Tìm Hiểu Về Quá Trình Sản Xuất Cồn Nhiên Liệu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC
BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ
  

ĐỒ ÁN NHẬP MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC
Đề tài: Tìm hiểu về quá trình sản xuất cồn nhiên liệu
từ sắn lát khô.

Giáo viên hướng dẫn
Lớp :

`

KTHH 5-K55

: TS Trần Trung Kiên


Hà Nội, 12/2011

2


Lời mở đầu
Trong nền công nghiệp phát triển vũ bão như bây giờ thì vấn đề năng lượng
là vấn đề cấp bách hàng đầu trên thế giới. Nguồn năng lượng không tái tạo như
dầu mỏ, than đá.. ngày càng cạn kiệt. Vậy nên xu thế chung hiện nay là tìm kiếm
và thay thế các nguồn nguyên liệu đó bởi các nguồn nguyên liệu sạch, dễ tái tạo và
ít tác động đến môi trường.
Đề tài của chúng em là tìm hiểu về quá trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắn

lát khô là một đề tài rất hay và có ý nghĩa thực tiễn và đáp ứng được phần nào về
nhu cầu sử dụng năng lượng hiện nay của đất nước. Tuy là một đề tài hết sức mới
mẻ, trong quá trình làm việc sẽ gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi những
sai sót. Nhưng được sử chỉ bảo và giúp đỡ của TS. Trần Trung Kiên chúng em đã
hoàn thành được bản đồ án này.
Sau đây chúng em xin trình bày bản đồ án như sau:

3


PHẦN I:
TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH KĨ THUẬT HÓA HỌC
1.Sự ra đời ngành kĩ thuật hóa học thế giới.
Kỹ thuật hóa học là một ngành khoa học kĩ thuật nghiên cứu chuyển hóa hóa
học vật chất, thiết kế, chế tạo,vận hành, cải tiến máy móc, thiết bị nhà máy nhằm
áp dụng những thành tựu của hóa học vào sản xuất trên quy mô lớn để tạo ra các
sản phẩm có giá trị với giá thành hợp lí và ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống.
So với những ngành kĩ thuật như xây dựng, cơ khí, luyện kim thì ngành kĩ
thuật hóa học ra đời muộn hơn khá nhiều. Ngành kĩ thuật hóa học ra đời vào
khoảng nửa sau thế kỉ XIX, gắn liền với cuộc cách mạng khoa học lần thứ hai và
cũng vì thế mà người ta nói nhiều tới vai trò của nước Mỹ trong sự phát triển của
ngành. Kĩ thuật hóa học chủ yếu nghiên cứu, phát triển những quá trình biến đổi
hóa học và ứng dụng nó trên quy mô công nghiệp để sản xuất một khối lượng lớn
sản phẩm cũng như sinh lợi nhuận từ các sản phẩm này.
Ngành kĩ thuật hóa học được cho là bắt đầu hình thành từ khi John Danton
công bố khối lượng nguyên tử năm 1805. Tuy nhiên, sự xuất hiện của hóa học với
tư cách là một ngành khoa học kĩ thuật thì phải khá lâu sau mới diễn ra, đó là vào
năm 1882, một khóa "Công nghệ hóa học" được mở tại Đại học London, Vương
quốc Anh. Nối tiếp cho dấu mốc này là một loạt những sự kiện:
• 1883 - Osborne Reynolds xác định các nhóm thứ nguyên của dòng chảy,

dẫn đến thực tế quy mô và sự hiểu biết về nhiệt độ, lưu lượng và chuyển
giao khối lượng
• 1885 - Henry Edward Armstrong mở một khóa học "kỹ thuật hóa học" tại
Central College (sau Imperial College), London
• 1888 - Cục Công nghệ hoá học tại Glasgow và phía Tây của Scotland
Technical College mở các lớp học ban ngày và buổi tối về kĩ thuật hóa học
• 1888 - Lewis M. Norton bắt đầu một chương trình giảng dạy mới tại Viện
Công nghệ Massachusetts (MIT): Khóa X, Hoá học
• 1889 - Rose Polytechnic Institute trao giải thưởng đầu tiên của các cử nhân
khoa học ngành kỹ sư hóa học tại Hoa Kỳ
• 1891 - MIT cấp bằng cử nhân kỹ thuật hóa học đầu tiên cho William Page
Bryant và sáu ứng cử viên khác
• 1892 - Một chương trình cử nhân kỹ sư hóa học được thành lập tại một
trường Đại học Pennsylvania
4


• 1898 - Chương trình Cử nhân khoa học trong kỹ thuật hóa học được thành
lập tại Đại học Michigan.
• 1901 - George E. Davis sản xuất các Sổ tay Hóa học
• 1905 - Đại học Wisconsin trao bằng tiến sĩ kỹ thuật hóa học đầu tiên cho
Oliver Patterson Watts.
• 1908 - Viện Kỹ sư Hóa chất Mỹ (AIChE) được thành lập.
• 1922 - Viện Anh của Kỹ sư Hóa chất (IChemE) được thành lập.
Kể từ đây, kĩ thuật hóa học bắt đầu phát triển với một tốc độ thần kì. Cách
mạng công nghiệp đã dẫn đến một sự leo thang chưa từng có tiền lệ, cả về số
lượng và chất lượng, số lượng lớn hóa chất như axit sulfuric và soda được sử dụng
ngày càng nhiều để tẩy rửa trong công nghiệp. Những nhảy vọt về công nghệ tiếp
sau lại càng đòi hỏi một sự đi lên mạnh hơn của ngành kĩ thuật hóa học.
2.Những thành tựu của ngành kĩ thuật hóa học trên thế giới.

Thế kỉ XX, Thế giới chứng kiến những thành tựu khổng lồ của khoa học kĩ
thuật nói chung và kĩ thuật hóa học nói riêng. Ngày nay kĩ thuật hóa học đang trở
thành một trong bốn lĩnh vực lớn nhất của xã hội, có mặt trong mọi vấn đề của
cuộc sống. Nhờ có ngành kĩ thuật hóa học, con người đã tận dụng có hiệu quả hơn
các nguồn tài nguyên thiên nhiên như dầu mỏ, khí đốt, than đá, gỗ… chế biến
thành các sản phẩm mới, có giá trị sử dụng cao thay vì chỉ sử dụng làm nhiên liệu
như trước đây. Ngày nay, người ta đã có thể sản xuất hàng trăm tấn thuốc chữa
bệnh mỗi ngày, đi lên vũ trụ bằng những con tàu hiện đại, chế tạo những tấm pin
khổng lồ cho các trạm vũ trụ trong không gian, biến dầu khí thành vải sợi, đồ
nhựa, thuốc… Tất cả là nhờ sự đi lên không ngừng của ngành kĩ thuật hóa học.
3.Vài nét về ngành kĩ thuật hóa học ở Việt Nam.
Ra đời và phát triển chưa lâu, ngành kĩ thuật hóa học mà chủ yếu là công
nghiệp hóa chất của Việt Nam vẫn còn phát triển khá khiêm tốn. Giai đoạn từ năm
1960 – 1975: Công nghiệp hoá chất chủ yếu phát triển ở miền Bắc với 15 nhà máy
làm cả 2 nhiệm vụ là sản xuất tư liệu sản xuất như phân lân, xút, axít và sản xuất
hàng hoá tiêu dùng như săm lốp xe đạp, pin, xà phòng, ắc quy... Từ năm 1975 –
1986 ở miền Bắc nhiều nhà máy được cải tạo, mở rộng hoặc xây dựng mới và đưa
vào sản xuất như nhà máy Supe phốt phát Lâm Thao, nhà máy phân lân Văn Điển,
nhà máy phân lân nung chảy Ninh Bình, nhà máy phân đạm Hà Bắc. Từ năm
1986 đến nay, là thời kỳ phát triển nhanh của ngành với nhiều dự án và nhà máy
lớn được xây dựng. Có thể kể đến một số dự án như: Dự án nhà máy tuyển Apatít
Bắc Nhạc Sơn, Dự án sản xuất phân đạm từ than cám tại Ninh Bình, Dự án mở
rộng Nhà máy phân đạm Hà Bắc, Dự án thăm dò, khai thác và chế biến muối mỏ
kali tại Lào, Dự án đầu tư thăm dò tiến tới đầu tư khai thác tuyển quặng bôxít tại
Bảo Lộc – Lâm Đồng, Dự án lốp ôtô radial Công ty Cao su Đà Nẵng và Công ty
5


Công nghiệp Cao su miền Nam, Dự án khí công nghiệp, Dự án tổ hợp hoá dầu
Long Sơn… hay các công trình trọng điểm quốc gia như: Nhà máy Lọc dầu Dung

Quất, Tổ hợp Khí - Điện - Đạm Cà Mau, nhà máy khí Dinh Cố, nhà máy lọc dầu
Nghi Sơn. Tháng 12 năm 2005, thủ tướng chính phủ đã phê duyệt “Quy hoạch
phát triển ngành công nghiệp hóa chất đến năm 2010 ( có tính đến năm 2020)”
theo đó xây dựng ngành công nghiệp hoá chất có cơ cấu tương đối hoàn chỉnh,
bao gồm các lĩnh vực chủ yếu như phân bón, cao su kỹ thuật và tiêu dùng, hoá
chất cơ bản (kể cả hữu cơ và vô cơ), hoá dầu, hoá chất tinh khiết, hóa dược, hoá
chất tiêu dùng đáp ứng nhu cầu trong nước, hội nhập kinh tế khu vực và thế giới.
4. Xu hướng phát triển hiện nay
• Cơ khí và tự động hóa quá trình sản xuất
Thực hiện cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất ngoài mục đích tăng
năng suất lao động, tăng hiệu quả sử dụng các nguồn nguyên liệu còn bởi nguyên
nhân sau:
- Các phản ứng hóa học xảy ra trong thiết bị thường ở điều kiện t o cao, P cao, ổn
định và nghiêm ngặt, con người rất khó hoặc không điều khiển trực tiếp thủ công
được.
- Các nguyên liệu cũng như các sản phẩm đều là những chất có thể ảnh hưởng
trực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe có khi còn gây cháy, nổ làm thiệt hại đến của
cải và tính mạng.
Như vậy, cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất là một yêu cầu tất yếu
khách quan không phải chỉ vì mục đích kinh tế mà còn vì an toàn đối với con
người.
• Hợp tác giữa các nhà máy
Trong sản xuất hóa học, có thể sản phẩm của nhà máy này là nguyên liệu của
nhà máy khác hoặc nguyên liệu của nhà máy này là phế phẩm của nhà máy kia. Vì
vậy, sự liên hiệp sẽ làm giảm bớt chi phí vận chuyển, bảo đảm an toàn sản xuất,
góp phần chống ô nhiễm môi trường, từ đó làm giảm giá thành sản phẩm. Nên các
nhà máy hóa chất thường xây dựng cạnh nhau tạo ra một khu công nghiệp hóa học
rộng lớn gồm nhiều ngành sản xuất.
Ví dụ: liên hiệp hóa chất Việt Trì, liên hiệp hóa chất phân đạm Bắc Giang, liên
hiệp các nhà máy ở Biên Hòa, cụm công nghiệp khí điện đạm Phú Mỹ...

• Tận dụng phế thải chống ô nhiễm môi trường
Bên cạnh việc xử lý các chất độc hại có hại cho sức khỏe, người ta phải tìm
cách biến các chất phế thải thành sản phẩm có ích cho con người.
Ví dụ : Trong sản xuất axit sunfuric giai đoạn đốt pirit sắt để tạo khí SO2 đã sinh

6


ra một khối lượng rất lớn Fe 2O3 , quá trình làm sạch khí SO 2 cũng thu được bụi xỉ,
oxit kim loại Asen và Selen.
- Sử dụng phế thải làm giảm giá thành của sản phẩm chính, chống ô nhiễm môi
trường.
-Trong sản xuất hóa học hiện đại dùng rất nhiều chất xúc tác quý, sau một thời
gian làm việc các chất này mất hoạt tính, người ta đã tìm cách tái sinh lại để phục
hồi hoạt tính của chúng và tiếp tục dùng.
-Chống ô nhiễm môi trường không chỉ sử dụng các phế thải để chế biến thành
các sản phẩm có ích mà còn phải chuyển hóa các chất thải của nhà máy thành
những chất không hoặc ít làm hại môi trường.
Công nghiệp hóa học hàng ngày, hàng giờ đang cung cấp cho con người
những chất mới, những sản phẩm tiêu dùng phục vụ nhu cầu cuộc sống ngày càng
cao của con người. Nhưng cũng từng ngày, từng giờ đang đưa vào môi trường
khối lượng lớn các chất độc, đầu độc chính sự sống đó. Chống ô nhiễm môi
trường trở thành một nguyên tắc của công nghiệp hóa học và phải là một tiêu chí
đầu tiên được xét duyệt trước khi xây dựng một nhà máy, xí nghiệp…
5.Các ngành đào tạo
Trường đại học BKHN là nơi đào tạo các kĩ sư, cử nhân của ngành này có uy
tín và chất lượng hàng đầu tại Việt Nam. Với đội ngũ giảng viên có năng lực và
nhiệt tình cùng với chương trình đào tạo chuẩn, sinh viên của trường sau khi tốt
nghiệp hoàn toàn có đủ khả năng để đáp ứng được các yêu cầu của các ngành
nghề. Ngành KTHH ở đại học Bách khoa Hà Nội được cấu thành bởi 11 chuyên

ngành :
- Hữu cơ-hoá dầu:
- Polyme – composite
- Điện hóa và bảo vệ kim loại
- Các chất vô cơ
- Vật liệu silicat:
- Xeluloza và giấy
- Hóa lý
- Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học
- Hóa dược và hóa chất bảo vệ thực vật
7


- Máy và thiết bị hóa chất - dầu khí
- Kỹ thuật In.
Ngoài đại học BKHN còn có các trường đại học, cao đẳng có chuyên ngành
đào tạo là kĩ thuật hóa học ví dụ: Trường đại học Khoa học tự nhiên ( Đại học
quốc gia HN), trường đại học Thái Nguyên, trường đại học kĩ thuật( đại học Huế),
trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, trường đại học Cần Thơ, đại
học Quy Nhơn…
6. Cơ hội nghề nghiệp
Kỹ sư công nghệ hóa học có thể làm việc ở các nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp
sản xuất hóa chất hoặc các sản phẩm liên quan, các cơ quan nghiên cứu khoa học,
kỹ thuật, các công ty kinh doanh trong lĩnh vực hóa học hoặc có liên quan đến hóa
học trong nhưng công việc sau:
- Nhà nghiên cứu
- Nhà kỹ thuật
- Kỹ sư điều hành
- Một nhà tư vấn quản lý hay chuyển giao công nghệ
- Nhà giáo.

7. Kỹ năng nghề nghiệp
Sinh viên tốt nghiệp chương trình kĩ thuật hóa học sẽ có được:
- Khả năng áp dụng các kiến thức toán, khoa học tự nhiên, sử dụng phần mền,
công cụ hiện đại để làm việc trong khối ngành kĩ thuật.
- Kiến thức đầy đủ về cơ sở ngành và chuyên ngành. Khả năng thiết kế và
tiến hành các thí nghiệm trong lĩnh vực kĩ thuật hóa học, khả năng phân tích và
giải thích số liệu.
- Khả năng tính toán, thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa một thiết bị, một quá
trình, một quy trình sản xuất công nghiệp thuộc lĩnh vực kĩ thuật hóa học.
- Khả năng hoạt động, làm việc nhóm và hợp tác trong một tập thể đa ngành.
- Khả năng nhận diện, diễn đạt, giải quyết các vấn đề kĩ thuật .
- Ý thức trách nhiệm đạo đức nghề nghiệp.
- Khả năng giao tiếp, thuyết trình, viết báo cáo hiệu quả. Khả năng trình bày
diễn đạt ý tưởng qua lời nói và hình ảnh.

8


PHẦN II: CỒN NHIÊN LIỆU
Chương I: Tổng quan về cồn nhiên liệu
I.Thực trạng sản xuất và sử dụng cồn nhiên liệu ở Việt Nam và thế giới
Như ta đã biết Việt Nam là một nước có nền kinh tế nông nghiệp là chủ yếu
với thế mạnh chính là các ngành trồng trọt và chăn nuôi, trong đó có trồng sắn.
Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thực
thực phẩm.
Trong khi đó tình hình xăng dầu thế giới hiện nay có nhiều biến động. Trong
những năm gần đây giá xăng dầu thế giới tăng với tốc độ chóng mặt. Các nước có
nguồn tài nguyên dầu mỏ dồi dào đã hạn chế khai thác gây ra nhiều biến động xấu
đến nền kinh tế toàn cầu. Đặc biệt là các nước có nền công nghiệp đang phát triển
phải chịu nhiều hậu quả nặng nề, tình hình lạm phát tăng mạnh ảnh hưởng đến

chất lượng của đời sống nhân dân. Đây là một mối lo ngại đối với chính phủ, các
doanh nghiệp trong nước và toàn thể nhân dân. Song song với những khó khăn đó
là tình hình về 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 lượng
dầu do nhà máy lọc dầu trong nước sản xuất còn ít.
Trước tình hình đó việc nghiên cứu sản xuất các nguồn nhiên liệu khác thay
thế xăng dầu là một việc làm cấp bách và quan trọng. Bên cạnh việc xây dựng các
nhà máy lọc dầu tại Việt Nam chúng ta cần nghiên cứu và xây dựng các nhà máy
sản xuất nguyên liệu sạch như cồn tuyệt đối, nhiên liệu sinh học… Để tận dụng tối
đa nguồn nguyên liệu dư thừa của nền nông nghiệp, đảm bảo được an toàn về
năng lượng cho phát triển nền kinh tế Việt Nam - vẫn đang nằm trong vùng các
nước nghèo nhất thế giới.
Đề tài của này là tìm hiểu về quá trình sản xuất Ethanol Fuel (cồn nhiên liệu)
là một đề tài rất hay và có ý nghĩa thực tiễn và đáp ứng được phần nào về nhu cầu
sử dụng năng lượng hiện nay của đất nước.
Hiện nay trên thế giới mà tập trung chủ yếu ở Mỹ và Braxin với những công
nghệ sản xuất các chế phẩm sinh học hỗ trợ sản xuất nguyên liệu thay thế cho các
nguyên liệu hóa thạch. Đó là ethanol fuel từ 99.5% đến 100% dùng để pha trực
tiếp vào xăng.
Ở Braxin, từ những năm đầu thế kỷ 20 họ đã đưa ra công nghệ sản xuất
Ethanol Fuel, với phương pháp thường dùng là Chưng cất.
Ở Việt Nam, cách đây khoảng 20 năm, các sinh viên Bách khoa cũng nhen
nhóm ý tưởng hình thành lên một số thiết bị xử lý tạo thành Ethanol Fuel, và đến
ngày nay, Việt Nam có khá nhiều nhà máy chế biến tạo Ethanol Fuel. Ví dụ như
9


“Ngày 21-6, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PetroVietnam) đã khởi công
xây dựng nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu sinh học (bio-ethanol) tại huyện Tam
Nông, tỉnh Phú Thọ. Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học đầu tiên được

xây dựng ở các tỉnh phía Bắc với quy mô lớn, công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại
(tổng mức đầu tư 80 triệu USD, công suất 100.000m³ ethanol/năm)”

PGS Trần Khắc Chương, ÐH Bách khoa TP
HCM, vừa công bố nghiên cứu thành công một quy
trình công nghệ có thể sản xuất ra những loại hóa chất
phục vụ Ðiều chế xăng sinh học từ những nguồn
nguyên liệu rẻ tiền của Việt Nam. “Chúng tôi đặt tên
cho hóa chất là BK-X1”. Ông Chương nói:
Ðể có thể sản xuất Được chất BK-X1 chính là
cao lanh ở Lâm Ðồng với trữ lượng khá dồi dào. BKX1 có cấu trúc phân tử đặc biệt, bên trong có những
lỗ rỗng có khả nãng “ nhốt” các phân tử nước. Vì vậy
khi bỏ chất hóa học này vào trong cồn chứa nước
(95,5% ) thì chúng sẽ “ăn” hết nước có trong cồn giúp
cồn trở nên tinh khiết đạt 100%. Thật là một khám phá bất ngờ, nó sẽ giúp chúng
ta hoàn thiện, và nâng cao công nghệ và khám phá ra những nguồn nguyên liệu
mới hơn nữa.

10


II. Cồn
1.Lịch sử hình thành cồn
Ethanol đã được con người sử dụng từ thời tiền sử như là một thành phần gây
cảm giác say trong đồ uống chứa cồn. Các cặn bã khô trong các bình gốm 9000
năm tuổi tìm thấy ở miền bắc Trung Quốc đã gián tiếp cho thấy việc sử dụng các
đồ uống chứa cồn trong số những người sống ở thời kỳ đồ đá mới.
Việc chiết nó ra dưới dạng tương đối nguyên chất đã được thực hiện lần đầu
tiên bởi các nhà giả kim thuật Hồi giáo và họ là những người đã phát triển ra nghệ
thuật chưng cất rượu trong thời kỳ của chế độ khalip (vua chúa Hồi giáo) thời kỳ

Abbasid .
Các ghi chép của Jabir Ibn Hayyan (Geber) (721-815) đã đề cập tới hơi dễ
cháy của rượu được đun sôi. Al-Kindī (801-873) cũng đã miêu tả rõ ràng quá trình
chưng cất rượu.
Việc chưng cất êtanol ra khỏi nước có thể tạo ra các sản phẩm chứa tới 96%
Ethanol. Ethanol nguyên chất lần đầu tiên đã thu được vào năm 1796 bởi Johann
Tobias Lowitz, bằng cách lọc êtanol chưng cất qua than củi.
Antoine Lavoisier đã mô tả êtanol như là một hợp chất của cacbon, hiđrô và
ôxy, và năm 1808, Nicolas-Théodore de Saussure đã xác định được công thức hóa
học của nó.
Năm 1858, Archibald Scott Couper đã công bố công thức cấu trúc của êtanol:
điều này làm cho Ethanol trở thành một trong các hợp chất hóa học đầu tiên được
xác định cấu trúc hóa học.
Ethanol lần đầu tiên được tổng hợp nhân tạo vào năm 1826, thông qua các cố
gắng độc lập của Henry Hennel ở Anh và S.G. Sérullas ở Pháp.
Michael Faraday đã điều chế êtanol bằng phản ứng hyđrat hóa Êtylen với xúc
tác axít năm 1828, theo một công nghệ tương tự như công nghệ tổng hợp Ethanol
công nghiệp ngày nay.
2.Tính chất, ứng dụng
2.1. Tính chất
+ Ethanol là chất lỏng không màu, mùi thơm đặc trưng và dễ chịu , dễ hút
ẩm, có độ phân cực mạnh.
+ Ethanol tan vô hạn trong nước và có thể hòa tan nhiều chất vô cơ cũng
như hữu cơ nên được sử dụng làm dung môi rất tốt.
+ Ethanol dễ cháy , khi cháy có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời.

11


+ Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước ở 89,4% mol, nhiệt độ sôi của hỗn

hợp này ở 1 atm là 78,40C.
+ Nhiệt độ sôi của Ethanol nguyên chất 78,39 0C, tỷ trọng d = 0,794, nhiệt
dung riêng đẳng áp Cp(160C – 210C) = 2,42 J.g-1.K-1, nhiệt cháy 1370,82
kJ/mol
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.
+ Trong y tế cồn là nguyên liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn làm
chất sát trùng.
+ Trong ngành công nghiệp sơn , cồn dùng làm dung môi
+ Trong hóa học cồn là chất trung gian sản xuất ra các hóa chất khác như: Axit
Acetic, Andehyt Acetic, Etyl Axetat …
+ Dùng làm nhiên liệu pha xăng E10, E20, E85, E100…
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 Brazil. 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 kỷ XXI thì 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.
Trên thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Tây Âu, Brazil, 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
cao. 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
12


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.

STT

Tên tiêu chuẩn

Giới hạn

1

Ethanol, % thể tích, min

92.1

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 axetic), mg/l, max

0.007

9

Độ Ph, min - max

6.5 – 9.0

10

Lưu huỳnh, mg/kg, max

30

Bảng 1: Chỉ tiêu chất lượng cồn pha vào xăng
3.Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống
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:

13


- Đốt cháy hoàn toàn các chất trong hỗn hợp cháy nhờ có thêm oxy trong
Ethanol 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
- 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.

14


Chương II: Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu
I.Nguyên liệu
Ethanol có thể được sản xuất bằng phương pháp hóa học hay biện pháp sinh
học.
Nguyên liệu trong biện pháp hóa học đó là dầu mỏ và than. 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.
Hiện nay trên thế giới Ethanol được sản xuất theo phương pháp sinh học.
Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng những nguồn nguyên liệu sau:
- 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.
Trong đồ án này sẽ giới thiệu phương pháp sản xuất Ethanol từ sắn lát.

Thành phần hóa học

Hàm lượng %

Protein

0.205

Chất béo

0.41

Xenlulo

1.11

Tro

1.69

Tinh bột

74.74

Nước

13.12

Bảng 2: Thành phần các chất trong sắn lát khô.
Quá trình sản xuất Ethanol Fuel này được trải qua 2 giai đoạn:
+ Giai đoạn 1: chế biến tạo thành ethanol 96% từ sắn lát khô.
+ Giai đoạn 2: chế biến tạo thành ethanol tinh khiết (99.5%) .

15


II. Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu
Sắn lát
khô

Nghiền
nguyên
liệu

Nấu
nguyên
liệu

Đường hóa
dịch cháo

Cồn tinh
luyÖn

Tinh
luyện

Chưng cất
và tinh chế

Lên men
Lên men

Men giống

1.Nghiền nguyên liệu
-Mục đích: Phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng hạt
tinh bột khỏi các mô, để khi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp biến tinh
bột thành dạng hòa tan.

Hình 1: Máy nghiền búa
-Sắn lát được đưa vào máy nghiền búa .
-Trong quá trình nghiền: các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy ra
ngoài, phần chưa lọt qua rây tiếp tục được nghiền nhỏ.
-Đối với sắn khô ta phải nghiền càng mịn càng tốt.

16


2.Nấu nguyên liệu
2.1.Mục đích
Tinh bột nằm trong màng tế bào, khi nghiền chỉ một phần màng tế bào bị phá
vỡ do vậy hạn chế tiếp xúc Amylaza, vì vậy mục đích của nấu nhằm:
-Phá vỡ màng tế bào tinh bột, tạo điều kiện chúng hình thành trạng thái hòa
tan trong dung dịch.
-Hơn nữa nấu nguyên liệu là một quá trình ban đầu nhưng rất quan trọng trong

sản xuất cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc nhiều vào kết quả nấu.
2.2.Quy trình nấu
Tùy vào điều kiện trang thiết bị của các cơ sở sản xuất có thể chọn các phương
pháp nấu: gián đoạn, bán liên tục và liên tục
2.2.1.Nấu gián đoạn:
Nấu gián đoạn là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện cùng một nồi
*Ưu điểm: tốn ít nhiên liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản.
*Nhược điểm: tốn nhiều hơi vì không sử dụng được hơi nấu, nấu lâu ở áp suất
và nhiệt độ cao gây tổn thất nhiều đường.
Nguyên liệu đưa vào nồi có thể ở dạng hạt hoặc lát nhưng tốt nhất là ở dạng
bột để tăng năng suất và hạn chế tổn thất.

Hình 2: Cấu tạo nồi nấu gián đoạn

17


*Quy trình nấu :
-Cho toàn bộ nước vào nồi tỉ lệ 3.5-4/1kg sau đó cho cánh khuấy làm việc và
đổ nguyên liệu vào. Đậy nắp xông hơi cho đến khi đạt áp suất yêu cầu.
-Lúc đầu cần mở van xả để đuổi hết không khí ra ngoài cho tới khi van xả
thoát ra chỉ có hơi nước bão hòa.
-Đóng bớt van xả và khi áp suất đạt tới áp suất thì ta bắt đầu tính thời gian
nấu. Đối với bột thường nấu ở 3-3.5 kg/cm 3 với thời gian khoảng 60 – 70 phút.
Trong quá trình này có thể bổ sung thêm acid để nấu mau chín và khi làm lạnh
dịch cháo tinh bột không bị lão hóa. Nhưng acid sẽ gây ăn mòn thiết bị và ảnh
hưởng tới hoạt động của amylaza .
+Thỉnh thoảng cần kiểm tra đến khi nào cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm
là đạt yêu cầu. Nấu xong mở van từ tử phóng cháo sang thùng đường hóa.
*Toàn bộ quá trình nấu kéo dài từ 2.5-3 giờ.

2.2.2.Nấu bán liên tục
Nấu bán liên tục là quá trình nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và
được chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu thêm.
*Ưu điểm: giảm thời gian nấu ở áp suất và nhiệt độ cao nhờ sử dụng hơi thứ
sơ bộ mà giảm tổn thất và tăng hiệu suất .
*Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị.
*Quá trình nấu bán liên tục:
-Đầu tiên cho nước ở 40-500C cùng tỉ lệ bột 3.5-4/1kg.
-Cho cánh khuấy làm việc đổ bột vào dung hơi thứ duy trì 60 phút.
-Tháo cháo xuống nồi nấu chín, tiến hành tương tự như nấu gián đoạn, chỉ
khác là áp suất và thời gian ít hơn.
-Nấu chín xong cháo phóng sang nồi nấu chín thêm với P= 0.6 atm, T= 105 0C
và t= 55 phút.

18


Hình 3: Cấu tạo nồi nấu bán liên tục
2.2.3.Nấu liên tục:
Nấu liên tục là quá trình nấu trải qua 3 giai đoạn và tyrong 3 thiết bị khác nhau
nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nồi nấu thêm.
*Ưu điểm:
-Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao mà
không ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị
-Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn giảm tổn thất đường do cháy
hoặc tạo melanoidin. Nhờ đó mà năng suất nấu cao hơn gián đoạn.
-Dễ cơ giới hóa và tự động hóa, tốn ít kim loại chế tạo thiết bị do năng suất
riêng của 1 cm3 tăng lên 7 lần.
*Nhược điểm: đòi hỏi nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ, đảm bảo ổn định
nhiệt, hơi, nước.

*Quá trình nấu liên tục:
-Theo tỉ lệ tính trước , bột và nước liên tục vào thùng hòa bột 1 ở T= 35-40 0C ,
thùng hòa bột là thùng nằm ngang có cánh khuấy, được chia làm hai ngăn không
bằng nhau.

19


-Từ van a dịch bột vào nồi nấu sơ bộ. Nồi nấu sơ bộ có hình trụ nằm ngang
cánh khuấy với tốc độ 26 vòng/phút. Ở đây dịch cháo được đun nóng ở T=80850C.
-Dịch cháo được tạm chứa ở thùng và bơm pitông đưa liên tục qua nồi nấu
chín. Nồi nấu chín được chia làm nhiều ngăn. Tại đây địch cháo chảy từ trên
xuống còn hơi được cấp từ dưới lên tạo nên 3 vùng với T khác nhau.Ở đáy 140 0C,
ở giữa 1350C và trên cùng 1300C.
-Do đi ngược chiều nên dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức cần
thiết. Ra khỏi nồi nấu chín dịch cháo được đưa liên tục qua nồi nấu chín thêm.Nồi
này bên trong chia làm 3 ngăn theo chiều thẳng đứng. Dịch cháo vào dưới đầy dần
tới vách ngăn rồi lại đi từ trên xuống dưới tiếp đó theo ngăn thứ 3 vào nồi tách hơi
và kết thúc giai đoạn đi vào quá trình đường hóa.
*Thời gian cả quá trình t= 50- 60 phút.
3.Đường hóa dịch cháo
Là quá trình dung ezim amylaza để chuyển hóa tinh bột thành đường dễ lên
men.Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi cồn.
Đường hóa dịch cháo có thể tiến hành theo phương pháp gián đoạn hoặc liên
tục trên các sơ đồ thiết bị khác nhau. Nhưng dù theo phương pháp nào cũng bao
gồm các công đoạn chính sau:
-Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa
-Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trong thời gian xác
định để amylaza chuyển hóa tinh bột thành đường.
-Làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men.

3.1.Đường hóa liên tục.
*Ưu điểm:
-Dịch cháo được được đường hóa và làm nguội nhanh nên hạn chế được lão
hóa tinh bột.
-Do bay hơi ở áp suất chân không nên hơi nước sẽ kéo theo các chất như ancol
metylic, furfurol và tạo các, mùi lạ do nguyên liệu đưa vào nên nâng cao được
chất lượng sản phẩm.
-Do thời gian đường hóa ngắn nên giảm được kích thước thiết bị, nhà xưởng
đồng thời hạn chế mất hoạt tính amylase.
-Dễ cơ khí hóa và tự động hóa sản xuất, cho phép tăng năng suất lao động.
-Áp dụng đường hóa bằng làm lạnh chân không còn cho phép tăng hiệu suất
cồn, tiết kiệm điện.
20


*Nhược điểm: thiết bị bốc hơi và ngưng tụ ở độ cao 11-12m. Ngoài ra còn đòi
hỏi phải có đội ngũ công nhân lành nghề về cơ khí và tự động hóa.

Hình 4:Sơ đồ đường hóa liên tục
*Quy trình đường hóa liên tục
-Cháo được chứa ở nồi nấu chín thêm liên tục được đưa vào thùng đường hóa
lần 1
-Khoảng 30% dịch amylase từ thùng chứa qua bộ phận phân phối đi vào thùng
đường hóa lần 1 ở T=600C
-Ra khỏi thùng đường hóa lần 1, dịch đường được bổ sung 70% chế phẩm
amylase từ thùng chứa
-Sau đó qua bơm đi vào thiết bị đường hóa lần 2
-Đường hóa xong, một phần dịch đường đưa vào phân xưởng lên men, 90%
còn lại tiếp tục qua thiết bị làm lạnh kiểu “ ống lồng ống”, rồi cho vào thùng lên
men.

3.2.Đường hóa gián đoạn
Được thực hiện trong một thiết bị gọi là thùng đường hóa. Thùng này có cấu
tạo tương tự như thùng đường hóa liên tục lần 1.
Phương pháp này có 3 cách thực hiện:
Cách 1:
-Cho 13-15% dịch amylaza của một mẻ vào, khuấy đều, mở nước làm lạnh
21


-Cho cháo vào từ từ với tốc độ sao cho khi hết cháo T=600C
-Sau đó cho hết dịch amylaza vào
-Ngừng khuấy, đóng van làm lạnh (amylaza chuyển hóa tinh bột thành
đường).
-Tiếp theo cho cánh khuấy làm việc, mở nước làm lạnh tới T= 28-30 0C sau đó
bơm vào hệ thống lên men.
*Ưu điểm: cháo được dịch hóa.
*Nhược điểm:
-Thời gian kéo dài, làm mất hoạt tính của amylaza.
-Giảm năng suất của thiết bị.
Cách 2:
-Cho toàn bộ amylaza, bật cánh khuấy và mở nước làm lạnh cho cháo vào với
tốc độ nhanh hơn nhưng T= 57-580C.
-Khi cho hết cháo vào ngừng khuấy, đóng van làm lạnh và để yên (amylaza
chuyển hóa tinh bột thành đường).
-Bật cánh khuấy, mở hệ thống làm lạnh đén 28-30 0C rồi bơm sang hệ thống
lên men.
*Ưu điểm: Dịch cháo được làm loãng nhanh cho nên tránh sự lão hóa của tinh
bột.
*Nhược điểm:
-Hoạt tính của amylaza bị mất nhiều.

-Tốn nhiều thời gian theo dõi nhiệt độ.
Cách 3:
-Cho toàn bộ dịch cháo vào.
-Bật cánh khuấy, mở nước làm lạnh đến 700C.
-Cho Fluosilicat natri 2% vào để sát trùng.
-Cho 5-10% amylaza vào để dịch hóa. Làm lạnh đến 600C.
-Cho nốt 90-95% amylaza vào.
-Làm lạnh đến nhiệt độ lên men rồi bơm sang hệ thống lên men.
*Ưu điểm: hoạt động của enzim giảm không đáng kể
*Nhược điểm:

22


-Tinh bột bị lão hóa nhiều, dịch đặc, độ nhớt cao làm ảnh hưởng đến tốc độ
cánh khuấy.
-Một phần hoạt tính của amylaza giảm.
4.Lên men
Ethanol là một trong số các sản phẩm lên men phổ biến nhất gặp ở vi sinh vật.
Vi sinh vật sản sinh ethanol chủ yếu là nấm men, đặc biệt là các chủng thuộc loài
Saccharomyces cerevisiae. Giống như đa số nấm, nấm men là những cơ thể hô hấp
hiếu khí, nhưng khi vắng mặt không khí chúng sẽ lên men hiđrat cacbon thành
ethanol và CO2.
Dịch đường lên men không chỉ là môi trường dinh dưỡng tốt cho nấm men mà
các vi sinh vật khác như: vi khuẩn lactic, vi khuẩn acetic...Các vi sinh vật này nếu
lẫn vào dịch đường chúng sẽ biến đường thành các sản phẩm khác và do đó làm
ảnh hưởng đến hiệu suất của lên men.
4.1 Chuẩn bị men giống
Nhân giống trong sản xuất thì người ta áp dụng chủ yếu 3 cách sau:
-Phương pháp gián đoạn

-Phương pháp liên tục
-Phương pháp bán liên tục.
Trong đồ án này chúng ta áp dụng phương pháp bán liên tục.

23


Hình 5: Sơ đồ nuôi cấy men giống bán liên tục
*Quy trình nuôi cấy:
-Dịch đường hóa được cho vào thùng đường hóa thêm, sau đó duy trì đường
hóa tiếp 1-2 giờ nữa.
-Dùng H2SO4 điều chỉnh pH đến 3.8-4.0
-Làm lạnh dịch xuống 300C rồi đưa xuống hai thùng nhân giống nấm men.
Nấm men từ thùng men giống được tháo xuống hai thùng này. Tại đây nấm men
sẽ phát triển gián đoạn trong 15-18 giờ.
-Trong quá trình phát triển, nhiệt độ được điều chỉnh bằng cách dội nước lạnh
bên ngoài thùng.
-Song song với việc nấm men phát triển trong thùng nhân giống nấm men, tại
thùng đường hóa thêm, tiếp tục cho dịch đường hóa vào và xử lí tiếp.
-Sau 15-18 giờ cho dịch đường ở thùng đường hóa thêm xuống thùng nhân
giống nấm men, rồi trộn đều.
-Đề nấm men phát triển trong vòng 5-8 giờ nữa, tháo 50% lượng men ở hai
thùng nhân giống nấm men vào thùng lên men.
4.2.Lên men.
Trong công đoạn này cũng có 3 phương pháp chính đó là:
24


-Lên men gián đoạn.
-Lên men liên tục.

-Lên men bán liên tục.
Trong đồ án án này chúng ta tìm hiểu phương pháp lên men liên tục:
*Đặc điểm:dịch đường và men giống được cho vào thùng đầu – gọi là thùng
lên men chính. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang thùng bên
cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chính.

Hình 6: Sơ đồ lên men bán liên tục
*Quy trình lên men:
Giai đoạn 1:
-Chuẩn bị men giống ở hai thùng lên men cấp 1( thùng A và B).
-Khi đạt yêu cầu tháo giống ở thùng A xuống thùng cấp 2 sau đó vệ sinh thùng
A.
-Tiếp tục lên men thùng A bằng cách lấy 25-30% men giống ở thùng B trộn
tiếp với dịch đường.
-Lượng men còn lại ở thùng B cho xuống thùng lên men cấp 2 sau đó vệ sinh
thùng B.
-Tiếp tục lên men thùng B bằng cách lấy 25-30% men giống ở thùng A trộn
tiếp với dịch đường.
-Lượng men còn lại từ thùng A cho xuống thùng cấp 2.
-Lặp lại quy trình.
25