Nghiên cứu thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m3 trên 1 năm trong công nghệ sản xuất bio ethanol từ sắn

Đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Đặng Bình
Thành, người đã trực tiếp hướng dẫn em hết sức tận tình, chu đáo về mặt
chuyên môn, động viên em về mặt tinh thần để em hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả thầy cô giáo trong bộ môn Máy và
Thiết bị Công nghiệp Hóa Chất, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt thời gian năm
năm học tập và rèn luyện tại trường.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị phòng Kỹ Thuật cùng toàn thể
Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Miền trung đã cho phép em thực tập
tại Quý Công ty, từ đó tạo tiền đề cho em có thể hoàn thành bản đồ án tốt
nghiệp này.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã
luôn động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học
Bách Khoa Hà Nội cũng như trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Hà Nội, Ngày 02 Tháng 06 Năm 2014
Sinh viên
Nguyễn Văn Cảnhe
1
Đồ án tốt nghiệp Mở đầu
MỞ ĐẦU
Thế giới hiện nay đang phải đương đầu với hai cuộc khủng hoảng lớn
– sự ấm lên toàn cầu và giá cả tăng cao của các loại nhiên liệu không tái
tạo. Tuy nhiên, cả hai vấn đề này đều có một giải pháp thông thường – một
nhiên liệu thay thế nguồn năng lượng tái tạo và hạn chế các loại khí thải
gây hiện tương nóng lên toàn cầu. Trên phương hướng đó, các nhà nghiên
cứu và các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra một nguồn nhiêu liệu tốt
hơn và thân thiện với môi trường – Ethanol sinh học. Là một trong những
nguồn nhiên liệu thay thế với những lợi ích tuyệt vời của nó, đồng thời

được đánh giá là nguồn nhiên liệu tiềm năng với nhiều nước trên thế giới.
Mặc dù có nhiều thuận lợi và khó khăn khi sản xuất ethanol sinh học nhưng
hiện nay ethanol sinh học đã được sử dụng như là một nhiên liệu phụ ở một
số nước.
Trong nhiều năm qua, công nghệ sản xuất ethanol sinh học đã được
phát triển, đổi mới vượt bậc, đem lại hiệu quả cao. Công nghệ được chú
trọng nhất trong dây chuyền là việc chưng cất ethanol từ giấm chín sau khi
lên men. Vì vậy vấn đề tính toán, thiết kế cải tiến công đoạn chưng cất
cũng như toàn quá trình nói chung là điều tất yếu.
Bản đồ án của em với đề tài là:
“Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000
m
3
/năm trong công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn”
Trong đó gồm các phần chính sau:
2
Đồ án tốt nghiệp Mở đầu
+ Chương 1: Tổng quan về Bio─Ethanol và công nghệ sản xuất
Bio─Ethanol trong công nghiệp.
+ Chương 2: Tổng quan về quá trình chưng luyện.
+ Chương 3: Tính toán công nghệ tháp chưng luyện Ethanol.
+ Chương 4: Tính toán kết cấu cho tháp chưng luyện Ethanol.
+ Chương 5: Tính toán các thiết bị phụ trợ.
3
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ CÔNG NGHỆ
SẢN XUẤT BIO─ETHANOL TRONG CÔNG NGHIỆP
1.1. Tổng quan về Bio─Ethanol.
1.1.1. Khái niệm về Bio─Ethanol.
Bio─Ethanol (ethanol sinh học) là ethanol được sản xuất từ các loại

nguyên liệu thực vật chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc
từ các loại nguyên liệu chứa tinh bột và cellulose thông qua các phản ứng
trung gian thủy phân thành đường.
Hiện này trên thế giới, nguyên liệu chứa đường và tinh bột được sử
dụng phổ biết hơn do chi phí sản xuất thấp.
Xăng sinh học là hỗn hợp được pha trộn theo tỷ lệ xác định giữa
ethanol và xăng. Một số loại xăng sinh học đang được sử dụng trên thế giới
như E5, E10, E85…. Ở Việt nam, chỉ mới đưa ra thị trường loại xăng E5 do
Cty PV oil cung cấp [1].
1.1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của Bio─Ethanol.
Từ những năm 1973 trở về trước, Bio─Ethanol không được phát triển
nhiều, vì đương thời, công nghệ Hóa dầu rất phát triển, trữ lượng xăng dầu
còn lớn, nên giá thành thấp.
Sau những năm 1973, cuộc khủng hoảng dầu mỏ trên toàn thế giới
xảy ra [2], khiến giá thành xăng dầu lên cao, nên các nước phát triển như
Mỹ, Braxin và một số nước châu Âu bắt đầu khởi động lại các nghiên cứu
về Bio─Ethanol. Sau đó, Bio─Ethanol được phát triển mạnh, đưa vào sự
dụng thực tế ở một số nước như Mỹ, Braxin, Nhật Bản…
4
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Đầu thế kỉ 21, xăng sinh học đã trở thành nhiên liệu được ưu tiên
hàng đầu trong xây dựng chiến lược về năng lượng tại Mỹ, Tây Âu, Nhật,
Braxin…
Ưu điểm của xăng sinh học là xăng cháy triệt để hơn, loại bỏ phụ gia
chống kích nổ chứa chì, giảm phát thải CO
2
ra không khí đáng kể so với
xăng thường.
Nhược điểm lớn nhất của xăng sinh học là do nồng độ cao
Bio─Ethanol sẽ làm hỏng các chi tiết lăng bằng cao su, nhưa trong động

cơ.
Những loại xăng sinh học đã được sử dụng trên thế giới [3]:
+ E5, E10: Bio─Ethanol pha 5%, 10% thể tích vào xăng, được sử
dụng thông dụng, không ảnh hưởng đến động cơ xe.
+ E25: Bio─Ethanol pha 25% thể tích vào xăng, động cơ xe cần phải
cải tiến một số chi tiết, điề chỉnh thời gian phun nhiên liệu. Braxin là quốc
gia sử dụng nhiều nhất loại xăng này.
+E85: Bio─Ethanol pha 85% thể tích vào xăng, chỉ sử dụng cho các
động cơ được chế tạo riêng. Tiêu biểu là dòng xe Ford focus sản xuất ở Mỹ.
Thực tế, người ta sẽ không pha Bio─Ethanol với xăng theo tỷ lệ
trung bình 40 đến 60% vì ở tỷ lệ này, xăng sau khi pha sẽ bị phân lớp rất
nhanh trong quá trình lưu trữ.
Hiệu quả khi dùng xăng sinh học thay thế:
+ Xăng pha 5% Bio─Ethanol sẽ tiết kiêm được 5% nhiên liệu so với
xăng thường.
5
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
+ Công suất của động được cải thiện hơn
+ Khi thải CO và Hidrocacbon giảm hơn 10%
+ Khả năng tăng tốc của đông cơ được tốt hơn.
1.2. Tổng quan về Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol.
1.2.1. Các phương pháp sản xuất Ethanol.
Ethanol có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau , trong đó
có hai phương pháp sau là phổ biến và cơ bản nhất.
+ Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp:
Tổng hợp ethanol có nghĩa là sản xuất ethanol bằng phương pháp hoá
học, trên thế giới người ta sản xuất ethanol bằng nhiều phương pháp khác
nhau. Trong công nghệ tổng hợp hoá dầu ethanol được sản xuất bằng dây
chuyền công nghệ hydrat hoá đối với khí etylen hoặc công nghệ cacbonyl
hoá với methanol.

Hydrat hoá: CH
2
=CH
2
+ H
2
O C
2
H
5
OH
Cacbonyl: CH
3
OH + CO + 2 H
2
C
2
H
5
OH + H
2
O
+ Công nghệ sản xuất ethanol sinh học:
Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn hydratcacbon
có trong tự nhiên như: nước đường ép, ngô, sắn, mùn, gỗ
(C
6
H
10
O

5
)
n
+ n

H
2
O nC
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH +
2CO
2
+ Q
Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành 2 công
đoạn là công đoạn lên men nhằm sản xuất Bio─Ethanol có nồng độ thấp và
6
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
công đoạn chưng cất - làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối
trộn vào xăng.
Hiện nay sản xuất cồn chủ yếu và phổ biến là sản xuất theo phương
pháp sinh học.
1.2.2. Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol.

Nguồn nguyên liệu để sản xuất Bio─Ethanol chủ yếu từ:
+ Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, thốt nốt …
+ Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa
mì…
+ Các loại nguyên liệu chứa cellulose
Tuy nhiên, tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia,
người ta chọn loại nguyên liệu có lợi thế nhất để sản xuất Bio─Ethanol
nhiên liệu. Ở Việt Nam, các nguồn nguyên liệu thích hợp có thể sản xuất
Bio─Ethanol là mía, sắn, gạo, ngô và rỉ đường.
1.2.3. Sự khác nhau giữa công nghệ sản xuất cồn thực phẩm và
Bio─Ethanol.
1.2.3.1. Mục đích sử dụng.
+ Cồn thực phẩm:
Người ta sản xuất cồn thực phẩm là để pha chế thành rượu và các loại
đồ uống có cồn. Các loại đồ uống này được dùng trực tiếp cho con người
nên trong thành phẩm của cồn thực phẩm chỉ bao gồm chủ yếu là etanol.
7
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Các loại cồn đầu, dầu fusel, andehyt, axit, este… có hại cho sức khoẻ phải
càng ít càng tốt và không được vượt quá ngưỡng qui định.
Ngoài ra, do phải pha loãng khi pha chế, nên không bắt buộc phải sản
xuất ra cồn có nồng độ rất cao.
+ Cồn nhiên liệu:
Cồn nhiên liệu được sản xuất để dùng làm chất đốt. Khi sản xuất cồn
nhiên liệu người ta không cần phải tách bỏ cồn tạp vì bản thân chúng khi
cháy cũng tạo ra năng lượng.
Trái với cồn thực phẩm, cồn nhiên liệu bắt buộc phải tách nước triệt
để, vì nếu hàm lượng nước có trong cồn càng cao thì làm giảm hiệu quả của
quá trình cháy và ảnh hưởng đến động cơ thiết bị, đồng thời khi pha cồn
vào xăng sẽ dẫn đến sự phân tách pha. Cũng chính vì vậy mà khi sản xuất

còn nhiên liệu, người ta phải chọn giải pháp công nghệ thích hợp để loại bỏ
nước trong cồn, tạo ra cồn có nồng độ rất cao.
1.2.3.2. Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và
ethanol nhiên liệu.
Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol
nhiên liệu chủ yếu xảy ra ở công đoạn cuối: chưng cất, tách nước [4]:
Công đoạn Ethanol thực phẩm
Ethanol nhiên
liệu
8
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Chưng cất
Phức tạp hơn do cần tách triệt
để các chất có hại cho sức khỏe
con người: cồn đầu, dầu fusel,
adehyt…
Không cần loại bỏ cồn
tạp
Tách nước
Không cần phải tách nước nâng
nồng độ ethanol
Phải tách nước nâng
nồng độ ethanol lên
99.8%
Ngoài ra, để tránh sử dụng ethanol nhiên liệu cho các mục đích khác,
cồn nhiên liệu sau khi tách nước được biến tính bằng cách thêm vào 1,96 –
5%v/v chất biến tính. Khi đó ethanol dùng làm nhiên liệu được gọi là
ethanol biến tính. Chất biến tính có thể dùng là xăng không chì, naphta….
1.3. Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột.
1.3.1. Giới thiệu về nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu ở Việt Nam.

Có nhiều nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo….Thành phần
hoá học của một số nguyên liệu chứa tinh bột được thể hiện ở bảng sau.
Tính theo % trung bình:
9
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
• Sắn:
- Hiện nay, diện tích trồng sắn ở nước ta khoảng gần 500.000 ha và được
phân bố chủ yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam bộ. Năng suất thu hoạch sắn
tại nước ta trung bình là 15-20 tấn/ha và tăng đều qua các năm.[5]
- Hàm lượng tinh bột trong sắn tươi ở nước ta khoảng 25-35%. Cứ 2,3 kg sắn
tươi thì có thể thu được 1kg sắn lát.[5]
- Với giá cả hiện nay thì việc sử dụng sắn để sản xuất xăng sinh học là khả
thi nhất.
• Ngô:
- Năng suất ngô của nước ta thấp, chỉ đạt ở mức 3.7 – 3.8 tấn/ha. Để sản xuất
1 lít Bio─Ethanol, chúng ta cần 2,4 đến 2,6 kg ngô và giá ngô hiện nay là
4.100 đồng/kg, đồng thời hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 400
– 500 nghìn tấn ngô Chính vì vậy, việc sản xuất Bio─Ethanol từ ngô trong
giai đoạn hiện nay là không khả thi vì giá ngô quá cao so với sắn lát, mặc
dù hàm lượng tinh bột thấp hơn (65%) [6].
Vì vậy, nguồn nguyên liệu được chọn lựa cho công nghệ sản xuất
Bio─Ethanol là sắn.
1.3.2. Giới thiệu về nguyên liệu sắn.
- Về cơ bản củ sắn gồm 3 phần chính: vỏ, thịt củ và lõi (ngoài ra còn có
cuống và rễ củ).
10
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
- Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi:
+ Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống mất nước của củ, tuy nhiên vỏ gỗ
dễ bị mất khi thu hoạch và vận chuyển.

+ Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là
xenluloza ngoài ra còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin.
+ Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít
polyphenol, độc tố và enzim.
+ Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là
xenluloza. Lõi có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây
và củ đồng thời giúp thoát nước khi phơi hoặc sấy sắn.
- Thành phần sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 - 34%,
protein 0,8 - 1,2%, chất béo 0,3 - 0,4%, xenluloza 1 - 3,1%, chất tro 0,54%,
polyphenol 0,1 - 0,3% và nước 60 - 74,2% [5]. Ngoài ra trong sắn còn chứa
một lượng Vitamin và độc tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B. Các
Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấu trong sản
xuất rượu.
- Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit Linamarin
và Lotaustralin. Các độc tố này thường tập chung ở vỏ cùi. Bình thường
phazéolunatin không độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ
giải phóng axit HCN. Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm
lượng glucozit gây độc kể trên. Đặc biệt trong sản xuất rượu, khi nấu ở
nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến
nấm men. Hơn nữa các muối xyanat khi chưng cất không bay hơi nên bị
loại cùng bã rượu [5].
11
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
- Tiêu chuẩn sắn lát sử dụng cho công nghệ [4]:
+ Hình dạng lát sắn: đường kính 30 – 70 mm, bề dày: 20 – 30 mm
+ Độ ẩm: 12 – 14 %kl
+ Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %kg
+ Protein: 1,5 – 1,8 %kg
+ Hàm lượng tro: 1,8 – 3,0 %kg
+ Lipid: 0,5 – 0,9 %kg

+ Độ xơ: 2,1 – 5,0 %kg
+ Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %kg
1.3.3. Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol trên thế giới.
Trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp công nghệ sản xuất
Bio─Ethanol nhiên liệu. Có thể kể ra một số các nhà cung cấp công nghệ
sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu hàng đầu trên thế giới gồm:
+ Lurgi AG, Frankfurt, Đức
+ Technip-Coflexip, Paris, Pháp
+ Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ
+ Katzen International INC., Cincinnati, Ohio, Mỹ
+ Tomsa Destil. S.L, Madrid, Tây Ban Nha
+ Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo
Ngoài các nhà cung cấp bản quyền công nghệ kể trên, trong lĩnh vực
sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu còn có một số các nhà cung cấp công
12
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
nghệ, thiết bị mua bản quyền công nghệ của các hãng nêu trên rồi tự nghiên
cứu phát triển công nghệ như:
+ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô
+ Alfa Laval (India) Limited, Pune, Ấn Độ
+ Filli impianti, Monteriggioni, Italia
+ Kolon Engineering & Construction Co. Ltd., Kyunggi-Do, Hàn Quốc
+ Changhae Engineering Co.Ltd, Jeonju, Hàn Quốc
+ Rushan Risheng Machinery Manufacture Co., Ltd, Trung Quốc
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày các mô hình, dây
chuyền công nghệ của các nhà cung cấp công nghệ sau:
+ Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo
+ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô
+ Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ
1.3.3.1. Công nghệ Vogelbusch.

Dây chuyền công nghệ Vogelbusch, Áo [7].
13
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
14
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1. Công đoạn nghiền.
Sắn lát về đến nhà máy bằng xe tải được đổ xuống phễu tiếp nhận.
Sau đó sắn được tách bỏ tạp chất kim loại rồi đến kho chứa.
Từ kho chứa, sắn được làm sạch sơ bộ và cấp cho thùng chứa trung
gian trước khi vào máy nghiền búa.
Sản phẩm sau nghiền được phân loại bằng sàng phân loại, ở đây
những sản phẩm có kích thước chưa đạt sẽ được quay về lại thùng chứa
trung gian trước máy nghiền, bột sắn với kích thước đạt yêu cầu được chứa
ở thùng chứa bột.
Bụi sinh ra sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc đặc biệt với sự hỗ trợ của
máy thổi khí.
2. Công đoạn hồ hóa – đường hóa.
Bột sắn sẽ được hòa trộn với nước sạch, hơi ngưng và dịch hèm loãng
sau ly tâm. Tinh bột sẽ được chuyển hóa/cắt mạch thành dextrin, đường đa
bởi enzyme Alpha amylaza ở nhiệt độ, áp suất và pH thích hợp.
Quá trình nấu sẽ sử dụng sự phun hơi trực tiếp. Dịch sau khi hồ hóa
sẽ được làm mát bởi thiết bị làm lạnh nhanh hoạt động ở điều kiện chân
không.
Dịch sau khi làm lạnh nhanh được cấp cho thùng đường hóa. Tại đây,
một phần dịch hèm loãng sau ly tâm cũng được bổ sung, dung dịch H
2
SO
4
điều chỉnh pH và enzyme Gluco-amylaza chuyển hóa dextrin, đường đa
thành đường Glucô.

3. Công đoạn lên men.
15
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Vogelbusch sử dụng công nghệ lên men liên tục. Kết quả của việc sử
dụng công nghệ như vậy sẽ giảm lao động, giảm lượng dung dịch CIP (kết
quả là giảm hóa chất và chi phí), công suất lên men tăng khoảng 130% so
với hệ thống lên men theo mẻ và làm tăng sản lượng ethanol.
Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn
lên men mà mỗi giai đoạn đó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị
lên men có liên hệ với nhau. Dòng dịch sẽ lần lượt chảy qua các thùng lên
men và giấm chín được lấy ra ở từ bồn cuối cùng.
Trong thiết kế dây chuyền này, quá trình lên men có thể thực hiện
gián đoạn bằng cách đóng các van kết nối giữa các thùng lên men để cách
ly các thùng với nhau. Khi đó từng thùng sẽ được nạp liệu và lấy giấm chín
ra một cách độc lập (lên men gián đoạn từng thùng).
4. Công đoạn chưng cất – tách nước.
Sử dụng công nghệ chưng cất đa áp suất, hệ thống chưng cất hệ thống
chưng cất này sử dụng nhiệt năng tối ưu hơn và do đó giảm lượng hơi tiêu
thụ.
Hệ thống các tháp gồm:
- Tháp cất I với khử khí một phần.
- Tháp cất II.
- Tháp khử Anđehyt.
- Tháp cất tinh I.
- Tháp cất tinh II.
16
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Các tháp hoạt động ở mức áp suất khác nhau để các tháp có thể được
gia nhiệt bởi hơi đỉnh của tháp khác.
Cồn từ khu vực chưng cất sẽ được gia nhiệt siêu tốc nhằm nâng nhiệt

độ lên khoảng 115
o
C và hóa hơi hoàn toàn. Sau đó hơi cồn sẽ được tách
nước bằng rây phân tử 3A. Sản phẩm cồn khan sẽ được đưa đi ngưng tụ,
làm mát và tồn chứa.
Sau một thời gian hấp phụ, tháp hấp phụ bị bão hòa và tháp được tái
sinh bằng một phần dòng hơi cồn khan đi ra khỏi tháp hấp phụ. Dòng hơi
cồn tái sinh có chứa nước sẽ quay trở lại khu vực chưng cất.
17
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
5. Công đoạn xử lý dịch hèm.
Dịch hèm thải từ tháp chưng cất được đưa đến máy ly tâm nhằm tách
bỏ các thành phần rắn lơ lửng. Dịch hèm loãng sau ly tâm, một phần sẽ hồi
lưu lại quá trình công nghệ, phần còn lại được đưa đi cô đặc bốc hơi.
Bã ẩm tách ra từ máy ly tâm sẽ được trộn với phần cặn đáy từ thiết bị
cô đặc, sau đó được đưa đi sấy làm thức ăn gia súc.
Hơi sinh ra từ thiết bị sấy, cô đặc sẽ được thu hồi và quay trở lại quá
trình công nghệ.
1.3.3.2. Công nghệ Praj.
Dây chuyền công nghệ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Độ [8].
Quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát dựa theo phương pháp chưng cất
bao gồm nghiền, loại bỏ cát đá, hồ hoá, lên men, và chưng cất - tách nước.
Xử lý nước thải theo phương pháp gạn lắng, xử lý bio-gas như là phương
pháp xử lý cơ bản và xục khí như là phương pháp xử lý lần hai.
18
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Khu công nghệ chính có thể được chia thành 5 mục chính như sau:
- Nghiền sắn và tách cát: Trong khu vực này, sắn lát được làm sạch, nghiền
và hoà bột để tạo thành dịch bột sắn (slury).
- Hồ hoá: Trong khu vực này, tinh bột được hồ hoá ở khoảng 115

o
C với sự có
mặt của enzym.
- Đường hoá và lên men “HIFERM-NM”: Trong khu vực này, dịch hồ hoá
đầu tiên được chuyển hoá thành đường, sau đó đường lên men được được
lên men đồng thời bởi nấm men khô hoạt động tạo thành ethanol
- Chưng cất “ECOFINE MPR”: Trong khu vực này, dịch bột sau khi lên men
được chưng cất trong hai hệ thống tháp chưng cất để tạo thành ethanol
ngậm nước 93% Trong trường hợp cần tăng nồng độ lên 95% thì sử dụng
hơi nhiều hơn
- Tách bã và xử lý nước thải theo phương pháp xử lý methanol ECOMET
XPD Dịch hèm được sản xuất như là một sản phẩm phụ của khu chưng cất,
được tách trong máy tách ly tâm để tạo thành bã ẩm và dịch hèm loãng.
1. Công đoạn hồ hóa.
Bột sắn được xử lý trong khu vực xử lý sơ bộ sắn để tạo thành dịch
bột. Cát cũng được loại bỏ trong giai đoạn xử lý này. Dịch bột này được sử
dụng làm nguyên liệu cho công đoạn hồ hóa. Dịch bột trong khu xử lý sơ
bộ sắn được hòa với dòng ra khỏi đáy tháp tinh.
Dòng dịch hèm tuần hoàn và dịch bột được hòa trộn trong thùng
chuẩn bị dịch. Nó được gia nhiệt đến 105
o
C. Dịch này được đưa vào thùng
hồ hóa đầu tiên. Trong thùng hồ hóa này, dịch bột được duy trì ở 85
o
C.
19
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Enzym hồ hóa được thêm vào cùng với enzym giảm độ nhớt. Sau khi
hồ hóa, dịch bột được làm mát và bơm đến khu vực đường hóa và lên men.
2. Công đoạn đường hoá và lên men.

Men giống được chuẩn bị trong bình chuẩn bị men bởi dịch bột đã
được tiệt trùng với men khô đã hoạt hóa. Nhiệt độ tối ưu được duy trì bằng
cách tuần hoàn qua thiết bị làm mát bằng nước. Các thành phần của bình
chuẩn bị men được chuyển đến thùng lên men sơ bộ.
Thùng lên men sơ bộ được làm đầy dịch bột và nạp các chất của
thùng nhân men. Mục đích của việc lên men sơ bộ có sục khí (aerated) cho
phép các tế bào nấm men phát triển nhiều hơn và giảm sự nhiễm khuẩn của
thùng nhân men. Khi các chất trong thùng lên men sơ bộ được chuyển đến
thùng nhân men chính, nồng độ của nấm men đã đủ cao về căn bản có thể
giảm được thời gian trễ liên quan đến sự phát triển của nấm men trong quá
trình lên men.
Enzym đường hóa được thêm vào trong thùng lên men. Chúng sẽ
chuyển hóa tinh bột thành đường. Ở đây cơ bản là sự chuyển hóa của
dextrin thành dextroza. Mục đích của quá trình lên men là chuyển các chất
có thể lên men được thành cồn.
pH của dịch bột được điều chỉnh cơ bản là nhờ dịch hèm tuần hoàn
(cũng là để cung cấp chất dinh dưỡng) hoặc là thêm axit vào. Nấm men có
hiệu lực trong một lượng vừa đủ để khởi đầu quá trình lên men nhanh và
kết thúc nó trong vòng 60 giờ.
Tại giai đoạn đầu của chu kỳ, thùng lên men được nạp liệu với dịch
bột và các chất của thùng lên men sơ bộ. Lên men là quá trình sinh nhiệt.
20
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Nhiệt sinh ra được loại bỏ bằng cách tuần hoàn làm mát trong thiết bị trao
đổi nhiệt bên ngoài. Bơm tuần hoàn cũng được cung cấp để bơm dịch đã
lên men (giấm chín) đến thùng giấm chín. Sau đó thùng lên men được làm
sạch với nước và dung dịch xút, và khử trùng cho mẻ tiếp theo.
3. Công đoạn rửa CO
2
.

CO
2
rút ra trong suốt quá trình lên men sẽ kéo theo một lượng
ethanol. CO
2
này được đưa vào thiết bị rửa CO
2
bằng nước và loại bỏ lượng
ethanol bị kéo theo.
4. Công đoạn chưng cất.
“ECOFINE MPR” là sơ đồ công nghệ đa áp suất với hai tháp chưng
cất. Các tháp này bao gồm các dòng:
- Tháp thô kết hợp tách khí ở đỉnh tháp: vận hành ở chân không
- Tháp tinh: vận hành ở áp suất dư
Dịch sau khi lên men được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ và
đưa vào đỉnh của tháp tách khí ở đỉnh của tháp thô. Một khu vực nhỏ được
cung cấp ở đỉnh của tháp thô gọi là tháp tách khí. Dấm chín được đưa vào
tháp này và dòng đi xuống tháp thô.
Hơi ở đỉnh tháp thô chứa ethanol được chuyển đến tháp tinh sau khi
ngưng tụ. Một phần nhỏ của dòng hơi này được nạp vào tháp tách khí.
Trong tháp tách khí các khí hòa tan cùng với một số tạp chất được tách ra ở
đỉnh của tháp. Hơi này được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ của tháp tách
khí và thành phần ngưng tụ được đưa đến khu vực thấp hơn của tháp tinh
để thu hồi ethanol.
21
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Phần còn lại của dấm chín tách ra khỏi dòng ethanol đi xuống dưới
tháp thô và lấy ra như dòng nước thải từ đáy của tháp thô. Tháp thô vận
hành ở chân không đảm bảo nhiệt độ vận hành thấp. Ở nhiệt độ thấp, độ
hòa tan của muối canxi cao hơn nên chúng không kết tủa trong tháp. Vì vậy

tháp thô ít đóng cặn hơn.
Tháp tinh được vận hành ở áp suất tăng. Hơi được đưa vào thiết bị
đun sôi đáy tháp, được cung cấp ở đáy tháp.
Cồn được làm giàu đi ra ở đỉnh và có nồng độ khoảng 95% v/v. Cồn
sau tinh chế đi ra khỏi tháp và được đưa đi lưu trữ.
Dòng dầu fusel từ tháp tinh được đưa đến thiết bị tách dầu fusel, nơi
mà dòng này được hoà tan với nước và lớp giàu dầu fusel được tách ra.
Nước rửa dầu fusel được tuần hoàn trở lại tháp.
Dòng nước tách ra từ đáy tháp thô một phần được tuần hoàn lại khu
vực lên men như là nước hoà tan và phần còn lại được đưa đến phân xưởng
xử lý nước thải.
22
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
5. Công đoạn tách nước.
Quá trình tạo thành cồn tinh chế thông qua lớp hút ẩm. Hai tháp hút
ẩm được cung cấp để cho phép vận hành liên tục: một tháp thực hiện quá
trình hấp phụ trong khi tháp kia tiến hành tái sinh.
Nguyên liệu là hơi quá nhiệt của tháp tinh, được gia nhiệt siêu tốc để
đảm bảo nhiệt độ vận hành, và tuần hoàn đến tháp rây phân tử 1 được giả
định là đang trong giai đoạn tách nước. Sau khi đi qua thiết bị làm khô, hơi
được ngưng tụ, làm mát và đưa đến bể chứa sản phẩm.
Một phần nhỏ của hơi sản phẩm được đưa đến tháp 2 đang trong giai
đoạn tái sinh, ở áp suất chân không, để tiến hành tái sinh.
Giai đoạn tái sinh hút hơi nước từ các mao quản của rây phân tử, giúp
cho tháp 2 sẵn sàng cho chu kỳ kế tiếp. Nồng độ dòng hơi thu hồi thấp,
được ngưng tụ và tuần hoàn trở lại tháp tinh.
6. Công đoạn ly tâm tách bã.
Quá trình tách được thực hiện bởi máy tách ly tâm liên tục để tách bã
ẩm. Dòng chất lỏng là dịch hèm loãng từ thiết bị tách được đưa qua phân
huỷ kỵ khí, theo sau là phân huỷ hiếu khí.

1.3.3.3. Công nghệ Applied Process Technology International - APTI
(Delta-T).
Đây là bản quyền công nghệ sản xuất Bio Ethanol nhiên liệu được áp
dụng đối với Nhà máy sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu Miền Trung. Công
nghệ này sẽ được trình bày chi tiết ở phần tiếp theo.
23
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1.3.4. Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol hiện tại ở Việt nam.
1.3.4.1. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất ethanol
Dây chuyền công nghệ của Applied Process Technology International
- APTI (Delta-T) [4].
Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol với nguyên liệu là sắn lát (cassava
chips), sắn lát được đưa đến khu vực nghiền, chuẩn bị dịch và tách cát, ở
đây sẽ tạo thành dung dịch bột đồng nhất (cassava slurry). Tinh bột trong
dung dịch bột được chuyển hóa thành đường có khả năng lên men dựa trên
hoạt động của các enzyme (công đoạn hồ hóa và nấu) và sau đó đường
được chuyển hóa thành Ethanol và CO
2
bởi hoạt động của men (công đoạn
lên men).
24
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Khí CO
2
thô sẽ được rửa sơ bộ bằng nước để tách lượng cồn bị cuốn
theo, sau đó CO
2
được đưa đến phân xưởng thu hồi và hóa lỏng CO
2
.

Dịch sau lên men (giấm chín) có nồng độ Ethanol thấp (9 ÷ 14%v/v),
cần phải loại bỏ tối đa lượng nước bằng phương pháp chưng cất, tinh luyện.
Tuy nhiên do hiện tượng điểm đẳng phí của hỗn hợp Ethanol và nước nên
sau công đoạn chưng cất Bio─Ethanol thu được chỉ đạt nồng độ 95-96
%v/v. Để sử dụng làm nhiên liệu, Bio─Ethanol tiếp tục được đưa qua công
đoạn tách nước để đạt nồng độ tối thiểu 99,8 %v/v.
Dịch hèm thải ra từ đáy của hai tháp chưng cất thô được đưa đến
Decanter (máy ly tâm) để tách các thành phần rắn có trong dịch hèm. Các
bước xử lý tiếp theo là sấy bã và xử lý nước thải có thu hồi Methane.
Hiệu suất của các công đoạn chính:
- Hiệu suất lên men: 94%
- Hiệu suất chưng cất: 99%
- Hiệu suất tách nước: 99,5%
- Hiệu suất tổng của nhà sản xuất chính (từ hồ hóa đến tách nước): 90,7%
25