1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÀ RỊA-VŨNG TÀU
KHOA HÓA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM
BÁO CÁO THỰC TẬP CHUYÊN NGÀNH
TÊN ĐỀ TÀI
Sản xuất etanol sinh học từ phế phẩm nông nghiệp(rơm rạ)
Trình độ đào tạo…………………………………….
Hệ đào tạo:…………………………………………..
Ngành:………………………………………………..
Chuyên ngành:…………………………….…………
Khoá học:……………………………………………..
Đơn vị thực tập:…………………….………..………
Giảng viên hướng dẫn:……………………………….
Sinh viên/học sinh thực hiện:…………….………
Bà Rịa-Vũng Tàu, tháng …….năm 20…

2. MỤC LỤC
Mở đầu:---------------------------------------------------------------------Trang 6
Chương 1: Giới thiệu tổng quan về trung tâm Biomass
1. Cây lúa ở Việt Nam-----------------------------------------------------Trang 8
2. Rơm Rạ-------------------------------------------------------------------Trang 8
2.1 Bioethanol từ rơm rạ---------------------------------------------------Trang 8
2.2 Nguyên liệu Lignocellulose-------------------------------------------Trang 9
2.2.1. Cấu trúc lignocellulose---------------------------------------------Trang 9
2.2.2 Cellulose-------------------------------------------------------------Trang 10
2.2.3 Hemicellulose-------------------------------------------------------Trang 12
2.2.4 Lignin----------------------------------------------------------------Trang 13
2.2.5 Các chất trích ly----------------------------------------------------Trang 15
2.2.6 Tro--------------------------------------------------------------------Trang 16
Chương 2. Lý thuyết chung
1. Tông quan về phân xương Biomass---------------------------------Trang 18
2. Các phương pháp tiền xử lý------------------------------------------Trang 18
2.1 Các phương pháp xử lý hóa học------------------------------------Trang 20
2.2 Các phương pháp xử lý cơ học--------------------------------------Trang 20
2.2.1 Nổ hơi ---------------------------------------------------------------Trang 20
2.2.2 Ép cơ học------------------------------------------------------------Trang 23
Chương 3. Các qui trình công nghệ trung tâm Biomass
1 Sơ đồ quát----------------------------------------------------------------Trang 25
2 Sơ đồ công nghệ--------------------------------------------------------Trang 26
2.1 Cắt rơm và tiền xử lý-------------------------------------------------Trang 27
2.2 Công nghệ khí hóa----------------------------------------------------Trang 29
2.3 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của quá trình lên men------------Trang 32
2.4 Quá trình chưng cất--------------------------------------------------Trang 36
Kết luận--------------------------------------------------------------------Trang 38

3. NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
………., ngày…….. tháng ……năm 20…
Xác nhận của đơn vị
(Ký tên, đóng dấu)

4. ĐÁNH GIÁ CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
1. Thái độ tác phong khi tham gia thực tập:
........................................................................................................................
........................................................................................................................
........................................................................................................................
2. Kiến thức chuyên môn:
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
3. Nhận thức thực tế:
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
-----------------------------------------------------------------------------------
4. Đánh giá khác:
-----------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
------------------------------------------------------------------------------------------
5. Đánh giá kết quả thực tập:
-----------------------------------------------------------------------------------------
Giảng viên hướng dẫn
(Ký ghi rõ họ tên)

5. LỜI CẢM ƠN
Thực tập chuyên ngành là cơ hội để nhóm sinh viên thực tập chúng em tiếp cận và
tìm hiểu thực tế thông qua những kiến thức lí thuyết đã học tại trường trong suốt những
năm qua.
Trải qua thời gian thực tập tại phòng thí nghiệm năng lượng sinh học – ĐH Bách
Khoa TP HCM, được tham gia vận hành một số thiết bị, chúng em đã học hỏi nhiều kiến
thức thực tế, những kinh nghiệm quý báu, được tiếp xúc môi trường và điều kiện làm việc
nơi đây. Có được những kiến thức đó, chúng em xin chân thành cảm ơn sự tận tình giúp
đỡ từ thầy cô và các anh chị tại đây.
Chúng em xin chân thành cảm ơn TS. Nguyễn Đình Quân. Cảm ơn Thầy đã tạo điều kiện
thuận lợi cho chúng em được thực tập tại Xưởng, đã truyền đạt cho chúng em những kinh
nghiệm quý báu, đã giúp đỡ và hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình thực tập.
Xin chân thành cảm ơn chú Nguyễn Văn Khanh, Chị Trần Phước Nhật Uyên, Chị Vũ Lê
Vân Khánh, anh Lê Nguyễn Phúc Thiên, và anh Phan Đình Đông đã tận tình hướng dẫn
chúng em trong suốt quá trình thực tập, sẵn sàng giúp đỡ chúng em giải đáp những vướng
mắc, trao đổi với chúng em những kinh nghiệm quý báu trong quá trình làm việc và trong
cuộc sống.
Chúng em xin cảm ơn khoa Kỹ thuật hóa đã tạo điều kiện để chúng em có cơ hội được
thực tập tại đây, xin cảm ơn anh Lê Nguyễn Phúc Thiên đã tạo điều kiện và hướng dẫn
tận tình để chúng em hoàn thành đợt thực tập này.
………., ngày …..tháng……năm 20..
Sinh viên/học sinh thực hiện

6. MỞ ĐẦU
Rơm rạ chiếm tỉ lệ lớn trong các phụ phẩm nông nghiệp ở Việt Nam. Với thành
phần chứa hơn 40% là cellulose, rơm rạ là nguồn nguyên liệu thích hợp cho quá trình sản
xuất ethanol. Báo cáo này nghiên cứu quá trình sản xuất ethanol nhiên liệu từ rơm rạ và
được chia làm hai phần. Phần đầu nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố :% bã rắn, %
enzyme, nhiệt độ, pH lên quá trình thuỷ phân và phần hai nghiên cứu quá trình thuỷ phân
và lên men đồng thời. Rơm rạ được cắt nhỏ và được tiền xử lý bằng phương pháp nổ hơi
để phá vỡ cấu trúc. Sau đó được tiến hành thuỷ phân bằng enzyme cellulase hoặc thuỷ
phân và lên men đồng thời bằng enzyme cellulase và nấm men saccharomyces cerevisiae
chủng turbo yeast extra. Kết quả cho thấy rằng, quá trình thuỷ phân diễn ra tốt nhất trong
điều kiện: 11% bã rắn, 5% enzyme, 50oC và pH 4,8, tương ứng nồng độ glucose thu được
là 55,08g/l và hiệu suất đạt 81%. Quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời đạt được kết
quả tốt ở 11% bã rắn, 5% enzyme, 23,6 triệu tế bào nấm men/ml, 50oC và pH 4,8. quá
trình này thu được 30,86g/l ethanol tương ứng hiệu suất là 86,61%. Kết quả này cho thấy
quá trình thuỷ phân và lên men đồng thời rất thích hợp cho việc sản xuất ethanol từ rơm
rạ.

7. CHƯƠNG I
TỔNG QUAN
Nhiên liệu sinh học (còn được gọi là nhiên liệu từ nông nghiệp – agrofuel) theo
định nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng hay khí được chuyển hóa từ sinh khối. Tuy
nhiên, phần này chỉ đề cập chính đến nhiên liệu sinh học dạng lỏng được sản xuất từ sinh
khối.
Nói chung, nhiên liệu sinh học mang lại những lợi ích sau: giảm khí thải nhà kính,
giảm gánh nặng lên nhiên liệu hóa thạch, tăng sự an toàn về năng lượng quốc gia, góp
phần phát triển nông thôn và là một nguồn năng lượng bền vững trong tương lai. Ngược
lại, nhiên liệu sinh học cũng có một số hạn chế: nguồn nguyên liệu phải được tái tạo
nhanh, công nghệ sản xuất phải được thiết kế và tiến hành sao cho cung cấp lượng nhiên
liệu lớn nhất với giá thấp nhất và mang lại lợi ích về môi trường nhất.
Nhiên liệu sinh học và những dạng nhiên liệu tái tạo khác nhắm đến tính chất trung
tính về carbon. Điều này có nghĩa là carbon được thải ra trong quá trình đốt cháy nhiên
liệu để cung cấp năng lượng vận chuyển hay sinh điện năng được tái hấp thụ và cân bằng
với lượng carbon hấp thụ bởi cây cối. Những cây này sau đó lại được thu hoạch để tiếp
tục sản xuất nhiên liệu. Những nhiên liệu trung tính về carbon không gây ra sự tăng
carbon trong khí quyển, vì thế không góp phần vào hiệu ứng trái đất nóng lên.
Phòng thí nghiệm về nghiên cứu sản xuất ethanol từ rơm rạ. Phòng thí nghiệm là sự hợp
tác giữa Nhật Bản và Đại Học Bách Khoa TP. Hồ Chí Minh.
Để thực hiện quá trình sản xuất trên trong phòng thí nghiệm có các thiết bị cần
thiết như:
• Thiết bị cắt : dùng để cắt nhỏ rơm rạ để vi khuẩn dể tấn công cellulose
• Thiết bị nổ hơi: làm tơi rơm rạ và phá hủy cấu trúc của nó để tách cấu trúc lignin.
• Colling tower: cung cấp nước làm mát cho cà hệ thống
• Máy sắc kí lỏng hiệu năng cao
• Thiết bị ép nguyên liệu sau khi xử lý kềm và được trung hòa
• Thiết bị lên men nguyên liệu
• Thiết bị chưng cất để thu ethanol
• Các thiết bị phụ trợ :
 Thiết bị vận chuyển trấu
 Bồn khí hóa
 Buồng đốt
 Lò hơi: cung cấp hơi nước cho các quá trình khác.

8. 1. CÂY LÚA Ở VIỆT NAM
Cây lúa luôn giữ vị trí trung tâm trong nông nghiệp và kinh tế Việt Nam. Hình ảnh
đất Việt thường được mô tả như là một chiếc đòn gánh khổng lồ với hai đầu là hai vựa
thóc lớn là Đồng bằng sông Cửu Long (ĐBSCL) và Đồng bằng sông Hồng (ĐBSH).
Khoảng 80% trong tổng số 11 triệu hộ nông dân tham gia sản xuất lúa gạo, chủ yếu đựa
vào phương thức canh tác thủ công truyền thống.
2. RƠM RẠ
Việc sản xuất lúa gạo đã tạo ra một lượng lớn phế phẩm từ cây lúa bao gồm rơm và
trấu. Rơm và trấu là hai trong số nhiều nguồn biomass phổ biến và có nhiều tiềm năng ở
Việt Nam.
Nguồn rơm rạ ở Việt Nam:
Rơm rạ chiếm một phần rất lớn trong các nguồn biomass ở Việt Nam.
Hiện trạng sử dụng năng lượng từ rơm rạ ở Việt Nam Mặc dù rơm rạ là một nguồn năng
lượng lớn, rơm rạ nói riêng và từ biomass nói chung không dược sử dụng một cách hiệu
quả ở Việt Nam. Phần lớn rơm rạ được bón trở lại ruộng sau khi thu hoạch, sử dụng làm
chất đốt cho các hộ nhà nông, làm thức ăn cho gia súc, biomass chỉ chiếm 3,8% trong
tổng năng lượng sử dụng của thành phố Hồ Chí Minh năm 2003, trong khi đó, nguồn
năng lượng này chiếm 89% trong tổng năng lượng sử dụng ở nông thôn năm 2001. Ở
nông thôn, biomass chủ yếu được dùng làm chất đốt và hiệu suất sử dụng năng lượng của
quá trình này chỉ được 10%.
2.1 BIOETHANOL TỪ RƠM RẠ
Ngày nay sức ép từ khủng hoảng dầu mỏ và nhu cầu năng lượng luôn là vấn đề
nan giải của bất cứ quốc gia nào trên thế giới. Mỹ và Brazil đã thành công trong việc
sản xuất ethanol từ nguồn sinh học là bắp và mía. Điều này đã khích lệ các nước
khác đầu tư nghiên cứu vào lĩnh vực nhiên liệu sinh học. Bên cạnh sản xuất ethanol
từ nguồn tinh bột (bắp) và đường (mía), ethanol có thể được sản xuất từ
lignocellulose. Lignocellulose là loại biomass phổ biến nhất trên thế giới. Vì vậy sản
xuất ethanol từ biomass cụ thể là từ nguồn lignocellulose là một giải pháp thích hợp
đặc biệt là với các quốc gia nông nghiệp như Việt Nam. Nền nông nghiệp Việt
Nam hằng năm tạo ra một lượng lớn phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu là
lignocellulose từ các vụ mùa. Tận dụng nguồn nguyên liệu này, cụ thể là rơm rạ để
sản xuất bioethanol là phương pháp sử dụng rơm rạ một cách hiệu quả đồng thời góp
phần giải quyết vấn đề năng lượng cho nước ta.

9. 2.2 NGUYÊN LIỆU LIGNOCELLULOSE
Lignocellulose là vật liệu biomass phổ biến nhất trên trái đất. Lignocellulose có
trong phế phẩm nông nghiệp, chủ yếu ở dạng phế phẩm của các vụ mùa; trong sản
phẩm phụ của công nghiệp sản xuất bột Amột nguồn nguyên liệu to lớn cho việc sản
xuất bioethanol. Rơm rạ là một dạng vật liệu lignocellulose.
2.2.1 Cấu trúc lignocellulose
Thành phần chính của vật liệu lignocellulose là cellulose, hemicellulose, lignin,
các chất trích ly và tro.
về cơ bản, trong lignocellulose, cellulose tạo thành khung chính và được bao bọc bởi
những chất có chức năng tạo mạng lưới như hemicellulose và kết dính như lignin.
Cellulose, hemicellulose và lignin sắp xếp gần nhau và liên kết cộng hóa trị với nhau. Các
đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid 4-O-methylglucuronic là các
nhóm thường liên kết với lignin.

10. Các mạch cellulose tạo thành các sợi cơ bản. Các sợi này được gắn lại với nhau
nhờ hemicellulose tạo thành cấu trúc vi sợi, với chiều rộng khoảng 25nm. Các vi sợi này
được bao bọc bởi hemicellulose và lignin, giúp bảo vệ cellulose khỏi sự tấn công của
ezyme cũng như các hóa chất trong quá trình thủy phân.
2.2.2 Cellulose
Cellulose là một polymer mạch thẳng của D-glucose, các D-glucose được liên kết
với nhau bằng liên kết β 1-4 glucosid. Cellulose là loại polymer phổ biến nhất trên trái
đất, độ trùng hợp đạt được 3.500 – 10.000 DP. Các nhóm OH ở hai đầu mạch có tính chất
hoàn toàn khác nhau, cấu trúc hemiacetal tại C1 có tính khử, trong khi đó OH tại C4 có
tính chất của rượu.

11. Các mạch cellulose được liên kết với nhau nhờ liên kết hydro và liên kết Van Der
Waals, hình thành hai vùng cấu trúc chính là kết tinh và vô định hình. Trong vùng kết
tinh, các phân tử cellulose liên kết chặt chẽ với nhau, vùng này khó bị tấn công bởi
enzyme cũng như hóa chất. Ngược lại, trong vùng vô định hình, cellulose liên kết không
chặt với nhau nên dễ bị tấn công. Có hai kiểu cấu trúc của cellulose đã được đưa ra nhằm
mô tả vùng kết tinh và vô định hình.
1/ Kiểu Fringed Fibrillar:
Phân tử cellulose được kéo thẳng và định hướng theo chìều sợi. Vùng tinh thể có
chiều dài 500 Å và xếp xen kẽ với vùng vô định hình.
2/ Kiểu Folding chain:
Phân tử cellulose gấp khúc theo chiều sợi. Mỗi đơn vị lặp lại có độ trùng hợp
khoảng 1000, giới hạn bởi hai điểm a và b như trên hình vẽ. Các đơn vị đó được sắp xếp
thành chuỗi nhờ vào các mạch glucose nhỏ, các vị trí này rất dễ bị thủy phân. Đối với các
đơn vị lặp lại, hai đầu là vùng vô định hình, càng vào giữa, tính chất kết tinh càng cao.
Trong vùng vô định hình, các liên kết β - glucosid giữa các monomer bị thay đổi góc liên
kết, ngay tại cuối các đoạn gấp, 3 phân tử monomer sắp xếp tạo sự thay đổi 180o cho toàn
mạch. Vùng vô định hình sẽ dễ bị tấn công bởi các tác nhân thủy phân hơn vùng tinh thể
vì sự thay đổi góc liên kết của các liên kết cộng hóa trị (β - glucosid) sẽ làm giảm độ bền
nhiệt động của liên kết, đồng thời vị trí này không tạo được liên kết hydro.Cellulose được

12. bao bọc bởi hemicellulos và lignin, điều này làm cho cellulose khá bền vững với tác động
của enzyme cũng như hóa chất.
2.2.3 Hemicellulose
Hemicellulose là một loại polymer phức tạp và phân nhánh, độ trùng hợp khoảng
70 đến 200 DP. Hemicellulose chứa cả đường 6 gồm glucose, mannose và galactose và
đường 5 gồm xylose và arabinose. Thành phần cơ bản của hemicellulose là β - D
xylopyranose, liên kết với nhau bằng liên kết β -(1,4). Cấu tạo của hemicellulose khá
phức tạp và đa dạng tùy vào nguyên liệu, tuy nhiên có một vài điểm chung gồm:
• Mạch chính của hemicellulose được cấu tạo từ liên kết β -(1,4).
• Xylose là thành phần quan trọng nhất.
• Nhóm thế phổ biến nhất là nhóm acetyl O – liên kết với vị trí 2 hoặc 3
. • Mạch nhánh cấu tạo từ các nhóm đơn giản, thông thường là disaccharide hoặc
trisaccharide. Sự liên kết của hemicellulose với các polysaccharide khác và với lignin là
nhờ các mạch nhánh này. Cũng vì hemicellulose có mạch nhánh nên tồn tại ở dạng vô
định hình và vì thế dễ bị thủy phân. Gỗ cứng, gỗ mềm và nguyên liệu phi gỗ có các đặc
điểm hemicellulose khác nhau: Gỗ cứng chủ yếu có hai loại hemicellulose:
• Acetyl-4-O-methylglucuronoxylan, là một loại polymer có mạch chính gồm β-D-
xylopyranose liên kết với nhau bằng liên kết β-D (1,4). Trong đó 70% các nhóm OH ở vị
trí C2 và C3 bị acetyl hóa, 10% các nhóm ở vị trí C2 liên kết với acid 4O-methyl-D-
glucuronic. Gỗ cứng còn chứa glucomannan, polymer này chứa một tỉ lệ bằng nhau β-D-
glucopyranose và β-D-mannopyranose.
Loại thứ hai có mạch chính là β-D-galactopyranose, phân nhánh. Loại
hemicellulose này tạo liên kết –O tại nhóm OH ở vị trí C6 với α-L-arabinose, β-D-
galactose hoặc acid β-D-glucoronic. Gỗ mềm cũng bao gồm hai loại hemicellulose chính:

13. • Loại quan trọng nhất là galactoglucomannan, đây là polymer cấu thành từ các phân tử
D-mannopyranose liên kết với D-glucopyranose bằng liên kết β-(1,4) với tỉ lệ hai
monomer tương ứng là 3:1. Tuy nhiên, tỉ lệ này thay đổi tùy theo loại gỗ.
Arabino-4-O-methylglucuronoxylan, cấu tạo từ các D-xylopyranose, các monomer
này bị thế ở vị trí 2 bằng acid 4-O-methyl-glucuronic, ở vị trí 3 bằng α-L-arabinofuranose.
Đối với cỏ, 20 – 40% hemicellulose là arabinoxylan. Polysaccharide này cấu tạo từ các D-
xylopyranose, OH ở C2 bị thế bởi acid 4-O-methylglucuronic. OH ở vị trí C3 sẽ tạo mạch
nhánh với α-L-arabinofuranose.Cấu tạo phức tạp của hemicellolose tạo nên nhiều tính
chất hóa sinh và lý sinh cho cây.
2.2.4 Lignin
Lignin là một polyphenol có cấu trúc mở. Trong tự nhiên, lignin chủ yếu đóng vai
trò chất liên kết trong thành tế bào thực vật, liên kết chặt chẽ với mạng cellulose và
hemicellulose. Rất khó để có thể tách lignin ra hoàn toàn. Lignin là polymer, được cấu
thành từ các đơn vị phenylpropene, vài đơn vị cấu trúc điển hình được đề nghị là:
guaiacyl (G), chất gốc là rượu trans-coniferyl; syringly (S), chất gốc là rượu trans-sinapyl;
p-hydroxylphenyl (H), chất gốc là rượu trans-p-courmary.

14. cấu trúc của lignin đa dạng, tùy thuộc vào loại gỗ, tuổi của cây hoặc cấu trúc của nó trong
gỗ. Ngoài việc được phân loại theo lignin của gỗ cứng, gỗ mềm và cỏ, lignin có thể được
phân thành hai loại chính: guaicyl lignin và guaicyl-syringly lignin. Gỗ mềm chứa chủ
yếu là guaiacyl, gỗ cứng chứa chủ yếu syringyl. Nghiên cứu chỉ ra rằng guaiacyl lignin
hạn chế sự trương nở của xơ sợi và vì vậy loại nguyên liệu đó sẽ khó bị tấn công bởi
enzyme hơn syringyl lignin.
Những nghiên cứu gần đây chỉ ra rằng lignin hoàn toàn không đồng nhất trong cấu
trúc. Lignin dường như bao gồm vùng vô định hình và các vùng có cấu trúc hình thuôn
hoặc hình cầu. Lignin trong tế bào thực vật bậc cao hơn không có vùng vô định hình. Các
vòng phenyl trong lignin của gỗ mềm được sắp xếp trật tự trên mặt phẳng thành tế bào.
Ngoài ra, cả cấu trúc hóa học và cấu trúc không gian của lignin đều bị ảnh hưởng bởi
mạng polysaccharide. Việc mô hình hóa động học phân tử cho thấy rằng nhóm hydroxyl.
và nhóm methoxyl trong các oligomer tiền lignin sẽ tương tác với vi sợi cellulose cho dù
bản chất của lignin là kỵ nước. Nhóm chức ảnh hưởng đến hoạt tính của lignin là nhóm
phenolic hydroxyl tự do, methoxy, benzylic hydroxyl, ether của benzylic với các rượu
thẳng và nhóm carbonyl. Guaicyl lignin chứa nhiều nhóm phenolic hydroxyl hơn

15. syringyl. Lignin có liên kết hóa học với thành phần hemicellulose và ngay cả với
cellulose (không nhiều) độ bền hóa học của những liên kết này phụ thuộc vào bản chất
liên kết và cấu trúc hóa học của lignin và những đơn vị đường tham gia liên kết . Carbon
alpha (Cα) trong cấu trúc phenyl propane là nơi có khả năng tạo liên kết cao nhất với khối
hemicellulose. Ngược lại, các đường nằm ở mạch nhánh như arabinose, galactose, và acid
4-O-methylglucuronic là các nhóm thường liên kết với lignin. Các liên kết có thể là ether,
ester (liên kết với xylan qua acid 4-O-methyl-D-glucuronic), hay glycoxit (phản ứng giữa
nhóm khử của hemicellulose và nhóm OH phenolic của lignin) Cấu trúc hóa học của
lignin rất dễ bị thay đổi trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp như điều kiện trong quá
trình tiền xử lý bằng hơi nước. Ở nhiệt độ phản ứng cao hơn 200oC, lignin bị kết khối
thành những phần riêng biệt và tách ra khỏi cellulose. Những nghiên cứu trước đây cho
thấy đối với gỗ cứng, nhóm ether β-O-4 aryl bị phá trong quá trình nổ hơi. Đồng thời,
đối với gỗ mềm, quá trình nổ hơi làm bất hoạt các nhóm hoạt động của lignin ở vị trí α
như nhóm hydroxyl hay ether, các nhóm này bị oxy hóa thành carbonyl hoặc tạo cation
benzylic, cation này sẽ tiếp tục tạo liên kết C-C.
2.2.5 Các chất trích ly
Có rất nhiều chất thuộc nhóm thành phần này, chủ yếu là các chất dễ hòa tan, các
chất trích ly là những chất hoặc có khả năng hòa tan trong những dung môi hữu cơ (như
dietyl ether, methyl terbutyl ether, ether dầu hỏa, diclormethene, acetone, ethanol,
methanol, hexan, toluen, terahydrofuran) hoặc trong nước. Chính vì thế phương pháp
thông dụng nhất để tách nhóm chất này trong việc phân tích thành phần sơ xợi
lignocellulose là dùng trích ly với dung môi ethanol-benzene tỉ lệ 1:2. Những chất này có
thể có cả tính ưa dầu và ưa nước và không được xem là thành phần cấu trúc của gỗ. Chất
nhựa là những chất ưa dầu, có lẽ thường chiếm tỉ lệ ưu thế trong chất trích ly, nên thường
chất trích ly hay được gọi là nhựa (resin). Các chất trích ly thường có màu, mùi và vị khá
đặc trưng. Chúng rất quan trọng để giữ lại những chức năng sinh học của cây. Đa phần
các chất nhựa bảo vệ gỗ khỏi những tổn thương gây ra bởi vi sinh vật hay côn trùng.
Terpenoid, steroid, chất béo, và những phần tử phenolic như stilbene, lignan, tanmin và
flavonoid đều là những chất trích ly. Các phenolic có thuộc tính diệt nấm và ảnh hưởng
đến màu của gỗ. Chất béo và sáp, trong nhiều hệ thống sinh học được tận dụng như là
nguồn năng lượng trong khi terpenoid và steroid được biết đến là nhựa dầu. Nhóm cuối
cùng cũng có hoạt tính kháng vi sinh vật và côn trùng. Một số chất trích ly là những dược
phẩm quan trọng. Ví dụ, flavonoid được sử dụng như là chất chống tác nhân oxy hóa và
chống virus. Một số cấu trúc chất trích ly được thể hiện ở những hình sau:

16. 2.2.6 Tro
Trong các loại gỗ của xứ ôn đới, các nguyên tố khác so với carbon, hydro, oxy và nitơ
chiếm khoảng 0,1-0,5% (so với lượng rắn khô trong gỗ). Với loại gỗ xứ nhiệt đới con số
này có thể là 5%. Hàm lượng chất vô cơ được đo bằng hàm lượng tro của mẫu và nó trong
khoảng 0,3-1,5% cho hai loại gỗ mềm và gỗ cứng. Hàm lượng này phụ thuộc nhiều vào
điều kiện môi trường tăng trưởng của cây và vào vị trí trong cây. Tương tự chất trích ly,
thành phần vô cơ của biomass thường thực hiện chức năng trong một vài con đường sinh
học ở thực vật. Kim loại vết thường tồn tại ở dạng phức hợp như magnesium trong
chlorophyll. Một số chất vô cơ từ muối kim loại tồn tại trong vách tế bào thực vật.
Calcium thường là kim loại phong phú nhất, sau đó là kali và magnesium.

17. CHƯƠNG II
LÝ THUYẾT CHUNG
1. TỔNG QUAN VỀ PHÂN XƯỞNG BIOMASS
Hiện nay, công nghệ sản xuất xăng sinh học từ ethanol với nguyên liệu sắn, ngô,
khoai… rất phổ biến, nhưng nhiều quốc gia cảnh báo rằng, điều này sẽ ảnh hưởng đến
an ninh lương thực thế giới. Để tìm nguồn thay thế, nhiều nghiên cứu đang hướng đến
việc tận dụng phụ phẩm trong nông nghiệp như rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía… để sản xuất
ethanol.
Ở nước ta, dự án “Kết hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương với công
nghiệp chế biến biomass” do JICA (Cơ quan Hợp tác Quốc tế Nhật Bản) tài trợ, có
nhiệm vụ xây dựng và phát triển công nghệ sản xuất bioethanol từ các nguồn biomass
là phế thải nông nghiệp như: rơm, rạ, vỏ trấu, bã mía… bước đầu đã thành công ở quy
mô phòng thí nghiệm. Sản phẩm sẽ được ứng dụng vào mục đích làm nhiên liệu cho
động cơ và các thiết bị đốt công nghiệp.
Dự án JICA được thực hiện trong khuôn khổ hợp tác nghiên cứu giữa trường Đại
học Bách Khoa Tp.HCM và Viện Khoa học Công nghiệp thuộc trường Đại học Tokyo.
Dự án hướng đến xây dựng phương pháp luận nhằm kết hợp bền vững nền nông
nghiệp địa phương với nền công nghiệp chế biến sinh khối, thiết lập quy trình tinh chế
bằng phương pháp sinh học quy mô nhỏ tại khu vực. Từ đó, xây dựng chu trình tự cung
tự cấp các nhiên – vật liệu sinh học. Trong khuôn khổ dự án, hai mô hình thí điểm về
“Tổ hợp thử nghiệm quá trình chế biến sinh khối” và “Mô hình xưởng thực nghiệm kết
hợp bền vững nền nông nghiệp địa phương và nền công nghiệp chế biến sinh khối”
được thiết lập.
Mục tiêu nghiên cứu của xưởng thực nghiệm là phản hồi lại mục tiêu chung của
dự án, triển khai những kết quả thí nghiệm đạt được ở quy mô phòng thí nghiệm, hiểu
được toàn bộ quy trình và hệ thống, cải tiến và phát triển các trang thiết bị.
Dự án bắt đầu năm 2009 và kết thúc vào năm 2014. Từ năm 2009 tới cuối năm
2010 là gian đoạn lắp đặt nhà xưởng và cung cấp thiết bị, máy móc. Đầu năm 2010
phòng thí nghiệm bắt đầu đi vào hoạt động.
Địa điểm xây dựng: Xưởng thực nghiệm với tên gọi là phòng thí nghiệm năng
lượng sinh học, được xây dựng trong khuôn viên trường Đại học Bách Khoa Tp. HCM.
Xưởng nằm sau lưng tòa nhà C4 và C5, từ cổng 3 trường ĐHBK (đường Tô Hiến
Thành) đi thẳng vào khoảng 100m sẽ thấy xưởng nằm bên phải.
2.CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ
Sự bao bọc của lignin quanh cellulose: lignin cùng với hemicellulose tạo thành cấu
trúc mô vững chắc cực kì. Những mô được bền hóa với lignin tương tự như nhựa được
gia cố bằng sợi, trong đó lignin đóng vai trò kết dính những sợi cellulose. Trong thiên
nhiên, lignin bảo vệ cellulose khỏi những tác động của môi trường và khí hậu. Lignin là
yếu tố ngăn cản sự tấn công của enzyme đến cellulose được công nhận nhiều nhất. Nhà
nghiên cứu cho rằng khả năng thủy phân của enzyme tăng khi 40-50% lignin bị tách. Tuy

18. nhiên, phải thừa nhận rằng, không có nghiên cứu nào tiến hành loại bỏ lignin mà không
kèm theo sự phân hủy hemicellulose. Ngay cả trong phương pháp tiền xử lý nguyên liệu
bằng kiềm ở nhiệt độ thấp, loại bỏ được 70% lignin thì cũng có 5% hemicellulose bị hòa
tan. Vì vậy, những thí nghiệm trên cũng không hoàn toàn cho thấy ảnh hưởng của việc
loại bỏ lignin riêng lẻ
.• Bề mặt tiếp xúc tự do của cellulose: liên quan đến bề mặt tiếp xúc của cellulose với
enzyme, và thể tích xốp. Stone et al giả thiết rằng tốc độ đầu của quá trình thủy phân là
hàm của bề mặt tiếp xúc tự do. Grethlein et al cho rằng thể tích lỗ xốp chứ không phải độ
kết tinh của cellulose mới ảnh hưởng đến tốc độ đầu. Tuy nhiên, bề mặt tiếp xúc tự do này
có liên quan đến độ kết tinh và sự bảo vệ của lignin.
• Sự hiện diện của hemicellulose: cũng như lignin, hemicellulose tạo thành lớp bảo vệ
xung quanh cellulose. Knappert et al , trong nghiên cứu xử lý bằng acid sulfuric với gỗ
dương cho thấy khả năng thủy phân tăng theo tỉ lệ hemicellulose bị loại bỏ. Grohman, thí
nghiệm tiền xử lý rơm lúa mì bằng acid, kết quả cho thấy việc loại bỏ hemicellulose sẽ
gia tăng đáng kể khả năng thủy phân rơm rạ. Họ cho rằng, việc loại bỏ lignin là không cần
thiết, tuy rằng nếu đạt được thì rất tốt. Trong khi đó, hemicellulose được chứng minh là
ngăn cản quá trình tấn công của enzyme vào rơm rạ . Tuy nhiên, trong những thí nghiệm
này, lignin tuy không bị loại bỏ nhưng lại có thể bị đông hoặc chảy ra một phần, làm giảm
khả năng bao bọc cellulose của nó. Vì thế những thí nghiệm trên chưa cho thấy được hiệu
quả của việc loại bỏ riêng lẻ hemicellulose.
• Mức độ acetyl hóa của hemicelluloses: Đây là yếu tố ít được quan tâm, xylan, loại
hemicellulose chính trong gỗ cứng và cây thân cỏ bị acetyl hóa với tỉ lệ rất cao.
Grohmann et al , nghiên cứu với rơm lúa mì và cây dương, cho thấy rằng khi xylan bị
deacetyl hóa, tỉ lệ cellulose bị thủy phân tăng lên 2-3 lần. Ảnh hưởng này tồn tại đến
khoảng 75% hemicellulose bị deacetyl hóa.
Nói tóm lại, quá trình tiền xử lý nhằm:
Tăng vùng vô định hình của cellulose
• Tăng kích thước lỗ xốp trong cấu trúc sợi biomass
• Phá vỡ sự bao bọc của lignin và hemicellulose đối với cellulose.
Sau đây là một số công nghệ tiền xử lý phổ biến:

19. 2.1. CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ HÓA HỌC
Sử dụng tác động của hóa chất trong quá trình. Gồm có các quá trình chính:
• Với acid: gồm các phương pháp xử lý với acid loãng, bơm hơi nước có acid và nổ hơi
có acid. Trong đó, acid sulfuric đã được nghiên cứu kĩ lưỡng nhất, hiển nhiên vì nó rẻ và
hiệu quả. Tuy nhiên, vấn đề gặp phải trong xử lý acid là thiết bị phải chịu được ăn mòn
cao và lượng thạch cao (CaSO4) sinh ra nhiều từ quá trình trung hòa acid với CaOH.
• Với kiềm: đã có rất nhiều nghiên cứu liên quan, chủ yếu là về xút hoặc xút cùng các
hóa chất khác. Tuy nhiên, nhiều nhà khoa học cho rằng, dựa trên chi phí hóa chất, thì vôi
tôi là hóa chất thích hợp. Detroy et al cho thấy rằng amonia lỏng có phần hiệu quả trong
việc tăng khả năng thủy phân bã rắn, nhưng ethylenediamine có thể còn hiệu quả hơn.
• Ngoài ra còn có những phương pháp như xử lý với dung môi hữu cơ: dùng dung môi
như ethanol, methanol, acetone để hòa tan lignin; xử lý bằng khí SO2, khí CO2, NH3 …
Các quy trình này hiện nay chỉ được sử dụng ở quy mô phòng thí nghiệm
2.2 - CÁC PHƯƠNG PHÁP TIỀN XỬ LÝ CƠ HỌC
Các phương pháp thuộc nhóm này không sử dụng hóa chất trong quá trình xử lý.
Gồm các phương pháp như: nghiền nát, rọi bằng những bức xạ năng lượng cao, xử lý
thủy nhiệt và nổ hơi. Trong đó phương pháp nổ hơi là phương pháp quan trọng nhất, đã
được phát triển, áp dụng trên quy mô pilot và được sử dụng trong đề tài nghiên cứu này.
2.2.1. Nổ hơi (Steam explosion)
Cơ chế quá trình nổ hơi
Hình 2-12 Mô tả cơ chế quá trình nổ hơi
Quá trình nổ hơi nước là một quá trình cơ – hóa – nhiệt. Đó là phá vỡ cấu trúc các hợp
phần với sự giúp đỡ của nhiệt ở dạng hơi (nhiệt), lực cắt do sự giãn nở của ẩm (cơ), và
thủy phân các liên kết glycosidic (hóa).
Trong thiết bị phản ứng, nước dưới áp suất cao thâm nhập vào cấu trúc
lignocellulosic bởi quá trình khuếch tán và làm ẩm nguyên liệu. Ẩm trong biomass thủy

20. phân các nhóm acetyl của hemicellulose hình thành nên các acid hữu cơ như acetic và
uronic acid. Các acid này lần lượt xúc tác quá trình depolymer hóa hemicellulose, giải
phóng xylan và một phần glucan. Dưới điều kiện khắc nghiệt, vùng vô định hình của
cellulose có thể bị thủy phân đến một mức độ nào đó. Dưới điều kiện khắc nghiệt hơn,
ví dụ như nhiệt độ cao và áp suất cao, có thể thúc đẩy sự phân hủy xylose thành furfural
và glucose thành 5-hydroxymethyl furfural. Furfural và 5-hydroxylmethyl furfural kìm
hãm sự phát triển của vi sinh vật, do đó nó không thuận lợi cho quá trình lên men [12].
Hình 2-13 Fufural Hình 2-14 Hydroxymethyl fufural
Ẩm trong biomass sẽ hóa hơi đột ngột ra khi áp suất trong thiết bị phản ứng được giải
phóng và hạ đột ngột từ rất cao khoảng vài chục atm xuống còn áp suất khí trời. Hiện
tượng này cũng giống như hiện tượng nổ. Nguyên liệu được tống mạnh khỏi thiết bị qua
một lỗ nhỏ bởi lực ép. Một vài hiện tượng xảy ra tại thời điểm này. Đầu tiên, ẩm ngưng tụ
trong cấu trúc biomass bốc hơi tức thời do giảm áp đột ngột. Sự giãn nở của hơi nước gây
ra lực cắt bao quanh cấu trúc nguyên liệu. Nếu lực cắt này đủ lớn, hơi nước sẽ gây ra sự
phá hủy cơ học lên cấu trúc lignocellulosic. Hình 2-14 mô tả cơ chế quá trình nổ hơi.
Hình 2-15 mô tả sự giải phóng cellulose khỏi vỏ bọc lignin. Hình 2-16 mô tả khả năng
làm tăng kích thước lỗ xốp trong xơ sợi. Sự mô tả quá trình làm nổi bật tầm quan trọng
của việc
tối ưu hai yếu tố: thời gian lưu và nhiệt độ. Thời gian biomass lưu lại trong thiết bị phản
ứng giúp xác định phạm vi thủy phân hemicellulose bởi các acid hữu cơ. Việc thủy
phân hemicellulose giúp cho quá trình lên men thuận lợi hơn. Tuy nhiên, thời gian lưu
dài cũng làm gia tăng sự phân hủy sản phẩm.

21. Cấu trúc sợi trước và sau khi nổ hơi, bó sởi cellulose được giải phóng ra khỏi lớp lignin
bảo vệ sau khi nổ hơi.
Nhiệt độ có liên quan đến áp suất hơi trong thiết bị phản ứng. Nhiệt độ càng cao thì áp
suất càng cao, do đó càng làm gia tăng sự khác nhau giữa áp suất trong thiết bị phản
ứng so với áp suất khí quyển. Sự chênh lệch về áp suất tỷ lệ với lực cắt của ẩm hóa hơi.
Ưu nhược điểm của quá trình nổ hơi :
Tóm tắt lại, theo quá trình nổ hơi nước có mấy tác động sau lên cấu trúc
nguyên liệu lignocellulose
1. Tăng sự kết tinh của cellulose bằng cách thúc đẩy sự kết tinh của vùng
vô
định hình.
2. Hemicellulose bị thủy phân trong quá trình nổ hơi.
3. Sự nổ hơi thúc đẩy việc khử lignin.
Cùng với việc gia tăng kích thước lỗ xốp, tác động (2) và (3) là 3 ưu điểm của quá
trình nổ hơi. Tuy nhiên, tác động (1) lại gây ra khó khăn cho quá trình thủy phân.
Ngoài ra những nhược điểm chính của quá trình nổ hơi là:
Tốn chi phí, năng lượng vận hành.
Đòi hỏi thiết bị chịu được nhiệt độ, áp suất rất cao.
Có thể làm phân hủy cellulose.
Mất đi đường từ hemicellulose.
Làm sinh ra fufural và 5-hydroxymethyl fufural gây ức chế quá trình lên men [12]

22. 2.2.2. Ép cơ học
Ép cơ học là phương pháp dùng dùng tác nhân lực (máy ép) tác dụng lên vật thể
theo một phương nhất định, để tạo hình thù xác định.
Vật liệu ép ở đây là rơm rạ sau khi được nổ hơi và xử lý kiềm và trung hòa acid, ta
tiến hành ép dung dịch rơm rạ thành một khối xác định.
Một số loại máy ép rơm rạ

23. Hình dạng rơm rạ sau khi ép
23

24. CHƯƠNG III
CÁC QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
CÁC DẠNG NĂNG LƯỢNG SỬ DỤNG
• Diện : dùng để thắp sáng và chạy các thiết bị và hệ thống điều khiển
• Syngas : dùng để đốt để lấy nhiệt đó cung cấp cho nồi hơi
• Khí nén : dùng để điều khiển tự động một số thiết bị
1. SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT
Quy trình của phòng thí nghiệm là sản xuất etanol sinh học từ các phế phẩm nông
nghiệp mà đặc biệt ở đây sử dụng rơm rạ để sản suất ra etanol đồng thời sử dụng vỏ
24
Rơm rạ
Cắt rơm
Nổ hơi
Xử lý bằng
NaOH
Trung hòa
Lọc ép
Thủy phân và lên
men đồng thời
Chưng cất
Ethano
l
Nước
Nước +
NaOH
Lọc ép
Nước
thải
Bã rắn
Nước + HCl
Bã rắn
Trung hòa và thải bỏ
Enzim
cellulase
Nấm men
Nhân giống
Than hóa và
khí hóa
Trấu
Syngas
Oxy hóa
Nồi hơi
Than
trấu

25. trấu để tạo ra khí syngas để cung cấp nhiệt cho nồi hơi từ đó cung cấp hơi cho những
quá trình sau của phòng thí nghiệm CO2
2. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
Để hiểu rõ quy trình công nghệ trên ta chia nhỏ quy trình ra để thuyết minh
gồm : tiền xử ký, thủy phân và lên men, chưng cất bên cạch đó có phần khí hóa vỏ
trấu.
25

26. 2.1 CẮT RƠM VÀ TIỀN XỬ LÝ
Cắt rơm Rơm ban đầu được cắt 2 lần qua máy cắt thô và máy cắt mịn để ra rơm
sản phẩm có chiều dài từ 2-3 cm làm tăng bề mặt tiếp xúc và thuận lợi cho quá trình nổ
hơi.
Nổ hơi : Phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước là một quá trình tác động cơ học,
hóa học và nhiệt độ lên hỗn hợp nguyên liệu. Nguyên liệu bị phá vỡ cấu trúc dưới
tác dụng của nhiệt, hơi và áp lực do sự giãn nở của hơi ẩm và các phản ứng thủy
phân các liên kết glycosidic trong nguyên liệu.
26

27. Quá trình nổ hơi : rơm được đưa từ trên xuống đồng thời hơi nước được đưa
vào tại đây xảy ra quá trình nén quá trình thủy phân hemicelulloce và khi giảm áp đột
ngột thì hơi nước thoát đột ngột ra ngoài làm phá vỡ một phầncấu trúc ban đầu của
lignocelulloce. Từ đó ta thấy 2 yếu tố ảnh hưởng tới quá trình nổ hơi là :
Nhiệt độ : nhiệt độ cang cao đồng nghĩa áp suất càng cao thì quá trình
hơi nước đi vào cấu trúc của rơm (rạ) càng xảy ra thuận lợi nhưng nếu quá cao cũng
thúc đẩy quá trình phân hủy của rơm rạ
Thời gian lưu : càng lâu thì quá trình thủy phân càng xảy ra triệt để
nhưng quá lâu thì xảy ra quá trình phân hủy và sinh ra những chất không cần thiết
Tiền xử lý bằng NaOH và trung hòa bằng HCl
rơm sau khi được cắt và nổ hơi sẽ được ngâm trong dung dịch NaOH 0.1N
trong vòng 24 giờ. Mục đích quá trình này để NaOH thủy phân lignin bao bọc
cenluloso, giúp cho việc tiếp cận cenluloso của em zim thuận lợi hơn
27

28. lọc, ép
Rơm sau khi ngâm qua đêm bằng dung dịch kiềm sẽ được mang đi lọc ép bằng
máy ép pittong, nhằm loại bỏ dịch chứa lignin.
2.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ KHÍ HÓA
28

29. Khí hóa
Là một quá trình chuyển đổi nhiên liệu có nguồn gốc cacbon hữu cơ hoặc
nhiên liệu hóa thạch thành hỗn hợp khí CO, H2, CO2 và CH4 từ phản ứng của vật liệu
ở nhiệt độ cao (>7000
C) mà không đốt với lượng oxy hoặc hơi nước được kiểm soát.
Hỗn hợp khí được gọi là khí tổng hợp (syngas), là một loại nhiên liệu. Năng lượng từ
quá trình khí hóa sinh khối và đốt khí tổng hợp được coi là môt nguồn năng lượng tái
tạo. Các quá trình khí hóa của vật liệu nhiên liệu hóa thạch không được coi là năng
lượng tái tạo.
Than hóa và khí hóa:
Trấu được nhập vào buồng khí hóa, tại đây xảy ra các giai đoạn:
- Giai đoạn sấy: xảy ra ở nhiệt độ 1000
C, hơi nước thoát ra, vật liệu bị khô dần.
Thông thường, hơi nước được trộn vào dòng chảy khí và có thể tham gia phản ứng
hóa học tiếp theo, đặc biệt là các phản ứng nước – khí nếu nhiệt độ đủ cao.
- Giai đoạn nhiệt phân: xảy ra ở nhiệt độ khoảng 200 – 3000
C, vật liệu bị phân hủy
theo những quá trình tỏa nhiệt. Các sản phẩm hữu cơ thoát ra, than được tạo thành,
làm cho khối lượng vật liệu giảm còn khoảng 70% so với ban đầu. Giai đoạn này
phụ thuộc vào thành phần và tính chất của nguyên liệu ban đầu, thành phần của than
được tạo thành mà sau đó sẽ xảy ra các phản ứng khí hóa.
- Giai đoạn cháy: ở giai đoạn này các sản phẩm dễ bay hơi và phần lớn than phản
ứng với oxy để tạo thành CO2 và một lượng nhỏ CO, cung cấp nhiệt cho phản ứng
khí hóa tiếp theo. Phản ứng chủ yếu trong giai đoạn này:
C + O2 = CO2
Hydro trong nhiên liệu phản ứng với oxy trong không khí, tao ra hơi nước:
29

30. H2 + ½ O2 = H2O
- Giai đoạn khí hóa: xảy ra các phản ứng giữa cacbon với hơi nước để sản xuất khí
CO và H2, thông qua phản ứng:
C + H2O = CO + H2
C + ½ O2 = CO
- Đồng thời, xảy ra các phản ứng khác:
CO2 + C = 2CO
CO2 + H2 = CO + H2O
C + 2H2 = CH4
Hỗn hợp khí lúc này gọi là syngas có thành phần
Trấu được đưa vào băng truyền sau đó được quạt hút lên Cyclon để tách các bụi
có lẫn trong trấu. Sau khi qua Cyclon trấu đi qua hai van quay ở đây trấu được phân
phối đều vào hệ thống chứa có kính quan sát và ở đây trấu được bộ phận chuyển động
đưa vào bồn khí hóa. Trong buồng khí hóa trấu được đốt bằng kerozen và được mồi
lửa bằng giấy, lửa được cho vào ở nắp bồn, quan sát khi thấy lửa đã cháy đều thì ta
đóng nắp bồn lại. Trong buồng khí hóa trấu đi từ trên xuống dưới, không khí đi từ dưới
lên trên, trấu được đốt ở điều kiện thiếu khí nên khí sinh ra là khí syngas, để quá trình
khí hóa diễn ra tốt và không bị gián đoạn giữa chừng thì dưới bồn khí hóa có hệ thống
đưa không khí vào với lưu lượng vừa phải để quá trình khí hóa diễn ra với tốc độ cao
nhất mà không xảy ra quá trình đốt cháy bình thường ( sinh CO2 và sản phẩm giàu
O2…).
Để tránh trấu đã cháy chiếm vùng không gian phản ứng thì trong bồn khí hóa có
gắn một bộ phận cảm biến, khi lượng than trấu tăng đến một mức nhất định thì cảm
biến báo và trấu được lấy ra ngoài nhờ trục vít, bên cạnh đó để quá trình xảy ra tốt
hơn thì trong bồn khí hóa có gắn thêm một trục khuấy nhằm khuấy trộn để tăng khả
năng cháy. Dòng khí syngas ra khỏi bồn khí hóa có nhiệt độ 86-94 0
C. Đáy bồn khí hóa
có nhiệt độ lớn hơn 1000 0
C, than trấu sau khi đưa ra ngoài có nhiệt độ khoảng 600-
700 0
C. Khí syngas sinh ra được đưa qua buồng đốt, trước khi syngas vào thì trong
buồng đốt ta cho LPG vào đốt trước, cho LPG vào đốt trước nhắm tạo nhiệt độ cao
trước để khi đưa khí syngas vào buồng đốt khí syngas sẽ được nâng lên đến nhiệt độ
tự bắt cháy và cháy.
Khí nhiệt độ của dòng syngas lớn 500 0
C thì dòng LPG sẽ ngắt không cần
cung cấp nữa vì lúc này dòng syngas đã có thể tự bắt cháy. Trong quá trình cháy thì
không khí sẽ được cung cấp vào nhờ những cửa khóa trên thân buồng đốt, dòng
syngas cháy sinh ra lượng nhiệt rất lớn ( nằm trong dòng khí nóng ). Dòng khí nóng
được dẫn ra ở cuối buồng đốt và chia ra làm hai dòng : một dòng đi vào nồi hơi để gia
nhiệt nồi hơi, dòng còn lại được bơm ra ngoài ( lượng khí sinh ra trong quá trình đốt
rất lớn so với khí nóng cần thiết cho nồi hơi ), dòng khí đi ra và vào nổi hơi được là
nhờ bơm có công suất khá lớn được đặt sau nồi hơi giao với đường bypass, lượng hơi
trong nồi hơi và trong đường bypass do thiết bị “ BOILER OUT DP “ quy định…khi
thiết bị này đóng tức là hơi nóng sẽ 100% qua bypass và đi ra ngoài , khi thiết bị này
mở thì lượng hơi một phần vào nồi hơi và được giữ trong nồi hơi một phần gia nhiệt
cho nối hơi….và cứ như vậy thiết bị “BOILER OUT DP” đóng mở theo chu kì và
dòng hơi cũng đi theo chu kì của thiết bị này. Nhờ bơm đặt cuối nồi hơi, nơi giao nhau
của nồi hơi và đường bypass mà áp suất trong buồng đốt được hạ xuống còn khoảng
20pa. khi dòng khí nóng đi vào nồi hơi thì tại đây xảy ra quá trình truyền nhiệt gián
30

31. tiếp , do thiết bị nồi hơi của ta là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống trùm, dòng khí nóng
đi bên ngoài và dòng nước đi bên trong ống. Dòng nước trước khi vào nồi hơi được
làm mềm và cho thêm phụ gia tái sinh lò hơi đề tránh các ion Ca2+
, Mg2+
…tạo cặn bên
trong nồi hơi làm giảm hiệu suất truyền nhiệt và phụ gia có vai trò phá cặn trong nồi
hơi để tái thiết lập lại bề mặt truyền nhiệt nhờ đó quá trình truyền nhiệt xảy ra tốt hơn .
khi dòng nước đi vào và nhận nhiệt hóa hơi thì dòng hơi sẽ mang lượng nhiệt đáng kề
để cung cấp nhiệt cho các quá trình khác ( lên men và chưng cất) với nhiệt độ và áp
suất hơi khoảng 150 0
C và 5 at.
2.3. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của hệ thống lên men
Lý thuyết về quá trình lên men
Lên men là quá trình tổng hợp chuyển đổi đường thành sản phẩm như: acid, khí
hoặc rượu...của nấm men hoặc vi khuẩn, hoặc trong trường hợp lên men acid lactic
trong tế bào cơ ở điều kiện thiếu khí oxy. Lên men cũng được sử dụng rộng rãi hơn
trong sự tăng sinh khối của vi sinh vật trên môi trường sinh trưởng_sự tích lũy các sản
phẩm trao đổi chất hữu ích cho con người trong quá trình nuôi cấy vi sinh vật. Nhà
sinh vật học người Pháp Louis Pásteur được ghi nhớ như là người hiểu rõ sự lên men
và nguyên nhân vi sinh vật của nó. Khoa học của sự lên men được biết như
"zymology".
Quá trình lên men diễn ra trong điều kiện thiếu oxy (khi chuỗi vận chuyển electron
không thể diễn ra) và trở thành phương tiện chủ yếu của tế bào để sản xuất ATP (năng
lượng). Nó chuyển NADH và pyruvate được sản sinh trong bước thủy phân glucoza
thành NAD+ và những phân tử nhỏ hơn(xem ví dụ bên dưới). Khi có mặt của O2,
NADH và pyruvate được dùng cho hô hấp; đó là sự oxy hóa phosphoryl hóa, nó sinh
31

32. ra nhiều ATP hơn, vì lý do đó, các tế bào thường tránh quá trình lên men không chịu
được ôxy.
Sau đó Pyruvate chuyển thành C2H5OH
32

33. Quy trình lên men
• SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
33

34. • THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
Quá trình lên men được thực hiện trong thiết bị bồn lên men trong 6 ngày với
mỗi mẻ.
Nguyên liệu gồm nước và rơm đã qua xử lí được đưa vào bồn bằng cửa nhập liệu ở
đỉnh bồn. Bồn lên men được thiết kế có 1 lớp vỏ áo bên ngoài để tiệt trùng bồn và giữ
nhiệt độ ổn định trong quá trình lên men.Đầu tiên dùng hơi nước từ thiết bị hóa hơi để
tiệt trùng bồn ở nhiệt độ 90o
C trong 10 – 15 phút, sau đó nước ngưng tụ được tháo ra
bên dưới đáy bồn. Sau khi tiệt trùng ta làm mát bằng cách cho nước lạnh đi từ đáy bồn,
sau đó đi ra bằng ống dẫn hơi nước qua van 3 ngả rồi đi vào thiết bị gia nhiệt (hoạt
động khi nhiệt độ quá trình lên men xuống 350
C đẻ giữ nhiệt độ cho bồn luôn ổn định
35o
C), sau đó qua máy bơm rồi lại tiếp tục đi vào bồn. Nước ổn định nhiệt và làm mát
đi trong lớp áo bên ngoài bồn.Sau khi tiệt trùng và làm mát, nấm men và enzyme sẽ
được thêm vào để thực hiên quá trình lên men. Quá trình lên men được đảo đều nhờ
cánh khuấy truyền động bằng môtơ. Trong bồn có các gờ để tránh sự tạo dòng xoáy
tránh nguyên liệu không lên men đều.
Nguyên liệu được đưa vào nhiều lần để đảm bảo trong bồn lên men không quá
đặc ảnh hưởng đến thiết bị khuấy đảo.
Hơi nguyên liệu bốc lên do nhiệt từ quá trình tiệt trùng thoát ra từ đỉnh của bồn
lên men đưa đến thiết bị ngưng tụ sau đó đưa ra ngoài.
Sản phẩm trong bồn sau khi lên men hoàn chỉnh được lấy ra ở đáy gồm dung
dịch và bã rơm.
34

35. 2.4 QÚA TRÌNH CHƯNG CẤT
Sơ đồ công nghệ
35

36. Thuyết minh sơ đồ công nghệ “tháp chưng cất”
Nguyên liệu sau khi lên men (rơm, rạ lên men với tỷ lệ thích hợp) được nạp vào tháp
chưng cất . Sau đó ta gia nhiệt vỏ đáy tháp bằng hơi nước (hơi nước từ nồi hơi) cho
đến nhiệt độ lỏng sôi của nguyên liệu. Lúc này trong tháp diễn ra sự phân tách, cấu tử
nhẹ bay hơi lên đỉnh tháp và được thu hồi qua thiết bị ngưng tụ , dẫn qua thiết bị đo
lưu lượng và qua thiết bị chia dòng một dòng lấy ra từ van vào thùng chứa sản phẩm,
một sử dụng hồi lưu Khi bơm hồi lưu thì lúc đó ta cho pha lỏng và pha hơi tiếp xúc
trực tiếp với nhau nên quá trình trao đổi chất diễn ra thêm lần nữa nhờ vậy mà hiệu
suất truyền khối xảy ra tốt hơn, khi tiến hành chưng cất thì trong tháp chưng ta sử
dụng mân xuyên lỗ (đệm) để tăng số lần trao đổi chất trong tháp từ đó cũng tăng được
hiệu suất truyền khối từ đó tăng được nồng độ sản phẩm đầu ra. Khi tiến hành chưng
cất đến thời gian cần thiết và ta tiến hành tháo sản phẩm đáy (bã rơm rạ), đồng thời
nước ngưng tụ được tháo ra liên tục ở dưới đáy bồn nhờ bẫy hơi . Trong quá trình
trưng cất mâm xuyên lỗ trên, nồng độ sản phẩm đạt được khoảng có nồng độ khoảng
75%, để tăng nồng độ sản phẩm ta tiếp tục tiến hành chưng cất sản phẩm bằng tháp
đệm nồng độ đạt khoảng 97%.
36

37. KẾT LUẬN
Phòng thí nghiệm Năng lượng sinh học đang vận hành ở quy mô pilot một quy trình
công nghệ thiết thực đối với đời sống. Nếu quy trình này thuận lợi đưa vào công nghiệp sẽ
giúp giải quyết được nhiều vấn đề: giảm sức ép đối với nhiên liệu hóa thạch: có được nhiên
liệu sinh học mà không ảnh hưởng tới vấn đề an ninh lương thực, syngas thay thế cho gas, phế
phẩm nông nghiệp được tận dụng mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn cho ngành nông nghiệp
đồng thời giảm thiểu được vấn đề ô nhiễm môi trường do phế phẩm nông nghiệp.
Quy trình sản xuất ethanol từ rơm và trấu có ý nghĩa lớn đối với một nước có nền
nông nghiệp lúa nước như Việt Nam.
37