Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối bằng phương pháp hấp phụ chọn lọc zeolite 3a năng suất 1000 lit ngày

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Bộ Giáo Dục Và Đào Tạo
Trường ĐH Bách Khoa Hà Nội

Cộng Hòa Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam
Độc Lập - Tự Do - Hạnh Phúc
--------------------

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP
Họ Và Tên

:

Khóa Học

:

Ngành Học :

Phạm Nhật Nam
Khóa K 52 QN - Công Nghệ Hóa Học
Công Nghệ Hữu Cơ - Hóa Dầu

1. Đầu đề thiết kế :

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối bằng phương pháp
Hấp phụ chọn lọc - zeolite 3A năng suất 1000 lit / ngày
2.Các số liệu ban đầu :

Lấy theo tài liệu hướng dẫn và số liệu thực tế công nghiệp
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán :

- Phần lý thuyết : nêu tổng quan về nguyên liệu ,sản phẩm và các phương pháp sản
xuất cồn tuyệt đối bằng phương pháp hấp phụ
- Phần tính toán : tính cân bằng vật chất , tính cân bằng nhiệt lượng ,tính toán thiết
bị chính ,thiết bị phụ trong sơ đồ sản xuất cồn tuyệt đối
-Phần xây dựng : phần bố trí mặt bằng phân xưởng
- Phần điện , nước
- Phần kinh tế
- Phần an toàn lao động và bảo vệ môi trường
4.Các bản vẽ ( ghi số các loại bản vẽ về kích thước )

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ
- Bản vẽ thiết bị chính
- Bản vẽ tổng quan mặt bằng nhà máy
5. Các cán bộ hướng dẫn :

Họ tên cán bộ hướng dẫn :

SVTH: Phạm Nhật Nam

TS. Văn Đình Sơn Thọ

1

Lớp: Hoá Dầu – K51QN

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Phần

Tên cán bộ

- Công nghệ :
- xây dựng :
- Điện , nước :
- Kinh tế :
- an toàn lao động :
6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án :
7. Ngày hoàn thành đồ án :

Ngày

Tháng

năm

2012

Chủ nhiệm khoa

Cán bộ hướng dẫn

( ký và ghi rõ họ tên )

( ký và ghi rõ họ tên )

TS. Văn Đình Sơn Thọ

*Kết quả đánh giá :

- Quá trình thiết kế :
- Điểm

:

- Bản vẽ thiết kế

:

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp cho khoa
Ngày

Tháng

Năm

2012

Sinh Viên
( ký và ghi rõ họ tên )

SVTH: Phạm Nhật Nam

2

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

LỜI CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập , nghiên cứu và được sự giúp đỡ tận tình của các Thầy
Cô cùng tất cả các bạn , em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình .Với đề tài “ thiết
kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối bằng phương pháp hấp phụ chọn lọc - zeolite 3A
năng suất 1000 lít / ngày ” .
Em xin gởi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy Cô trong Khoa Công Nghệ Hóa
Học - Công nghệ Hữu Cơ Hóa Dầu , Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội . Đặc biệt
em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo Văn Đình Sơn Thọ , thầy đã hướng dẫn
em tận tâm , tận tình trong suốt thời gian em thực hiện bản đồ án này . Em cũng gởi lời
cám ơn đến bạn bè đã đóng góp ý kiến xây dựng nhằm giúp đồ án được hoàn thành
đúng thời gian quy định .
Bản đồ án hoàn thành là kết quả của sự nổ lực cố gắng không ngừng ,sự tìm tòi ,
học hỏi , nghiên cứu và sự gúp đở nhiệt tình của quý Thầy Cô , bạn bè nhưng cũng
không tránh khỏi những sai sót .Do vậy ,em rất mong được sự đóng góp , xây dựng
của quý thầy Cô , bạn bè để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn , giúp em có nhiều
kiến thức trong thực tế sau này .
Em xin chân thành cảm ơn …!
Hà Nội , Tháng 6 năm 2012
Sinh viên thực hiện

Phạm Nhật Nam

SVTH: Phạm Nhật Nam

3

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................................5
I. An toàn lao động.......................................................................................146
I.1. An toàn máy móc...............................................................................146
I.2. An toàn cho người lao động...............................................................146
II. Vệ sinh công nghiệp................................................................................147
III. Phòng chống cháy nổ..............................................................................147

SVTH: Phạm Nhật Nam

4

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

LỜI MỞ ĐẦU
Công nghệ cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến các
nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm rượu etylic hay
etanol. Đây là ngành công nghệ được biết đến rất sớm và ngày càng được quan tâm
phát triển bởi cồn có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực và đời sống xã hội. Cồn
pha với nước thành rượu để uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả.
Trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh... Cồn còn
là một sản phẩm hoá học vì cồn có thể sử dụng trực tiếp hoặc là nguyên liệu trung gian
để sản xuất axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat và các hoá chất khác, có thể tạo ra
hoá chất dầu mỏ. Cồn còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm dung
môi hòa tan các hợp chất vô cơ và hữu cơ, trong cao su tổng hợp…
Ngoài ra hiện nay cồn tuyệt đối (≥ 99,5%V) còn được dùng để thay thế một
phần nhiên liệu cho động cơ ô tô. Cồn có thể thay thế 20%÷22% trong tổng lượng
xăng thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng động cơ
xăng. Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì
việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường,
để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ. Nó làm tăng chỉ số octan của xăng, ngăn
cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra etyl chì là một chất độc hại. Cồn
có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy sản xuất cồn là công việc cần thiết và được quan
tâm phát triển.
Nước ta với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp, các sản
phẩm tinh bột lấy từ sắn , ngô , khoai , gạo ...rất dồi dào, phong phú đã tạo nên sự đa
dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho ngành sản xuất rượu cồn.
Tuy nhiên, hiện nay ngành công nghiệp sản xuất cồn của nước ta vẫn chưa thực sự
phát triển, công nghệ, thiết bị lạc hậu, năng suất và chất lượng sản phẩm chưa cao,
chủng loại sản phẩm nghèo nàn, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ. Ứng dụng của
cồn trong các ngành công nghiệp chưa được rộng rãi, công suất của các nhà máy sản
xuất còn thấp.
Do vậy, thiết kế và xây dựng thêm nhà máy sản xuất rượu cồn với năng suất và chất

lượng sản phẩm cao hơn nhằm thay thế cho xăng nhiên liệu lấy từ dầu mỏ là hoàn toàn
phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệp rượu cồn cũng như yêu cầu của nền kinh
tế nước nhà.

SVTH: Phạm Nhật Nam

5

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT CỒN
ETYLIC TỪ CỦ SẮN
I. NGUYÊN LIỆU TINH BỘT SẮN :
Trên thực tế để sản xuất cồn Etylic về nguyên tắc có thể dùng bất kỳ nguyên liệu
nào chứa đường hoặc Polysaccarit sau thuỷ phân sẽ biến thành đường và lên men
được. Do đó ta có thể dùng cả nguyên liệugiàu Xenluloza để thuỷ phân thành đường.
Tuy nhiên dùng nguyên liệu này kém hiệu quả kinh tế. Trong thực tế điều kiện sản
xuất ở nước ta chỉ dùng nguyên liệu tinh bột và mật rỉ. ở đây tôi chỉ đề cập đến việc
dùng nguyên liệu là tinh bột như sắn, ngô, gạo. . .

I.1.Cấu tạo và thành phần hóa học của sắn :
*Về cơ bản củ sắn gồm 3 phần chính : vỏ,thịt củ và lõi,ngoài ra còn có cuống và rễ
củ.
-Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi. Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống
mất nước của củ,tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị mất khi thu hoạch và vận chuyển. Tỷ lệ vỏ củ

phụ thuộc vào giống sắn, độ già và khối lượng củ thường chiếm khoảng 1,5 đến 2%.
Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là xenluloza ngoài ra
còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin.
- Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít polyphenol,
độc tố và enzim
- Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi có
chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và
củ đồng thời giúp thoát nước khi phơi hoặc sấy sắn.
* Thành phần củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 đến
34%, protein 0,8 đến 1,2%, chất béo 0,3 đến 0,4%, xenluloza 1 đến 3,1%, chất tro
0,54%, polyphenol 0,1 đến 0,3% và nước 60 đến 74,2%. Ngoài ra trong sắn còn chứa
một lượng Vitamin và độc tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B. Các Vitamin này sẽ bị
mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấu trong sản xuất rượu.
* Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và
Lotaustralin. Các độc tố này thường tập chung ở vỏ cùi. Bình thường phazéolunatin
không độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN.
* Sắn tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể
SVTH: Phạm Nhật Nam

6

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

trên. Đặc biệt trong sản xuất rượu,khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với
hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa các muối xyanat khi

chưng cất không bay hơi nên bị loại cùng bã rượu, điều này là rất có lợi trong sản xuất.
Do đó trong sản xuất rượu nguyên liệu tinh bột sắn dùng chủ yếu là sắn lát khô hoặc
sắn dui.
* Ngoài sắn khô ta còn dùng gạo tấm và ngô để sản xuất ra cồn có chất lượng cao.
Thành phần hoá học của một số nguyên liệu chứa tinh bột được thể hiện ở bảng sau.
Tính theo % trung bình.

*Đối với nguyên liệu ngô trước khi dùng nên tách phôi để ép lấy dầu vừa tiết kiệm
vừa không ảnh hưởng đến lên men.
I. 2. Thành phần quan trọng và chủ yếu đối với nguyên liệu chứa tinh bột trong
sản xuất rượu.
- Đối với sản xuất rượu thì thành phần quan trọng nhất là Gluxit lên men được,gồm
tinh bột và một số đường. Gluxit trong tự nhên được chia làm ba
nhóm chính là : monosaccarit, oligo và polysaccarit. Monosaccarrit là những gluxit
đơn giản không thể thuỷ phân được. Trong đó lại chia ra : monosaccarrit trioza,
tetroza, pentoza, và hexoza. Trong thiên nhiên phổ biến nhất là hexoza và pentoza.
Hexoza là gluxit lên men được, dưới tác dụng của nấm men đa số hexoza sẽ biến thành
tượu và CO2. Pentoza thuộc loại gluxit không lên men được.
- Oligosaccarrit là những gluxit chưa từ 2 đến 10 gốc monosaccarrit. Trong thiên
nhiên phổ biến nhất là oligo chứa 2 hoặc 3 gốc mono. Trong đó disaccarit dễ dàng
chuyển hoá thành rượu và CO2 dưới tác dụng của hệ zymaza nấm men, còn trisaccarrit
chỉ lên men được 1/3.
- Polisaccarrit là những gluxit chứa từ 10 gốc mono trở lên. Dưới tác dụng của
axit, nhiệt độ hoặc enzim chúng sẽ bị thuỷ phân và tạo thành các phân tử thấp hơn là
oligo hoặc cuối cùng là monosaccarr
II .QUY TRÌNH SẢN XUẤT ETYLIC TỪ TINH BỘT.
- Chuẩn bị dịch đường lên men,bao gồm nghiền và nấu nguyên liệu để thu
SVTH: Phạm Nhật Nam

7

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

được dịch cháo chứa tinh bột hoà tan, dường hoá dịch cháo để biến tinh bột hoà tan
thành đường rồi làm lạnh đến nhiệt độ lên men. Chuẩn bị men giống và tiến hành
lên men dịch đường nhằm chuyển hoá đường thành rượu và CO2 dưới tác dụng của
zymaza nấm men. Xử lý dịch lên men nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi khỏi
giấm chín. Sau đó đem tinh luyện cồn thô để được cồn tinh chế.
* Cụ thể các công đoạn tiến hành như sau:
Sắn

Nghiền nguyên liệu

Nấu nguyên liệu

Đường hóa dịch
cháo

Lên men dịch
đường

Dầu fusel

Chưng cất, tinh chế
Cồn etylic

Cồn công
nghiệp

Cồn thực
phẩm

SVTH: Phạm Nhật Nam

8

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

II. 1. nghiền nguyên liệu.
- Nghiền nguyên liệu mục đích nhằm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực
vật để giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô. Hiện nay ở nước ta thường dùng các
loại máy nghiền búa. Với sắn khô khi nấu ở áp suất thường thì nghiền càng mịn càng
tốt.
II. 2. Nấu nguyên liệu.
- Mục đích chủ yếu của việc nấu nguyên liệu là phá vỡ màng tế bào của tinh bột để
biến chúng thành dạng hoà tan trong dung dịch. Quá trình nấu rất quan trọng trong sản
xuất cồn Etylic, các quá trình kỹ thuật tiếp theo tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết
quả nấu nguyên liệu.
- Quá trình nấu nguyên liệu có thể thực hiện gián đoạn, bán liên tục hoặc liên tục.
- Nấu gián đoạn: Đặc điểm là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong

cùng một nồi. Phương pháp này có thiết bị và thao tác đơn giản nhưng tốn nhiều hơi
đốt do không sử dụng được hơi thứ và gây tổn thất đường. Quá trình nấu được thực
hiện như sau: Cho nguyên liệu vào nồi,cho toàn bộ nước vào nồi với tỷ lệ 3,5 đến
4lít/kg nguyên liệu tuỳ thuộc vào hàm lượng tinh bột,đậy nắp kín cho máy khuấy làm
việc rồi bắt đầu xông hơi sao cho 45 đến 60 phút thì áp suất trong nồi đạt yêu cầu. Đối
với nguyên liệu đã nghiền thì áp suất đạt yêu cầu khoảng 3 đến 3,5 kg/cm2.
Lúc đầu cần phải đuổi hết không khí và khí không ngưng ra cho tới khi thấy có hơi
nước bão hoà thoát ra ở van xả. Thời gian nấu từ 60 đến 70 phút được tính từ khi đã
đạt áp suất yêu cầu,nhiệt độ tương ứng là 135 đến 140 độ C. Khi nấu có thể cho thêm
axit sunfuric loãng với hàm lượng 2 đến 4kg/tấn nguyên liệu sẽ nấu nhanh chín hơn và
chống cho dịch cháo tinh bột ít hoặc không bị lão hoá. Tuy nhiên nếu cho nhiều sẽ
không có lợi do ăn mòn thiết bị và làm giảm hoạt tính của amylaza.
- Nấu bán liên tục : Đặc điểm của phương pháp này là quá trình nấu được tiến
hành nấu trong 3 nồi khác nhau và chia thành nấu sơ bộ,nấu chín và nấu chín thêm.
Phương pháp này tiết kiệm được hơi đốt và cho năng suất cao đồng thời thời gian nấu
được rút ngắn tuy nhiên phải sử dụng tới 3 nồi để nấu do đó tốn kém cho thiết bị.
- Nấu sơ bộ được thực hiện trong thiết bị hình trụ. Lúc đầu cho lượng nước 40
đến 50 độ C vào cùng với tỷ lệ 3,5 đến 4lít/kg bột khuấy trộn rồi dùng hơi thứ từ nồi

SVTH: Phạm Nhật Nam

9

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

nấu chín thêm để đun dung dịch bột tới 70 đến 85 độ C và duy trì khoảng 50 đến 60
phút sau đó đưa sang nồi nấu chín.
- Nấu chín tiến hành như trong phương pháp nấu gián đoạn tuy nhiên
áp suất và thời gian nấu ít hơn. áp suất nấu từ 2,8 đến 3,2 kg/cm2, nhiệt độ 130 đến
135 độ C, thời gian nấu khoảng 60 phút.
- Dịch cháo sau khi nấu chín được đưa sang nồi nấu chín thêm. Nồi nấu chín thêm
có dung tích gấp 3 lần so với nồi nấu chín,nhưng chỉ đổ đầy 2/3 nồi phần còn lại chứa
hơi. áp suất nấu từ 0,5 đến 0,7 kg/cm2, nhiệt độ 105 đến 106 độ C, thời gian nấu
khoảng 50 đến 60 phút. Quá trình nấu chín thêm là quá trình liên tục.
- Hiện nay ở nước ta hầu hết đang sử dụng phương pháp này trong các nhà máy
sản xuất cồn lớn do hiệu quả tốt, thao tác vận hành đơn giản, các thông số công nghệ
không yêu cầu chặt chẽ lắm như : kích thước hạt bột, chất lượng bột...
-Nấu liên tục : Nấu liên tục cho phép có được năng suất cao, tồn hao năng lượng
ít và thời gian nấu được rút ngắn. Tuy nhiên ở phương pháp này đòi hỏi các điều kiện
nghiêm ngặt như về kích thước của bột phải có một tỷ lệ xác định,việc cung cấp điện,
hơi nước,nước phải ổn định. Quá trình nấu liên tục cũng được thực hiện thông qua 3
giai đoạn thực hiện trong 3 thiết bị khác nhau là : Nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín
thêm.
- Khi điều kiện kỹ thuật cho phép thì phương pháp này là tốt nhất để sử dụng
trong các nhà máy sản xuất cồn do nó mang tính công nghiệp và dễ cơ giới hoá,tự
động hoá.
II . 3. Đường hoá dịch cháo.
- Tinh bột hoà tan trong dịch cháo sau khi nấu xong chưa thể lên men trực tiếp để
thành rượu được. Để lên men được phải trải qua quá trình thuỷ phân do tác dụng của
xúc tác amylaza để thành đường. Quá trình này gọi là đường hoá nó đóng vai trò quan
trọng trong công nghệ sản xuất cồn Etylic,quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu
do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột còn sót sau khi lên men. Trong quá trình
đường hoá thì tác nhân đường hoá đóng một vai trò quan trọng. ở nước ta thường dùng
amylaza thu được từ nuôi cấy nấm mốc hoặc các chế phẩm amylaza nhập về. Hiện nay
dùng các chế phẩm nhập ngoại là chính do chất lượng tốt mà chi phí lại không đắt hơn

so với chi phí để tự nuôi cấy. Và chủ yếu là nhập về từ Đan Mạch

SVTH: Phạm Nhật Nam

10

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

- Quá trình đường hoá dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục. Tuy
nhiên về cơ bản thì nó bao gồm các công đoạn sau:
+Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hoá. Cho chế phẩm amylaza vào dịch
cháo và giữ ở nhiệt độ trên trong thời gian xác định để amylaza chuyển hoá tinh bột
thành dường. Làm lạnh dịch đường hoá tới nhiệt độ lên men. Sau đường hoá nhiệt độ
dịch đường là 30 độ C hàm lượng đường đạt 80 đến 100g/l
II .4. Lên men dịch đường.
- Đường hoá xong dịch đường được làm lạnh đến 28 đến 32 độ C và được đưa vào
thùng lên men( hay còn gọi là thùng ủ) cùng với 10% men giống. ở đây nấm men sẽ
phát triển và dưới tác dụng của nấm men,đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic
cùng nhiều sản phẩm trung gian khác.Đồng thời dưới tác dụng của amylaza,dextrin
tiếp tục biến thành đường và lên men được glucoza và maltoza. Sau khi lên men xong
ta thu được hỗn hợp gồm rượu-nước-bã còn được gọi là giấm chín.
- Quá trình lên men có thể được thực hiện gián đoạn hay liên tục : Khi lên men
gián đoạn,men giống và dịch đường lúc đầu được bơm song song với nhau vào thùng,
lượng men giống chiếm khoảng 10% so với thể tích thùng lên men,nhưng dịch đường
không bơm đầy thùng ngay mà thời gian đổ đầy một thùng lên men kéo dài từ 68 giờ

để hạn chế sự phát triển của tạp khuẩn. Thời gian lên men là 3 ngày. Lên men gián
đoạn có ưu điểm là dễ làm,khi nhiễm tạp khuẩn dễ sử lý tuy nhiên năng suất thu được
từ 1m3 thiết bị thấp.
- Lên men liên tục : Đặc điểm của quá trình lên men liên tục là dịch đường và
men được cho vào thùng đầu - gọi là thùng lên men chính,luôn chứa một lượng lớn tế
bào trong 1ml dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp theo sang các
thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Quá trình lên men được tiến
hành như sau: Đầu tiên men giống được phát triển rồi được đưa vào thùng lên men cấp
I,sau đó được đưa sang thùng lên men cấp II rồi mới được đưa sang thùng lên men
chính,sau đó được đưa sang thùng lên men phụ. Vấn đề chủ yếu của lên men liên tục
là phải luôn luôn khống chế số tế bào ở thùng lên men chính khoảng 100 đến 120
triệu/ml. và phải đảm bảo vô trùng.
- Ưu điểm nổi bật của sơ đồ lên men liên tục là dùng một lượng lớn men giống ở
thùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh,hạn chế được phát triển của tạp khuẩn.

SVTH: Phạm Nhật Nam

11

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Đồng thời nhiều men giống không những áp đảo được tạp khuẩn mà còn tạo rượu
nhanh,hạn chế phát triển của chúng. Mặt khác do độ chua của dịch đường cao,pH thấp
cũng là yếu tố không thuận lợi cho vi khuẩn và nấm men hoang dại.
Sau 24 giờ đã có 78% đường được lên men,trong khi đó ở lên men gián đoạn mới chỉ

đạt 42%.
- Tuy nhiên khi lên men liên tục cần tính toán cẩn thận và có biện pháp công nghệ
phù hợp,nếu không sẽ phản tác dụng,dễ nhiễm khuẩn hàng loạt và sử lý sẽ rất tốn kém
và giảm hiệu suất.
- Nhiệt độ lên men khống chế như sau : Đối với thùng lên men chính nên giữ ở
25 đến 27 độ C thùng lên men phụ từ 27 đến 30 độ C các thùng còn lại 27 đến 28 độ
C. Trong điều kiện làm việc như vậy quá trình lên men sẽ kết thúc sau 60 đến 62 giờ
so với lên men gián đoạn là 72 giờ.
Sau quá trình lên men nhiệt độ dấm 34 đến 35 độ C
-Nồng độ rượu đạt 5 đến 8%V
-Nồng độ đường sót 3 đến 5g/l
-Tinh bột sót 4 đến 6g/l
pH =4,8 đến 5,2
II. 5. Chưng cất và tinh chế cồn etylic
(xử lý dịch lên men )
II. 5. 1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất rượu.
Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín. Kết
quả ta nhận được rượu thô hay cồn thô. Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như :
rượu, este, andehyt và một số ancol có số các bon lớn hơn hai, các ancol này ta gọi là
ancol cao phân tử hay dầu fusel ( dầu khét ).
Ngoài ra trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chất
khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ
yếu là rượu Etylic và nước, vì thế khi nghiên cứu người ta xem giấm chín như hỗn hợp
của hai cấu tử.
Quá trình chưng cất rượu có thể dựa vào 2 định luật sau ( do Cônôvalốp và
Vrepski dưa ra):

SVTH: Phạm Nhật Nam

12

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Định luật I: Thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi. ở trạng thái
cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng. Nếu
ta thêm cấu tử dễ bay hơi vào dung dịch thì điều đó sẽ dẫn đến làm tăng độ bay hơi
của hỗn hợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho. Tuy nhiên
độ bay hơi của hỗn hợp chỉ tăng theo nồng độ rượu trong pha lỏng tới một nồng C%
nào đó. Sau đó nếu tiếp tục thêm rượu vào pha lỏng thì độ bay hơi không tăng nữa mà
giảm đi. Lúc này định luật I không còn đúng nữa.
Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, ta chỉ có thể nhận
được cồn có nồng độ 97, 2% V. Thành phần hơi thoát ra từ dung dịch phụ thuộc vào
áp suất bên ngoài. Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi
hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng phí.
Do đó khi chưng cất rượu trong điều kiện chân không thì có lợi hơn và có thể thu được
rượu với nồng độ cao hơn 97, 2%V phụ thuộc vào độ chân không.
II. 5. 2. Lý thuyết về tinh chế cồn
Tinh chế hay tinh luyện là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao
nồng độ cồn.
Cồn thô nhận được sau khi chưng cất còn chứa rất nhiều tạp chất ( trên 50 chất),
có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các nhóm chất như: aldehyt, este,
alcol cao phân tử và các axit hữu cơ. Hàm lượng chung của tất cả các tạp chất không
vượt quá 0, 5% so với khối lượng cồn Etylic. Thành phần tạp chất nói chung thay đổi
phụ thuộc vào nguyên liệu. Có một số tạp chất mang tính đặc thù của từng nguyên
liệu. Còn sản xuất rượu từ tinh bột thường chứa furfuron và các tạp chất gây vị đắng,

đó là các tecpen. Chất này khó phát hiện bằng phân tích nhưng lại dễ cảm nhận bằng
vị giác.
- Phân loại tạp chất:
Trong việc tinh chế cồn người ta chia tạp chất thành ba loại sự phân loại này chỉ mang
tính quy ước vì tính chất của tạp chất có thể thay đổi tuỳ theo nồng độ cồn trong tháp.
* Tạp chất đầu : Gồm các chất dễ bay hơi hơn rượu Etylic ở nồng độ bất kỳ, nghĩa
là hệ số bay hơi lớn hơn hệ số bay hơi của rượu. Đó là các chất có nhiệt độ sôi thấp
hơn nhiệt độ sôi của rượu Etylic như: aldehyt axetic, axetatetyl, axetat metyl, formiat
etyl, aldehyt butyric.

SVTH: Phạm Nhật Nam

13

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Tạp chất cuối: Gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic,
izobutylic, propylic, izopropylic. ở khu vực nồng độ cao của alcol Etylic, các tạp chất
cuối có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của alcol Etylic. ở khu vực nồng độ
Etylic thấp, độ bay hơi của tạp chất cuối có thể nhiều hơn so với alcol Etylic. Tạp chất
cuối điển hình nhất là axit axetic, vì rằng độ bay hơi của nó kém hơn alcol Etylic ở tất
cả mọi nồng độ.
*Tạp chất trung gian: có hai tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là
tạp chất cuối. ở nồng độ cao của Etylic nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp của Etylic
nó lại có thể là tạp chất đầu. Đó là các chất như izobutyrat etyl, izovalerat etyl,

izovalerat izoamil và axetat izoamyl.
Độ bay hơi của tạp chất phụ thuộc chủ yếu vào nồng độ Etylic trong dung dịch.
Nếu hàm lượng tạp chất không lớn thì có thể xem như độ bay hơi của từng tạp chất
riêng biệt không phụ thuộc vào hàm lượng của các tạp chất khác trong dung dịch. Tạp
chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, còn tạp chất trung gian rất khó tách.
Sau đây là bảng hệ số bay hơi của rượu và các tạp chất trong rượu:

*Hệ số tinh chế :
Độ bay hơi của các tạp chất phụ thuộc vào nồn độ alcol Etylic trong dung dịch.
Gọi A% là % của rượu trong pha hơi, a% là trọng lượng của rượu trong pha lỏng

SVTH: Phạm Nhật Nam

14

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

thì A/a = Kr gọi là hệ số bay hơi của rượu. Tương tự như vậy ta có B/b=Ktc gọi là hệ
số bay hơi của tạp chất.
-Hệ số bay hơi của rượu và hệ số bay hơi của tạp chất cho ta biết trong thể hơi
chứa bao nhiêu lần rượu hoặc tạp chất nhiều hơn so với ở thể lỏng. Để đánh giá độ bay
hơi tương đối của tạp chất so với rượu ở cả hai pha lỏg và hơi,người ta đưa ra hệ số
tinh chế K và biểu diễn bằng tỷ số:

Nếu :

K > 1 Trong hơi chứa nhiều tạp chất ( tạp chất đầu );
K = 1 Tạp chất trung gian
K < 1 Tạp chất cuối.
*Hệ số tinh chế cho ta dự đoán sơ bộ khoảng không gian chứa nhiều tạp chất
trong tháp. Tuy nhiên không xác định vị trí lấy tạp chất cụ thể.
II .5. 3. Sơ đồ thiết bị và tiến hành chưng cất và tinh chế.
Để tách cồn thô khỏi giấm và tinh chế để nhận được cồn tinh chế có chất lượng
cao ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau: phương pháp gián đoạn, phương
pháp bán liên tục và phương pháp liên tục, trên các sơ đồ thiết bị khác nhau, từ đơn
giản đến phức tạp, tuỳ theo điều kiện, vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng của cơ sở sản
xuất. ở đây tôi chỉ xin trình bày về phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục
do có tính hiệu quả kinh tế trong sản xuất công nghiệp mà phương pháp gián đoạn
không đáp ứng được. Hơn nữa đây là phương pháp đang được dùng chủ yếu trong sản
xuất trên thế giới.
* Sơ đồ hệ thống chưng luyện bán liên tục.
Trong đó :
1-Thùng chưng cất thô;
2-Thùng ngưng tụ cồn thô
3-Thùng tạm chứa cồn thô
4-Tháp tinh chế
SVTH: Phạm Nhật Nam

15

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

5-Bình ngưng tụ
6-Bình ngưng tụ
7-Bình làm lạnh
8-Bình làm lạnh
* Sơ đồ hệ thống hoạt động như sau:
Lên men xong giấm chín được bơm vào thùng chứa 1( ở hệ thống này làm việc
kiểu chưng gián đoạn, luyện liên tục ). Vì ở phần này làm việc gián đoạn nên phải bố
trí hai thùng làm việc song song nhưng làm việc so le để ổn định phần nào nồng độ
cồn thô trước khi vào tháp tinh chế. ở đây thùng chưng cất được đun trực tiếp bằng hơi
nước có áp suất 0, 8 đến 1kg/cm2. Hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở 2 rồi vào thùng
chứa 3, tiếp đó liên tục đi vào tháp tinh chế 4. ở 4 cũng được đun bằng hơi nước trực
tiếp. Cồn thô đi vào tháp tinh chế ở đĩa tiếp liệu ( đĩa 16 đến 18 tính từ dưới lên) rồi
chảy xuống đáy nồng độ cồn giảm dần đến đáy tháp còn khoảng 0, 015 đến 0, 03% rồi
đi ra ngoài. Nhiệt độ đáy tháp phải ở 103 đến 105 độ C. Hơi rượu bay lên được tăng
dần nồng độ phần lớn được ngưng tụ ở 5 rồi hồi lưu trở lại tháp. Một phần nhỏ chưa
ngưng tụ còn chứa nhiều tạp chất đầu được tiếp tục được đưa sang ngưng tụ tiếp ở 6 và
lấy ra ở cồn đầu. Cồn đầu chỉ dùng để đốt, sát trùng, làm dung môi để pha vecni hoặc
đem cất lại.
- Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu ( từ trên xuống ) khoảng 3
đến 6 đĩa, được làm lạnh ở 7, rồi vào thùng chứa và vào kho. Cồn lấy ra ở đây tuy có
nồng độ thấp hơn ( 0, 3 đến 0, 5% V) so với hơi ở đỉnh nhưng chứa ít este và aldehyt.
- Chất lượng cồn thu được tuỳ thuộc vào chiều cao tháp và cách vận hành. Về
nguyên tắc có thể đạt tiêu chuẩn Việt Nam

SVTH: Phạm Nhật Nam

16

Lớp: Hoá Dầu – K51QN

Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Sơ đồ hệ thống chưng luyện bán liên tục

SVTH: Phạm Nhật Nam

17

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

PHẦN II : CỔN TUYỆT ĐỐI VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
I -SẢN PHẨM CỔN TUYỆT ĐỐI :
I. 1.Kháiquát : (CỒN TUYỆT ĐỐI > 99%)
Ethanol , còn gọi là ethyl alcohol, alcohol tinh khiết, là một hợp chất hữu cơ nằm
trong dãy đồng đẳng của rượu methylic, là chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu.
Ethanol là một trong các rượu thông thường trong thành phần đồ uống có chứa cồn.
Công thức hóa học của nó là C2H5OH, hay CH3-CH2-OH, viết tóm tắt là C2H6O.
Tùy theo quá trình lên men của nguyên liệu (từ mía hay khoai mì), mà ta có :
- Ethanol tuyệt đối (Cồn tuyệt đối) : loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol với hàm
lượng99.60
- Cồn thực phẩm

- Cồn công nghiệp : là cồn khi sản xuất từ khoai mì chưa loại bỏ hoàn toàn tạp
chất nên sử dụng cho công nghiệp
+ Cồn công nghiệp 95 (95%Ethanol + 5% methanol)
+ Cồn công nghiệp 95 (95% ethanol +5% IPA)
- Cồn sinh học : sử dụng làm nhiên liệu
*Cồn công nghiệp (rượu ethanol và 1 chất độc hại) không được sử dụng trong nước
giải khát sẽ gây ngộ độc.
I. 2.Tính chất
Ethanol là một chất lỏng không màu, dễ bay hơi, có mùi đặc trưng. Khi cháy với
ngọc lửa màu xanh không khói tạo thành carbon dioxide và nước.
Các tính chất của ethanol chủ yếu do sự hoạt động của nhóm hydroxyl(OH) và do
mạch Carbon ngắn. Vì có nhóm OH nên có thể tham gia vào các liên kết với phân tử
hydro, làm cho nó có độ nhớt và ít bay hơi so với các hợp chất hữu cơ cùng trọng
lượng phân tử.
Ethanol là một dung môi linh động, có thể hòa tan trong nước với các
hợp chất hữu cơ khác: acid acetic, aceton

benzene,cacbontetraclorua,chloroform,

diethyl ether,ethylene glycol, glycerin, nitromethane, pyridine,và toluene. Có thể tạo

SVTH: Phạm Nhật Nam

18

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

hỗn hợp với hydrocacbon béo chẳng hạn như pentan và hexane, và với clorua béo như
trichloroethane và tetraloethylene.
Với liên kết hydro làm cho ethanol tinh khiết có khả năng hút ẩm trong không khí .
Nhóm phân cực của hydroxyl làm ethanol có thể hòa tan các hợp chất ion đặc biệt như
natri và kali hydroxit, magnesium chloride, clorua calci….Vì các phân tử ethanol có
cấu trúc không phân cực nên sẽ hòa tan các chất không phân cực, bao gồm các loại
tinh dầu, nhiều hương liệu, màu sắc và thành phần trong dược
Ethanol là một loại rượu đơn chức. Nó có độ nóng chảy ở -117,30Cvà sôi ở 78.50C.
Nó có thể hòa tan với nước với mọi tỷ lệ. Ethanol và nước tạo ra hỗn hợp đẳng phí , là
tạo một hỗn hợp đun sôi không đổi, nên việc tách nước trong hỗn hợp ethanol rất khó
khăn.
Việc tách nước trong ethanol để tạo thành cồn tinh khiết, ethanol tuyệt đối là
không thể có được bằng cách chưng cất đơn giản.
I .3.Điều chế
Ethanol được sản xuất bằng cả công nghiệp hóa dầu, thông qua công nghệ
hydrat hóa ethylene, và phương pháp sinh học, bằng cách lên men đường hay ngũ cốc
với men rượu
I.3.1.Hydrat hóa ethylene
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 hydrat hóa
ethylene bằng xúc tác acid,được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho ethylene
hợp nước ở 300 độC, áp suất 70-80 atm với chất xúc tác là acid wolframic hoặc
acidphosphoric:
H2C=CH2+ H2O→CH3CH2OH
Chất xúc tác thông thường là acid phosphoric , được hút bám trong
các chất có độ xốp cao chẳng hạn như điatamit (đất chứa tảo cát) hay than củi; chất
xúc tác này đã lần đầu tiên được công ty dầu mỏ Shell sử dụng để sản xuất ethanol ở
mức độ công nghiệp năm1947. Các chất xúc tác rắn, chủ yếu là các loại oxit kim loại

khác nhau, cũng được đề cập tới trong các sách vở hóa học.
Trong công nghệ cũ, lần đầu tiên được tiến hành ở mức độ công nghiệp vào năm
1930 bởi Union Carbide, nhưng ngày nay gần như đã bị loại bỏ thì ethylen đầu tiên

SVTH: Phạm Nhật Nam

19

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

được hyđrat hóa gián tiếp bằng phản ứng của nó với acid sulfric đậm đặc để tạo ra
ethyl sulfat, sau đó chất này được thủy phân để tạo thành ethanol và tái tạo axít
sulfuric:
H2C=CH2+ H2SO4→ CH3CH2OSO3H
CH3CH2OSO3H + H2O→CH3CH2OH + H2SO4
Ethanol để sử dụng công nghiệp thông thường là không phù hợp với mục đích làm
đồ uống cho con người ("biến tính") do nó có chứa một lượng nhỏ các chất có thể là
độc hại (chẳng hạn methanol) hay khó chịu (chẳng hạn denatoniumC21H29N2O•C7H5O2-là một chất rất đắng, gây tê). Ethanol biến tính có số UN là UN
1987 và ethanol biến tính độc hại có số là UN 1986.
I.3.2 Lên men
Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn Ethanol sử
dụng làm nhiên liệu, được sản xuất bằng cách lên men: khi một số loài men rượu nhất
định chuyển hóa đường trong điều kiện không có oxy (gọi là yếm khí), chúng sản xuất
ra ethanol và cacbon dioxit CO2. Phản ứng hóa học tổng quát có thể viết như sau:
C6H12O6→ 2 CH3CH2OH+ 2 CO2

Quá trình nuôi cấy men rượu theo các điều kiện để sản xuất rượu được gọi là ủ
rượu . Men rượu có thể phát triển trong sự hiện diện của khoảng 20 % rượu, nhưng
nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên nhờ chưng cất.
Để sản xuất Ethanol từ các nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cốc thì tinh bột
đầu tiên phải được chuyển hóa thành đường. Trong việc ủ men bia, theo truyền thống
nó được tạo ra bằng cách cho hạt nảy mầm hay ủ mạch nha. Trong quá trình nảy mầm,
hạt tạo ra các enzym có chức năng phá vỡ tinh bột để tạo ra đường. Để sản xuất
ethanol làm nhiên liệu,quá trình thủy phân này của tinh bột thành glucoza được thực
hiện nhanh chóng hơn bằng cách xử lý hạt với acid sulfuric loãng,enzym nấm amylas,
hay là tổ hợp của cả hai phương pháp.
Về tiềm năng, glucoza để lên men thành Ethanol có thể thu được từ
cenluloza.Việc thực hiện công nghệ này có thể giúp chuyển hóa một loại các phế thải
và phụ phẩm nông nghiệp chứa nhiều xenluloza, chẳng hạn lõi ngô,rơm rạ hay mùn
cưa thành các nguồn năng lượng tái sinh.Cho đến gần đây thì giá thành của các enzym

SVTH: Phạm Nhật Nam

20

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

cellulas có thể thủy phân cenluloza là rất cao. Hãng Iogen ở Canada đã đưa vào vận
hành xí nghiệp sản xuất ethanol trên cơ sở cenluloza đầu tiên vào năm 2004.
* Phản ứng thủy phân cellulose gồm các bước:
Bước 1, thủy phân xenluloza thànhmantoza dưới tácdụng của men amylaza.

C6H10O5)n-> C12H22O11
Bước 2, thủy phân tiếp mantoza thành glucoza hoặc fructoza dưới tác dụng của
menmantaza.
C12H22O11 -> C6H12O6
Bước 3, phản ứng lên men rượu có xúc tác là men zima.
C6H12O6 -> 2 C2H5OH+2 CO2
Với giá dầu mỏ tương tự như các mức giá của những năm thập niên 1990 thì công
nghệ hyđrat hóa êtylen là kinh tế một cách đáng kể hơn so với công nghệ lên men để
sản xuất ethanol tinh khiết. Sự tăng cao của giá dầu mỏ trong thời gian gần đây, cùng
với sự không ổn định trong giá cả nông phẩm theo từng năm đã làm cho việc dự báo
giá thành sản xuất tương đối của công nghệ lên men và công nghệ hóa dầu là rất khó.
I.3.3 Làm tinh khiết
Đối với hỗn hợp Ethanol và nước, điểm sôi hỗn hợp (azeotrope)cực đại ở nồng
độ 96% ethanol và 4% nước. Vì lý do này,chưng cất phân đoạn hỗn hợp ethanolnước(chứa ít hơn 96% ethanol) không thể tạo ra ethanol tinh khiết hơn 96%. Vì vậy,
95% ethanol trong nước là dung môi phổ biến nhất.
I. 4.Ứng dụng :
I.4.1.Nhiên liệu hoặc phụ gia xăng dầu:
- Ethanol có thể sử dụng như nhiên liệu (thông thường trộn lẫn với xăng) và
dùng trong các quy trình công nghiệp khác
Hỗnhợp xăng(90%) và ethanol (10% thường thu được bằng cách lên men nông
sản) hoặc xăng dầu (97%) và methanol hoặc rượu.
Ethanol được sử dụng trong các sản phẩn chống đông lạnh vì điểm đóng băng
thấp của nó.
I.4.2.Đồ uống có cồn :
Ethanol là thành phần chính của đồ uống có cồn, khi uống, ethanol chuyển hóa
như 1 năng lượng cung cấp chất dinh dưỡng

SVTH: Phạm Nhật Nam

21

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

I.4.3 Nguyên liệu :
Ethanol là thành phần quan trọng trong công nghiệp và sử dụng rộng rãi như
một hợp chất hữu cơ khác,bao gồm ethyl halogenua, ethyl ester, diethyl ether, acid
acetic, ethylamin ,…
I.4.4 Thuốc sát trùng :
Ethanol được sử dụng trong y tế và chống vi khuẩn
Dung dịch chứa 70% ethanol chủ yếu được sử dụng như chất tẩy uế. Nó là hiệu
quả trong việc chống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus,
…nhưng không hiểu quả trong việc chống lại các bào tử vi khuẩn
I.4.5 Làm dung môi :
Có thể hòa tan trong nước và các dung môi khác.
Ethanol có trong sơn, cồn thuốc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân như nước hoa
và chất khử mùi…
I.4.6 Dược :
Về mặt y dược, ethanol là thuốc ngủ, mặc dù nó ít độc hại hơn so với các rượu
khác, cái chết thường xảy ra nếu nồng độ cồn trong máu vượt quá khoảng 5% Có thể
giảm thị lực, bất tỉnh sẽ xảy ra ở nồng độ thấp hơn.

II. CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN CAO ĐỘ :
Để thu được sản phẩm là cồn có nồng độ cao trên thế giới hiện nay đã
sử dụng nhiều phương pháp tách nước từ cồn công nghiệp, cụ thể có thể liệt kê các
phương pháp điển hình như sau:

+ Phương pháp chưng cất: - Phương pháp chưng đẳng phí
- Phương pháp chưng phân tử
+ Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc Zeolite.
+ Phương pháp dùng các chất hút ẩm.
+ Phương pháp thẩm thấu qua màng.
+ Phương pháp kết hợp bốc hơi thẩm thấu qua màng và dây phân tử.
II.1. Phương pháp chưng cất
II.1.1. Chưng trích ly:
Sơ đồ chưng trích ly như sau:

SVTH: Phạm Nhật Nam

22

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Nguyên tắc:
Hỗn hợp etanol – nước có nhiệt độ sôi gần nhau tạo thành dung dịch
đẳng phí ở 78,15C

áp suất 1,013 Bar. Với hỗn hợp này không thể dùng

phương pháp chưng luyện thông thường để tách các phân tử ra ở dạng nguyên
chất dù tháp vô cùng cao và lượng hồi lưu là rất lớn. Phương pháp chưng luyện
trích ly thực hiện đưa thêm cấu tử phân ly có tác dụng phá vỡ hỗn hợp đẳng phí, làm

tăng độ bay hơi tương đối của một phân tử trong hỗn hợp.
Công nghệ thực tế áp dụng ở Braxin [10] sơ đồ công nghê như sau:

SVTH: Phạm Nhật Nam

23

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Thực hiện đưa cấu tử phá đẳng phí (entrainer) là Benzen, Heptan,
hoặc Cyclohexan. Etanol 96% thể tích được đưa vào cột tách nước ( Dehydrating Column) ở giữa tháp. Etanol 99,8% thể tích thu được ở đáy tháp, được đưa
đi làm lạnh và tồn chứa, bảo quản. Hỗn hợp đồng sôi của 3 cấu tử thu được ở đỉnh tháp
được ngưng tụ và phân tách trong thùng lắng gạn. Lớp trên của thùng lắng gạn là các
hợp chất hữu cơ chứa cả cấu tử phá đẳng phí được đưa về cột tách hydrocacbon, tại đó
hydrocacbon phá đẳng phí, etanol, một lượng hơi nước được đưa đi tuần hoàn về
thiết bị ngưng tụ rồi đưa về thùng lắng gạn. Stillage thu được
tuần hoàn về tháp chưng cất etanol. Một số trường hợp khác stillage được sử dụng
trong sản xuất thức ăn cho động vật.
Lượng hơi nước sử dụng: 1 ÷ 1,5 kg/lít etanol 99,98%
II.1.2. Chưng phân tử
Nguyên tắc:

SVTH: Phạm Nhật Nam

24

Lớp: Hoá Dầu – K51QN


Đồ án tốt nghiệp

Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối

Chưng phân tử thực hiện ở độ chân không cao ( tương đương với áp suất 0,01
÷ 0,0001 mmHg). Ở áp suất này lực hút giữa các phân tử yếu đi và số lần va chạm
giữa chúng giảm, làm khoảng cách chạy tự do của các phân tử tăng lên rất nhiều.
Trên cơ sở đó, nếu làm khoảng cách giữa bề mặt bốc hơi và bề mặt ngưng tụ nhỏ hơn
khoảng cách chạy tự do của các phân tử, thì khoảng cách phân tử của các cấu tử dễ bay
hơi khi rời khỏi bề mặt bốc hơi sẽ va đập vào bề mặt ngưng tụ và ngưng tụ ở đó. Trong
thực tế khoảng cách giữa các phân tử duy trì ở mức 200mm ÷ 30mm. Hiệu số nhiệt
độ giữa hai bề mặt duy trì ở mức 100C .
- Sơ đồ nguyên lý như sau:

Hình 2.5 Tháp chưng phân tử
1- Bề mặt bốc hơi

2- Bề mặt ngưng tụ

3- Vỏ làm lạnh

4- Đĩa phân phối

5- Phễu hứng sản phẩm đáy

6- Cửa sản phẩm đỉnh

7- Cửa ra của nước làm lạnh

8- Cửa vào của nước làm lạnh

9- Cửa hút chân không

10- Cửa dẫn hỗn hợp đầu vào

SVTH: Phạm Nhật Nam

25

Lớp: Hoá Dầu – K51QN