Tìm Hiểu Về Quá Trình Sản Xuất Cồn Nhiên Liệu

Kỹ thuật hóa học là một ngành khoa học kĩ thuật nghiên cứu chuyển hóa hóahọc vật chất, thiết kế, chế tạo,vận hành, cải tiến máy móc, thiết bị nhà máy nhằm áp dụng những thành tựu của hóa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC

BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ

  

ĐỒ ÁN NHẬP MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đề tài: Tìm hiểu về quá trình sản xuất cồn nhiên liệu

Hà Nội, 12/2011

Lời mở đầu

Trong nền công nghiệp phát triển vũ bão như bây giờ thì vấn đề năng lượng

là vấn đề cấp bách hàng đầu trên thế giới Nguồn năng lượng không tái tạo nhưdầu mỏ, than đá ngày càng cạn kiệt Vậy nên xu thế chung hiện nay là tìm kiếm

và thay thế các nguồn nguyên liệu đó bởi các nguồn nguyên liệu sạch, dễ tái tạo và

ít tác động đến môi trường

Đề tài của chúng em là tìm hiểu về quá trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắnlát khô là một đề tài rất hay và có ý nghĩa thực tiễn và đáp ứng được phần nào vềnhu cầu sử dụng năng lượng hiện nay của đất nước Tuy là một đề tài hết sức mới

mẻ, trong quá trình làm việc sẽ gặp rất nhiều khó khăn và không tránh khỏi nhữngsai sót Nhưng được sử chỉ bảo và giúp đỡ của TS Trần Trung Kiên chúng em đãhoàn thành được bản đồ án này

Sau đây chúng em xin trình bày bản đồ án như sau:

PHẦN I:

TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH KĨ THUẬT HÓA HỌC

1.Sự ra đời ngành kĩ thuật hóa học thế giới.

Kỹ thuật hóa học là một ngành khoa học kĩ thuật nghiên cứu chuyển hóa hóahọc vật chất, thiết kế, chế tạo,vận hành, cải tiến máy móc, thiết bị nhà máy nhằm

áp dụng những thành tựu của hóa học vào sản xuất trên quy mô lớn để tạo ra cácsản phẩm có giá trị với giá thành hợp lí và ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống

So với những ngành kĩ thuật như xây dựng, cơ khí, luyện kim thì ngành kĩthuật hóa học ra đời muộn hơn khá nhiều Ngành kĩ thuật hóa học ra đời vàokhoảng nửa sau thế kỉ XIX, gắn liền với cuộc cách mạng khoa học lần thứ hai vàcũng vì thế mà người ta nói nhiều tới vai trò của nước Mỹ trong sự phát triển củangành Kĩ thuật hóa học chủ yếu nghiên cứu, phát triển những quá trình biến đổihóa học và ứng dụng nó trên quy mô công nghiệp để sản xuất một khối lượng lớnsản phẩm cũng như sinh lợi nhuận từ các sản phẩm này

Ngành kĩ thuật hóa học được cho là bắt đầu hình thành từ khi John Dantoncông bố khối lượng nguyên tử năm 1805 Tuy nhiên, sự xuất hiện của hóa học với

tư cách là một ngành khoa học kĩ thuật thì phải khá lâu sau mới diễn ra, đó là vàonăm 1882, một khóa "Công nghệ hóa học" được mở tại Đại học London, Vươngquốc Anh Nối tiếp cho dấu mốc này là một loạt những sự kiện:

• 1883 - Osborne Reynolds xác định các nhóm thứ nguyên của dòng chảy,dẫn đến thực tế quy mô và sự hiểu biết về nhiệt độ, lưu lượng và chuyểngiao khối lượng

• 1885 - Henry Edward Armstrong mở một khóa học "kỹ thuật hóa học" tạiCentral College (sau Imperial College), London

• 1888 - Cục Công nghệ hoá học tại Glasgow và phía Tây của ScotlandTechnical College mở các lớp học ban ngày và buổi tối về kĩ thuật hóa học

• 1888 - Lewis M Norton bắt đầu một chương trình giảng dạy mới tại ViệnCông nghệ Massachusetts (MIT): Khóa X, Hoá học

• 1889 - Rose Polytechnic Institute trao giải thưởng đầu tiên của các cử nhânkhoa học ngành kỹ sư hóa học tại Hoa Kỳ

• 1891 - MIT cấp bằng cử nhân kỹ thuật hóa học đầu tiên cho William PageBryant và sáu ứng cử viên khác

• 1892 - Một chương trình cử nhân kỹ sư hóa học được thành lập tại mộttrường Đại học Pennsylvania

• 1898 - Chương trình Cử nhân khoa học trong kỹ thuật hóa học được thànhlập tại Đại học Michigan.

• 1901 - George E Davis sản xuất các Sổ tay Hóa học

• 1905 - Đại học Wisconsin trao bằng tiến sĩ kỹ thuật hóa học đầu tiên choOliver Patterson Watts

• 1908 - Viện Kỹ sư Hóa chất Mỹ (AIChE) được thành lập

• 1922 - Viện Anh của Kỹ sư Hóa chất (IChemE) được thành lập

Kể từ đây, kĩ thuật hóa học bắt đầu phát triển với một tốc độ thần kì Cáchmạng công nghiệp đã dẫn đến một sự leo thang chưa từng có tiền lệ, cả về sốlượng và chất lượng, số lượng lớn hóa chất như axit sulfuric và soda được sử dụngngày càng nhiều để tẩy rửa trong công nghiệp Những nhảy vọt về công nghệ tiếpsau lại càng đòi hỏi một sự đi lên mạnh hơn của ngành kĩ thuật hóa học

2.Những thành tựu của ngành kĩ thuật hóa học trên thế giới.

Thế kỉ XX, Thế giới chứng kiến những thành tựu khổng lồ của khoa học kĩthuật nói chung và kĩ thuật hóa học nói riêng Ngày nay kĩ thuật hóa học đang trởthành một trong bốn lĩnh vực lớn nhất của xã hội, có mặt trong mọi vấn đề củacuộc sống Nhờ có ngành kĩ thuật hóa học, con người đã tận dụng có hiệu quả hơncác nguồn tài nguyên thiên nhiên như dầu mỏ, khí đốt, than đá, gỗ… chế biếnthành các sản phẩm mới, có giá trị sử dụng cao thay vì chỉ sử dụng làm nhiên liệunhư trước đây Ngày nay, người ta đã có thể sản xuất hàng trăm tấn thuốc chữabệnh mỗi ngày, đi lên vũ trụ bằng những con tàu hiện đại, chế tạo những tấm pinkhổng lồ cho các trạm vũ trụ trong không gian, biến dầu khí thành vải sợi, đồnhựa, thuốc… Tất cả là nhờ sự đi lên không ngừng của ngành kĩ thuật hóa học

3.Vài nét về ngành kĩ thuật hóa học ở Việt Nam.

Ra đời và phát triển chưa lâu, ngành kĩ thuật hóa học mà chủ yếu là côngnghiệp hóa chất của Việt Nam vẫn còn phát triển khá khiêm tốn Giai đoạn từ năm

1960 – 1975: Công nghiệp hoá chất chủ yếu phát triển ở miền Bắc với 15 nhà máylàm cả 2 nhiệm vụ là sản xuất tư liệu sản xuất như phân lân, xút, axít và sản xuấthàng hoá tiêu dùng như săm lốp xe đạp, pin, xà phòng, ắc quy Từ năm 1975 –

1986 ở miền Bắc nhiều nhà máy được cải tạo, mở rộng hoặc xây dựng mới và đưavào sản xuất như nhà máy Supe phốt phát Lâm Thao, nhà máy phân lân Văn Điển,nhà máy phân lân nung chảy Ninh Bình, nhà máy phân đạm Hà Bắc Từ năm

1986 đến nay, là thời kỳ phát triển nhanh của ngành với nhiều dự án và nhà máylớn được xây dựng Có thể kể đến một số dự án như: Dự án nhà máy tuyển ApatítBắc Nhạc Sơn, Dự án sản xuất phân đạm từ than cám tại Ninh Bình, Dự án mởrộng Nhà máy phân đạm Hà Bắc, Dự án thăm dò, khai thác và chế biến muối mỏkali tại Lào, Dự án đầu tư thăm dò tiến tới đầu tư khai thác tuyển quặng bôxít tạiBảo Lộc – Lâm Đồng, Dự án lốp ôtô radial Công ty Cao su Đà Nẵng và Công ty

Công nghiệp Cao su miền Nam, Dự án khí công nghiệp, Dự án tổ hợp hoá dầuLong Sơn… hay các công trình trọng điểm quốc gia như: Nhà máy Lọc dầu DungQuất, Tổ hợp Khí - Điện - Đạm Cà Mau, nhà máy khí Dinh Cố, nhà máy lọc dầuNghi Sơn Tháng 12 năm 2005, thủ tướng chính phủ đã phê duyệt “Quy hoạchphát triển ngành công nghiệp hóa chất đến năm 2010 ( có tính đến năm 2020)”theo đó xây dựng ngành công nghiệp hoá chất có cơ cấu tương đối hoàn chỉnh,bao gồm các lĩnh vực chủ yếu như phân bón, cao su kỹ thuật và tiêu dùng, hoáchất cơ bản (kể cả hữu cơ và vô cơ), hoá dầu, hoá chất tinh khiết, hóa dược, hoáchất tiêu dùng đáp ứng nhu cầu trong nước, hội nhập kinh tế khu vực và thế giới.

4 Xu hướng phát triển hiện nay

• Cơ khí và tự động hóa quá trình sản xuất

năng suất lao động, tăng hiệu quả sử dụng các nguồn nguyên liệu còn bởi nguyênnhân sau:

- Các phản ứng hóa học xảy ra trong thiết bị thường ở điều kiện to cao, P cao, ổnđịnh và nghiêm ngặt, con người rất khó hoặc không điều khiển trực tiếp thủ côngđược

- Các nguyên liệu cũng như các sản phẩm đều là những chất có thể ảnh hưởngtrực tiếp hoặc gián tiếp đến sức khỏe có khi còn gây cháy, nổ làm thiệt hại đến củacải và tính mạng

Như vậy, cơ khí hóa, tự động hóa quá trình sản xuất là một yêu cầu tất yếukhách quan không phải chỉ vì mục đích kinh tế mà còn vì an toàn đối với conngười

• Hợp tác giữa các nhà máy

Trong sản xuất hóa học, có thể sản phẩm của nhà máy này là nguyên liệu củanhà máy khác hoặc nguyên liệu của nhà máy này là phế phẩm của nhà máy kia Vìvậy, sự liên hiệp sẽ làm giảm bớt chi phí vận chuyển, bảo đảm an toàn sản xuất,góp phần chống ô nhiễm môi trường, từ đó làm giảm giá thành sản phẩm Nên cácnhà máy hóa chất thường xây dựng cạnh nhau tạo ra một khu công nghiệp hóa họcrộng lớn gồm nhiều ngành sản xuất

Ví dụ: liên hiệp hóa chất Việt Trì, liên hiệp hóa chất phân đạm Bắc Giang, liênhiệp các nhà máy ở Biên Hòa, cụm công nghiệp khí điện đạm Phú Mỹ

• Tận dụng phế thải chống ô nhiễm môi trường

Bên cạnh việc xử lý các chất độc hại có hại cho sức khỏe, người ta phải tìmcách biến các chất phế thải thành sản phẩm có ích cho con người

Ví dụ : Trong sản xuất axit sunfuric giai đoạn đốt pirit sắt để tạo khí SO2 đã sinh

ra một khối lượng rất lớn Fe2O3 , quá trình làm sạch khí SO2 cũng thu được bụi xỉ,oxit kim loại Asen và Selen

- Sử dụng phế thải làm giảm giá thành của sản phẩm chính, chống ô nhiễm môitrường

-Trong sản xuất hóa học hiện đại dùng rất nhiều chất xúc tác quý, sau một thờigian làm việc các chất này mất hoạt tính, người ta đã tìm cách tái sinh lại để phụchồi hoạt tính của chúng và tiếp tục dùng

-Chống ô nhiễm môi trường không chỉ sử dụng các phế thải để chế biến thànhcác sản phẩm có ích mà còn phải chuyển hóa các chất thải của nhà máy thànhnhững chất không hoặc ít làm hại môi trường

Công nghiệp hóa học hàng ngày, hàng giờ đang cung cấp cho con ngườinhững chất mới, những sản phẩm tiêu dùng phục vụ nhu cầu cuộc sống ngày càngcao của con người Nhưng cũng từng ngày, từng giờ đang đưa vào môi trườngkhối lượng lớn các chất độc, đầu độc chính sự sống đó Chống ô nhiễm môitrường trở thành một nguyên tắc của công nghiệp hóa học và phải là một tiêu chíđầu tiên được xét duyệt trước khi xây dựng một nhà máy, xí nghiệp…

5.Các ngành đào tạo

Trường đại học BKHN là nơi đào tạo các kĩ sư, cử nhân của ngành này có uy tín và chất lượng hàng đầu tại Việt Nam Với đội ngũ giảng viên có năng lực và nhiệt tình cùng với chương trình đào tạo chuẩn, sinh viên của trường sau khi tốt nghiệp hoàn toàn có đủ khả năng để đáp ứng được các yêu cầu của các ngành nghề Ngành KTHH ở đại học Bách khoa Hà Nội được cấu thành bởi 11 chuyên ngành :

- Hữu cơ-hoá dầu:

- Quá trình và thiết bị công nghệ hóa học

- Hóa dược và hóa chất bảo vệ thực vật

- Máy và thiết bị hóa chất - dầu khí

- Kỹ thuật In

Ngoài đại học BKHN còn có các trường đại học, cao đẳng có chuyên ngành đào tạo là kĩ thuật hóa học ví dụ: Trường đại học Khoa học tự nhiên ( Đại học quốc gia HN), trường đại học Thái Nguyên, trường đại học kĩ thuật( đại học Huế), trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, trường đại học Cần Thơ, đại học Quy Nhơn…

6 Cơ hội nghề nghiệp

sản xuất hóa chất hoặc các sản phẩm liên quan, các cơ quan nghiên cứu khoa học,

kỹ thuật, các công ty kinh doanh trong lĩnh vực hóa học hoặc có liên quan đến hóahọc trong nhưng công việc sau:

Sinh viên tốt nghiệp chương trình kĩ thuật hóa học sẽ có được:

- Khả năng áp dụng các kiến thức toán, khoa học tự nhiên, sử dụng phần mền,công cụ hiện đại để làm việc trong khối ngành kĩ thuật

- Kiến thức đầy đủ về cơ sở ngành và chuyên ngành Khả năng thiết kế vàtiến hành các thí nghiệm trong lĩnh vực kĩ thuật hóa học, khả năng phân tích vàgiải thích số liệu

- Khả năng tính toán, thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa một thiết bị, một quátrình, một quy trình sản xuất công nghiệp thuộc lĩnh vực kĩ thuật hóa học

- Khả năng hoạt động, làm việc nhóm và hợp tác trong một tập thể đa ngành

- Khả năng nhận diện, diễn đạt, giải quyết các vấn đề kĩ thuật

- Ý thức trách nhiệm đạo đức nghề nghiệp

- Khả năng giao tiếp, thuyết trình, viết báo cáo hiệu quả Khả năng trình bàydiễn đạt ý tưởng qua lời nói và hình ảnh

PHẦN II: CỒN NHIÊN LIỆUChương I: Tổng quan về cồn nhiên liệu

I.Thực trạng sản xuất và sử dụng cồn nhiên liệu ở Việt Nam và thế giới

Như ta đã biết Việt Nam là một nước có nền kinh tế nông nghiệp là chủ yếu với thế mạnh chính là các ngành trồng trọt và chăn nuôi, trong đó có trồng sắn Sắn có nhiều công dụng trong chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc và lương thựcthực phẩm

Trong khi đó tình hình xăng dầu thế giới hiện nay có nhiều biến động Trongnhững năm gần đây giá xăng dầu thế giới tăng với tốc độ chóng mặt Các nước cónguồn tài nguyên dầu mỏ dồi dào đã hạn chế khai thác gây ra nhiều biến động xấuđến nền kinh tế toàn cầu Đặc biệt là các nước có nền công nghiệp đang phát triểnphải chịu nhiều hậu quả nặng nề, tình hình lạm phát tăng mạnh ảnh hưởng đếnchất lượng của đời sống nhân dân Đây là một mối lo ngại đối với chính phủ, cácdoanh nghiệp trong nước và toàn thể nhân dân Song song với những khó khăn đó

là tình hình về nguồn nhiên liệu dầu mỏ của nước ta ngày càng cạn kiệt theo thờigian do nước ta chỉ xuất khẩu dầu thô và nhập xăng dầu từ nước ngoài mà lượngdầu do nhà máy lọc dầu trong nước sản xuất còn ít

Trước tình hình đó việc nghiên cứu sản xuất các nguồn nhiên liệu khác thaythế xăng dầu là một việc làm cấp bách và quan trọng Bên cạnh việc xây dựng cácnhà máy lọc dầu tại Việt Nam chúng ta cần nghiên cứu và xây dựng các nhà máysản xuất nguyên liệu sạch như cồn tuyệt đối, nhiên liệu sinh học… Để tận dụng tối

đa nguồn nguyên liệu dư thừa của nền nông nghiệp, đảm bảo được an toàn vềnăng lượng cho phát triển nền kinh tế Việt Nam - vẫn đang nằm trong vùng cácnước nghèo nhất thế giới

Đề tài của này là tìm hiểu về quá trình sản xuất Ethanol Fuel (cồn nhiên liệu)

là một đề tài rất hay và có ý nghĩa thực tiễn và đáp ứng được phần nào về nhu cầu

sử dụng năng lượng hiện nay của đất nước

Hiện nay trên thế giới mà tập trung chủ yếu ở Mỹ và Braxin với những côngnghệ sản xuất các chế phẩm sinh học hỗ trợ sản xuất nguyên liệu thay thế cho cácnguyên liệu hóa thạch Đó là ethanol fuel từ 99.5% đến 100% dùng để pha trựctiếp vào xăng

Ở Braxin, từ những năm đầu thế kỷ 20 họ đã đưa ra công nghệ sản xuấtEthanol Fuel, với phương pháp thường dùng là Chưng cất

Ở Việt Nam, cách đây khoảng 20 năm, các sinh viên Bách khoa cũng nhennhóm ý tưởng hình thành lên một số thiết bị xử lý tạo thành Ethanol Fuel, và đếnngày nay, Việt Nam có khá nhiều nhà máy chế biến tạo Ethanol Fuel Ví dụ như

“Ngày 21-6, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PetroVietnam) đã khởi công xây dựng nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu sinh học (bio-ethanol) tại huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học đầu tiên được xây dựng ở các tỉnh phía Bắc với quy mô lớn, công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại (tổng mức đầu tư 80 triệu USD, công suất 100.000m³ ethanol/năm)”

PGS Trần Khắc Chương, ÐH Bách khoa TPHCM, vừa công bố nghiên cứu thành công một quytrình công nghệ có thể sản xuất ra những loại hóa chấtphục vụ Ðiều chế xăng sinh học từ những nguồn

nguyên liệu rẻ tiền của Việt Nam “Chúng tôi đặt tên

cho hóa chất là BK-X1” Ông Chương nói:

Ðể có thể sản xuất Được chất BK-X1 chính làcao lanh ở Lâm Ðồng với trữ lượng khá dồi dào BK-X1 có cấu trúc phân tử đặc biệt, bên trong có những

lỗ rỗng có khả nãng “ nhốt” các phân tử nước Vì vậykhi bỏ chất hóa học này vào trong cồn chứa nước(95,5% ) thì chúng sẽ “ăn” hết nước có trong cồn giúpcồn trở nên tinh khiết đạt 100% Thật là một khám phá bất ngờ, nó sẽ giúp chúng

ta hoàn thiện, và nâng cao công nghệ và khám phá ra những nguồn nguyên liệumới hơn nữa

II Cồn

1.Lịch sử hình thănh cồn

Ethanol đê được con người sử dụng từ thời tiền sử như lă một thănh phần gđycảm giâc say trong đồ uống chứa cồn Câc cặn bê khô trong câc bình gốm 9000năm tuổi tìm thấy ở miền bắc Trung Quốc đê giân tiếp cho thấy việc sử dụng câc

đồ uống chứa cồn trong số những người sống ở thời kỳ đồ đâ mới

Việc chiết nó ra dưới dạng tương đối nguyín chất đê được thực hiện lần đầutiín bởi câc nhă giả kim thuật Hồi giâo vă họ lă những người đê phât triển ra nghệthuật chưng cất rượu trong thời kỳ của chế độ khalip (vua chúa Hồi giâo) thời kỳAbbasid

Câc ghi chĩp của Jabir Ibn Hayyan (Geber) (721-815) đê đề cập tới hơi dễchây của rượu được đun sôi Al-Kindī (801-873) cũng đê miíu tả rõ răng quâ trìnhchưng cất rượu

Việc chưng cất ítanol ra khỏi nước có thể tạo ra câc sản phẩm chứa tới 96%Ethanol Ethanol nguyín chất lần đầu tiín đê thu được văo năm 1796 bởi JohannTobias Lowitz, bằng câch lọc ítanol chưng cất qua than củi

Antoine Lavoisier đê mô tả ítanol như lă một hợp chất của cacbon, hiđrô vẵxy, vă năm 1808, Nicolas-Thĩodore de Saussure đê xâc định được công thức hóahọc của nó

Năm 1858, Archibald Scott Couper đê công bố công thức cấu trúc của ítanol:điều năy lăm cho Ethanol trở thănh một trong câc hợp chất hóa học đầu tiín đượcxâc định cấu trúc hóa học

Ethanol lần đầu tiín được tổng hợp nhđn tạo văo năm 1826, thông qua câc cốgắng độc lập của Henry Hennel ở Anh vă S.G Sĩrullas ở Phâp

Michael Faraday đê điều chế ítanol bằng phản ứng hyđrat hóa Ítylen với xúctâc axít năm 1828, theo một công nghệ tương tự như công nghệ tổng hợp Ethanolcông nghiệp ngăy nay

+ Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước ở 89,4% mol, nhiệt độ sôi của hỗnhợp này ở 1 atm là 78,40C.

+ Nhiệt độ sôi của Ethanol nguyên chất 78,390C, tỷ trọng d = 0,794, nhiệtdung riêng đẳng áp Cp(160C – 210C) = 2,42 J.g-1.K-1, nhiệt cháy 1370,82kJ/mol

2.2 Ứng dụng

Cồn là hỗn hợp Ethanol và nước có ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đờisống xã hội:

+ Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn

+ Trong y tế cồn là nguyên liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn làmchất sát trùng

+ Trong ngành công nghiệp sơn , cồn dùng làm dung môi

+ Trong hóa học cồn là chất trung gian sản xuất ra các hóa chất khác như: AxitAcetic, Andehyt Acetic, Etyl Axetat …

+ Dùng làm nhiên liệu pha xăng E10, E20, E85, E100…

III Cồn nhiên liệu

1.Lịch sử phát triển

Từ những năm 20 của thế kỉ XX cồn đã được nghiên cứu, sử dụng làm nhiênliệu cho động cơ ôtô xe máy thay thế cho xăng dầu Điển hình cho hướng đi tiênphong này là Mỹ và Brazil Tuy nhiên với việc phát hiện ra các mỏ dầu có trữlượng lớn cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp lọc hóa dầu đãsản xuất ra sản phẩm xăng dầu chất lượng cao giá thành hạ đã làm cho cồn nhiênliệu bị đẩy lùi

Năm 1973 với cuộc khủng hoảng năng lượng thì vấn đề dùng cồn nhiên liệulại được đề cập nhưng phải đến đầu thế kỷ XXI thì hướng phát triển cồn nhiên liệumới được ưu tiên phát triển tuy vậy nó vẫn chỉ đóng vai trò thứ yếu so với cácnhiên liệu hóa thạch, nhưng trong tương lai nó có thể là nguồn năng lượng chínhkhí dầu mỏ cạn kiệt

Trên thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Tây Âu, Brazil, Trung Quốc, NhậtBản đang là các nước sản xuất cồn nhiên liệu nhiều nhất

2.Yêu cầu về chất lượng

Thực ra cồn cũng là hợp chất cacbuahydro như dầu mỏ nên có tính cháy nổcao Vì vậy, về nguyên tắc với cồn khan 99,5% trở lên là có thể cho vào động cơchạy được, tuy nhiên cồn có nhiều đặc tính như ăn mòn kim loại, lăm hư các chi

tiết cao su hay nhựa trong động cơ nên nếu không cải tiến động cơ thì không thểthay thế hoàn toàn xăng bằng cồn khan để chạy động cơ được.

Đối với ôtô, xe gắn máy thông thường chỉ được sử dụng xăng pha cồn vớinồng độ tối đa là 10% (xăng E10) Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổiđộng cơ mà có thể chạy hoàn toàn bình thường so với việc dùng 100% xăng Cồnpha xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa về chất lượng, tùy theo quốc gia quyđịnh

3 Hàm lượng nhựa đã rửa qua dung môi,mg/100ml, max 5.0

5 Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta),% thể tích, min-max 1.96 – 5.0

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

Ethanol có chỉ số octane cao RON = 120 – 135, MON = 100 – 106, thườngđược pha vào xăng với tỉ lệ 10%tt – 15%tt Khi pha vào xăng do bản thân ethanol

có chỉ số octane cao nên nó cũng làm tăng chỉ số octane chung của xăng

Mặt khác, do bản thân quá trình cháy trong động cơ là cháy cưỡng bức trongđiều kiện thiếu oxy nên một số chất không cháy hoàn toàn và sinh ra CO gây độchại Khi đưa Ethanol vào thì sẽ có các ưu điểm sau:

- Đốt cháy hoàn toàn các chất trong hỗn hợp cháy nhờ có thêm oxy trongEthanol giảm tiêu hao năng lượng do cháy không hết

- Oxy hóa các khí độc hại trong quá trình cháy lên số oxy hóa cao nhất ít độchại hơn với môi trường

Bên cạnh đó sử dụng ethanol pha xăng cũng có những nhược điểm:

- Ethanol khan rất háo nước do đó quá trình bảo quản sẽ khó khăn

- Ethanol khó bay hơi hơn phần nhẹ trong xăng nên khi nhiệt độ xuống thấp sẽkhó khởi động động cơ

- Nước có trong cồn pha xăng có thể làm tách lớp

- Giá cồn hiện nay tương đối cao

- Ngoài nhược điểm trên, do ethanol chủ yếu được sản xuất từ nông nghiệpnên cần phải cân đối hợp lý giữa việc sử dụng lương thực để làm nguyên liệu sảnxuất cồn và thực phẩm sinh hoạt

Chương II: Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu

Hiện nay trên thế giới Ethanol được sản xuất theo phương pháp sinh học.Trong phương pháp này người ta có thể sử dụng những nguồn nguyên liệu sau:

- Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, thốt nốt …

- Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì…

- Các loại nguyên liệu chứa cellulose

Trong đồ án này sẽ giới thiệu phương pháp sản xuất Ethanol từ sắn lát

Quá trình sản xuất Ethanol Fuel này được trải qua 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn 1: chế biến tạo thành ethanol 96% từ sắn lát khô

+ Giai đoạn 2: chế biến tạo thành ethanol tinh khiết (99.5%)

II Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu

1.Nghiền nguyên liệu

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

Hình 1: Máy nghiền búa

-Sắn lát được đưa vào máy nghiền búa

-Trong quá trình nghiền: các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy rangoài, phần chưa lọt qua rây tiếp tục được nghiền nhỏ

-Đối với sắn khô ta phải nghiền càng mịn càng tốt

Nghiềnnguyênliệu

Nấunguyênliệu

Lên menLên men

Chưng cất

và tinh chế

Tinhluyện

Đường hóadịch cháo

2.Nấu nguyên liệu

2.1.Mục đích

Tinh bột nằm trong màng tế bào, khi nghiền chỉ một phần màng tế bào bị phá

vỡ do vậy hạn chế tiếp xúc Amylaza, vì vậy mục đích của nấu nhằm:

-Phá vỡ màng tế bào tinh bột, tạo điều kiện chúng hình thành trạng thái hòatan trong dung dịch

-Hơn nữa nấu nguyên liệu là một quá trình ban đầu nhưng rất quan trọng trongsản xuất cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc nhiều vào kết quả nấu

2.2.Quy trình nấu

Tùy vào điều kiện trang thiết bị của các cơ sở sản xuất có thể chọn các phươngpháp nấu: gián đoạn, bán liên tục và liên tục

2.2.1.Nấu gián đoạn:

Nấu gián đoạn là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện cùng một nồi

*Ưu điểm: tốn ít nhiên liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản

*Nhược điểm: tốn nhiều hơi vì không sử dụng được hơi nấu, nấu lâu ở áp suất

và nhiệt độ cao gây tổn thất nhiều đường

Nguyên liệu đưa vào nồi có thể ở dạng hạt hoặc lát nhưng tốt nhất là ở dạngbột để tăng năng suất và hạn chế tổn thất

Hình 2: Cấu tạo nồi nấu gián đoạn

*Quy trình nấu :

-Cho toàn bộ nước vào nồi tỉ lệ 3.5-4/1kg sau đó cho cánh khuấy làm việc và

đổ nguyên liệu vào Đậy nắp xông hơi cho đến khi đạt áp suất yêu cầu

-Lúc đầu cần mở van xả để đuổi hết không khí ra ngoài cho tới khi van xảthoát ra chỉ có hơi nước bão hòa

-Đóng bớt van xả và khi áp suất đạt tới áp suất thì ta bắt đầu tính thời giannấu Đối với bột thường nấu ở 3-3.5 kg/cm3 với thời gian khoảng 60 – 70 phút.Trong quá trình này có thể bổ sung thêm acid để nấu mau chín và khi làm lạnhdịch cháo tinh bột không bị lão hóa Nhưng acid sẽ gây ăn mòn thiết bị và ảnhhưởng tới hoạt động của amylaza

+Thỉnh thoảng cần kiểm tra đến khi nào cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm

là đạt yêu cầu Nấu xong mở van từ tử phóng cháo sang thùng đường hóa

*Toàn bộ quá trình nấu kéo dài từ 2.5-3 giờ

2.2.2.Nấu bán liên tục

Nấu bán liên tục là quá trình nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau vàđược chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu thêm

*Ưu điểm: giảm thời gian nấu ở áp suất và nhiệt độ cao nhờ sử dụng hơi thứ

sơ bộ mà giảm tổn thất và tăng hiệu suất

*Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị

*Quá trình nấu bán liên tục:

-Đầu tiên cho nước ở 40-500C cùng tỉ lệ bột 3.5-4/1kg

-Cho cánh khuấy làm việc đổ bột vào dung hơi thứ duy trì 60 phút

-Tháo cháo xuống nồi nấu chín, tiến hành tương tự như nấu gián đoạn, chỉkhác là áp suất và thời gian ít hơn

-Nấu chín xong cháo phóng sang nồi nấu chín thêm với P= 0.6 atm, T= 1050C

và t= 55 phút

Hình 3: Cấu tạo nồi nấu bán liên tục 2.2.3.Nấu liên tục:

Nấu liên tục là quá trình nấu trải qua 3 giai đoạn và tyrong 3 thiết bị khác nhaunồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nồi nấu thêm

*Quá trình nấu liên tục:

-Theo tỉ lệ tính trước , bột và nước liên tục vào thùng hòa bột 1 ở T= 35-400C ,thùng hòa bột là thùng nằm ngang có cánh khuấy, được chia làm hai ngăn khôngbằng nhau