ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TP.HCM
~~~~~~~~~~~~~**&**~~~~~~~~~~~~~
Báo cáo tóm tắt đề tài:
“ NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ LIÊN TỤC
XỬ LÝ RƠM RẠ BẰNG HƠI NƯỚC ĐỂ LÊN MEN ETHANOL”
PHẦN 1: “NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ VÀ CHẾ TẠO HỆ THỐNG THIẾT BỊ
LÀM VIỆC LIÊN TỤC XỬ LÝ VÀ THỦY PHÂN RƠM RẠ THÀNH ĐƯỜNG
PHỤC VỤ QUÁ TRÌNH LÊN MEN ETHANOL”.
Mã số đề tài: B2007-20-05-TĐ
Chủ nhiệm đề tài:ThS. Hoàng Minh Nam
TP.Hồ Chí Minh, ngày 29 tháng 12 năm 2009
1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU 2
1.1.Lý do nghiên cứu Ethanol từ rơm rạ 2
1.2. Mục tiêu và nội dung nghiên cứu 3
1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2
1.3. Bioethanol 2
1.4.Biomass – Rơm rạ 4
1.5.Công nghệ sản xuất Bioethanol từ Biomass 5
2. THỰC NGHIỆM 12
1.6. Nguyên liệu 12
1.7.Thiết bị sử dụng 12
1.8.Các phương pháp sử dụng trong nghiên cứu 12
3.3.Thực nghiệm 14
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN 16
1.9.Thành phần nguyên liệu trước nổ hơi 16
1.10.Quá trình nổ hơi 16
1.12.Quá trình thủy phân – lên men bán liên tục 22
4. KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 25

có giảm áp đột biến.
3. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình nổ hơi liên tục đến hiệu suất thủy phân rơm rạ bằng
enzyme cellulase trên cơ sở cải thiện những nghiên cứu trước theo hướng liên tục hóa quá
trình thực hiện.
3
1. TỔNG QUAN TÀI LIỆU
1.3. Bioethanol
1.3.1. Các sản phẩm từ Ethanol
Ethanol được sử dụng làm nhiên liệu do đốt cháy ethanol cho nhiệt lượng tương đối cao
mà không sản sinh ra các chất độc hại. Ethanol là hợp chất hữu cơ hòa tan tốt trong nước và
có khả năng hòa tan tốt một số hợp chất hữu cơ nên được dùng làm dung môi hòa tan, trích li
trong các các sản phẩm như sơn, bút màu, rượu thuốc… Ethanol có khả năng ức chế vi sinh
vật nên được dùng làm chất kháng khuẩn. Dung dịch ethanol 70%, 90% - cồn 70˚, cồn 90˚-
được dùng trong y học để sát trùng các vết thương, vệ sinh dụng cụ…
Các dẫn xuất của ethanol cũng có rất nhiều ứng dụng. Ethyl acrylate được sử dụng trong
sản xuất polyme acrylate có công dụng làm chất kết dính hay các vật liệu che phủ. Ethyl
axetate là dung môi phổ biến sử dụng trong sơn, các vật liệu che phủ và trong công nghiệp
dược phẩm. Một số ethyl ester khác được sử dụng trong công nghiệp như là các chất tạo mùi .
Các ethylamin được sử dụng trong việc tổng hợp các dược phẩm, hóa chất nông nghiệp và các
chất hoạt động bề mặt.
1.3.2. Tình hình sản xuất ethanol từ biomass trên thế giới
Cho đến nay, trên thế giới việc sản xuất ethanol từ biomass nói chung và từ rơm rạ nói
riêng vẫn chưa được thực hiện với quy mô công nghiệp mặc dù đã được nghiên cứu từ những
năm 1950. Lý do lớn nhất của vấn đề này là hiệu quả kinh tế mang lại của việc sản suất nhiên
liệu ethanol so với nhiên liệu truyền thống như xăng dầu. Trước tình hình giá cả nhiên liệu
tăng cao như hiện nay và ô nhiễm môi trường ngày càng trầm trọng, đặc biệt là ô nhiễm
không khí ở những khu đô thị lớn do khí thải ô tô gây ra, việc sản xuất ethanol từ biomass lại
được chú ý và tiếp tục nghiên cứu hoàn thiện trên thế giới. Ở các nước có nguồn biomass phụ
phẩm nông nghiệp dồi dào như Canada và Mỹ, Nhật những dự án sản xuất ethanol từ rơm rạ
với quy mô bán công nghiệp (vài chục tấn một ngày) đang dần được nghiên cứu và triển

buthanol, nhiên liệu tổng hợp); các loại dầu sinh học để sản xuất biodiesel (dầu thực vật, dầu
thực vật phế thải, mỡ động vật). Năm 2005, nước Đức đã sản xuất được 1,7 triệu tấn biodiesel
từ hạt dầu cải làm nhiên liệu cho ô tô. Hiện nay, diện tích trồng dầu hạt cải ở Đức là 1,2 triệu
ha, chiếm 10% đất trồng trọt ở nước này và các chuyên gia cho rằng khó có thể mở rộng diện
tích trồng dầu hạt cải hơn nữa. Đức chỉ có thể sản xuất nhiều nhất 2 triệu tấn dầu hạt cải,
trong khi nhu cầu mỗi năm lên tới 130 triệu tấn.
Tuy nhiên, Biodiesel cũng chỉ có thể sử dụng ở một mức độ nhất định đối với một số loại
động cơ diesel đời mới. Đây là lý do tập đoàn Shell quan tâm nhiều hơn đến việc phát triển
nhiên liệu sinh học thế hệ hai. Để sản xuất nhiên liệu này, người ta sử dụng cả các bộ phận
của cây trong quá trình sản xuất nông nghiệp, nhiều khi những bộ phận này là chất thải như
rơm rạ, thân cây ngô, hướng dương
Rượu là một loại nhiên liệu sinh học mà con người đã sản xuất từ hàng nghìn năm nay.
Những năm 30 của thế kỷ trước, ở Mỹ người ta cũng đã có ý định dùng rượu làm nhiên liệu ô
tô. Tuy nhiên, những người tán dương sáng kiến này không thể thắng thế bởi lẽ khi đó người
ta đã phát hiện được nhiều mỏ dầu lớn đặc biệt ở vùng Trung Đông. Nguồn dầu mỏ dồi dào
và giá rẻ lúc đó khiến các quốc gia công nghiệp phương Tây chấp nhận lệ thuộc vào việc nhập
khẩu loại nhiên liệu này.
Brazil là quốc gia duy nhất đi theo con đường riêng của mình và sử dụng cồn làm nhiên
liệu cho các loại ô tô. Khoảng 40% nhu cầu nhiên liệu của nước này được đáp ứng bằng
bioethanol, một dạng cồn được điều chế từ đường mía. Trong khi đó ở Châu Âu và Bắc Mỹ
người ta điều chế ethanol chủ yếu từ cây trồng. Chính phủ Mỹ cũng coi bioethanol là một loại
nhiên liệu của tương lai.
Một loạt công nghệ mới, đang trong quá trình phát triển, hứa hẹn nhiều triển vọng, đó là
“sundiesel”. Trong năm tới, một hệ thống sản xuất “sundiesel” sẽ đi vào hoạt động với năng
suất 15.000 tấn/năm. Sundiesel hoàn toàn không độc hại và không có chất aromat.
Cho đến nay, người ta có xu hướng sử dụng biogas để sản xuất điện. Khí biogas rất thích
hợp để sử dụng đối với các loại ô tô chạy bằng khói nén. Tuy nhiên, việc này cho đến nay
tiến triển rất chậm vì phải thực hiện một số thay đổi ở động cơ ô tô và phải có cơ sở hạ tầng
cần thiết (trạm tiếp). Theo nhiều chuyên gia thì chỉ có những loại nhiên liệu phối trộn có
nhiều triển vọng để áp dụng rộng rãi. Ethanol và sundiesel đáp ứng được yêu cầu này.

lignocellulosic hiện tại được đem đốt hoặc bỏ đi. Việc tận dụng các nguyên liệu
lignocellulosic có thể thay thế gần như 40% gasoline trên thị trường. Sử dụng nguyên liệu
lignocellulosic như cỏ, rơm rạ, bã mía có thể giảm đáng kể chi phí về nguyên liệu khi so sánh
với nguồn nguyên liệu là bắp.
Người ta dự đoán rằng sử dụng kĩ thuật gen trên nguyên liệu với hàm lượng carbohydrate
cao hơn kết hợp với cải tiến công nghệ sẽ giảm được giá ethanol khoảng 0,11 dollar/lit trong
10 năm tới. Giảm chi phí sản xuất cellulase là chìa khóa công nghệ trong quá trình thủy phân
bằng enzyme. Kĩ thuật gen đã được sử dụng để tạo dòng các trình tự mã hóa vào trong vi
khuẩn, nấm men, nấm sợi và thực vật nhằm tạo ra những hệ thống sản xuất cellulase với hoạt
tính cao.
Wood và các cộng sự đã báo cáo về việc biểu hiện gen tái tổ hợp endoglucanase từ
Erwinia chrysanthemi P86021 vào Escherichia coli KO11 và hệ thống tái tổ hợp này đã sản
xuất 3.200 IU endoglucanase/lit canh trường lỏng lên men (IU, international unit, được xác
định như là 1 μl đường khử được tạo ra trong 1 phút khi sử dụng carboxymethyl cellulose làm
cơ chất). Endoglucanase E1 chịu nhiệt từ Acidothermus cellulolyticus được biểu hiện ở
Arabidopsis thaliana ở lá. Người ta cũng có thể sử dụng quá trình lên men xylose thành
ethanol. Chủng tái tổ hợp E. coli với các gen từ Zymomonas mobilis để chuyển hóa pyruvate
thành ethanol cũng đã được nghiên cứu bởi Dien và các cộng sự. Các plasmid tái tổ hợp với
các gen tổng hợp xylose reductase và xylitol dehydrogenase từ Pichia stipitis và gen
xylulokinase từ Saccharomyces cerevisiae đều được chuyển vào Saccharomyce spp. cho quá
trình lên men đồng thời xylose và glucose .
Mặc dù việc sản xuất bioethanol được cải tiến bởi nhiều công nghệ mới, nhưng vẫn có
nhiều thử thách cần phải vượt qua. Những thử thách đó bao gồm việc giữ ổn định các chủng
nấm men đã được biến đổi gen khi lên men ở quy mô công nghiệp, nâng cao hiệu quả tiền xử
lý nguyên liệu lignocellulosic, và tính kinh tế của hệ thống sản xuất ethanol.
1.4. Biomass – Rơm rạ

Hình 2.1: Rơm rạ và các phần trên cây lúa Hình 2.2: Rơm rạ sau thu hoạch
Rơm rạ là thành phần còn lại của cây lúa sau khi thu hoạch lấy hạt lúa. Ngoại trừ phần
hạt và rễ thì tất cả các phần khác của cây lúa đều được coi là rơm rạ. Nước ta có khí hậu nhiệt

Nấm men
Nhân giống
Chưng cất
Ethanol
Hình 2.4: Qui trình công nghệ sản xuất Bioethanol từ Biomass
Hình 2.5: Các qui trình sản xuất đi từ lignocellulosic
2. Tổng quan tài liệu
6
Hình 2.6: Qui trình sản xuất đi từ nguyên liệu biomass
1.5.2. Giai đoạn tiền xử lý
Khác với nguyên liệu tinh bột, sản xuất ethanol từ nguồn rơm rạ phải qua giai đoạn tiền
xử lí trước khi tiến hành thủy phân thành đường. Nguyên nhân là do cellulose khó thủy phân
hơn tinh bột. Tinh bột chứa amylopectin có cấu trúc phân nhánh nên dễ dàng tiếp xúc với
dung môi. Trong khi cellulose tinh thể tạo cấu trúc thẳng, khoảng cách giữa các phân tử thấp
nên dung môi tiếp xúc với các phân tử cellulose khó khăn hơn. Bên cạnh đó, việc thủy phân
liên kết α - 1,4 – glycosidic trong tinh bột dễ dàng hơn liên kết β- 1,4- glycosidic trong cấu
trúc của cellulose.
Rơm rạ phải được tiền xử lí trước khi lên men. Quá trình tiền xử lí để nâng cao hiệu quả
quá trình thủy phân cần phải thoả mãn những tiêu chuẩn sau:
• Tạo ra lượng đường có khả năng lên men cao nhất.
• Hạn chế sự phân hủy các carbohydrate.
• Giảm sự hình thành những chất ức chế vi sinh vật.
• Linh hoạt, và phải có hiệu quả kinh tế cao.
2.3.2.1. Phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước
Năm 1980, quá trình tiền xử lí biomass bằng phương pháp nổ bằng áp lực hơi nước được
chính thức giới thiệu, ngay sau đó công ty Iotech Corporation đã tiến hành các thí nghiệm đầu
tiên để tìm hiểu ảnh hưởng của phương pháp này đến hàm lượng glucose và xylose thu được
trong dịch thủy phân cellulose. Theo Iotech, điều kiện xử lí tối ưu của holocellulose (xylose +
glucose) là áp suất 500-550 psi, thời gian 40 giây.
2.3.2.2. Cơ chế

Quá trình tiền xử lí có thể được thực hiện bằng hệ thống thiết bị phản ứng liên tục 2 cấp.
Thiết bị được thiết kế dựa trên một trục vít nằm ngang và một trục vít đặt thẳng đứng. Trục vít
thứ nhất dòng hơi nước được dẫn vào ở 170-185ºC. Trục vít thứ hai sử dụng dòng acid loãng
< 0.1 % ( tính theo khối lượng) ở 205-225 ºC .

2.3.3. Giai đoạn thủy phân
2.3.3.1. Thủy phân bằng acid
Quá trình thủy phân acid ban đầu chỉ phá vỡ cấu trúc cellulose ở một mức độ nhất định.
Quá trình thủy phân diễn ra theo các bước sau:
Bước 1: Acid xâm nhập vào mạng lưới các vi sợi của biomass
Bước 2: Xúc tác quá trình thủy phân
Bước 3: Giới hạn tốc độ quá trình thủy phân.
2.3.3.2. Các phương pháp xử lí bằng acid
Thủy phân nguyên liệu biomass bằng acid gồm có 2 phương pháp:
a) Thủy phân bằng acid đặc:
Phương pháp thủy phân bằng acid đặc gồm các giai đoạn sau:
- Tiền thủy phân để loại hemicellulose
- Thủy phân cellulose
- Thủy phân oligosaccharide thành glucose
b) Thủy phân bằng acid loãng:
Quá trình thủy phân bằng acid loãng là quá trình xử lí hóa nhiệt để thủy phân cellulose và
hemicellulose ở nhiệt độ cao. Các acid được sử dụng như acid sulfuride, hydrochloric hoặc
acid nitric. Tiến hành thủy phân với nồng độ acid từ 0.5-1.5% ở nhiệt độ 160ºC. Đây là
phương pháp được sử dụng phổ biến trong thực tế do lượng đường thu được cao từ 75-90%
(Wooley và các cộng sự, 1999, Sun and Cheng, 2002).
c) Qui trình thủy phân biomass 2 giai đoạn
Qui trình thủy phân biomass 2 giai đoạn là qui trình có nhiều triển vọng và có tính
thương mại cao. Đó là do:
• Qui trình này sẽ mau chóng được đưa vào các hoạt động thương mại dựa trên cơ sở
phương pháp sử dụng acid loãng.

ứng cảm ứng của nguyên tử oxy trung tâm gây ra một sự tập trung tích điện trên nguyên tử
oxy làm cho nguyên tử oxy tích điện âm. Còn các nguyên tử cacbon kết hợp với nó bị khuyết
electron nên sẽ tích điện dương. Sự khuyết electron trong liên kết bị thủy phân là yếu tố quan
trọng quyết định khả năng thủy phân. Tác dụng xúc tác của enzyme do sự phân bố electron
quyết định.
2.3.3.5. Cơ chế quá trình thủy phân biomass
Quá trình thủy phân tiến hành ở nhiệt độ 70ºC trong 1,5 ngày. Sản phẩm thu được có
lượng glucose bằng 75-95% số gốc glucose có trong nguyên liệu.
Hiện nay, cơ chế thủy phân của hệ enzyme cellulase được chấp nhận diễn ra theo các
bước sau:
• Endoglucanase thủy phân liên kết β-1,4-glycosidic trong vùng vô định hình tạo ra nhiều
đầu không khử.
• Sau đó exoglucanase cắt các đơn vị cellobiose từ đầu không khử.
• β-glucosidase tiếp tục thủy phân cellobiose tạo ra glucose.
2. Tổng quan tài liệu
9
rửa
dịch thủy phân
Giai đoạn tiền thủy phân
dịch thủy phân
Giai đoạn đường hóa
acid
biomass
hơi
nước
bã
lignin
acid
hơi nước
Hình 2.7: Quá trình thủy phân cellulose bằng enzyme cellulase.

đó những nghiên cứu trong đề tài đi theo hướng tiếp tục cải thiện những nghiên cứu trước
trong nước cũng như theo những định hướng của các nghiên cứu ở nước ngoài nhằm hoàn
thiện hơn về mặt thông tin và công nghệ việc sản suất ethanol nhiên liệu từ rơm. Nhiệm vụ cụ
thể của đề tài bao gồm các nội dung cơ bản sau:
1. Khảo sát quá trình xử lý rơm rạ trên thiết bị liên tục bằng hơi nước áp suất cao có giảm áp
đột biến (từ đó so sánh với quá trình xử lý trên thiết bị nổ hơi chậm trước đây).
2. Nghiên cứu ảnh hưởng của quá trình nổ hơi đến hiệu suất thủy phân rơm rạ bằng enzyme
cellulase trên cơ sở cải thiện những nghiên cứu trước theo hướng liên tục hóa quá trình thực
hiện.
3. Nghiên cứu khả năng thủy phân rơm rạ đã xử lý bằng Enzyme Cellulase trên thiết bị liên
tục kết hợp ứng dụng kỹ thuật cố định tế bào nấm trong quá trình lên men.
2. Tổng quan tài liệu
11
2. THỰC NGHIỆM
1.6. Nguyên liệu
1.6.1. Rơm rạ: Rơm rạ sử dụng trong nghiên cứu này thuộc giống “trâu nằm” được lấy từ xã
Thái Mỹ, huyện Củ Chi, thành phố Hồ Chí Minh. Rơm rạ được bảo quản trong điều kiện khô
ráo, độ ẩm <12% trong vòng 6 tháng. Toàn bộ những thí nghiệm nghiên cứu được thực hiện
tại Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc Hóa Dầu, ĐH Bách khoa HCM.
1.6.2. Enzyme: Enzyme được sử dụng là enzyme cellusoft L do công ty Novo Nordisk –
Đan Mạch sản xuất. Cty Nam Giang 133/11 Hồ Văn Huê, quận Phú Nhuận, HCM phân phối.
Cellusoft L, có dạng lỏng, màu nâu đỏ. Cellusoft L được nuôi cấy từ giống Trichoderma
reesei bằng phương pháp lên men chìm với hoạt tính biểu thị 1500 NCU/g. Hoạt tính NCU
được xác định theo phương pháp phân tích của Novo Nordisk, AF 187,2. Nhiệt độ làm việc
tốt nhất là 50
o
C, pH = 4,8.
1.7. Thiết bị sử dụng
1.7.1. Thiết bị nổ hơi: Thiết bị nổ hơi được thiết kế và chế tạo nhằm thực hiện quá trình liên
tục.

1.8.1. Phân tích nguyên liệu và sản phẩm nổ hơi
Nguyên liệu và sản phẩm sau nổ hơi được phân tích thành phần sợi (béo, trích ly,
hemicellulo, cellulo, lignin) để xác định hiệu suất cũng như đánh giá hiệu quả của quá trình
nổ hơi.
1.8.1.1. Phân tích hàm ẩm: Nguyên liệu được cân chính xác với khối lượng m
1
sau
đó cho vào tủ sấy ở 105
o
C trong vòng 8 giờ. Cân lại khối lượng chính xác m
2
. Độ ẩm của rơm
rạ được tính theo công thức sau:
3. Thưc nghiêm
12
1.8.1.2. Phân tích thành phần béo: Nguyên liệu được sấy khô đem nghiền nhỏ và rây
qua rây 250µm. Cân 10g mẫu cho vào Glass fiber filter (GFF), cân khối lượng GFF và mẫu
được W’1.Chuẩn bị 300 ml hệ dung môi Ethanol/Benzene với tỷ lệ 1:2. Cho vào bình cầu có
dung tích 500ml. Đặt GFF có chứa mẫu vào soxhlet. Đun sôi trong dung môi (80
o
C) khoảng
6 giờ. Lấy GFF ra khỏi soxhlet, sấy trong tủ sấy ở nhiệt độ 105
o
C trong vòng 8 giờ. Cân lại
khối lượng GFF, W’2 = (các thành phần khác của rơm rạ + GFF). Tính lượng chất béo đã
tách ra: W’ = W’
1
– W’
2
1.8.1.3. Phân tích thành phần NDS (thành phần trích ly): Lấy 0.5g nguyên liệu (m

trong tủ sấy ở 105
o
C trong vòng 8 giờ, sau đó cân lại khối lượng crucible W5:
W5 = lignin + tro + crucible. Đun crucible trong lò nung, nhiệt độ 500 – 550
o
C, trong 3
giờ. Cân lại crucible: W6 = tro + crucible
3.3.1.6. Phân tích tro: Cân 1g mẫu đã qua nghiền nhỏ, rây, sấy khô ở 105
0
C đến khối
lượng không đổi. Cân chính xác khối lượng mẫu và ghi lại (m
3
).Cho mẫu vào cốc nung và cân
khối lượng cốc nung m
4
. Đem cốc nung ở 500 – 550
0
C trong 3 giờ, sau đó cân lại khối lượng
cốc (m
5
)
Tính toán các thành phần trong phân tích sợi
3. Thưc nghiêm
13
1.8.2. Phân tích nồng độ dung dịch đường
Dung dịch đường gluco thu được từ dung dịch thủy phân hay lên men được phân tích
bằng máy HPLC. Pha động là dung dịch H
2
SO
4

3.4.6. Khảo sát ảnh hưởng của các chế độ nổ hơi đến quá trình thủy phân
Bã sau nổ hơi được đem đi thủy phân đến tận cùng. Các thông số của quá trình thuỷ phân
được lựa chọn là tốt nhất từ những nghiên cứu trước đây: Nhiệt độ thủy phân = 50
0
C; pH thủy
phân = 4,8; Tỷ lệ bã = 5% ; Tỷ lệ enzyme = 2%; Thời gian thủy phân = 48 giờ. Kết thúc quá
trình thủy phân, mẫu được lấy ra đem đi phân tích nồng độ glucose bằng máy HPLC.
3.4.7. Xây dựng giản đồ nồng độ Gluco – % Enzym – thời gian thủy phân
Chuẩn bị 20 mẩu thủy phân ứng với tỷ lệ Enzym khác nhau từ: 0,1 %, 0,25%, 0,5%, …,
1,75%, 2%; Nhiệt độ thủy phân = 50
0
C; pH thủy phân = 4,8; Tỷ lệ bã = 5% .
Tiến hành lấy mẫu ở các mốc thời gian: 1h, 2h, …, 10h; sau đó mẫu được phân tích nồng
độ glucose bằng máy HPLC.
3. Thưc nghiêm
14
nguyên
liệu
Thủy phân riêng biệt
Tiền xử lý (nổ hơi)
Thủy phân liên tục
Enzy
me
Nấ
m
men
3. Thưc nghiêm
15
3. KẾT QUẢ VÀ BÀN LUẬN
1.9. Thành phần nguyên liệu trước nổ hơi

Khi tiến hành nổ hơi chậm, cần phải mất một khoảng thời gian dài để truyền nhiệt cho
nước nóng lên. Mặt khác lượng nước sử dụng cho quá trình này là rất nhiều so với lượng rơm
cho vào (độ ẩm trên 95%). Đối với phương pháp này không thể tiến hành nổ hơi khi rơm rạ
chiếm trên 10% vì rơm sẽ bị than hóa cục bộ do nhiệt không được truyền vào trong. Quá trình
này diễn ra chậm và thời gian rơm nằm trong thiết bị lâu nên nhiệt độ nổ hơi thấp. Bên cạnh
việc tốn quá nhiều năng lượng cho gia nhiệt trong nổ hơi do lượng nước sử dụng lớn là thời
gian thực hiện quá trình bị kéo dài. Đây là một cản trở lớn để nâng cao năng suất thiết bị và
tính kinh tế của quá trình nổ hơi chậm.
1.10.2. Nổ hơi nhanh
Những nhược điểm nổ hơi nhanh ở nhiệt độ cao được nghiên cứu nhằm khắc phục hạn
chế trên. Nhiệt độ liên quan đến áp suất hơi bão hòa do đó nhiệt độ ảnh hưởng đến khả năng
cắt nhỏ mạch cellulo. Thời gian lưu khi tiến hành mỗi chế độ là 2 phút.Với các thí nghiệm
này, hàm mục tiêu là mức độ xé nhỏ (mức độ rời rạc) các bó sợi cellulo.
Một số hình ảnh ngoại quan của bã nổ hơi theo nhiệt độ sau đây:
4. Kết quả và bàn luận
16
Hình 4.9: Biểu đồ thành phần nguyên liệu rơm trước
nổ hơi
Hình 4.10: Rơm rạ nổ hơi ở các nhiệt độ
khác nhau
Nhận xét:
• Khi nổ hơi ở nhiệt độ thấp dưới 220
0
C các sợi cellulo vẫn còn có chiều dài lớn, bị kết búi
không rời rạc. Điều này sẽ gây khó khăn cho các quá trình sau về khả năng khuấy trộn cũng
như nhập liệu.
Tóm lai, quá trình nổ hơi do đó phải cắt nhỏ được các sợi cellulo. Dựa vào đánh giá cảm
quan và một số tài liệu cho thấy, nguyên liệu có độ rời rạc cao cần phải tiến hành nổ hơi với
nhiệt độ từ : Đối với rơm : 220
0

mong muốn như lignin, hemicellulose cũng tăng. Vì vậy phần trăm Cellulose tăng dần.
Nhưng khi nhiệt độ nổ hơi tiếp tục tăng quá cao, hiệu suất Cellulo lại giảm dần. Do ở
nhiệt độ cao, lignin bị kết tụ và tái phân bố lại trên xơ nổ hơi, hầu như ít bị hòa tan theo dịch
nổ hơi [7]. Ngoài ra, khi nhiệt độ càng cao, hàm lượng Cellulose bị hòa tan càng nhiều. Vì
vậy, phần trăm Cellulose sẽ giảm dần.
Tóm lại:
• Quá trình tiền xử lý là cần thiết cho nguyên liệu vì làm tăng % Cell và làm tơi xốp cấu
trúc sợi Cell thuận lợi cho quá trình thủy phân.
oQuá trình nổ hơi nhanh cho hiệu quả xử lý có thể xem là thích hợp nhất cho hiệu quả
thu hồi Cell sau nổ hơi là: Rơm, tại 230
0
C, % Cell = 53,10.
• Để đánh giá mức độ hiệu quả phương pháp nổ hơi nhanh, ta tiến hành khảo sát quá trình
thủy phân Cell thành Gluco.
1.11. Quá trình thủy phân
Đối với quá trình thủy phân, 3 yếu tố xác định hiệu quả của quá trình là: nồng độ glucose,
hiệu suất tạo thành glucose (hiệu suất thủy phân bã sau nổ hơi và hiệu suất thủy phân tính trên
nguyên liệu thô ban đầu) và khả năng chuyển hóa Cellulo trong nguyên liệu thô ban đầu thành
Gluco. Từ đó đánh giá hiệu quà của thiết bị nổ hơi nhanh so với thiết bị nổ hơi chậm trước
đây.
Nguyên liệu sau nổ hơi được đem tiến hành thủy phân hoàn toàn. Nồng độ Gluco tạo ra
trong dung dịch được phân tích bằng HPLC. Kết quả thu được như sau:
4. Kết quả và bàn luận
18
1.11.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ nổ hơi đến hiệu suất thủy phân nguyên liệu sau nổ
hơi
Hình 4.14: Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất thủy phân bã rơm nổ hơi
1.11.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ nổ hơi đến hiệu suất thu hồi Glucose tính trên
nguyên liệu ban đầu
Hình 4.15: Đồ thị quan hệ giữa nhiệt độ và hiệu suất thu hồi Gluco tính trên nguyên liệu

hiệu quả thủy phân cũng kém đi rõ rệt. Điều này phù hợp với những giả thích của Tanahashi
về sự tái polyme hóa lignin gây cản trở quá trình thủy phân cellulo. Hơn nữa khi tăng nhiệt độ
nổ hơi lên trên các giá trị này, trong môi trường acid một phần cellulo cũng bị thủy phân
thành gluco và nhanh chóng chuyển thành HMF làm giảm hiệu suất quá trình.
 Khi nhiệt độ thấp hơn các giá trị tối ưu trên, tác động nhiệt độ và áp
suất không đủ lớn để làm tơi xốp cấu trúc Cellulo, Enzyme khó khăn xâm nhập để thủy phân
Cellulo vì vậy hiệu suất quá trình không cao.
Nguyên liệu Rơm cho nồng độ Gluco và hiệu suất thủy phân toàn bộ đều tốt
4. Kết quả và bàn luận
20
Hình 4.17: Đồ thị so sánh hiệu quả quá trình thủy phân giữa trấu và rơm sau nổ hơi
3. Như vậy, so với các số liệu từ những nghiên cứu trước đây trên thiết bị nổ hơi chậm,
ta thấy thiết bị nổ hơi nhanh cho hiệu quà thủy phân tốt hơn. Khả năng chuyển hóa Cell trong
nguyên liệu thành Gluco khi nguyên liệu được tiền xử lý bằng thiết bị nổ hơi nhanh tốt hơn
khi được tiền xử lý bằng thiết bị nổ hơi chậm.
Hình 4.18: Đồ thị so sánh hiệu quả quá trình thủy phân của rơm nổ hơi bằng phương
pháp nổ hơi chậm so với nổ hơi nhanh
Có thể được giải thích như sau:
 Thiết bị nổ hơi nhanh cho phép thao tác ở những chế độ nhiệt độ cao hơn so với nổ hơi
chậm.
 Việc khống chế hàm ẩm và thời gian lưu khiến quá trình nổ hơi chính xác và có hiệu quả
hơn.
4. Kết quả và bàn luận
21
Kết luận quá trình nổ hơi :
Như vậy so với quá trình nổ hơi chậm, nổ hơi nhanh có nhiều ưu điểm hơn:
Ưu điểm:
• Thời gian nổ hơi được rút ngắn giúp tăng năng suất thiết bị lên gấp nhiều lần.
• Tiết kiệm được chi phí năng lượng vì lượng ẩm sử dụng ít hơn (nổ hơi nhanh có thể tiến
hành với độ khô >30% thay vì 5-10% như nổ hơi chậm).

khó tăng năng suất thiết bị, hiệu suất tạo ethanol kém, chi phí cao Một giải pháp giúp giải
quyết những vấn đề trên đang được chú ý hiện nay là áp dụng kỹ thuật cố định tế bào nấm
men vào giai đoạn lên men trong quy trình sản xuất liên tục.
Để giảm tối đa khả năng ức chế Enzyme của Gluco và thời gian thủy phân, nồng độ
Gluco đầu ra của thiết bị thủy phân trong quy trình trên yêu cầu chỉ cần đạt trong khoảng 0,5
– 1,2%.
Trên cơ sở đó tiến hành thí nghiệm khảo sát và xây dựng giản đồ thể hiện mối quan hệ
giữa nồng độ Gluco – nồng độ Enzyme – thời gian thủy phân. Với tiêu chí xây dựng: khảo sát
nồng độ Enzym và thời gian thủy phân sao cho nồng độ Gluco đạt trong khoảng 0,5 – 1,2%
để phục vụ cho quy trình sản xuất liên tục như trên.
4. Kết quả và bàn luận
22
Hình 4.19: Mô hình quy trình SSF liên tục đề nghị
Kết quả xây dựng giản đồ thể hiện mối quan hệ giữa nồng độ Gluco – nồng độ Enzyme –
thời gian thủy phân như sau:
• Giản đồ nồng độ Gluco – nồng độ Enzyme – thời gian thủy phân của bã rơm
Hình 4.20: Giản đồ nồng độ Gluco - nồng độ Enzyme - thời gian thủy phân của bã Rơm
4. Kết quả và bàn luận
23