Đồ án tốt nghiệp ngành công nghệ chế biến dầu khí nghiên cứu sử dụng nguyên liệu hỗn hợp sắn tươi và sắn khô để sản xuất ethanol tại nhà máy bio ethanol dung quất

TÓM TẮT ĐỀ TÀIVới những Nhà máy sản xuất ethanol từ nguyên liệu sắn lát khô thường gặpnhiều vấn đề về nguyên liệu như bị động trong thu mua, bị các thương lái ép giá….Việc thu mua sắn tư

LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến các quý Thầy Cô giáo khoa Hóa –trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng nói chung, bộ môn Công nghệ Hóa học Dầu vàKhí nói riêng Cảm ơn các Thầy Cô đã dạy dỗ, chỉ bảo tôi trong suốt năm năm học vừaqua

Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến chị: ThS Lê Thị NgọcSương đã định hướng, giúp đỡ và tạo điều kiện thuận lợi nhất cho tôi hoàn thành khóaluận tốt nghiệp Cảm ơn các anh chị kỹ sư, thí nghiệm viên thuộc phòng Thí nghiệm –phòng Quản lý chất lượng – Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất đã luôn tận tình hướngdẫn, giúp đỡ và nhắc nhở tôi trong suốt quá trình thực hiện đồ án này

Tôi xin chân thành cảm ơn sự hợp tác, giúp đỡ từ các đơn vị nghiên cứu: phòngThí nghiệm thuộc phòng Quản lý chất lượng Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất, trungtâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lường chất lượng – sở Khoa học và Công nghệ tỉnh QuãngNgãi đã hỗ trợ cho tôi thực hiện các nghiên cứu

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình và bạn bè đã luôn bêncạnh, động viên và khích lệ tôi trong suốt thời gian qua

Do thời gian nghiên cứu không cho phép và năng lực bản thân có hạn, nên đềtài có thể còn có nhiều thiếu sót Kính mong Quý thầy cô nhận xét, bổ sung Tôi xinchân thành cảm ơn!

Đà nẵng, ngày 31/05/2015 Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Thu Trang

TÓM TẮT ĐỀ TÀI

Với những Nhà máy sản xuất ethanol từ nguyên liệu sắn lát khô thường gặpnhiều vấn đề về nguyên liệu như bị động trong thu mua, bị các thương lái ép giá….Việc thu mua sắn tươi trực tiếp từ nông dân sẽ mang lại nhiều lợi ích hơn, do đó đểtăng tính tối ưu cho Nhà máy, tôi tiến hành nghiên cứu đưa sắn tươi vào làm nguyênliệu thay thế cho sắn khô

Nội dung chính của đề tài:

- Thay thế một phần nguyên liệu sắn khô bằng sắn tươi theo tỷ lệ nhất định;

- Tiến hành các công đoạn: trộn bột, hồ hóa, đường hóa, lên men, chưng cất;

- Qua mỗi công đoạn, phân tích, đánh giá các chỉ tiêu cơ bản;

- Nhận xét hiệu quả toàn quá trình thông qua hiệu quả các công đoạn;

- Kết luận và đưa ra kiến nghị.

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN.……….i

TÓM TẮT ĐỀ TÀI.………ii

MỤC LỤC ……….iii

DANH MỤC HÌNH……… vii

DANH MỤC BẢNG………viii

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 3

1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC, BIOETHANOL 3

1.1.1 Nhiên liệu sinh học 3

1.1.2 Bioethanol 3

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ BIO ETHANOL TRÊN THẾ GIỚI VÀ Ở VIỆT 4

1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới 4

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol ở Việt Nam 6

1.2.2.1 Thực trạng tình hình sản xuất và tiêu thụ hiện nay 6

1.2.2.2 Triển vọng về phát triển nhiên liệu sinh học ở nước ta 6

1.3 NGUYÊN LIỆU SẮN ĐỂ SẢN XUẤT BIOETHANOL 6

1.3.1 Thành phần hóa học của sắn 7

1.3.2 Thành phần và tính chất của tinh bột sắn 7

1.3.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn 7

1.4 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIOETHANOL 8

1.4.1 Công nghệ sản xuất truyền thống 8

1.4.2 Công nghệ sản xuất cồn đã cải tiến 8

1.5 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG SẮN TƯƠI LÀM NGUYÊN LIỆU TẠI NHÀ MÁY BIO-ETHANOL DUNG QUẤT [12], [13] 9

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIO-ETHANOL DUNG QUẤT 12

2.1 TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO ETHANOL TẠI NHÀ MÁY BIO ETHANOL DUNG QUẤT 12

2.2 NGUYÊN LIỆU 13

2.3 CÁC PHÂN XƯỞNG CÔNG NGHỆ 13

2.3.1 Kho chứa, nhà nghiền 13

2.3.2 Tách cát 14

2.3.3 Hồ hóa và nấu 15

2.3.4 Lên men 16

2.3.5 Chưng cất 18

2.3.6 Tách nước 19

2.4 PHÂN XƯỞNG PHỤ TRỢ VÀ NGOẠI VI 20

2.4.1 Phân xưởng thu hồi và nén khí CO2 20

2.4.2 Phân xưởng tách, sấy và tồn chứa DDFS 21

2.4.3 Phân xưởng xử lý nước thải 21

CHƯƠNG 3 : NGUYÊN VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 25

3.1 NGUYÊN VẬT LIỆU 25

3.1.1 Nguyên liệu sắn 25

3.1.2 Enzyme 25

3.1.3 Men 25

3.1.4 Hóa chất 26

3.1.5 Thiết bị sử dụng 26

3.1.5.1 Cân sấy ẩm tự động 26

3.1.5.2 Máy NIR 27

3.1.5.3 Máy đo pH để bàn Jenco 27

3.1.5.4 Máy đo độ nhớt Brookfield 28

3.1.5.5 Kính hiển vi điện tử 29

3.1.5.6 Máy sắc kí lỏng hiệu suất cao 30

3.1.5.7 Các thiết bị khác 31

3.2 PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀI 31

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu 31

3.2.1.1 Nội dung nghiên cứu của đề tài 31

3.2.1.2 Các mẫu thử trong đề tài 33

3.2.2 Phương pháp hóa lý xác định các chỉ tiêu của quá trình 34

3.2.2.1 Xác định hàm lượng tinh bộtbằng phương pháp thủy phân enzyme 34

3.2.2.2 Phương pháp xác định chỉ số DE 34

3.2.2.3 Phương pháp thí nghiệm để xem chuỗi tinh bột 34

3.2.2.4 Phương pháp xác định số lượng và chất lượng tế bào nấm men 35

3.2.2.5 Phương pháp phân tích độ nhớt mẫu dịch lỏng 35

3.2.2.6 Phương pháp xác định thành phần dịch lên men bằng máy sắc ký HPLC 35 CHƯƠNG 4 : KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 37

4.1 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỦA NGUYÊN LIỆU 37

4.1.1 Nguyên liệu sắn lát khô 37

4.1.2 Nguyên liệu sắn củ, tươi 37

4.2 CHỈ TIÊU ĐỘ NHỚT CỦA DỊCH TRỘN BỘT 38

4.3 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG HỒ HÓA CỦA HỖN HỢP NGUYÊN LIỆU 39

4.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ GIAI ĐOẠN ĐƯỜNG HÓA 41

4.5 ĐÁNH GIÁ HIỆU SUẤT QUÁ TRÌNH LÊN MEN 42

4.5.1 Số lượng tế bào nấm men 42

4.5.2 Phần trăm tế bào nấm men sống 45

4.5.3 Số lượng tế bào nảy chồi 46

4.5.4 Hàm lượng tinh bột sót 47

4.5.5 Hàm lượng đường glucose trong dịch giấm chín 48

4.5.6 Hàm lượng ethanol trong dịch giấm chín 49

4.6 ĐÁNH GIÁ MỨC ĐỘ NHIỄM KHUẨN 49

4.7 ĐÁNH GIÁ KHẢ NĂNG PHÂN TÁCH TRONG CHƯNG CẤT 51

4.8 PHÂN TÍCH TÍNH HIỆU QUẢ KINH TẾ CỦA QUÁ TRÌNH LÊN MEN 52 CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54

5.1 KẾT LUẬN 54

5.2 KIẾN NGHỊ 54

TÀI LIỆU THAM KHẢO 56

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Sơ đồ cơ cấu chi phí cho sản xuất 6 tháng đầu năm 2014 9

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ tổng quan của nhà máy 12

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ kho chứa, nhà nghiền 14

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ quá trình tách cát 15

Hình 2.4: Sơ đồ quá trình hồ hóa và nấu 16

Hình 2.5: Sơ đồ quá trình hồ hóa, lên men 17

Hình 2.6: Sơ đồ quá trình chưng cất 18

Hình 2.7: Sơ đồ quá trình tách nước 19

Hình 2.8: Sơ đồ công nghệ thu hồi CO2 20

Hình 2.9: Sơ đồ phân xưởng xử lý nước thải 23

Hình 3.1: Nguyên liệu sử dụng trong đề tài 25

Hình 3.2: Máy cân sấy ẩm tự động 27

Hình 3.3: Máy NIR – DA7200 27

Hình 3.4: Máy đo pH để bàn Jenco 28

Hình 3.5: Máy đo độ nhớt 29

Hình 3.6: Kính hiển vi điện tử 30

Hình 3.7: Máy sắc ký lỏng hiệu năng cao 31

hình 4.1: Biểu đồ thể hiện hàm lượng Dextrin trong dịch sau hồ hóa 40

Hình 4.2: Biểu đồ thể hiện chỉ số DE của dịch sau hồ hóa 40

Hình 4.3: Biểu đồ thể hiện hàm lượng tinh bột sau đường hóa 41

Hình 4.4: Biểu đồ thể hiện chỉ số DE của dịch sau đường hóa 42

Hình 4.5: Biểu đồ thể hiện số tế bào nấm men trong thời gian lên men (sắn củ gọt vỏ) 43

Hình 4.6: Biểu đồ thể hiện số tế bào nấm men trong thời gia lên men (sắn tươi chưa gọt vỏ) 43

Hình 4.7: Đường cong sinh trưởng của nấm men [18] 44

Hình 4.8: Biểu đồ thể hiện phần trăm tế bào nấm men sống (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) 45

Hình 4.9: Biểu đồ phần trăm tế bào nấm men sống (sử dụng sắn tươi còn vỏ) 45

Hình 4.10: Biểu đồ thể hiện phần trăm tế bào nấm men nảy chồi (sử dụng sắn tươi gọt

70% vỏ) 46

Hình 4.11: Biểu đồ thể hiện phần trăm tế bào nấm men nảy chồi (sử dụng sắn tươi còn vỏ) 47

Hình 4.12: Biểu đồ thể hiện hàm lượng glucose trong dịch sau lên men 48

Hình 4.13: Biểu đồ thể hiện hàm lượng ethanol trong dịch giấm chín 49

Hình 4.14: Biểu đồ thể hiện hàm lượng axit lactic có trong dịch dấm chín 50

Hình 4.15: Biểu đồ thể hiện hàm lượng axit acetic có trong dịch giấm chín 50

Hình 4.16: Biểu đồ thể hiện nồng độ ethanol thu được sau chưng cất 51

Hình 4.17: Biểu đồ thể hiện hao phí nguyên liệu theo 1 lít sản phẩm 99,5% 52

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ sắn tươi [8] 7

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của sắn lát khô [8] 7

Bảng 4.1: Tính chất của sắn khô sử dụng làm nguyên liệu trong đề tài 37

Bảng 4.2: Tính chất của củ sắn tươi (gọt 70% vỏ) dùng làm nguyên liệu trong đề tài 37 Bảng 4.3: Tính chất của củ sắn tươi (còn nguyên vỏ) dùng làm nguyên liệu trong đề tài 38

Bảng 4.4: Thành phần tinh bột trong dịch trộn bột 38

Bảng 4.5: Độ nhớt dịch trộn bột theo các tỷ lệ khi sử dụng sắn củ đã gọt 70% vỏ 39

Bảng 4.6: Độ nhớt dịch trộn bột theo các tỷ lệ khi sử dụng sắn củ chưa gọt vỏ 39

Bảng 4.7: Thành phần tinh bột trước và sau lên men ( sử dụng sắn gọt vỏ 70%) 47

Bảng 4.8: Thành phần tinh bột trước và sau lên men (sử dụng sắn tươi nguyên vỏ) 48

Bảng 4.9: Giá nguyên liệu tính cho một lít ethanol 99,5% (sử dụng sắn tươi gọt 70% vỏ) 53

Bảng 4.10: Giá nguyên liệu tính cho một lít ethanol 99,5% (sử dụng sắn tươi còn nguyên vỏ) 53

LỜI MỞ ĐẦU

Nhiên liệu hóa thạch là loại nhiên liệu có ưu thế vượt trội trong nền kinh tế toàncầu từ cách mạng công nghiệp cuối thế kỷ XVIII, đặc biệt là từ nửa sau thế kỷ XX, khithế giới có những tiến bộ mạnh mẽ trong công nghệ và công nghiệp hóa Tuy nhiên,nhiên liệu hóa thạch không phải là vô hạn và sẽ cạn kiệt vào khoảng 60 năm nữa Mặtkhác loài người đang phải đương đầu với hiện tượng biến đổi khí hậu toàn cầu, trái đất

ấm dần lên bởi phát thải từ nguồn năng lượng hóa thạch chứa cacbon, những điều nàyyêu cầu thế giới phải tìm kiếm thêm những nguồn năng lượng sạch và có khả năng táitạo nhằm đủ nguồn năng lượng cung cấp cho toàn thế giới và giảm ô nhiễm

Nhiên liệu sinh học là một trong những giải pháp ưu tiên trong chính sách nănglượng của nhiều nước trên thế giới, giải pháp này không những mang tính môi trường,giúp đảm bảo an ninh năng lượng mà còn thúc đẩy sản xuất nông nghiệp, tạo công ănviệc làm và tăng thêm sản phẩm hàng hóa cho xã hội Bioethanol là một dạng nhiênliệu sinh học đang được quan tâm và sản xuất với số lượng lớn

Hiện nay, 47% bioethanol trên thế giới được sản xuất từ mía đường và 53% đượcsản xuất từ nguyên liệu chứa tinh bột Trong số những nguyên liệu chứa tinh bột củaViệt Nam có tiềm năng sản xuất bioethanol thì sắn là loại nguyên liệu có nhiều ưuđiểm nhất

Ở Việt Nam hiện nay có khá nhiều nhà máy sản xuất bio ethanol, Nhà máyBioethanol Dung Quất đặt ở xã Bình Thuận, huyện Bình Trị, tỉnh Quãng Ngãi là mộttrong những nhà máy có công nghệ hiện đại, công suất lớn, hứa hẹn nhiều thành côngtrong tương lai, hiện nay nhà máy sử dụng nguồn nguyên liệu là sắn lát khô thu mua từtrong nước và từ Campuchia Tuy nhiên, điều này làm tăng chi phí cho phần nguyênliệu cũng như phải phụ thuộc vào các thương lái bên ngoài

Với lý do chính ở trên, tôi đã chọn đề tài nghiên cứu cho học phần tốt nghiệp là:

“nghiên cứu sử dụng nguyên liệu hỗn hợp sắn tươi và sắn khô để sản xuất ethanol tại Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất”nhằm mục đích thay thế nguyên liệu

sắn khô của nhà máy bằng sắn tươi để giảm chi phí sản xuất Đề tài bao gồm nhữngnội dung chính sau:

1 Tìm hiểu về nhiên liệu sinh học, ethanol sinh học;

2 Tổng quan về công nghệ và tình hình sản xuất kinh doanh tại Nhà máyBioethanol Dung Quất;

3 Nghiên cứu ảnh hưởng của sắn tươi đến công nghệ hiện tại của nhà máy bằngcách trộn thêm sắn tươi với những tỷ lệ khác nhau vào sắn khô để có đượcnguyên liệu ban đầu;

4 Tổng hợp kết quả, ghi nhận, đánh giá các thông số thu được và đưa ra kết luận

về khả năng sử dụng sắn tươi thay thế sắn khô

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SINH HỌC, BIOETHANOL

1.1.1 Nhiên liệu sinh học

Nhiên liệu sinh học theo định nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng, khí đượcchuyển hóa từ sinh khối

Nhìn chung nhiên liệu sinh học có nhiều ưu điểm so với nhiên liệu hóa thạch nhưgiảm khí thải nhà kính, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, thúc đẩy phát triểnnông nghiệp nông thôn, thu hồi tái chế rác thải, phế phẩm nhiều ngành công nôngnghiệp Nhưng loại nhiên liệu này cũng có mặt hạn chế: nguồn nguyên liệu phảiđược tái tạo nhanh, yêu cầu dây chuyền công nghệ sản xuất tối ưu đảm bảo công suấtyêu cầu, giá thành hợp lý, mang lại lợi ích môi trường

Nhiên liệu sinh học được phân thành các nhóm chính như sau:

- Diesel sinh học (Biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tựdiesel truyền thống có khả năng thay thế cho nhau Diesel sinh học được điều chế bằngcách ester hóa dầu mỡ động thực vật với rượu hữu cơ

- Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụngbioethanol như là một loại phụ gia, thay cho hợp chất chì như trước kia Bioethanolđược sản xuất thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, rỉđường, xellulose

- Khí sinh học (Biogas) là một loại nhiên liệu dạng khí hỗn hợp chủ yếu làmethal Biogas được tạo ra từ quá trình ủ lên men các sản phẩm hữu cơ là phế thải sinhhoạt, nông nghiệp Biogas có thể dùng để thay thế cho các sản phẩm khí gas từ mỏdầu, mỏ khí

1.1.2 Bioethanol

Bioethanol đã được Samuel Morey ( nhà sáng chế người Mỹ) sử dụng cho động

cơ đốt trong vào năm 1826, nhưng trong quá trình phát triển của ngành động cơ thìnăng lượng từ dầu mỏ đã chiếm ưu thế, ethanol dần bị quên lãng Năm 1973 xảy racuộc khủng hoảng dầu mỏ và cuộc cách mạng của người Iran vào năm 1978 làm chogiá dầu tăng đột ngột, đe dọa an ninh năng lượng của nhiều nước Bioethanol dần đượcquan tâm và trở nên có giá trị Mặt khác ở thời điểm này cơ quan bảo vệ môi trường

(EPA) đã và đang tìm kiếm một chất thay thế để pha vào xăng thay chì với mục đíchnâng cao chỉ số Octan mà không gây độc hại Cộng với việc giá ngũ cốc giảm đã tạonhiều điều kiện cho loại nhiên liệu này phát triển mạnh mẽ.

Bioethanol mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế, xã hội Phát triển dạng nhiênliệu này giúp các quốc gia tự chủ về vấn đề năng lượng không phụ thuộc vào nhiênliệu nhập khẩu, đặc biệt đối với các quốc gia không có nguồn tài nguyên này Việc sảnxuất bioethanol nhìn chung là đơn giản, ít tốn kém hơn những dạng nhiên liệu mới(hydro, pin nhiên liệu ) và có thể sản xuất được ở các quy mô nhỏ, lớn khác nhau.Bioethanol vừa có thể là nhiên liệu cung cấp năng lượng vừa có thể là phụ gia tăng chỉ

số Octan khi pha vào xăng Bioethanol còn giúp giảm lượng phát thải khí ô nhiễm gâyhiệu ứng nhà kính Kết quả nhiều công trình nghiên cứu cho thấy ethanol sản xuất từngũ cốc giảm được 40% phát thải khí nhà kính so với xăng và giảm 100% đối vớibioethanol sản xuất từ nguyên liệu cellulose Hàm lượng các khí thải độc hại khác(CO, NOx, SOx ) cũng giảm đáng kể

Tuy nhiên sản xuất biethnol lại đe dọa nền an ninh lương thực của nhiều nước,nền nông nghiệp độc canh một giống cây trồng có nguy cơ đất bị bạc màu mất khảnăng canh tác tiếp Loại nhiên liệu này cũng có nhiều tính chất xấu như tính hút ẩmdẫn đến nhiều khó khăn trong quá trình tồn chứa, bảo quản, nhiệt trị của bioethanol(26,8 MJ/kg) thấp hơn của xăng (42,5 MJ/kg) nên khi pha vào xăng sẽ làm giảm côngsuất của động cơ Dù có một số những hạn chế nhưng khi phân tích, so sánh người tavẫn thấy mặt lợi chiếm ưu thế hơn, vậy nên đây sẽ là nguồn nhiên liệu định hướng chotương lai

1.2 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT, TIÊU THỤ BIO ETHANOL TRÊN THẾ GIỚI

VÀ Ở VIỆT

1.2.1 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới

Trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng bioethanol thay thế chất phụ giametyl-butyl ete trong xăng dầu đã được tiến hành trong nhiều năm qua Ở Mỹ, chínhphủ đã cấm sử dụng phụ gia này từ năm 2003, do nhiều công trình nghiên cứu chứngminh sự ô nhiễm nguồn nước, môi trường không khí, sức khỏe con người của việc sửdụng metyl-butyl ete [1] Ethanol nhiên liệu được đặc biệt chú ý ở những nước có nềnnông nghiệp phát triển và là mục tiêu hướng tới của đa số quốc gia có nhu cầu tiêu thụ

lượng xăng lớn Chương trình bioethanol nhiên liệu được nhiều nước quan tâm, đầu tưxây dựng chiến lược phát triển các nhà máy để sản xuất bioethanol từ các loại ngũ cốcnhư: ngô, sắn, mía đường để đáp ứng nhu cầu nhiên liệu tái tạo trong tương lai Đây

là chương trình phát triển nông nghiệp nông thôn, nhằm khai thác tiềm năng sẵn có vềlao động, đất đai, nguồn nông sản của mỗi quốc gia

Năm 2003 toàn thế giới đã sản xuất được 38,5 tỷ lít bioethanol (châu Mỹ chiếmkhoảng 70%, châu Á 17%, châu Âu 10%), trong đó 70% được dùng làm nhiên liệu,30% được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, y tế, hóa chất Đến năm 2007, lượngbioethanol sản xuất đã tăng lên 56 tỷ lít, trong đó tỷ lệ cồn nhiên liệu tăng lên 75%.Năm 2009, lượng bioethanol sản xuất được là 66 tỷ lít [2], [3], [4]

Trên thế giới, Brazin, Mỹ, và Trung Quốc là ba quốc gia đứng đầu về sản xuất

và sử dụng dạng nhiên liệu này Trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan là quốc giaphát triển rất nhanh về sản xuất và sử dụng xăng sinh học từ chế phẩm từ sắn, hạt ngô,cây ngô, đường, bã mía [4]

Brazil là nước đi đầu trên thế giới trong việc sản xuất bioethanol Năm 2004,Brazin sản xuất bioethanol ở mức kỷ lục với 15,2 tỷ lít, và năm 2009 sản lượng này lêntới 19,8 tỷ lít [4] Lượng sản phẩm này không chỉ phục vụ trong nước mà còn xuấtkhẩu sang nhiều nước khác nhau mang lại lợi ích lớn về kinh tế

Mỹ là quốc gia tiêu thụ hằng năm 25% năng lượng trên thế giới Từ năm 1990giá dầu tăng liên tục nên bioethanol lại được đưa vào chương trình an ninh năng lượngcủa Mỹ Năm 2009 Mỹ là nước sản xuất bioethanol lớn nhất thế giới với 25,9 tỷ lít [4]

Trung Quốc là nước sản xuất bioethanol đứng thứ ba thế giới, chính phủ nướcnày đang tăng cường hỗ trợ cho năng lượng sinh khối và hoạt động sản xuất nhiên liệusạch Năm 2004, nước này đã đưa vào hoạt động nhà máy sản xuất bioethanol lớn nhấtthế giới với công suất 600.000 tấn/năm tại Cát Lâm, tăng năng suất cả nước lên 3,5 tỷlít [5]

Thái Lan – một nước trong khu vực cũng đã có chính sách sản xuất nhiên liệusinh học từ 10 năm nay Từ năm 2002, Thái Lan đã xây dựng thêm 4 nhà máy sản xuấtbioethanol nhằm giảm chi phí nhập khẩu xăng dầu Năm 2004, Thái Lan sản xuất280.000 m3, đầu tư thêm 20 nhà máy để năm 2015 có trên 2,5 tỷ lít dùng làm nhiênliệu [4], [6]

1.2.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol ở Việt Nam

1.2.2.1 Thực trạng tình hình sản xuất và tiêu thụ hiện nay

Theo thống kê năm 2007, nước ta có khoảng 328 cơ sở sản xuất rượulớn vớisản lượng 360 triệu lít/ năm, 320 cơ sở sản xuất nhỏ với sản lượng dưới 1 triệu lít/năm, hộ gia đình tự sản xuất ước tính khoảng 250 triệu lít/ năm [5]

Trước đây, tổng công suất trên cả nước đều tập trung ở 3 nhà máy lớn có côngsuất từ 15.000 – 30.000 lít/ ngày là nhà máy đường Hiệp Hòa, Lam Sơn, nhà máy rượuBình Tây, sản phẩm được sử dụng chủ yếu cho mục đích thực phẩm [6]

Nhu cầu về sản phẩm này trên thị trường ngày càng tăng, các đơn vị sản xuấtđẩy mạnh sản xuất, đồng thời mở thêm nhiều nhà máy lớn Đáng chú ý là Dự án Nhàmáy sản xuất Bioethanol khu vực phía Bắc do PVB làm chủ đầu tư, đặt tại huyện TamNông, tỉnh Phú Thọ Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học đầu tiên được xâydựng ở miền Bắc với quy mô lớn, công nghệ tiên tiến Và ở miền Trung có Nhà máyBioethanol Dung Quất, miền Nam có Nhà máy Bioethanol Bình Phước

1.2.2.2 Triển vọng về phát triển nhiên liệu sinh học ở nước ta

Ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 177/QĐ –TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025”.Mục tiêu tổng quát của Đề án là phát triển nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiênliệu hóa thạch truyền thống nhằm góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệmôi trường Năm 2010, xây dựng và phát triển được các mô hình sản xuất thử nghiệm

và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100 nghìn tấn E5 và 50 nghìn tấn B5/ năm, bảođảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nước (chỉ tiêu này là 1% đến năm 2015).Đến năm 2025, sản lượng cồn và dầu thực vật phấn đấu đạt 1,8 triệu tấn/ năm đáp ứngkhoảng 5% nhu cầu của cả nước [7]

1.3 NGUYÊN LIỆU SẮN ĐỂ SẢN XUẤT BIOETHANOL

Bioethanol có thể sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu tinh bột ( sắn, ngô ), từ rỉđường, từ nguyên liệu có nguồn gốc lignocellulose Hiện nay sắn và ngô là hai loạinguyên liệu phổ biến nhất, ở nước ta thì sắn được trồng với quy mô lớn và sử dụnglàm nguyên liệu nhiều hơn

1.3.1 Thành phần hóa học của sắn

Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38 – 40%, tinh bột 16 – 34%, giàu vitamin C,canxi, vitamin B và các chất khoáng, nghèo chất béo và đạm Trong củ sắn hàm lượngcác axit amin không cân đối, thừa arginin nhưng lạithiếu các axit amin chứa lưuhuỳnh Thành phần dinh dưỡng khác biệt tùy thuộc giống, vụ trồng, thời gian chămsóc và kỹ thuật trồng

Bảng 1.2: Thành phần hóa học của sắn lát khô [8]

1.3.2 Thành phần và tính chất của tinh bột sắn

Tinh bột sắn có màu trắng sáng, có pH từ 4,5 đến 6,5 Hạt tinh bột sắn có kíchthước khoảng 5 – 40 μm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn Hàm lượng amilopectinm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn Hàm lượng amilopectintrong tinh bột sắn khá cao, chiếm 70 – 80% Tinh bột sắn có độ nở, khả năng hồ hóa và

độ nhớt cao Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn 58 – 80 °C Độ nhớt dich tinh bột sắntăng nhanh và có độ dính cao so với tinh bột từ nguồn khác [8]

1.3.3 Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn

Trên thế giới, sắn là cây lương thực được trông từ lâu, với sản lượng lớn và năngsuất tăng nhanh qua từng năm Năm 2005-2006 sản lượng sắn toàn cầu là 211,26 triệutấn, năm 2006-2007 đạt 226,34 triệu tấn Năm 2020 ước tính sản lượng toàn thế giới là274,7 triệu tấn, trong đó chủ yếu là sản xuất ở các nước đang phát triển Nhu cầu sử

dụng sắn chủ yếu là thực phẩm và thức ăn gia súc Ngày nay do vấn đề về an ninhnăng lượng nhiều nước chọn sắn làm nguyên liệu sản xuất cồn.

Ở nước ta, sắn là lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và ngô, sắn cũng

là cây công nghiệp có giá trị Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt, ethanol, mì ăn liền, bánh kẹo Hiện nay đầu tư nhà máy sản xuất bioethanol từ sắn làmột hướng đi lớn, nhiều triển vọng Dùng sắn làm nguyên liệu sản xuất bioethanol cónhiều ưu điểm: sắn dễ trồng trên nhiều loại đất khác nhau với điều kiện khí hậu khácnhau, chi phí trồng và chăm sóc thấp, nguyên liệu sắn có quanh năm dưới dạng củ tươi

bio-và sắn lát khô, hàm lượng tinh bột cao, giá sản phầm có tính cạnh tranh hơn

1.4.1 Công nghệ sản xuất truyền thống

Với đa phần các nhà máy sản xuất cồn thực phẩm sử dụng nguyên liệu là gạo, rỉđường, sắn Quy trình sản xuất truyền thống gồm các công đoạn chính là: nghiềnnguyên liệu, nấu và dịch hóa, đường hóa, lên men, chưng cất và tinh chế

 Nghiền nguyên liệu: quá trình này sẽ phá vỡ cấu trúc màng tế bào thựcvật, tạo điều kiện giải phóng hạt tinh bột đồng thời tăng cường sự tiếp xúc giữa enzym

và cơ chất

 Nấu, dịch hóa nguyên liệu: sử dụng nhiệt và áp suất là tác nhân đểchuyển hóa tinh bột dạng không tan thành hòa tan, phương pháp này đòi hỏi nhiệt độcao, áp suất cao, gây tổn thất về mặt tinh bột, đường và chi phí năng lượng lớn

 Đường hóa: cháo sau khi nấu được hạ xuống nhiệt độ đường hóa trongkhoảng 30 phút đảm bảo đủ lượng đường nhất định cho lên men

 Lên men: dịch đường được trộn với nấm men ở nhiệt độ 30-33 °C, tiếnhành đường hóa tiếp và lên men

 Chưng cất và tinh chế: là quá trình tách cồn, sản phẩm bay hơi ra khỏi bã

và sau đó tinh chế nâng cao độ cồn

1.4.2 Công nghệ sản xuất cồn đã cải tiến

Các công nghệ mới chủ yếu được cải tiến dựa trên sự ra đời của các chủng nấmmen và enzym có nhiều ưu điểm Ví dụ như enzym cho phép thực hiện quá trình hồhóa, dịch hóa ở nhiệt độ thấp hơn hay enzym cho phép thực hiện quá trình đường hóakhông cần qua giai đoạn nấu [9], [10], [11] Ưu điểm này không những giúp giảm

được thời gian sản xuất, tiết kiệm năng lượng và chi phí cho thiết bị, tạo điều kiện chođường hóa và lên men đồng thời

1.5 TÍNH CẤP THIẾT CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG SẮN TƯƠI LÀM NGUYÊN LIỆU TẠI NHÀ MÁY BIO-ETHANOL DUNG QUẤT [12], [13]

Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất sử dụng nguyên liệu sắn khô để sản xuất ethanol, với hiệu suất chuyển hóa 2,249 tấn sắn/ 1 m3 ethanol Trong cơ cấu giá thànhsản phẩm,chi phí nguyên liệu sắn chiếm tỉ trọng lớn Tính riêng 6 tháng đầu năm 2014,chi phí nguyên liệu sắn chiểm 64,9% cơ cấu giá thành theo kế hoạch

Hóa phẩm, xúc tác Điện, nước

Xử lý chất thải Chi phí quản lý

Hình 1.1: Sơ đồ cơ cấu chi phí cho sản xuất 6 tháng đầu năm 2014

Sắn lát khô của Nhà máy được thu mua theo mùa vụ và tồn trữ tại các kho chứa(bao gồm: 1 kho trung chuyển có sức chứa 20.000 tấn và 1 kho tại Nhà máy có sứcchứa 46.720 tấn) Tuy nhiên, do tính chất mùa vụ nên giá sắn khô thường xuyên thayđổi và cao gấp nhiều lần giá sắn tươi.Chi phí mua sắn của Nhà máy Bio-Ethanol DungQuất cao hơn so với các Nhà máy sản xuất Ethanol từ sắn khác do Nhà máy đặt xavùng nguyên liệu Ngoài ra, giá mua nguyên liệu sắn phục vụ cho Nhà máy là rất cao

do qua nhiều khâu trung gian, phụ thuộc rất nhiều vào chi phí vận chuyển, hao hụt, chiphí cho các cấp đại lý thu mua sắn từthôn xã, cấp huyện, cấp tỉnh và các đại lý lớn Chi phí mua nguyên liệu cao dẫn đến việc sản phẩm Ethanol nhiên liệu chưa cạnhtranh được so với xăng dầu gốc khoáng Chi phí sản xuất 1 lít ethanol nhiên liệu từ sắn

tươi thấp hơn khoảng 10,5% so với từ sắn lát khô Sự chênh lệch này chủ yếu do giáthu mua sắn tươi vào thời điểm thu hoạch chính vụ thấp hơn so với giá sắn lát khô Dovậy, việc thay thế hoặc bổ sung nguyên liệu sắn tươi với giá rẻ trong thời gian thuhoạch (từ tháng 10 năm trước đến tháng 3 năm tiếp theo) sẽ giúp Nhà máy hoạt độnghiệu quả hơn do việc giảm chi phí sản xuất.

Bên cạnh đó, trong kế hoạch đầu tư phát triển vùng nguyên liệu của Công ty Cổphần nhiên liệu sinh học Dầu Khí Miền Trung (BSR-BF), diện tích quy hoạch trồngsắn tại Quảng Ngãi lên đến 16.714 ha tương đương khoảng 322.657 tấn sắn tươi [14].Đây là quy hoạch và định hướng phát triển cây sắn để ổn định vùng nguyên liệu, gópphần nâng cao đời sống cho bà con nông dân cũng như phát triển nền kinh tế.Thamkhảo các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố cũng như tình hình sảnxuất Ethanol từ sắn lát của các Nhà máy ở Việt Nam, hầu hết các nhà máy đều sử dụngsắn lát khô Trong nướcchưa Nhà máy nào có thiết kế ban đầu có hệ thống sử dụnglinh hoạt hai loại sắn tươi và sắn khô, cũng như chưa có công trình nào nghiên cứu vềviệc thay thế một phần hoặc toàn bộ sắn khô bằng sắn tươi trong các nhà máy sản xuấtEthanol hiện hữu Các công trình nghiên cứu chỉ được thực hiện ở quy mô phòng thínghiệm với nguyên liệu 100% sắn tươi hoặc 100% sắn khô, chưa có công trình nghiêncứu nào áp dụng thực tế vào Nhà máy đang sản xuất Do đó, việc nghiên cứu đa dạnghóa nguyên liệu – sử dụng một phần sắn tươi trộn với sắn khô trong việc sản xuất bio-ethanol tại Nhà máy Bio-ethanol Dung Quất là rất cấp thiết

Nhận định ban đầu cho thấy, so với sắn lát khô, việc sử dụng sắn tươi trong sảnxuất ethanol nhiên liệu sẽ có các ưu điểm như sau:

 Sử dụng ngay nguồn nguyên liệu có sẵn được thu hoạch vào đúng vụ, khôngtốn thời gian cắt lát, phơi khô;

 Giảm chi phí hóa chất, kho bãi cho việc tồn trữ;

 Tránh được sự mất mát hàm lượng tinh bột trong sắn;

 Lượng cát, tạp chất ít hơn sắn khô

Bên cạnh các ưu điểm nêu trên, việc sử dụng sắn tươi làm nguyên liệu cũng cónhững vấn đề như sau:

 Nguyên liệu sắn tươi chỉ được thu gom vào thời gian mùa vụ 6 tháng (từ tháng

10 năm trước đến tháng 3 năm sau);

 Sắn tươi không thể tồn trữ tại kho trong thời gian dài;

 Độ nhớt của dịch sắn tươi cao;

 Quá trình xử lý sắn tươi làm phát sinh thêm một lượng chất thải rắn (vỏ, cát)

và nước thải (nước rửa sắn) có chứa hàm lượng cyanua cao

Đối với Nhà máy BSR-BF, việc nghiên cứu đề tài sử dụng hỗn hợp sắn tươi và sắnkhô là cấp thiết và thiết thực

Với đề tài nghiên cứu sử dụng sắn tươi làm nguyên liệu thì việc đánh giá tácđộng của sắn tươi đến các tiêu chí của quá trình là rất quan trọng Đây là thao tác đầutiên để xác định được có thể dùng hoàn toàn sắn tươi hay là thay thế một phần sắn khô

- trộn theo tỷ lệ phù hợp Trong đề tài này, tôi sẽ nghiên cứu sản xuất bioethanol từhỗn hợp sắn tươi và sắn khô ở quy mô phòng thí nghiệm, sau đó phân tích, ghi nhận vàđánh giá các thông số thu được để xác định khả năng sử dụng sắn tươi làm nguyên liệutại nhà máy

CHƯƠNG 2 : GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIO-ETHANOL

Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ tổng quan của nhà máy

Ethanol trong dịch lên men được thu hồi nhờ công đoạn chưng cất, nâng nồng

độ cồn lên 95 – 96 % v/v Ở nồng độ này hỗn hợp ethanol và nước là hỗn hợp đẳng phí

và không thể tiếp tục chưng cất nữa, vì chưa đạt được yêu cầu của ethanol nhiên liệunên tiếp tục được đưa qua thiết bị hấp phụ chọn lọc rây phân tử Sản phẩm thu được sẽmang đi hiệu chỉnh độ axit rồi chuyển vào bể chứa

Bã hèm từ tháp chưng cất được tách bã bằng các decanter Bã này được sấy khô

để làm chất độn thức ăn gia súc Nước thải được xử lí vi sinh đến tiêu chuẩn cho phéptrước khi thải ra môi trường

2.3.1 Kho chứa, nhà nghiền

Hệ thống nghiền và vận chuyển sắn được thiết kế để nhận, tồn chứa, nghiền, vệsinh sắn trước khi cung cấp cho dây chuyền công nghệ chính

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ kho chứa, nhà nghiền

Sắn lát có chiều dày 20-30mm, đường kính 30-70mm được nhận vào tại phễunhập liệu rồi nhờ hệ thống vít tải, băng tải để đưa vào 2 máy nghiền thô công suất 40tấn/h và 25 tấn/h Máy nghiền thô được trang bị bộ phận tách đá và nam châm tách sắt

để loại bỏ các tạp chất trong sắn Các máy nghiền thô bẻ nhỏ sắn đến kích thướckhoảng 2-3mm

Sau khi được nghiền thô, sắn có thể được chuyển đi tồn chứa ở kho hoặc tiếp tụcđược nghiền tiếp bằng 3 máy nghiền tinh công suất 20 tấn/h thành bột sắn mịn Khochứa sắn được trang bị các xích cào để cào sắn tự động xuống các phễu hai bên hôngkho để vận chuyển đi nghiền tinh

Bột sắn sau khi nghiền được cân định lượng một cách chính xác trước khi đi vàodây chuyền công nghệ chính

2.3.2 Tách cát

Sắn sau khi nghiền được cân và cung cấp liên tục đến hệ thống tách cát bằngcyclon lỏng (hydrocyclone) để loại bỏ cát ra khỏi dịch bột trước khi đi đến các côngđoạn sau nhằm hạn chế tối đa sự mài mòn thiết bị và đường ống

Hình 2.4: Sơ đồ công nghệ quá trình tách cát

Bột sắn được hòa trộn chủ yếu với nước công nghệ (process water) và lượng nhỏhơn nước ngưng công nghệ từ quá trình chưng cất để tạo ra dịch bột trong bồn trộntrước khi bơm đến hệ thống cyclon gồm 3 cấp để tách cát Nồng độ chất rắn trong bồntrộn được kiểm soát thường xuyên để đảm bảo hiệu quả hoạt động của cyclon

Ở bậc thứ nhất, dịch bột sạch được tách ra trên đỉnh cyclon và đi đến bồn chứatrước khi được chuyển sang công đoạn hồ hóa Trong khi đó, dịch bột với tỉ lệ cát lớn

ở đáy được xử lý tiếp ở lần lượt ở hai bậc cyclon tiếp theo để thu hồi tinh bột Lượngtinh bột được thu hồi này được tuần hoàn trở lại bồn trộn dịch ban đầu Cát được tách

ra ở đáy cyclon bậc ba và được mang đi xả thải

2.3.3 Hồ hóa và nấu

Dịch bột được trộn với enzym alpha amylase nhằm phá vỡ mạch tinh bột ban đầucủa sắn Bồn trộn dịch được duy trì ở nhiệt độ 83-88 (oC), thích hợp cho quá trìnhchuyển hóa này Amoniac có thể được sử dụng để điều chỉnh pH và cung cấp dinhdưỡng cho men

Hình 2.5: Sơ đồ quá trình hồ hóa và nấu

Dịch cháo được chuyển vào bồn dịch hóa để tiếp tục quá trình chuyển hóa Thờigian lưu ở bồn dịch hóa trong khoảng 2 giờ nhằm chuyển hóa hết tinh bột sang cácdạng dextrin và đường đa

Sau đó, dịch cháo được gia nhiệt đến 100-110 (oC) để chuyển hóa triệt để tinhbột còn sót lại sau quá trình dịch hóa, đồng thời tiệt trùng dịch trước khi lên men đểtránh sự nhiễm khuẩn Dịch cháo được gia nhiệt bằng hơi rồi lưu giữ trong 3 thiết bịnấu dạng ống (cooktube) trong khoảng 15 phút Sau khi nấu, dịch được làm mát vàchuyển vào bồn lên men Enzym gluco amylase được thêm vào dịch cháo để chuyểnhóa đường đa thành đường đơn có thể lên men được Urê cũng được bổ sung để cungcấp dinh dưỡng cho men

2.3.4 Lên men

Hệ thống lên men gồm 6 bồn cho phép quá trình lên men được thực hiện theo mẻ

Có một bồn nhỏ được sử dụng làm bồn nhân men Ở đây men khô được hòa trộn

và nhân giống đến mật độ cần thiết cho mỗi mẻ lên men Mật độ và tốc độ phát triển

của men trong giai đoạn nhân giống là một trong các yếu tố quyết định đến hiệu suấtlên men.

Hình 2.6: Sơ đồ quá trình hồ hóa, lên men

Quá trình lên men được thực hiện trong 4 bồn kích thước bằng nhau Thời giancủa mỗi chu kỳ lên men là 52 giờ, bao gồm các công đoạn: điền dịch, lên men, chuyểndịch sau lên men và vệ sinh bồn Quá trình lên men được thực hiện theo phương thứcđường hóa và lên men đồng thời (Simultaneous Saccharification and Fermentation).Đường đa trong dịch cháo sau công đoạn hồ hóa được chuyển hóa từ từ thành đườngđơn lên men được, đồng thời nấm men chuyển hóa đường đơn thành ethanol và CO2

Từ bồn lên men, dịch giấm chín sau lên men (beer) được chuyển đến bồn trunggian beerwell trước khi được đi chưng cất CO2 sản sinh trong quá trình lên men đượclàm sạch bã và ethanol cuốn theo ở tháp rửa nước trước khi được chuyển qua khu vựcthu hồi và hóa lỏng

Các bồn ở khu vực lên men đều có dạng đáy nghiêng và được trang bị các đầuphun vệ sinh (spray nozzle) trên đỉnh bồn để tăng cường hiệu quả của quá trình vệ sinhbồn sau mỗi chu kỳ nhân men và lên men, qua đó giảm thiểu tối đa nguy cơ nhiễmkhuẩn

2.3.5 Chưng cất

Ethanol trong dịch sau lên men được tách ra khỏi bã hèm bằng một hệ thống 3tháp chưng cất hoạt động ở các áp suất khác nhau, bao gồm 2 tháp chưng cất thô và 1tháp chưng cất tinh

Hình 2.7: Sơ đồ quá trình chưng cất

Dịch giấm chín được phân phối đến đỉnh 2 tháp chưng cất thô: tháp thô 1 hoạtđộng ở áp suất khí quyển, tháp thô 2 hoạt động ở áp suất chân không 0,2 bar Trong 2tháp thô, hơi ethanol được tách ra ở đỉnh với nồng độ khoảng 50% v/v đi đến bồn chứachuẩn bị nguyên liệu cho tháp chưng cất tinh, khí không ngưng đưa đến hệ thống tạochân không nhằm khống chế áp suất cho 2 tháp thô Ở đây ethanol được ngưng tụ vàcấp vào tháp tinh Tháp chưng cất tinh hoạt động ở áp suất cao (3,4 bar) có nhiệm vụnâng nồng độ ethanol đến khoảng 95-96% v/v trước khi đưa đi tách nước

Bã hèm tách ra ở đáy các tháp thô được đưa đi sản xuất bã sấy khô (DDFS) bằng

hệ thống ly tâm tách bã và sấy thùng quay Dịch hèm loãng được xử lý sau cùng bằngcông nghệ kết hợp vi sinh và hóa lý đạt đến chất lượng theo yêu cầu để xả ra môitrường

2.3.6 Tách nước

Tách nước bằng rây phân tử là một trong những công đoạn để sản xuất ethanolnhiên liệu Rây phân tử hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp phụ chọn lọc ở thể hơi.Trong trường hợp này, phân tử nước có kích thước nhỏ hơn 3A bị hấp phụ bởi các hạtzeolit trong khi các phân tử ethanol thì không bị hấp phụ Nước thu được trong quátrình hấp phụ được thu hồi trong quá trình tái sinh của rây phân tử và tuần hoàn trở lại

hệ thống chưng cất

Hình 2.8: Sơ đồ quá trình tách nước

Quá trình tái sinh của rây phân tử được thực hiện bằng cách thay đổi áp suất vậnhành (pressure swing) thay vì sử dụng nhiệt Áp suất trong quá trình tái sinh là áp suấtchân không được tạo ra bởi hệ thống hút chân không bằng eductor

Sau khi nước được loại bỏ, dòng ethanol tiếp tục được xử lý để giảm nồng độ axit

dễ bay hơi (chủ yếu là CO2 hòa tan) ở tháp tách axit cũng hoạt động ở áp suất chânkhông

2.4 PHÂN XƯỞNG PHỤ TRỢ VÀ NGOẠI VI

2.4.1 Phân xưởng thu hồi và nén khí CO 2

Hình 2.9: Sơ đồ công nghệ thu hồi CO 2

Đầu tiên, CO2 được dẫn lần lượt qua cột rửa bằng KMnO4, cột rửa bằng nước lạnh.Mục đích của việc rửa là để loại bỏ bụi và các phần tử dễ tan trong nước có trong dòng

CO2 thô CO2 sau khi rửa được đưa qua các bình điều hòa để ổn định áp suất cho cácbình lên men.Tại đây có các valve xả trong trường hợp áp suất vượt ngưỡng cho phép

và bộ phận cảm biến phát tín hiệu tắt máy nén trong trường hợp áp suất CO2 trong bìnhlên men giảm thấp

CO2 được nén đến áp suất 17 kg/cm2 bằng máy nén không dầu Khí sau khi nénđược đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm làm mát bằng nước, ở đó nhiệt độcủa khí CO2 được giảm xuống tới nhiệt độ của môi trường

CO2 được đưa tiếp tới một bộ lọc than hoạt tính kiểu bộ đôi, ở đây các hydrocarbon

và các chất dễ cháy được tách ra, sau đó được đưa tới thiết bị tách nước Thiết bị táchnước hoạt động theo nguyên lý hấp phụ rây phân tử kiểu tháp đôi (1 tháp hấp phụ và 1

tháp tái sinh) Hơi nước có trong khí CO2 được hấp thụ và khí ra khỏi thiết bị đã khô(không lẫn hơi nước).

Khí CO2 khô được đưa tới thiết bị làm lạnh, ở đó nhiệt độ được giảm tiếp tới

-27oC.Ở nhiệt độ này, quá trình hoá lỏng khí CO2 sẽ diễn ra CO2 lỏng tiếp tục đượctinh lọc thêm trong tháp tẩy để thu được CO2 lỏng 99,95 % Cuối cùng được đưa vàobồn chứa CO2 thành phẩm được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng xe bồn

2.4.2 Phân xưởng tách, sấy và tồn chứa DDFS

Dịch hèm thải từ tháp cất thô được thu gom ở thùng chứa và được bơm vào hệthống tách ly tâm tốc độ cao để tách nước và các tạp chất lơ lửng, không hòa tan cònsót lại Hệ thống tách ly tâm bao gồm 03 decanter được thiết kế với một số thông sốnhư sau:

+ Dịch hèm (Whole stillage): 86,6 tấn/giờ

+ Dịch hèm loãng (Thinslop): 78,64 tấn/giờ

+ Bã ẩm (Wet cake): 7,99 tấn/giờ

+ Hiệu suất tách chất rắn lơ lửng: 75%

+ Thành phần rắn trong bã ẩm:

Qua hệ thống decanter, dịch hèm phân làm 2 phần: phần bã ẩm được đưa sang thiết

bị sấy để làm chất độn thức ăn gia súc và phần dịch hèm loãng (thinslop)

Bã ẩm được sấy trong thiết bị thùng quay cấp hơi gián tiếp Sau khi sấy, bã đạt độ

ẩm khoảng 10% -14% được gọi là DDFS (Distillery Dried Fiber Soluble) dùng làmchất độn trong thức ăn gia súc Sản phẩm được chứa trong 03 silo trong khi chờ xuất đibằng xe tải Nước bốc hơi từ quá trình sấy được ngưng tụ, thu hồi để tái sử dụng Phần dịch hèm loãng được chia làm 2: một phần được hồi lưu lại dây chuyền sảnxuất, phần còn lại đưa sang công đoạn xử lý nước thải để xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải

và xả ra môi trường

2.4.3 Phân xưởng xử lý nước thải

Nước tải từ các công đoạn sản xuất được tập trung vào khu xử lý nước thải để xử lýtrước khi thải ra môi trường Các nguồn nước thải trong nhà máy bao gồm:

+ Dịch hèm từ decanter (Nước thải từ nhà máy chính)

+ Nước thải từ trạm khử khoáng

+ Nước thải sinh hoạt từ các bể tự hoại

+ Nước xả đáy tháp giải nhiệt

+ Nước mưa chảy tràn qua các khu vực nhiễm bẩn

+ Nước rửa sàn và nước thải PTN của nhà máy chính

+ Nước thải của phân xưởng thu hồi CO2

Hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy bao gồm các công đoạn sau:

 Xử lý bậc một: xử lý kỵ khí ( SAR, UASB )

 Xử lý bậc hai: xử lý hiếu khí ( vi sinh hiếu khí )

 Xử lý bậc ba: hóa lý (tuyển nổi, đông tụ, tạo bông, lắng, lọc cát)

 Xử lý bùn: nén ép và tách nước làm giảm độ ẩm của bùn bằng thiết bị Decanter.Quy trình xử lý nước thải được thể hiện trong hình sau:

Biogas dùng cho lò hơi

Máy tách bùn

Bể nén bùn

Bùn kỵ khí UASB

Bể đệm DAF No1 Trao đổi nhiệt No.1

Tuyển nổi DAF No1

Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cột B theo QCVN 40:2011 được thải ra

hệ thống thu gom nước thải chung của khu kinh tế Dung Quất

Bùn sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải sau công đoạn xử lý bùn được chuyển quaphân xưởng phân vi sinh để thực hiện sản xuất phân hữu cơ vi sinh