Đồ án tốt nghiệp
Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công
suất 100000 m
3
/năm trong công nghệ sản xuất
Bio─Ethanol từ sắn
Đồ án tốt nghiệp Mục lục
MỤC LỤC
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 2
Đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn
LỜI CẢM ƠN
Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Đặng Bình Thành,
người đã trực tiếp hướng dẫn em hết sức tận tình, chu đáo về mặt chuyên môn, động
viên em về mặt tinh thần để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Thiết bị
Công nghiệp Hóa Chất, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã
tận tình dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt thời gian năm năm học tập và rèn luyện tại
trường.
Em xin chân thành cảm ơn các anh chị phòng Kỹ Thuật cùng toàn thể Công ty
Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Miền trung đã cho phép em thực tập tại Quý Công ty, từ
đó tạo tiền đề cho em có thể hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này.
Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn động
viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
cũng như trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp.
Hà Nội, Ngày 02 Tháng 06 Năm 2012
Sinh viên
Hồ Sỹ Chính
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 3
Đồ án tốt nghiệp Mở đầu
MỞ ĐẦU
Thế giới hiện nay đang phải đương đầu với hai cuộc khủng hoảng lớn – sự ấm

lên toàn cầu và giá cả tăng cao của các loại nhiên liệu không tái tạo. Tuy nhiên, cả hai
vấn đề này đều có một giải pháp thông thường – một nhiên liệu thay thế nguồn năng
lượng tái tạo và hạn chế các loại khí thải gây hiện tương nóng lên toàn cầu. Trên
phương hướng đó, các nhà nghiên cứu và các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra một
nguồn nhiêu liệu tốt hơn và thân thiện với môi trường – Ethanol sinh học. Là một trong
những nguồn nhiên liệu thay thế với những lợi ích tuyệt vời của nó, đồng thời được
đánh giá là nguồn nhiên liệu tiềm năng với nhiều nước trên thế giới. Mặc dù có nhiều
thuận lợi và khó khăn khi sản xuất ethanol sinh học nhưng hiện nay ethanol sinh học đã
được sử dụng như là một nhiên liệu phụ ở một số nước.
Trong nhiều năm qua, công nghệ sản xuất ethanol sinh học đã được phát triển,
đổi mới vượt bậc, đem lại hiệu quả cao. Công nghệ được chú trọng nhất trong dây
chuyền là việc chưng cất ethanol từ giấm chín sau khi lên men. Vì vậy vấn đề tính toán,
thiết kế cải tiến công đoạn chưng cất cũng như toàn quá trình nói chung là điều tất yếu.
Bản đồ án của em với đề tài là:
“Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m
3
/năm trong
công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn”
Trong đó gồm các phần chính sau:
+ Chương 1: Tổng quan về Bio─Ethanol và công nghệ sản xuất Bio─Ethanol
trong công nghiệp.
+ Chương 2: Tổng quan về quá trình chưng luyện.
+ Chương 3: Tính toán công nghệ tháp chưng luyện Ethanol.
+ Chương 4: Tính toán kết cấu cho tháp chưng luyện Ethanol.
+ Chương 5: Tính toán các thiết bị phụ trợ.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 4
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ
CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO─ETHANOL TRONG
CÔNG NGHIỆP

1.1. Tổng quan về Bio─Ethanol.
1.1.1. Khái niệm về Bio─Ethanol.
Bio─Ethanol (ethanol sinh học) là ethanol được sản xuất từ các loại nguyên liệu
thực vật chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc từ các loại nguyên liệu
chứa tinh bột và cellulose thông qua các phản ứng trung gian thủy phân thành đường.
Hiện này trên thế giới, nguyên liệu chứa đường và tinh bột được sử dụng phổ
biết hơn do chi phí sản xuất thấp.
Xăng sinh học là hỗn hợp được pha trộn theo tỷ lệ xác định giữa ethanol và
xăng. Một số loại xăng sinh học đang được sử dụng trên thế giới như E5, E10, E85….
Ở Việt nam, chỉ mới đưa ra thị trường loại xăng E5 do Cty PV oil cung cấp [1].
1.1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của Bio─Ethanol.
Từ những năm 1973 trở về trước, Bio─Ethanol không được phát triển nhiều, vì
đương thời, công nghệ Hóa dầu rất phát triển, trữ lượng xăng dầu còn lớn, nên giá
thành thấp.
Sau những năm 1973, cuộc khủng hoảng dầu mỏ trên toàn thế giới xảy ra [2],
khiến giá thành xăng dầu lên cao, nên các nước phát triển như Mỹ, Braxin và một số
nước châu Âu bắt đầu khởi động lại các nghiên cứu về Bio─Ethanol. Sau đó,
Bio─Ethanol được phát triển mạnh, đưa vào sự dụng thực tế ở một số nước như Mỹ,
Braxin, Nhật Bản…
Đầu thế kỉ 21, xăng sinh học đã trở thành nhiên liệu được ưu tiên hàng đầu
trong xây dựng chiến lược về năng lượng tại Mỹ, Tây Âu, Nhật, Braxin…
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 5
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Ưu điểm của xăng sinh học là xăng cháy triệt để hơn, loại bỏ phụ gia chống kích
nổ chứa chì, giảm phát thải CO
2
ra không khí đáng kể so với xăng thường.
Nhược điểm lớn nhất của xăng sinh học là do nồng độ cao Bio─Ethanol sẽ làm
hỏng các chi tiết lăng bằng cao su, nhưa trong động cơ.
Những loại xăng sinh học đã được sử dụng trên thế giới [3]:

+ E5, E10: Bio─Ethanol pha 5%, 10% thể tích vào xăng, được sử dụng thông
dụng, không ảnh hưởng đến động cơ xe.
+ E25: Bio─Ethanol pha 25% thể tích vào xăng, động cơ xe cần phải cải tiến
một số chi tiết, điề chỉnh thời gian phun nhiên liệu. Braxin là quốc gia sử dụng nhiều
nhất loại xăng này.
+E85: Bio─Ethanol pha 85% thể tích vào xăng, chỉ sử dụng cho các động cơ
được chế tạo riêng. Tiêu biểu là dòng xe Ford focus sản xuất ở Mỹ.
Thực tế, người ta sẽ không pha Bio─Ethanol với xăng theo tỷ lệ trung bình 40
đến 60% vì ở tỷ lệ này, xăng sau khi pha sẽ bị phân lớp rất nhanh trong quá trình lưu
trữ.
Hiệu quả khi dùng xăng sinh học thay thế:
+ Xăng pha 5% Bio─Ethanol sẽ tiết kiêm được 5% nhiên liệu so với xăng
thường.
+ Công suất của động được cải thiện hơn
+ Khi thải CO và Hidrocacbon giảm hơn 10%
+ Khả năng tăng tốc của đông cơ được tốt hơn.
1.2. Tổng quan về Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol.
1.2.1. Các phương pháp sản xuất Ethanol.
Ethanol có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau , trong đó có hai
phương pháp sau là phổ biến và cơ bản nhất.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 6
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
+ Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp:
Tổng hợp ethanol có nghĩa là sản xuất ethanol bằng phương pháp hoá học, trên
thế giới người ta sản xuất ethanol bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong công
nghệ tổng hợp hoá dầu ethanol được sản xuất bằng dây chuyền công nghệ hydrat hoá
đối với khí etylen hoặc công nghệ cacbonyl hoá với methanol.
Hydrat hoá: CH
2
=CH

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

+ n

H
2
O nC
6
H
12
O
6
2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ Q
Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành 2 công đoạn là công
đoạn lên men nhằm sản xuất Bio─Ethanol có nồng độ thấp và công đoạn chưng cất -
làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng.
Hiện nay sản xuất cồn chủ yếu và phổ biến là sản xuất theo phương pháp sinh
học.
1.2.2. Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol.
Nguồn nguyên liệu để sản xuất Bio─Ethanol chủ yếu từ:
+ Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, thốt nốt …
+ Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì…
+ Các loại nguyên liệu chứa cellulose
Tuy nhiên, tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta
chọn loại nguyên liệu có lợi thế nhất để sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu. Ở Việt Nam,
các nguồn nguyên liệu thích hợp có thể sản xuất Bio─Ethanol là mía, sắn, gạo, ngô và

rỉ đường.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 7
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1.2.3. Sự khác nhau giữa công nghệ sản xuất cồn thực phẩm và Bio─Ethanol.
1.2.3.1. Mục đích sử dụng.
+ Cồn thực phẩm:
Người ta sản xuất cồn thực phẩm là để pha chế thành rượu và các loại đồ uống
có cồn. Các loại đồ uống này được dùng trực tiếp cho con người nên trong thành phẩm
của cồn thực phẩm chỉ bao gồm chủ yếu là etanol. Các loại cồn đầu, dầu fusel, andehyt,
axit, este… có hại cho sức khoẻ phải càng ít càng tốt và không được vượt quá ngưỡng
qui định.
Ngoài ra, do phải pha loãng khi pha chế, nên không bắt buộc phải sản xuất ra
cồn có nồng độ rất cao.
+ Cồn nhiên liệu:
Cồn nhiên liệu được sản xuất để dùng làm chất đốt. Khi sản xuất cồn nhiên liệu
người ta không cần phải tách bỏ cồn tạp vì bản thân chúng khi cháy cũng tạo ra năng
lượng.
Trái với cồn thực phẩm, cồn nhiên liệu bắt buộc phải tách nước triệt để, vì nếu
hàm lượng nước có trong cồn càng cao thì làm giảm hiệu quả của quá trình cháy và
ảnh hưởng đến động cơ thiết bị, đồng thời khi pha cồn vào xăng sẽ dẫn đến sự phân
tách pha. Cũng chính vì vậy mà khi sản xuất còn nhiên liệu, người ta phải chọn giải
pháp công nghệ thích hợp để loại bỏ nước trong cồn, tạo ra cồn có nồng độ rất cao.
1.2.3.2. Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol nhiên
liệu.
Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu
chủ yếu xảy ra ở công đoạn cuối: chưng cất, tách nước [4]:
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 8
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Công đoạn Ethanol thực phẩm Ethanol nhiên liệu
Chưng cất

Phức tạp hơn do cần tách triệt để các
chất có hại cho sức khỏe con người:
cồn đầu, dầu fusel, adehyt…
Không cần loại bỏ cồn tạp
Tách nước
Không cần phải tách nước nâng
nồng độ ethanol
Phải tách nước nâng nồng
độ ethanol lên 99.8%
Ngoài ra, để tránh sử dụng ethanol nhiên liệu cho các mục đích khác, cồn nhiên
liệu sau khi tách nước được biến tính bằng cách thêm vào 1,96 – 5%v/v chất biến tính.
Khi đó ethanol dùng làm nhiên liệu được gọi là ethanol biến tính. Chất biến tính có thể
dùng là xăng không chì, naphta….
1.3. Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột.
1.3.1. Giới thiệu về nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu ở Việt Nam.
Có nhiều nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo….Thành phần hoá học
của một số nguyên liệu chứa tinh bột được thể hiện ở bảng sau. Tính theo % trung
bình:
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 9
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
• Sắn:
- Hiện nay, diện tích trồng sắn ở nước ta khoảng gần 500.000 ha và được phân bố chủ
yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam bộ. Năng suất thu hoạch sắn tại nước ta trung bình là
15-20 tấn/ha và tăng đều qua các năm.[5]
- Hàm lượng tinh bột trong sắn tươi ở nước ta khoảng 25-35%. Cứ 2,3 kg sắn tươi thì có
thể thu được 1kg sắn lát.[5]
- Với giá cả hiện nay thì việc sử dụng sắn để sản xuất xăng sinh học là khả thi nhất.
• Ngô:
- Năng suất ngô của nước ta thấp, chỉ đạt ở mức 3.7 – 3.8 tấn/ha. Để sản xuất 1 lít
Bio─Ethanol, chúng ta cần 2,4 đến 2,6 kg ngô và giá ngô hiện nay là 4.100 đồng/kg,

đồng thời hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 400 – 500 nghìn tấn ngô Chính
vì vậy, việc sản xuất Bio─Ethanol từ ngô trong giai đoạn hiện nay là không khả thi vì
giá ngô quá cao so với sắn lát, mặc dù hàm lượng tinh bột thấp hơn (65%) [6].
Vì vậy, nguồn nguyên liệu được chọn lựa cho công nghệ sản xuất Bio─Ethanol
là sắn.
1.3.2. Giới thiệu về nguyên liệu sắn.
- Về cơ bản củ sắn gồm 3 phần chính: vỏ, thịt củ và lõi (ngoài ra còn có cuống và rễ củ).
- Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi:
+ Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống mất nước của củ, tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị mất
khi thu hoạch và vận chuyển.
+ Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là xenluloza
ngoài ra còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin.
+ Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít polyphenol, độc
tố và enzim.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 10
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
+ Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi có
chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thời giúp thoát
nước khi phơi hoặc sấy sắn.
- Thành phần sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 - 34%, protein 0,8 -
1,2%, chất béo 0,3 - 0,4%, xenluloza 1 - 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 - 0,3%
và nước 60 - 74,2% [5]. Ngoài ra trong sắn còn chứa một lượng Vitamin và độc tố.
Vitamin trong sắn thuộc nhóm B. Các Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và
nhất là khi nấu trong sản xuất rượu.
- Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và
Lotaustralin. Các độc tố này thường tập chung ở vỏ cùi. Bình thường phazéolunatin
không độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN. Sắn
tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể trên. Đặc
biệt trong sản xuất rượu, khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với hàm lượng
ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa các muối xyanat khi chưng cất không bay

hơi nên bị loại cùng bã rượu [5].
- Tiêu chuẩn sắn lát sử dụng cho công nghệ [4]:
+ Hình dạng lát sắn: đường kính 30 – 70 mm, bề dày: 20 – 30 mm
+ Độ ẩm: 12 – 14 %kl
+ Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %kg
+ Protein: 1,5 – 1,8 %kg
+ Hàm lượng tro: 1,8 – 3,0 %kg
+ Lipid: 0,5 – 0,9 %kg
+ Độ xơ: 2,1 – 5,0 %kg
+ Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %kg
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 11
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1.3.3. Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol trên thế giới.
Trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp công nghệ sản xuất
Bio─Ethanol nhiên liệu. Có thể kể ra một số các nhà cung cấp công nghệ sản xuất
Bio─Ethanol nhiên liệu hàng đầu trên thế giới gồm:
+ Lurgi AG, Frankfurt, Đức
+ Technip-Coflexip, Paris, Pháp
+ Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ
+ Katzen International INC., Cincinnati, Ohio, Mỹ
+ Tomsa Destil. S.L, Madrid, Tây Ban Nha
+ Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo
Ngoài các nhà cung cấp bản quyền công nghệ kể trên, trong lĩnh vực sản xuất
Bio─Ethanol nhiên liệu còn có một số các nhà cung cấp công nghệ, thiết bị mua bản
quyền công nghệ của các hãng nêu trên rồi tự nghiên cứu phát triển công nghệ như:
+ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô
+ Alfa Laval (India) Limited, Pune, Ấn Độ
+ Filli impianti, Monteriggioni, Italia
+ Kolon Engineering & Construction Co. Ltd., Kyunggi-Do, Hàn Quốc
+ Changhae Engineering Co.Ltd, Jeonju, Hàn Quốc

+ Rushan Risheng Machinery Manufacture Co., Ltd, Trung Quốc
Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày các mô hình, dây chuyền công
nghệ của các nhà cung cấp công nghệ sau:
+ Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo
+ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 12
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
+ Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ
1.3.3.1. Công nghệ Vogelbusch.
Dây chuyền công nghệ Vogelbusch, Áo [7].
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 13
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 14
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1. Công đoạn nghiền.
Sắn lát về đến nhà máy bằng xe tải được đổ xuống phễu tiếp nhận. Sau đó sắn
được tách bỏ tạp chất kim loại rồi đến kho chứa.
Từ kho chứa, sắn được làm sạch sơ bộ và cấp cho thùng chứa trung gian trước
khi vào máy nghiền búa.
Sản phẩm sau nghiền được phân loại bằng sàng phân loại, ở đây những sản
phẩm có kích thước chưa đạt sẽ được quay về lại thùng chứa trung gian trước máy
nghiền, bột sắn với kích thước đạt yêu cầu được chứa ở thùng chứa bột.
Bụi sinh ra sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc đặc biệt với sự hỗ trợ của máy thổi
khí.
2. Công đoạn hồ hóa – đường hóa.
Bột sắn sẽ được hòa trộn với nước sạch, hơi ngưng và dịch hèm loãng sau ly
tâm. Tinh bột sẽ được chuyển hóa/cắt mạch thành dextrin, đường đa bởi enzyme Alpha
amylaza ở nhiệt độ, áp suất và pH thích hợp.
Quá trình nấu sẽ sử dụng sự phun hơi trực tiếp. Dịch sau khi hồ hóa sẽ được làm
mát bởi thiết bị làm lạnh nhanh hoạt động ở điều kiện chân không.

Dịch sau khi làm lạnh nhanh được cấp cho thùng đường hóa. Tại đây, một phần
dịch hèm loãng sau ly tâm cũng được bổ sung, dung dịch H
2
SO
4
điều chỉnh pH và
enzyme Gluco-amylaza chuyển hóa dextrin, đường đa thành đường Glucô.
3. Công đoạn lên men.
Vogelbusch sử dụng công nghệ lên men liên tục. Kết quả của việc sử dụng công
nghệ như vậy sẽ giảm lao động, giảm lượng dung dịch CIP (kết quả là giảm hóa chất
và chi phí), công suất lên men tăng khoảng 130% so với hệ thống lên men theo mẻ và
làm tăng sản lượng ethanol.
Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn lên men mà
mỗi giai đoạn đó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 15
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
nhau. Dòng dịch sẽ lần lượt chảy qua các thùng lên men và giấm chín được lấy ra ở từ
bồn cuối cùng.
Trong thiết kế dây chuyền này, quá trình lên men có thể thực hiện gián đoạn
bằng cách đóng các van kết nối giữa các thùng lên men để cách ly các thùng với nhau.
Khi đó từng thùng sẽ được nạp liệu và lấy giấm chín ra một cách độc lập (lên men gián
đoạn từng thùng).
4. Công đoạn chưng cất – tách nước.
Sử dụng công nghệ chưng cất đa áp suất, hệ thống chưng cất hệ thống chưng cất
này sử dụng nhiệt năng tối ưu hơn và do đó giảm lượng hơi tiêu thụ.
Hệ thống các tháp gồm:
- Tháp cất I với khử khí một phần.
- Tháp cất II.
- Tháp khử Anđehyt.
- Tháp cất tinh I.

- Tháp cất tinh II.
Các tháp hoạt động ở mức áp suất khác nhau để các tháp có thể được gia nhiệt
bởi hơi đỉnh của tháp khác.
Cồn từ khu vực chưng cất sẽ được gia nhiệt siêu tốc nhằm nâng nhiệt độ lên
khoảng 115
o
C và hóa hơi hoàn toàn. Sau đó hơi cồn sẽ được tách nước bằng rây phân
tử 3A. Sản phẩm cồn khan sẽ được đưa đi ngưng tụ, làm mát và tồn chứa.
Sau một thời gian hấp phụ, tháp hấp phụ bị bão hòa và tháp được tái sinh bằng
một phần dòng hơi cồn khan đi ra khỏi tháp hấp phụ. Dòng hơi cồn tái sinh có chứa
nước sẽ quay trở lại khu vực chưng cất.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 16
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
5. Công đoạn xử lý dịch hèm.
Dịch hèm thải từ tháp chưng cất được đưa đến máy ly tâm nhằm tách bỏ các
thành phần rắn lơ lửng. Dịch hèm loãng sau ly tâm, một phần sẽ hồi lưu lại quá trình
công nghệ, phần còn lại được đưa đi cô đặc bốc hơi.
Bã ẩm tách ra từ máy ly tâm sẽ được trộn với phần cặn đáy từ thiết bị cô đặc,
sau đó được đưa đi sấy làm thức ăn gia súc.
Hơi sinh ra từ thiết bị sấy, cô đặc sẽ được thu hồi và quay trở lại quá trình công
nghệ.
1.3.3.2. Công nghệ Praj.
Dây chuyền công nghệ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Độ [8].
Quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát dựa theo phương pháp chưng cất bao gồm
nghiền, loại bỏ cát đá, hồ hoá, lên men, và chưng cất - tách nước. Xử lý nước thải theo
phương pháp gạn lắng, xử lý bio-gas như là phương pháp xử lý cơ bản và xục khí như
là phương pháp xử lý lần hai.
Khu công nghệ chính có thể được chia thành 5 mục chính như sau:
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 17
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol

- Nghiền sắn và tách cát: Trong khu vực này, sắn lát được làm sạch, nghiền và hoà bột để
tạo thành dịch bột sắn (slury).
- Hồ hoá: Trong khu vực này, tinh bột được hồ hoá ở khoảng 115
o
C với sự có mặt của
enzym.
- Đường hoá và lên men “HIFERM-NM”: Trong khu vực này, dịch hồ hoá đầu tiên được
chuyển hoá thành đường, sau đó đường lên men được được lên men đồng thời bởi nấm
men khô hoạt động tạo thành ethanol
- Chưng cất “ECOFINE MPR”: Trong khu vực này, dịch bột sau khi lên men được
chưng cất trong hai hệ thống tháp chưng cất để tạo thành ethanol ngậm nước 93%
Trong trường hợp cần tăng nồng độ lên 95% thì sử dụng hơi nhiều hơn
- Tách bã và xử lý nước thải theo phương pháp xử lý methanol ECOMET XPD Dịch
hèm được sản xuất như là một sản phẩm phụ của khu chưng cất, được tách trong máy
tách ly tâm để tạo thành bã ẩm và dịch hèm loãng.
1. Công đoạn hồ hóa.
Bột sắn được xử lý trong khu vực xử lý sơ bộ sắn để tạo thành dịch bột. Cát
cũng được loại bỏ trong giai đoạn xử lý này. Dịch bột này được sử dụng làm nguyên
liệu cho công đoạn hồ hóa. Dịch bột trong khu xử lý sơ bộ sắn được hòa với dòng ra
khỏi đáy tháp tinh.
Dòng dịch hèm tuần hoàn và dịch bột được hòa trộn trong thùng chuẩn bị dịch.
Nó được gia nhiệt đến 105
o
C. Dịch này được đưa vào thùng hồ hóa đầu tiên. Trong
thùng hồ hóa này, dịch bột được duy trì ở 85
o
C.
Enzym hồ hóa được thêm vào cùng với enzym giảm độ nhớt. Sau khi hồ hóa,
dịch bột được làm mát và bơm đến khu vực đường hóa và lên men.
2. Công đoạn đường hoá và lên men.

Men giống được chuẩn bị trong bình chuẩn bị men bởi dịch bột đã được tiệt
trùng với men khô đã hoạt hóa. Nhiệt độ tối ưu được duy trì bằng cách tuần hoàn qua
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 18
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
thiết bị làm mát bằng nước. Các thành phần của bình chuẩn bị men được chuyển đến
thùng lên men sơ bộ.
Thùng lên men sơ bộ được làm đầy dịch bột và nạp các chất của thùng nhân
men. Mục đích của việc lên men sơ bộ có sục khí (aerated) cho phép các tế bào nấm
men phát triển nhiều hơn và giảm sự nhiễm khuẩn của thùng nhân men. Khi các chất
trong thùng lên men sơ bộ được chuyển đến thùng nhân men chính, nồng độ của nấm
men đã đủ cao về căn bản có thể giảm được thời gian trễ liên quan đến sự phát triển
của nấm men trong quá trình lên men.
Enzym đường hóa được thêm vào trong thùng lên men. Chúng sẽ chuyển hóa
tinh bột thành đường. Ở đây cơ bản là sự chuyển hóa của dextrin thành dextroza. Mục
đích của quá trình lên men là chuyển các chất có thể lên men được thành cồn.
pH của dịch bột được điều chỉnh cơ bản là nhờ dịch hèm tuần hoàn (cũng là để
cung cấp chất dinh dưỡng) hoặc là thêm axit vào. Nấm men có hiệu lực trong một
lượng vừa đủ để khởi đầu quá trình lên men nhanh và kết thúc nó trong vòng 60 giờ.
Tại giai đoạn đầu của chu kỳ, thùng lên men được nạp liệu với dịch bột và các
chất của thùng lên men sơ bộ. Lên men là quá trình sinh nhiệt. Nhiệt sinh ra được loại
bỏ bằng cách tuần hoàn làm mát trong thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài. Bơm tuần hoàn
cũng được cung cấp để bơm dịch đã lên men (giấm chín) đến thùng giấm chín. Sau đó
thùng lên men được làm sạch với nước và dung dịch xút, và khử trùng cho mẻ tiếp
theo.
3. Công đoạn rửa CO
2
.
CO
2
rút ra trong suốt quá trình lên men sẽ kéo theo một lượng ethanol. CO

2
này
được đưa vào thiết bị rửa CO
2
bằng nước và loại bỏ lượng ethanol bị kéo theo.
4. Công đoạn chưng cất.
“ECOFINE MPR” là sơ đồ công nghệ đa áp suất với hai tháp chưng cất. Các
tháp này bao gồm các dòng:
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 19
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
- Tháp thô kết hợp tách khí ở đỉnh tháp: vận hành ở chân không
- Tháp tinh: vận hành ở áp suất dư
Dịch sau khi lên men được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ và đưa vào
đỉnh của tháp tách khí ở đỉnh của tháp thô. Một khu vực nhỏ được cung cấp ở đỉnh của
tháp thô gọi là tháp tách khí. Dấm chín được đưa vào tháp này và dòng đi xuống tháp
thô.
Hơi ở đỉnh tháp thô chứa ethanol được chuyển đến tháp tinh sau khi ngưng tụ.
Một phần nhỏ của dòng hơi này được nạp vào tháp tách khí. Trong tháp tách khí các
khí hòa tan cùng với một số tạp chất được tách ra ở đỉnh của tháp. Hơi này được ngưng
tụ trong thiết bị ngưng tụ của tháp tách khí và thành phần ngưng tụ được đưa đến khu
vực thấp hơn của tháp tinh để thu hồi ethanol.
Phần còn lại của dấm chín tách ra khỏi dòng ethanol đi xuống dưới tháp thô và
lấy ra như dòng nước thải từ đáy của tháp thô. Tháp thô vận hành ở chân không đảm
bảo nhiệt độ vận hành thấp. Ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan của muối canxi cao hơn nên
chúng không kết tủa trong tháp. Vì vậy tháp thô ít đóng cặn hơn.
Tháp tinh được vận hành ở áp suất tăng. Hơi được đưa vào thiết bị đun sôi đáy
tháp, được cung cấp ở đáy tháp.
Cồn được làm giàu đi ra ở đỉnh và có nồng độ khoảng 95% v/v. Cồn sau tinh
chế đi ra khỏi tháp và được đưa đi lưu trữ.
Dòng dầu fusel từ tháp tinh được đưa đến thiết bị tách dầu fusel, nơi mà dòng

này được hoà tan với nước và lớp giàu dầu fusel được tách ra. Nước rửa dầu fusel được
tuần hoàn trở lại tháp.
Dòng nước tách ra từ đáy tháp thô một phần được tuần hoàn lại khu vực lên
men như là nước hoà tan và phần còn lại được đưa đến phân xưởng xử lý nước thải.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 20
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
5. Công đoạn tách nước.
Quá trình tạo thành cồn tinh chế thông qua lớp hút ẩm. Hai tháp hút ẩm được
cung cấp để cho phép vận hành liên tục: một tháp thực hiện quá trình hấp phụ trong khi
tháp kia tiến hành tái sinh.
Nguyên liệu là hơi quá nhiệt của tháp tinh, được gia nhiệt siêu tốc để đảm bảo
nhiệt độ vận hành, và tuần hoàn đến tháp rây phân tử 1 được giả định là đang trong giai
đoạn tách nước. Sau khi đi qua thiết bị làm khô, hơi được ngưng tụ, làm mát và đưa
đến bể chứa sản phẩm.
Một phần nhỏ của hơi sản phẩm được đưa đến tháp 2 đang trong giai đoạn tái
sinh, ở áp suất chân không, để tiến hành tái sinh.
Giai đoạn tái sinh hút hơi nước từ các mao quản của rây phân tử, giúp cho tháp
2 sẵn sàng cho chu kỳ kế tiếp. Nồng độ dòng hơi thu hồi thấp, được ngưng tụ và tuần
hoàn trở lại tháp tinh.
6. Công đoạn ly tâm tách bã.
Quá trình tách được thực hiện bởi máy tách ly tâm liên tục để tách bã ẩm. Dòng
chất lỏng là dịch hèm loãng từ thiết bị tách được đưa qua phân huỷ kỵ khí, theo sau là
phân huỷ hiếu khí.
1.3.3.3. Công nghệ Applied Process Technology International - APTI (Delta-T).
Đây là bản quyền công nghệ sản xuất Bio Ethanol nhiên liệu được áp dụng đối
với Nhà máy sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu Miền Trung. Công nghệ này sẽ được
trình bày chi tiết ở phần tiếp theo.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 21
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1.3.4. Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol hiện tại ở Việt nam.

1.3.4.1. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất ethanol
Dây chuyền công nghệ của Applied Process Technology International - APTI
(Delta-T) [4].
Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol với nguyên liệu là sắn lát (cassava chips), sắn
lát được đưa đến khu vực nghiền, chuẩn bị dịch và tách cát, ở đây sẽ tạo thành dung
dịch bột đồng nhất (cassava slurry). Tinh bột trong dung dịch bột được chuyển hóa
thành đường có khả năng lên men dựa trên hoạt động của các enzyme (công đoạn hồ
hóa và nấu) và sau đó đường được chuyển hóa thành Ethanol và CO
2
bởi hoạt động của
men (công đoạn lên men).
Khí CO
2
thô sẽ được rửa sơ bộ bằng nước để tách lượng cồn bị cuốn theo, sau
đó CO
2
được đưa đến phân xưởng thu hồi và hóa lỏng CO
2
.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 22
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
Dịch sau lên men (giấm chín) có nồng độ Ethanol thấp (9 ÷ 14%v/v), cần phải
loại bỏ tối đa lượng nước bằng phương pháp chưng cất, tinh luyện. Tuy nhiên do hiện
tượng điểm đẳng phí của hỗn hợp Ethanol và nước nên sau công đoạn chưng cất
Bio─Ethanol thu được chỉ đạt nồng độ 95-96 %v/v. Để sử dụng làm nhiên liệu,
Bio─Ethanol tiếp tục được đưa qua công đoạn tách nước để đạt nồng độ tối thiểu 99,8
%v/v.
Dịch hèm thải ra từ đáy của hai tháp chưng cất thô được đưa đến Decanter (máy
ly tâm) để tách các thành phần rắn có trong dịch hèm. Các bước xử lý tiếp theo là sấy
bã và xử lý nước thải có thu hồi Methane.

Hiệu suất của các công đoạn chính:
- Hiệu suất lên men: 94%
- Hiệu suất chưng cất: 99%
- Hiệu suất tách nước: 99,5%
- Hiệu suất tổng của nhà sản xuất chính (từ hồ hóa đến tách nước): 90,7%
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 23
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1.3.4.2. Sơ đồ dòng của khu vực chuẩn bị dịch và tách cát.
Bột sắn sau nghiền được hòa trộn cùng với dòng dịch từ thùng TK-1101 gồm
nước công nghệ, dịch hèm loãng và dòng dịch Grits hồi lưu từ đỉnh hệ thống cyclone
cấp 2 của hệ thống cyclone tách cát. Dịch bột sau đó được đưa đến thùng TK-1102. Cả
2 thùng TK-1101 và TK-1102 đều được trang bị cánh khuấy.
Dịch bột từ thùng TK-1102 được gia nhiệt lên 40 - 50
O
C bằng dòng nước ngưng
công nghệ tại E-1102 để tránh tinh bột lơ lửng trong nước. Sau đó được dẫn qua thiết
bị đồng nhất và đến hệ thống cyclone 3 cấp tách cát triệt để.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 24
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
1.3.4.3. Sơ đồ dòng của khu vực hồ hóa và nấu
Dịch bột từ cụm công nghệ chuẩn bị dịch và tách cát tiếp tục được hòa trộn với
nước ngưng công nghệ tại thùng hòa trộn dịch TK-2101. Thùng này được duy trì ở
nhiệt độ khoảng 82
o
C. Thời gian lưu của dịch trong thùng là 30 phút. Enzyme Alpha-
amylaza được đưa vào nhằm bẻ gãy tinh bột thành đường có khả năng lên men. NH3
được thêm vào để điều chỉnh pH, đồng thời cung cấp dinh dưỡng cho men. Một phần
dịch hèm loãng có thể được bổ sung vào thùng hòa trộn.
Dịch sau hòa trộn được bơm đến thùng hồ hóa TK-2201. Thời gian lưu của dịch
ở thùng hồ hóa là 120 phút để đủ thời gian cho enzyme Alpha-amylaza tiếp tục bẻ gãy

những chuỗi tinh bột thành đường đơn. Sau đó dịch được gia nhiệt bằng hơi tại thiết bị
trao đổi nhiệt nhằm chuyển hóa tinh bột triệt để và tiệt trùng dòng dịch. Hệ thống gồm
3 nồi nấu dạng ống được cung cấp nhằm tạo thời gian lưu cần thiết (15 phút) để tiệt
trùng. Sau khi nấu, dịch được làm lạnh 2 cấp bằng giấm chín và nước làm mát đến
nhiệt độ 32
O
C và cung cấp cho khu vực lên men.
Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52 25