Mô phỏng và thiết kế nhà máy sản xuất bioethanol từ nguồn nguyên liệu sắn lát khô việt nam và nghiên cứu công nghệ tách nước và biến tính sản phẩm

I
____________________________________________________________________
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA KỸ THUẬT
NGÀNH: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN DẦU VÀ KHÍ
ĐỀ TÀI:
MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT BIOETHANOL TỪ
NGUỒN NGUYÊN LIỆU SẮN LÁT KHÔ VIỆT NAM VÀ NGHIÊN CỨU
CÔNG NGHỆ TÁCH NƯỚC VÀ BIẾN TÍNH SẢN PHẨM.
II
____________________________________________________________________
Đồ án tốt nghiệp là những gì đúc kết lại sau một quá trình học tập, nghiên
cứu của sinh viên dưới sự hướng dẫn của các quý thầy cô. Sau ba tháng làm việc,
em đã hoàn thành đề tài. Thành quả đạt được hôm nay là do sự nỗ lực của bản thân
dưới sự hướng dẫn giúp đỡ động viên tận tâm của quý thầy cô, của bố mẹ cũng như
các anh chị em, bạn bè.
Em xin chân thành cảm ơn quý thầy cô trong Trường Đại Học Bách Khoa
Đà Nẵng đã truyền đạt kiến thức cơ bản và giúp đỡ chúng em trong những năm học
vừa qua, đặc biệt là các thầy cô trong Khoa Hóa và bộ môn công nghệ chế biến dầu-
khí. Trên hết em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy TS. Nguyễn Đình Lâm
đã hướng dẫn đề tài và tận tình giúp đỡ em trong suốt thời gian thực hiện đồ án tốt
nghiệp này.
Sau cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè luôn là điểm tựa, nguồn động viên giúp
em vượt qua nhiều khó khăn trong thời gian qua.
Em xin trân trọng gửi đến quý thầy cô, gia đình và bạn bè của em những lời chúc
tốt đẹp nhất.
Trong quá trình thực hiện, do nhiều nguyên nhân khác nhau nên những thiếu sót là
điều khó tránh khỏi. Em rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô giáo và các
bạn để đề tài được hoàn thiện hơn.
III
____________________________________________________________________

MỤC LỤC
MỤC LỤC III
LỜI MỞ ĐẦU X
CHƯƠNG 1 1
TỔNG QUAN 1
Hình 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới từ năm 1995-2008 5
Hình 1.4 Sản lượng sắn ở Việt Nam và một số nước trên thế giới [1] 5
Bảng1.1 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam từ năm 2001-2011 [1], [5] 6
Hình 1.5 Hình ảnh công thức của ethanol 9
Bảng 1.2 Thành phần lỏng- hơi theo nhiệt độ của hồn hợp ethanol-nước 10
Hình 1.6 Đồ thị thể hiện đường đẳng phí của ethanol-nước 10
Hình 1.7 Hình ảnh về nhà máy sản xuất bio-ethanol Đại Tân 17
Hình 1.8: Hình ảnh về một nhà máy sản xuất bio-ethanol 18
Bảng 1.4: Các dự án xây dựng nhà máy bio-ethanol 18
CHƯƠNG 2 19
LỰA CHỌN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIOETHANOL 19
Bảng 2.1 So sánh các công nghệ Praj, Technip, Changhae 21
Bảng 2.3 So sánh hiệu quả của quá trình sản xuất bio-ethanol từ sắn lát 23
Hình 2.1 Quy trình làm sạch và nghiền khô của công nghệ PRAJ 25
Hình 2.8 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tâm của công nghệ Praj 28
Hình 2.11 Thiết bị lên men kiểu VAT của công nghệ Tomsa 29
Hình 2.12 Quy trình chung sản xuất bio-ethanol 33
Bảng 4.1 Cấu tử có sẵn trong data bank 37
Bảng 4.2 Cấu tử được định nghĩa trong quá trình mô phỏng bio-ethanol 38
Hình 4.1 Các phản ứng phụ trong khu vực dịch hóa và men hóa 39
Bảng 4.3 Thành phần dòng nguyên liệu (phần khối lượng) [15] 40
Hình 4.2 Khu vực dịch hóa 41
Hình 4.3 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1211 41
Hình 4.4 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1216 42
Hình 4.5 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1213A/B 42

Hình 4.6 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1212 43
Hình 4.7 Điều kiện và thành phần của dòng sp cuối của dịch hóa 43
Bảng 4.4 Thành phần dòng nguyên liệu (phần khối lượng) 44
Hình 4.8 Hình ảnh mô phỏng khu vực men hóa 45
Hình 4.10 Thông số các dòng vào và ra của T-1335 46
Hình 4.11 Thiết bị lên men chính R-1311 46
Hình 4.12 Thông số các dòng vào và ra của thiết bị R-1311 46
Hình 4.13 Thông số tháp hấp phụ CO2 (C-1311) 47
IV
____________________________________________________________________
Hình 4.15 Thành phần của dòng trong tháp C-1311 48
Hình 4.16 Thiết bị T-1334 48
Hình 4.17 Điều kiện và thành phần của cụm 2 TB E-1314 và E-1335 49
Hình 4.18 Điều kiện và thành phần của dòng sp cuối của khu men hóa 49
Hình 4.19 Sơ đồ khối khu vực chưng cất 50
Bảng 4.5 Thành phần dòng nguyên liệu của chưng cất (phần khối lượng) 51
Bảng 4.7 Khảo sát tìm đĩa nạp liệu tối ưu 57
Hình 4.26 Ba biểu đồ khảo sát tìm đĩa nạp liệu tối ưu 58
Bảng 4.8 Bảng khảo sát tìm Qreb min từ đĩa 33 40 58
Hình 4.27 Biểu đồ khảo sát tìm đĩa nạp liệu tối ưu 58
Bảng 4.9 Khảo sát tìm đĩa fusel trích 59
Hình 4.28 Biểu đồ khảo sát tìm đĩa trích fusel tối ưu tại cùng đĩa nạp liệu 39 59
Hình 4.29 Thông số tháp chính C-1461 60
Hình 4.30 Thông số dòng nguyên liệu 60
Hình 4.31 Thông số dòng sản phẩm đỉnh tháp chính 61
Hình 4.32 Thông số dòng sản phẩm đáy tháp chính 61
Hình 4.33 Khu vực thu hồi nhiệt ở đỉnh tháp C-1461 62
Hình 4.34 Dòng hơi của tháp và lượng nhiệt thu hồi 62
Hình 4.36 Dòng vào và ra của thiết bị E-1465 63
Hình 4.37 Thông số dòng vào và ra của thiết bị E-1466 63

CHƯƠNG 5 64
KHU VỰC TÁCH NƯỚC 64
Bảng 5.2 Tính chất của hỗn hợp đẳng phí ethanol – benzen - nước [19] 66
Hình 5.1 Sơ đồ đơn giản của chưng cất đẳng phí 66
Hình 5.2 Hình ảnh của zeolite loại 3A 68
Hình 5.3 Một số tính chất điển hình của Z3-03 68
Hình 5.4 Sơ đồ quá trình hấp phụ 69
Hình 5.5 Sơ đồ chung khu vực tách nước 70
Hình 5.6 Khu vực tách nước 71
Hình 5.8 Thành phần đỉnh và đáy tháp 73
Hình 5.9 Sơ đồ mô phỏng khu vực tách nước 73
Hình 5.10 Thông số dòng của thiết bị 74
Hình 5.11 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1603 74
Hình 5.13 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1608 75
Hình 5.14 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1608 75
Hình 5.15 Tính chất dòng sản phẩm cuối của khu vực tách nước 75
Bảng 5.3 Thông số nguyên liệu vào tháp hấp phụ 76
Bảng 5.6 Thời gian và c/cF theo các chiều cao lớp hấp phụ khác nhau 82
Hình 5.16 Đường cong breakthrough ở các chiều cao khác nhau 83
V
____________________________________________________________________
Hình 5.17 Bảng tham khảo thời gian chu trình hấp phụ theo phương pháp PSA 84
7.1.2.Khu vực lên men 100
7.1.3.Khu vực chưng cất 101
7.1.4.Khu vực tách nước 101
KẾT LUẬN 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 103
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sản lượng ngô, sắn, mía ở Việt Nam qua một số năm
[1]

1
Hình 1.2 Các hình ảnh về cây sắn Việt Nam
[3]
3
Hình 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới từ năm 1995-2008 . .
5
Hình 1.4 Sản lượng sắn ở Việt Nam và một số nước trên thế giới [1] 5
Hình 1.5 Hình ảnh công thức của ethanol 9
Hình 1.6 Đồ thị thể hiện đường đẳng phí của ethanol-nước 10
Hình 1.7 Hình ảnh về nhà máy sản xuất bio-ethanol Đại Tân 16
Hình 1.8 Hình ảnh về một nhà máy sản xuất bio-ethanol 17
Hình 2.1 Quy trình làm sạch và nghiền khô của công nghệ PRAJ 25
Hình 2.2 Hệ thống cyclone ba bậc của công nghệ PRAJ 26
Hình 2.3 Nam châm tĩnh tách các hạt kim loại của công nghệ PRAJ 26
Hình 2.4 Thiết bị tách đất đá của Montz 26
Hình 2.5 Hệ thống sàn rung 2 tầng của Technip 26
Hình 2.6 Hệ thống nam châm tĩnh của các công nghệ khác 27
Hình 2.7 Sơ đồ dịch hóa của công nghệ Montz 27
Hình 2.8 Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tâm của công nghệ Praj 28
Hình 2.10 Sơ đồ hệ thống làm sạch CIP 29
Hình 2.11 Thiết bị lên men kiểu VAT của công nghệ Tomsa 29
Hình 2.12 Quy trình chung sản xuất bio-ethanol 33
Hình 3.1 Hình ảnh mô phỏng propylene bằng proII 35
Hình 3.2 Hình ảnh mô phỏng bằng Aspen hysys 35
Hình 4.1 Các phản ứng phụ trong khu vực dịch hóa và men hóa 39
Hình 4.2 Khu vực dịch hóa 41
Hình 4.3 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1211 41
Hình 4.4 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1216 42
VI
____________________________________________________________________

Hình 4.5 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1213A/B 42
Hình 4.6 Điều kiện và thành phần của thiết bị T-1212 43
Hình 4.7 Điều kiện và thành phần của dòng sp cuối của dịch hóa 43
Hình 4.8 Hình ảnh mô phỏng khu vực men hóa 45
Hình 4.9 Điều kiện và thành phần của thiết bị lên men sơ bộ T-1335 Error:
Reference source not found
Hình 4.10 Thông số các dòng vào và ra của T-1335 46
Hình 4.11 Thiết bị lên men chính R-1311 46
Hình 4.12 Thông số các dòng vào và ra của thiết bị R-1311 47
Hình 4.13 Thông số tháp hấp phụ CO2 (C-1311) 47
Hình 4.14 Thông số các dòng vào và ra của tháp C-1311 48
Hình 4.15 Thành phần của dòng trong tháp C-1311 48
Hình 4.16 Thiết bị T-1334 48
Hình 4.17 Điều kiện và thành phần của cụm 2 TB E-1314 và E-1335 49
Hình 4.18 Điều kiện và thành phần của dòng sp cuối của khu men hóa 49
Hình 4.19 Sơ đồ khối khu vực chưng cất 50
Hình 4.20 Khu vực chưng cất 52
Hình 4.21 Thông số tháp chưng sơ bộ C-1401 53
Hình 4.22 Thông số tháp tách khí C-1402 54
Hình 4.23 Thông số tháp thu hồi ethanol C-1412 54
Hình 4.24 Điều kiện và thành phần dòng nguyên liệu tháp C-1412 55
Hình 4.25 Điều kiện và thành phần của dòng sản phẩm tháp C-1412 55
Hình 4.26 Ba biểu đồ khảo sát tìm đĩa nạp liệu tối ưu 58
Hình 4.27 Biểu đồ khảo sát tìm đĩa nạp liệu tối ưu 58
Hình 4.28 Biểu đồ khảo sát tìm đĩa trích fusel tối ưu tại cùng đĩa nạp liệu 39 60
Hình 4.29 Thông số tháp chính C-1461 60
Hình 4.30 Thông số dòng nguyên liệu 60
Hình 4.31 Thông số dòng sản phẩm đỉnh tháp chính 61
Hình 4.32 Thông số dòng sản phẩm đáy tháp chính Error: Reference source not
found1

Hình 4.33 Khu vực thu hồi nhiệt ở đỉnh tháp C-1461 62
Hình 4.34 Dòng hơi của tháp và lượng nhiệt thu hồi 62
Hình 4.35 Thông số thiết bị trao đổi nhiệt E-1465 63
VII
____________________________________________________________________
Hình 4.36 Dòng vào và ra của thiết bị E-1465 63
Hình 4.37 Thông số dòng vào và ra của thiết bị E-1466 63
Hình 5.1 Sơ đồ đơn giản của chưng cất đẳng phí 66
Hình 5.2 Hình ảnh của zeolite loại 3A 68
Hình 5.3 Một số tính chất điển hình của Z3-03 68
Hình 5.4 Sơ đồ quá trình hấp phụ 69
Hình 5.5 Sơ đồ chung khu vực tách nước 70
Hình 5.6 Khu vực tách nước 71
Hình 5.7 Điều kiện và tiêu chuẩn tháp C-1601 72
Hình 5.8 Thành phần đỉnh và đáy tháp 73
Hình 5.9 Sơ đồ mô phỏng khu vực tách nước 73
Hình 5.10 Thông số dòng của thiết bị 74
Hình 5.11 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1603 74
Hình 5.12 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1604 74
Hình 5.13 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1608 75
Hình 5.14 Thông số dòng vào ra của TBTĐ nhiệt E-1608 Error: Reference
source not found
Hình 5.15 Tính chất dòng sản phẩm cuối của khu vực tách nước 75
Hình 5.16 Đường cong breakthrough ở các chiều cao khác nhau 83
Hình 5.17 Bảng tham khảo thời gian chu trình hấp phụ theo phương pháp PSA 84
Hình 5.18 Các bước cơ bản tính toán thiết kế thiết bị trao đổi nhiệt 85
Hình 5.19 Trao đổi nhiệt shell-tube dạng BEM 86
Hình 5.20 Phân loại các front, shell, rear 86
Hình 5.21 Hình ảnh khởi động của phần mềm Exchanger Design and Rating 88
Hình 5.22 Hình ảnh và các thông số dòng vào ra của thiết bị E-1602 88

Hình 5.23 Liên kết dữ liệu từ file Hysys qua Exchanger Design and Rating 89
Hình 5.24 Kết quả về nhiệt và thủy lực 89
Hình 5.25 Kết quả về cơ khí 89
Hình 6.1 Các loại static mixer chuyên dụng 91
Hình 6.2 Đơn vị phối trộn của static mixer và các cách nối 92
Hình 6.3 Nguyên tắc hoạt động của static mixer 92
Hình 6.4 Các ứng dụng của static mixer trong công nghiệp 93
Hình 6.5 Thiết bị trộn truyền thống và thiết bị phối trộn tĩnh cùng công suất 94
VIII
____________________________________________________________________
Hình 6.6 Sơ đồ mô phỏng khu phối trộn 95
Hình 6.7 Kết quả mô phỏng khu phối trộn 96
Hình 6.8 Cấu tạo thiết bị trộn lẫn tĩnh 97
Hình 6.9 Toán đồ tra các thông số thiết kế (Re, L/h, w, din) của thiết bị phối
trộn tĩnh từ lưu lượng và độ nhớt của hỗn hợp phối trộn 98
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng1.1 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam từ năm 2001-
2011 [1], [5] 6
Bảng 1.2 Thành phần lỏng- hơi theo nhiệt độ của hồn hợp ethanol-nước 10
Bảng 1.3 Các tính chất cơ bản của ethanol 11
Bảng 1.4 Các dự án xây dựng nhà máy bio-ethanol 18
Bảng 2.1 So sánh các công nghệ Praj, Technip, Changhae 21
Bảng 2.2 Các thông số năng lượng và enzyme của các công nghệ 22
Bảng 2.3 So sánh hiệu quả của quá trình sản xuất bio-ethanol từ sắn lát 22
Bảng 4.1 Cấu tử có sẵn trong data bank 38
Bảng 4.2 Cấu tử được định nghĩa trong quá trình mô phỏng bio-ethanol 39
Bảng 4.3 Thành phần dòng nguyên liệu (phần khối lượng) [15] 40
Bảng 4.4 Thành phần dòng nguyên liệu (phần khối lượng) 45
Bảng 4.5 Thành phần dòng nguyên liệu của chưng cất (phần khối lượng) 51
Bảng 4.6 Thành phần dòng Fusel (phần khối lượng) 52

Bảng 4.7 Khảo sát tìm đĩa nạp liệu tối ưu 57
Bảng 4.8 Bảng khảo sát tìm Qreb min từ đĩa 33
÷
40 58
Bảng 4.9 Khảo sát tìm đĩa fusel trích 59
Bảng 5.1 Các điểm đẳng phí của hỗn hợp ethanol-nước 65
Bảng 5.2 Tính chất của hỗn hợp đẳng phí ethanol – benzen - nước [19] 65
Bảng 5.3 Thông số nguyên liệu vào tháp hấp phụ 66
Bảng 5.4 Thông số phục vụ quá trình tính toán đường breakthrough 80
Bảng 5.5 Kết quả tính toán phục vụ khảo sát đường breakthrough 81
Bảng 5.6 Thời gian và c/cF theo các chiều cao lớp hấp phụ khác nhau 83
Bảng 6.1 So sánh thiết bị trộn truyền thống và thiết bị phối trộn tĩnh 94
IX
____________________________________________________________________
Bảng 6.2 Thông số đầu vào phục vụ mô phỏng 95
Bảng 7.1 Kết quả mô phỏng khu dịch hóa 99
Bảng 7.2 Kết quả mô phỏng khu lên men 100
Bảng 7.3 Kết quả mô phỏng khu chưng cất 101
Bảng 7.4 Kết quả mô phỏng khu làm khan cồnError: Reference source not found
Bảng 7.5 Kết quả mô phỏng khu phối trộn biến tính tĩnh 102
X
____________________________________________________________________
LỜI MỞ ĐẦU
LỜI MỞ ĐẦU
Sự khám phá ra dầu mỏ đã đánh dấu một bước ngoặt lớn trong lịch sử phát triển
của xã hội loài người. Dầu mỏ và các sản phẩm từ dầu mỏ đã đóng góp trong tất cả
các lĩnh vực đời sống nói chung và các ngành năng lượng nói riêng. Tuy nhiên, bên
cạnh những mặt ưu việt, chúng ta không thể không nói đến những vấn đề tồn tại do
quá trình khai thác và sử dụng dầu mỏ quá mức gây ra việc thiếu hụt năng lượng
trong tương lai, nhưng đáng kể nhất là sự ô nhiễm môi trường do khí thải của quá

trình đốt cháy nhiên liệu.
Người ta ước tính khí thải từ các hoạt động có liên quan các sản phẩm dầu mỏ
và nhiên liệu hóa thạch chiếm khoảng 70% tổng lượng khí thải trên toàn thế giới.
Khí thải là nguyên nhân trực tiếp gây ra những biến đổi khí hậu, hiệu ứng nhà kính
và hàng loạt các vấn đề về môi trường. Nhiều nỗ lực đã và đang được thực hiện
nhằm tìm kiếm những nguồn năng lượng thay thế, trong đó, một trong những nguồn
năng lượng mới đang được quan tâm hiện nay là nhiên liệu sinh học. Ðây là nguồn
năng lượng mới có thể tái sinh và ít gây ô nhiễm môi trường. Và nó có thể được
chia thành các loại sau:
• Nhiên liệu lỏng
• Khí sinh học (biogas)
• Nhiên liệu sinh học rắn
Trong đó bio-ethanol là một loại nhiên liệu sinh học lỏng mới, hiện đang được
nghiên cứu, sản xuất và ứng dụng rộng rãi trên toàn thế giới. Loại năng lượng sinh
học này ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu tiêu thụ năng lượng trên thế giới đồng thời có
khả năng thay thế dần cho nguồn năng lượng hóa thạch đang có nguy cơ cạn kiệt
trong tương lai.
Góp phần thực hiện mục tiêu đó em đã thực hiện đề tài: “Mô phỏng và thiết kế
nhà máy sản xuất Bioethanol từ nguồn nguyên liệu sắn lát khô Việt nam và
nghiên cứu công nghệ tách nước và biến tính sản phẩm” trên cơ sở kiến thức cơ
bản, ứng dụng phần mềm mô phỏng và tính toán em đã hoàn thành đề tài này. Đề
tài gồm các phần chính:
• Tổng quan về tình hình nghiên cứu và sản xuất nhiên liệu sinh học –
bioethanol trên thế giới và ở nước ta.
XI
____________________________________________________________________
• Nghiên cứu tài liệu và thực tế để lựa chọn các công nghệ cho các quy
trình.
• Nghiên cứu, lựa chọn phần mềm mô phỏng hỗ trợ cho quá trình tính
toán.

• Nghiên cứu để xác lập các số liệu cần thiết cho quá trình mô phỏng.
• Mô phỏng các khu vực chính trong quá trình sản xuất bioethanol gồm
khu dịch hóa, men hóa, chưng cất.
• Đánh giá phân tích các phương pháp tách nước nhằm thu được cồn
khan 99.8%v/v. Mô phỏng khu vực tách nước, từ đó tính toán thiết kế thiết bị hấp
phụ và các thiết bị trao đổi nhiệt trong khu vực.
• Mô phỏng quá trình phối trộn Ethanol 99.8%v/v thành Ethanol nhiên
liệu biến tính. So sánh phối trộn động và tĩnh. Tính toán thiết bị phối trộn tĩnh
(static mixer.
1
____________________________________________________________________
CHƯƠNG 1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
TỔNG QUAN
1. Tổng quan về nguyên liệu
1.1. Các nguồn nguyên liệu sản xuất bio-ethanol ở Việt Nam
Hiện nay trên thế giới, bio-ethanol được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau:
- Cây nông phẩm chứa đường: mía, củ cải đường, các cây nông phẩm
chứa tinh bột gồm các hạt ngũ cốc như lúa mì, lúa gạo, bắp,…củ như
khoai tây, khoai mì, khoai lang,…
- Thực vật hoang dại: tảo nước ngọt, tảo biển, lục bình, cỏ Vetiner, cỏ
voi, cỏ lác, cỏ tranh, hạt cao su, hạt bông vải……
- Phó sản thực vật (biomass): rơm rạ, bã mía, thân gỗ, mạt cưa, trấu…
- Giấy phế thải…
Tùy theo điều kiện và nguồn nguyên liệu mỗi quốc gia mà chọn loại nguyên
liệu thích hợp để sản xuất nhiên liệu sinh học. Ví dụ như: Brazil sản xuất ethanol từ
mía, Mỹ sản xuất từ ngô…
Ở Việt Nam, nguyên liệu có thể sử dụng vào mục đích sản xuất bio-ethanol
bao gồm: ngô, sắn, mía. Theo số liệu của Tổng cục thống kế: sản lượng năm 2008

đạt 16.1 tr.tấn mía, 9.3 tr.tấn sắn và 4.5 tr.tấn ngô.
[1]
Hình 1.1 Sản lượng ngô, sắn, mía ở Việt Nam qua một số năm
[1]
2
____________________________________________________________________
Điều này cho thấy rằng nguyên liệu dồi dào nhất là cây mía, tiếp đến là sắn
và cuối cùng là ngô. Dễ dàng nhận thấy sản lượng mía biến thiên không đều, bên
cạnh đó mía chủ yếu dùng để sản xuất đường, đây là một sản phần có giá trị kinh tế.
Vì vậy khả năng sử dụng mía làm nguyên liệu sản xuất bio-ethanol không cao. Sản
lượng sắn tăng nhanh và đều qua các năm, cũng chứng tỏ tiềm năng của cây sắn
lớn, có khả năng đáp ứng nhu cầu hiện tại cũng như trong tương lai cho các nhà
máy sản xuất bio-ethanol. Ngoài ra, sắn là loài cây dễ trồng, thích hợp với điều kiện
thổ nhưỡng nhiều vùng ở Việt Nam.
Theo số liệu của PRAJ, cứ mỗi tấn rỉ mật chuyển hóa sẽ thu được khoảng
300 lít ethanol, hiệu suất này đối với tinh bột là lớn hơn nhiều, khoảng 400 lít
ethanol/tấn
[2]
. Xét về góc độ chi phí sản xuất, nếu sử dụng cây mía làm nguyên liệu,
lúc này chi phí cho nguyên liệu chiếm khoảng 75% tổng chi phí. Trong khi đó với
nguyên liệu là sắn, con số chỉ là 62%.
Từ những lí do trên, chúng ta có thể kết luận rằng sắn là nguyên liệu thích
hợp nhất để sản xuất bio-ethanol ở Việt Nam.
1.2. Giới thiệu về nguồn nguyên liệu sắn lát
1.2.1.
Giới thiệu cây sắn và giá trị của chúng
[3]
1.2.1.1.
Danh pháp và nguồn gốc
Cây sắn hay còn gọi là khoai mì (tên danh pháp là Manihot esculenta) là

cây lương thực dùng phần củ, có thể sống lâu năm, thuộc họ Euphorbiaceae (Đại
kích); có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới Châu Mỹ La tinh (Cranzt, 1976) và được
trồng cách đây khoảng 5.000 năm (CIAT, 1993). Cây sắn được người Bồ Đào Nha
đưa đến Congo của Châu Phi vào thế kỷ 16 (Barre và Thevet, năm 1558); Ở Châu Á
nó được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỷ 17 (P.G. Rajendran và Al, 1995) và
Srilanka vào đầu thế kỷ thứ 18 (W.M.S.M Bandara và M Sikurajapathy, 1992). Sau
đó sắn được trồng ở Trung Quốc, Myanmar và các nước Châu Á khác ở cuối thế kỷ
18, đầu thế kỷ 19 (Fang Baiping 1992. U Thun Than 1992). Riêng ở Việt Nam cây
sắn được du nhập và đưa vào trồng khoảng giữa thế kỉ 18 (Phạm Văn Biên, Hoàng
Kim, năm 1991). Hiện chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu
tiên.
3
____________________________________________________________________

Hình 1.2 Các hình ảnh về cây sắn Việt Nam
[3]
Tại Việt Nam, sắn là một trong bốn loại cây trồng quan trọng và được trồng
nhiều tại các tỉnh và thành phố như Thanh Hóa, Quảng Nam, Gia Lai, Kontum,
Nghệ An, Bình Định, Quãng Ngãi, Yên Bái, Lai Châu…
1.2.1.2.
Dinh dưỡng và độc tố
[3]
:
- Củ sắn tươi:
• Tinh bột 20 ÷ 34%
• Protein 0,8 ÷ 1,2%
• Chất béo 0,3 ÷ 0,4%
• Cenlulose 1 ÷ 3,1%
• Nước 60 ÷ 70%
- Sắn khô: xén mỏng củ sắn tươi và phơi dưới ánh nắng mặt trời cho

đến khi độ ẩm giảm xuống còn 14%. Thành phần gồm có: nước
13.12%, protit 0.2%, gluxit 74.7%, cellulose 11.1%, tro 1.69%.
Ngoài ra, chất muối khoáng và vitamin trong 100 g củ sắn là 18.8-22.5 mg
Ca; 22.5-25.4 mg P; 0.02 mg B1; 0.02 mg B2; 0.5 mg PP. Trong củ sắn, hàm lượng
các acid amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa
lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu
hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích. Lá sắn trong nguyên liệu khô 100% chứa
đựng đường + tinh bột 24.2%, protein 24%, chất béo 6%, xơ 11%, chất khoáng
6.7%, xanhthophylles 350 ppm (Yves Froehlich, Thái Văn Hùng 2001). Chất đạm
của lá sắn có khá đầy đủ các acid amin cần thiết, giàu lysin nhưng thiếu methionin.
Trong lá và củ sắn ngoài các chất dinh dưỡng cũng chứa một lượng độc tố (HCN)
đáng kể. Các giống sắn ngọt có 80-110 mg HCN/kg lá tươi và 20-30 mg/kg củ tươi.
Các giống sắn đắng chứa 160-240 mg HCN/kg lá tươi và 60-150 mg/kg củ tươi.
4
____________________________________________________________________
Liều gây độc cho một người lớn là 20 mg HCN, liều gây chết người là 50 mg HCN
cho mỗi 50 kg thể trọng.
1.2.1.3.
Giá trị sử dụng
[3]
Sắn là cây trồng có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia
súc và lương thực thực phẩm. Củ sắn được dùng để chế biến tinh bột, sắn lát khô,
bột sắn nghiền hoặc dùng để ăn tươi. Từ sắn củ tươi hoặc từ các sản phẩm sắn sơ
chế tạo thành hàng loạt các sản phẩm công nghiệp như bột ngọt, rượu cồn, mì ăn
liền, gluco, xiro, bánh kẹo, mạch nha, kỹ nghệ chất dính (hồ vải, dán gỗ), bìa
cartong (Hoàng Kim Anh, Ngô Kế Sương, Nguyễn Xích Liên 2004), bún, miến, mì
ống, mì sợi, bột khoai, bánh tráng, hạt trân châu (tapioca), phụ gia thực phẩm, phụ
gia dược phẩm, sản xuất màng phủ sinh học, chất giữ ẩm. Củ sắn cũng là nguồn
nguyên liệu chính để làm thức ăn gia súc. Thân sắn dùng để làm giống, nguyên liệu
cho công nghiệp xenlulô, làm nấm, làm củi đun. Lá sắn non dùng làm rau xanh giàu

đạm. Lá sắn dùng trực tiếp để nuôi tằm, nuôi cá. Bột lá sắn hoặc lá sắn ủ chua dùng
để nuôi lợn, gà, trâu bò, dê,… Hiện tại, sản phẩm sắn ngày càng thông dụng trong
buôn bán, trao đổi thương mại quốc tế (P.Silvestre, M.Arraudeau, 1991). Đặc biệt
trong thời gian gần đây, sắn là nguyên liệu chính cho công nghiệp chế biến nhiên
liệu sinh học (ethanol).
1.2.2.
Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn trên thế giới
[4]
Sắn (Manihot esculenta Crantz) hiện được trồng trên 100 nước có khí hậu
nhiệt đới và cận nhiệt đới thuộc ba châu lục: châu Á, châu Phi và châu Mỹ Latinh.
Tổ chức Nông lương thế giới (FAO) xếp sắn là cây lương thực quan trọng ở các
nước đang phát triển sau lúa gạo, ngô và lúa mì. Tinh bột sắn là một thành phần
quan trọng trong chế độ ăn của hơn một tỷ người trên thế giới (www.TTTA.Food
market, 2009). Đồng thời, sắn cũng là cây thức ăn gia súc quan trọng tại nhiều nước
trên thế giới và cũng là cây hàng hóa xuất khẩu có giá trị để chế biến bột ngọt, bánh
kẹo, mì ăn liền, ván ép, bao bì, màng phủ sinh học và phụ gia dược phẩm.
Đặc biệt trong thời gian tới, sắn là nguyên liệu chính cho công nghiệp chế
biến nhiên liệu sinh học (ethanol). Năm 2008, Trung Quốc đã sản xuất một triệu tấn
ethanol, họ đã thoả thuận với một số quốc gia lân cận để cung cấp nguyên liệu cho
ngành công nghiệp sản xuất ethanol. Tại Thái Lan, nhiều nhà máy sản xuất ethanol
sử dụng sắn đã được xây dựng năm 2008. Indonesia đã lên kế hoạch sử dụng sắn
sản xuất ethanol để pha vào xăng theo tỷ lệ bắt buộc 5% bắt đầu từ năm 2010. Các
nước như Lào, Papua New Guinea, đảo quốc Fiji, Nigeria, Colombia và Uganda
cũng đang nghiên cứu thử nghiệm cho sản xuất ethanol (TTTA.Outlookfor, 2009).
Diện tích, năng suất và sản lượng sắn trên thế giới có chiều hướng gia tăng từ năm
5
____________________________________________________________________
1995 đến 2008. Năm 2008, sản lượng sắn thế giới đạt 238.45 triệu tấn củ tươi so với
223.75 triệu tấn năm 2007 và năm 1995 là 161.79 triệu tấn. Nước sản xuất sắn
nhiều nhất là Nigeria (45.72 triệu tấn), kế đến là Thái Lan (22.58 triệu tấn) và

Indonesia (19.92 triệu tấn). Nước có năng suất sắn cao nhất là Ấn Độ (31.43
tấn/ha), kế đến là Thái Lan (21.09 tấn/ha), so với năng suất sắn bình quân của thế
giới là 12.87 tấn/ha (FAO, 2008). Việt Nam đứng thứ mười về sản lượng sắn trên
thế giới (9.38 triệu tấn).
Hình 1.3 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của thế giới từ năm 1995-2008
Hình 1.4 Sản lượng sắn ở Việt Nam và một số nước trên thế giới
[1]
6
____________________________________________________________________
1.2.3.
Tình hình sản xuất và xuất khẩu sắn ở Việt Nam
[4]
Ở Việt Nam, cây sắn đã nhanh chóng chuyển từ cây lương thực thành cây
công nghiệp với tốc độ cao, năng suất và sản lượng tăng nhanh. Cây sắn là nguồn
thu nhập quan trọng của các hộ nông dân nghèo do sắn dễ trồng, ít kén đất, đầu tư ít
vốn, phù hợp sinh thái và điều kiện kinh tế nông hộ. Nghiên cứu và phát triển cây
sắn theo hướng sử dụng đất nghèo dinh dưỡng, đất đồi, núi là việc làm có hiệu quả
cao (Hoàng Kim và Trần Công Khanh, 2005); đây là hướng hỗ trợ chính cho thực
hiện Ðề án "Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025"
của Chính phủ đã được Thủ tướng Chính phủ phê duyệt tại quyết định số 177/2007/
QĐ-TT ngày 20 tháng 11 năm 2007.
Tại Việt Nam, sắn được canh tác phổ biến ở hầu hết các tỉnh của các vùng
sinh thái nông nghiệp. Diện tích sắn nhiều nhất ở vùng Bắc Trung Bộ và duyên hải
miền trung (168.80 ngàn ha). Tây Nguyên là vùng sản xuất sắn lớn thứ hai của cả
nước, tập trung chủ yếu ở bốn tỉnh Kon Tum, Gia Lai, Đăk Lăk và Đăk Nông. Năm
2008, diện tích sắn của Tây Nguyên đạt 150 ngàn ha, nhưng năng suất bình quân
chỉ đạt 15.7 tấn/ha, tổng sản lượng 2.35 triệu tấn, thấp hơn nhiều so với vùng Ðông
Nam Bộ là 23.74 tấn/ha và 2.69 triệu tấn. (Theo tổng cục thống kê, 2009)
Bảng1.1 Diện tích, năng suất và sản lượng sắn của Việt Nam từ năm 2001-
2011

[1], [5]
Năm
Diện tích Năng suất Sản lượng
(nghìn ha) (tấn/ha) ( triệu tấn)
2001 250 8.3 2.07
2002 329.9 12.6 4.15
2003 371.7 14.06 5.23
2004 370 14.49 5.36
2005 425.5 15.78 6.72
2006 474.8 16.25 7.77
2007 496.8 16.07 7.98
2008 557.4 16.85 9.3
2009 508.8 16.82 8.56
2010 496.2 17.2 8.52
2011 500.0 17.8 8.9
Tiêu thụ sắn hiện tại gồm ba nhóm chính là: sản xuất tinh bột; sản xuất thức
ăn chăn nuôi và sắn lát khô (sắn cồn) xuất khẩu. Sản xuất sắn tinh bột có hai loại:
tinh bột ướt dùng cho sản xuất bột ngọt và tinh bột khô chủ yếu cho xuất khẩu. Còn
sản xuất thức ăn chăn nuôi dùng sắn lát khô chất lượng cao. Sắn cồn xuất khẩu là
7
____________________________________________________________________
sắn lát khô có chất lượng thấp hơn, thị trường chủ yếu là Trung Quốc dùng để làm
nguyên liệu cho các nhà máy ethanol. Năm 2007, sắn dùng cho tinh bột chiếm 37%,
sắn lát khô xuất khẩu chiếm 34% và sắn cho thức ăn chăn nuôi chiếm 28%. Tổng
lượng xuất khẩu chiếm hơn 50% sản lượng sắn, bao gồm tinh bột sắn khô xuất khẩu
và sắn cồn xuất khẩu. Theo thống kê, năm 2009, sắn là mặt hàng có khối lượng và
kim ngạch xuất khẩu tăng đột biến. Bảy tháng đầu năm, cả nước xuất khẩu được
2.66 triệu tấn sắn lát khô (sắn cồn) và tinh bột sắn, kim ngạch đạt 406 triệu USD,
tăng 4.4 lần về sản lượng, 2.8 lần về kim ngạch so với cùng kỳ năm trước.
Trong cơ cấu các sản phẩm sắn xuất khẩu của Việt Nam năm 2010, sắn lát chiếm

khoảng 56.8% còn tinh bột sắn chiếm khoảng 42.9%, các loại khác chiếm một tỷ lệ
rất nhỏ. So với năm 2009, sắn lát đã giảm tới 13.5% về tỷ trọng còn tinh bột sắn lại
tăng tới 15.4% về tỷ trọng trong tổng lượng xuất khẩu.
Diễn biến xuất khẩu sắn theo hướng tăng tỷ trọng sản phẩm tinh, giảm tỷ trọng sản
phẩm thô được cho là một tín hiệu tốt trong bối cảnh nhiều ngành sản xuất trong
nước có liên quan đến sắn như thức ăn chăn nuôi, ethanol đang cần nguyên liệu và
giá tinh bột sắn đang có xu hướng tăng mạnh trên thị trường thế giới.
Trung Quốc tiếp tục là thị trường đầu ra lớn nhất cho các sản phẩm sắn xuất khẩu
của Việt Nam trong năm 2010, chiếm tới 94.8% tổng kim ngạch xuất khẩu sắn lát
(tương đương 196.5 triệu đô la Mỹ) và 90% tổng kim ngạch xuất khẩu tinh bột sắn
(tương đương 315.4 triệu đô la Mỹ). Để đẩy mạnh kim ngạch xuất khẩu sắn trong
thời gian tới, các doanh nghiệp Việt Nam cần tiếp tục tìm kiếm thêm thị trường mới
ngoài thị trường Trung Quốc nhằm hạn chế sự phụ thuộc quá nhiều vào thị trường
Trung Quốc trong tình trạng bị ép giá. Nhiều thị trường tiềm năng mà Việt Nam vẫn
chưa khai thác hết như EU. Hiện Thái Lan là nước cung cấp tinh bột sắn hàng đầu
cho thị trường EU, chiếm 45% thị phần nhập khẩu. Ngoài Thái Lan, các nước đang
phát triển khác chỉ chiếm 2%, trong đó Việt Nam chiếm 1.7% tổng thị phần nhập
khẩu tinh bột sắn của EU. Ngoài ra, các doanh nghiệp Việt Nam cần gia tăng hàm
lượng chế biến trong sản phẩm xuất khẩu thay vì xuất khẩu sản phẩm thô (sắn lát và
sắn củ) như hiện nay.
Tuy nhiên, năm 2010 nhu cầu tiêu dùng sắn cho các ngành chế biến trong nước tăng
mạnh khiến nguồn cung dành cho xuất khẩu giảm. Theo Tổng cục Thống kê, mặc
dù năng suất sắn vẫn đạt ở mức cao 17.2 tấn/héc ta nhưng sản lượng sắn cả nước
năm 2010 chỉ đạt 8.52 triệu tấn, tức giảm 0.4% so với năm 2009 do diện tích trồng
sắn đã giảm 2.5%, còn 496.200 ngàn héc ta. Với kết quả trên, Bộ Công Thương đã
xếp sắn vào mặt hàng xuất khẩu chủ lực từ năm 2009
[5]
.
8
____________________________________________________________________

Sự phát triển của ngành sắn hiện nay cho thấy nhu cầu cấp bách trong công tác
hoạch định chiến lược phát triển dài hạn cho ngành này, trong đó có tính đến các
khía cạnh cân đối cung cầu về xuất khẩu, nguồn cung nguyên liệu thức ăn chăn
nuôi, sản xuất ethanol, quỹ đất
1.2.4.
Nhu cầu sắn cho nhiên liệu sinh học
Khi chương trình năng lượng sinh học (NLSH) của Nhà nước vận hành, các
nhà máy sản xuất ethanol sẽ tiêu thụ một khối lượng sắn rất lớn. Dự kiến năm 2012,
sản xuất ethanol sẽ tiêu thụ 16% sản lượng sắn, năm 2015 chiếm 35%, năm 2020
chiếm 41%, đến năm 2025 chiếm 48%. Các tính toán này dựa vào dự báo nhu cầu
xăng tăng 8.5%/năm; năm 2012 áp dụng E5, năm 2015 áp dụng E10; sản lượng sắn
tăng 5%/năm. Sự hình thành và phát triển của ngành công nghiệp NLSH làm thay
đổi kết cấu thị trường sắn Việt Nam theo hướng có lợi cho nông nghiệp và nông
thôn trên các khía cạnh
[5]
.
Với hơn 50% sản lượng sắn hiện đang xuất khẩu, khi được đưa vào sản xuất
ethanol, sau đó đưa xăng, dầu ra tiêu thụ trên thị trường trong nước, lượng sắn này
sẽ là đầu vào và khâu đầu tiên của chuỗi giá trị thị trường NLSH, tồn tại song song
với thị trường xăng, dầu phục vụ cho nhu cầu trong nước. Trong chuỗi giá trị thị
trường mới này, sắn được dùng làm nguyên liệu cho nhà máy chế biến ethanol, sau
đó được pha trộn, phân phối và bán lẻ đến người tiêu dùng trong nước. Như vậy sản
phẩm sắn sẽ không còn phụ thuộc vào cung cầu và biến động giá của thị trường
nước ngoài. Thay vào đó sản phẩm nông nghiệp sẽ tham gia thị trường năng lượng
trong nước, tiêu thụ ổn định và tăng trưởng hằng năm.
Khi sắn trở thành một khâu trong chuỗi giá trị thị trường NLSH phục vụ nhu
cầu trong nước, chính thị trường NLSH - khi được hình thành và phát triển ổn định
sẽ tạo ra kênh chính sách để nhà nước tác động đến khâu sản xuất nông nghiệp
thông qua việc điều tiết thị trường xăng, dầu. Các chính phủ Thái lan và Philippines
tác động vào sản xuất nông nghiệp thông qua việc điều hành công thức giá NLSH

(xăng sinh học) trên thị trường xăng, dầu để ổn định giá nguyên liệu từ sản xuất
nông nghiệp (giá mía và sắn). Ðây sẽ là một công cụ quan trọng và tiện lợi để nhà
nước thực hiện các chính sách hỗ trợ nông nghiệp, nông dân và nông thôn.
Phát triển NLSH sẽ tăng đầu tư vào vùng sâu, vùng xa của nông thôn Việt
Nam. Sự phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu của các nhà máy NLSH sẽ tạo động lực
xây dựng mối liên kết gắn bó giữa nhà máy và nông dân, thúc đẩy lợi ích của hai
bên. Trong khi triển khai các dự án ethanol, Tập đoàn Dầu khí quốc gia Việt Nam
đã có chủ trương phát triển vùng nguyên liệu ổn định trên cơ sở hỗ trợ cho nông
dân bảo đảm thu nhập ổn định. Bộ Nông nghiệp và Phát triển nông thôn tại hội nghị
9
____________________________________________________________________
phát triển sắn bền vững (tháng 12-2009) cũng đã chỉ đạo triển khai mô hình liên kết
giữa nhà máy NLSH và nông dân có sự ủng hộ của chính quyền và các nhà khoa
học nông nghiệp.
Như vậy, có thể thấy chương trình ethanol là một cơ hội để hiện thực hóa
những mục tiêu phát triển nông nghiệp, nông thôn và cải thiện đời sống nông dân
nghèo, nâng cao giá trị gia tăng của nông sản và tăng cường liên kết liên minh công
nông
[5]
.
1.3. Tổng quan về bio-ethanol
1.3.1.
Tính chất của ethanol
[6]
Ethanol là một hợp chất hữu cơ dạng lỏng, nằm trong dãy đồng đẳng của
rượu metylic, dễ cháy, không màu, mùi thơm, có vị cay, nhẹ hơn nước.
Hình 1.5 Hình ảnh công thức của ethanol
Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước có thành phần 95.54% khối lượng
(tương đương 0.8933%mol) nên với phương pháp chưng cất thông thường chỉ thu
được ethanol có thành phần không quá 95.54% khối lượng.

Ta có bảng thành phần lỏng-hơi theo nhiệt độu sôi của hỗn hợp Ethanol-Nước ở
760mmHg:
10
____________________________________________________________________
Bảng 1.2 Thành phần lỏng- hơi theo nhiệt độ của hồn hợp ethanol-nước
Hình 1.6 Đồ thị thể hiện đường đẳng phí của ethanol-nước
- Tóm lại, ta thể hiện các tính chất của ethanol qua bảng sau
X (% mol) 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Y (% mol)
0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,9 75,3 81,8 89,8 100
T (
o
C) 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4
11
____________________________________________________________________
Bảng 1.3 Các tính chất cơ bản của ethanol
1.3.2.
Ứng dụng
Ethanol được sử dụng rộng trong nhiều ngành công nghiệp
- Trong
hóa mỹ phẩm:
ethanol tinh chất
và 95% là các
dung môi tốt được
sử dụng trong các
loại nước hoa, sơn
và cồn thuốc
- Trong
thực phẩm:
các loại đồ uống

chứa cồn có hương
Danh pháp Ethanol
Tên khác Rượu etylic, Cồn, Hydroxyetan
Công thức phân tử C
2
H
5
OH hay C
2
H
6
O
Phân tử gam 46.07 g/mol
Biểu hiện Chất lỏng trong suốt
Thuộc tính
Tỷ trọng ở 15
o
C 0.789 g/cm
3
Độ hòa tan trong nước Tan lẫn hoàn toàn
Điểm nóng chảy -114.3
o
C (158.8 K)
Điểm sôi 78.4
o
C (351.6 K)
pK
a
15.9 (H
+

từ nhóm –OH)
Độ nhớt 1.2 cP ở 20
o
C
Điểm bắt lửa 13
o
C
12
____________________________________________________________________
vị khác nhau do có các hợp chất tạo mùi khác nhau được hòa tan trong quá trình ủ
và nấu rượu.
- Trong y tế: dung dịch 70% ethanol được sử dụng như là chất tẩy uế. Ethanol
cũng được sử dụng trong các gel vệ sinh kháng khuẩn phổ biến nhất ở nồng độ
khoảng 62%. Khả năng khử trùng tốt nhất của ethanol khi nó ở trong dung dịch
khoảng 70%, nồng độ cao hơn hay thấp hơn của ethanol có khả năng kháng khuẩn
kém hơn. Ethanol giết chết các vi sinh vật bằng cách biến tính protein và hòa tan
lipit của chúng. Nó có hiệu quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và
nấm cũng như nhiều loại virut nhưng không hiệu quả trong việc chống lại các bào
tử vi khuẩn.
- Ngày nay ethanol được biết đến như là nguồn nhiên liệu trong động cơ đốt
trong. Ý tưởng sử dụng cồn thay thế cho nhiên liệu có nguồn gốc từ dầu mỏ đã có
từ khá lâu. Ngay từ những năm 20 của thế kỉ trước, cồn đã được nghiên cứu để làm
nhiên liệu cho động cơ ô tô và xe máy. Điển hình cho hướng đi tiên phong là Mỹ và
Brazil. Song đến những năm 70 của thế kỉ 20, khi thế giới bắt đầu có sự khủng
hoảng dầu mỏ thì cồn và nhiên liệu sinh học mới thực sự khởi động trở lại và đến
những năm đầu của thế kỉ 21 cồn đã trở thành một trong những ưu tiên hàng đầu
trong những định hướng chiến lược nghiên cứu về năng lượng của nhiều quốc gia
phát triển trên thế giới mà điển hình là Mỹ, Tây Âu, Nhật, Thái Lan, Trung Quốc…
[7]
1.3.3.

Sản xuất ethanol:
1.3.3.1.
Nguyên liệu:
<Mục 1.1.>
1.3.3.2.
Phương pháp chung sản xuất bio-ethanol:
Lên men :
Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử
dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men; khi một số loài men rượu
nhất định (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong
điều kiện không có o xy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất ra ethanol và CO
2
. Phản
ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
C
6
H
12
O
6
→ 2 CH
3
CH
2
OH + 2 CO
2
Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là
ủ rượu. Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 12% rượu, nhưng
nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất.
Để sản xuất ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh

bột đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền
thống nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình
13
____________________________________________________________________
nảy mầm, hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để
sản xuất ethanol làm nhiên liệu, quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza
được thực hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với axit sulfuric loãng, enzym
nấm amylas, hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.
Về tiềm năng, glucoza để lên men thành ethanol có thể thu được từ
xenluloza. Phản ứng thủy phân xenluloza gồm các bước.
- Bước 1: Thủy phân xenluloza thành mantoza dưới tác dụng của men
amylaza.
(C
6
H
10
O
5
)n → C
12
H
22
O
11

- Bước 2: Thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng
của men mantaza.
C
12
H

22
O
11
→ C
6
H
10
O
6
- Bước 3: Phản ứng lên men rượu có xúc tác là men rượu.
C
6
H
12
O
6
→ 2 C
2
H
5
OH + 2 CO
2

P hương pháp hydrat hóa etylen
Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu công nghiệp và thông thường nó
được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hyđrat
hóa etylen bằng xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen
hợp nước ở 300
o
C, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là axit wolframic hoặc axit

phosphoric:
H
2
C=CH
2
+ H
2
O → CH
3
CH
2
OH
1.3.4.
Nhiên liệu xăng pha cồn:
1.3.4.1.
Khái niệm:
Ethanol nhiên liệu cũng là ethanol (cùng một loại với ethanol trong rượu với
các sản phẩm có chứa cồn) được sử dụng như một loại nhiên liệu, thực chất đó là
nhiên liệu sinh học có thể sử dụng thay thế cho xăng dầu. Bởi vì nó được sản xuất
bằng cách thủy phân và lên men hoá từ nguyên liệu chứa đường như mía, củ cải
đường và nguyên liệu chứa tinh bột như ngũ cốc, khoai tây, sắn…hay các nguồn
nguyên liệu sinh khối (có cellulose) như rơm rạ, bã mía, vỏ trấu
Ethanol nhiên liệu được sản xuất ngày càng nhiều trên thế giới để thay thế
một phần xăng dầu. Đây là nguồn tài nguyên tái tạo, ít độc tính và ít gây ô nhiễm
môi trường. Ethanol nhiên liệu có chỉ số Octan cao nên thường dùng để pha vào
xăng theo các tỷ lệ có thể thay đổi, gồm có E5 (xăng chứa 5% ethanol), E10 (10%),
E85 (85%) và E100 (100%). Loại xăng này vẫn dùng được cho các loại động cơ
14
____________________________________________________________________
xăng truyền thống mà không cần phải thay đổi động cơ (E5 đã được kiểm chứng)

cho phù hợp với hỗn hợp nhiên liệu xăng-ethanol.
1.3.4.2.
Đánh giá ưu nhược điểm của nhiên liệu xăng pha cồn
[7], [8], [9], [10]
1.3.4.2.1. Ưu điểm
Về mặt động cơ
- Có chỉ số octan cao hơn nên giảm quá trình cháy kích nổ trong động cơ,
động cơ chạy êm hơn.
Xăng nguyên chất E10 E30
RON 92,4 95 99,7
MON 81,2 82,3 86,6
- Cháy tốt hơn xăng (quá trình cháy hoàn toàn hơn)
- Giảm phát thải các chất độc hại và các khí gây hiệu ứng nhà kính
- Khi nhiên liệu có hàm lượng ethanol thấp không cần phải thay đổi kết cấu
của động cơ.
Về mặt kinh tế
- Ethanol có thể thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển bằng cách cung cấp cho
nông dân một thị trường ổn định cho các loại cây trồng đã biết, như ngô và củ cải
đường, tạo ra nhiều công ăn việc làm cho người lao động, khuyến khích tinh thần
lao động của người dân
- Ethanol có nhiệt trị cao hơn một vài nhiên liệu khác, như methanol, điều này
có nghĩa là trong cùng một quãng đường đi thì nó yêu cầu một thể tích ít hơn. Do đó
sẽ tiết kiệm nhiên liệu hơn.
- Dùng nhiên liệu ethanol sẽ giảm sự phụ thuộc vào dầu nhập khẩu.
Về môi trường
- Khi pha ethanol vào xăng giúp cho quá trình cháy hoàn toàn hơn, đồng thời
trong ethanol không có chứa các chất độc hại như chì và benzen. Do đó giảm được
các chất độc hại và các khí gây hiệu ứng nhà kính như CO
2
, CO, HC chưa cháy

- Loại bỏ được các phụ gia độc hại như phụ gia chì, MTBE
Về an ninh năng lượng
- Việc sử dụng ethanol làm tăng an ninh năng lượng quốc tế vì ethanol có
nguồn gốc hữu cơ, có thể tái tạo được và có thể sản xuất trong nước nên giảm được
sự phụ thuộc vào nguồn dầu mỏ nhập khẩu.
1.3.4.2.2. Thuận lợi và khó khăn khi pha ethanol vào xăng
Thuận lợi :
- Ethanol ngày càng được sử dụng rộng rãi để pha vào xăng vì nó có các ưu
điểm sau: