Ứng dụng công nghệ sinh thái trong quá trình sản xuất
xăng sinh học từ bã xác mía của nhà máy đường Phổ
Phong tỉnh Quảng Ngãi
NỘI DUNG :
-Không gian hệ sinh thái
-Quy mô,quy trình nhà máy
-Hiện trạng nhà máy
-Giải pháp công nghệ sinh thái cho nhà máy
I.Không gian sinh thái
a) Vị trí địa lí:
-Được xây dựng tại quốc lộ 24,xã Phổ Phong,huyện Đức Phổ,tỉnh Quảng Ngãi
- Phía Đông giáp: Suối Khoai và đồi núi hiện hữu.
- Phía Tây giáp: Núi Tam Cọp.
- Phía Nam giáp: xã Phổ Nhơn
- Phía Bắc giáp: Sông Ba Liên.
b) Đặc điểm khí hậu:
-Nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa ,có 2 mùa mưa nắng rõ rệt, mùa mưa từ tháng
9-12,mùa khô từ tháng 1-8.
-Có 2 mùa gió chính là gió mùa đông với hướng gió thịnh hành là tây đông bắc và
gió mùa hạ với hướng gió chính là đông nam.
-Tốc độ gió trung bình 2-4m/s,nhiệt độ trung bình trong năm là 25.8
o
C.
- Lượng mưa cả năm đạt 1.915mm.
Hình 1: sơ đồ khu công nghiệp nhà máy đường Quảng Ngãi.
II.Giới thiệu quy trình và quy mô:
1.Qui mô:
-diện tích: tổng diện tích 147.5ha ,là một trong 115 khu công nghiệp tập trung của cả
nước.
-nguyên liệu:2000 tấn/ngày.
-chức năng và nhiệm vụ:

Sunfit hóa lần I(pH=3,4-
3,8)
Tản hơi
Gia nhiệt II(t=100-
104
0
C)
bùn
Lắng trong
Lọc bùn
Bã bùn
b).Diễn tả quy trình:
Mía được thu hoach từ các vùng nguyên liệu được vận chuyển về nhà máy. Đầu tiên sẽ
lấy mẫu mía sau đó cho vào giàn cầu và đưa đến dao băm để chặt từng khúc nhỏ rồi đưa
qua máy hút từ để hút kim loại có trong mía(từ việc băm mía). Đưa nguyên liệu mía đến
máy ép ,ở đây sử dụng 4 máy ép để lấy lượng nước có trong cây mía.Còn bã sau khi ép
được bang tải cao su nối tiếp băng tải đưa đến lò hơi để làm nhiên liệu đốt.
Rồi trải qua các công đoạn gia nhiệt,sunfit hóa.Sau đó được bơm lên hệ thống dẫn
khí,tách khí,giảm áp lực của dung dịch làm cho nước mía đi vào thiết bị lắng dễ dàng.Tại
thiết bị lắng người ta cho chất trợ lắng nhằm tách các tạp chất lơ lửng ra khỏi nước mía
hỗn hợp.Ta thu được bã bùn và nước lọc.Nước đường còn lại đi nấu đường rồi cho ra sản
phẩm đường.
III.Hiện trạng nhà máy
• Bụi,khói tập trung từ khu ép míavà đốt bã gây ra.
Xác bã mía phơi khô được tận dụng đem đốt để cung cấp nhiệt cho các động cơ nhà máy
nên lượng khí thải CO2,CO,bụi… tập trung quanh nhà máy gây ô nhiễm nặng khu vực
xung quanh nhà dân
Sàn lọc
Nấu đường
Sản phẩm

0
C,chúng chuyển hóa thành caramen(C
12
H
18
O
9
)n.Đây là dạng bột cháy tan trong
nước,có màu nâu sẫm,vị đắng.Phần lớn các sản phẩm phân hủy của đường có phân tử
lượng lớn nên khó thắm qua màng vi sinh.Để chuyển hóa chúng,vi sinh vật phải phân
rã chúng thành nhiều mãnh nhỏ để có thể thấm vào tế bào.Các chất lơ lửng có trong
nước thải còn có khả năng lắng xuống đáy nguồn nước.Quá trình phân hủy kị khí các
này sẽ làm cho nước có màu đen và có mùi hôi thối.
Hình 7:nước thải đổ ra sông Ba Liên
• Nguồn năng lượng nhà máy đều lấy từ việc đốt bã mía làm quay động cơ….
Hình 8:lò đốt bã xác mía.
IV.Đề xuất phương pháp công nghệ sinh thái:
Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử
dụng ethanol hoặc buthanol như là một loại phụ gia nhiên liệu pha trộn vào xăng thay
phụ gia chì. Ethanol được chế biến thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như
tinh bột, cellulozo, lignocellulose. Buthanol được pha chế với tỷ lệ thích hợp với xăng tạo
thành xăng sinh học có thể thay thế hoàn toàn cho loại xăng sử dụng phụ gia chì truyền
thống.
Nhà máy đường Phổ Phong là nhà máy sản xuất đường lớn trong cả nước.Hàng
năm,lượng bã mía thải ra nhà máy rất lớn.Đa số chúng được sử dụng làm nguyên liệu đốt
trong các nhà máy.Các nguyên liệu phế phẩm hiện nay đang sử dụng không hiệu quả,đa
số chúng dung để đốt hoặc thải bỏ vì vậy sẽ gây ra ô nhiễm môi trường rất lớn.
Trong các loại nguyên liệu phế phẩm thì bã mía có ưu điểm hơn so với các loại nguyên
liệu khác như:rơm,rạ…là hàm lượng xenlulozo cao hơn .Vì vậy,ứng dụng công nghệ để
sản xuất buthanol để sản xuất nhiên liệu sinh học là nhiệm vụ cấp bách hàng đầu.

bình của bã mía bao gồm:
-cellulozo:nó là một polysaccarid đồng nhất bao gồm những đơn vị lặp lại
cellobiose.Phân tử cellulozo có dạng mạch thẳng,không xoắn.Độ trùng hợp lên khoảng
2000-14000.
Các đơn vị glucozo trong cấu trúc cellulozo liên kết với nhau bằng liên kết β-1,4-
glucoside.Trong vách tế bào các chuỗi cellulozo xếp song song thành sợi,các sợi
cellulozo hình thành nên các sợi cơ bản.
Cấu trúc phân tử cellulozo
Giữa các chuỗi cellulozo có rất nhiều gốc OH tạo nên rất nhiều liên kết hydro giúp ổn
định các sợi cellulozo ,làm cho sợi cellulozo rất bền vững thủy phân.
Sợi cellulozo có thể kết hợp với nhau một cách chặt chẽ,có trật tự hình thành nên vùng có
cấu trúc tinh thể.Bên cạnh đó cũng có một số sợi cellulozo kết hợp một cách ngẫu nhiên
hình thành nên cấu trúc vô dịnh hình
hemicellulozo : đóng vai trò là chất kết dính các tế bào. Hemicellulozo là một nhóm các
polysaccaide không đồng nhất gồm sự kết hợp của glucozo,mannozo,galacozo…
Hemicellulozo có cấu trúc phân nhánh với những chuỗi ngăn hơn so với cenllulozo.
Độ trùng hợp 150,thấp hơn cellulozo.Ngoài một số hợp phần đường,hemicellulozo có thể
chứa các thành phần khác ở dạng acetyl hoặc uromic acid.Sự phân nhanhstrong cấu trúc
của hemicellulozo tạo điều kiện thuận lợi cho dung môi và các chất hóa học tấn
công.Trong quá trình xử lí nhiệt, hemicellulozo dễ bị phân hủy nhiệt ở 150-230
o
C.
Cấu trúc hemicellulozo
Lignin:được tạo thành từ 3 đơn vị phenylpropan cơ bản:p-coumaryl,sinapyl và conifer.
Cấu trúc của đơn vị phenylpropan
c).Quy trình công nghệ tổng hợp ethanol:
Nguyên liệu(bã xác
mía)
Nghiền nhỏ
Tiền xử lí

nhất định để làm ẩm nguyên liệu,hỗn hợp được ép đưa ra ngoài qua lỗ nhỏ.Ẩm trong
biomass đang ở áp suất cao.Khi hỗn hợp đi ra khỏi thiết bị, áp suất giảm đột ngột.Tại đây
diễn ra quá trình phân cắt nguyên liệu.Quá trình phân cắt nguyên liệu diễn ra dưới tác
dụng cơ học và hóa học.Nước trong nguyên liệu đang ở nhiệt độ và áp suất ca.Áp suất
giảm đột ngột làm giảm nhiệt độ bốc hơi của nước xuống thấp hơn nhiệt đô hiện có của
nguyên liệu.Nước có mặt trong cấu trúc biomass bị bốc hơi.Sự giãn nở của hơi nước tạo
ra lực cắt tác động lên khối nguyên liệu.
A:phản ứng thủy phân tạo hợp chất phenolic
B:phản ưng tạo quinie
C:phản ứng tạo ra hỗn hợp các sản phẩm phụ như phenol, acid carboxylic, oligilignol
Hình 7:quá trình phân hủy lignin điển hình.
-các yếu tố ảnh hưởng:quá trình nổ hơi nước chịu ảnh hưởng lớn tới bởi 2 yếu tố:
Thơi gian lưu: thời gian lưu ảnh hưởng đến sự thủy phân của hemicellulozo.Thời gian
lưu của nguyên liệu trong thiết bị phản ứng càng dài thì hemicellulozo được thủy phân
cang nhiều.Nhưng nếu giữ nguyên liệu ở trong thiết bị quá lâu sẽ dẫn đến sự thủy phân
các sản phẩm thủy phân tạo ra các sản phẩm không cần thiết.Việc thủy phân
hemicellulozo giúp cho quá trình thủy phân hemicellulozo diễn ra thuận lợi hơn.
Nhiệt độ:nhiệt độ môi quan hệ chặt chẽ với áp suất trong thiết bị.Nhiệt đô càng cao thì áp
suất càng cao và ngược lại.Từ đó ảnh hưởng đến lực cắt của ẩm khí hóa hơi.
Hình 12: máy tiền xử lí biomass
3.Thủy phân:mục đích của quá trình thủy phân nguyên liệu là để tạo ra đường làm cơ
chất cho quá trình lên mên tạo thành ethanol .Quá trình thủy phân cần đạt được các yêu
cầu sau:
+thủy phân hemicellulozo,cellulozo tạo ra hàm lượng đường lên men cực đại
+ hạn chế sự phân hủy cacsbohydrat den muc tối đa
+giảm sự hình thành furural và các hợp chất phenolic
+có hiệu quả kinh tế cao.
-quá trình thủy phân acid ban đầu chỉ phá vỡ cấu trúc cellulozo ở một nhất định.
Cơ chế:
-acid xâm nhập vào mạng lưới các vi sợi của biomass.Chất xúc tác chính là các

Sự tạo thành pyruvate.
-vi sinh vật được chọn là nấm men Saccharomyces cerevisiae.Đây là nấm men được dùng
nhiều trong sản xuất ethanol.Nó có nhiều ưu điểm như:hiệu suất coa,ít tạo sản phẩm
phụ,chịu được nồng độ ethanol
Các yếu tố ảnh hưởng:
Nhiệt độ:mỗi vi sinh vật đều có một điều kiên tối ưu nhất cho sư phát triển của
chúng.Đối với nấm men Saccharomyces cerevisiae ,nhiệt độ tối ưu nằm trong khoảng 28-
32
0
C.Ở nhiệt độ cao,hoạt tính của nấm men giảm nhanh và dễ bị nhiễm vi sinh vật như vi
khuẩn lactic và nấm men dại.
Độ pH:nồng độ ion H
+
ảnh hưởng lớn đến hoạt động của nấm mưn.Chúng có khả năng
làm thay đổi diện tích tế bào,làm tăng hoặc giảm nồng độ thẩm thấu cảu chất dinh dưỡng
cũng như chiều hướng cảu quá trình lên men.Trong điêỳ kiện lên men ethanol,pH tối ưu
là 4,5-5.Nếu pH thấp khoảng 3-4 thì nấm mưn bị ức chế.
Nồng độ dich lên men:nếu nồng độ dich đường quá cao sẽ dẫn đến làm tăng áp suất
thẩm thấu và làm mất cân bằng trạng thái sinh lý nấm men.Kết quả là ethanol nhiều sẽ
ức chế không những các tạp chất khuẩn mà cả nấm men.Mặc khác,đường nhiều sẽ kéo
dài thời gian lên men.
Thời gian:cũng là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến chất lượng của sản phẩm.Thời gian
lên men phụ thuộc vào nhiều yếu tố như nhiệt độ lên men,nồng độ lên men…Thời gian
lên men được tính bắt đầu từ khi cấy chúng lên men vào môi trường lên men,nhưng thời
gian kết thúc thì tùy thuộc vào từng môi trường lên men cụ thể và tủy thuộc vào mục đích
len men mà ta dừng quá trình lên men.
Nồng độ CO
2
trong môi trường: CO
2