Slide công nghệ sản xuất cồn từ thực vật

ài liệu này dành cho sinh viên, giảng viên viên khối ngành công nghệ tham khảo và học tập để có những bài học bổ ích hơn, bổ trợ cho việc tìm kiếm tài liệu, giáo án, giáo trình, bài giảng các môn học khối ngành công nghệ

Danh sách nhóm

Họ tên Mssv

1. Nguyễn Thị Mai Hoa 0712697

2. Châu Thị Tiến 0710929

3. Trần Hùng Mạnh 0710874

4. Hoàng Viết Hoài 0710835

5. Lê Tá Luận 0710868

6. Bùi Minh Dũng 0710807

7. Nguyễn Khắc Định 0710815

8. Lê Văn Hải 0710824

9. Phạm Viết Hòa 0710834

10. Dương Văn Hải 0710823

Mục lục: 1.Giới thiệu

1.1 Cồn là gì ? 1.2 Cồn và đời sống con người 1.3 Nguồn nguyên liệu sản xuất cồn

2 Quá trình sản xuât cồn 2.1 Tổng quan quy trình sản xuất cồn 2.2 Xử lý nguyên liệu và tạo dịch lên men 2.3 Qúa trình lên men

2.4 Chưng cất-tinh chế ethanol:

3 Cồn- Nhiên liệu sinh học 3.1 Nguồn năng lượng hiện nay 3.2 Tiềm năng từ nguồn lignocellulose sản xuất cồn nhiên liệu

3.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất cồn nhiên liệu

4 Kết luận

5 Tài liệu tham khảo

1 GIỚI THIỆU

C2H5OH

Cồn hay còn gọi ethanol

1.1Cồn là gì?

1.2 Ethanol và đời sống con người

- Trong thực phẩm

+Các loại đồ uống chứa cồn như bia, rượu vang, kefir ( sữa lên men )…… + Làm giấm ăn.

+ Dung dịch chứa 70%

ethanol được sử dụng làm chất tẩy uế, khử

trùng,

1.3 -Nguyên liệu sản xuất cồn

Hiện nay tinh bột vẫn là

nguồn sản xuất ethanol

chủ yếu

Tuy nhiên cellulose được

xem là nguồn nguyên

liệu đầy tiềm năng

2 QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN

2.1 Tổng quan quy trình sản xuất cồn

2.2 Xử lý nguyên liệu và tạo dịch lên men

Là quá trình sử dụng các

biện pháp hóa học, cơ học, sinh học nguyên liệu được phân cắt nhỏ

và cuối cùng thành đường glucose , chuẩn

bị cho quá trình lên men

Nguyên liệu

Lúa mì Lúa mạch Lúa mạch

Lúa miến Lúa gạo Khoai mì

Amyloza Amylopectin

THÀNH PHẦN TINH BỘT

Enzyme amylaza Gây men giống

Trước khi nấu

Nấu nguyên liệu

 Giúp phá vỡ màng tinh bột , enzyme amylaza tiếp xúc tốt với tinh bột

 Biến tinh bột của nguyên liệu ở trạng thái hòa tan trong

nước

 Nhiệt độ: 170 -1800C , khoảng 2-5 phút

140 -1550C, khoảng 30-40 phút  Trong quá trình nấu có sự hồ hóa tinh bột.

Cĩ 3 phương pháp nấu.

 Phương pháp nấu gián đoạn kiểu nằm ngang

 Phương pháp nấu gián đoạn kiểu đứng

 Phương pháp nấu liên tục

Thùng lên men cấp I

Men

giống

Thùng lên men cấp II

Các thùng lên men chính

Đi chưng luyện

Hình: Sơ đồ lên men liên tục

Đầu nối, van an toàn Nắp nồi

Ống vệ sinh

Ống phóng cháo

Hình : Cấu tạo nồi nấu

Quá trình đường hóa

 Người ta sử dụng enzyme amylase để đường hóa

 Làm lạnh đến nhiệt độ thích hợp

 Làm nguội đến nhiệt độ cần lên men

α-amylase

β-amylase

2.2.2 Nguyên liệu từ nguồn Lignocellulose

Các bước tiến hành tạo dung dịch đường:

Quá trình nghiền nhỏ (pulverizing) tạo nguyên liệu thô.

Quá trình nhiệt.

Quy trình nghiền mịn nguyên liệu.

Quá trình thủy phân (Saccharification).

Quy trình nghiền nhỏ (pulverizing)

 Giai đoạn tiền xử lý tạo nguyên liệu thô:

bào gỗ và rơm, đang bị nghiền nát đến

khoảng 3 mm.

 Sau đó, họ được nghiền đến 0,8 mm

hoặc ít hơn bằng cách sử dụng một loại

dụng cụ làm ướt cắt phay, tạo sản

phẩm thô.

Nghiền mịn nguyên liệu:

 Nguyên liệu được thêm mịn hơn với một máy nghiền ướt dạng đĩa.

 Nguyên liệu chế biến thu được dạng keo (chứa khoảng 5% chất rắn khô)

nồng độ thấp cho thủy phân.

 Xử lý mất nước đến khoảng 20% chất rắn khô bằng cách sử dụng một máy sấy ly tâm Sản phẩm này quánh như đất sét (cellulose 50 60% và

210% hemicelluloses), rất dễ thủy phân với enzyme.

Quá trình thủy phân (Saccharification)

 Một bể nuôi trồng nấm và vi

khuẩn sản xuất cellulases,

được đưa vào thùng lên men.

 Nguyên liệu mịn sau khi loại

nước được trộn với nấm sợi

và nấm men đưa vào thùng

lên men, và được thủy phân

bởi enzyme và những

hemicellulose được phân giải

bởi nấm.

Là một phân tử phức tạp, được cấu

tạo bởi 20 tiểu đơn

vị được mã hóa bởi

100 gene, làm nhiệm

vụ sản sinh ra

cellulases.

Cellulosome Mô tả Thành phần cấu trúc Trọng lượng phân tử CIPA (c) Scaffoldin 2 (Coh1)-CBM3a-7 (Coh1)-X2-DocII 197 KDA

CelJ Xenlulaza X-Ig-GH9-GH44-DocI-X 178 KDA

CbhA Cellobiohydrolase CBM4-Ig-GH9-2 (Fn3)-CBM3b-DocI 138 KDA

XynY Xylanase CBM22-GH10-CBM22-DocI-CE1 120 KDA

CelH Endoglucanase GH26-GH5-CBM9-DocI 102 KDA

CelK Cellobiohydrolase CBM4-Ig-GH9-DocI 101 KDA

XynZ Xylanase CE1-CBM6-DocI-GH10 92 KDA

Cele Endoglucanase GH5 - DocI - CE2 90 KDA

CelS (c) Exoglucanase GH48 - DocI 83 KDA

CelF Endoglucanase GH9-CBM3c-DocI 82 KDA

CelN Endoglucanase GH9-CBM3c-DocI 82 KDA

CelQ Endoglucanase GH9-CBM3c-DocI 82 KDA

CelO Cellobiohydrolase CBM3a-GH5-DocI 75 KDA

XynA, XynU Xylanase GH11-CBM4-DocI-Nodb 74 KDA

CelD Endoglucanase Ig - GH9 - DocI 72 KDA

XynC Xylanase CBM22-GH10-DocI 70 KDA

XynD Xylanase CBM22-GH10-doc1 70 KDA

Mana Mannanase CBM-GH26-DocI 67 KDA

Celt Endoglucanase GH9 - DocI 65 KDA

CelB Endoglucanase GH5 - DocI 64 KDA

CelG Endoglucanase GH5 - DocI 63 KDA

CseP Không biết Liên Hợp Quốc - DocI 62 KDA

Chia Chitinase GH18 - DocI 55 KDA

Về cơ bản bao gồm ba enzyme:

 Endoglucanases : tấn công của liên kết ß-1 ,4-glycoside.

 Exo glucanases : phân giải tạo cellobiose.

 ß-glucosidase: thủy phân cellobiose thành glucose.

pH:

 Cellulases có hiệu quả ở pH 3  7.

 Độ pH tối ưu thường nằm giữa 4  5

Nhiệt độ: tối ưu 40 0 C50 0 C

Bị ức chế bởi:

 Các sản phẩm phản ứng: glucose,…

 Các Ion: Hg, Mn, Ag, Cu, Zn.

Ổn định và lưu trữ:

 Hoạt tính của cellulases hoàn toàn bị phá hủy sau 1015 phút ở 80°C

 Giải pháp lưu trữ của cellulases ở pH 57 ở 4°C sẽ ổn định trong vài tháng.

Cơ chế thủy phân Cellulose nhờ Cellulases

Clostridium thermocellum

 Là một vi khuẩn kỵ khí, Gram (+), chịu được nhiệt độ cao (55-65°C).

 Có khả năng chuyển đổi một cách trực tiếp cellulose thành ethanol (hữu ích trong việc chuyển đổi sinh khối thành

nguồn năng lượng).

 Tuy nhiên, có một số thiếu sót trong việc áp dụng các sinh vật để ứng dụng thực tế vì nó có sản lượng ethanol thấp,

và các sản phẩm phụ acetate, formate, lactate,…

cho việc chuyển đổi nhiên

liệu sinh học để sản xuất

ethanol dự kiến sẽ đến từ

các vi sinh vật như: P

stipitis mà có thể lên men

Vi khuẩn hiếu khí sau:

2.3 QUÁ TRÌNH LÊN MEN

Lên men dịch đường hóa thuộc lọa lên men yếm khí, thường gọi là lên men rượu

Quá trình này tạo thành rượu , CO2 , và cả acide

acetic

C6H12O6 = 2CH3-CH2-OH +2CO2

2.3.1 Lên men dịch đường

hóa:

- Lên men dịch đường hóa

thuộc loại lên men yếm khí, thường gọi là lên men rượu

C6H12O6 = 2CH3-CH2-OH + 2CO2

Glucoze Rượu etylic Khí cacbonic

- Cơ chế lên men rượu: Để lên

men dịch đường hóa người ta phải cho một lượng men nhất định Dưới tác dụng của hệ Zymaza, khi lên men xong thu được hỗn hợp gồm rượu-

nước-bã còn được gọi là giấm chín

Các phương pháp lên men:

+ Lên men gián đoạn:

- Men giống và dịch đường lúc

đầu được bơm song song với

nhau vào thùng, lượng men giống chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng lên men.

- Ưu điểm

dễ làm, khi nhiễm tạp khuẩn dễ sử

lý tuy nhiên chu kỳ lên men kéo dài, nhiều thiết bị, chi phí đầu tư lớn, hiệu suất lên men thấp, chất lượng lên men không ổn định

+ Lên men liên tục:

- Quá trình lên men thực hiện

trên hàng loạt các thiết bị khác

nhau, thời gian lên men ngắn,

hiệu suất lên men cao

- Ưu điểm nổi bật là lên men xảy

ra nhanh, hạn chế được phát

triển của tạp khuẩn Phương

pháp này cần nhiều thiết bị phụ

trợ, khống chế nhiệt độ tốt, vệ

sinh nghiêm ngặt, hoàn toàn có

thể tự động.

+ Lên men bán liên tục:

- Kết hợp giữa lên men gián đoạn và lên men liên tục

- Phương pháp này rút ngắn được chu kỳ lên men, hiệu

suất lên men cao, quá trình nuôi cấy đơn giản, chi phí

đầu tư ít, tuy nhiên trong

điều kiện nóng ẩm rất dễ bị nhiễm trùng, cần vệ sinh

nghiêm ngặt, giữ vững chế

độ nhiệt độ

2.3.2 Quá trình chưng cất và tinh chế

Ethanol

+ Quá trình chưng cất:

- Quá trình chưng cất rượu là quá trình tách rượu cùng các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín, thu được rượu thô hay cồn thô

- Có 3 loại tạp chất là tạp chất đầu, tạp chất cuối, tạp chất trung gian

+ Phân loại theo quá trình

chưng cất(gián đoạn, bán

lien tục, liên tục)

+ Phân loại áp suất tại hệ

thống(áp suất cao, chân

không, đa áp suất)

- Chưng cất bằng thiết bị đơn giản:

+ Thiết bị chưng cất đơn giản, chưng cất từng mẻ rượu thô + Rượu thu được sau khi

chưng cất là rượu loãng

- Chưng cất liên tục:

+ Phổ biến nhất hiện nay là

dùng loại tháp thô có cấu tạo các ngăn kiểu chóp và kiểu lưới Hơi cho vào tháp để đun nóng dấm chín và làm bay

hơi rượu

Sơ đồ hệ thống chưng luyện

+ Tinh chế rượu thô:

- Tạp chất của rượu thô:

trong rượu thô có gần 50

3 CỒN-NHIÊN LIỆU SINH HỌC

lượng hiện nay

-Dầu lửa và nhiên

Bên cạnh đó là ô nhiễm môi trường

3.2 Tiềm năng từ nguồn cellulose sản xuất cồn nhiên liệu

Nguồn nguyên liệu

này thực sự rất dồi dào

3.3 Tình hình nghiên cứu sản xuất cồn nhiên liệu.

Braxin hiện có 60.000

đồn điền trồng mía với

6.5 triệu hecta và trên

Tại Việt Nam

Tại Việt Nam hiện nay cũng đang nghiên cứu và phát triển cồn nhiên liệu

Xây dựng 3 nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu :

-9/3/2009 Nhà máy dự định đặt tại KCN Hiệp Phước -

video

Phương pháp khí tổng hợp lên men

Khác hoàn toàn các con đương sản xuất trên.

Nguyên liệu: tất cả các nguồn carbon sẵn có.

Là một tiêm năng công nghệ đầy triển vọng

Nguyên liệu

Chủng giống vi sinh được sử dụng

Quy trình sản xuất

Khí hóa

Được thực hiện ở áp suất cao,

nhiệt độ lớn

Yêu cầu: hàm lương CO, CO2 ,

H2 thu được phải cao.

4.KẾT LUẬN

5 Tài liệu tham khảo

Tài liệu tiếng việt:

1.Gs Phạm Văn Ty,Ts Vũ Nguyên Thành, Công nghệ vi sinh và

môi trường, NxbGd 11/2007

2.Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng, Công nghệ sản

xuất và kiểm tra cồn Etylic

Tài liệu internet:

CHÂN THÀNH CẢM ƠN THẦY VÀ CÁC BẠN ĐÃ LẮNG

NGHE !