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 2014
Sinh viên
Nguyễn Văn Cảnhe
1
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

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…
4
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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…
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

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

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.
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.
7
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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

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:
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).
10
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
- 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.

+ Độ xơ: 2,1 – 5,0 %kg
+ Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %kg
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
12
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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
+ Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ
1.3.3.1. Công nghệ Vogelbusch.

3. Công đoạn lên men.
15
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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 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.
16
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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

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.
19
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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.

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:
- 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.
21
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-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

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.
23
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).
24
Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
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
.