quy trình công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu

ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
LỜI CẢM ƠN
Sau hơn 2 tháng làm việc, đến nay chúng em đã hoàn thảnh bản
đồ án. Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trong Ban chủ nhiệm Khoa
công nghệ thực phẩm và hóa học, Bộ môn quá trình và thiết bị đã tạo
điều kiện thuận lợi cho nhóm em thực hiện và hoàn thành đồ án này.
Trong quá trình nhóm em làm đồ án thì không tránh khỏi những sai sót
và em mong các thầy và cô trong khoa sẽ hiểu và thông cảm cho nhóm
của chúng em
Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo
ThS.Nguyễn Quốc Hải, người đã tận tình và hết lòng chỉ bảo để chúng
em có thể hoàn thành bản đồ án này.
Em cũng xin gởi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè và
người thân đã giúp đỡ động viên chúng em trong học tập và trong cuộc
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 1
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
sống. Những tình cảm quí báu đó đã giúp chúng em có được kết quả
ngày hôm nay.
Trân trọng
. .
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 2
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
LỜI NÓI ĐẦU
Việt Nam là một nước có nền kinh tế nông nghiệp là chủ yếu với thế mạnh là
trồng trọt và chăn nuôi đặc biệt là sản xuất lúa gạo. Hàng năm nước ta có kim ngạch xuất
khẩu gạo rất lớn, các ngành trồng trọt như rau, củ, quả, mía đường…cũng phát triển
không ngừng. Tất cả những yếu tố trên cho thấy đây là một nguồn nguyên liệu rất phong
phú, dồi dào và dư thừa của Việt Nam. Đây là điều kiện rất thuận lợi cho các ngành công

nghiệp sử dụng nguyên liệu là sản phẩm của ngành nông nghiệp, đặc biệt là các ngành
sản xuất nhiên liệu xăng dầu, cồn, nhiên liệu sinh học…
Trong khi đó tình hình xăng dầu thế giới hiện nay có nhiều biến động, các nước
có nguồn tài nguyên dầu mỏ dồi dào đã hạn chế khai thác gây ảnh hường tiêu cực đến
nền kinh tế toàn cầu. Đặc biệt là các nước đang phát triển phải chịu nhiều hậu quả nặng
nề, tình hình lạm phát gia tăng, ảnh hưởng đến chất lượng đời sống nhân dân. Song song
với những khó khăn đó là nguồn nhiên liệu dầu mỏ của nước ta ngày càng cạn kiệt theo
thời gian, do nước ta chỉ xuất khẩu dầu thô và nhập xăng dầu từ nước ngoài mà chưa có
nhà máy lọc dầu nào chính thức đi vào hoạt động.
Trước tình hình đó việc nghiên cứu sản xuất các nguồn nhiên liệu thay thế là một
việc làm cấp bách và quan trọng. Bên cạnh việc xây dựng các nhà máy lọc dầu tại Việt
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 3
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Nam, chúng ta cần nghiên cứu và xây dựng các nhà máy sản xuất nhiên liệu sạch như cồn
tuyệt đối, nhiên liệu sinh học… để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu dư thừa của nông
nghiệp, tạo công ăn việc làm, đảm bảo an ninh năng lượng cho phát triển kinh tế nước
nhà.
Nhìn chung, vấn đề cần đặt ra ở đây là phải có sự nghiên cứu thực nghiệm để đưa
ra một công nghệ hoàn thiện, tự động hoàn toàn và có khả năng áp dụng ở quy mô công
nghiệp trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã công bố và đã được ứng dụng trên thế
giới, áp dụng vào điều kiện của Việt Nam.
Đây là một đề tài có ý nghĩa thực tiễn và đáp ứng được phần nào về nhu cầu sử
dụng năng lượng hiện nay của đất nước.
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 4
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Mục Lục
LỜI CẢM ƠN 1
LỜI NÓI ĐẦU 3

Chương 2 29
Chương 4 48
Kết Luận
Tài Liệu tham khảo
Chương 1
TỔNG QUAN TÀI LIỆU
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 5
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
I. Mục đích đề tài
1. Tính thực tiễn của đề tài
Các nhà khoa học cho biết, chúng ta đang sống trong một giai đoạn lịch sử mới
cảu trái đất – kỷ nguyên loại người – khi chúng ta là nguồn lực chính của trái đất. Nhưng
hiện nay sự thành công thái quá của con người đã gây ra những áp lực chưa từng thấy cho
hệ sinh thái trái đất và đe dọa chính loài người . Theo các chuyên gia, chúng ta đang phải
đối mặt với sáu vấn đề có liên quan tới nhau và rất cấp bách:
- Lương thực: Cứ 6 người thì có một người bị đói và suy dinh dưỡng trong khi đó
quá trình công nghiệp hóa và dân số tăng đang làm giảm diện tích trồng cây lương thực
- Nước: Đến năm 2025, 2/3 dân số thế giới phải sống trong vùng thiếu nước sạch
- Năng lượng: Hiện nay nguồn năng lượng chính của chúng ta đến từ dầu mỏ và khí
đốt, trong khi đó nguồn nhiên liệu hóa thạch này đang khan hiếm dần và dự đoán sẽ hết
trong một tương lai rất gần
- Biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra trên toàn thế giới, nó có ảnh
hưởng rất lớn đến đời sống con người trên trái đất
- Đa dạng sinh học: Nhiều nhà khoa học cho rằng thế giới đang bước vào cuộc “đại
tuyệt chủng” lần thứ 6 do các vấn đề về ô nhiễm môi trường và tăng dân số
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 6
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
- Ô nhiễm: Các chất được cho là ô nhiễm đã có trong tự nhiên từ rất lâu nhưng hiện

giờ chúng đang có nồng độ cao đến mức báo động, nó đang gây ra nhưng thiệt hại và
biến đổi to lớn đối với con người và sinh vật trên trái đất.
Như trên đã nêu, năng lượng và ô nhiễm là hai vấn đề quan trọng cấp bách cần giải quyết
nhanh chóng
Thực tế cho thấy, cùng với sựu phát triển mạnh mẽ của nền đại công nghiệp thì
kéo theo là lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất lớn. Trong khi đó nguồn năng
lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, theo như dự báo của các nhà khoa học thì trữ
lượng xăng dầu của toàn thế giới chỉ đủ cho khoảng 50 năm nữa.
Mặt khác việc sử dụng các nguồn nhiên liệu hóa thạch làm cho môi trường bị ô
nhiễm nghiêm trọng. Việc đốt cháy nhiên liệu hóa thạch thải ra rất nhiều khí ô nhiễm như
COx, NOx, SOx, các hợp chất hydrocacbon… Gây nên nhiều hiệu ứng xấu đến môi
trường sống, ảnh hưởng lơn đến chất lượng cuộc sống
Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo và thân thiện với môi
trường là điều rất quan trọng và cần thiết. Bên cạnh việc sử dụng các nguồn năng lượng
như năng lượng thủy điện, năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời, năng lượng gió,
năng lượng thủy triều…Thì năng lượng có nguồn gốc sinh học đang rất được quan tâm.
Ethanol là nhiên liệu đi từ nguồn gốc sinh học đang được cả thế giới quan tâm. Và hiện
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 7
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
nay Ethanol được sử dụng như một phụ gia để pha vào xăng tạo thành một loại nhiên liệu
được gọi là gasohol hay gasoline – alcohol
Đặc biệt nước ta là một nước có nền kinh tế nông nghiệp là chủ yếu với thế mạnh
chính là các ngành trồng trọt và chăn nuôi đặc biệt là ngành trồng lúa gạo. Nước ta là
nước có sản lượng lúa gạo xuất khẩu đứng thứ hai trên thế giới với những năm gần đây
kim nghạch xuất khẩu gạo tăng liên tục. Bên cạnh đó ngành trồng trọt rau củ quả cũng
phát triển rất mạnh.
Tất cả các yếu tố trên cho thấy việc sản xuất Ethanol pha xăng từ các phụ phẩm
của sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là rất khả thi
Vì những lý do trên, đề tài “ Thiết kế tháp tinh luyện cồn khan dùng để pha xăng”

là công đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất cồn pha xăng có ảnh hưởng lớn đến chất
lượng của loại nhiên liệu mới này
2. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol trên thế giới
Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia ủng hộ cồn từ năm 1975, sử dụng
ethanol sản xuất từ bã mía để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20%, thậm chí có thể lên tới 30
– 40% dùng trong ngành vận tải. Hiện nay, Brazil là nước sản xuất và tiêu thụ ethanol lớn
nhất thế giới, ước tính gần 4 tỉ gallon ethanol được sử dụng chỉ riêng cho mục đích pha
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 8
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
vào xăng.
Hình 1.1 Thống kê về tỷ lệ sử dụng etanol và gasoline ở Braxin
Tiếp theo là Mỹ, bắt đầu thử nghiệm gasohol vào năm 1976 sau đợt khủng hoảng
năng lượng vào năm 1973. Từ năm 1978, Mỹ đã công nhận lợi ích của ethanol trong
nhiên liệu và dùng biện pháp giảm thuế đối với xăng pha cồn nhằm khuyến khích phát
triển thị trường nhiên liệu này.
Quốc hội Mỹ đã thông qua Luật năng lượng nhằm tăng sản lượng ethanol ổn
định trong 10 năm tới ở mức 500.000 thùng ethanol/ngày.
Ở các nước Châu Âu, Châu Mỹ, gasohol đã được sử dụng trong nhiều năm qua
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 9
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
với tỉ lệ cồn khoảng 10%
3. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol ở Việt Nam
3.1 Tình hình chung
Việc nghiên cứu xăng pha cồn ở nước ta cũng đã được tiến hành từ khá lâu và cũng
đã thu được những thành công cơ bản.
Tháng 9/2006, phòng Vật liệu Dầu khí thuộc Viện Khoa học Vật liệu Ứng dụng Tp
Hồ Chí Minh đã nghiên cứu và thử nghiệm thành công phương pháp dùng chất xúc tác
Zeolit 3A để loại bỏ nước lẫn trong cồn công nghiệp (95,0%) để thu được lượng cồn

tuyệt đối (99,5%). Đây là một nguyên liệu dùng để pha trộn thành nhiên liệu sạch -
gasohol (xăng pha cồn) có thể thay thế cho các sản phẩm xăng hiện có trên thị trường.
Nhìn chung vẫn chỉ dừng lại quy mô nhỏ và phòng thí nghiệm, hiện tại ở Việt Nam vẫn
chưa có có nhà máy sản xuất cồn tinh luyện ở quy mô công nghiệp.
3.2 Những khó khăn khi sử dụng gasohol ở Việt Nam

Cồn dùng pha chế xăng (fuel grade ethanol) phải là cồn khan, tức cồn có chứa
không quá 1% nước (theo Tiêu chuẩn ASTM D 4806). Ở Việt Nam hiện nay chưa có nhà
máy nào sản xuất được cồn khan như vậy. Theo ước tính của các chuyên gia, trong giai
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 10
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
đoạn khởi động để cộng đồng quen dần với việc sử dụng xăng pha cồn, hàng năm VN
cần khoảng 400 ngàn tấn xăng và 40 ngàn tấn cồn (tương đương khoảng 400 triệu lít
cồn). Thế nhưng hiện một trong những nhà máy mía đường lớn nhất của ta, nhà máy
đường Lam Sơn, Thanh Hoá, cũng chỉ có công suất 25 triệu lit cồn/năm.
- Cơ sở hạ tầng cho hệ thống cung cấp xăng pha cồn khác xa hệ thống cung cấp
xăng thông thường. Có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng xăng pha cồn, chẳng hạn
hỗn hợp này rất háo nước, trong khi đó Việt Nam lại là nước có độ ẩm cao, các bể chứa
thường chôn sâu dưới đất nên dễ hấp thụ hơi ẩm.
3.3 Hướng phát triển
-Việc nghiên cứu đầu tư công nghệ tiên tiến để xây dựng một nhà máy sản xuất
ethanol nhiên liệu là cần thiết, phù hợp với chương trình etanol nhiên liệu toàn cầu trong
nền kinh tế thị trường như hiện nay. Mặt khác, nó giải quyết được một số vấn đề yếu kém
tồn tại của nước ta hiện nay là:
-Nhiên liệu xăng và diesel đều phụ thuộc vào nguồn nhập khẩu với tổng nhu cầu
hàng triệu tấn một năm. Cùng với đà phát triển của nền kinh tế đất nước và quá trình hội
nhập, nhu cầu sử dụng nguyên liệu sẽ tăng với tốc độ lớn. Theo dự báo, đến năm 2020, ở
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 11
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB

GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Việt Nam nhu cầu sử dụng nhiên liệu đạt 20 triệu tấn/ năm, trong đó sản xuất trong nước
chỉ đáp ứng được khoảng 76% nhu cầu.
-Vì thế việc nghiên cứu các phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối, kết hợp với nghiên cứu
lựa chọn các hệ phụ gia phù hợp để sản xuất các loại nhiên liệu sinh học đáp ứng nhu cầu
sử dụng nhiên liệu ở Việt Nam, đảm bảo giảm ô nhiễm môi trường, phát triển nguồn tài
nguyên thực vật, đặc biệt là sử dụng nông sản và phế liệu công nghiệp chế biến nông sản
đáp ứng được an ninh năng lượng quốc gia.

II. Những đặc tính của cồn tinh luyện
1. Các phương pháp sản xuất cồn
1.1. Hydrat hóa ethylen
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 hydat hóa ethylen
trên xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho ethylen hợp nước ở
300
0
C áp suất 70 – 80 atm với xúc tác là axit photphoric:
H
2
C = CH
2
+H
2
O → CH
3
CH
2
OH
1.2. Phương pháp lên men

Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 12
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Ethanol sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng trong
công nghiệp, nhiên liệu… được sản xuất theo phương pháp lên men: quá trình này là
chuyển hóa đường thành ethanol bằng nấm men (người ta thường dùng loại
Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm khí, phản
ứng hóa học tổng quát được viết như sau:
C
6
H
12
O
6
→ 2 CH
3
CH
2
OH + 2CO
2
Quá trình nuôi cấy men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết đường người ta
lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ ethanol
2. Tính chất và ứng dụng của cồn
2.1. Tính chất vật lý
Ethanol là chất lỏng không màu, mùi thơm, dễ cháy, dễ hút ẩm, có độ phân cực
mạnh. Ethanol có thể hòa tan nhiều chất vô cơ cũng như hữu cơ nên được sử dụng làm
dung môi rất tốt. Ethanol dễ cháy và có thể tạo hỗn hợp nổ với không khí. Ethanol tạo
hỗn hợp đẳng phí với nước ở 89,4% mol, nhiệt độ sôi của hỗn hợp này ở 1 atm là 78,4
0
C

Nhiệt độ sôi của ethanol nguyên chất 78,39
0
C, tỷ trọng d
15
4
= 0,794, nhiệt dung
riêng đẳng áp C
p
(16
0
C -21
0
C) = 2,42 J.g
-1
.K
-1
, nhiệt cháy 1370,82 kJ/mol
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 13
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
2.2. Ứng dụng
Cồn là hỗn hợp Ethanol và nước có ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời
sống xã hội:
-Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương
-Trong y tế cồn là nguyên liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn còn làm chất
sát trùng
III. Cồn nhiên liệu
1. Lịch sử phát triển
Từ những năm 20 của thế kỉ XX cồn đã được nghiên cứu, sử dụng làm nhiên liệu
cho động cơ ôtô xe máy thay thế cho xăng dầu. Điển hình cho hướng đi tiên phong này là

Mỹ và Brasil. Tuy nhiên với việc phát hiện ra các mỏ dầu có trữ lượng lớn cùng với sự
phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp lọc hóa dầu đã sản xuất ra sản phẩm xăng dầu
chất lượng cao giá thành hạ đã làm cho cồn nhiên liệu bị đẩy lùi
Năm 1973 với cuộc khủng hoảng năng lượng thì vấn đề dùng cồn nhiên liệu lại
được đề cập nhưng phải đến đầu thế kí XXI hì hướng phát triển cồn nhiên liệu mới được
ưu tiên phát triển tuy vậy nó vẫn chỉ đóng vai trò thứ yếu so với các nhiên liệu hóa thạch,
nhưng trong tương lai nó có thể là nguồn năng lượng chính khí dầu mỏ cạn kiệt.
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 14
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Trên thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Tây Âu, Brasil, Trung Quốc, Nhật Bản
đang là các nước sản xuất cồn nhiên liệu nhiều nhất
2. Yêu cầu về chất lượng
Thực ra cồn cũng là hợp chất cacbuahydro như dầu mỏ nên có tính cháy nổ
tốt. Vì vậy về nguyên tắc với cồn khan 99,5% trở lên là có thể cho vào động cơ
chạy được, tuy nhiên cồn có nhiều đặc tính như ăn mòn kim loại, lăm hư các chi
tiết cao su hay nhựa trong động cơ nên nếu không cải tiến động cơ thì không thể
thay thế hoàn toàn xăng bằng cồn khan để chạy động cơ được.
Đối với ôtô, xe gắn máy thông thường chỉ được sử dụng xăng pha cồn với
nồng độ tối đa là 10% (xăng E10). Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổi
động cơ mà có thể chạy hoàn toàn bình thường so với việc dùng 100% xăng. Cồn
pha xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa về chất lượng, tùy theo quốc gia quy
định, sau đây là một số tiêu chuẩn điển hình
Bảng 1.1 Yêu cầu kỹ thuật của cồn nhiên liệu
STT Tên chỉ tiêu Giới hạn
1 Ethanol, % thể tích, min 92,1
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 15
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
2 Methanol, % thể tích, max 0,5

3 Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi,
mg/100ml, max
5,0
4 Hàm lượng nước, % thể tích, max 1,0
5 Hàm lượng chất biến tính (xăng,
naphta), % thể tích, min – max
1,96 – 5,0
6 Hàm lượng Clorua vô cơ, mg/l, max 32
7 Hàm lượng đồng, mg/kg, max 0,1
8 Độ axit (axit acetic), mg/l, max 0,007
9 Độ pH, min – max 6,5 – 9,0
10 Lưu huỳnh, mg/kg, max 30
11 Sulfat, mg/kg, max 4
12 Khối lượng riêng ở 15
0
C, kg/m
3
-
13 Ngoại quan Trong
3. Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 16
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Ethanol có chỉ số octane cao RON = 120 – 135, MON = 100 – 106, thường
được pha vào xăng với tỉ lệ 10%tt – 15%tt. Khi pha vào xăng do bản thân ethanol
có chỉ số octane cao nên nó cũng làm tăng chỉ số octane chung của xăng
Mặt khác, do bản thân quá trình cháy trong động cơ là cháy cưỡng bức trong
điều kiện thiếu oxy nên một số chất không cháy hoàn toàn và sinh ra CO gây độc
hại. Khi đưa ethanol vào thì sẽ có các ưu điểm sau:
- Đốt cháy hoàn toàn các chất trong hỗn hợp cháy nhờ có thêm oxy trong

ethnol giảm tiêu hao năng lượng do cháy không hết
- Oxy hóa các khí độc hại trong quá trình cháy lên số oxy hóa cao nhất ít độc
hại hơn với môi trường
Bên cạnh đó sử dụng ethanol pha xăng cũng có những nhược điểm:
- Ethanol khan rất háo nước do đó quá trình bảo quản sẽ khó khăn
- Ethanol khó bay hơi hơn phần nhẹ trong xăng nên khi nhiệt độ xuống thấp
sẽ khó khởi động động cơ
- Nước có trong cồn pha xăng có thể làm tách lớp
- Giá cồn hiện nay tương đối cao
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 17
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
- Ngoài nhược điểm trên, do ethanol chủ yếu được sản xuất từ nông nghiệp
nên cần phải cân đối hợp lý giữa việc sử dụng lương thực để làm nguyên liệu sản
xuất cồn và thực phẩm sinh hoạt
- Trong ngành công nghiệp sơn cồn dùng làm dung môi
- Trong công nghiệp hương liệu và nước hoa cồn dùn làm dung môi
- Trong hóa học cồn là chất trung gian sản xuất ra các hóa chất khác như: axit
acetic, andehyt acetic, etyl acetat…
- Dùng làm nhiên liệu pha xăng E10, E20, E85, E100…
IV. Các phương pháp sản xuất cồn nhiên liệu
Ethanol thu được sau quá trình lên men rỉ đường, tinh bột hoặc xenllulo có
nồng độ khoảng 10%tt – 12%tt. Để thu được cồn có nồng độ lớn hơn nồng độ tại
điểm đẳng phí thông thường phải trải qua các giai đoạn chính sau:
•
Giai đoạn 1: Sử dụng các phương pháp chưng cất thông thường để nâng cao
độ cồn tới gần điểm đẳng phí (96,4%tt)
•
Giai đoạn 2: Sử dụng các phương pháp đặc biệt khác để tinh chế, làm khan
cồn. Để làm khan cồn hiện nay người ta thường sử dụng các phương pháp:

Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 18
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải

Chưng luyện:
Chưng luyện đẳng phí
Trích ly muối rắn

Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng

Phương pháp hấp phụ
1. Phương pháp chưng luyện
1.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí
Nguyên tắc của phương pháp này là cho thêm cấu tử thứ ba vào hỗn hợp để
phá điểm đẳng phí, cấu tử thứ ba này sẽ tạo thành với cấu tử dễ bay hơi thành một
dung dịch đẳng phí có độ bay hơi lớn hơn và sản phẩm đáy tháp sẽ ở dạng nguyên
chất.
Cấu tử thứ ba thường dùng là Benzene, Clorofom, toluene…
1.2. Phương pháp trích ly với muối rắn
Trong một vài hệ nào đó khi độ hòa tan cho phép thì ta có thể hòa tan muối
vào trong pha lỏng, đúng hơn là thêm vào chất lỏng như là một tác nhân riêng cho
quá trình chưng luyện trích ly. Khi đó muối sẽ làm thay đổi thành phần hỗn hợp ở
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 19
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
trạng thái cân bằng mà không làm thay đổi hỗn hợp ở trạng thái đầu, đối với hệ
ethanol – nước khi thêm muối khan làm cho độ bay hơi thay đổi đáng kể
2. Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng
Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng lọc dựa trên nguyên tắc sử dụng
màng có khả năng hút nước cao, có khả năng thẩm thấu ngược để tách nước ra

khỏi hỗn hợp các cấu tử.
Bay hơi qua màng rất hiệu quả cho quá trình phân tách hỗn hợp lỏng ví dụ
như loại nước ra khỏi hỗn hợp ethanol – nước để sản xuất cồn cao độ. Kích thước
của màng phụ thuộc lưu lượng chảy qua màng. Phương pháp này màng lọc rất dễ
bị ngộ độc hay mất dần khả năng thầm thấu nên thường xuyên thay màng
3. Phương pháp hấp phụ (rây phân tử)
Rây phân tử (hay còn gọi là sàng phân tử) là quá trình sử dụng các chất hấp
phụ chọn lọc để phân riêng hỗn hợp có nồng độ thấp. Khi cho một hỗn hợp các cấu
tử có kích thước khác nhau đi qua chất hấp phụ thì cấu tử có kích thước nhỏ hơn
kích thước mao quản chất hấp phụ sẽ được giữ lại còn cấu tử có kích thước lớn hơn
sẽ đi ra ngoài và ta thu được dòng vật chất có nồng độ cao hơn. Lợi dụng tính chất
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 20
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
này của các chất hấp phụ người ta đã sử dụng để làm khan hỗn hợp ethnol – nước,
với chất hấp phụ thường dùng là zeolite, than hoạt tính, silicagel…
Kích thước động học của ethanol và nước được biết hiện nay là:

Kích thước động học của nước 2,57 A
0

Kích thước động học của ethnol 4,46 A
0
Do đó vật liệu hấp phụ có kích thước mao quản nằm trong khoảng 2,57 A
0
–
4,46 A
0
sẽ có khả năng làm khan được cồn và người ta thường dùng Zeolite 3A
hoặc 4A để làm chất hấp phụ. Tuy vậy vẫn chưa có kết luận cuối cùng nào cho

thấy zeolite 3A hay 4A có khả năng làm khan cồn tốt hơn. Khi nhả hấp phụ thì sẽ
dùng khí Nitơ nóng hoặc dùng trực tiếp cồn khan để nhả hấp…
Trong công nghệ làm khan cồn bằng chất hấp phụ lại được thực hiện bằng
rất nhiều cách: hấp phụ cồn dưới dạng hơi, cồn dạng lỏng, thực hiện hấp phụ bằng
hai tháp hay ba tháp, tháp tầng cố định hoặc tầng sôi…Dưới đây là sơ đồ công
nghệ của các phương pháp trên
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 21
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Hình 1.2. Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng hai tháp
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 22
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
Hình 1.3. Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng ba tháp

Ưu điểm
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 23
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
- Có thể nâng cao độ cồn lên tới 99,9% tt với phương pháp hấp phụ phù hợp
- Có thể thay thế các thông số vận hành trong khoảng rộng
- Không có các tác nhân độc hại
- Có thể sử dụng chất hấp phụ sau nhiều lần tái sinh
- Thiết bị cấu tạo đơn giản dễ vận hành

Nhược điểm
- Phương pháp này chỉ áp dụng với nồng độ đầu vào của cồn cao,thường là
ngay tại gần điểm đẳng phí. Bởi vì nếu lượng nước chứa trong hỗn hợp cồn nhiều
sẽ làm cho lớp hấp phụ nhanh chóng bị bão hòa năng suất sẽ thấp, quá trình tái
sinh tốn nhiều năng lượng.

V. Vật liệu hấp phụ Zeolite
1. Cấu trúc của zeolite
Zeolite là vật liệu xốp được biết đến đầu tiên vào năm 1756 bởi nhà khoáng
vật học người Thụy Điển A.F. Cronsteds. Zeolite tự nhiên được hình thành trong
quá trình hoạt động của núi lửa và là các Aluminosilicat tinh thể cấu trúc mao quản
rất đồng đều cho phép chúng sàng lọc những phân tử theo cấu trúc xác định. Hiện
nay có hơn 40 loại Zeolite được tìm thấy trong tự nhiên và có khoảng 100 loại
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 24
ĐỒ ÁN MÔN HỌC QT&TB
GVHD: ThS Nguyễn Quốc Hải
zeolite tổng hợp với kích thước mao quản nằm trong khoảng 3A
0
– 30A
0
. Kích
thước mao quản dùng để đặt tên cho vật liệu này và nó cũng là yếu tố quyết định
đến tính chất của zeolite. Thành phần cơ bản của zeolite như sau:
(M
+
)
x
.(AlO
2
)
x
.(SiO
2
)
y
.zH

2
O
Trong đó:
M: là cation bù trừ điện tích khung
x: là số cation bù trừ điện tích
z: Số phân tử nước kết tinh trong Zeolite
2. Phân loại Zeolite
2.1. Phân loại theo kích thước mao quản
Theo kích thước mao quản thì zeolite được chia làm ba loại sau đây:
- Zeolite mao quản rộng: đường kính mao quản lớn hơn 8A
0
- Zeolite mao quản trung bình: đường kính nằm trong khoảng 5A
0
– 8A
0
- Zeolite mao quản nhỏ: đường kính mao quản nhỏ hơn 5A
0
2.2.Phân loại Zeolite theo tỉ lệ Si/Al
Tùy thuộc vào hàm lượng Si và Al có trong thành phần zeolite mà chúng
được phân loại như sau:
Thực hiện: Nhóm 5 DH10H2 Page 25