Thiết kế bình phản ứng sản

Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Mục Lục

LỜI NÓI ĐẦU
Đã từ rất lâu, dầu mỏ luôn giữ một vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế
của mỗi quốc gia. Hơn 90% lượng dầu mỏ khai thác được phục vụ cho nhu cầu năng lượng
như xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lò… Có thể nói dầu mỏ là nền
tảng của sự tăng trưởng và phát triển kinh tế của bất kì một quốc gia nào.Trong những năm
gần đây, với sự leo thang của giá xăng dầu gây nhiều tác động tiêu cực đến nền kinh tế thế
giới. Vì vậy việc tìm kiếm những nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để thay thế một
phần xăng dầu trở thành một vấn đề cấp thiết và được nhiều quốc gia quan tâm. Một trong
những hướng đi hiệu quả là sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng chỉ số octane, vừa
làm giảm ô nhiễm môi trường nên xăng pha cồn ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế
giới.
Ngày nay thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng về năng lượng. Theo dự báo của
các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng lượng hóa thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 40 – 50
năm nữa. Để đảm bảo an ninh năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và khí nhà kính,
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp, các nghiên cứu về sản xuất các nhiênliệu
thay thế, trong đó có nhiên liệu sinh học đang được phát triển mạnh mẽ. Bio–ethanol hay còn
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 1
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

gọi là cồn sinh học, một dạng nhiên liệu được sản xuất bằng con đường sinh học, chủ yếu
bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa
thành đường đơn. Ngoài ra, ethanol sinh học còn được sản xuất từ cây cỏ có chứa hợp chất từ
cellulose (celluloic ethanol).
Việt nam là một nước nông nghiệp có nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol là rất phong
phú và đa dạng. ở nước ta sở hữu hai đồng bằng rộng lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng
bằng Sông Cửu Long. Đây là vùng sản xuất nguyên liệu lí tưởng, là tiền đề cho sự ra đời của
nhà máy sản xuất ethanol từ tinh bột và cellulose (tinh bột sắn, gạo, rơm rạ…).Với những cấp
thiết của việc phát triển nguồn nguyên liệu sinh học, cũng như nhu cầu sử dụng nguồn nguyên
liệu sinh học hiện nay. Từ những cơ sở đó, em được giao đề tài “ Thiết kế bình phản ứng
sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn, năng suất 1 tấn tinh bột/ ngày”.

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ- KỸ THUẬT
1.1. Tình hình phát triển của nhiên liệu sinh học

1.1.1. Vài nét về lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol sinh học.
Trong thời gian đầu khi ethanol được sản xuất thì chủ yếu dùng trong y tế, trong mỹ
phẩm, dùng làm dung môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu sử dụng cho
động cơ đốt trong và được sử dụng phổ biến ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada,
Brazil… Ethanol là cấu tử phối trộn trong xăng để làm tăng chỉ số octane của xăng và
giúp tránh hiện tượng cháy nổ của nhiên liệu. Trước đây, để tăng chỉ số octane, người ta
thường dùng Tetra etyl chì nhưng hiện nay nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn
thương cho hệ thần kinh trung ương, gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu cho chúng ta
thấy dùng nhóm phụ gia là hợp chất hữu cơ chứa oxy như: methanol, ethanol… Khi pha
vào xăng sẽ làm tăng chỉ số octane của xăng, làm xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải các
khí gây ô nhiễm. Mặt khác, công nghệ sản xuất cũng không phức tạp, giá thành tương đối
rẻ, thị trường dễ chấp nhận
Ngày nay có thể thấy ethanol sinh học hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch. Ethanol đựơc dùng 2 dạng cụ

thể sau:
+ Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15%. Với tỉ lệ này thì không cần thay
đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ xăng. Tuổi thọ, độ bền của động cơ không hề thay đổi.
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 2
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

+ Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ đốt
trong có cải tiến về mặt kỹ thuật của một số động cơ.[1]
1.1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol hiện nay trên thế giới.
1.1.2.1. Tình hình sản xuất
Hiện nay ethanol được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, đi từ các nguồn
nguyên liệu khác nhau và khá là phong phú. Trong đó phải kể đến một số công nghệ sản
xuất phổ biến sau.
+ Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: ethanol được tổng hợp bằng phương pháp hoá
học, thời gian sản xuất nhanh.
+ Công nghệ tổng hợp ethanol hóa dầu bằng phương pháp hydrat hóa hoặc cacbonyl hoá.
Hydrat hoá sử dụng đối với khí etylen:
CH2=CH2 + H2O → C2H5OH
Cacbonyl hóa sử dụng đối với methanol:
CH3OH + CO + 2H2 → C2H5OH + H2O
+ 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 ép quả, nước thải men bia, ngô, sắn, mùn,
gỗ...

(C6H10O5)n + n H2O → nC6H12O6 + 2C2H5OH + 2CO2 + Q
Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành hai công đoạn là công
đoạn lên men nhằm sản xuất ethanol có nồng độ thấp và công đoạn làm khan để sản xuất
ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng.
1.1.2.2. Tình hình sử dụng ethanol trên thế giới
Hiện nay, tình hình sử dụng ethanol trên thế giới đang có nhu cầu tăng nhanh và phát
triển rất mạnh mẽ, tiêu biểu ở một số quốc gia
+ Ở Brazil: sản lượng tiêu thụ ethanol đạt tới 14-15 triệu tấn/năm và đứng đầu thế giới.
+ Tại Mỹ: Hình thành vành đai nông nghiệp gồm nhiều ban chuyên sản xuất ngô, làm
nhiêu liệu cho hơn 50 nhà máy sản xuất ethanol sinh học với sản lượng tiêu thụ 13 triệu
tấn/năm.
+ Ở Các nước như: Canada, Mexico, Pháp, Thụy Điển, Úc, Nam Phi, Trung Quốc... đều
đã có từng bước phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học mạnh mẽ, chủ yếu là
nhiên liệu hóa thạch pha ethanol sinh học.
+ Tại Đông Nam Á, Thái Lan là nước đứng đầu về sản xuất và sử dụng ethanol làm nhiên
liệu, khoảng 1,5-1,6 triệu tấn/năm.[2]
1.1.3. Tình hình sản xuất và khả năng sử dụng ethanol nhiên liệu ở nước ta.
Ở nước ta, công nghệ sản xuất ethanol sinh học còn rất đơn giản và lạc hậu. Ngành sản
xuất ethanol sinh học mà nguồn nguyên liệu chủ yếu đi từ tinh bột (sắn, ngô, khoai…) và
từ rỉ đường. Hoàn toàn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu chứa
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 3
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cây cỏ…). Sản phẩm chủ yếu là ethanol thực phẩm (nồng độ
40% đến 45%) và cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến 96%), một lượng nhỏ được
làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%).
Ngày 09/03/2007 Petrosetco (thuộc PetroVietnam) ký kết thỏa thuận hợp tác thành lập
liên doanh xây dựng nhà máy sản xuất ethanol sinh học đầu tiên tại Việt Nam với tập
đoàn Itochu của Nhật Bản. Toàn bộ sản phẩm của nhà máy là cồn 99,8% sẽ cung ứng cho
thị trường trong nước để pha vào xăng, phục vụ cho các hoạt động công nghiệp và giao
thông vận tải. Với công suất 100 triệu lít ethanol/năm, liên doanh giữa Petrosetco &
Itochu mới đáp ứng được 1/7 nhu cầu hiện tại.

Trong tương lai Petrovietnam sẽ xây dựng ít nhất 6 nhà máy nữa với nguồn nguyên liệu
đầu vào không chỉ là sắn lát mà còn từ mật rỉ, ngô và gạo. Có thể nói việc ra đời liên doanh
giữa Petrosetco & Itochu trong dự án này là bước ngoặt quan trọng mở đường cho sự phát
triển của xăng pha cồn nói riêng và nhiên liệu sinh học nói chung ở Việt Nam . Không lâu
sau lễ ký liên doanh giữa Petrosetco & Itochu, Việt Nam đã có thêm một nhà máy sản xuất
ethanol khan nữa.[3]
Ngày 20/11/2007, Thủ Tướng Chính Phủ đã chính thức phê duyệt “Đề án phát triển nhiên
liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, trong đó đưa ra mục tiêu đến 2010
sản xuất 100.000 tấn xăng E5/năm và 50.000 tấn B5/năm, đảm bảo 0,4% nhu cầu nhiên liệu
cả nước và đến năm 2025 sẽ có sản lượng hai loại sản phẩm này đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị
trường nội địa. Đề án cũng đưa ra 6 giải pháp quan trọng nhằm phát triển năng lượng sinh
học và kiến lập thị trường để đưa ngành này từng bước hội nhập với thế giới.
Để thực hiện chiến lược này, PetroVietNam dự kiến từ 2011 đến 2015 sẽ đưa 3 nhà máy
ethanol sinh học ở Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước vào hoạt động với tổng công suất
230.000 tấn/năm và từ sản phẩm này sẽ pha thành nhiên liệu E5-E10, đáp ứng khoảng 20%
tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học cả nước. Từ năm 2008 đến nay Việt Nam đã có 4 dự án
sản xuất ethanol sinh học từ sắn lát hoặc rỉ đường để trộn với xăng thành gasohol. Mẻ cồn
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 4

năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

đầu tiên của Công ty cổ phần Đồng Xanh (Quảng Nam) đạt 120.000 lit/ngày đã ra lò vào
tháng 10/2009, góp phần đưa tổng sản lượng cồn của Việt Nam trong năm này đạt 50 triệu
lit/năm. Tuy nhiên giá cồn trên thị trường trong nước đã tăng từ 5000 đồng/lit năm 2001 lên
13.000 đồng/lit năm 2010, trở thành cao hơn giá bán trong khu vực. Sở dĩ có tình trạng này
vì quy mô sản xuất nhỏ, công nghệ lạc hậu, chưa sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác rẻ
hơn, chưa tận dụng các phụ phẩm đẻ hạ giá thành sản phẩm.[4]
Ngày 12/04/2007 vừa qua, công ty Đồng Xanh hợp tác với UBNN tỉnh Quảng Nam tiến
hành khởi công xây dựng nhà máy sản xuất ethanol 99,5% tại Đại Tân, Đại Lộc, Quảng
Nam.[5]
1.2. lợi ích và hạn chế của việc sử dụng ethanol sinh học.
1.2.1. lợi ích
Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp tình thế nhằm làm tăng chỉ
số octane của xăng, thay thế cho những phụ gia gây ô nhiễm môi trường sinh thái, mà còn
đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồn năng lượng có khả năng tái
tạo được (Energie renouvelable).
• Lợi ích về kinh tế:
Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển vì ethanol
được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuất ethanol là tinh
bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây là nguồn nguyên liệu
dồi dào trong tự nhiên, tạo ra nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao động ở nông thôn, giải
quyết được lượng lương thực bị tù đọng và đặc biệt khuyến khích được tinh thần lao động
sản xuất của người dân.
- Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nói riêng giúp cho các

quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình. Nước nào càng có nhiều xăng
sinh học thì càng ít phụ thuộc vào nước khác và từ đó có thể phát triển nền kinh tế của
•

mình một cách bền vững.
Lợi ích về môi trường.
Việc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính. Vì vậy nó
được mệnh danh là “xăng xanh”. Theo các tính toán cho thấy: nếu thay thế việc đốt một lít
xăng bằng một lít ethanol thì sẽ giảm 40% lượng phát sinh khí CO2 vào khí quyển giúp môi
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 5
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

trường được xanh, sạch hơn. Khi đốt ethanol sự cháy xảy ra hoàn toàn hơn so với khi đốt
xăng. Ta thường thấy trong các động cơ xăng thường xuất hiện các bụi bẩn chính là do các
hydrocacbon cháy không hết. Điều đó phải tốn thời gian lau chùi, sửa chữa động cơ. Khi
pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm
môi trường. Hơn nữa, ethanol được điều chế từ sản phẩm nông nghiệp sẽ làm tăng diện tích
đất trồng cây. Điều này có nghĩa làm tăng diện tích lá phổi xanh của trái đất lên [6].
1.2.2. Hạn chế khi sử dụng nhiên liệu ethanol.
Hạn chế cơ bản của ethanol nhiên liệu là tính hút nước của nó. Ethanol có khả năng hút
ẩm và hoà tan vô hạn trong nước. Do đó gasohol phải được tồn trữ và bảo quản trong hệ
thống bồn chứa đặt biệt. Về hiện tượng gây ô nhiễm: tuy giảm các hàm luợng các chất gây ô

nhiễm như HC, CO nhưng lại gây ra một số hợp phần khác như các andehyt, NOx cũng là
những chất gây ô nhiễm. Do nhiệt trị của ethanol nói riêng (PCIethanol =26,8 MJ/kg) và các
loại ancol khác nói chung đều thấp hơn so với xăng (PCIxăng =42,5 MJ/kg) nên khi dùng
ethanol để pha trộn vào xăng sẽ làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng. Tuy
nhiên sự giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít . Tóm lại, việc sử
dụng gasohol có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những mặt hạn chế. Tuy nhiên khi phân tích
tương quan giữa các mặt lợi và hại người ta vẫn thấy mặt lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến
lược hơn.[7]

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 6
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1.Tổng quan về tinh bột, tinh bột sắn
2.1.1.Tổng quan về tinh bột
2.1.1.1.Đặc điểm của tinh bột .
• Tinh bột là một polysacrit màu trắng, thường tồn tại ở trạng thái rắn, không tan trong

nước ở nhiệt độ thường. Tan được trong nước nóng tạo thành dung dịch keo. Thường tập
trung chủ yếu trong hạt, củ, thân cây và lá cây.
• Tinh bột có công thức hóa học là: (C6H10O5)n. Là một polysacarit carbohydrates chứa hỗn
hợp amyloza và amylopectin.
* Amyloza.

- Amyloza là polime có mạch không phân nhánh, phân tử khối khoảng 3x105- 106 đvC.
- Trong amyloza các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kiết 1-4.
- Amy
loza có mạch dài, liên kiết với nhau rất chặt chẽ nên khó bị phá vỡ và trương ra.

Hình 2.1. Cấu tạo của mạch amylose
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 7
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

* Amylopectin
- Amylopectin cũng là polime nhưng có mạch phân nhánh, phân tử khối khoảng 5 x104- 106
đvC.
- Trong amylopectin các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết 1-4 và liên kết 1-6.
- Amylopectin có cấu tạo mạch nhánh ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu, do
đó độ bền vững trong phân tử yếu.

Hình 2.2. Cấu tạo của mạch amylopectin
• Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa

học khác nhau. Chúng đều là các polymercarbohydrat phức tạp của glucose (công thức
phân tử là (C6H12O6). Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ như:
ngũ cốc. Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất
trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài sử

dụng làm thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu,
băng bó xương. Tinh bột được tách ra từ hạt như lúa, ngô, lúa mì, từ rễ và củ như: sắn,
khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp.
2.1.1.2.Hình dạng, kích thước hạt tinh bột
• Hình dạng, kích thước.

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 8
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Tinh bột tồn tại trong cây và các loại củ dưới dạng hạt với hình dạng và kích thước
khác nhau. Tùy theo loài cây và tùy theo độ trưởng thành của cây mà hình dáng và kích
thước thay đổi, về hình dáng thì có thể có dạng hình cầu, hình trứng, hình nhiều góc…
Kích thước của hạt tinh bột có thể từ 1-100µm.

•

Các loại hạt tinh bột hay gặp
- Hạt hình trứng hay hình thận
Tinh bột khoai tây chế từ củ cây khoai tây - Solanum tuberosumL, thuộc họ Cà Solanaceae. Hạt tinh bột hình trứng, kích thước trung bình 50µm nhưng có hạt lớn đến
80-100µm.
Tinh bột đậu, chế từ hạt của nhiều loại đậu - Phaseolus spp, họ Đậu - Fabaceae. Hạt
hình trứng hay hình thận, kích thước trung bình 35µm.
- Hạt hình đĩa hay hình thấu kính : Tinh bột mì chế từ hạt của cây lúa mì - Triticum

vulgareL., họ Lúa - Poaceae, kích thước hạt lớn đến 30µm, hạt bé 6-7µm. Tùy theo vị trí
nhìn mà thấy hình tròn hoặc hình thấu kính lồi 2 mặt

- Hạt hình nhiều góc
+ Tinh bột gạo chế từ hạt cây lúa - Oriza sativaL, họ Lúa - Poaceae. Hạt nhiều góc nhỏ,
kích thước từ 4-6µm, thường được kết thành đám.
+ Tinh bột ngô ( bắp), chế từ hạt cây ngô - Zea maysL, họ Lúa - Poaceae. Hạt nhiều góc,
rốn hạt ở giữa rất rõ, kích thước 15-30µm.
2.1.2 Tổng quan về tinh bột sắn
2.1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây sắn

 Thân: thuộc loại cây gỗ có chiều cao trung bình 1,5m, có khi cao 2 - 3m, giữa thân có
lõi trắng và xốp nên rất yếu. Đường kính ở gốc thân biến động từ 2÷6cm. Thân có thể
phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ vào giống.

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 9
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Hình 2.3. Hình ảnh thân cây sắn và cấu tạo của thân sắn
•

Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau. Thông thường thân non có
màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổi thành màu vàng

tro hay xám lục.

•

Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại. Chiều dài
lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân.
• Cấu tạo của thân gồm các phần chính:
- Tầng biểu bì (lớp bần): mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, có nhiệm vụ bảo
vệ các phần trong thân.
- Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ.
- Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): cứng, ở giữa có lõi thẳng giúp cây sắn cứng
và đứng thẳng được.
- Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa thân, chứa nhiều
khí và nước.
 Lá thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen

kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn ốc. Cuống lá dài từ 9 đến 20cm có màu xanh, tím
hoặc xanh điểm tím.

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 10
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Hình 2.4. Lá sắn và cấu tạo của lá sắn

 Hoa là hoa đơn tính có hoa đực và hoa cái trên cùng một chùm hoa. Hoa cái không

nhiều, mọc ở phía dưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây luôn luôn được thụ phấn
của cây khác nhờ gió và côn trùng.
 Quả là loại quả nang, có màu nâu nhạt đến đỏ tía, có hình lục giác, chia thành ba ngăn,
mỗi ngăn có một hạt, khi chín, quả tự khai.
 Rễ mọc từ mắt và mô sẹo cuả hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất.
Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ.
 Củ khoai mì hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25-200 cm, trung bình khoảng 40-50
cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2-25 cm, trung bình 5-7cm. Nhìn chung, kích thước
cũng như trọng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất.

Hình 2.5. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn
• Cấu tạo của củ sắn bao gồm:
- Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi:
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 11
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

+ Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn. Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàng sẫm hay nâu tùy
thuộc loại giống. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cenlulloza và hemicenlulloza, hầu như
không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho củ ít bị tác động từ bên ngoài.
Vỏ gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5÷3% khối lượng toàn củ.
+ Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi mềm,

ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụng lượng bột này khi
chế biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi. Trong mủ
chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,…
- Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là
xenluloza. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng
thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.
- Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ
yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở thịt củ tuy
không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng vẫn gây trở ngại
khi chế biến như làm biến màu.
2.1.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột sắn

- Tinh bột là thành phần quan trọng của củ sắn, nó quyết định đến giá trị sử dụng của
của sắn. Hạt tinh bột sắn có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ. Có đường kính 35
micormet.
- Ngoài ra trong tinh bột sắn còn chứa các chất khác như: chất đạm, muối khoáng, lipit,
chất xơ và một số vitamin nhóm B như B1, B2...
 Dưới đây là bảng tổng hợp thành các chất có trong 100g tinh bột sắn.

Nước

protein

lipit

Tinh
bột

60-62
g

0.8-2.5
g

0.20.3 g

18-25 1.1-1.7 g
g

Vitamin và muối khoáng

cellulose

Ca(mg)
18.822.5

P(mg)
22.525.4

B1(mg)
0.02

B2(mg)
0.02

2.2. Giá trị sử dụng, giá trị dinh dưỡng của tinh bột sắn
2.2.1. Giá trị sử dụng.

Trước hết, tinh bột sắn được chế biến từ khoai mì có khả năng thay thế trực tiếp một
phần khẩu phần gạo của nhân dân ta. Đó là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo

quản cũng tương đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 12
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

khác như khoai mì lát, miếng khoai mì… Với nhu cầu của công nghệ, khoai mì là nguồn
nguyên liệu trong các ngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa
chất hay men thực vật để chuyển hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay
glucoza. Rượu và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Khoai mì còn
là nguồn thức ăn tốt để cung cấp cho gia súc
2.2.2. Giá trị dinh dưỡng

Khoai mì và tinh bột chế biến từ khoai mì có giá trị dinh dưỡng cao như khoai tây,
khoai môn, khoai lang…do hàm lượng protein thấp nhưng nó chứa nhiều cacbonhydrat
là nguồn cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể. Nó còn là một nguồn tốt để cung cấp
Kali và chất xơ. Khoai mì giúp duy trì quá trình cân bằng hàm lượng nước trong máu.
Chất xơ giúp ngừa táo bón, làm hàm lượng Cholesterol trong máu, ngăn ngừa những
bệnh về tim mạch. Vì củ mì chứa ít protein và chất béo nên khi dùng khoai mì trong
khẩu phần ăn nên bổ sung thêm các loại thực phẩm giàu protein và lipit để khẩu phần
được cân đối

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
3.1. Sơ đồ công nghệ
Nguyên liệu

(tinh bột sắn)
Làm sạch

Nghiền

Nấu sơ bộ
(To = 80-85oC)

Enzyme Termamyl
Enzyme spirit

Đường hóa

(To= 60-62 OC)
Làm nguội
(To=30-32oC)

H2SO4; Na2SiF6
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Lên men
Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 13
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Thu hồi CO2

Men
giống
PTN

Men
giống
sản
xuất

Giấm chín

Chưng cất, tinh
chế

Cồn công nghiệp

Tách nước

Cồn khan(ethanol)

3.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ
3.2.1 Làm sạch
3.2.1.1. Mục đích
Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong
nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất, thuận lợi cho quá
trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
3.2.1.2. Tiến hành làm sạch
Nguyên liệu sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung làm sạch để loại bỏ
bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém…
Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn rung

thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung và được đưa ra ngoài. Phần nguyên liệu
có kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ lưới nên được giữ lại trên sàng rung. Cuối
sàng rung đặt một nam châm điện để tách bỏ kim loại lẫn trong nguyên liệu.
Hình 3.1. Sàng rung

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 14
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Hình 3.1. Sàng rung
3.2.2. Nghiền nguyên liệu
3.2.2.1. Mục đích
Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi
các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa
tan tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa, hồ hóa.
3.2.2.2. Các phương pháp nghiền
Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau như máy nghiền búa,
máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc…
• Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa.

Hình 3.2. Máy nghiền búa
3.2.2.3. Hoạt động của máy nghiền búa

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 15
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Sắn lát đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1). Sắn lát được nghiền nát nhờ
lực va đập của sắn và búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền và do sự cọ xát giữa
các lát sắn với nhau. Búa được lắp trên đĩa treo búa (4) gắn trên trục quay (5), các búa
được treo cách đều nhau. Sắn lát sau khi được nghiền đạt kích thước yêu cầu lọt qua lưới
(3) ra ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, với những phần nghiền chưa đạt yêu
cầu nằm trên lưới và tiếp tục được búa nghiền cho đến khi có kích thước đủ nhỏ lọt lưới ra
ngoài. Sau khi nghiền kích thước của bột sắn khoảng 1,5 mm.
3.2.3. Nấu
3.2.3.1. Mục đích
Mục đích của quá trình nấu la nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trong nội nhũ của
hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện
thuận lợi cho hệ emzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đường hóa, biến tinh bột thành
đường lên men càng triệt để càng tốt.
3.2.3.2. Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu
a) Sự trương nở và hòa tan tinh bột
Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước
rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối lượng. Tinh bột
được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. Nhiệt độ ứng
với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa.
b) Sự biến đổi Xenluloza và Hemixenluloza

Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân.
Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C 5) một phần có thể bị thủy
phân. Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác
dụng của men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động của ion H +) tạo
ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza, arabinoza).
c) Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 16
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu. Khi
nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành dextrin và
đường maltoza.
Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn
đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao đường
sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,…gây sẫm màu và giảm
chất lượng khối nấu. Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi trong quá trình nấu.
3.2.3.3 Các phương pháp nấu
3.2.3.3.1 Nấu gián đoạn
Đặc điểm của phương pháp này là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong một nồi.
Phương pháp này có ưu điểm là tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, nhưng có
nhược điểm là tốn hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp suất và nhiệt độ cao
nên gây tổn thất đường nhiều.

3.2.3.3.2. Nấu bán liên tục.
Đặc điểm của phương pháp là nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và chia thành
nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm. Phương pháp có ưu điểm là giảm được thời gian
nấu, áp suất, nhiệt độ do đó giảm được tổn thất và tăng hiệu suất đến 7 lít cồn/tấn tinh bột.
Nhờ sử dụng hơi thứ vào nấu sơ bộ nên tiết kiệm 15 đến 30% lượng hơi dùng cho nấu.
Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị.
3.2.3.3.3. Nấu liên tục.
Trong ba phương thức nấu trên, nấu liên tục ngày càng phổ biến vì có nhiều ưu điểm hơn
cả như:
- Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao mà không ảnh
hưởng tới khả năng làm việc của thiết bị. Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian nấu
ngắn nên giảm được tổn thất đường do cháy. Nhờ đó hiệu suất rượu tăng 5 lít so với nấu
bán liên tục và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn.
- Năng suất riêng của 1 m3 thiết bị tăng 7 lần.Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm 50%
so với bán liên tục.
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 17
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
- Tốn ít diện tích đặt thiết bị.
- Tuy nấu liên tục có nhiều ưu điểm nhưng đòi hỏi các điều kiện nghiêm ngặt:
+ Nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ, bột nằm trên mặt rây có đường kính d=3mm không
vượt quá 10%. Bột lọt qua rây có đường kính d=1mm lớn hơn 40%.

+ Việc cung cấp điện nước yêu cầu phải ổn định.
3.2.4. Đường hóa
3.2.4.1. Mục đích
Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa trong quá trình nấu
thành đường lên men được, quyết định hiệu suất lên men, khâu này là khâu then chốt trong
sản xuất cồn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan
trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa.
3.2.4.2. Tiến hành
Quá trình đường hoá dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục.
- Ta chọn phương pháp đường hóa liên tục tác nhân đường hóa enzyme amylaza.
- Dịch cháo từ nồi nấu theo ống dẫn cháo vào thiết bị làm nguội ống lồng ống. Ở đây dịch
cháo đi trong ống còn nước làm nguội đi bên ngoài ống thực hiện quá trình trao đổi nhiệt
làm cho nhiệt độ của dịch cháo giảm xuống t o=60÷620C. Sau đó dịch cháo liên tục đưa vào
thùng đường hóa. Quá trình đường hóa có bổ sung dịch enzyme Spirit và H 2SO4 nhờ bộ
phận phân phối. Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút, sau đó dịch đường được làm
lạnh đến nhiệt độ lên men. Quá trình làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được
thực hiện trong thiết bị làm nguội ống lồng ống. Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì
10% dịch đường được đưa sang phân xưởng nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa
vào thùng lên men.
3.2.5. Lên men
3.2.5.1. Mục đích
Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrin thấp phân tử
trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ hoạt động của nấm
men. Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao,
aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men.
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 18
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày

Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

3.2.5.2. Tiến hành
Chuẩn bị giống:
Ống giống gốc
ống nghiệm 10mL
bình nuôi 100mL
bình cầu 1000mL
bình 10L
thùng 100L
thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu

+ Từ ống gốc đến 10L thường thực hiện trong phòng thí nghiệm
Môi trường nuôi cấy ở 10mL, 100mL: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn này thường dùng
malt đại mạch.
+ Từ 10L thực hiện trong phân xưởng sản xuất
- Thao tác thực hiện: Men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có men
giống và đã chuẩn bị môi trường xong, ta tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi
trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10 ml. Sau đó nuôi trong tủ ấm, duy trì nhiệt
độ 28 ÷320C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ.
Sau thời gian đó thì ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml
cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp
tục, chuyển sang nuối cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị
lớn hơn.
-Tiến hành lên men:
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 19
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Sử dụng phương pháp lên men liên tục:

Hình 3.3. Sơ đồ lên men liên tục
Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính,
luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dung dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ
chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín.
Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giống nấm men cấp
2, một thùng lên men chính và có khoảng 6÷8 thùng lên men tiếp theo. Thùng nhân giống
cấp 1 được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp 2
cũng được đặt cao hơn so với thùng lên men chính.
Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở 2 thùng cấp 1 lệch nhau khoảng 3÷4
giờ. Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầu thì tháo xuống
thùng cấp 2. Thùng vừa giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp
đó thanh trùng ở 750C rồi axit hoá tới độ chua 1,8÷2,4g H 2SO4/l. Sau đó làm lạnh đến nhiệt
độ nhân giống rồi cho 25÷30% lượng nấm men giống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 20
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

lên men đến độ biểu kiến 5÷6%. Lượng nấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết
xuống thùng cấp 2. Sau khi vệ sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác.
Ở thùng nhân giống nấm men cấp 2 tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hoá tới độ
chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới độ lên men biểu kiến còn 5÷6%. Cho toàn
bộ dịch ở thùng cấp 2 vào thùng lên men chính rồi liên tục cho dịch đường vào. Dịch lên
men sẽ tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng bên cạnh và đến thùng cuối
cùng ta thu được giấm chín. Tổng thời gian lên men là 70÷72 giờ, nhiệt độ lên men ở thùng
lên men chính ( 25÷270C), hai thùng tiếp theo (27÷300C), các thùng còn lại ( 27÷280C).
- Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men này là dùng một lượng men giống lớn ở thùng
lên men chính nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế sự tạp nhiễm.
- Nhược điểm: Yêu cầu công nghệ cao, ổn định các điều kiện sản xuất như dịch đường, men
giống, kĩ thuật thao tác cao. Phương pháp lên men này dễ nhiễm khuẩn hoàng loạt dẫn đến
giảm hiệu suất lên men.
3.2.6. Chưng cất và tinh chế
3.2.6.1. Mục đích
Chưng cất: Chưng cất là quá trình tách cồn cùng các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để
thu được cồn thô và bã rượu.
Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối
cùng nhận được cồn tinh chế.
3.2.6.2. Tiến hành.
Tiến hành chưng cất và tinh chế theo sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng.

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 21
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày

Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Hình 3.4. Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng
1.Thùng chứa dấm chín.
7.Bình làm lạnh ruột gà.
2.Bình hâm dấm.
8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt).
3.Bình tách CO2
9,10.Bình ngưng tụ.
4.Tháp thô.
11.Tháp tinh chế.
5.Bình chống phụt giấm.
12. Bình ngưng tụ hồi lưu.
6.Bình ngưng tụ cồn thô.
13.Bình làm lạnh sản phẩm.
* Thuyết minh qui trình chưng cất và tinh chế:
Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bình hâm
giấm (2). Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70÷80 0C
rồi chảy qua bình tách CO2 số (3) rồi vào tháp (4). Khí CO 2 và hơi rượu bay lên được
ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài. Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ
dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi
rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua (7) ra ngoài. Chảy xuống tới đáy
nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷ 0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu.
Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta phải ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng. Hơi
ngưng tụ có nồng độ 0,4÷0,6% là đạt yêu cầu. Nhiệt độ của tháp thô 103 ÷ 1050C.

Phần lớn rượu thô (90 ÷ 95%) liên tục đi vào tháp aldehyt số (8). Tháp này cũng dùng

hơi trực tiếp, hơi ruợu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 90%, chỉ điều chỉnh lượng
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 22
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3 ÷ 5% gọi là cồn đầu. Một phần rượu thô (5 ÷ 10%) ở (6)
hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất.
Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt số (8) liên tục đi vào tháp tinh
(11) với nồng độ 35 ÷ 40%V. Tháp tinh chế (11) cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp (có
thể gián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở (12) rồi hồi lưu lại
tháp. Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1,5÷2% cồn đầu rồi cho hồi lưu
về đỉnh (8). Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 đến 5 đĩa và được làm lạnh
ở (13).
Nhiệt độ đáy tháp aldehyt duy trì ở nhiệt độ 78÷79 0C. Nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách
đĩa tiếp liệu 3÷4 đĩa về phía trên khống chế ở 82÷830C.
Sơ đồ trên được gọi là gián tiếp một dòng vì sản phẩm đi vào các tháp chỉ có một dòng
chất lỏng duy nhất. Còn gọi là gián tiếp vì bản thân dòng chất lỏng không chứa ẩn nhiệt bay
hơi.Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là đễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng
tốn hơi.

Sau quá trình chưng cất và tinh chế, sản phẩm chúng ta thu được là cồn công nghiệp.Trong
cồn công nghiệp ngoài cồn còn chứa một lượng nước nhất định, để thu được cồn khan
(ethanol) ta phải trải qua công đoạn tách nước ra khỏi hỗn hợp.

CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT- NHIỆT LƯỢNG
4.1.Tính toán cân bằng vật chất.
• Các thông số ban đầu
- Năng suất: 1 tấn tinh bột/1 ngày
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 23
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

- Thành phần nguyên liệu: 100% sắn tươi
- Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%.
-

Hiệu suất đường hoá: 98%.

-

Hiệu suất lên men: 98%.

-

Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%.

-

Hiệu suất thu hồi:
η = η dh × η lm × η cc = 0,98 × 0,98 × 0,97 = 0,931 = 93,1%

Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Công đoạn
Làm sạch
Nghiền
Nấu sơ bộ
Phun dịch hóa
Nấu chín
Tách hơi
Làm nguội
Đường hóa
Làm lạnh
Lên men
Bình phản ứng

Tinh chế

Hao hụt và tổn thất
2%
0,5%
1%
0,5%
1%
0,5%
0,5%
2%
0,5%
2%
1%
1%

Bảng 4.2. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu
Nguyên liệu
Sắn

Độ ẩm
13%

Chất khô Tinh bột
87%
73%

4.1.1. Công đoạn làm sạch
SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 24
năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày


Đồ Án Tổng Hợp

GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương

Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: 1000 (kg)
Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch:
m1 =

1000 × (100 − 2)
= 980
100

(kg)

Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch:
mCK 1 =

m1 × 87 98 x1000 × 87
=
= 853
100
100

(kg)

Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch:

mTB1 =

m1 × 73 980 × 1000 × 73
=
= 715
100
100

(kg)

Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch:
m H 2O (1) =

m1 × 13 980 × 1000 × 13
=
= 127
100
100

(kg)

4.1.2. Công đoạn nghiền
Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền:
m2 =

m1 × (100 − 0,5) 980 × 1000 × 99,5
=
= 975
100
100

(kg)

Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền:
mCK 2 =

m2 × 87 975 × 1000 × 87
=
= 848
100
100

(kg)

Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền:
mTB 2 =

m2 × 73 975 × 1000 × 73
=
= 712
100
100

(kg)

Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền:

SVTH:Nguyễn Văn Thịnh

Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 25

năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày