LỜI CAM ĐOAN
Bản luận văn thạc sỹ Ngành Kỹ thuật Hóa học với đề tài: “Nghiên cứu và mô
phỏng các quá trình tách nước trong cột hấp phụ để sản xuất cồn nhiên iệuCông
nghiệp Hóa chất – Viện kỹ thuật Hóa học – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tôi
xin cam đoan, luận văn không sao chép nội dung từ bất kỳ một luận văn thạc sỹ
hoặc luận án tiến sỹ nào khác.
Hà Nội, ngày 04 tháng 04 năm 2011
Người viết

Vũ Thị Thu Ngà

-4-


LỜI CẢM ƠN
XW
Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới TS. Vũ Đình Tiến, Bộ môn Máy và Thiết bị
Công nghiệp Hóa chất đã hướng dẫn về chuyên môn, phương pháp nghiên cứu và
tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và thực hiện đề tài.
Xin gửi lời trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu, Viện Đào tạo Sau đại học và
các thầy, cô giáo Viện Kỹ thuật Hóa học - Đại học Bách khoa Hà Nội đã tận tình
dạy dỗ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành các nội dung học tập và
thực hiện đề tài thuận lợi.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, và các bạn
cùng lớp Cao học Hóa kỹ thuật 2008 - 2010 đã giúp đỡ và động viên tôi trong thời
gian học tập và quá trình làm luận văn.
Hà Nội, ngày 04 tháng 04 năm 2011

-5-

MỤC LỤC.................................................................................................................................... 1
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.................................................................. 3
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ........................................................................................ 4
CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ CỒN NHIÊN LIỆU..................................................................... 6
1.1.

Khái quát về nhiên liệu sinh học: ................................................................................... 6

1.2.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ Ethanol nhiên liệu trên thế giới:......................................11

1.3.

Chính sách phát triển Ethanol ở Việt Nam: ...................................................................13

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU .....................................................17
2.1.

Quy trình sản xuất Ethanol thô:.....................................................................................17

2.1.1. Sản xuất Ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột, xenlulozo:...........................................17
2.1.2. Sản xuất Ethanol từ mật rỉ đường:...............................................................................19
2.2.

Quy trình sản xuất Ethanol nhiên liệu............................................................................21

2.2.1. Chưng luyện trích ly : .................................................................................................21
2.2.2. Chưng luyện đẳng phí:................................................................................................24
2.2.3. Phương pháp sàng phân tử: .........................................................................................26

2.2.4. Zeolite membrane: ......................................................................................................26
2.2.5. So sánh giữa các phương pháp:...................................................................................27
CHƯƠNG III: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ HẤP PHỤ ....................................................................29
3.1.

Khái niệm:....................................................................................................................29

3.2.

Phân loại và ứng dụng: .................................................................................................29

3.3.

Vật liệu hấp phụ: ..........................................................................................................30

3.3.1. Than hoạt tính: ...........................................................................................................30
3.3.2. Silicagen.....................................................................................................................31
3.3.3. Polyme xốp: ...............................................................................................................32
3.3.4.Nhôm oxyt hoạt tính: ...................................................................................................32
3.3.5. Zeolite:.......................................................................................................................32
3.4.

Cơ chế hấp phụ:............................................................................................................35

3.5.

Các yếu tố ảnh hưởng đến khả năng hấp phụ:................................................................39

3.6.


Hấp phụ đẳng nhiệt:......................................................................................................40

3.6.1.

Bề mặt hấp phụ .....................................................................................................40

3.6.2.

Hấp phụ vi mao quản ............................................................................................46

3.7.

Động học của quá trình hấp phụ:...................................................................................50

3.8.

Mô hình toán học mô tả trong cột hấp phụ: ...................................................................52

1

Deleted: 11
Deleted: 13
Deleted: 17
Deleted: 17
Deleted: 17
Deleted: 19
Deleted: 21
Deleted: 21
Deleted: 24
Deleted: 26

Deleted: 26
Deleted: 27
Deleted: 29
Deleted: 29
Deleted: 29
Deleted: 30
Deleted: 30
Deleted: 31
Deleted: 32
Deleted: 32
Deleted: 32
Deleted: 35
Deleted: 39
Deleted: 40
Deleted: 40
Deleted: 46
Deleted: 50
Deleted: 51


3.9.

Quá trình nhả hấp phụ...................................................................................................55

CHƯƠNG 4: MÔ PHỎNG CÂN BẰNG CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT CỦA HỆ THỐNG SẢN
XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU BẰNG HYSYS.................................................................................58
4.1.

Thuyết minh sơ đồ hệ thống công nghệ:........................................................................58


4.2.

Mô phỏng quá trình làm việc của cột: ...........................................................................61

4.3.

Xác định các thông số của mô hình toán học: ...............................................................64

4.3.1.

Vận tốc sơ bộ của dòng đi trong cột hấp phụ: ........................................................64

4.3.2.

Đường kính và chiều dài sơ bộ của cột hấp phụ: ....................................................65

4.3.3.

Hệ số phân tán dọc trục:........................................................................................65

4.3.4.

Hệ số hấp phụ cân bằng: .......................................................................................67

4.4.

Thông số cho quá trình mô phỏng:................................................................................69

4.5.


Cân bằng chất và cân bằng nhiệt ...................................................................................71

4.5.1.

Thiết bị trao đổi nhiệt E101:..................................................................................71

4.5.2.

Thiết bị quá nhiệt E102: ........................................................................................73

4.5.3.

Thiết bị làm lạnh sản phẩm E100: .........................................................................75

4.5.4.

Thiết bị làm lạnh sau nhả hấp:...............................................................................77

CHƯƠNG 5: MÔ PHỎNG VÀ TỐI ƯU CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA CỘT HẤP PHỤ.................80
5.1.

Mô phỏng quá trình làm việc của cột: ...........................................................................80

5.2.

Đánh giá ảnh hưởng của các thông số công nghệ:..........................................................81

5.2.1.

Ảnh hưởng của vận tốc dòng:...............................................................................81


5.2.2.

Ảnh hưởng của chiều dài cột:................................................................................83

5.2.3.

Ảnh hưởng của hệ số khuếch tán dòng: .................................................................84

5.3.

Tối ưu chế độ làm việc của cột hấp phụ: .......................................................................85

5.4.

Xây dựng chu trình làm việc của hệ thống làm khan Ethanol.........................................86

KẾT LUẬN .................................................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................................88
PHỤ LỤC ...................................................................................................................................89

2

Deleted: 55

Deleted: 57
Deleted: 57
Deleted: 60
Deleted: 63
Deleted: 63

Deleted: 64
Deleted: 64
Deleted: 66
Deleted: 68
Deleted: 69
Deleted: 69
Deleted: 71
Deleted: 73
Deleted: 75
Deleted: 78
Deleted: 78
Deleted: 79
Deleted: 79
Deleted: 81
Deleted: 82
Deleted: 83
Deleted: 84
Deleted: 85
Deleted: 86
Deleted: 87


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
pH2O
K
T
t
G
D
Dap

Dm
M
σAB
Rp
Dc
q
w
nG
nS
L
a
C

Áp suất riêng phần của hơi nước
Hằng số hấp phụ
Nhiệt độ
Thời gian
Lưu lượng
Hệ số phân tán
Hệ số phân tán dọc trục
Hệ số khuếch tán phân tử
Khối lượng mol
Hằng số trở lực của hàm thế Lennard Jones
Bán kính mao quản
Đường kính cột hấp phụ
Nồng độ của nước hấp phụ trên Zeolite
Vận tốc
Thành phần của nước trong pha khí
Thành phần của nước trong pha rắn
Chiều dài cột hấp phụ

Hệ số dẫn nhiệt độ
Nhiệt dung riêng
Độ xốp

3

atm
1
K
phút
m3/s
cm2/s
cm2/s
cm2/s
kg/kmole
m
m
m
kg/kg
m/s

m
m2/s
J/kgK
1


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1
Hình 3

Hình 4
Hình 5
Hình 6
Hình 7
Hình 8
Hình 9

Hình 10
Hình 11
Hình 12
Hình 13
Hình 14
Hình 15
Hình 16
Hình 17
Hình 18
Hình 19
Hình 20
Hình 21
Hình 22
Hình 23
Hình 24
Hình 25
Hình 26
Hình 27

Sơ đồ dòng công nghệ sản xuất Ethanol từ tinh bột
Sơ đồ sản xuất Ethanol từ mật rỉ đường
Sơ đồ quá trình chưng luyện trích ly
Sơ đồ quá trình chưng luyện đẳng phí

Cấu trúc mạng Zeolite
Cấu trúc mạng Zeolite A, Zeolite X
Mô hình cột hấp phụ lớp tĩnh và đường hấp phụ đẳng nhiệt
của Zeolite
Miêu tả sai lệch của quá trình hấp phụ đẳng nhiệt từ phương
trình cân bằng Langmuir tạo ra bởiquá trình hấp phụ động
và nội phản ứng giữa các phân tử
Minh họa của phương trình Freundlich về việc hấp phụ hợp
chất hữu cơ bằng than hoạt tính tại 298K
Hấp phụ từ dung dịch nước
Ảnh hưởng của thời gian tới hình dạng của quá trình hấp phụ
đẳng nhiệt
Đặc tính đường cong hấp phụ
Phân bố đường cong hấp phụ của Carbon
Sơ đồ hệ thống sản xuất etanol nhiên liệu
Hệ thống dây truyền công nghệ trong Hysys khi tháp 2 nhả
hấp
Đường hấp phụ đẳng nhiệt của Zeolite 3A tại các nhiệt độ
khác nhau
Đường cong hấp phụ của Zeolite 3A tại 1200C
Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E101
Mô phỏng thiết bị trao đổi nhiệt E102
Mô phỏng thiết bị làm lạnh sản phẩm E100
Mô phỏng thiết bị làm lạnh sau nhả hấp
Đồ thị vận tốc_thời gian
Ảnh hýởng của vận tốc dòng khí
Ảnh hưởng của chiều dài cột
Ảnh hưởng của hệ số khếch tán
Quan hệ vận tốc wc và dung lượng hấp phụ G


4

Tr18
Tr20
Tr23
Tr25
Tr33
Tr34
Tr38

Tr42
Tr43
Tr44
Tr45
Tr46
Tr49
Tr61
Tr63
Tr67
Tr67
Tr70
Tr71
Tr73
Tr75
Tr80
Tr81
Tr82
Tr82
Tr84



MỞ ĐẦU
Nhằm đảm bảo nhu cầu năng lương cho sự phát triển và để giảm sự phụ thuộc
vào nguồn dầu mỏ của các nước Trung Đông và hướng tới nguồn nhiên liệu thân
thiên với môi trường, Ethanol nhiên liệu ngày càng được sử dụng rộng rãi và đến
nay nó đã chứng tỏ được vị trí của mình so với các nguồn nhiên liệu khác.
Để loại bỏ gần như hoàn toàn lượng nước còn lại trong hỗn hợp đẳng phí rượu
Ethanol- Nước thì có rất nhiều phương pháp được sử dụng trong công nghiệp như
phương pháp chưng luyện đẳng phí, chưng luyện trích ly hay các phương pháp mới
như: công nghệ màng, hấp phụ...
Tách nước bằng phương pháp sàng phân tử là một bản quyền công nghệ hiện
đại, được ứng dụng phổ biến trong các nhà máy chế biến Ethanol nhiên liệu trên thế
giới hiện nay. Và ở Việt Nam chúng ta đang xây dựng các nhà máy sản xuất
Ethanol dựa trên phương pháp này.
Trong bản luận văn này em xin trình bày phương pháp tách nước ra khỏi hỗn
hợp đẳng phí Ethanol- Nước bằng các sử dụng Zeolite 3A, mô phỏng được hệ
thống, đặc biệt là sự thay đổi chính xảy ra trong cột hấp phụ, từ đó xác định chế độ
làm việc tối ưu của cột hấp phụ. Đây là một trong các phương pháp có ứng dụng
rộng rãi và hiện đại ngày nay.

5


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu

CHƯƠNG I: TỔNG QUÁT VỀ CỒN NHIÊN LIỆU
1.1.

Khái quát về nhiên liệu sinh học:
Trong những năm gần đây nhu cầu sử dụng năng lượng của các ngành công


nghiệp ngày càng cao, đặc biệt là ngành giao thông vận tải, các nhà máy, các khu
công nghiệp. Trong khi đó nguồn nhiên liệu thì ngày càng cạn kiệt, dầu mỏ và than
đá đang bị khai thác quá mức và do trữ lượng có hạn. Giá xăng dầu thên thế giới
liên tục biến đổi, tăng cao kèm theo các bất ổn về kinh tế, chính trị, lạm phát ảnh
hưởng rất lớn đến đời sống người dân.
Để ổn định vấn đề an ninh năng lượng nhiều phương án đã được khả thi như:
xây dựng các nhà máy thủy điện, nhiệt điện, nhà máy năng lượng hạt nhân. Nhưng
tất cả các phương án này đều gây tác động và ảnh hưởng xấu đến môi trường, ví dụ
như tăng lượng khí CO2 thải vào khí quyển, gia tăng hiệu ứng nhà kính, khó kiểm
soát lũ hoặc sự cố mất an toàn phóng xạ. Trước tình hình đó việc nghiên cứu sản
xuất các nguồn nhiên liệu khác thay thế cho xăng dầu và tránh có những tác động
tiêu cực đến môi trường là một việc làm cấp bách và vô vùng quan trọng. Nhiên liệu
sinh học ra đời nhằm góp phần giải quyết các vấn đề nan giải trên.
Lịch sử sử dụng nhiên liệu Ethanol:
Nhiên liệu Ethanol được thừa nhận là một loại nhiên nhiệu có trên 100 năm sử
dụng. Vào năm 1860 một nhà phát minh người Đức Nicholas August Otto đã sử
dụng Ethanol như một nhiên liệu trong công đoạn đầu tiên của một động cơ đốt
trong. Ông đã phát minh ra bộ chế hòa khí có chức năng kích hoạt Ethanol và giúp
cho nó bay hơi khi động cơ bắt đầu khởi động.
Từ những năm 1907 Ethanol đã được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ đốt ngay
từ khi chúng được tìm ra. Nhìn chung Ethanol được sử dụng dưới hai dạng: Thứ
nhất là thay thế hoàn toàn xăng trong trường hợp động cơ được điều chỉnh hợp lý.
Dạng này được sử dụng phổ biến từ năm 1900 đến năm 1930. Sau năm 1930,
Ethanol hầu như không còn sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ do nhiên liệu hóa

6


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu

thạch có giá thành quá rẻ. Thứ hai Ethanol được sử dụng như một chất làm tăng chỉ
số Octan khi pha trộn với xăng ở tỷ lệ 10%_30% mà không cần phải cải biến động
cơ. Tuy nhiên sau đó do không cạnh tranh được với tetraxetyl chì nên Ethanol
không còn được sử dụng như một chất làm tăng chỉ số Octan. Đến cuối thập niên 70
của thế kỷ 20, khi mà tetraetyl chì bị cấm ở nhiều nước do chất này gây ô nhiễm
môi trường nghiêm trọng thì Ethanol mới được bắt đầu sử dụng trở lại. Không
những làm tăng chỉ số Octan mà Ethanol còn đóng vai trò là hợp chất oxygenate
(hợp chất chứa oxy giúp cho nhiên liệu cháy hoàn toàn hơn) trong nhiên liệu nhằm
giảm thiểu các khí thải độc hại.
Các cách sử dụng Ethanol nhiên liệu:
+ Ethanol có thể sử dụng như là nhiên liệu (thông thường được trộn lẫn với xăng)
với nhiều công nghệ khác nhau. Ethanol dễ cháy không màu và trong suốt, nó cũng
có thể sử dụng trực tiếp như một loại nhiên liệu cho các ô tô có động cơ đặc biệt
hoặc như một chất phụ gia cho vào trong xăng dùng cho các động cơ xăng.
+ Khi pha trực tiếp Ethanol vào xăng với tỷ lệ khoảng 10-20 % thể tích có thể sử
dụng như xăng thông thường. Thực nghiệm chỉ ra các loại động cơ có 4 xilanh
thường thích hợp hơn hiệu quả hoạt động sẽ đảm bảo hơn so với động cơ 6-8
xilanh.
- Với động cơ cỡ nhỏ và các lọai chỉ có 1 xilanh thì hoàn toàn có thể sử
dụng những hỗn hợp nhiên liệu có nồng độ Ethanol lớn hơn nhiều. Thậm chí một
vài thực nghiệm còn chỉ ra rằng việc sử dụng loại nhiên liệu này trong một khoảng
thời gian hợp lý còn làm sạch các cặn bẩn của các dạng nhiên liệu truyền thống để
lại trong động cơ.
- Đối với động cơ lớn hơn cần thêm một số thao tác như điều chỉnh các dòng
hòa trộn của không khí và dòng nhiên liệu là động cơ sẽ hoạt động bình thường.
Nhưng một yêu cầu rất quan trọng với Ethanol nhiên liệu là phải hoàn toàn tinh
khiết, không lẫn nước, chỉ một lượng nước rất nhỏ cũng gây ra phiền phức: nước sẽ
gây ra hiện tượng giảm nhiệt độ đột ngột trong quá trình đốt, làm giảm khả năng

7



Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
sinh công của động cơ và làm máy giật mạnh. Điều này rất nguy hiểm với các động
cơ lớn có thể gây ra tác hại đối với người và máy móc. Thêm vào đó một số cấu trúc
động cơ như bộ chế hòa khí, bộ điều nhiệt và các hệ thống cung cấp nhiên liệu bổ
xung cũng cần phải thay đổi. Với bộ chế hòa khí, so với các lọai nhiên liệu truyền
thống thì bộ chế hòa khí sử dụng Ethanol nhiên liệu phải mở rộng hơn với một thể
tích thích hợp, tùy nồng độ Ethanol, công suất động cơ và mục đích sử dụng. Mặt
khác động cơ sử dụng Ethanol cần bộ điều nhiệt cao hơn so với xăng dầu, với động
cơ đã vận hành tốt thì chỉ cần lắp bộ điều nhiệt cao hơn, vấn đề nằm ở khâu khởi
động nhất là trong điều kiện thời tiết lạnh. Để giải quyết vấn đề này người ta lắp
thêm một bình nhỏ để đựng xăng, dầu để khởi động động cơ, sau đó thì điều chỉnh
để sử dụng Ethanol. Một vấn đề cần điều chỉnh nữa là khả năng tiếp, sưởi nhiên liệu
của động cơ. người ta thường chia nhỏ các đường tiếp nhiên liệu vào và cũng chia
bình chứa thành các bình nhỏ hơn

hoặc pha thêm các nhiên liệu khác như:

pentane…
Các phương pháp trên đều có lợi thế và những hạn chế và được áp dụng cho từng
loại động cơ và thời gian sử dụng nhất định.
Các tiêu chuẩn xăng pha Ethanol:
Ethanol được pha vào xăng ngày nay được tiêu chuẩn hóa theo tiêu chuẩn ASTM
hoặc theo tiêu chuẩn trong quốc gia và về cơ bản phải tuân theo các chỉ tiêu cụ thể
sau:
-

Ethanol, %V min:


92.1

-

Methanol ,%V, max:

0.5

-

Nhựa tan trong dung môi, mg/100 mL, max:

5.0

-

Hàm lượng nước, %V, max

1

-

Hàm lượng các chất làm biến tính, %V, min-max:

1.96_4.76

-

Hàm lượng các chloride vô cơ, ppm, max:


40

8


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
-

Hàm lượng đồng, mg/kg, max:

0.1

-

Độ axit, %KL,max:

0.007

-

Độ PH:

6.5_9.0

-

Hàm lượng lưu huỳnh, ppm, max:

30


-

Nhìn bề ngoài:

trong và sáng
(không có các chất lơ lửng)

Tính chất vật lý của xăng pha Ethanol:
- Khối lượng riêng của hơi: hơi xăng pha Ethanol Ethanol nặng hơn
không khí và có khuynh hướng tập trung ở chỗ thấp hơn, tuy nhiên hơi xăng pha
Ethanol phân tán rất nhanh.
- Độ tan trong nước: Ethanol nhiên liệu sẽ tan trong nước khi lượng
nước đủ lớn, khi hàm lượng nước thấp Ethanol tách ra và nổi trên mặt nước.
- Khả năng cung cấp năng lượng: với thể tích nhất định, xăng pha
Ethanol Ethanol cung cấp mức năng lượng thấp hơn xăng. Cứ 1.0 gallon nhiên
liệu E85 tương đương với 0.72 gallon xăng về mặt năng lượng.
- Đặc tính ngọn lửa: ngọn lửa khi đốt nhiên liệu Ethanol kém sáng
hơn ngọn lửa khi đốt xăng, nhưng nó dễ dàng thấy rõ vào ban ngày.
- Trọng lượng riêng: Ethanol nhiên liệu nặng hơn xăng.
- Tính dẫn điện: Ethanol nhiên liệu dẫn điện, còn xăng là chất cách
điện
- Tỷ lệ phối trộn chất cách hoạt với không khí: E85 cần lượng chất
kích hoạt trên mỗi pound không khí nhiều hơn xăng, vì vậy nó không thể dùng
cho các loại động cơ thường
- Tính độc: E85 chứa khả năng ung thư da
- Khả năng tự bốc cháy: nhiệt độ thấp hơn 320F, E85 dễ cháy hơn
xăng. Tuy nhiên ở nhiệt độ thường E85 khó cháy hơn xăng bởi vì nó có nhiệt độ
tự bắt cháy cao hơn xăng.

9



Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
Lợi ích của nhiên liệu sinh học :
- Giảm thiểu các khí gây ô nhiễm: Trong bản nghiên cứu năm 1999, Wang
et.al, đã kết luận rằng việc sử dụng một gallon Ethanol trong một hỗn hợp pha trộn
E85 (85% Ethanol và 15% lượng xăng không chì) được tạo ra có sử dụng các quy
trình công nghệ Ethanol sẽ giảm bớt lượng khí thải GHG lên đến 24% và đối với
E10 là 19% đối với công nghệ hiện đại thì có thể giảm tới 26%.
Đối với khí CO2 , khí này được sinh ra bởi quá trình đốt cháy nhiên liệu hóa thạch,
là nguồn GHG lớn nhất và chiếm 1/2 tổng số khí thải GHG của thế giới. Những nỗ
lực nhằm giảm bớt ô nhiễm do khí này gây ra đều không có hiệu quả. Theo hiệp hội
nhiên liệu an toàn của Canada, việc sử dụng E10 sẽ giảm từ 6-10% lượng khí CO2
trong khi E85 sẽ giảm hoàn toàn CO2 vào không khí. Năm 2006 trường ĐH
Califorlia, Berkley ước lượng khí thải khí nhà kính của Ethanol bắp là 13%, sau
giảm xuống còn 7.4% thấp hơn so với xăng dầu. Tạp chí National Geographic ghi
nhận nhiên liệu Ethanol bắp giảm ít hơn 22% CO2 và ethanol mía là 56%.
- Giảm giá dầu nhập khẩu: mục tiêu đầu của tiên của chương trình sản xuất
nhiên liệu sinh học là giảm bớt sự lệ thuộc vào dầu nhập khẩu, bảo đảm vấn đề năng
lượng ở mỗi quốc gia.
- Duy trì nền kinh tế nông nghiệp.
- Tạo việc làm mới và nông sản chế biến mới ở nông thôn: nhiều nhà nghiên
cứu cho rằng nhiên liệu sinh học có thể giảm mức độ nghèo khó ở nông thôn nếu có
quy hoạch và chương trình thực hiện cụ thể vì tạo ra nhiều việc làm với nông sản
chế biến mới. Sản phẩm nông sản mới có giá trị cao hơn các nông sản truyền thống.
Nhưng viễn cảnh này có thể gặp trở ngại nếu như không có các chính sách hỗ trợ
hợp lý, hướng phát triển này có thể đưa đến thành lập các khu công nghiệp hay đô
thị nông thôn khép kín.
Mặt trái của việc phát triển nhiên liệu sinh học:
-


Vấn đề lương thực: việc sử dụng đất để trồng cây sản xuất nhiên liệu sinh
học có thể ảnh hưởng đến nguồn cung cấp lương thực hoặc tăng giá lương
thực.

10


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
-

Ô nhiễm và cạn kiệt nguồn tài nguyên nước: nhiều loại cây nguyên liệu đòi
hỏi rất nhiều nước trong quá trình sinh trưởng, với một diện tích lớn thì vấn
đề nước là cũng rất đáng quan tâm. Hơn nữa việc sử dụng tràn lan vinhoto
chất dùng để bón và tưới khi trồng mía gây ô nhiễm sông ngòi, hủy hoại sinh
vật thủy sản.

-

Trong quá trình sản xuất nhiên liệu sinh học gây ra khí N2O làm ấm trái đất.

-

Giảm diện tích trồng rừng: hiện tượng phá rừng để lấy đất trồng các loại cây
nguyên liệu gây xói mòn, bão lũ, hạn hán.

-

Nguy cơ độc canh: trồng một loại cây duy nhất trên một diện tích đất trong
một thời gian dài gây cằn cỗi và đất không thể tiếp tục công tác được.


1.2.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ Ethanol nhiên liệu trên thế giới:

Tại các nước phát triển như Mỹ, Pháp, Đức và đặc biệt là ở Braxin do nhận thấy ưu
điểm của loại nhiên liệu này nên đã tiến hành nghiên cứu và nhanh chóng đưa ứng
dụng Ethanol nhiên liệu vào sản xuất.
Tại Mỹ, năm 1925 Henry Ford đã phát biểu trên tạp chí New York rằng “
Nhiên liệu trong tương lai sẽ xuất phát từ hoa quả, gỗ và mùn cưa…”
Henry Ford và một số chuyên gia đã khởi sướng một phong trào nhằm thúc đẩy việc
sử dụng Ethanol và họ đã thành lập một nhà máy lên men để sản xuất 38.000 lit
Ethanol/ngày dùng với mục đích sử dụng cho nhiên liệu xe môtô hai bánh tại
Archison, Kansas. Trong suốt những năm 1930 có hơn 2000 trạm dịch vụ bán. thể
loại Ethanol này làm từ Ngô và được gọi là ‘gasohol’. Các mức giá xăng dầu thấp
đã buộc nhà máy sản xuất Ethanol phải đóng cửa vào những năm 1940 và sau đó
gasohol được thay thế bằng loại xăng dầu tinh chât.
Tuy nhiên đến những năm 1973_1979 do sự khủng hoảng dầu lửa, và cuộc chiến
tranh Iran_Irắc, thêm vào đó là chính sách cấm vận của các nước Trung Đông đối
với Mỹ và Tây Âu làm cho giá xăng dầu tăng mạnh, giá dầu từ 3USD/thùng lên đến
hơn 30USD/thùng buộc các nhà sản xuất nhiên liệu phải bắt tay vào tìm kiếm một
nguồn năng lương thay thế. Công ty dầu lửa Hoa Kỳ và một số tập đoàn kinh tế
hùng mạnh khác đã bắt đàu tiếp cận nhiên liệu Ethanol như một sự thay thế xăng

11


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
dầu. Nhiều chính sách ưu tiên như giảm thuế đối với xăng dầu có chứa 10% Ethanol
đã giảm chi phí sản xuất Ethanol nhiên liệu tương đương với giá bán sỉ xăng dầu để

thúc đẩy sự sản xuất cũng như mức tiệu thụ của loại nhiên liệu này. Năm 1998,
Tổng thống Mỹ B.Clinton đã kỹ sắc lệnh 13101 về sử dụng sản phẩm Ethanol sinh
học thay thế một phần dầu mỏ và quốc Hội Mỹ đã theo đuổi chính sách công khai
nhằm tạo lập ngành công nghiệp Ethanol ở cấp nhiên liệu và ban hành luật miễn
thuế môn bài nhằm khuyến khích sản xuất Ethanol từ nguồn tái sinh. Nhờ đó năm
2004, Mỹ đã sản xuất hơn 13 triệu m3 Ethanol để sản xuất xăng sinh học. Hiện tại
nhiều bang của Mỹ bắt buộc sử dụng xăng pha Ethanol E10 mỗi năm Mỹ tiết kiệm
một khoảng chi phí lên tới 100 triệu USD/ngày.
Tại Braxin, khi mà lệnh cấm vân dầu của các nước Ả RẬP ban ra thì chính
phủ nước này cũng có chủ trương phát triển công nghiệp Ethanol như một nhiên
liệu thay thế xăng dầu nhập khẩu. Nhà nước dùng các khoản trợ cấp lớn cho các nhà
máy đường để sản xuất Ethanol từ bã mía, các phế phẩm từ đường và xây dựng hệ
thống phân phối Ethanol bên cạnh các trạm bán xăng dầu để khách hàng có thể tự ý
lựa chọn các giải pháp trộn Ethanol vào xăng. Thậm chí nước này còn yêu cầu các
công ty sản xuất xe hơi phải đưa ra thị trường một nửa số lượng xe mới chỉ dùng
Ethanol làm nhiên liệu. Năm 1975, chính phủ Braxin đưa ra một chương trình sản
xuất Ethanol từ mía để giải quyết vấn đề giá đường thế giới hạ giá và gánh nặng
ngày càng tăng của ngành dầu mỏ sau cuộc khủng hoảng dầu mỏ năm 1973. chính
phủ Braxin đã tận dụng các nhà máy đường hiện có để sản xuất Ethanol. Sản lượng
nhiên liệu sinh học tăng đều đặn từ 0.6 tỷ lít năm 1975 đến 14 tỷ lít năm 1998. Từ
cuối năm 1970 toàn bộ xe cộ ở Braxin dùng nhiên liệu có chứa 20% Ethanol để
thay thế cho xăng và diesel mà không cần thay động cơ. từ năm 1984 đến 1988 tất
cả các ôtô được bán ra thị trường đều chạy bằng Ethanol tuyệt đối. Năm 1988 các
loại xe này đã tiêu thụ hết 7.6 tỷ lít Ethanol, trong đó 5.3 tỷ lít ding để pha xăng
còn lại dùng cho ôtô. Vào đầu năm 2003, hãng Volkswagen AG đã đưa ra thể loại
xe hơi Gol Power 1.6 chạy bằng nhiên liệu linh hoạt, các nhà sản xuất tin rằng loại
nhiên liệu này sẽ làm hài lòng người tiêu dùng. Hãng này cũng tin rằng trong tương

12



Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
lai không xa họ có thể tiêu thụ từ 27 ngàn chiếc đến 28 ngàn chiếc/tháng.. Ethanol ở
Braxin được sản xuất từ mía, sau khi trồng 18 tháng cây mía cho sản lượng Ethanol
rất cao. Mặt khác bã mía sau khi ép lấy đường và lấy Ethanol thì được dùng làm
chất đốt phát điện cho nên công nghệ sản xuất Ethanol gần như không cần dùng đến
điện công nghiệp mua ngoài, điều này làm giảm giá thành Ethanol đáng kể. Tỷ lệ
trộng Ethanol vào xăng dầu ở Braxin là 24%, trong khi đó tỷ lệ này ở Mỹ là 10% và
nước này cũng áp dụng chinh sách giảm thuế để khuyến khích ngành công nghiệp
này phát triển. Dự kiến trong 5 năm tới, Braxin sẽ thu hút vốn đầu tư nước ngoài 3.6
tỷ USD và ngành công nghiệp sản xuất Ethanol và tăng diện tích trồng mía lên gấp
3 lần hiện nay.

1.3.

Chính sách phát triển Ethanol ở Việt Nam:

Việt Nam là một nước nông nghiệp, thế mạnh chính là trồng trọt và chăn nuôi đặc
biệt là sản xuất lúa gạo. Nước ta có sản lượng lúa gạo lớn thứ 2 trên thế giới sau
Thái Lan. Bên cạnh đó các ngành trồng trọt như rau, củ, quả, mía... cũng lớn mạnh.
Tất cả những yếu tố trên cho thấy đây là một nguồn nhiên liệu rất phong phú tạo
điều kiện thuận lợi cho các ngành công nghiệp sử dụng nguyên liệu là sản phẩm của
các ngành nông nghiệp đặc biệt là sản xuất Ethanol, nhiên liệu sinh học, xăng ...
phát triển mạnh.
Trong khi đó tình hình xăng dầu thế giới hiện nay có nhiều biến động, những năm
gần đây giá xăng dầu trong nước và thế giới tăng với tốc độ chóng mặt. Nhà nước ta
cũng đưa ra các biện pháp nhằm bình ổn giá xăng dầu nhưng gặp rất nhiều khó
khăn. Để hạn chế thua lỗ trong kinh doanh xăng dầu nhiều doanh nghiệp đã tìm đến
các giải pháp như nhập khẩu xăng dầu kém chất lượng, xăng dầu giá rẻ, điển hình là
việc kinh doanh xăng pha Ethanol năm 2006, gian lận thương mại trong việc bán

xăng tại các trạm xăng cho khác hàng. Các việc làm này đã làm ảnh hưởng đến
quyền lợi chính đáng của người tiêu dùng, gây bất bình dư luận. Hoặc có doanh
nghiệp đã chủ động nhập hàng nghìn tấn Ethanol vào pha xăng để bán năm 2007
nhằm giảm giá thành xăng. Tuy nhiên do không chuẩn bị trước cơ sở vật chất cho
việc tồn trừ và phân phối xăng Ethanol và chưa có quy định về tiêu chuẩn xăng pha

13


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
Ethanol nên doanh nghiệp này phải tái xuất toàn bộ số hàng. Ngày 15/9/2008 Công
ty cổ phần kinh doanh hóa dầu và nhiên liệu sinh học (PVB), một thành viên của
tổng công ty dầu khí Việt Nam (PVOil) lần đầu tiên giới thiệu và bán thí điểm xăng
E5 tại hai trạm bán lẻ xăng dầu ở Hà Nội. PVB nhập khẩu Ethanol tuyệt đối
99.6%thể tích từ Trung Quốc sau đó pha với xăng A95, A92 với tỷ lệ 5% theo thể
tích, thời gian bán thử nghiệm là 6 tháng. Xăng E5 được bán với giá 16.500 VND/
lít ít hơn 500 đồng so với xăng A92 và 1000 đồng so với xăng A95 trong khi đó vẫn
đảm bảo an toàn cho động cơ và giảm ô nhiễm môi trường. Hàng nghìn người háo
ức xếp hàng chờ mua và sử dụng loại nhiên liệu này. Tuy nhiên Bộ Công Thương
đã yêu cầu ngừng bán xăng do Việt Nam chưa có quy chuẩn về xăng pha Ethanol,
trong khi đó xăng dầu là một mặt hàng phải tuân theo quy chuẩn của nhà nước.
Công ty PVB chỉ được phép bán thử nghiệm để đánh giá tác động của loại xăng mới
đối với động cơ đang lưu hành tại Việt Nam, sau đó phải có quy chuẩn để bán ra thị
trường. Nhiều công ty và các tổ chức khoa học cũng đã chủ động phối hợp nghiên
cứu và thực hiện việc đáng giá ảnh hưởng của việc xăng pha Ethanol đối với động
cơ và việc phân phối thử nghiệm xăng E5 như: trung tâm nghiên cứu dầu khí
(PVPro), Công ty taxi Đà Nẵng, công ty xăng dầu Petrolimex miền Trung... Viện
nghiên cứu rượu bia và nước giải khát cũng đã nghiên cứu và đưa ra các kết quả về
sử dụng Ethanol làm nhiên liệu thay thế cho một số động cơ. Viện công nghệ thực
phẩm đã và đang nghiên cứu sản xuất Ethanol từ phế thải nông nghiệp. Nhiều đơn

vị trong đó có APP, Sài Gòn Petro, công ty mía đường Lam Sơn đã lên kế hoạch
pha chế thử nghiệm và tiến tới sản xuất ở quy mô nhỏ. Petrolimex cũng đã phối hợp
với học lớn như Bách Khoa một số trường đại Hà Nội, Bách Khoa TPHCM tiến
hành nhiều việc nghiên cứu về việc sử dụng nhiên liệu sinh học và đã chứng minh
rằng xăng pha Ethanol thay thế cho xăng thường tốt hơn cho động cơ xăng. Đi tiên
phong trong việc xây dựng và phân phối nhiên liệu sinh học là Tổng công ty dầu
Việt Nam, PVO đã tiến hành đầu tư 2 nhà máy Ethanol với tổng công suất 200 triệu
lít/năm, trong đó dự án đầu tư xây dựng nhà máy Ethanol Bình Phước được thực
hiện với sự hợp tác và đầu tư của Tập đoàn Itochu của Nhật Bản. Sau khi Bộ Công

14


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
thương chập nhận kết quả thử nghiệm của xăng E5 trên các cơ sở về nhiên liệu,
xăng này được bán ra thị trường từ 5/2009 với 6 tỉnh thành lớn nhất Việt Nam:
HCM, Hà Nội, Cần Thơ, Đà Nẵng, Vũng Tàu, Nha Trang. PVO cũng đã cử nhiều
đoàn cán bộ sang nước ngoài để tham quan, tìm hiểu quá trình xây dựng và phân
phối nhiên liệu sinh học.
Trong giai đoạn hiện nay nhà nước cũng đã có nhiều chính sách ưu tiên phát
triển năng lượng sinh học. Mới đây nhất là việc ban hành Quyết định 177/2007/QĐTT về việc phê duyệt đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015 và tầm nhìn
2025 được thủ tướng kí ngày 20/11/ 2005 đã nêu rõ : phát triển nhiên liệu sinh học ,
một dạng năng lượng mới, tái tạo dược để thay thế một phần nhiên liệu hoá thạch
truyền thống, giúp đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ môi truờng.
Mục tiêu đến giai đoạn 2011-2015, nước ta làm chủ và sản xuất các vật liệu,
chất phụ gia phục vụ sản xuất nhiên liệu sinh học; ứng dụng thành công công nghệ
lên men hiện đại để đa dạng hóa các nguồn nguyên liệu cho quá trình chuyển hóa
sinh khối thành nhiên liệu sinh học.
Đến năm 2015, sản lượng ethanol và dầu thực vật đạt 250 nghìn tấn, đáp ứng
1% nhu cầu xăng dầu của cả nước. Và tầm nhìn đến năm 2025, công nghệ sản xuất

nhiên liệu sinh học ở nước ta đạt trình độ tiên tiến trên thế giới. Sản lượng ethanol
và dầu thực vật đạt 1,8 triệu tấn, đáp ứng khoảng 5% nhu cầu xăng dầu của cả nước.
Hiện nay (2010), đã có rất nhiều đơn vị trong và ngoài nước kinh doanh mặt
hàng nhiên liêu này và dự đoán đây sẽ là nguồn nhiên liệu chủ yếu trong một thời
gian không xa. Các dự án ở Việt Nam với sự có mặt của các công ty nước ngoài đã
hoạt động trong lĩnh vực này ngày càng nhiều, nhà máy Bio đang gấp rút đi vào xây
dựng ở Dung Quất, hay dự án Bio ở Phú Thọ đang tong bước hoàn thành. Đây
chính là hai sự án lớn của Viêt Nam trong sự hội nhập công nghệ nhiên liệu với thế
giới.
Có 4 nhiệm vụ chủ yếu để thúc đẩy nhanh việc thực hiện Đề án theo
đúng mục tiêu đề ra:

15


Chương I: Tổng quát về cồn nhiên liệu
+ Nghiên cứu khoa học và phát triển công nghệ.
+ Triển khai sản xuất thử sản phẩm phục vụ phát triển nhiên liệu sinh học.
+ Hình thành và phát triển ngành công nghiệp sản xuất nhiên liệu sinh học.
+ Xây dựng tiềm lực phục vụ phát triển NLSH và hợp tác quốc tế trên cơ sở chủ
động tiếp nhận, làm chủ và chuyển giao các tiến bộ kỹ thuật, công nghệ, thành tựu
khoa học mới trên thế giới.
Theo Đề án, có 6 giải pháp chính để phát triển NLSH khả quan nhất
và phù hợp với thực tế của nước ta:
+ Đẩy mạnh việc triển khai ứng dụng các kết quả nghiên cứu vào thực tiễn sản
xuất, khuyến khích thực hiện chuyển giao công nghệ và tạo lập môi trường đầu tư
phát triển sản xuất NLSH.
+ Tăng cường đầu tư và đa dạng hóa các nguồn vốn để thực hiện có hiệu quả
các nội dung của Đề án.
+ Tăng cường xây dựng cơ sở vật chất kỹ thuật và đào tạo nguồn nhân lực phục

vụ nhu cầu phát triển nhiên liệu sinh học.
+ Hoàn thiện hệ thống cơ chế, chính sách, văn bản quy phạm pháp luật để phát
triển nhiên liệu sinh học.
+ Mở rộng và tăng cường hợp tác quốc tế để học hỏi kinh nghiệm về phát triển
nhiên liệu sinh học.
+ Nâng cao nhận thức cộng đồng về phát triển nhiên liệu sinh học.
Từ những phân tích trên cho thấy nước ta vẫn còn rất lạc hậu trong việc sản xuất
Ethanol nhiên liệu so với thế giới, nó đòi hỏi nhà nước và toàn bộ đội ngũ cán bộ
cần ra sức đầu tư và quan tâm hơn nữa để nhanh chóng bắt kịp thế giới nhưng trước
hết là bình ổn giá cả xăng dầu phục vụ người dân và đáp ứng nhu cầu về nhiên liệu
cho sản xuất đối với nền công nghiệp nước nhà góp phần xóa đói giảm nghèo cho
người

lao

16

động.


Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu

CHƯƠNG II: QUY TRÌNH SẢN XUẤT CỒN NHIÊN LIỆU

2.1.

Quy trình sản xuất Ethanol thô:

Ethanol được sản xuất từ rất lâu đời trên thế giới, con người đã khám phá và sử
dụng rất nhiều loại nguyên liệu để sản xuất Ethanol thô như: các phế phẩm, sản

phẩm có chứa tinh bột, xenlulozo có thể lên men chuyển hóa.
Nguyên liêu tinh bột, xenlulozo: khoai, sắn, gạo.. và phụ phẩm của các
ngành công nghiệp chế biến nông sản như: bã sắn, bã mía... hoặc ngành
công nghiệp sản xuất giấy như mùn cưa...
Nguyên liệu là mật rỉ: đây là nguồn nguyên liệu quan trọng do sản lượng
lớn, hiệu suất thu hồi cao hơn so với các lọai nguyên liệu khác.
2.1.1. Sản xuất Ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột, xenlulozo:
Việt Nam là một nước nông nghiệp, các sản phẩm, phế phẩm nông nghiệp nhiều
nhưng chưa được tận dụng một cách triệt để. Bằng công nghệ đường hóa tinh bột,
cứ 15 kg bã khoai mì hoặc 2,5 kg khoai sẽ sản xuất được 1 lít Ethanol 94,5%.
Ethanol từ phế liệu nông nghiệp này sẽ có giá rẻ hơn so với Ethanol từ rỉ đường mía
khoảng 20%, mặt khác lại cho chế phẩm sinh học dùng trong chăn nuôi giảm ô
nhiễm môi trường do việc phơi bã khoai mì gây ra. Được biết, tổng sản lượng khoai
mì tại Việt Nam là 2,7 triệu tấn/năm. Mỗi ngày một nhà máy sản xuất tinh bột có
công suất 200 tấn/ngày sẽ thải ra khoảng 100 tấn bã khoai mì, độ ẩm 80%, tương
đương khoảng 670 lít Ethanol. Một số nhà máy sản xuất Ethanol từ nguyên liệu là
gạo, ngô, bột sắn cũng đóng góp một lượng Ethanol đáng kể.

17


Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu

Comment [t1]: Hình vẽ nên để toàn
trang, để có thể đọc dduocj các text
box

Hình 1: Dòng công nghệ sản xuất còn từ tinh bột

18



Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu
Công nghệ sản xuất gồm có các giai đoạn chính như sau :
- Giai đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu. Gồm các công đoạn chọn nguyên liệu,
nghiền nhỏ nhằm tạo nên kích thước nguyên liệu hợp lý. Mục đích phá vỡ màng tế
bào thực vật ,tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột ra khỏi mô.
- Giai đoạn 2: Nấu đường hoá nhằm mục đích phá vỡ mạch tinh bột, chuyển
hoá đường đa thành đường đôi, đường đơn bằng cách nấu bằng gia nhiệt với việc sử
dụng phối hợp các loại enzim.
- Giai đoạn 3: Lên men, sử dụng nấm men có họ Sacharomices để chuyển
hoá đường đôi, đường đơn thành rượu và khí CO2. Hỗn hợp sau quá trình lên men
được gọi là dấm chín.
- Giai đoạn 4: Chưng cất dấm chín để thu hồi Ethanol tinh khiết.
Giai đoạn chưng cất có thể tiến hành theo nhiều phương pháp khác nhau. Chưng
gián đoạn, chưng liên tục, chưng trục tiếp bằng hơi nước. Thực tế công nghiệp
thường sử dụng phương pháp chưng luyện liên tục trong các tháp đĩa. Phương pháp
sử dụng một phần sản phẩm đỉnh hồi lưu trở lại có thể nâng cao độ Ethanol đạt
96,5%.
Nhược điểm của công nghệ này là sản lượng Ethanol thu được thấp, quy mô sản
xuất nhỏ chủ yếu phục vụ cho thực phẩm, mỹ phẩm và y tế. Bã thải của các nhà
máy sản xuất chưa được xử lý một cách triệt để gây ảnh hưởng đến môi trường.
2.1.2. Sản xuất Ethanol từ mật rỉ đường:
Sản xuất đường mía và một qui trình phức tạp, gồm nhiều công đoạn liên quan
chặt chẽ với nhau bằng bài toán cân bằng vật chất và cân bằng năng lượng. Tuy
nhiên công nghệ sản xuất Ethanol từ mật rỉ đường lại đơn giản hơn so với đi từ các
nguyên liệu chứa tinh bột và xenlulo do không phải đầu tư máy móc cho các công
đoạn chuẩn bị nguyên liệu, công đoạn nấu nguyên liệu
Các giai đoạn sản xuất bao gồm:
Giai đoạn 1: mía được nghiền ép lấy nước và đem cô đặc


19


Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu
Giai đoạn 2: sau khi kết tinh tạo sản phẩm đường, phần mật rỉ đem lên men rồi
chưng cất thu được Ethanol 96.5%
Giai đoạn 3: bã mía lấy sau quá trình nghiền ép, một phần đem thuỷ phân,
đường hoá và lên men. Kết hợp với quá trình chưng cất ở giai đoạn trên tạo Ethanol
96.5%. phần còn lại đưa vào nồi hơi, giảm áp suất của hơi thu được đem kết hợp
với quá trình cô đặc ở giai đoạn 1 và thực hiện chu trình khép kín.
Giai đoạn 4: sau khi chưng cất thu đuợc sản phẩm Ethanol 96.5% đem khử nước
và biến tính tạo ra Ethanol nhiên liệu.

Mía
Nghiền+ép

Bã

Nước
Kết tinh

Đường

Cô đặc

Thủy phân+Đường hóa
+Lên men

Mật rỉ


Hỗn hợp
Lên men chưng cất

Ethanol

Tách nước

Ethanol nhiên
liệu
Hình 3: Công nghệ sản xuất đường từ mật, rỉ
Thường thì bên cạnh các nhà máy đường có thêm một phân xưởng sản xuất Ethanol
nhiên liệu nhằm tận dụng lượng bã và mật rỉ không dùng trong quá trình sản xuất

20


Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu
đường. Tuỳ thuộc vào chất lượng mật rỉ đường mà tỷ lệ Ethanol thu được là khác
nhau. Mật rỉ được tách ra trong quá trình kết tinh có chứa một hàm lượng lớn đường
các loại, không có khả năng kết tinh. Mật rỉ được pha loãng, trộn với nấm men, lên
men và chưng cất bình thường. Ethanol chính là sản phẩm phụ trong quá trình sản
xuất mía đường nhưng do các nhà máy đường đều có qui mô lớn nên lượng Ethanol
thu được là cao.
Kết luận: Theo các phương pháp trên thì việc sản xuất Ethanol không thể thu
được với hàm lượng tinh khiết cao do vậy để sản xuất Ethanol nhiên liệu thì ta phải
sử dụng các phương pháp khác.
2.2.

Quy trình sản xuất Ethanol nhiên liệu


Đối với hỗn hợp đẳng phí rượu Ethanol và Nước có điểm đẳng phí (94%
Ethanol về khối lượng) do vậy các phương pháp chưng luyện thông thường không
thể cho nồng độ Ethanol tinh khiết mặc dù tháp rất cao và lượng hồi lưu là rất lớn.
Để loại bỏ điểm đẳng phí này ta có thể sử dụng các phương pháp sau đây:
1. Chưng luyện đẳng phí
2. Chưng luyện trích ly
3. Chưng luyện chân không
4. Công nghệ màng
5. Kết hợp chưng luyện và hấp phụ
2.2.1. Chưng luyện trích ly :
Khái niệm chung:
Trong 1 vài hệ nào đó khi độ hòa tan cho phép thì có thể thực hiện việc hòa tan
muối vào trong pha lỏng, đúng hơn là thêm vào chất lỏng như là 1 tác nhân riêng
cho quá trình chưng luyện trích ly. quá trình chưng luyện trích ly trong đó muối
được sử dụng như 1 tác nhân phân riêng gọi là chưng luyện trích ly với muối.
Nguyên tắc: hỗn hợp Ethanol- nước có nhiệt độ sôi gần bằng nhau tạo dung dịch
đẳng phí ở 78.150C và áp suất 1.013 Bar. Phương pháp chưng luyện trích ly đưa

21


Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu
thêm cấu tử phân ly R có tác dụng phá vỡ hỗn hợp đẳng phí, làm tăng độ bay hơi
tương đối của một phân tử trong hỗn hợp.
Như vậy ảnh hưởng của muối đến cân bằng lỏng hơi có liên quan đến khả năng
của muối rắn hòa tan vào pha lỏng gồm có 2 hoặc nhiều cấu tử dễ bay hơi sẽ làm
thay đổi thành phần ở trạng thái cân bằng của hơi mà không thay đổi thành phần của
hỗn hợp lúc đầu. Sự cung cấp thành phần (muối) trong đó làm tăng cân bằng của
hơi được gọi là “salted-out” trong khi những sự cung cấp khác được gọi là “salted

in”.
Chưng với muối trong dung môi là phương pháp mới cho sản phẩm là Ethanol
khan bằng sự kết hợp giữa tác dụng của muối và phương pháp chưng truyền thống.
So sánh với chưng luyện thông thường ta thấy sự làm việc của dung môi được cải
thiện, lượng dung môi dùng hồi lưu giảm 1/4, số đĩa lý thuyết giảm 1/3 do đó năng
lượng tiêu thụ và giá của thiết bị cũng sẽ giảm, cho hiệu quả cao và lượng dung môi
tiêu tốn đến mức thấp nhất có thể.
Quá trình chưng luyện trích ly với muối có nhiều điểm khác thể hiện trên hình
dưới:

22


Chương II: Quy trình sản xuất cồn nhiên liệu

Hình 4: Chưng luyện trích ly
Muối rắn được hòa tan ở đỉnh và được cung cấp đều đặn vào dòng hồi lưu trước khi
vào tháp. Muối không bị bay hơi và chảy xuống phía dưới của tháp và chỉ tồn tại ở
pha lỏng vì vậy nó không tồn tại ở sản phẩm đỉnh. Thu hồi lại muối từ sản phẩm
đáy để tuần hoàn lại một phần hoặc toàn bộ bằng cách làm khô đúng hơn là thao tác
chưng cất để thu hồi lại tác nhân lỏng.
Với muối hoà tan trong hệ rượu Ethanol – nước, độ bay hơi của rượu có thể
được cải thiện và sự chưng cất với muối dựa trên tính chất này, ứng dụng trong
chưng luyện có thể đạt được sự khử nước cần thiết, số đĩa lý thuyêt giảm và quá
trình được đơn giản hoá. Trong công nghiệp khi 1 muối được sử dụng để phân tách
chất nó thường được đổ đầy cột bởi việc điền đầy làm cho nó có thể hoà tan vào
dòng hồi lưu ngay lập tức trước khi hồi lưu tại đỉnh của cột. Bởi vì muối không bay
hơi nên nó sẽ còn trọn vẹn trong pha lỏng và từ đây chảy xuống phía dưới vì vậy nó
không bị lẫn vào pha hơi đi lên và sản phẩm tinh khiết sẽ được lấy ra ở đỉnh cột.


23