能源與材料科技系實務專題論文 -...

能源與材料科技系

實務專題論文

發酵酒精溶液節能蒸餾技術之開發

指導老師：林孫基

班級學號姓名四化四乙 BB100065 李相儒

四化四乙 BB100068 劉建鴻

四化四乙 BB100070 張家榕

修平科技大學

中華民國 1 0 3 年 1 2 月 2 3 日

摘要

由於全球工業快速發展以及人口成長，對能源需求逐漸增加導致

能源日益枯竭，使得價格屢屢不斷創下新高引起全球對能源安全的關

注。然而使用化石燃料例如石油，使用後會排放汙染源造成環境污染

與暖化效應引發全球氣候變遷，因此各國紛紛積極尋求新的替代能源

【1】。

而酒精汽油之使用已普遍被認定具有提高能源自主性、降低二氧

化碳排放量、減少空氣汙染以及促進農村經濟發展等效益。生質酒精

之發展策略仍須由謹慎的分析與評估，方能獲致最大的效益。

我們透過傳統酒精蒸餾以及超音波霧化下去做比較，來研究超音

波霧化是否達到節能。

I

致謝

首先誠摯的感謝指導老師林孫基老師，在這次的專題中不管

我們碰到任何困難時，都會給予建議與幫助，提供許多寶貴的知識和

資料及良好意見，不辭辛勞的教導我們，不厭其煩與我們討論專題問

題，讓缺乏實驗經驗和專業知識的我們能更上一層樓，學習到更多的

東西，獲益良多，使得我們專題能順利的完成。

還有感謝同組同學們的互相合作以及團隊之間的默契，終於完成

這一本論文。實驗的過程中難免有疑問或遇困難和失敗，但大家是會

一起討論、一起研究解決的辦法，一次又一次的，直到成功為止。

II

目錄

一、緒論------------------------------------------1

1-1 生質酒精簡介------------------------------1

1-2 生質酒精的發展----------------------------2

1-3 生質酒精的分類與生產技術------------------4

1-3-1 糖質原料-----------------------------4

1-3-2 澱粉質原料---------------------------4

1-3-3 纖維質原料---------------------------5

1-4 我國生質酒精政策規劃與推動現況------------6

二、無水酒精製造方法------------------------------7

2-1 化學反應脫水------------------------------7

2-2 萃取蒸餾脫水------------------------------7

2-3 共沸蒸餾脫水------------------------------8

2-4 分子篩吸附脫水----------------------------8

2-5 滲透汽化膜分離脫水------------------------9

三、文獻探討-------------------------------------10

3-1 發酵酒精的純化蒸餾-----------------------10

3-2 超音波霧化節能技術-----------------------11

3-3 內熱整合型蒸餾塔-------------------------11

III

3-4 差壓熱耦合蒸餾節能技術-------------------12

3-5 改良進料分流策略的節能蒸餾---------------13

四、實驗方法-------------------------------------14

4-1 實驗藥品與器材---------------------------15

4-2 傳統蒸餾法-------------------------------18

4-3 超音波霧化蒸餾法-------------------------19

五、實驗結果-------------------------------------21

5-1 傳統蒸餾---------------------------------21

5-2 超音波蒸餾-------------------------------23

六、結論與問題討論-------------------------------28

七、參考文獻-------------------------------------29

IV

圖目錄

圖 1 傳統蒸餾裝置圖-------------------------------18

圖 2 超音波霧化實驗裝置圖-------------------------19

圖 3 溫度控制器-----------------------------------20

圖 4 酒精度計(一)---------------------------------20

圖 5 酒精度計(二)---------------------------------20

圖 6 超音波霧化機(一)-----------------------------25

圖 7 超音波霧化機(二)-----------------------------25

V

表目錄

表 1 藥品-----------------------------------------15

表 2 傳統蒸餾器材---------------------------------16

表 3 超音波霧化蒸餾器材---------------------------17

表 4 傳統蒸餾和超音波霧化蒸餾比較表---------------27

VI

一、緒論

1-1 生質酒精簡介

生物質是指各種有機體的整體質量，即太陽能經由光合作用以化學能的形

式貯存於生物體中的一種能量形式，包含了相當廣泛的物質。例如農作物（

玉米、甘藷、小麥、甘蔗、甜菜、黃豆、油菜、向日葵）、草本或木本植物及

其廢棄物（芒草、玉米稈、甘蔗渣、廢木塊）等資源【2】。

酒精即是乙醇，為無色、透明、有香味、易揮發的液體，熔點－117.3℃

，沸點 78.5℃，密度 0.7893g/cm3，能與水及大多數有機溶劑以任意比例混溶

。分子式是 CH3CH2OH ，與石化原料生產的乙醇相同，差別在於原料及生產方

法不同【3】。

生質酒精，也可稱為生物乙醇，是透過酵母菌進行發酵，將生物質原料中

的糖分解為酒精，接著利用蒸餾法將水份與酒精分離，製成高濃度的無水酒

精，無水酒精即為乙醇達 99.5%以上之酒精。生質酒精最主要的優點是可直接

與石化汽油混合，形成酒精汽油，減少對原油的消耗。而且在濃度低於 10%

混合的情況下，一般車輛甚至無須修改引擎即可直接使用，車輛使用酒精汽

油的一氧化碳、二氧化碳和含硫氣體排放量均較低於石化汽油，以達到節能

和環保目的【4】。

因酒精汽油的燃燒特性，能有效地消除火星塞、燃燒室、氣門、排氣管消

聲器部位積炭的形成，避免因形成積炭而引起故障，延長部件使用壽命。但

當生質酒精加入汽油做為汽車燃料時，必須使用無水酒精，以避免太高的含

水量影響引擎燃燒效率與降低機件壽命。

- 1 -

1-2生質酒精的發展【5】

自 1973年第一次石油危機開始，美國與巴西政府開始重視生質酒精的發

展，使用的原料分別為玉米與甘蔗為主要能源作物從事生質燃料研發與生產

計畫。

當時巴西國家對石油進口依存度為 80∼90%，因此對外債務增加，於 1975

年制訂國家酒精燃料計畫，正式開始應用酒精燃料做為處理石油危機之對策

，實施與酒精生產、流通相關的補助，將含水酒精的販售價格設定在汽油價

格的 60%∼70%。在政府的大力推動下，積極進行甘蔗品種創新及栽培技術改

良，也使得甘蔗、蔗糖及酒精產量逐年增加。1979開始販賣 E100燃料車，即

高純度乙醇汽油燃料車；且自 1980年初期起國內載客用汽車已有 90%以上是

使用酒精汽油作為燃料。

1978年美國成立能源稅收法案，除鼓勵使用生質酒精之外，還降低了消

費稅。隨後美國國內開始重視環保議題，以生產生質酒精燃料的生物科技、

生物發酵以及酒精脫水技術不斷發展，使得生質酒精產量有效提升。

在 1979年發生第二次石油危機，基於能源自主性，各國政府紛紛開始投

入生質酒精發展生產相關計畫，以降低對石油進口的依賴度。但後來石油危

機消失，且生產生質酒精成本高過於石化汽油，因此又不被受重視。

隨著全球環保意識抬頭與石化燃料日益枯竭，生質能源產業又開始受到重

視。巴西於 2003年開始販售彈性燃料汽車(FlexFuelVehicle，簡稱 FFV)，此

種 FFV新型車輛可以添加汽油、酒精，或酒精與汽油任意比率混合的燃料。

2006年巴西的生質酒精燃料總產量超過 160億公升，其中無水酒精與含水酒

精約各佔 50%。巴西國營石油公司表示，巴西實施使用酒精汽油後，能源已能

自給自足。2006年巴西所銷售之新車總量中，FFV超過 70%，而在 2010年後

- 2 -

，巴西國內所有汽車將有超過三分之一是 FFV。

2005年美國政府頒布新能源政策法案，國會亦通過可再生燃料標準；要

求在汽油中添加特定比例的可再生燃料，近 50%的汽油需添加一定比例的生質

酒精。2006年美國全國車用再生燃料占汽車燃料 2.78%，政府並於 2007年 1

月宣布 10內將減少 20%的石化汽油消耗量，由生質酒精與其他再生燃料取代

。

歐盟各國也逐漸開始採用有添加生質酒精的汽油為車用燃料，在 2007年

3月宣布將於 2020年前，總能源使用量之 20%須為再生能源，其中車輛運輸

燃料至少達 10%以上採用再生能源。

- 3 -

1-3 生質酒精的分類與生產技術【6】

生物質中只要含有可發酵性醣，如蔗糖、葡萄糖、麥芽糖等，就可以用來

製造生質酒精。因此擁有可轉變為發酵性糖、含澱粉質以及纖維素等生質作

物，都可加以利用。依據原料的不同其生產技術也不同，分成以下三大類來

做介紹：

1-3-1 糖質原料

如甘蔗、甜菜、甜高梁等富含單醣類的作物。以巴西為例，將甘蔗碾碎壓

榨萃取甘蔗汁，經由蒸發、乾燥、結晶程序製成砂糖，透過酵母菌發酵製成

13∼17%的含水酒精(酵母菌濃度約為 13%，發酵時間約 6-11小時，發酵溫度

約 34-36℃)，再經過蒸餾法提高濃度到 95%，最後經過分子篩脫除水份變成

無水酒精。巴西、台灣的台糖公司及部分東南亞國家等，都是以此種方式生

產。

1-3-2 澱粉質原料

如玉米、小麥、甘藷與木薯等高含量澱粉作物，這些作物須先將植物粉碎

，經過蒸煮方式來破壞植物組織，使植物細胞內的澱粉釋放出來，而澱粉是

一種聚合醣，須經液化、糖化步驟分解成可發酵的單醣。而隨後的發酵、蒸

餾製程則和糖質酒精一樣，這類酒精稱為澱粉質酒精。東南亞國家大多以木

薯為原料生產，美國與墨西哥則是以玉米為原料來生產【7】。

- 4 -

1-3-3 纖維質原料

如玉米稈、蔗渣、廢木塊等富含纖維素的農業廢棄物，而纖維素原料的主

要成分是由纖維素(約 38-50%)、半纖維素(約 23-32%)與木質素(約 15-25%)

所組成，各種農業廢棄物的組成比例也不盡相同。

由於木質纖維素的結構非常堅固，需事先以物理或化學方式破壞外層細胞

壁與木質纖維結構才能有效進行酵素水解，纖維質原料經由酵素水解產出五

碳糖與六碳糖溶液，再發酵轉化成酒精。

目前以纖維質原料製造生質酒精的問題為前處理成本偏高與酒精轉化效

率較差，因此科學家正投入研究以期降低生產成本。

生質酒精年產量占所有生質燃料 90%以上，到目前為止，大量商業化生產

的生質酒精仍主要以糖質原料與澱粉質原料為主，屬於第一代生質酒精技術

，技術已相當成熟。而其原料又多為可食用作物，例如玉米、小麥與甘藷，

與人類食用糧食相互競爭，造成糧食短缺，導致原物料價格上揚。

而以纖維質為原料的生質酒精大多為農林業廢棄物，屬於第二代生質酒精

技術，雖無前述顧慮，但由於生產成本仍偏高，因此目前在國際上尚未大量

商業化生產，如何降低生產成本是主要克服的問題【8】。

- 5 -

1-4 我國生質酒精政策規劃與推動現況【9】

在生質酒精部分，目前尚處於政策規劃研擬階段，經濟部於 2006年 10月

行政院院會提報「發展綠色能源—生質燃料執行計畫」，計畫中關於生質酒精

之推動目標分為三大階段：2007~2008年為「綠色公務車先行計畫」階段，生

質酒精推廣量 770公秉；2009~2010年為「都會區 E計畫」階段，生質酒精推

廣量 12,000公秉；2011年為「全面供應 E3」階段，生質酒精推廣量 10萬公

秉，並採自由市場機制開放進口。

自 2007年 9月起已在台北市選定八站中油加油站供應 E3酒精汽油，並提

供每公升 1元價差優惠作為誘因；2009年中旬預計高雄市亦將有示範加油站

供應 E3。由於政策尚未提出生質酒精長期發展規劃及具體配套措施，市場規

模尚無法評估，因此目前包括台糖、台肥、味王、味丹及台灣纖維酒精公司

等多家業者，雖都曾表示有意投入酒精生產，但因政策不明朗，投資風險相

當高，大多處於評估規劃與觀望階段，僅味王公司曾於泰國設立 3萬公噸（

約 3.8萬公秉）木薯酒精工廠，但已於 2008年 10月將該公司股權售予泰國

煤汽公司，退出泰國市場【4】。

至於台糖公司已於 2008年 6月進行酒精工廠環境影響評估，酒精工廠投

資規劃案則尚須送經濟部審查，然而在政策尚未有具體規劃下，仍未有進度

。味丹公司與中油合作進行生質酒精投資計畫，預計進口木薯糖蜜做為料源

生產，再交由中油公司負責酒精脫水，台肥公司亦加入該投資計畫，並利用

生質酒精產製過程之副產品作為肥料的原料，該酒精廠預計於 2009年 9月完

工投入生產。至於台灣纖維酒精公司對於生質酒精投資案規劃一直有新構想

提出，但皆未見具體投資建廠進度。

- 6 -

二、無水酒精製造方法

經由澱粉、蔗糖或纖維素發酵生產之酒精皆為與水混合的酒精水溶液，經

由蒸餾方法只可得到 95.6% 乙醇之含水酒精，欲添加在汽油的生質酒精，則

需再進一步脫水製得乙醇含量達 99.5 % 之無水酒精。

製作酒精汽油必須以無水酒精進行摻合，是因為含水酒精添加於汽油中所

調配的酒精汽油，應用於汽車燃料易造成汽車油箱底部及儲油槽產生腐蝕現

象，並因油路不順及辛烷值不足而產生燃燒不良現象。因此將含水酒精脫水

製得無水酒精，為生產酒精汽油之重要技術。目前世界上商業化廠較常用之

主要酒精脫水技術為如下五種【10】：

2-1 化學反應脫水

其可分為 Merek法及 Hiag法兩種。前者為使用生石灰、氯化鈣為脫水劑

，每公升酒精加 0.55 公斤氯化鈣，經 6 小時或加壓反應讓脫水劑吸掉酒精

的水，再精餾製得。但酒精損耗較大，多適用於小型廠；後者是用醋酸鈉混

合液，具有脫水性，在脫水精餾塔中逆向交換吸收脫水，可製得 99.8% 之無

水酒精。

2-2 萃取蒸餾脫水

此法常用萃取劑有甘油、乙二醇、醋酸鉀乙二醇等。在蒸餾塔中酒精蒸氣

向上升，而溶劑向下降的逆流萃提，溶劑把酒精水份帶走，無水酒精在塔頂

逸出，塔底排出的為有水份的溶劑，溶劑再生後可重複使用。

- 7 -

2-3 共沸蒸餾脫水

作為工業或燃料用的無水酒精，一般用苯作為夾帶劑，酒精與水在加入第

三種成份-苯，構成三元共沸物，其沸點比三種成份的沸點都低，當在苯脫水

塔加熱至 64.85℃時，逐步蒸餾出帶了水的苯、酒精液，塔底得到的便是無

水酒精。純度可達 99.8～99.95%。再由苯回收塔回收苯，回流再當作夾帶劑

。若用於醫藥、化妝品、香精等的無水酒精因苯有毒，則改用環已烷、乙二

醇醋酸鉀為夾帶劑。

2-4 分子篩吸附脫水

利用分子篩具規則孔洞及高表面積特性，使分子直徑較小的水吸附至孔洞

內而與分子直徑較大的酒精分離，達到脫水的目的。基於酒精分子直徑約

4.4Å(Å為 1/100奈米)，水分子直徑約 2.8Å，利用分子篩 zeolite 3A 或 4A

，其規則孔洞靠近 3Å或 4Å，作為酒精脫水吸附劑。將此分子篩填充形成 AB 兩

塔，交互進行吸附及脫附。

將發酵液經蒸餾純化後，由蒸餾塔頂蒸出之含水酒精經蒸汽過熱成約 150

℃及約 50psia 蒸汽，直接進入分子篩 A 塔進行絕熱吸附，無水酒精由塔底

產出。分子篩 A 塔吸附接近飽和時切換至分子篩 B 塔進行吸附；分子篩 A 塔

則降壓並以部份無水酒精氣體或 CO2 進行沖洗，並利用真空脫附再生，脫附

產物是酒精與水之混合物。

此脫附產物在回流經蒸餾塔分離脫水後進入分子篩塔吸附脫水。生成之無

水酒精純度可達 99.5% 以上。巴西的 Usina da Pedra糖廠已採用了此法，

是目前世界上最大的分子篩吸附脫水製無水酒精廠【11】。

- 8 -

2-5 滲透汽化膜分離脫水

滲透蒸發膜分離原理為結合了滲透和蒸發兩種不同的程序，其基本原理是

藉酒精、水與薄膜之親和力差異、擴散速率的不同，並以壓力差為驅動力，

使水穿透薄膜汽化脫附，而將酒精與水分離達到脫水目的。

滲透汽化膜分離法酒精脫水為將酒精濃度約 95% 之含水酒精進入膜組，

膜之另一端之透過側抽真空，水被具親水基薄膜表面吸附，藉擴散作用滲透

進入薄膜，並穿過薄膜汽化脫附，透過薄膜之水汽約含 10～30%酒精，須再回

流脫水；經膜組脫水之無水酒精濃度則大於 99.5%。應用於脫水的滲透性汽

化膜分離採用親水性的高分子來製膜，常用的高分子有 polyvinylalcohol、

polyacrylamide、polyacrylonitrile、cellulose acetate、Nylon-4、

polysulfone、polyethersulfone、chitosan 等。

用親水性的高分子選擇水，主要的原因是水分子要比有機溶劑分子小，以

擴散的角度來看，有利於水優先透過膜材。相對的由於膜材對水的親和性越

高，透過速率也會越大，因此大多是採用較親水的膜材。但過度親水可能會

導致膨潤度太大，機械強度變差及選擇性下降。

近幾年來有開始生產無機材料如陶瓷的滲透蒸發膜。酒精脫水技術中化學

反應脫水、共沸蒸餾及萃取蒸餾脫水有處理夾帶劑等化學藥品回收及環境污

染問題。而使用分子篩吸附及滲透汽化膜分離脫水其具有分離效率高產量大

、純度高及品質穩定，而且運行費用低，節能效果顯著【12】。

- 9 -

三、文獻探討

蒸餾是化學工業最常用的分離方法之ㄧ，卻也是一種非常耗費能源的方法

。近年來，受到能源問題與環保法規的影響以及不斷創新的技術，有許多新

的節能製程被提出。

3-1 發酵酒精的純化蒸餾【13】

一般乙醇純化的方式有蒸餾法及薄膜蒸餾法，但是傳統的蒸餾法須要投入

大量的能源才能達到分離的目的，必須重覆經過二至三層以上的蒸餾塔才能

得到高濃度的乙醇，其成本較高而且效益並不理想，而且蒸餾塔所需設備體

積龐大，佔地面積廣。

薄膜蒸餾法是使用疏水性的薄膜，將兩者不同溫度的流體相隔開來，利用

兩側溫度的不同，形成蒸氣壓差，高溫測得流體的蒸氣分子經由輸水性的薄

膜孔徑傳至低溫側，在凝結成液體，其主要兩者的驅動力為兩側流體與膜表

面接觸的蒸氣壓差。此方法設備簡單，而且可在低溫低壓下操作，所耗費的

能源也較低，且佔地面積小。

- 10 -

3-2 超音波霧化節能技術

超音波霧化是利用電子高頻震盪（振盪頻率為 1.7MHz 或 2.4MHz，超過人

的聽覺範圍，該電子振盪對人體及動物絕無傷害），通過陶瓷霧化片的高頻諧

振器，將液態水分子結構打散而產生自然飄逸的水霧，不需加熱或添加任何

化學試劑。與加熱霧化方式比較，能源節省了 90%。另外在霧化過程中將釋放

大量的負離子，其與空氣中漂浮的煙霧、粉塵等產生靜電式反應，使其沉澱

，同時還能有效去除甲醛、一氧化碳、細菌等有害物質，使空氣得到淨化，

減少疾病的發生。因為水的分子直徑只有 2.8 Å，而酒精的分子直徑為 4.4 Å

，因此酒精分子比水更容易被霧化，消耗的能量也比一般加熱霧化要來的低

，所含的水分子含量也低，所以能達到節能的效果。

3-3 內熱整合型蒸餾塔【14】

內熱整合型蒸餾塔(Heat Integrated Distillation Column)，簡稱 HIDiC

，是一種極為節省能源的新製程。其原理是將蒸餾塔中之精餾段的熱移出，

加熱汽提段，但精餾段的溫度較汽提段低，因此需要加高精餾段之壓力，使

其整段溫度大於汽提段，故必須使用壓縮機來達到加壓效果。

本研究以 Ponchon-Savarit法對內熱整合型蒸餾塔以及傳統蒸餾塔進行

分析，並以自行設計之 MATLAB程式計算，在已知產品規格及進料條件下，進

行兩種蒸餾塔的初期設計。由上述方法所得之模擬結果，與使用 Aspen plus 模

擬所得結果之比較，可以發現其板數比相差為 0.9%，證明 Ponchon-Savarit

方法相當適合作為內熱整合型蒸餾塔的捷徑法(short-cut mehod)，可以作為

蒸餾塔初期設計的依據。

- 11 -

3-4 差壓熱耦合蒸餾節能技術【15】

差壓熱耦合蒸餾過程將普通精餾塔分割為常規分餾和降壓分餾兩個塔，常

規分餾塔的操作壓力與常規單塔時相同，而降壓分餾塔採用降壓操作以降低

塔底溫度。降壓分餾塔降壓操作可以使塔底物料的溫度低於常規分餾塔塔頂

物料的溫度，這樣就可以利用常規分餾塔塔頂蒸汽的潛熱來加熱降壓分餾塔

塔底，進行兩塔的完全耦合，實現精餾過程的大幅度節能。

差壓熱耦合蒸餾節能分為常規分餾塔跟降壓蒸餾塔。經過常規分餾塔分離

後的塔底液像物料在壓力差推動下進入降壓分餾塔頂部，降壓分餾塔頂部出

來的蒸氣通過壓縮機加壓後進入常規分餾塔底部做為上升蒸氣，降壓分餾塔

塔底出來的液相一部分可做為產品採出。

另一部分與常規分餾塔塔頂出來得蒸氣在主換熱器中進行換熱並部分汽

化，形成降壓分餾塔塔底所需的再沸蒸氣，若冷凝負荷小於主再沸器負荷時

，需要同時開啟輔助再沸器。常規分餾塔塔頂蒸氣經過換熱後得到部分或全

部冷凝液，當冷凝負荷大於主再沸器負荷時，須開始將該部分冷凝液流經輔

助冷凝器，得到常規分餾塔塔頂所需要的回流和採出的冷凝液進入回流儲罐

。回流儲罐中流出的冷凝液一部分做為產品採出，另一部分做為常規分餾塔

的塔頂回流液體。

在操作過程中若降壓分餾塔塔底物料再沸所需熱量大於常規分餾塔塔頂

冷凝所能提供的熱量時，則需要同時開啟輔助再沸器，使得降壓分餾塔塔底

出來液相的一部分與外部換熱來滿足降壓分餾塔塔底上升蒸氣所需要的全部

熱量。而若在操作過程中降壓分餾塔上升蒸汽所需熱量小於常規分餾塔塔頂

冷凝所能提供的熱量，則需要同時開起輔助冷凝器，使得常規分餾塔頂蒸汽

經過主再沸器冷卻後的物料與外部換熱來降低該股物料的溫度。

- 12 -

在實際操作到穩定運行後，輔助冷凝器和輔助再沸器一般不會同時開啓，

根據熱量匹配可選擇其一做為輔助能源設備，若流程設計中常規分餾塔塔底

冷藏和降壓分餾塔塔底再沸蒸汽可以完全匹配的話，則兩個輔助設備均無須

開啟。

3-5改良進料分流策略的節能蒸餾【16】

改良進料分流節能蒸餾程序─先將進料與塔頂產物作熱交換以節省冷卻水使

用量，然後分流部分進入蒸餾塔之精餾段，部分與塔底產物熱交換後進入氣

提段中，同時也減少再沸器之負荷，於塔頂產物流之熱能未充分回收與減少

冷卻水使用量，進料由塔頂蒸汽預熱後再分流與塔底產物流作熱交換後再分

別進入精餾段與氣提段中，可回收部份熱能，同時可減少冷卻水之使用量。

- 13 -

四、實驗方法

酒精是常見的一種化學液體，但要達到 99.5%的無水酒精就必須以製作的

方式取得，製作無水酒精的方法有許多種，無論是傳統的或是現在的方法都

一定會損耗能量，我們想降低能量損耗來達到最高的效率來製作無水酒精，

透過使用超音波霧化的方式先行將酒精水溶液變成霧氣，再控制超音波把酒

精分子先行打出來，提高傳統蒸發的效率，也順利減少加熱時所消耗的能量

。

隨著綠能的重視，降低能量消耗是非常重要的，所以我們想利用實驗來減

低傳統蒸餾所需要消耗的能量，並且增加製作無水酒精的效率，達到節能與

加速生產的效益。

- 14 -

4-1 實驗藥品與器材

表 1 藥品

品名容量備註

純水自行配製

10%酒精溶液 1000ml 自行配製





95%酒精溶液 1000ml

- 15 -

表 2 傳統蒸餾器材

器材規格數量

圓底燒瓶 200ml 1個

蒸餾管 30cm(20/40) 1支

冷凝管 30cm(20/40) 1支

Y型管 1支

承接彎管 1支

錐形瓶 250ml 2個


橡皮管 6條

溫度計 100℃ 3支

固定夾 3個

量筒 250ml 1個

量筒 100ml 1個

加熱板 1個

- 16 -

表 3 超音波霧化蒸餾器材

器材規格數量

超音波霧化機 Kun868 1台

冷凝管 30cm(20/40) 1支

承接彎管 1支


橡皮管 2條

固定夾 1個

量筒 250ml 1個

- 17 -

4-2 傳統蒸餾法

圖 1 傳統蒸餾裝置圖

組裝傳統蒸餾

器材

配置各個濃度

的酒精溶液

開啟加熱器並控制

溫度在攝氏 80 度

加入酒精並記錄時

間同時開啟冷凝管

的冷水

等待酒精蒸發後冷

凝並紀錄第一滴產

物時間

以 2.5 小時為一

次實驗單位記錄

產物的產量

- 18 -

4-3 超音波霧化蒸餾法

圖 2 超音波霧化實驗裝置圖

組裝超音波蒸

餾實驗器材

配置各個濃度

的酒精溶液

打開溫度控制器並將

問度設定至攝氏 80 度

加入各個濃度的酒精至超

音波霧化機內並控制超音

波的強度並記錄時間

同時打開冷凝管

進水的並開啟抽

風管

等待酒精蒸發後冷

凝並紀錄第一滴產

物時間

以 2.5 小時為一

次實驗單位記錄

產物的產量

- 19 -

圖 3 溫度控制器

圖 4 酒精度計(A) 圖 5 酒精度計(B)

- 20 -

五、實驗結果

5-1傳統蒸餾

20度酒精

第一次實驗第二次實驗第三次實驗

第一滴產物時間 1小時 20分 1 小時 30分 1 小時 50分

2小時 30分產量 7.3mL 10.0mL 6.2mL

產物酒精濃度 94% 91% 97%

平均每 2h30min可產出 7.93mL 94%酒精

40度酒精



2小時 30分產量 9.7mL 8.6mL 7.5mL

產物酒精濃度 95% 92% 88%


60度酒精



2小時 30分產量 7.3mL 10.0mL 6.2mL

產物酒精濃度 97% 94% 91%


- 21 -

80度酒精



2小時 30分產量 8.7mL 9.4mL 8.1mL

產物酒精濃度 95% 96% 95%

平均每 2h30min可產出 8.73mL 95.3%酒精

95度酒精



2小時 30分產量 7.4mL 9.2mL 10.4mL

產物酒精濃度 95% 96% 96%


- 22 -

5-2 超音波蒸餾

不同酒精濃度和超音波霧化強度的關係圖

X 純水 Y

超音波霧化量(g)

1 17.73

2 22.83

3 34.36

4 41.87

5 53.75

6 59.45

X 80%酒精 Y


1 15.75

2 15.18

3 15

4 20.14

5 22.38

6 28.72

X 40%酒精 Y


1 6.25

2 5.975

3 9.675

4 13.56

5 15.84

6 19.4

X 95%酒精 Y


1 17.17

2 20.08

3 19.22

4 20.21

5 21.43

6 39.72

X 20%酒精 Y


1 6

2 8.25

3 9.775

4 14.92

5 16.36

6 24.08

X 60%酒精 Y


1 10.92

2 11.24

3 10.74

4 17.86

5 20.66

6 33.56

- 23 -

0

10

20

30

40

50

60

70

0 1 2 3 4 5 6 7

超音波霧化強度

超

音

波

霧

化

量(g)

純水

95%酒精

80%酒精

60%酒精

40%酒精

20%酒精

- 24 -

圖 6 超音波霧化機(一)

圖 7 超音波霧化機(二)

- 25 -

20度酒精



2小時 30分產量 24.2mL 18.7mL 25.4mL

產物酒精濃度 71% 67% 73%


40度酒精



2小時 30分產量 29.1mL 27.5mL 24.4mL

產物酒精濃度 71% 73% 69%


60度酒精



2小時 30分產量 20.1mL 17.4mL 16.5mL

產物酒精濃度 77% 76% 80%


- 26 -

80度酒精



2小時 30分產量 27.9mL 24.5mL 28.8mL

產物酒精濃度 86% 84% 84%


95度酒精



2小時 30分產量 23.7mL 25.4mL 22.1mL

產物酒精濃度 95% 96% 95%


表 4 傳統蒸餾和超音波蒸餾比較表

2.5h傳統蒸餾酒精含量

(產量 x酒精濃度 x密度)

2.5h超音波蒸餾酒精含量

(產量 x酒精濃度 x密度)

20度酒精 7.93mLx94%x0.815g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =6.075g

22.76mLx70%x0.885g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =14.099g

40度酒精 8.6mLx91%x0.825g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =6.456g

27.00mLx71%x0.885g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =16.965g

60度酒精 13.56mLx94%x0.815g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =10.388g

18.00mLx77.6%x0.865g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =12.082g

80度酒精 8.73mLx95.3%x0.810g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =6.739g

27.03mLx84.7%x0.845g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =19.346g

95度酒精 9.00mLx95.7%x0.810g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =6.976g

23.73mLx95.3%x0.810g/𝑐𝑐𝑐𝑐3 =18.318g

- 27 -

六、結論與問題討論

依照我們所規劃的實驗中，明顯得知超音波的產量與傳統蒸餾的產量有明顯

的差異，傳統所需要的加熱時間都利用這次的儀器中減少了，所消耗的能量

也相對降低，但產物濃度不盡理想我們發現了以下幾點問題

1.在控制超音波霧化機時沒有很準確的將酒精分子大量的打出來導致我們在

蒸餾後的酒精濃度上不理想。

2.實驗中加熱器時常溫度上升太高無法控制的妥趟，把部分水蒸氣也一起送

到冷凝管中導致濃度不純。

3.儀器本身設計並不是最完善的，我們使用最初的原型機來做實驗所以數據

上才會有誤差。

4.實驗方法使用固定 2.5小時的方式發現效果不好，沒辦法做到完全的準確

，產量也並沒有紀錄的很完整，是本次實驗中最大的疏忽。

我們檢討了以上幾種問題後，發現確實是有達到節能的效果存在，但產

物的濃度還需要再更進一步的設備來幫助，日後我們也會繼續探討超音波霧

化方面的資訊加以學習。

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