độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN. Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể trên. Đặc biệt trong sản xuất rượu, khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa các muối xyanat khi chưng cất không bay hơi nên bị loại cùng bã rượu. Thời vụ thu hoạch: Duyên Hải Miền Trung: Vùng đồng bằng, vùng thấp trũng thu hoạch vào mùa hè thu (khoảng tháng 9 đến tháng 10) nhằm tránh mùa mưa lụt, miền núi và những vùng cao thu hoạch tháng 12 đến tháng 3. Tây Nguyên thời vụ thu hoạch nguyên liệu sắn tháng 12 đến tháng 3. Nguồn thu mua: Petrosetco Trading sẽ cung cấp một phần nguyên liệu sắn lát đầu vào. Bên cạnh đó, Nhà máy sẽ chủ động quy hoạch vùng nguyên liệu tại một số khu vực như Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên và Tây Nguyên. Tiêu chuẩn sắn lát sử dụng cho Nhà máy: Hình dạng lát sắn: đường kính 30 – 70 mm, bề dày: 20 – 30 mm Độ ẩm: 12 – 14  %kl Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %klg Protein: 1,5 – 1,8 %klg Hàm lượng tro: 1,8 – 3,0 %klg Lipid: 0,5 – 0,9 %klg Độ xơ: 2,1 – 5,0 %klg Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %klg Các nhà cung cấp công nghệ  sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu trên Thế  giới Trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu. Một số các nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu hàng đầu trên thế giới như: Lurgi AG, Frankfurt, Đức Technip-Coflexip, Paris, Pháp Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ Katzen International INC., Cincinnati, Ohio, Mỹ Tomsa Destil. S.L, Madrid, Tây Ban Nha Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo Ngoài các nhà cung cấp bản quyền công nghệ kể trên, trong lĩnh vực sản xuất Bio-Ethanol nhiên liệu còn có một số  các nhà cung cấp công nghệ, thiết bị mua bản quyền công nghệ của các hãng nêu trên rồi tự  nghiên cứu phát triển công nghệ, bao gồm: Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô Alfa Laval (India) Limited, Pune, Ấn Độ Filli impianti, Monteriggioni, Italia Kolon Engineering & Construction Co. Ltd., Kyunggi-Do, Hàn Quốc Changhae Engineering Co.Ltd, Jeonju, Hàn Quốc Rushan Risheng Machinery Manufacture Co., Ltd, Trung Quốc Trong phạm vi của  đề cương này, chúng tôi trình bày các dây chuyền  sản xuất của các nhà cung cấp công nghệ trong các Hồ sơ chào thầu đối với Dự án này, cụ thể: Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo Katzen International INC., Cincinnati, Ohio, Mỹ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ · Công nghệ Vogelbusch 2.1.1. Công đoạn nghiền: Sắn lát về đến nhà máy bằng xe tải được đổ xuống phễu tiếp nhận. Sau đó sắn được tách bỏ tạp chất kim loại rồi đến kho chứa. Từ kho chứa, sắn  được làm sạch sơ bộ và cấp cho thùng chứa trung gian trước khi vào máy nghiền búa. Sản phẩm sau nghiền  được phân loại bằng sàng phân loại, ở đây những sản phẩm có kích thước chưa đạt sẽ được quay về lại thùng chứa trung gian trước máy nghiền, bột sắn với kích thước đạt yêu cầu được chứa  ở thùng chứa bột. Bụi sinh ra sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc đặc biệt với sự hỗ trợ của máy thổi khí.  2.1.2. Công đoạn hồ hóa –  đường hóa: Bột sắn sẽ được hòa trộn với nước sạch, hơi ngưng và dịch hèm loãng sau ly tâm. Tinh bột sẽ được chuyển hóa/cắt mạch thành dextrin, đường đa bởi enzyme Alpha amylaza ở nhiệt  độ, áp suất và pH thích hợp. Quá trình nấu sẽ  sử dụng sự phun hơi trực tiếp. Dịch sau khi hồ  hóa sẽ được làm mát bởi thiết bị làm lạnh nhanh hoạt động ở điều kiện chân không. Dịch sau khi làm lạnh nhanh được cấp cho thùng đường hóa. Tại đây, một phần dịch hèm loãng sau ly tâm cũng được bổ sung, dung dịch H2SO4 điều chỉnh pH và enzyme Gluco-amylaza chuyển hóa  dextrin, đường đa thành đường Glucô. 2.1.3. Công đoạn lên men: Vogelbusch sử dụng công nghệ lên men liên tục. Kết quả của việc sử dụng công nghệ như vậy sẽ giảm lao động, giảm lượng dung dịch CIP (kết quả là  giảm hóa chất và chi phí), công suất lên men tăng khoảng 130% so với hệ thống lên men theo mẻ và làm tăng sản lượng ethanol. Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai đoạn đó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có  liên hệ với nhau. Dòng dịch sẽ lần lượt chảy qua các thùng lên men và giấm chín được lấy ra ở từ bồn cuối cùng. Trong thiết kế dây chuyền này, quá trình lên men có thể thực hiện gián đoạn bằng cách đóng các van kết nối giữa các thùng lên men để cách ly các thùng với nhau. Khi đó từng thùng sẽ được nạp liệu và lấy giấm chín ra một cách độc lập (lên men gián đoạn từng thùng). 2.1.4. Công đoạn chưng cất –  tách nước: Sử dụng công nghệ  chưng cất đa áp suất, hệ thống chưng cất hệ thống chưng cất này sử dụng nhiệt năng tối  ưu hơn và do đó giảm lượng hơi tiêu thụ. Hệ thống các tháp gồm: Tháp cất I với khử khí một phần (MC 1) Tháp cất II (MC 2) Tháp khử Anđehyt (AC) Tháp cất tinh I (RC1) Tháp cất tinh II (RC2) Các tháp hoạt động ở mức áp suất khác nhau để các tháp có  thể được gia nhiệt bởi hơi đỉnh của tháp khác. Hơi cồn từ khu vực chưng cất sẽ được gia nhiệt siêu tốc nhằm nâng nhiệt độ lên khoảng 115oC và hóa hơi hoàn toàn. Sau đó hơi cồn sẽ được tách nước bằng rây phân tử 3A. Sản phẩm cồn khan sẽ được đưa đi ngưng tụ, làm mát và tồn chứa. Sau một thời gian hấp phụ, tháp hấp phụ bị bão hòa và tháp  được tái sinh bằng một phần dòng hơi cồn khan đi ra khỏi tháp hấp phụ. Dòng hơi cồn tái sinh có chứa nước sẽ quay trở lại khu vực chưng cất. 2.1.5. Công đoạn xử lý dịch hèm: Dịch hèm thải từ  tháp chưng cất được đưa đến máy ly tâm nhằm tách bỏ các thành phần rắn lơ lửng. Dịch hèm loãng sau ly tâm, một phần sẽ hồi lưu lại quá  trình công nghệ, phần còn lại được đưa đi cô đặc bốc hơi. Bã ẩm tách ra từ  máy ly tâm sẽ được trộn với phần cặn đáy từ thiết bị cô đặc, sau đó được  đưa đi sấy làm thức ăn gia súc. Hơi sinh ra từ thiết bị sấy, cô đặc sẽ được thu hồi và  quay trở lại quá trình công nghệ. Công nghệ Katzen Quá trình công nghệ  gồm các công đoạn chính như sau: Chuẩn bị dịch, nấu và hóa lỏng Lên men và hệ thống vệ sinh tại chỗ (CIP) Chưng cất và tách nước Ly tâm Hỗn hợp sản phẩm 2.2.1 Chuẩn bị dịch, nấu và hóa lỏng Bột sắn đưa vào thùng hòa trộn cùng với nước pha loãng, bao gồm nước công nghệ và dòng dịch hèm tuần hoàn (backset). Lưu lượng dòng nước pha loãng được điều khiển bởi điều khiển mức trong thùng hòa dịch. Mục đích cơ  bản của quá trộn bột là nâng công suất hệ  thống nấu. Dịch bột được tuần hoàn quanh thùng trộn bột nhờ bơm tuần hoàn của thùng trộn bột. Các bơm nguyên liệu nấu chuyển dịch bột từ thùng trộn bột đến thiết bị nấu phun được điều khiển dòng. Thiết bị  nấu phun sử dụng hơi nước 10 bar. Đồng thời, nước từ tháp tinh có thể được đưa vào thiết bị nấu. Dịch bột đi vào thùng hồ hóa và được tuần hoàn trong thùng hồ  hóa được điều khiển dòng bởi bơm tuần hoàn thùng hồ hóa. Enzym hồ hóa được đưa vào thùng hồ hóa và đảm bảo thời gian lưu cho enzym để thủy phân một phần tinh bột thành đường malto. Để điều khiển pH, dung dịch amoniac được bơm vào cửa hút của bơm tuần hoàn thùng hồ hóa và được  điều khiển bằng cách kiểm soát pH trong chu kỳ tuần hoàn. Dịch sau khi hồ hóa  được chuyển đến thiết bị làm mát dịch bột. Tại đây, dòng dịch hèm tuần hoàn (backset) cũng được thêm vào và axit H2SO4 đưa vào. Điều này làm giảm hàm lượng chất rắn của dịch bột và giảm pH, nếu cần, để đảm bảo điều kiện lên men. Dịch bột được qua một hệ thống thiết bị làm mát để hạ  nhiệt độ xuống nhiệt độ lên men. Lên men và hệ thống vệ sinh tại chỗ Các bộ phận chính của hệ thống lên men bao gồm thiết bị hấp phụ  Ethanol, hệ thống nhân men, các thiết bị lên men với bơm và thiết bị làm mát, hệ thống vệ  sinh tại chỗ, hệ thống định lượng xút, và  hệ thống lưu trữ, vận chuyển và định lượng enzym. Hệ thống lên men tạo môi trường phù hợp cho việc thủy phân dextrin thành dextroza và maltoza và sâu hơn. Lên men dextroza và  malto thành Ethanol bởi chủng men saccharomyces cerevisiae. Suốt trong quá trình lên men, nấm men trải qua quá trình phát triển nhanh, và sinh ra Ethanol, CO2, các sản phẩm phụ khác và năng lượng. Thùng lên men xem như  là bình phản ứng trong đó xảy ra cùng lúc thủy phân dextrin (đường hóa) và lên men. Bốn thùng lên men, TK-401A-D, mỗi thùng được làm đầy trong 15 giờ. Tổng quá trình lên men gián đoạn bao gồm làm  đầy thùng, xả ra và làm vệ sinh trong một chu kỳ 60 giờ. Hầu hết dịch bột sau khi hồ hóa đưa trực tiếp vào một trong bốn thùng lên men. Tuy nhiên, một phần dịch hồ hóa được cấp cho thùng nhân men, ở đây men giống được nhân lên và ở pha tăng trưởng mạnh từ đó loại bỏ sự chậm trễ khi lên men bằng men khô  và giảm lượng men khô sử dụng. Nước công nghệ đã  được gia nhiệt từ thùng nước công nghệ được sử dụng để hòa tan các thành phần trong thùng hòa chất dinh dưỡng. Men khô, enzym, nước, và bất kỳ  các chất kháng sinh được thêm vào thùng này, được hòa trộn và sau đó chuyển đến thùng hòa men. Và  được chuyển trở lại dòng dịch bột cung cấp cho thùng lên men đang được làm đầy. Để tránh các chất rắn kết tủa trong thùng lên men, dịch trong thùng được bơm tuần hoàn và để loại bỏ nhiệt sinh ra trong quá trình lên men, duy trì nhiệt độ lên men không đổi, dịch bột được tuần hoàn qua thiết bị làm mát bên ngoài thùng lên men. Khi quá trình lên men kết thúc, dịch sau khi lên men được đưa vào thùng chứa giấm chín. Để hạn chế sự nhiễm khuẩn và tăng hiệu suất chuyển hóa thành Ethanol, các thùng lên men được làm sạch hóa học và vệ sinh sau mỗi chu trình. Quá trình làm sạch thực hiện ở áp suất cao, đầu phun quay để có thể rửa các chất rắn trên thành và đáy của các thùng. Các thiết bị làm mát dịch bột được làm sạch bằng cách tuần hoàn dung dịch vệ sinh tại chỗ thông qua các ống. Chưng cất và tách nước Hệ thống chưng cất gồm hai tháp: Tháp tách giấm chín Tháp tinh chế Hơi ethanol ra khỏi tháp tinh với nồng độ cồn tối thiểu là 91.7%kl được gia nhiệt siêu tốc, sử dụng hơi 10 bar để ngăn cản pha lỏng đi vào hệ thống tách nước rây phân tử, có thể làm giảm hiệu suất hấp phụ. Hơi ethanol sau khi được gia nhiệt siêu tốc được đưa đến các tháp tách nước rây phân tử.  Nước được giữ lại trong các mao quản của rây phân tử , hơi ethanol khan thoát ra. Các tháp tách nước làm việc theo chu kỳ, khi một tháp được tái sinh thì  một tháp thực hiện hấp phụ nước. Quá trình tái sinh được thực hiện ở chân không, nước được giải hấp khỏi các rây phân tử. Dòng sau khi tái sinh bao gồm ethanol và nước được đưa trở lại khu chưng cất. Dòng ethanol khan được ngưng tụ, làm mát và đưa đi tồn chứa. Ly tâm Hèm thải (whole stillage) được đưa đến thùng chứa hèm thải, tại đây hèm thải chứa trong thùng cũng được bơm tuần hoàn. Hèm thải được đưa đến hệ thống ly tâm  để tách ra thành 2 dòng: bã ẩm (wet cake) và dịch hèm loãng. Phần bã ẩm (wet cake) được đưa đến mấy sấy để làm thức ăn gia súc. Hèm loãng sẽ  được tuần hoàn một phần trở lại quá trình công nghệ, phần còn lại sẽ được cô đặc bốc hơi. 2.2.5 Phối trộn sản phẩm Ethanol khan thành phẩm  được chuyển đến một trong hai thùng chứa sản phẩm trung gian. Nếu ethanol thành phẩm đạt chất lượng (“on-spec”) sẽ được bơm đến khu bể chứa sản phẩm. Trong trường hợp sản phẩm không đạt chất lượng (“off-spec”), nó sẽ  được đưa trực tiếp từ một trong hai thùng chứa sản phẩm trung gian đến thùng chứa sản phẩm tuần hoàn. Sau đó được bơm dần dần trở lại tháp tinh để tái sản xuất nhằm thu hồi ethanol. Trong quá trình chuyển ethanol đến bể lưu trữ sản phẩm, ethanol được biến tính bằng cách thêm vào 2-5%v xăng không chì. Công nghệ Praj Quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát dựa theo phương pháp chưng cất bao gồm nghiền, loại bỏ cát đá, hồ hoá, lên men, và chưng cất - tách nước. Xử lý  nước thải theo phương pháp gạn lắng, xử lý  bio-gas như là phương pháp xử lý cơ  bản và xục khí như là phương pháp xử  lý lần hai. Khu công nghệ chính có thể được chia thành 5 mục chính như sau: Nghiền sắn và tách cát: Trong khu vực này, sắn lát được làm sạch, nghiền và hoà bột để tạo thành dịch bột sắn (slury). Hồ hoá: Trong khu vực này, tinh bột được hồ hoá ở khoảng 115oC với sự có mặt của enzym. Đường hoá và lên men “HIFERM-NM”: Trong khu vực này, dịch hồ hoá đầu tiên được chuyển hoá thành đường, sau đó đường lên men được được lên men đồng thời bởi nấm men khô hoạt động tạo thành ethanol Chưng cất “ECOFINE MPR”: Trong khu vực này, dịch bột sau khi lên men được chưng cất trong hai hệ thống tháp chưng cất để tạo thành ethanol ngậm nước 93%v/v. Trong trường hợp cần tăng nồng độ lên 95% thì sử dụng hơi nhiều hơn. Tách bã và xử lý nước thải theo phương pháp xử lý methanol ECOMET XPD Dịch hèm được sản xuất như là một sản phẩm phụ của khu chưng cất, được tách trong máy tách ly tâm để tạo thành bã ẩm và dịch hèm loãng. 2.3.1. Mô tả công nghệ cho lên men “HIFERM-NM” 2.3.1.1 Hồ hóa Bột sắn được xử  lý trong khu vực xử lý sơ bộ sắn  để tạo thành dịch bột. Cát cũng được loại bỏ  trong giai đoạn xử lý này. Dịch bột này được sử dụng làm nguyên liệu cho công đoạn hồ hóa. Dịch bột trong khu xử lý sơ bộ sắn  được hòa với dòng ra khỏi đáy tháp tinh. Dòng dịch hèm tuần hoàn và dịch bột được hòa trộn trong thùng chuẩn bị dịch. Nó được gia nhiệt đến 105oC. Dịch này được đưa vào thùng hồ hóa đầu tiên. Trong thùng hồ hóa này, dịch bột được duy trì ở 85oC. Enzym hồ hóa được thêm vào cùng với enzym giảm độ nhớt. Sau khi hồ  hóa, dịch bột được làm mát và bơm đến khu vực đường hóa và lên men. 2.3.1.2 Đường hoá và lên men Men giống được chuẩn bị trong bình chuẩn bị men bởi dịch bột  đã được tiệt trùng với men khô đã hoạt hóa. Nhiệt độ tối ưu được duy trì bằng cách tuần hoàn qua thiết bị làm mát bằng nước. Các thành phần của bình chuẩn bị men được chuyển đến thùng lên men sơ bộ. Thùng lên men sơ bộ  được làm đầy dịch bột và nạp các chất của thùng nhân men. Mục đích của việc lên men sơ bộ  có sục khí (aerated) cho phép các tế bào nấm men phát triển nhiều hơn và giảm sự nhiễm khuẩn của thùng nhân men. Khi các chất trong thùng lên men sơ  bộ được chuyển đến thùng nhân men chính, nồng độ của nấm men đã đủ cao về căn bản có  thể giảm được thời gian trễ liên quan đến sự phát triển của nấm men trong quá trình lên men. Enzym đường hóa được thêm vào trong thùng lên men. Chúng sẽ chuyển hóa tinh bột thành đường. Ở đây cơ bản là sự  chuyển hóa của dextrin thành dextroza. Mục đích của quá trình lên men là chuyển các chất có thể  lên men được thành cồn. pH của dịch bột  được điều chỉnh cơ bản là nhờ dịch hèm tuần hoàn (cũng là để cung cấp chất dinh dưỡng) hoặc là thêm axit vào. Nấm men có hiệu lực trong một lượng vừa đủ để khởi đầu quá  trình lên men nhanh và kết thúc trong vòng 60 giờ. Tại giai đoạn đầu của chu kỳ, thùng lên men được nạp liệu với dịch bột và các chất của thùng lên men sơ bộ. Lên men là  quá trình sinh nhiệt. Nhiệt sinh ra được loại bỏ  bằng cách tuần hoàn làm mát qua thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài. Bơm tuần hoàn cũng được cung cấp để bơm dịch đã lên men (giấm chín) đến thùng giấm chín. Sau đó thùng lên men được làm sạch với nước và dung dịch xút, và khử trùng cho mẻ tiếp theo. 2.3.1.3 Rửa CO2 CO2 rút ra trong suốt quá  trình lên men sẽ kéo theo một lượng ethanol. CO2 này  được đưa vào thiết bị rửa CO2 bằng nước và  thu hồi lượng ethanol bị  kéo theo. 2.3.2 Chưng cất “ECOFINE MPR” là sơ  đồ công nghệ đa áp suất với hai tháp chưng cất. Các tháp này bao gồm các dòng: Tháp thô kết hợp tách khí ở đỉnh tháp: vận hành ở chân không Tháp tinh: vận hành ở áp suất dư Dịch sau khi lên men được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ và  đưa vào đỉnh của tháp tách khí ở đỉnh của tháp thô. Một khu vực nhỏ được cung cấp  ở đỉnh của tháp thô gọi là tháp tách khí. Dấm chín được đưa vào tháp này và dòng đi xuống tháp thô. Hơi ở đỉnh tháp thô chứa ethanol được chuyển đến tháp tinh sau khi ngưng tụ. Một phần nhỏ của dòng hơi này  được nạp vào tháp tách khí. Trong tháp tách khí các khí hòa tan cùng với một số tạp chất được tách ra ở đỉnh của tháp. Hơi này được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ của tháp tách khí và thành phần ngưng tụ được đưa đến khu vực thấp hơn của tháp tinh để thu hồi ethanol. Phần còn lại của dấm chín tách ra khỏi dòng ethanol đi xuống dưới tháp thô  và lấy ra như dòng nước thải từ đáy của tháp thô. Tháp thô vận hành ở chân không đảm bảo nhiệt độ vận hành thấp. Ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan của muối canxi cao hơn nên chúng không kết tủa trong tháp. Vì vậy tháp thô ít đóng cặn hơn. Tháp tinh được vận hành ở áp suất tăng. Hơi được đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp, được cung cấp ở  đáy tháp. Cồn được làm giàu  đi ra ở đỉnh và có nồng độ khoảng 95% v/v. Cồn sau tinh chế đi ra khỏi tháp và được  đưa đi lưu trữ. Dòng dầu fusel từ  tháp tinh được đưa đến thiết bị tách dầu fusel, được hoà tan với nước và lớp giàu dầu fusel được tách ra. Nước rửa dầu fusel được tuần hoàn trở lại tháp. Dòng nước tách ra từ  đáy tháp thô một phần được tuần hoàn lại khu vực lên men như là nước hoà tan và  phần còn lại được đưa đến phân xưởng xử  lý nước thải. 2.3.3 Tách nước Quá trình tạo thành cồn tinh chế thông qua lớp hút ẩm. Hai tháp hút  ẩm được cung cấp để cho phép vận hành liên tục: một tháp thực hiện quá trình hấp phụ trong khi tháp kia tiến hành tái sinh. Nguyên liệu là hơi quá nhiệt của tháp tinh, được gia nhiệt để  đảm bảo nhiệt độ vận hành, và tuần hoàn  đến tháp rây phân tử 1 được giả định là  đang trong giai đoạn tách nước. Sau khi đi qua thiết bị  làm khô, hơi được ngưng tụ, làm mát và đưa đến bể chứa sản phẩm. Một phần nhỏ của hơi sản phẩm được đưa đến tháp 2 đang trong giai đoạn tái sinh, ở áp suất chân không, để tiến hành tái sinh. Giai đoạn tái sinh hút hơi nước từ các mao quản của rây phân tử, giúp cho tháp 2 sẵn sàng cho chu kỳ kế tiếp. Nồng độ dòng hơi thu hồi thấp, được ngưng tụ và tuần hoàn trở lại tháp tinh. 2.3.4 Ly tâm tách bã Quá trình tách được thực hiện bởi máy tách ly tâm liên tục để tách bã ẩm. Dòng chất lỏng là dịch hèm loãng từ  thiết bị tách được đưa qua phân huỷ kỵ  khí, theo sau là phân huỷ hiếu khí.  Công nghệ Applied Process Technology International - APTI (Delta-T): Sơ  đồ khối công nghệ sản xuất ethanol Thuyết minh: Công nghệ sản xuất Bio-Ethanol với nguyên liệu là sắn lát (cassava chip), sắn lát được đưa đến khu vực nghiền, chuẩn bị dịch và tách cát, ở đây sẽ tạo thành dung dịch bột đồng nhất (cassava slurry). Tinh bột trong dung dịch bột được chuyển hóa thành đường có khả năng lên men dựa trên hoạt động của các enzyme (công đoạn hồ hóa và nấu) và sau đó đường được chuyển hóa thành Ethanol và CO2 bởi hoạt động của men (công đoạn lên men). Khí CO2 thô sẽ được rửa sơ bộ bằng nước để tách lượng cồn bị cuốn theo, sau đó CO2 được đưa đến phân xưởng thu hồi và hóa lỏng CO2. Dịch sau lên men (giấm chín) có nồng độ Ethanol thấp (9 ÷ 14%v/v), cần phải loại bỏ tối đa lượng nước bằng phương pháp chưng cất, tinh luyện. Tuy nhiên do hiện tượng điểm  đẳng phí của hỗn hợp Ethanol và nước nên sau công đoạn chưng cất Bio-Ethanol thu được chỉ đạt nồng độ 95-96 %v/v. Để sử dụng làm nhiên liệu, Bio-Ethanol tiếp tục được đưa qua công đoạn tách nước để đạt nồng độ tối thiểu 99,8 %v/v. Dịch hèm thải ra từ  đáy của hai tháp chưng cất thô được đưa đến Decanter (máy ly tâm) để tách các thành phần rắn có  trong dịch hèm. Các bước xử lý tiếp theo là  sấy bã và xử lý nước thải có thu hồi Mêtan. Hiệu suất của các công đoạn chính: Hiệu suất lên men: 94% Hiệu suất chưng cất: 99% Hiệu suất tách nước: 99,5% Hiệu suất tổng của nhà sản xuất chính (từ hồ hóa đến tách nước): 90,7% Sơ  đồ khối của cụm hệ  thống tiếp nhận sắn –  nghiền thô - tồn trữ  - nghiền mịn Cụm hệ thống bao gồm từ khâu tiếp nhận sắn lát đến khu vực nghiền sắn. Sắn lát là nguyên liệu của nhà máy, sau khi ra khỏi cụm này, sắn được nghiền mịn  để tạo thành bột sắn có kích thước đạt yêu cầu và chuyển tới các công đoạn tiếp theo của nhà  máy. Cụm hệ thống bao gồm các hệ thống như  sau: Hệ thống tiếp nhận sắn lát Hệ thống vận chuyển sắn lát Hệ thống làm sạch sơ bộ và bẻ gãy sơ bộ sắn Kho chứa sắn Hệ thống làm sạch Hệ thống nghiền và chứa bột sắn 3.2.1 Hệ  thống tiếp nhận sắn lát Sắn được vận chuyển bằng xe tải (khoảng 10-15 tấn/xe) đến nhà máy. Sau khi kiểm tra chất lượng sắn, sắn được đổ vào các phễu thu của hệ thống tiếp nhận, sau đó sắn sẽ xả từ phiễu chứa đến hệ  thống vận chuyển nhờ trọng lực với lưu lượng ổn định. Trong quá trình tiếp nhận sắn, sẽ  phát sinh rất nhiều bụi, gây ô nhiễm môi trường, do đó, tại khu vực này được trang bị hệ  thống khống chế và tiếp nhận bụi, bất kỳ  bụi phát sinh được thu nhận và tuần hoàn lại phễu chứa. Hệ thống được thiết kế với công suất 48,67 tấn/h và hoạt  động liên tục 24h/ngày, 7 ngày/tuần. 3.2.2 Hệ  thống vận chuyển sắn lát Sắn được chuyển từ khâu này đến khâu kia trong cụm là nhờ  hệ thống vận chuyển. Mục đích của hệ  thống này như sau: Vận chuyển sắn từ hệ thống tiếp nhận sắn đến hệ thống làm sạch sơ bộ và bẻ gãy sắn sơ bộ Vận chuyển sắn sau khi bẻ gãy sơ bộ đến kho chứa hoặc hệ thống làm sạch Vận chuyển sắn từ kho chứa đến hệ thống làm sạch. 3.2.3 Hệ  thống làm sạch sơ bộ  và bẻ gãy sơ bộ  sắn Sắn lát được thu nhận tại nhà máy được làm sạch sơ bộ  trước khi bẻ gãy sơ bộ. Hệ thống làm sạch sơ bộ được thiết kế để phân tách kim loại, cát, đất đá và các thành phần khác đi theo sắn. Hệ thống bẻ gãy sơ bộ nhằm giảm kích thước của sắn lát, từ kích thước lớn thành kích thước nhỏ hơn (khoảng 15 – 20mm). Sắn sau khi bẻ gãy sơ bộ có thể được vận chuyển đến kho để lưu trữ hoặc chuyển trực tiếp vào sản xuất. 3.2.4 Kho chứa sắn Kho sắn được thiết kế với những yêu cầu sau: Là loại kho khép kín, có hệ thống thông thoáng Công suất làm việc bằng 70% công suất chứa của toàn bộ kho Hệ thống tiếp nhận, vận chuyển, tháo liệu tự động Khống chế độ ẩm thấp hơn 14% và nhiệt độ cao hơn 35oC bằng khí nóng tự nhiên hay cưỡng bức nhằm đảm bảo tổn thất dưới 3% khối lượng sau 6 tháng tồn chứa. 3.2.5 Hệ thống làm sạch Hệ thống sẽ  nhận sắn từ kho chứa hoặc từ hệ thống bẻ gãy sơ bộ. Mục đích của hệ thống này là loại bỏ các tạp chất có mặt trong sắn lát như đất đá, cát, kim loại… tránh gây nguy hại cho các búa nghiền trong hệ thống nghiền. Sắn sau khi làm sạch sẽ vận chuyển đến hệ  thống nghiền. Hệ thống làm sạch được thiết kế  với công suất 37,31 tấn sắn lát cho 1h hoạt động và hoạt động liên tục 24h/ngày, 7 ngày/tuần. 3.2.6 Hệ thống nghiền và chứa bột Hệ thống nghiền  được thiết kế với công suất 36,22 tấn bột sắn/h và với mục đích là nghiền sắn lát thành bột đạt kích thước yêu cầu cho các công đoạn sản xuất tiếp theo. Kích thước và phần trăm hạt bột  được thể hiện trong bảng dưới đây:  STT Kích thước (micron) Bột (% khối lượng) 1 <250 70 – 95% 2 >250 13 – 20% 3 >1000 2 – 4% 4 >1180 1 – 4% 5 >1400 1 – 2% Bột sắn sau nghiền  được chứa tại silô trung gian, tại đây bột sẽ được cân tự động và chuyển đến khu vực chuẩn bị dịch bột. Silô trung gian được thiết kế với sức chứa 2h (tức công suất làm việc là 63 tấn) nhằm đảm bảo các công đoạn phía sau hoạt động liên tục trong quá trình thay lưới sàn hoặc các sự cố của máy nghiền. Sơ  đồ dòng của khu vực chuẩn bị dịch và tách cát Thuyết minh: Bột sắn sau nghiền  được hòa trộn cùng với dòng dịch từ thùng TK-1101 gồm nước công nghệ, dịch hèm loãng và dòng dịch Grits hồi lưu từ đỉnh hệ thống cyclone cấp 2 của hệ thống cyclone tách cát. Dịch bột sau đó  được đưa đến thùng TK-1102. Cả 2 thùng TK-1101 và TK-1102 đều được trang bị cánh khuấy. Dịch bột từ thùng TK-1102 được gia nhiệt lên 40 - 50oC bằng dòng nước ngưng công nghệ tại E-1102 để tránh tinh bột lơ lửng trong nước. Sau đó được dẫn qua thiết bị đồng nhất và đến hệ thống cyclone 3 cấp tách cát triệt để. Hệ thống cyclone cấp 1: Dòng đỉnh chứa 23%khối lượng tinh bột và đã tách sạch cát, được chứa ở thùng TK-1110 và được bơm PC-1110A/B vận chuyển đến công đoạn hồ hóa. Dòng đáy được bơm qua hệ thống cyclone cấp 2. Hệ thống cyclone cấp 2:  Dòng đỉnh là dòng dịch bột được hồi lưu về thùng TK-1101 (dòng này vẫn còn lẫn một số tinh bột bị không hòa tan và cát hay còn được gọi là Grits). Dòng đáy được bơm qua hệ thống cyclone cấp 3. Hệ thống cyclone cấp 3: Dòng đỉnh được quay về tại đầu hút của bơm cấp dịch cho hệ thống cyclone cấp 2. Dòng đáy chủ yếu là nước và cát tiếp tục được phân tách tại thiết bị lắng và tuyển nổi đồng thời hồi lưu triệt để lượng tinh bột bị cuốn theo. Sơ  đồ dòng của khu vực hồ hóa và nấu Thuyết minh: Dịch bột từ cụm công nghệ chuẩn bị dịch và tách cát tiếp tục được hòa trộn với nước ngưng công nghệ  tại thùng hòa trộn dịch TK-2101. Thùng này được duy trì ở nhiệt độ khoảng 82oC. Thời gian lưu của dịch trong thùng là 30 phút. Enzyme Alpha-amylaza được đưa vào nhằm bẻ gãy tinh bột thành đường có khả năng lên men. NH3 được thêm vào để điều chỉnh pH, đồng thời cung cấp dinh dưỡng cho men. Một phần dịch hèm loãng có thể được bổ sung vào thùng hòa trộn. Dịch sau hòa trộn  được bơm đến thùng hồ hóa TK-2201. Thời gian lưu của dịch ở thùng hồ hóa là 120 phút  để đủ thời gian cho enzyme Alpha-amylaza tiếp tục bẻ  gãy những chuỗi tinh bột thành đường đơn. Sau đó dịch được gia nhiệt bằng hơi tại thiết bị trao đổi nhiệt nhằm chuyển hóa tinh bột triệt để và  tiệt trùng dòng dịch. Hệ thống gồm 3 nồi nấu dạng ống được cung cấp nhằm tạo thời gian lưu cần thiết (15 phút) để tiệt trùng. Sau khi nấu, dịch được làm lạnh 2 cấp bằng giấm chín và nước làm mát đến nhiệt độ 32oC và cung cấp cho khu vực lên men. Dung dịch H2SO4 được bổ sung tại đầu ra của thùng hồ hóa nhằm giảm pH xuống thích hợp cho quá trình nhân men. Dòng dịch hèm loãng cũng có thể bổ sung vào vị trí này để giảm pH, điều này sẽ làm giảm lượng H2SO4 tiêu thụ nhưng sẽ làm tăng thành phần chất rắn trong dịch. Trong thời gian dài dừng nhà máy, thùng hòa trộn, thùng hồ hóa và các  đường ống liên quan sẽ được vệ sinh làm sạch bằng hệ thống CIP. Sơ  đồ dòng của khu vực nhân men giống và lên men Thuyết minh: Hệ thống lên men gồm 6 thùng, trong đó thùng đầu tiên là thùng nhân giống, 4 thùng lên men cùng kích thước và thùng chứa giấm chín. Nhà máy sử dụng quá trình lên men theo mẻ để chuyển hóa đường có khả  năng lên men thành Ethanol và CO2 dựa trên hoạt động của men. Quá trình nhân men giống diễn ra ở thùng nhân men TK-3102. Thùng nhân men được trang bị cánh khuấy và được làm lạnh bên ngoài bằng bơm tuần hoàn và thiết bị làm lạnh. Các dòng nạp vào thùng nhân giống với các mục  đích như sau: Men giống: đã được hoạt hóa từ men khô đóng bánh ở thùng hòa trộn men TK-3101 Dịch bột: cung cấp nguồn thức ăn cho men Nước công nghệ: giảm % thành phần rắn Enzyme Gluco-amylaza: chuyển hóa dextrin và đường đa thành đường glucô làm nguồn thức ăn cho men giống Urê: là chất dinh dưỡng cho men H2SO4: điều chỉnh pH thích hợp cho quá trình nhân men Không khí (khí nén): cung cấp Oxy để men phát triển Dầu chống tạo bọt (nếu cần). Quá trình nhân men theo mẻ và toàn bộ mẻ nhân men sẽ  được cấp cho thùng lên men khi hoạt động của men đạt được điểm tối ưu, bình thường thời gian lưu dịch trong thùng nhân men là 12h/mẻ. Sau mỗi mẻ, thùng nhân men, thiết bị làm lạnh và các  đường ống liên quan được vệ sinh làm sạch bằng hệ thống CIP để ngăn ngừa nhiễm khuẩn.  Quá trình lên men theo mẻ với hiệu suất 94% và thời gian lưu 48h/mẻ. Quá trình lên men sinh nhiệt nên phải tuần hoàn dịch đang lên men qua thiết bị làm mát bên ngoài để duy trì nhiệt độ thùng lên men ở khoảng 32oC. Sau khi đạt đủ thời gian lên men, giấm chín được bơm đến thùng chứa giấm chín. Thể tích thùng chứa giấm chín bằng 1,3 lần thể tích thùng lên men. Tại đây giấm chín sẽ được cung cấp liên tục cho khu vực chưng cất. Để thu hồi năng lượng, giấm chín trước khi đến khu vực chưng cấp sẽ được gia nhiệt sơ bộ  ở 1 trong 2 thiết bị trao đổi nhiệt mà tác nhân gia nhiệt là dịch sau nấu. Khí CO2 thô sẽ được rửa sơ bộ bằng nước để tách lượng cồn bị cuốn theo, sau đó CO2 được đưa đến phẩn xưởng thu hồi và hóa lòng CO2. Khí CO2 sinh ra có thể tạo bọt trong thùng lên men, do đó mỗi thùng lên men được trang bị các đầu phun chất chống tạo bọt khi cần. Các thùng lên men và  đường ống lên quan, các thiết bị trao đổi nhiệt  đều được kết nối với hệ thống CIP để làm sạch và tiệt trùng. Hệ thống lên men được trang bị  với đường ống và điều khiển cho phép làm vệ  sinh hay bảo trì bất kỳ thùng lên men nào cũng không ảnh hưởng đến việc cung cấp giấm chín liên tục. Sơ  đồ dòng của khu vực chưng cất Chưng cất là quá  trình làm bay hơi ethanol có trong giấm chín và nâng nồng độ ethanol lên xấp xỉ 95 %vol. Ethnaol trong giấm chín  được tách ra khỏi dịch hèm sử dụng hệ thống với 3 tháp chưng cất. Hệ thống chưng cất gồm ba tháp, bao gồm hai tháp chưng cất thô và  một  tháp chưng cất tinh. Tháp chưng cất thô #1 vận hành ở áp suất khí quyển. Tháp chưng cất thô #2 vận hành ở áp suất chân không và tháp tinh vận hành ở áp suất xấp xỉ là 3.4 bar(a). Giấm chín được  đưa đến đỉnh của mỗi tháp chưng cất thô với tỷ lệ như nhau. Sau khi gia nhiệt, giấm chín đi vào tháp thô #1 có nhiệt độ sấp xỉ là 88oC (190oF), và đi vào tháp thô #2 với nhiệt độ sấp xỉ là 77oC (170oF). Sản phẩm đáy của tháp thô, hay gọi là dịch hèm, được đưa đi xử lý. Hơi ethanol từ đỉnh của các tháp thô được ngưng tụ và bơm đến tháp tinh. Tại đây nó được nâng nồng độ lên 95%v. Ethanol ra khỏi tháp tinh được đưa sang hệ thống tách nước. Dòng ra khỏi đáy tháp tinh chủ yếu là nước cùng với lượng nhỏ ethanol và các chất hữu cơ dễ bay hơi được quay lại quá trình công nghệ. Hệ thống chưng cất  được tính toán để hiệu suất sử dụng năng lượng là lớn nhất. Phần cất của đỉnh tháp tinh được sử dụng để cung cấp nhiệt cho các tháp thô. Hơi ngưng tụ được tuần hoàn lại tháp tinh làm dòng hồi lưu đỉnh. Độ axit của sản phẩm được  điều khiển bằng cách loại bỏ các khí không tan trong ethanol với một quá trình riêng. Sơ  đồ dòng của khu vực tách nước Việc loại bỏ nước, làm khan cồn để sản xuất cồn nhiên liệu được thực hiện trong hệ thống tách nước rây phân tử. Rây phân tử làm việc cơ bản là hấp phụ  chọn lọc ở pha hơi. Trong trường hợp này, nước được hấp phụ trong các mao quản trong khi ethanol thoát ra ngoài. Nước bị hấp phụ sẽ được loại bỏ suốt trong giai đoạn tái sinh và được đưa trở lại hệ thống chưng cất để thu hồi ethanol. Quá trình hấp phụ  thực hiện ở áp suất dư trong khi quá trình tái sinh thực hiện ở áp suất chân không. Hệ thống giảm axit được thiết kế để loại bỏ CO2 và axit cacbonic làm cho nồng độ axit cao. Phần lớn dòng cồn khan sau khi ra khỏi tháp tách nước được ngưng tụ và đưa vào tháp khử axit. Một phần nhỏ hơi ethanol khan được đưa vào đáy tháp khử axit để tách khí CO2 còn lưu lại. Dòng lỏng (sản phẩm cuối cùng) thu được ở đáy của tháp khử axit được làm mát và chuyển đến bể chứa. Sơ  đồ dòng của phân xưởng thu hồi CO2 Thuyết minh: Dòng khí CO2 thoát ra từ khu vực lên men (sau khi được rửa sơ bộ) được dẫn đến dây chuyền thu hồi CO2. Tại đây khí CO2 thô được xử lý qua các công đoạn sau: 3.8.1. Tách bọt F- 8601: Trước tiên, khí CO2 thô được rửa bằng nước trong thùng tách bọt để tách hết bọt có trong dòng khí từ các thùng lên men. Lượng bọt trong thùng tách bọt sẽ tự động chảy tràn ra ngoài. 3.8.2. Nén khí  CR-8601 A/B (hoặc ballon): Sau khi ra khỏi thiết bị  tách bọt, khí CO2 thô được nén trước khi qua tháp rửa nước. Ngoài ra, có thể dùng ballon (thiết bị tồn chứa) để đảm bảo dòng khí được cung cấp liên tục cho các công đoạn sau và đảm bảo áp suất đầu vào cho máy nén. 3.8.3. Rửa nước VS-8601: Sau khi được nén, khí  CO2 sẽ đi qua thiết bị rửa bằng nước để tách triệt để các tạp chất hoà tan trong nước. Để tiết kiệm nước thì lượng nước sau khi rửa sẽ được dùng làm nước rửa ở thùng tách bọt. 3.8.4. Nén khí  CO2 CR-8602A/B: Máy nén piston hoặc máy nén vít tải được sử dụng để nén khí  CO2 lên 17-18 bar. 3.8.5. Làm mát E-8601, E-8602: Sau khi ra khỏi máy nén, nhiệt độ khí CO2 sẽ tăng lên, khi đó sẽ được làm mát 2 cấp bằng nước làm mát và môi chất lạnh NH3 để giảm nhiệt độ của dòng khí CO2 nhằm tăng hiệu quả của quá trình tinh chế, đồng thời cũng làm ngưng tụ hơi nước lẫn trong khí CO2. 3.8.6. Rửa KMnO4 VS-8602: Khí CO2 đã được nén sẽ đi qua thiết bị rửa KMnO4 để tách các hợp chất dễ bị oxy hóa. Dung dịch KMnO4 để rửa sẽ được tuần hoàn sử dụng đến khi nồng độ dung dịch giảm đến một mức quy định thì thay mới. 3.8.7. Lọc Cacbon hoạt tính F-8602: Dòng khí CO2 tiếp tục đi qua tháp lọc Cacbon hoạt tính để tách rượu, các hydrocacbon và các hợp chất dễ cháy. 3.8.8. Tách nước F-8603: Sau khi ra khỏi tháp lọc cacbon hoạt tính, khí CO2 tiếp tục được tách nước tại thiết bị tách nước bằng rây phân tử F-8603. Tại đây, hơi nước lẫn theo khí CO2 sẽ được giữ lại. Khí CO2 khô sẽ qua hệ thống ngưng tụ. 3.8.9. Làm lạnh và  ngưng tụ CO2: Khí CO2 khô sẽ được hóa lỏng ở nhiệt độ -27oC trong hệ thống ngưng tụ khí. Hệ thống này bao gồm: máy nén lạnh (dùng NH3), thiết bị trao đổi nhiệt E-8603, tháp chưng VS-8603. 3.8.10. Thiết bị  tách NO2: Thiết bị tách NO2 (nếu cần) sẽ được lắp đặt để loại bỏ bất kỳ vết NO2 nào trong CO2 để đạt yêu cầu CO2 thực phẩm. 3.8.11. Thùng chứa VS-8605: Sau khi hóa lỏng, CO2 được chứa trong thùng chứa VS-8605 có sức chứa 245 tấn CO2. Thùng chứa được thiết kế kín, có lớp chân không cũng như lớp bảo ôn để chứa CO2 lỏng ở áp suất 17-18 bar, nhiệt độ -27oC. 3.8.12. Xuất sản phẩm: Sản phẩm từ thùng chứa được xuất ra xe bồn bằng hệ thống cần xuất sản phẩm. Hệ thống xuất sản phẩm đáy (Bottom loading) được sử dụng, bao gồm đường tuần hoàn hơi khép kín để cân bằng áp. Sơ  đồ khối của cụm ly tâm dịch hèm - sấy bã  - Biogas – XLNT Thuyết minh: Dịch hèm từ thùng chứa (whole stillage tank) được đưa đến máy ly tâm (decanter). Tại decanter, phần lớn (khoảng 75% khối lượng) các thành phần rắn có trong dịch hèm sẽ được phân tách tạo thành bã ẩm (wet cake). Dòng dịch đi ra khỏi decanter gọi là dòng dịch hèm loãng (thinslop), một phần được hồi lưu lại quy trình công nghệ và phần còn lại đưa đến khu vực thu hồi mêtan và xử lý nước thải. Bã ẩm có độ  ẩm khoảng 65-70% khối lượng được đưa đến máy sấy để tạo thành bã khô có độ  ẩm khoảng 10% khối lượng, bã khô được chứa trong silô có sức chứa 7 ngày và được bán cho các nhà thu mua dùng làm chất độn hay thức  ăn cho gia súc. Hơi nước sinh ra trong quá trình sấy  được ngưng tụ và gộp với dòng dịch hèm loãng đưa đến khu vực xử lý. Trong trường hợp máy sấy bị hư hỏng thì bã ẩm sẽ được  đưa đến silô chứa, silô chứa bã ẩm có  sức chứa 1 ngày. Dòng dịch hèm loãng được  đưa đi xử lý kỵ khí thu hồi biogas, biogas sinh ra dùng làm nhiên liệu đốt lò hơi. Lượng nước thải sau khi qua bước xử lý kỵ khí  và các dòng nước thải khác như: nước thải sinh hoạt, nước vệ sinh nhà xưởng, nước xả đáy tháp, nước xả đáy lò hơi,… được xử lý hiếu khí, tuyển nổi, lắng lọc và khử trùng để nước thải đạt tiêu chuẩn xả thải ra.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docCông nghệ sản xuất bio-ethanol từ sắn lát phần 1.doc
Luận văn liên quan