MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT d6895f1e

1. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN MINH TRIẾT
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL
CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT
LUẬN VĂN THẠC SĨ
KỸ THUẬT HÓA HỌC
Đà Nẵng – Năm 2019

2. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
TRẦN MINH TRIẾT
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL
CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT
Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301
LUẬN VĂN THẠC SĨ
Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN ĐÌNH MINH TUẤN
Đà Nẵng – Năm 2019

3. LỜI CẢM ƠN
Trong quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này, tôi đã nhận được rất
nhiều sự quan tâm giúp đỡ của thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt là sự
hướng dẫn, giúp đỡ tận tình của TS. Nguyễn Đình Minh Tuấn.
Tôi chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Minh Tuấn, Ban lãnh đạo Khoa Hóa
Trường Đại học Bách khoa Đà nẵng, quý thầy cô giáo cùng các bạn bè, gia đình,
đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi thực hiện và hoàn thành luận văn này.
Trân trọng cảm ơn!

5. TÓM TẮT
MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL
CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT
Học viên: Trần Minh Triết Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301Khóa: K35KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN
Tóm tắt - Hiện nay, năng lượng tái tạo như năng lượng sinh học, năng lượng mặt trời, năng
lượng gió là xu hướng mới trên thế giới, xuất phát từ hậu quả của việc tiêu thụ quá mức nguồn năng
lượng hóa thạch và nguồn dự trữ hạn chế của nguồn năng lượng này. Ethanol sinh học trở nên đáng
chú ý nhờ những ưu điểm của nó như thân thiện với môi trường, nguồn nguyên liệu dồi dào và hơn thế
nữa. Nó có thể được thay thế hoàn toàn hoặc một phần nhiên liệu hóa thạch để làm giảm hiệu ứng nhà
kính. Với tiềm năng lớn như vậy, ethanol sinh học phần lớn được sản xuất ở khắp nơi trên thế giới và
tại Việt Nam. Nhà máy ethanol sinh học Dung Quất là một trong những nhà máy sản xuất nhiên liệu
sinh học với công nghệ hiện đại và năng suất cao. Để hiểu sâu sắc về công nghệ sản xuất và xây dựng
cơ sở dữ liệu về điều kiện vận hành của nhà máy này khi nguồn nguyên liệu thay đổi, chúng tôi tiến
hành mô phỏng công nghệ sản xuất ethanol sinh học bằng phần mềm Hysys. Trong nghiên cứu này,
chúng tôi thực hiện mô phỏng các quá trình chưng cất và tách nước của nhà máy ethanol sinh học
Dung Quất bằng cách sử dụng cơ sở dữ liệu ban đầu từ các điều kiện vận hành thực tế trong nhà máy
này. Nguyên liệu thô là dòng beer-well từ quá trình lên men. Ngoài ra, chúng tôi cũng điều chỉnh các
điều kiện hoạt động để có được chất lượng sản phẩm ethanol mong muốn. Kết quả đã thực hiện mô
phỏng thành công các quá trình với sai số giữa kết quả mô phỏng và dữ liệu ban đầu về lưu lượng và
thành phần chính các dòng công nghệ nhỏ hơn 5%. Sau đó, chúng tôi thay đổi thành phần của dòng
nguyên liệu beer-well và tiến hành điều chỉnh các điều kiện vận hành của quá trình chưng cất để sản
phẩm ethanol có chất lượng không đổi.
Từ khóa – Bioethanol; Mô phỏng; Hysys; Chưng cất; Tách nước.
THE SIMULATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY AT DUNG QUAT BIO-
ETHANOL FUEL FACTORY
Abstract - Currently, renewable energy such as bioenergy, solar energy, wind energy is the new
trend in the world, which comes from the consequence of excessive consumption of fossil energy source
and limited reserves of this energy source. Bio-ethanol becomes remarkable due to its advantages such as
environmental friendliness, abundant raw materials and further more. It can be completely or partly
replacedfossil fuels to reduce the greenhouse effect. With such great potential, bio-ethanol is lazrgely
produced in all over the world and in Vietnam. Dung Quat bio-ethanol plant is one of the biofuel
production plant with modern technology and great productivity. To deeply understand the production
technology and build database of operating conditions of this plant when the feed sources change, we
conduct the simulation of bio ethanol production technology by using Hysys software. In this study, we
perform the simulation of the processes of distillation and water separation of the Dung Quat bio-ethanol
plant using the initial database from the actual operating conditions in this factory. The raw material is
beer-well stream from the fermentation process. Additionally, we also adjust operating conditions in
order to obtained the desired quality of the ethanol product. As a result, the simulation of the processes
are successfully done in considering that the differences in flowrate and composition of process streams
between simulation results and the initial database are less than 5%. Then, we modify the composition of
material beer-well and conduct adjusting the operating conditions of distillation process to have the
constant quality of the ethanol product.
Key words – Bioethanol; Simulation; Hysys; Distillation; Dehydration.

6. MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
LỜI CAM ĐOAN
TÓM TẮT
MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC CÁC HÌNH
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................1
1. Lý do chọn đề tài: .................................................................................................1
2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu........................................................................2
3. Nội dung nghiên cứu:............................................................................................2
4. Phương pháp nghiên cứu: .....................................................................................2
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:.............................................................2
6. Cấu trúc luận văn: .................................................................................................3
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN .........................................................................................4
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học, bioethanol..........................................................4
1.1.1. Nhiên liệu sinh học .........................................................................................4
1.1.2. Bioethanol.......................................................................................................4
1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ bioethanol trên thế giới và ở Việt Nam.......................6
1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới ..................................6
1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol ở Việt Nam...................................7
1.3. Nguyên liệu sắn để sản xuất bioethanol ...................................................................7
1.3.1. Thành phần hóa học của sắn...........................................................................8
1.3.2. Thành phần và tính chất của tinh bột sắn........................................................8
1.3.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn ..................................................................9
1.4. Công nghệ sản xuất bioethanol.................................................................................9
1.4.1. Công nghệ sản xuất truyền thống ...................................................................9
1.4.2. Công nghệ sản xuất cồn đã cải tiến...............................................................10
CHƯƠNG 2. GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT ..............11
2.1. Tổng quan công nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất ..........................................11
2.2. Nguyên liệu sản xuất ..............................................................................................12
2.3. Các phân xưởng công nghệ ....................................................................................12
2.3.1. Kho chứa, nhà nghiền ...................................................................................12
2.3.2. Tách cát.........................................................................................................13
2.3.3. Hồ hóa và nấu ...............................................................................................14

7. 2.3.4. Lên men ........................................................................................................15
2.3.5. Chưng cất ......................................................................................................16
2.3.6. Tách nước......................................................................................................16
2.3.7. Phân xưởng thu hồi và nén khí CO2 .............................................................17
2.3.8. Phân xưởng tách, sấy và tồn chứa bã............................................................18
2.3.9. Phân xưởng xử lý nước thải..........................................................................18
CHƯƠNG 3. MÔ PHỎNG CÔNG ĐOẠN CHƯNG CẤT VÀ TÁCH NƯỚC
CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT ....................................................20
3.1. Giới thiệu phần mềm HYSYS................................................................................20
3.1.1. Giới thiệu chung............................................................................................21
3.1.2. Các bước mô phỏng bằng phần mềm Hysys v10 .........................................23
3.2. Tiến hành mô phỏng...............................................................................................25
3.2.1. Cơ sở dữ liệu.................................................................................................25
3.2.2. Nhập thông số cho các dòng công nghệ và thiết bị ......................................27
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN..............................................................43
4.1. Phân tích kết quả mô phỏng ...................................................................................43
4.1.1. Kết quả mô phỏng cụm chưng cất: ...............................................................43
4.1.2. Kết quả mô phỏng cụm cụm tách nước: .......................................................46
4.2. Nghiên cứu thay đổi điều kiện vận hành cụm tháp chưng cất để đảm bảo chất
lượng sản phẩm ethanol khi nguyên liệu từ công đoạn lên men biến động ..................47
4.2.1. Tháp C-4101 .................................................................................................48
4.2.2. Tháp C-4102 .................................................................................................49
4.2.3. Tháp rectifier column C-4201.......................................................................49
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.....................................................................................52
TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................53
PHỤ LỤC
QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO)

8. DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
STT Chữ viết tắt Diễn giải
1 DDFS Distillery Dried Fiber Soluble
2 PFD Process Flow Diagram
3 QCVN Quy chuẩn Việt Nam
4 SAR Bể phản ứng yếm khí
5 UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket
4 wt Khối lượng

9. DANH MỤC CÁC BẢNG
Số hiệu
bảng
Tên bảng Trang
1.1: Thành phần hóa học của củ sắn tươi 8
1.2: Thành phần hóa học của sắn lát khô 9
3.1. Lưu lượng và thành phần nguyên liệu 25
3.2. Cân bằng vật chất chưng cất và tách nước 26
3.3. So sánh thành phần dòng ethanol 4036 mô phỏng và PFD 33
3.4.
Vị trí đĩa nạp liệu, đĩa rút sản phẩm trong tháp Rectifier
Column C-4201
36
3.5. Áp suất và nhiệt độ các dòng nguyên liệu cho tháp C-4201 36
3.6.
So sánh thành phần của dòng sản phẩm ethanol 90%wt của
công đoạn chưng cất
40
4.1.
Lưu lượng các dòng sản phẩm đỉnh và đáy của các tháp
chưng cất
43
4.2. So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4101 43
4.3. So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp C-4101 44
4.4. So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4102 44
4.5. So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp C-4102 44
4.6.
So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp Rectifier
Column
45
4.7.
So sánh thành phần dòng sản phẩm thân tháp Rectifier
Column
45
4.8.
So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp Rectifier
Column
45
4.9.
So sánh thành phần nước bị hấp phụ trong Component
Splitter
46
4.10.
So sánh thành phần dòng ethanol 99%wt ra khỏi Component
Splitter
46
4.11. So sánh thành phần dòng ethanol sản phẩm 46
4.12.
Thành phần dòng beer well từ công đoạn lên men trong điều
kiện vận hành bình thường và khi tăng/giảm 2%wt
47
4.13.
Điều kiện mô phỏng tháp Beer Column C-4101 khi ở điều
kiện hoạt động bình thường và nguyên liệu tăng/giảm 2%wt
48

10. Số hiệu
bảng
Tên bảng Trang
ethanol
4.14.
Điều kiện mô phỏng tháp Beer Column C-4102 khi ở điều
kiện hoạt động bình thường và nguyên liệu tăng/giảm 2%wt
ethanol
49
4.15
Lưu lượng và thành phần ethanol trong dòng sản phẩm của 2
tháp beer column khi ở điều kiện hoạt động bình thường và
nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol
49
4.16.
Điều kiện mô phỏng tháp Rectifier Column C-4201 khi ở điều
kiện hoạt động bình thường và nguyên liệu tăng/giảm 2%wt
ethanol
50
4.17.
Lưu lượng và thành phần ethanol trong dòng sản phẩm của
công đoạn chưng cất khi ở điều kiện hoạt động bình thường
và nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol
51

11. DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hiệu
hình
Tên hình Trang
2.1. Sơ đồ công nghệ tổng quan của Nhà máy 11
2.2. Sơ đồ công nghệ kho chứa, nhà nghiền 13
2.3. Sơ đồ công nghệ quá trình tách cát 13
2.4. Sơ đồ quá trình hồ hóa và nấu 14
2.5. Sơ đồ quá trình đường hóa, lên men 15
2.6. Sơ đồ quá trình chưng cất 16
2.7. Sơ đồ quá trình tách nước 17
3.1. Cửa sổ lựa chọn cấu tử cho hệ 23
3.2. Cửa sổ chọn mô hình nhiệt động 24
3.3. Cửa sổ thiết lập đơn vị sử dụng 25
3.4. Nhập thông số cho dòng beerwell (3022) 27
3.5. Nhập thông số cho dòng beerwell (4002) 28
3.6. Thông số hoạt động của tháp chưng cất C-4102 29
3.7. Thông số ràng buộc cho tháp C-4102 29
3.8. Thông số hoạt động cho thiết bị trao đổi nhiệt E-4108 30
3.9. Thông số hoạt động của bình tách VS-4103 30
3.10. Thông số hoạt động của bơm PC-4103 31
3.11. Thông số dòng beer well (4004) 32
3.12. Thông số hoạt động của tháp C-4101 32
3.13. Tiêu chuẩn ràng buộc của tháp C-4101 33
3.14. Sơ đồ mô phỏng cụm chưng cất thô 34
3.15. Thông số hoạt động của bơm ethanol 50%wt PC-4202 35
3.16.
Thông số của thiết bị trao đổi nhiệt dòng ethanol 50%wt E-
4204
35
3.17. Thông số dòng recycle 4050 36
3.18. Thông số dòng 4070 từ cụm tách nước 37
3.19. Thông số dòng 3046 H2O từ tháp thu hồi CO2 37
3.20. Thông số vận hành của tháp Rectifier Column C-4201 38
3.21.
Bảng dự đoán thành phần mol cho pha lỏng ở các đĩa của tháp
C-4201
38

12. Số hiệu
hình
Tên hình Trang
3.22. Các tiêu chuẩn ràng buộc của tháp Rectifier Column C-4201 39
3.23.
Thiết lập chỉ số Fixed Damping Factor cho tháp chưng C-
4201
40
3.24. Sơ đồ mô phỏng cụm tháp chưng cất tinh 41
3.25: Kết nối các dòng công nghệ của Component Splitter VS-4301 42
3.26: Tỷ lệ phân tách cấu tử theo khối lượng của VS-4301 42
4.1.
Thông số hoạt động của tháp Rectifier Column C-4201 khi
nguyên liệu ethanol -2%wt
48

13. 1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Nhiên liệu hóa thạch đã và đang đóng vai trò hết sức quan trọng đối với sự phát
triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, nhiên liệu
hóa thạch đã bộc lộ rất nhiều điểm hạn chế: không có khả năng tái sinh, ô nhiễm môi
trường, nguy cơ cạn kiệt trong tương lai…; đây là những hạn chế có ảnh hưởng rất lớn
đến hai vấn đề mang tính thời sự của thế giới hiện nay: an ninh năng lượng và biến đổi
khí hậu. Để tìm lời giải cho bài toán này, nhiều giải pháp được đưa ra trong đó có giải
pháp thúc đẩy mạnh mẽ các nghiên cứu nhằm tìm ra nguồn năng lượng thay thế, có
khả năng tái tạo và thân thiện với môi trường.
Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và thúc đẩy phát triển kinh
tế nông thôn tại các vùng sâu, vùng xa ở nước ta, ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính
phủ đã phê duyệt "Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025".
Trên cơ sở pháp lý đó, hiện nay có rất nhiều công trình nghiên cứu về nhiên liệu sinh
học đã được phát triển và ứng dụng vào thực tiễn. Nhiên liệu sinh học hiện nay đang
được nghiên cứu phát triển dưới các dạng khác nhau gồm: Biogas, Hydro, Bioethanol,
Biodiesel,…trong đó Bioethanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất hiện nay với
những ưu điểm: trị số octan cao, không gây ô nhiễm môi trường, nguyên liệu sản xuất
dồi dào từ sản phẩm, phụ phẩm của nông nghiệp.
Nhiệm vụ khó khăn trong thiết kế các nhà máy sản xuất Bioethanol là đảm bảo
chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm và nâng cao hiệu quả kinh tế của công nghệ tại nơi trực
tiếp sản xuất. Với tốc độ phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin, các phần
mềm mô phỏng quá trình sản xuất được ứng dụng vào trong quá trình thiết kế, vận
hành ở các nhà máy nhằm giảm thiểu những khó khăn này. Phần mềm mô phỏng hỗ
trợ cho việc thiết kế quá trình không chỉ đảm bảo tính thân thiện với môi trường và sản
xuất an toàn mà còn giúp giảm chi phí đầu tư và chi phí sản xuất. Phần mềm mô phỏng
cũng giúp xây dựng nên một mô hình có độ trung thực cao với đầy đủ những chức
năng và sự linh động. Phần mềm mô phỏng cũng được sử dụng để thiết kế cải tiến quá
trình thu hồi nhiệt và xác lập các phương án hoạt động có hiệu quả kinh tế cao.
Hiệu quả kinh tế sản xuất là một yếu tố hết sức quan trọng để duy trì hoạt động
các nhà máy sản xuất ethanol. Để đáp ứng yêu cầu đó cần sử dụng các phần mềm mô
phỏng công nghiệp để xây dựng mô hình chuẩn với các thông số tối ưu cho công nghệ
sản xuất Bioethanol, từ đó có thể đánh giá, so sánh, lựa chọn và tìm ra các thông số
vận hành hợp lý, đặc biệt là ở phân xưởng vận hành quan trọng nhất của nhà máy:
phân xưởng chưng cất.

14. 2
Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên, tôi chọn đề tài: "Mô phỏng công
nghệ sản xuất Ethanol của Nhà máy Bioethanol Dung Quất".
2. Mục tiêu và đối tượng nghiên cứu
2.1. Mục tiêu nghiên cứu:
- Mô phỏng được công nghệ sản xuất ethanol của Nhà máy Bioethanol Dung
Quất dựa trên số liệu thiết kế.
- Đánh giá dựa trên so sánh giữa kết quả mô phỏng và các thông số thiết kế, từ
đó tìm ra thông số vận hành cho Nhà máy khi năng suất hoặc chất lượng của sản phẩm
thay đổi.
2.2. Đối tượng nghiên cứu:
- Phần mềm mô phỏng ASPEN HYSYS
- Công nghệ sản xuất của Nhà máy Bioethanol Dung Quất (gồm: nguyên liệu,
công nghệ, các thông số kỹ thuật,...).
3. Nội dung nghiên cứu:
- Tìm hiểu quy trình công nghệ của Nhà máy, nguyên liệu sản xuất, đặc tính của
sản phẩm.
- Nghiên cứu các tính năng của phần mềm mô phỏng.
- Xây dựng sơ đồ mô phỏng.
- Chạy mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số công nghệ.
- Đánh giá và khai thác kết quả.
4. Phương pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu chi tiết sơ đồ công nghệ và thông số công nghệ của từng khu vực
sản xuất trong Nhà máy để đưa ra các thông số phục vụ cho quá trình mô phỏng.
- Nghiên cứu các tính năng của phần mềm mô phỏng để xây dựng sơ đồ mô
phỏng công nghệ sản xuất Ethanol.
- Chạy mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số vận hành để đánh giá kết quả
- Khai thác mô phỏng để đề xuất phương án vận hành hợp lý.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
- Xây dựng cơ sở dữ liệu các điều kiện vận hành nhà máy sản xuất Ethanol ở
Việt Nam, góp phần vào việc nâng cao khả năng mô phỏng trong công nghệ hóa học.
- Tiết kiệm chi phí thực nghiệm trên mô hình thực, giảm chi phí vận hành, tối
ưu hóa chi phí sản xuất.
- Có thể hiệu chỉnh được điều kiện sản xuất của Nhà máy khi năng suất, chất
lượng sản phẩm thay đổi.

15. 3
6. Cấu trúc luận văn:
Mở đầu
Giới thiệu tổng quát về đề tài, lý do chọn đề tài, mục tiêu, đối tượng, phương
pháp nghiên cứu, ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
Chương 1- Tổng quan
Giới thiệu tổng quan nhiên liệu sinh học, bioethanol về tình hình sản xuất, tiêu
thụ trên thế giới và ở Việt Nam; về nguyên liệu; về công nghệ sản xuất.
Chương 2- Giới thiệu Nhà máy Bioethanol Dung Quất
Giới thiệu nhà máy Bioethanol Dung Quất về tổng quan đặc điểm công nghệ,
quy trình sản xuất, nguyên liệu sản xuất, các phân xưởng công nghệ.
Chương 3- Mô phỏng công đoạn chưng cất và tách nước của Nhà máy
Bioethanol Dung Quất
Giới thiệu phần mềm Hysys, các bước tiến hành mô phỏng và thực hiện mô
phỏng công đoạn chưng cất và tách nước trên Hysys V10.
Chương 4- Kết quả và thảo luận
Phân tích kết quả mô phỏng, so sánh giữa số liệu mô phỏng và số liệu khai thác
từ PFD ở các công đoạn mô phỏng để đưa ra kết luận về sơ đồ mô phỏng đã thực hiện.
Từ kết quả mô phỏng tiến hành nghiên cứu thay đổi điều kiện vận hành cụm tháp
chưng cất để đảm bảo chất lượng sản phẩm khi nguyên liệu từ công đoạn lên men biến
động.
Kết luận và kiến nghị

16. 4
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN
1.1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học, bioethanol
1.1.1. Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học theo định nghĩa rộng là những nhiên liệu rắn, lỏng, khí
được chuyển hóa từ sinh khối.
Nhìn chung nhiên liệu sinh học có nhiều ưu điểm so với nhiên liệu hóa thạch
như giảm khí thải nhà kính, góp phần đảm bảo an ninh năng lượng, thúc đẩy phát triển
nông nghiệp nông thôn, thu hồi tái chế rác thải, phế phẩm nhiều ngành công nông
nghiệp.... Nhưng loại nhiên liệu này cũng có mặt hạn chế: nguồn nguyên liệu phải
được tái tạo nhanh, yêu cầu dây chuyền công nghệ sản xuất tối ưu đảm bảo công suất
yêu cầu, giá thành hợp lý, mang lại lợi ích môi trường...
Nhiên liệu sinh học được phân thành các nhóm chính như sau:
- Diesel sinh học (Biodiesel) là một loại nhiên liệu lỏng có tính năng tương tự
diesel truyền thống có khả năng thay thế cho nhau. Diesel sinh học được điều chế bằng
cách ester hóa dầu mỡ động thực vật với rượu hữu cơ.
- Xăng sinh học (Biogasoline) là một loại nhiên liệu lỏng, trong đó có sử dụng
bioethanol như là một loại phụ gia, thay cho hợp chất chì như trước kia. Bioethanol
được sản xuất thông qua quá trình lên men các sản phẩm hữu cơ như tinh bột, rỉ
đường, xellulose.
- Khí sinh học (Biogas) là một loại nhiên liệu dạng khí hỗn hợp chủ yếu là
methal. Biogas được tạo ra từ quá trình ủ lên men các sản phẩm hữu cơ là phế thải sinh
hoạt, nông nghiệp. Biogas có thể dùng để thay thế cho các sản phẩm khí gas từ mỏ
dầu, mỏ khí.
1.1.2. Bioethanol
a. Định nghĩa:
Ethanol là hợp chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng rượu no đơn chức có công
thức phân tử C2H5OH hay C2H6O, còn được gọi bằng các tên khác như rượu etylic,
cồn, ethyl alcohol, ethyl hydrate, hydroxyethane.
Ethanol có thể được tổng hợp bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp
sinh học. Bioethanol là ethanol được sản xuất theo phương pháp sinh học.
b. Lịch sử phát triển:
Bioethanol đã được Samuel Morey (nhà sáng chế người Mỹ) sử dụng cho động
cơ đốt trong vào năm 1826, nhưng trong quá trình phát triển của ngành động cơ thì
năng lượng từ dầu mỏ đã chiếm ưu thế, ethanol dần bị quên lãng. Năm 1973, xảy ra

17. 5
cuộc khủng hoảng dầu mỏ và cuộc cách mạng của người Iran vào năm 1978 làm cho
giá dầu tăng đột ngột, đe dọa an ninh năng lượng của nhiều nước. Bioethanol dần được
quan tâm và trở nên có giá trị. Mặt khác ở thời điểm này cơ quan bảo vệ môi trường
(EPA) đã và đang tìm kiếm một chất thay thế để pha vào xăng thay chì với mục đích
nâng cao chỉ số octan mà không gây độc hại; đồng thời giá ngũ cốc tại thời điểm này
giảm nhiều đã tạo điều kiện cho loại nhiên liệu này phát triển mạnh mẽ. Hiện nay,
nhiên liệu sinh học được sử dụng phổ biến ở hơn 50 quốc gia trên thế giới. Ở các nước
Châu Âu, Châu Mỹ xăng sinh học đã được sử dụng trong nhiều năm qua và hiện nay
tỷ lệ cồn pha vào xăng bắt buộc tối thiểu là 10%.
Brazil là nước đi đầu với chương trình quốc gia ủng hộ xăng pha cồn từ năm
1975, sử dụng cồn sản xuất từ mía để pha vào xăng với tỷ lệ lên đến 20%, thậm chí có
thể lên đến 85% dùng trong ngành vận tải.
Ở Việt Nam, theo Quyết định của Chính phủ, xăng sinh học E5 chính thức được
thí điểm sử dụng cho phương tiện cơ giới đường bộ tại 7 địa phương từ ngày
01/12/2014, và chính thức sử dụng trên cả nước từ ngày 01/12/2015.
c. Ứng dụng:
Bioethanol mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế, xã hội. Phát triển dạng nhiên
liệu này giúp các quốc gia tự chủ về vấn đề năng lượng không phụ thuộc vào nhiên
liệu nhập khẩu, đặc biệt đối với các quốc gia không có nguồn tài nguyên này.
Việc sản xuất bioethanol nhìn chung là đơn giản, ít tốn kém hơn những dạng
nhiên liệu mới (hydro, pin nhiên liệu...) và có thể sản xuất được ở các quy mô nhỏ, lớn
khác nhau. Bioethanol vừa có thể là nhiên liệu cung cấp năng lượng vừa có thể là phụ
gia tăng chỉ số octan khi pha vào xăng.
Bioethanol còn giúp giảm lượng phát thải khí ô nhiễm gây hiệu ứng nhà kính.
Kết quả nhiều công trình nghiên cứu cho thấy ethanol sản xuất từ ngũ cốc giảm được
40% phát thải khí nhà kính so với xăng và giảm 100% đối với bioethanol sản xuất từ
nguyên liệu cellulose. Hàm lượng các khí thải độc hại khác (CO, NOx, SOx...) cũng
giảm đáng kể.
Tuy nhiên sản xuất bioethnol lại đe dọa nền an ninh lương thực của nhiều nước,
nền nông nghiệp độc canh một giống cây trồng có nguy cơ đất bị bạc màu mất khả
năng canh tác tiếp. Loại nhiên liệu này cũng có một số hạn chế như tính hút ẩm dẫn
đến nhiều khó khăn trong quá trình tồn chứa, bảo quản; nhiệt trị của bioethanol (26,8
MJ/kg) thấp hơn của xăng (42,5 MJ/kg) nên khi pha vào xăng sẽ làm giảm công suất
của động cơ, tuy nhiên sự giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số
lượng ít.

18. 6
Dù có một số những hạn chế nhưng khi phân tích, so sánh người ta vẫn thấy
mặt lợi chiếm ưu thế hơn, vậy nên đây sẽ là nguồn nhiên liệu định hướng cho tương
lai.
1.2. Tình hình sản xuất, tiêu thụ bioethanol trên thế giới và ở Việt Nam
1.2.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới
Trên thế giới, việc nghiên cứu và sử dụng bioethanol thay thế chất phụ gia
methyl tert butyl ether trong xăng dầu đã được tiến hành trong nhiều năm qua. Ở Mỹ,
chính phủ đã cấm sử dụng phụ gia này từ năm 2003, do nhiều công trình nghiên cứu
chứng minh sự ô nhiễm nguồn nước, môi trường không khí, sức khỏe con người của
việc sử dụng Methyl tert butyl ether [3]. Ethanol nhiên liệu được đặc biệt chú ý ở
những nước có nền nông nghiệp phát triển và là mục tiêu hướng tới của đa số quốc gia
có nhu cầu tiêu thụ lượng xăng lớn. Chương trình bioethanol nhiên liệu được nhiều
nước quan tâm, đầu tư xây dựng chiến lược phát triển các nhà máy để sản xuất
bioethanol từ các loại ngũ cốc như: ngô, sắn, mía đường...để đáp ứng nhu cầu nhiên
liệu tái tạo trong tương lai. Đây là chương trình phát triển nông nghiệp nông thôn,
nhằm khai thác tiềm năng sẵn có về lao động, đất đai, nguồn nông sản của mỗi quốc
gia.
Năm 2003, toàn thế giới đã sản xuất được 38,5 tỷ lít bioethanol (châu Mỹ chiếm
khoảng 70%, châu Á 17%, châu Âu 10%), trong đó 70% được dùng làm nhiên liệu,
30% được sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, y tế, hóa chất. Đến năm 2007, lượng
bioethanol sản xuất đã tăng lên 56 tỷ lít, trong đó tỷ lệ cồn nhiên liệu tăng lên 75%.
Năm 2009, lượng bioethanol sản xuất được là 66 tỷ lít [7], [8], [9].
Trên thế giới, Brazin, Mỹ, và Trung Quốc là ba quốc gia đứng đầu về sản xuất
và sử dụng dạng nhiên liệu này. Trong khu vực Đông Nam Á, Thái Lan là quốc gia
phát triển rất nhanh về sản xuất và sử dụng xăng sinh học từ chế phẩm từ sắn, hạt ngô,
cây ngô, đường, bã mía [7].
Brazil là nước đi đầu trên thế giới trong việc sản xuất bioethanol. Năm 2004,
Brazin sản xuất bioethanol ở mức kỷ lục với 15,2 tỷ lít, và năm 2009 sản lượng này lên
tới 19,8 tỷ lít [7]. Lượng sản phẩm này không chỉ phục vụ trong nước mà còn xuất
khẩu sang nhiều nước khác nhau mang lại lợi ích lớn về kinh tế.
Mỹ là quốc gia tiêu thụ hằng năm 25% năng lượng trên thế giới. Từ năm 1990
giá dầu tăng liên tục nên bioethanol lại được đưa vào chương trình an ninh năng lượng
của Mỹ. Năm 2009 Mỹ là nước sản xuất bioethanol lớn nhất thế giới với 25,9 tỷ lít [7].
Trung Quốc là nước sản xuất bioethanol đứng thứ ba thế giới, chính phủ nước này
đang tăng cường hỗ trợ cho năng lượng sinh khối và hoạt động sản xuất nhiên liệu
sạch. Năm 2004, nước này đã đưa vào hoạt động nhà máy sản xuất bioethanol lớn nhất

19. 7
thế giới với công suất 600.000 tấn/năm tại Cát Lâm, tăng năng suất cả nước lên 3,5 tỷ
lít [11].
Thái Lan – một nước trong khu vực cũng đã có chính sách sản xuất nhiên liệu
sinh học từ 10 năm nay. Từ năm 2002, Thái Lan đã xây dựng thêm 4 nhà máy sản xuất
bioethanol nhằm giảm chi phí nhập khẩu xăng dầu. Năm 2004, Thái Lan sản xuất
280.000 m3
, đầu tư thêm 20 nhà máy để năm 2015 có trên 2,5 tỷ lít dùng làm nhiên
liệu [7], [12].
1.2.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol ở Việt Nam
a. Thực trạng tình hình sản xuất và tiêu thụ hiện nay
Theo thống kê năm 2007, nước ta có khoảng 328 cơ sở sản xuất rượu lớn với
sản lượng 360 triệu lít/ năm, 320 cơ sở sản xuất nhỏ với sản lượng dưới 1 triệu lít/
năm, hộ gia đình tự sản xuất ước tính khoảng 250 triệu lít/ năm [11]. Trước đây, tổng
công suất trên cả nước đều tập trung ở 3 nhà máy lớn có công suất từ 15.000 – 30.000
lít/ngày là nhà máy đường Hiệp Hòa, Lam Sơn, nhà máy rượu Bình Tây, sản phẩm
được sử dụng chủ yếu cho mục đích thực phẩm [12].
Nhu cầu về sản phẩm này trên thị trường ngày càng tăng, các đơn vị sản xuất
đẩy mạnh sản xuất, đồng thời mở thêm nhiều nhà máy lớn. Đáng chú ý là Dự án Nhà
máy sản xuất Bioethanol khu vực phía Bắc do Công ty cổ phần Hoá dầu và Nhiên liệu
sinh học Dầu khí (PVB) thuộc Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (Petrovietnam)
làm chủ đầu tư, đặt tại huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ. Đây là nhà máy sản xuất nhiên
liệu sinh học đầu tiên được xây dựng ở miền Bắc với quy mô lớn, công nghệ tiên tiến.
Và ở miền Trung có Nhà máy Bioethanol Dung Quất, miền Nam có Nhà máy
Bioethanol Bình Phước.
b. Triển vọng về phát triển nhiên liệu sinh học ở nước ta
Ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã ban hành quyết định số 177/QĐ –
TTg phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025”.
Mục tiêu tổng quát của Đề án là phát triển nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên
liệu hóa thạch truyền thống nhằm góp phần đảm bảo an ninh năng lượng và bảo vệ
môi trường. Năm 2010, xây dựng và phát triển được các mô hình sản xuất thử nghiệm
và sử dụng nhiên liệu sinh học quy mô 100 nghìn tấn E5 và 50 nghìn tấn B5/năm, bảo
đảm đáp ứng 0,4% nhu cầu xăng dầu của cả nước (chỉ tiêu này là 1% đến năm 2015).
Đến năm 2025, sản lượng cồn và dầu thực vật phấn đấu đạt 1,8 triệu tấn/ năm đáp ứng
khoảng 5% nhu cầu của cả nước [2].
1.3. Nguyên liệu sắn để sản xuất bioethanol
Dựa vào nguyên liệu sản xuất, Bioethanol có thể được chia thành các thế hệ
sau:

20. 8
- Thế hệ I: được sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu tinh bột ( sắn, ngô...), từ rỉ
đường trong đó chủ yếu là tinh bột.
- Thế hệ II: được sản xuất sinh khối thực vật như các phế thải nông nghiệp của
các loại thân cây lúa, ngô, cỏ... Lignocellulose là thành phần chính cấu tạo nên sinh
khối thực vật, chủ yếu bao gồm cellulose, hemicellulose, lignin.
- Thế hệ III: được sản xuất từ các loại nguyên liệu có nguồn gốc thủy sinh tự
nhiên như rong, tảo.
Các nguyên liệu ban đầu để sản xuất ở thế hệ thứ nhất (ngô, mía, sắn,…) cạnh
tranh với cây lương thực về đất đai, phân bón và nước, đặc biệt khi dân số thế giới
ngày càng tăng còn diện tích đất canh tác và nguồn nước ngọt ngày càng suy giảm.
Tuy nhiên với một nền nông nghiệp còn đang đóng vai trò quan trọng trong phát triển
kinh tế xã hội như Việt Nam thì sắn là loại nguyên liệu phổ biến được sử dụng làm
nguyên liệu trong các nhà máy sản xuất bioethanol.
1.3.1. Thành phần hóa học của sắn
Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38 – 40%, tinh bột 16 – 34%, giàu vitamin C,
canxi, vitamin B và các chất khoáng, nghèo chất béo và đạm. Trong củ sắn, hàm lượng
các axit amin không cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các axit amin chứa lưu
huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tùy thuộc giống, vụ trồng, thời gian chăm
sóc và kỹ thuật trồng.
1.3.2. Thành phần và tính chất của tinh bột sắn
Tinh bột sắn có màu trắng sáng, có pH từ 4,5 đến 6,5. Hạt tinh bột sắn có kích
thước khoảng 5 – 40 μm, chủ yếu là hình tròn, có bề mặt nhẵn. Hàm lượng
amilopectin trong tinh bột sắn khá cao, chiếm 70 – 80%. Tinh bột sắn có độ nở, khả
năng hồ hóa và độ nhớt cao. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn 58 – 80 °C. Độ nhớt dịch
tinh bột sắn tăng nhanh và có độ dính cao so với tinh bột từ nguồn khác [4].
Bảng 1.1: Thành phần hóa học của củ sắn tươi [4]
Thành phần Tỷ lệ (%)
Tinh bột 20 – 34
Nước 60,0 – 74,2
Protein 0,8 – 1,2
Chất béo 0,3 – 0,4
Xellulose 1 – 3,1
Chất tro ≈ 0,54
Polyphenol 0,1 – 0,3

21. 9
Bảng 1.2: Thành phần hóa học của sắn lát khô [4]
Thành phần Tỷ lệ (%)
Hàm ẩm 10 – 14
Tinh bột (% chất khô) 75 – 85
Protein (% chất khô) 1,5 – 3,0
Chất béo (% chất khô) ≈ 0,2
Chất tro (% chất khô) 2,0 – 4,0
Chất xơ (% chất khô) 3,4 – 4,0
1.3.3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn
Trên thế giới, sắn là cây lương thực được trồng từ lâu, với sản lượng lớn và
năng suất tăng nhanh qua từng năm. Năm 2005-2006, sản lượng sắn toàn cầu là 211,26
triệu tấn, năm 2006-2007 đạt 226,34 triệu tấn. Năm 2020 ước tính sản lượng toàn thế
giới là 274,7 triệu tấn, trong đó chủ yếu là sản xuất ở các nước đang phát triển. Nhu
cầu sử dụng sắn chủ yếu là thực phẩm và thức ăn gia súc. Ngày nay do vấn đề về an
ninh năng lượng nhiều nước chọn sắn làm nguyên liệu sản xuất cồn.
Ở nước ta, sắn là lương thực, thức ăn gia súc quan trọng sau lúa và ngô, sắn
cũng là cây công nghiệp có giá trị. Sắn là nguyên liệu chính để chế biến bột ngọt,
bioethanol, mì ăn liền, bánh kẹo.... Hiện nay đầu tư nhà máy sản xuất bioethanol từ sắn
là một hướng đi lớn, nhiều triển vọng. Dùng sắn làm nguyên liệu sản xuất bioethanol
có nhiều ưu điểm: sắn dễ trồng trên nhiều loại đất khác nhau với điều kiện khí hậu
khác nhau, chi phí trồng và chăm sóc thấp, nguyên liệu sắn có quanh năm dưới dạng
củ tươi và sắn lát khô, hàm lượng tinh bột cao, giá sản phầm có tính cạnh tranh hơn...
1.4. Công nghệ sản xuất bioethanol
1.4.1. Công nghệ sản xuất truyền thống
Công nghệ này áp dụng với đa phần các nhà máy sản xuất cồn thực phẩm sử
dụng nguyên liệu phổ biến là gạo, rỉ đường, sắn. Quy trình sản xuất truyền thống gồm
các công đoạn chính là: nghiền nguyên liệu, nấu và dịch hóa, đường hóa, lên men,
chưng cất và tinh chế.
- Nghiền nguyên liệu: quá trình này sẽ phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo
điều kiện giải phóng hạt tinh bột đồng thời tăng cường sự tiếp xúc giữa enzym và cơ
chất.
- Nấu, dịch hóa nguyên liệu: sử dụng nhiệt và áp suất là tác nhân để chuyển hóa
tinh bột dạng không tan thành hòa tan, phương pháp này đòi hỏi nhiệt độ cao, áp suất
cao, gây tổn thất về mặt tinh bột, đường và chi phí năng lượng lớn.

22. 10
- Đường hóa: cháo sau khi nấu được hạ xuống nhiệt độ đường hóa trong
khoảng 30 phút đảm bảo đủ lượng đường nhất định cho lên men.
- Lên men: dịch đường được trộn với nấm men ở nhiệt độ 30-330
C, tiến hành
đường hóa tiếp và lên men.
- Chưng cất và tinh chế: là quá trình tách cồn, sản phẩm bay hơi ra khỏi bã và
sau đó tinh chế nâng cao độ cồn.
1.4.2. Công nghệ sản xuất cồn đã cải tiến
Các công nghệ mới chủ yếu được cải tiến dựa trên sự ra đời của các chủng nấm
men và enzym có nhiều ưu điểm. Ví dụ như enzym cho phép thực hiện quá trình hồ
hóa, dịch hóa ở nhiệt độ thấp hơn hay enzym cho phép thực hiện quá trình đường hóa
không cần qua giai đoạn nấu [5], [6], [10]. Ưu điểm này không những giúp giảm được
thời gian sản xuất, tiết kiệm năng lượng và chi phí cho thiết bị, tạo điều kiện cho
đường hóa và lên men đồng thời...

23. 11
CHƯƠNG 2
GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT
2.1. Tổng quan công nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất
Hình 2.1. Sơ đồ công nghệ tổng quan của Nhà máy
Nhà máy Bioethanol Dung Quất nằm trên địa phận Khu Kinh tế Dung Quất,
Quảng Ngãi, bắt đầu đi vào hoạt động từ 02/2012 với công suất thiết kế 100 triệu
lít/năm với sản phẩm chính là ethanol 99,8%, ngoài ra còn các phụ phẩm có giá trị là
CO2, DDFS. Nhà máy hoạt động trên bản quyền công nghệ của Applied Process
Technology International – APTI (Mỹ) với các đặc điểm công nghệ chính là: lên men
gián đoạn, chưng cất đa áp suất và tách nước bằng phương pháp rây phân tử.
Nhà máy sử dụng nguyên liệu sản xuất là sắn lát khô. Sắn lát được nghiền ở
khu vực nhập liệu đến kích thước mong muốn. Sau đó cát trong bột sắn sẽ được loại
bỏ bằng hệ thống cyclon lỏng trước khi hồ hóa. Tinh bột trong sắn sẽ được chuyển hóa
thành đường lên men được dưới tác động của enzym ở giai đoạn hồ hóa, đường hóa.
Trong bồn lên men, đường được chuyển hóa thành ethanol và CO2 dưới tác động của
nấm men, sản phẩm CO2 sẽ được thu hồi và hóa lỏng.
Ethanol trong dịch lên men được thu hồi nhờ công đoạn chưng cất, nâng nồng
độ cồn lên 95 – 96 % v/v. Ở nồng độ này hỗn hợp ethanol và nước là hỗn hợp đẳng phí

24. 12
và không thể tiếp tục chưng cất nữa, vì chưa đạt được yêu cầu của ethanol nhiên liệu
nên tiếp tục được đưa qua thiết bị hấp phụ chọn lọc rây phân tử. Sản phẩm thu được sẽ
mang đi hiệu chỉnh độ axit rồi chuyển vào bể chứa.
Bã hèm từ tháp chưng cất được tách bã bằng các decanter. Bã này được sấy khô
để làm chất độn thức ăn gia súc. Nước thải được xử lí vi sinh đến tiêu chuẩn cho phép
trước khi thải ra môi trường.
2.2. Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu của Nhà máy Bioethanol Dung Quất là sắn khô có chiều dày 20-
30mm, đường kính 30-70mm với các chỉ tiêu chính như sau:
- Tinh bột: 70 – 75 %wt
- Độ ẩm: 12 – 14 %wt
- Chất xơ: 2,1 – 5 %wt
- Protein: 1,5 – 1,8 %wt
- Tro: 1,8 – 3 %wt
- Lipit: 0,5 – 0,9 %wt
- Tạp chất khác: nhỏ hơn 3 %wt
2.3. Các phân xưởng công nghệ
2.3.1. Kho chứa, nhà nghiền
Hệ thống nghiền và vận chuyển sắn được thiết kế để nhận, tồn chứa, nghiền, vệ
sinh sắn trước khi cung cấp cho dây chuyền công nghệ chính.
Sắn lát có chiều dày 20-30 mm, đường kính 30-70 mm được nhận vào tại phễu
nhập liệu rồi nhờ hệ thống vít tải, băng tải để đưa vào 2 máy nghiền thô công suất 40
tấn/h và 25 tấn/h. Máy nghiền thô được trang bị bộ phận tách đá và nam châm tách sắt
để loại bỏ các tạp chất trong sắn. Các máy nghiền thô bẻ nhỏ sắn đến kích thước
khoảng 2-3 mm.
Sau khi được nghiền thô, sắn có thể được chuyển đi tồn chứa ở kho hoặc tiếp
tục được nghiền tiếp bằng 3 máy nghiền tinh công suất 20 tấn/h thành bột sắn mịn.
Kho chứa sắn được trang bị các xích cào để cào sắn tự động xuống các phễu hai bên
hông kho để vận chuyển đi nghiền tinh.Bột sắn sau khi nghiền được cân định lượng
một cách chính xác trước khi đi vào dây chuyền công nghệ chính.

25. 13
Hình 2.2. Sơ đồ công nghệ kho chứa, nhà nghiền
2.3.2. Tách cát
Hình 2.3. Sơ đồ công nghệ quá trình tách cát

26. 14
Sắn sau khi nghiền được cân và cung cấp liên tục đến hệ thống tách cát bằng
cyclon lỏng (hydrocyclone) để loại bỏ cát ra khỏi dịch bột trước khi đi đến các công
đoạn sau nhằm hạn chế tối đa sự mài mòn thiết bị và đường ống.
Bột sắn được hòa trộn chủ yếu với nước công nghệ (process water) và lượng
nhỏ hơn nước ngưng công nghệ từ quá trình chưng cất để tạo ra dịch bột trong bồn
trộn trước khi bơm đến hệ thống cyclon gồm 3 cấp để tách cát. Nồng độ chất rắn trong
bồn trộn được kiểm soát thường xuyên để đảm bảo hiệu quả hoạt động của cyclon.
Ở bậc thứ nhất, dịch bột sạch được tách ra trên đỉnh cyclon và đi đến bồn chứa
trước khi được chuyển sang công đoạn hồ hóa. Trong khi đó, dịch bột với tỉ lệ cát lớn
ở đáy được xử lý tiếp ở lần lượt ở hai bậc cyclon tiếp theo để thu hồi tinh bột. Lượng
tinh bột được thu hồi này được tuần hoàn trở lại bồn trộn dịch ban đầu. Cát được tách
ra ở đáy cyclon bậc ba và được mang đi xả thải.
2.3.3. Hồ hóa và nấu
Dịch bột được trộn với enzym alpha amylase nhằm phá vỡ mạch tinh bột ban
đầu của sắn. Bồn trộn dịch được duy trì ở nhiệt độ 83-88 (0
C), thích hợp cho quá trình
chuyển hóa này. Amoniac có thể được sử dụng để điều chỉnh pH và cung cấp dinh
dưỡng cho nấm men.
Hình 2.4. Sơ đồ quá trình hồ hóa và nấu
Dịch cháo được chuyển vào bồn dịch hóa để tiếp tục quá trình chuyển hóa. Thời
gian lưu ở bồn dịch hóa trong khoảng 2 giờ nhằm chuyển hóa hết tinh bột sang các
dạng dextrin và đường đa.
Sau đó, dịch cháo được gia nhiệt đến 100-110 (0
C) để chuyển hóa triệt để tinh
bột còn sót lại sau quá trình dịch hóa, đồng thời tiệt trùng dịch trước khi lên men để
tránh sự nhiễm khuẩn. Dịch cháo được gia nhiệt bằng hơi rồi lưu giữ trong 3 thiết bị

27. 15
nấu dạng ống (cooktube) trong khoảng 15 phút. Sau khi nấu, dịch được làm mát và
chuyển vào bồn lên men. Enzym gluco amylase được thêm vào dịch cháo để chuyển
hóa đường đa thành đường đơn có thể lên men được. Urê cũng được bổ sung để cung
cấp dinh dưỡng cho men.
2.3.4. Lên men
Hệ thống lên men gồm 6 bồn cho phép quá trình lên men được thực hiện theo
mẻ. Có một bồn nhỏ được sử dụng làm bồn nhân men. Ở đây men khô được hòa trộn
và nhân giống đến mật độ cần thiết cho mỗi mẻ lên men. Mật độ và tốc độ phát triển
của men trong giai đoạn nhân giống là một trong các yếu tố quyết định đến hiệu suất
lên men.
Hình 2.5. Sơ đồ quá trình đường hóa, lên men
Quá trình lên men được thực hiện trong 4 bồn kích thước bằng nhau. Thời gian
của mỗi chu kỳ lên men là 52 giờ, bao gồm các công đoạn: điền dịch, lên men, chuyển
dịch sau lên men và vệ sinh bồn. Quá trình lên men được thực hiện theo phương thức
đường hóa và lên men đồng thời (Simultaneous Saccharification and Fermentation).
Đường đa trong dịch cháo sau công đoạn hồ hóa được chuyển hóa từ từ thành đường
đơn lên men được, đồng thời nấm men chuyển hóa đường đơn thành ethanol và CO2.
Từ bồn lên men, dịch giấm chín sau lên men (beer) được chuyển đến bồn trung gian
(beerwell) trước khi được đi chưng cất. Khí CO2 sản sinh trong quá trình lên men được
làm sạch bã và ethanol cuốn theo ở tháp rửa nước trước khi được chuyển qua khu vực
thu hồi và hóa lỏng.
Các bồn ở khu vực lên men đều có dạng đáy nghiêng và được trang bị các đầu
phun vệ sinh (spray nozzle) trên đỉnh bồn để tăng cường hiệu quả của quá trình vệ sinh
bồn sau mỗi chu kỳ nhân men và lên men, qua đó giảm thiểu tối đa nguy cơ nhiễm
khuẩn.

28. 16
2.3.5. Chưng cất
Ethanol trong dịch sau lên men được tách ra khỏi bã hèm bằng một hệ thống 3
tháp chưng cất hoạt động ở các áp suất khác nhau, bao gồm 2 tháp chưng cất thô và 1
tháp chưng cất tinh.
Hình 2.6. Sơ đồ quá trình chưng cất
Dịch giấm chín được phân phối đến đỉnh 2 tháp chưng cất thô: tháp thô 1 hoạt
động ở áp suất khí quyển, tháp thô 2 hoạt động ở áp suất chân không 0,2 bar. Trong 2
tháp thô, hơi ethanol được tách ra ở đỉnh với nồng độ khoảng 50% v/v đi đến bồn chứa
chuẩn bị nguyên liệu cho tháp chưng cất tinh, khí không ngưng đưa đến hệ thống tạo
chân không nhằm khống chế áp suất cho 2 tháp thô. Ở đây ethanol được ngưng tụ và
cấp vào tháp tinh. Tháp chưng cất tinh hoạt động ở áp suất cao (3,4 bar) có nhiệm vụ
nâng nồng độ ethanol đến khoảng 95-96% v/v trước khi đưa đi tách nước.
Bã hèm tách ra ở đáy các tháp thô được đưa đi sản xuất bã sấy khô bằng hệ
thống ly tâm tách bã và sấy thùng quay. Dịch hèm loãng được xử lý sau cùng bằng
công nghệ kết hợp vi sinh và hóa lý đạt đến chất lượng theo yêu cầu để xả ra môi
trường.
2.3.6. Tách nước
Tách nước bằng rây phân tử là một trong những công đoạn để sản xuất ethanol
nhiên liệu. Rây phân tử hoạt động dựa trên nguyên tắc hấp phụ chọn lọc ở thể hơi.
Trong trường hợp này, phân tử nước có kích thước nhỏ hơn 3A bị hấp phụ bởi các hạt

29. 17
zeolit trong khi các phân tử ethanol thì không bị hấp phụ. Nước thu được trong quá
trình hấp phụ được thu hồi trong quá trình tái sinh của rây phân tử và tuần hoàn trở lại
hệ thống chưng cất.
Quá trình tái sinh của rây phân tử được thực hiện bằng cách thay đổi áp suất
vận hành (pressure swing) thay vì sử dụng nhiệt. Áp suất trong quá trình tái sinh là áp
suất chân không được tạo ra bởi hệ thống hút chân không bằng eductor.
Sau khi nước được loại bỏ, dòng ethanol tiếp tục được xử lý để giảm nồng độ
axit dễ bay hơi (chủ yếu là CO2 hòa tan) ở tháp tách axit cũng hoạt động ở áp suất
chân không.
Hình 2.7. Sơ đồ quá trình tách nước
2.3.7. Phân xưởng thu hồi và nén khí CO2
Đầu tiên, CO2 được dẫn lần lượt qua cột rửa bằng KMnO4, cột rửa bằng nước
lạnh. Mục đích của việc rửa là để loại bỏ bụi và các phần tử dễ tan trong nước có trong
dòng CO2 thô. CO2 sau khi rửa được đưa qua các bình điều hòa để ổn định áp suất cho
các bình lên men. CO2 được nén đến áp suất 17 kg/cm3
bằng máy nén không dầu. Khí
sau khi nén được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm làm mát bằng nước, ở
đó nhiệt độ của khí CO2 được giảm xuống tới nhiệt độ của môi trường.
CO2 được đưa tiếp tới một bộ lọc than hoạt tính kiểu bộ đôi, ở đây các
hydrocarbon và các chất dễ cháy được tách ra, sau đó được đưa tới thiết bị tách nước.
Thiết bị tách nước hoạt động theo nguyên lý hấp phụ rây phân tử kiểu tháp đôi (1 tháp

30. 18
hấp phụ và 1 tháp tái sinh). Hơi nước có trong khí CO2 được hấp thụ và khí ra khỏi
thiết bị đã khô (không lẫn hơi nước).
Khí CO2 khô được đưa tới thiết bị làm lạnh, ở đó nhiệt độ được giảm tiếp tới -
270
C. Ở nhiệt độ này, quá trình hoá lỏng khí CO2 sẽ diễn ra. CO2 lỏng tiếp tục được
tinh lọc thêm trong tháp tẩy để thu được CO2 lỏng 99,95 %. Cuối cùng được đưa vào
bồn chứa. CO2 thành phẩm được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng xe bồn.
2.3.8. Phân xưởng tách, sấy và tồn chứa bã
Dịch hèm thải từ tháp cất thô được thu gom ở thùng chứa và được bơm vào hệ
thống tách ly tâm tốc độ cao để tách nước và các tạp chất lơ lửng, không hòa tan còn
sót lại. Qua hệ thống ly tâm, dịch hèm phân làm 2 phần: phần bã ẩm được đưa sang
thiết bị sấy để làm chất độn thức ăn gia súc và phần dịch hèm loãng (thinslop).
Bã ẩm được sấy trong thiết bị thùng quay cấp hơi gián tiếp. Sau khi sấy, bã đạt
độ ẩm khoảng 10% -14% được gọi là DDFS (Distillery Dried Fiber Soluble) dùng làm
chất độn trong thức ăn gia súc. Sản phẩm được chứa trong 03 thùng chứa trong khi chờ
xuất đi bằng xe tải. Nước bốc hơi từ quá trình sấy được ngưng tụ, thu hồi để tái sử
dụng.
Phần dịch hèm loãng được chia làm 2: một phần được hồi lưu lại dây chuyền
sản xuất, phần còn lại đưa sang công đoạn xử lý nước thải để xử lý đạt tiêu chuẩn xả
thải và xả ra môi trường.
2.3.9. Phân xưởng xử lý nước thải
Nước tải từ các công đoạn sản xuất được tập trung vào khu xử lý nước thải để
xử lý trước khi thải ra môi trường. Các nguồn nước thải trong nhà máy bao gồm:
- Dịch hèm từ decanter (Nước thải từ nhà máy chính)
- Nước thải từ trạm khử khoáng
- Nước thải sinh hoạt từ các bể tự hoại.
- Nước xả đáy tháp giải nhiệt
- Nước mưa chảy tràn qua các khu vực nhiễm bẩn
- Nước rửa sàn và nước thải PTN của nhà máy chính
- Nước thải của phân xưởng thu hồi CO2
Hệ thống xử lý nước thải của Nhà máy bao gồm các công đoạn sau:
- Xử lý bậc một: xử lý kỵ khí ( SAR, UASB )
- Xử lý bậc hai: xử lý hiếu khí ( vi sinh hiếu khí )
- Xử lý bậc ba: hóa lý (tuyển nổi, đông tụ, tạo bông, lắng, lọc cát)
- Xử lý bùn: nén ép và tách nước làm giảm độ ẩm của bùn bằng thiết bị
Decanter.

31. 19
Nước thải sau khi xử lý đạt tiêu chuẩn cột B theo QCVN 40:2011 được thải ra
hệ thống thu gom nước thải chung của khu kinh tế Dung Quất.
Bùn sinh ra từ hệ thống xử lý nước thải sau công đoạn xử lý bùn được chuyển
qua phân xưởng phân vi sinh để thực hiện sản xuất phân hữu cơ vi sinh.

32. 20
CHƯƠNG 3
MÔ PHỎNG CÔNG ĐOẠN CHƯNG CẤT VÀ TÁCH NƯỚC CỦA
NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT
3.1. Giới thiệu phần mềm HYSYS
3.1.1. Giới thiệu chung
Để không ngừng cải thiện năng suất cũng như chất lượng sản phẩm, các công
trình nghiên cứu và các dự án thiết kế luôn được tiến hành. Và trên hết nhờ sự phát
triển vượt bậc của ngành Công nghệ thông tin, với những máy tính tốc độ cao, các hệ
điều hành siêu việt đã góp phần to lớn cho sự ra đời của các phần mềm mô phỏng.
Mô phỏng là một công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc một cách
hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích, nghiên cứu các yếu tố ảnh
hưởng đến một quá trình đang hoạt động trong thực tế.
Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khảo sát nhiều trường hợp hơn trong
cùng thời gian với độ chính xác cao hơn nếu so với tính toán bằng tay. Hơn nữa, chúng
ta có thể tự động hóa quá trình tính toán các sơ đồ công nghệ để tránh việc phải thực
hiện các phép tính lặp hoặc mò mẫm. Ví dụ, chúng ta có thể sử dụng một mô hình mẫu
để nghiên cứu sự vận hành của một phân xưởng khi thay đổi nguồn nguyên liệu hoặc
các điều kiện vận hành của các thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất thu và chất lượng sản
phẩm như thế nào. Điều này sẽ đơn giản, nhanh chóng và tiết kiệm hơn nhiều so với
thử nghiệm trên phân xưởng thực tế. Vì rằng cơ sở tính toán các công cụ mô phỏng
thường dựa trên các bộ cơ sở dữ liệu chuẩn hóa, nên một khi đã xây dựng một mô hình
hợp lý thì bất kỳ một kỹ sư nào cũng có thể sử dụng nó để tính toán và cho các kết quả
chính xác.
Ngoài ra, các phần mềm này còn được ứng dụng trực tiếp vào quá trình hoạt
động của nhà máy. Ta có thể khảo sát sự biến thiên của các thông số làm việc và chế
độ hoạt động của nhà máy khi có những sự thay đổi ở bất kỳ một đơn vị hoạt động nào
đó.
Bên cạnh đó, các phần mềm mô phỏng còn giúp cho việc giảm thiểu những tai
nạn và rủi ro có thể xảy đến với con người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu và tăng
năng suất của nhà máy.
3.1.1.1. Các phần mềm mô phỏng trong công nghệ hóa học:
Trong công nghệ hóa học người ta sử dụng rất nhiều phần mềm mô phỏng:
- PRO/II, DYNSIM (SIMSCI)
- HYSIM, HYSYS, ASPEN PLUS (ASPENTECH)
- PROSIM, TSWEET (BRYAN RESEARCH & ENGINEERING)

33. 21
- DESIGN II (WINSIM)
- UNISIM (HONEYWELL-UOP)
Các phần mềm này đều có khả năng tính toán cho các quá trình trong công nghệ
hóa học nói chung, tuy nhiên mỗi phần mềm có ưu điểm vượt trội cho một quá trình
nào đó. Đa số các phần mềm chạy trên hệ điều hành DOS, chỉ có PRO/II và HYSYS
chạy trên môi trường Windows.
Trong đề tài này ta chọn phần mềm HYSYS để mô phỏng công đoạn chưng cất
và tách nước ethanol trong nhà máy bioethanol Dung Quất.
3.1.1.2.Phần mềm HYSYS
Hysys là sản phẩm của công ty ASPENTECH-Canada; là một phần mềm có
khả năng tính toán đa dạng, cho kết quả có độ chính xác cao. Đồng thời cung cấp
nhiều thuật toán sử dụng trợ giúp trong quá trình tính toán công nghệ và khảo sát các
thông số trong quá trình thiết kế nhà máy hóa chất. Ngoài ra, Hysys còn có khả năng
tự động tính toán các thông số còn lại nếu thiết lập đủ thông tin. Đây chính là điểm
mạnh của Hysys giúp người sử dụng tránh những sai sót và đồng thời có thể sử dụng
những dữ liệu ban đầu khác nhau.
Trong thư viện Hysys có lưu sẵn một số thiết bị dùng để tạo ra các sơ đồ công
nghệ trong các ngành công nghiệp lọc hóa dầu, công nghiệp hóa chất. Mỗi thiết bị
được xác định bởi chức năng nhiệt động học, lượng vật chất, năng lượng trao đổi và
các tham số nội tại (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp...). Các thiết bị liên hệ với nhau
bằng các dòng chảy liên kết, chính các dòng chảy vào và ra khỏi thiết bị này sẽ xác
định trạng thái làm việc của thiết bị. Các thiết bị sẽ tự động cập nhật thông tin mới có
liên quan đến chúng và tự cập nhật cho các dòng chảy nối với chúng.
Các thiết bị chính trong chương trình Hysys:
- Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger)
- Thiết bị làm nguội, đun nóng (Cooler, Heater)
- Bộ trộn (Mixer)
- Van (Valve)
- Cột (Column): dùng trong các quá trình chưng cất, hấp thụ, trích ly...
- Thiết bị chia dòng (Splitter): chia dòng chảy thành nhiều dòng theo tỷ lệ tùy ý.
- Bình tách (Seperator): gồm có thiết bị tách hai pha, thiết bị tách ba pha và
thiết bị tách chất rắn ra khỏi dòng lỏng hoặc hơi.
- Thiết bị phản ứng (Reactor).
- Thiết bị nén, giãn nở (Compressor, Expander).
- Bơm (Pump).

34. 22
- Thiết bị cân bằng (Balance): Cân bằng năng lượng hay cân bằng vật chất cho
hệ.
- Thiết bị điều khiển (Controller).
- Thiết bị hồi lưu (Recycle).
Hysys được thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng:
- Steady Mode: Trạng thái tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho một quá trình.
- Dynamic Mode: Trạng thái động, mô phỏng thiết bị hay quy trình ở trạng thái
đang vận hành liên tục, khảo sát sự thay đổi các đáp ứng của hệ thống theo sự thay đổi
của một vài thông số.
Các ứng dụng của Hysys:
- Hysys.Concept: Thiết kế và bảo vệ hệ thống phân tách một cách hiệu quả nhất.
- Hysys.Process: Giảm thấp nhất vốn đầu tư và chi phí vận hành, chọn lựa cách
bảo quản, các đặc tính và phân loại thiết bị, trang bị và sửa chữa các thiết bị để cải tiến
quá trình hoạt động và điều khiển nhà máy.
- Hysys.Plant: Sử dụng công cụ mô phỏng để đưa ra các điều kiện thuận lợi,
đánh giá hoạt động của nhà máy hiện hành, trang bị các thiết bị để đạt được độ tin cậy
về hoạt động, an toàn, lợi nhuận cao nhất. Cải tiến các thiết bị có sẵn và mở rộng quy
mô nhà máy hiện hành.
- Hysys.OTS: Những quy trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắm
bắt về công nghệ, mức độ an toàn trong hoạt động của nhà máy, làm theo những quy
tắc hướng dẫn về an toàn và vận hành để tăng lợi nhuận.
- Hysys.RTO: Tối ưu hiệu quả nhà máy, chuyển đổi mô hình sản xuất, sử dụng
công nghệ có sẵn và tăng lợi nhuận trong hoạt động bằng cách cho phép những thay
đổi về công nghệ và sản phẩm.
- Economic: Những dữ liệu thu được từ mô phỏng là công cụ cơ bản để dựa vào
nó mà có những thông tin xác thực nhằm quyết định về vấn đề đầu tư và xây dựng một
cách có hiệu quả nhất.
Qua đây ta thấy phần mềm Hysys được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực khác
nhau. Trong phạm vi đề tài này tác giả sử dụng Hysys.Plant.
Cấu trúc cơ bản của Hysys được thể hiện qua ba điểm quan trọng sau:
- Unique Concepts (Những khái niệm duy nhất): mặc định cách mà người sử
dụng xây dựng môi trường mô phỏng trên Hysys.
- Powerful Engineering Tools (Những công cụ thiết kế tối ưu): quyết định cách
Hysys thực hiện các phép tính toán.
- Primary Interface Elements (Những yếu tố tương giao cơ sở): được dùng để
giúp người sử dụng làm việc với Hysys.

35. 23
3.1.2. Các bước mô phỏng bằng phần mềm Hysys v10
Để bắt đầu tiến hành thiết kế mô phỏng cho một quy trình công nghệ, sau khi
khởi động phần mềm ứng dụng Hysys ta thực hiện các bước sau:
Bước 1 - Lựa chọn cấu tử trong hệ:
- Công đoạn chưng cất và tách nước ethanol với nguyên liệu là beerwell thành
phần bao gồm ethanol, nước, CO2, 3-M-1-C4ol, inositol, bã rắn.
- Thêm cấu tử vào quy trình mô phỏng: từ Menu Bar chọn tab Home, chọn
Component Lists, nhấn Add. Đối với mô phỏng này các cấu tử được thêm bao gồm
ethanol, H2O, CO2, 3-M-1-C4ol.
Hình 3.1. Cửa sổ lựa chọn cấu tử cho hệ
Bước 2 - Lựa chọn mô hình nhiệt động:
- Lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp là một bước rất quan trọng trong quá
trình mô phỏng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến độ chính xác của quá trình tính toán.
- Mỗi mô hình cho phép tính toán các thông số:
+ Hằng số cân bằng pha K: thể hiện sự phân bố các cấu tử giữa các pha ở điều
kiện cân bằng.
+ Enthalpy của các pha lỏng và hơi: là năng lượng cần thiết để chuyển một hệ
từ trạng thái nhiệt động này sang trạng thái nhiệt động khác, nhằm vụ tính toán chính
xác các quá trình nén, giản nỡ và năng lượng tự do tối thiểu ở các thiết bị phản ứng.
+ Tỉ trọng của pha lỏng và pha hơi: để tính toán quá trình truyền nhiệt, trở lực
và xác định kích thước tháp chưng cất.
- Để lựa chọn mô hình nhiệt động thích hợp, nên dựa vào các yếu tố:
+ Thành phần của hỗn hợp

36. 24
+ Phạm vi nhiệt độ và áp suất
+ Tính sẵn có của các thông số vận hành thiết bị
Trong mô phỏng này, hệ hydrocarbon có nước nên chúng ta lựa chọn hệ nhiệt
động NRTL. NRTL là tên viết tắt của phương trình nhiệt động Non Random Two
Liquid, được đề xuất bởi Renon và Prausnitz năm 1968 là một phần mở rộng của
phương trình Wilsonban đầu[1]
- Để thực hiện thêm hệ nhiệt động cho bài mô phỏng ta vào tab Home/Fluid
Packages sau đó nhấn Add.
Hình 3.2. Cửa sổ chọn mô hình nhiệt động
Bước 3 - Thiết lập hệ đơn vị sử dụng:
Từ Menu Bar, chọn Home, và sau đó lựa chọn Unit Sets

37. 25
Hình 3.3. Cửa sổ thiết lập đơn vị sử dụng
3.2. Tiến hành mô phỏng
3.2.1. Cơ sở dữ liệu
a. Nguyên liệu:
Công đoạn chưng cất và tách nước ethanol sử dụng nguồn nguyên liệu beerwell
(3022) từ công đoạn lên men. Dòng nguyên liệu được nhập ở nhiệt độ 76.7 0
C và áp
suất 7.4 bara. Lưu lượng và thành phần dòng nguyên liệu được cho trong bảng 3.1:
Bảng 3.1. Lưu lượng và thành phần nguyên liệu
Dòng 3022 Lưu lượng (kg/h) Thành phần khối lượng
H2O 82921.2 0.8855
CO2 101.3 0.0011
Ethanol 10572.7 0.1129
3-M-1-C4ol 50.6 0.0005
Inositol 0.0 0.0000
Tổng 93645.9 1.0000
b. Sản phẩm:
Sản phẩm của công đoạn chưng cất và tách nước là ethanol đạt trên 99%

38. 26
c. Tính toán cân bằng vật chất:
Bảng 3.2. Cân bằng vật chất chưng cất và tách nước
Dòng
Lưu lượng
(kg/h)
Tổng
Nguyên
liệu
3046 H2O từ CO2 scrubber 13155
107034,9
7013
Nước ngưng từ hệ thống chân
không
233
3022 Beer well 93646.9
Sản
phẩm
4091 Ethanol sản phẩm 10872
107035,1
4058
Dòng sản phẩm đáy của tháp
chưng cất C-4201
22791
4059
Dòng sản phẩm đáy của 2 tháp
chưng cất thô qua xử lý bã
73181.2
4033
Dòng khí không ngưng đến hệ
thống chân không
176.9
9011
Dòng khí không ngưng từ bình
tách VS-4303
14
d. Sơ đồ công nghệ:
Dòng nguyên liệu (3022) ở nhiệt độ 76.7 0
C và 7.4 bara được chia thành 2 dòng
có lưu lượng tương đương nhau, dòng 4002 đi vào từ đỉnh tháp chưng cất C-4102,
dòng 4003 đi vào đỉnh tháp C-4101. Sản phẩm đáy của 2 tháp này sẽ được gộp lại một
dòng và đưa qua khu vực xử lý bã, hơi ethanol từ đỉnh 2 tháp sau khi đi qua các bình
tách để tách khí không ngưng sẽ được gia nhiệt lên đến 116 0
C để đi vào tháp C-4201.
Tháp C-4201 là tháp chưng cất nhằm nâng cao nồng độ sản phẩm ethanol sử dụng
nguyên liệu bao gồm các dòng: dòng sản phẩm đỉnh của các tháp C-4101 và C-4102
(4038), các dòng hồi lưu (4050, 4070, 3046). Dòng sản phẩm đỉnh với nồng độ ethanol
lớn hơn 90% wt sẽ tiếp tục đi qua công đoạn tách nước, sản phẩm đáy chỉ có nước
được bơm qua thùng chứa nước công nghệ.
Công đoạn tách nước trong hơi ethanol sử dụng 2 tháp hấp phụ nước. Hơi
ethanol (>90%wt) được gia nhiệt lên đến 135 0
C sẽ đi vào tháp hấp phụ VS-4301. Sau
khi ra khỏi tháp hấp phụ, nồng độ ethanol sản phẩm được nâng lên đến 99%wt, phần
lớn dòng ethanol sản phẩm được đưa về thùng chứa sau khi đi qua tháp tách acid. Các
tháp hấp phụ này được sử dụng để thu hồi toàn bộ lượng ethanol còn sót lại trong sản
phẩm.

39. 27
Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất và tách nước được thể hiện ở bản vẽ công nghệ
trong phụ lục 1, phụ lục 2.
e. Khai thác số liệu từ các bản vẽ và tài liệu liên quan:
Để thực hiện quá trình mô phỏng, chúng ta cần các số liệu về lưu lượng, nhiệt
độ, áp suất và thành phần của các dòng nguyên liệu, hồi lưu, sản phẩm chính và thông
số hoạt động của thiết bị, các số liệu này được lấy từ quy trình hoạt động thực tế trong
nhà máy. Sau khi thực hiện mô phỏng, kết quả mô phỏng sẽ được so sánh với số liệu
thực tế để xác định được tính chính xác của bài mô phỏng.
Các thông số khai thác được thể hiện trong phụ lục 3.
3.2.2. Nhập thông số cho các dòng công nghệ và thiết bị
Quá trình mô phỏng này được chia thành hai công đoạn là chưng cất và tách
nước, trong đó quan trọng nhất là công đoạn chưng cất với 3 tháp chưng cất ethanol.
Nguyên liệu của quá trình là dòng beer-well (3022) từ công đoạn lên men.
Hình 3.4. Nhập thông số cho dòng beerwell (3022)
3.2.2.1. Công đoạn chưng cất ethanol:
Để tách nước và bã, nâng nồng độ ethanol sản phẩm lên hơn 90%wt nhà máy
bioethanol Dung Quất sử dụng 3 tháp chưng cất với điều kiện áp suất và nhiệt độ vận
hành tăng dần nhằm tận dụng lượng nhiệt sinh ra từ hơi đỉnh tháp để gia nhiệt cho
dòng hồi lưu đáy của tháp hoạt động ở nhiệt độ thấp hơn.
Dòng nguyên liệu beer well (3022) ở nhiệt độ 76.70
C, áp suất 7.4 bara được
chia thành 2 dòng là 4002 và 4003. Dòng 4002 sẽ là nguyên liệu của cụm tháp C-4102
hoạt động ở áp suất chân không, dòng 4003 là nguyên liệu của cụm tháp C-4101 hoạt
động ở áp suất khí quyển.

40. 28
Sản phẩm hơi ethanol 50%wt từ đỉnh của 2 tháp C-4102, C-4101 sau khi được
tách khí không ngưng sẽ là nguyên liệu cho tháp Rectifier Column C-4201 hoạt động ở
áp suất cao.
* Đối với Cụm tháp C-4102:
- Dòng beer well (4002) với lưu lượng 47765 kg/h đi vào từ đỉnh tháp chưng cất
C-4102 ở 76.7 0
C, 7.4 bara, sản phẩm đỉnh tháp là hơi ethanol 50%wt
Hình 3.5. Nhập thông số cho dòng beerwell (4002)
- Để xây dựng mô hình tháp chưng cất cho tháp C-4102, ta chọn thiết bị chưng
cất trong phần Models and Streams của tab Flowsheet/Modify
- Tháp C-4102 hoạt động ở áp suất chân không với áp suất đỉnh là 0.21 bara và
áp suất đáy là 0.34 bara, nhiệt độ đáy của tháp là 64 0
C, số đĩa thực tế của tháp là 20
đĩa, nạp liệu tại đĩa số 1 và không có hồi lưu đỉnh tháp. Trong bản vẽ PFD của nhà
máy bioethanol Dung Quất, reboiler (E-4102) của tháp C-4102 tận dụng nguồn nhiệt
sinh ra từ dòng hơi đỉnh của tháp C-4101 (4023), tuy nhiên trong bài mô phỏng này để
đơn giản ta sử dụng dòng Energy stream cho reboiler (E-4102)

41. 29
Hình 3.6. Thông số hoạt động của tháp chưng cất C-4102
- Tháp C-4102 hoạt động với một tiêu chuẩn ràng buộc là thành phần ethanol
của dòng sản phẩm đỉnh đạt 51%, hiệu suất đĩa: 100%
Hình 3.7. Thông số ràng buộc cho tháp C-4102
- Dòng sản phẩm hơi đỉnh của tháp C-4102 sẽ được hợp với dòng hồi lưu 4028,
sau đó được hạ nhiệt xuống 36.3 0
C (dòng 4030) trong thiết bị trao đổi nhiệt E-4108
trước khi đi vào bình tách VS-4103. Bình tách này hoạt động ở áp suất chân không
Tải bản FULL (88 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

42. 30
được tạo ra bởi hệ vacuum system để tách toàn bộ khí không ngưng có trong dòng
ethanol, các dòng đi vào bình tách bao gồm dòng ethanol 50%wt (4030), dòng nước
ngưng từ hệ thống chân không (7013), dòng nước ngưng 4032.
Hình 3.8. Thông số hoạt động cho thiết bị trao đổi nhiệt E-4108
Hình 3.9. Thông số hoạt động của bình tách VS-4103

43. 31
Hình 3.10. Thông số hoạt động của bơm PC-4103
- Dòng ethanol 50%wt lỏng từ đáy bình tách VS-4103 (4034) được bơm PC-
4103 tăng áp lên 2.2 bara (4035) là sản phẩm của cụm tháp C-4102.
* Đối với Cụm tháp C-4101:
- Dòng beer well (4003) với lưu lượng 45880.9 kg/h được gia nhiệt lên đến
87.80
C trong thiết bị trao đổi nhiệt E-4105 trước khi đi vào đỉnh tháp chưng cất C-
4101. Sản phẩm của cụm tháp C-4101 là dòng ethanol 50%wt.
- Tháp C-4101 hoạt động ở áp suất khí quyển, có 20 đĩa thực tế và được nạp
liệu tại đĩa số 1. Trong công nghệ của nhà máy bioethanol Dung Quất, nhiệt độ vận
hành của tháp này cao hơn so với tháp C-4102 nên dòng hơi đỉnh (4015) được tận
dụng để gia nhiệt cho dòng hồi lưu đáy của tháp C-4102. Cũng tương tự như vậy,
reboiler E-4101 của tháp C-4101 sẽ tận dụng nguồn nhiệt sinh ra từ hơi đỉnh tháp C-
4201.Trong mô phỏng này, để đơn giản chúng ta sẽ sử dụng dòng Energy stream cho
reboiler của tháp C-4101.
Tải bản FULL (88 trang): bit.ly/2Ywib4t
Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ

44. 32
Hình 3.11. Thông số dòng beer well (4004)
Hình 3.12. Thông số hoạt động của tháp C-4101
- Tháp C-4101 hoạt động ở áp suất khí quyển, có 20 đĩa thực tế và được nạp
liệu tại đĩa số 1. Trong công nghệ của nhà máy bioethanol Dung Quất, nhiệt độ vận
hành của tháp này cao hơn so với tháp C-4102 nên dòng hơi đỉnh (4015) được tận
d6895f1e