thiết kế công nghệ tự động chuẩn hóa cồn trong công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu bằng phương pháp rây phân tử

Hiện nay, trên thế giới cồn được sử dụng làm nhiên liệu cho các loại xe, ở Việt Nam tình hình nghiên cứu và sản xuất cồn nhiên liệu phát triển khá muộn, trình độ khoa học kĩ thuật còn th

HOA CON TRONG CONG NGHE SAN XUAT :

Ts Huỳnh Quyền Nguyễn Ngọc Trai 5

Ths Hoang Minh Nam MSSV: 2082243 e

Luận văn tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 4 tháng thực hiện luận văn, đến nay luận văn của em đã được hoàn

tất, đó là nhờ vào sự tận tình giúp đỡ của quý thầy cô, bạn bè và người thân Mọi

người luôn động viên, khích lệ em thực hiện tốt luận văn của mình

Trước hết, em xin chân thành cám ơn thầy cô trường Đại học Cần Thơ, nhất

là các thầy cô thuộc “Bộ môn Công Nghệ Hóa Học - khoa Công Nghệ” đã truyền đạt những kiến thức quý báu cho em suốt quá trình học tập tại trường và nhất là tạo

điều kiện cho em có cơ hội nghiên cứu đề tài luận văn tốt nghiệp

Bên cạnh đó, em cũng thành thật biết ơn các thầy cô thuộc khoa Công Nghệ Hóa Học, Trường Đại Học Bách Khoa Thành Phố Hồ Chí Minh, đã tạo điều kiện

cho em được thực tập và hoàn thành luận văn tại trung tâm nghiên cứu công nghệ lọc hóa dầu Đặc biệt, cám ơn thầy Hoàng Minh Nam, thầy Huỳnh Quyên, anh Đỗ Hải Sâm những người đã tận tâm chỉ dẫn em hoàn tất luận văn và các cán bộ, anh chị, trong trung tâm nghiên đã tận tình chỉ bảo cho em

Xin cám ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, cỗ vũ tinh thần em cả trong học tập và cuộc sống hàng ngày

Xin chân thành cám ơn tất cả mọi người!

Thành phố Hô Chí Minh, tháng 04 năm 2012

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Ngọc Trai

Luận văn tốt nghiệp

TOM TAT LUAN VAN

Hiện nay có nhiều công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu công nghệ hiên đại, tuy nhiên để có được sản phẩm côn đạt chuẩn cần phải trải qua nhiều công đoạn Và tinh luyện cồn bằng phương pháp rây phân tử là công nghệ hiện đại được áp dụng khá nhiều hiện nay Công nghệ này gôm có 3 cụm thiết bị chính: cụm chuẩn hóa, cụm hấp phụ, cụm giải hấp Trong đó, cụm chuẩn hóa đóng vai trò rất quan trọng trong việc loại bỏ tạp chất trong nguyên liệu ban đầu để côn sau tinh luyện đạt tiêu chuẩn về lượng tạp chất cho phép theo qui chuẩn quốc gia (viêc xây dựng hệ thống chuẩn hóa thực hiên trên phần mềm Pro II)

Nội dung luận văn gồm :

Chương 1: Dat van đề Nguồn năng lượng hóa thạch cạn kiệt và nguồn năng lượng

MỤC LỤC

CHƯƠNG I1: ĐẶT VẤN Đ -222.2,.2.1 1 eree 1 CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CHÍNH - 221.22 e 3

"0N Ji 8i ¡i80 20 3 2.1.1 Nhiên liệu sinh học hiện trạng sản xuất và sử dụng ở việt nam: 3 2.1.1.1 Ethanol và Butanol sinh học +22 ©5£ S42 t1 1213 1311811111 1112 11x 3 2.1.1.2 Diesel truyền thống và diesel sinh học : . 222cc2222t.z2EE errr 4

2.1.2 Thuận lợi và khó khăn trong sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam: 5

2.2 Cồn nhiên liệu : -.2.221,.22221.21.2 1.1 1 1 1.1 re 7

2.2.1 Tiêu chuẩn côn nhiên HIỆU: . LH HH ưg 8 2.2.2 Công nghệ tinh luyện cồn trên thế giới: - + +2 2 +s+s+k+k£kzE+xzkeEzrsree 9 2.3 Nguyên liệu cồn từ mật rỉ: . -.2::.s221211111211.1.12111.111211.01212 121 ,.xie 11

“800 L1 :-:ÒÖ-‹£lÍÁãLE 11

2.3.2 Công nghệ sản xuất cồn từ mật rỈ: - ¿- - tk SEEeEeEeEekrerrrkred 11

2.3.2.1 Pha loãng và xử lý mật rỈ: -HHHHHHhhhu 11 2.3.2.2 Pha loang toi nồng độ lên men và gây men: - 2:+¿22221 224272., 12 2.3.2.3 Gây men giống và lên men dung dịch đường: :.:- 2tt.zcxrt 13

2.3.2.5 Các yêu tố ảnh hưởng đến quá trình lên men rỉ đường: 14 2.4 Đặc điểm ethanol — nước : -2:22+:22222EE22222 2211112222.2.212112.2 21E11.E ce 15 2.5 Tính chất của hỗn hợp ethanol — methanol : -©-+++ccesrxerzrseee 16 2.6 Thap on ác 8 n 16 2.6.1 Các phương pháp chưng CẤT HH TH TT T TH TH T00 10 kg rưệt 16 2.6.2 Thiét bi chung cat: eee TT TH TH n0 kh 17 2.7 Giới thiệu phần mềm pro II : -.-¿222t+2222124121214121211112210.170 ,.L 19 2.7.1 Mục đích và vai trò của việc thiết kế mô phỏng: . - 2 +s<¿ 19

2.7.2 Thiết kế mô phỏng thường được sử dụng đẺ: ¿- 555cc <5: 19

"I3 Đ ¡a2 ái 2010 19 2.7.4 Quá trình mô phỏng bằng pro ÏĨ: ¿2-5 2 2 2 E+x+E+Ez££E+ezEvrscxd 20

CHƯƠNG 3: TIỀN HÀNH THỰC NGHIỆM XÂY DỰNG CÔNG NGHỆ TỰ DONG CHUAN HÓA NGUYÊN LIỆU CÔN -2222.2rcerrer 21

BL XAc Lap QUI trie 21 3.1.1 Kay dung Phuong 42.0.0 21 3.1.2 mô phỏng tính toán xác định thông số: ¿2+ 2 + 2 +E2E+ErErerered 21 3.1.2.1 Xác định thông số công nghệ: 22 222211,11211.2.12121 121 ,.Li 21 3.1.2.2 Xây dựng lưu trình: . -+5s++2x+223421122118111111121111111111211111111111211111.1 21

3.1.2.3 Chọn đơn vị cho hệ thống: 222 S22211112121.01120110.1202.0.121 ,L 23

3.1.2.4 Chọn mô hình nhiệt động: .-. - 2: ©22* 2+2 tSEYEtEEEEEEEESEEAEEkvrrrrrrrkerrred 27 3.1.2.5 Dòng nguyên lIỆU: . -2-©2+©+++S+xSSYx2E231221171121112211127111711121.111 2110221 crxe 28

3.1.2.6 Thiết bị trao đổi nhiệt: 211.21.2 1 rrre 31

3.1.2.7 Thdp chung cat (Distillation): .ccccccsssssssssssssussssssssssssssusssssssssssessuesssesssssesseese 33 3.1.2.8 Mô phỏng cho tháp thứ hai : 55+ 22x E11 37

Luận văn tốt nghiệp

3.3.1.1 Lý thuyết điều khiển quá trình: . 22::t427124171241212 170 10 e, 44 3.3.1.2 Thuật toán thường dùng trong điều khiển: ss221.41122 21121 ce, 52 3.3.2 Mô hình hóa hệ thống điều khiỂn: . 2-2 << E*E+EEeEeEeEeErererered 56 3.3.2.1 Phân tích xây dựng mô hình điều khiến: -2222221224712.,.2 56 3.3.2.2 Chọn công nghệ chuẩn hóa nguyên liệu : 22-::+2221.2222 59

3.3.3 Bán vẽ thiết kế IP&ÏID: + 25c 21 1323 1711111513133 1311010101111 re 81 CHUONG 4: LUA CHON CAC THANH PHAN CO BAN CUA HE THONG DIEU KHIEN oisssssccccsssscssssscscsssssssssssssssssnsssssnsssssanssstsnssssenseseesssstesssstessesssesssnessseessssnesse 82 4.1 Sơ đỗ nguyên lý hệ thống điều khiển: 22.:2242124122221222.2110 0e 82

©ĐÄe cán 82 4.3 Các thiết bị chấp hành: 22 244211.112111 111201.1121.00.111.00.110 01120 ce, 86 CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ KIÊN NGHỊ : 22 2212122172.210- e, 90 5.1 Kết luận: -2,:.2412.11.2211 11 01111101111100.1.1 11110.1111 01.0011 11 01 e6 90

DANH MỤC BANG

Báng 2.1: So sánh khí thải của diesel sinh học/diesel đầu mỏ: . -¿ 5 Bảng 2.2: Tóm tắt một số nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu ở Việt Nam: 7 Bảng 2.3: Các chỉ tiêu kỹ thuật co bản của etanol nhiên liệu biến tính phải phù hợp với các quy định trong bảng SAU: .- - < c << << ĂS 01101101 11181111 1138 1 6 9 1 31 x2 8

Bảng 2.4: So sánh ưu và nhược điểm của các loại thấp: - - + +esss 18

Bảng 3.1: Số liệu xác định Rtối Wut occ cece cececscecscscscscscesesescstscstscsnenevesevaees 40

Bang 3.2: Thông số công nghệ của hệ thống chưng cất: - 2 2 sẻ 41 Bang 3.3: Bản cân bằng vật chất năng lượng: . ¿6s eEsEsEeEeererered 43 Bảng 4.1: Cảm biến đo nhiệt độỘ: - - - St + St S113 vn vn ng gen re 82

Bang 4.2: Cảm biến đo lưu lượng: . - + 5s + SxSxcExSE 213 1522112 rkred 84

Báng 4.3: Các cảm biến đo mức chất lỏng: - 5 <2 eEsEzEeerererered 85

Báng 4.4: Cảm biến đo áp SuẤt: 5-5 HH3 T13 5130150515172 rxrkd 86

Bang 4.6: Cac bom chat long to.c.cccccccccccscscsscscccscscssscsescssescscscscesssesecsessseeeseesesees 89

Luận văn tô f nghiệp

Hình 3.1: Hệ thống chuẩn hóa mớii + + 25 +S+E2+E+E+E+EeE+E£E+EEzcerkecee 22 Hình 3.2: Mô phỏng hệ thống trên Pro II 52 2 2 ©s+S2 2 £2+££x+ 2 zcezxccee 23

Hình 3.3: Chọn đơn vị cho hệ thỐng - - - SE SE SE SE Erererkred 24 Hình 3.4: Chọn cấu tử cần thiẾt - + + 2S 2341313 EE 3k EEEEEEExrkrkrkd 25

Hình 3.5: Chọn ngân hàng cấu tử - - - E3 TS 511 511111 rkred 26

Hình 3.6: Các cầu tử lựa chọn ¿- - 2k2 2 2 E3 1 1211171717311 5 1111k 27

Hình 3.7: Chọn mô hình nhiệt động - - «<< + 55555 SS SE S2+seexeeezseezss 28 Hình 3.5: Nhập trạng thái dòng nguyên lIỆu s5 5-5 S55 S1 19 18 3 se 29 Hình 3.9: Nhập lưu lượng và thành phần dòng nguyên liệu - - 30

Hình 3.10: Nhập thông số thiết bị gia nhiệt nhập liệu - 2-5-5 +: 31 Hình 3.11: Chọn thông số VaÌWe - - - S13 ST T T113 11311 re rkrkở 32

Hình 3.12: Cửa số nhập thông số cho tháp chưng cất - 2 2< 2+ cezxcxẻ 33 s00) 00909) 609i 858i: : 0 11177 34 Hình 3.14: Nhập thông số áp suất trong tháp - ¿+ < + + £+EsEeEekeererered 35 Hình 3.15: Nhập thông số cho hàm tính toán của tháp - - 2 2 +s+s+szs¿ 36 s00) 0901609) 6:10 058i: 21277 37 Hình 3.17: Nhập thông số áp suất trong tháp ¿+ < + s+scecsezeserererered 38 Hình 3.18: Nhập thông số cho hàm tính toán của tháp - 2 2-5555: 39

Hình 3.19: Đồ thị xác định Rtối ưu -.-. - + 2 2 2 SE SE SE2EEE£EEE2EeEEEEEEEcErkrkrkred 40

is] 2 bà s10 4-8 i00 0 42

Hình 3.21: Các biến của hệ thống điều khiển quá trình 2 255552: 45

Hình 3.22: Phân loại biến quá trình - + E+Ek£EEE££E SE 2E EEEErererkred 45

Hình 3.23: Các thành phần cơ bản của một hệ thống điều khiển 49 Hình 3.24: Câu trúc cơ bản của một thiết bị đo -. - 5 2 +2 +££z£z£xzszxd 50 Hình 3.25: Cấu trúc cơ bản của một thiết bị điều khiển quá trình s- 51

Hình 3.26: Sơ đồ hoạt ðI)11100ïN i08 318901 53

Hình 3.27: Cấu trúc cơ bản của một thiết bị chấp hành - 2 2 +szszszs¿ 54 Hình 3.28: Cấu trúc cơ bản của một hệ thống vận hành, giám sát quá trình 55

Hình 3.29: Bài toán điều khiển thiết bị truyền nhiỆT - - Ăn 60 Hình 3.30: Nhận biết các biến quá trình truyền nhÄiỆT - s5 5S 5S S S4 61 Hình 3.31: Phân tích bài toán thiết bị truyền nhiệt - 2 2 5 2+2 sezxc<¿ 61 Hình 3.32: Bài toán điều khiển mức lỏng - 2s + £#E#EEeEeEeEeEeererered 62 Hình 3.33: Đặt bài toán mô hình hóa tháp chưng luyện - - +<<+ 65

Hình 3.34: Phân biệt các biến quá trình trong tháp chưng cất 5 ¿ 68 Hình 3.35: Sách lược điều khiển lưu lượng, nhiệt độ dòng nhập liệu tháp chưng cất

Hình 3.36: Kết quả nghiên cứu điều khiển tháp chưng cất của Béla Lipták 75

Hình 3.37: Sách lược điều khiển tháp chưng cất đã lựa chọn C2 - -s- 76

Hình 3.38: Bảng vẽ Pá&lD 0000013011 HH HH nhe 81

Hình 3.39: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiễn - 2 2555 2 2S52x s5 82

CHUONG 1: DAT VAN DE

Trong những năm gần đây, tình hình dân số tăng nhanh đã gây ảnh hưởng nhiều đời sống kinh tế xã hội, đặc biệt là vẫn đề năng lượng các nguồn nguyên liệu hóa thạch như dầu mỏ, than đá ngày càng cạn kiệt do khai thác quá mức, nguồn nguyên liệu cạn kiệt làm giá nhiên liệu tăng cao các nước tranh giành khai thác và dẫn đến xung đột, dẫn đến giá cá hàng hóa tăng vọt gây áp lực đến đời sống người dân Việc cấp bách hiện nay là tìm ra nguồn năng lượng mới dễ khai thác và sử dụng hơn, gần đây trên thế giới đã tìm ra được nhiều nguồn năng lượng mới như năng lượng từ mặt trời, gió nước, đặc biệt là năng lượng sinh học cụ thể là cồn Cồn được chế tạo từ các nguồn tự nhiên như rỉ đường, sắn, gỗ các nguồn nguyên liệu này rất dễ tìm và rẻ tiền nên sẽ đem lại một hiệu quả kinh tế rất lớn, góp phần giải quyết vẫn đề giá cả nhiên liệu tăng vọt Hiện nay, trên thế giới cồn được sử dụng

làm nhiên liệu cho các loại xe, ở Việt Nam tình hình nghiên cứu và sản xuất cồn nhiên liệu phát triển khá muộn, trình độ khoa học kĩ thuật còn thấp SO VỚI các Nước

trong khu vực, tuy nhiên kế từ năm 2006 nhiều nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu đã

đi vào hoạt động, năm 2008 Việt Nam chính thức tung ra thị trường sản phẩm xăng pha cồn gọi tắc là E5, tức là xăng pha 5% côn

Công nghệ sản xuât côn nhiên liệu hiện nay:

nghiệp —>| nước >\ nhiên liệu

Tuy nhiên với nguồn nguyên liệu sản xuất lẫy từ thiên nhiên trong cồn còn lẫn nhiều tạp chất nhất là methanol gây ảnh hưởng đến chất lượng côn Đề có thể làm rõ vẫn đề này, em đã chọn nghiên cứu - thực hiện đề tài “ Thiết kế công nghệ tự động chuẩn hóa cồn trong công nghệ sản xuất cồn nguyên liệu bằng phương pháp

rây phân tử” Năng suất tối thiểu 10000 lít /ngày

Mục tiêu và đôi tượng nghiên cứu của đề tài:

Luận văn tốt nghiệp

Thiết kế hệ thống tự động chuẩn hóa nguyên liệu trong công nghệ tinh luyện

cồn bằng rây phân tử, công suất 10000 lft/ngày

Côn nguyén liéu ban dau véi thanh phan 85% wt ethanol, 5% wt methanol va còn lại là nước, sản phẩm cuối cùng methanol dưới 0.5% wt

Tính cấp thiết của đề tài:

Hiện nay Việt Nam đang xúc tiễn sử dụng nguyên liệu xăng pha côn nên việc tinh luyện côn là hết sức cần thiết để đảm bảo an toàn cho động cơ cũng như người

sử dụng

Ý nghĩa khoa học thực hiện của đề tài:

Việt Nam là một nước nông nghiệp có nguồn nguyên liệu sản xuất cồn đồi dào và nguồn lao động đông đúc Bênh cạnh các nhà máy mía đường đang hoạt động thì Việt Nam còn có những chế phẩm thu từ nông nghiệp như rơm ra, trau là nguôn nguyên liệu dôi dào cho sản xuât côn

CHƯƠNG 2: NỘI DUNG CHÍNH

2.1 Nhiên liệu sinh học:

2.1.1 Nhiên liệu sinh học hiện trạng sản xuất và sử dụng ở việt nam: Trong số các nguồn năng lượng thay thế dầu mỏ đang sử dụng hiện nay (năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, ), năng lượng sinh học đang

là xu thế phát triển tất yếu, nhất là ở các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu,

do các lợi ích của như: công nghệ sản xuất không quá phức tạp, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế, không cần thay đổi cầu trúc động cơ cũng như cơ sở hạ tầng hiện có và giá thành cạnh tranh so với xăng dầu

2.1.1.1 Ethanol và Butanol sinh học:

Ethanol CạH;OH là một chất lỏng không màu, sôi ở 78,3° C và là một dung môi hữu cơ đa dụng, có thể sản xuất từ dầu khí thông qua phản ứng hydrat hóa ethylene (ethanol tổng hợp, không sử dụng vào mục đích năng lượng) hoặc từ nguyên liệu sinh học (ethanol sinh học, sử dụng chủ yếu vào mục đích năng lượng) Ethanol sinh học có khả năng thay thế hoàn toàn xăng sản xuất từ dầu mỏ hoặc có thê pha trộn với xăng để tạo ra xăng sinh học Xăng sinh học được ghi danh bằng ký

tự “E7” kèm theo một con số chỉ số phần trăm cua ethanol sinh học được pha trộn

trong xăng đó Trên thị trường ta thường gặp các loại xăng sinh học như E5, E20,

E95 tức là xăng sinh học chứa 5%, 20%, 95% ethanol

Butanol có công thức C„HạOH, tức là có cùng nhóm chức OH như ethanol nhưng số nhóm CH; nhiều hơn gấp 3 lần nên thuộc loại rượu mạnh Tuy có cùng nhóm chức OH nhưng chứa cấu trúc mạch cacbon dài hơn và có nhiều nhánh nên butanol ít hoặc khó hòa vào nước so với ethanol Cũng giống như ethanol, butanol thu được thông qua tổng hợp hóa học gợi là butanol tổng hợp, được dùng chủ yếu như một dung môi trong công nghiệp, còn nếu thu được bằng con đường sinh học

thì gọi là butanol sinh học, được dùng như nhiên liệu Butanol sinh học có nhiều ưu

điểm hơn ethanol sinh học, như dễ tan lẫn vào xăng, máy móc ít nguy cơ bị ăn mòn

do tính không hút nước; không tan lẫn vào nước nên dễ chưng cất đạt độ tinh khiết tuyệt đối; mật độ năng lượng cao hơn ethanol sinh học 25%, gần bằng mật độ năng

Luận văn tốt nghiệp

lượng của xăng chế từ dầu mỏ; chỉ số octan cao xấp xỉ chỉ số octan của xăng trung bình (RON96) nên khi sử dụng không phải hoán cải động cơ chạy xăng thông thường: có áp suất hơi thấp hơn nhiều so với xăng cũng như ethanol sinh học nên ít

bị hao hụt do bay hơi trong quá trình tàng trữ, vận chuyển, phân phối và an toàn khi

sử dụng Do những ưu việt nói trên nên hiện nay butanol sinh học được coi là chọn

lựa ưu tiên làm nhiên liệu thay thế xăng sản xuất từ dầu mỏ Ngoài ra ethanol sinh

học và butanol sinh học còn được chọn làm nhiên liệu cho pin nhiên liệu (fuel cell) dùng trong giao thông vận tải thay cho hydrogen, tuy nhiên phải dùng bộ tái tạo ra hydrogen (hydrogen reformer) ngay trong xe để có hydrogen trước khi cung cấp cho pin nhiên liệu Lượng khí CO; do pin thải ra trong trường hợp này chính là lượng CO; trong khí quyền được thực vật hấp thụ trong quá trình quang hợp trước

đó nên có thể xem như cân bằng về CO; trong môi trường, không có phát thải thêm

2.1.1.2 Diesel truyền thống và diesel sinh học :

Dau diesel truyén thống còn được biết dưới tên gọi là dầu DO, chứa các

hydrocacbon nam trong phân đoạn kerosen và phân đoạn trung bình trong quá trình lọc dầu, tức là ở khoảng nhiệt độ sôi từ 200°C đến 350°C Công dụng chính của diesel là làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong với tính chất cháy được đặc trưng bằng khá năng tự cháy, biểu thị bằng trị số cetan Hydrocacbon có mạch n-parafin càng dài thì trị số cetan càng cao, ngược lại, các hydrocacbon thơm, nhiều vòng có trị số cetan thấp Hexadecan n-C¡sH;có trị số cetan bằng 100 và alpha- methylnapthalen C¡;H¡o có trị số cetan bằng 0 Xu thế diesel hóa các động cơ đốt trong dựa trên các ưu điểm của diesel so với xăng như công suất lớn hơn khi sử dụng cùng một lượng nhiên liệu, động cơ diesel tăng tốc nhanh hơn, giá diesel có

thể rẻ hơn khi giá dầu thô quá cao và có thể giảm hàm lượng các chất độc hại trong

khí thải

Diesel sinh học là nhiên liệu diesel được sản xuất từ nguyên liệu sinh học với

thành phần hóa học chủ yếu là methyl ester của các axit béo So với điesel truyền thống, sản xuất từ dầu mỏ, thì diesel sinh hoc có nhiều ưu điểm về mặt bảo vệ môi

trường như chứa ít lưu huỳnh (2-11ppmS), dễ phân hủy bằng vi sinh, giám ô nhiễm

không khí (bảng 1) Ngoài ra chúng có tính bôi trơn cao hơn điesel dầu mỏ nên tuổi thọ của động cơ sẽ dài hơn và nguồn nguyên liệu lấy từ sản phẩm hoặc phế thải nông nghiệp, thủy sản nên có thê tái sinh nhanh, góp phân tăng giá trị nông nghiệp,

sử dụng được lao động dư thừa, đất cằn cỗi, giảm nhập khẩu tốn kém ngoại tệ Ngày nay, tùy theo nguồn nguyên liệu khác nhau mà mỗi nước sản xuất nhiều loại diesel sinh học khác nhau rồi đem trộn với diesel truyền thống theo tỷ lệ quy định trong

các tiêu chuẩn sản phẩm như B5 (5%diesel sinh học,95% diesel dầu mỏ), B10

(10%diesel sinh hoc, 90% diesel dầu mỏ), B20( 20% diesel sinh hoc, 80% diesel dầu mỏ) v.v

Bảng 2.1: So sánh khí thải của điesel sinh học/diesel dầu mỏ:

4 hydrocacbon đa vong gay ung thu -12%-bI% 46-15%

5 Nitrat Polycyclic Aromatics 13% 49% “69% -93%

Nguồn:http://www.hoahocngaynay.com

2.1.2 Thuận lợi và khó khăn trong sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam:

Việt Nam là một nước có lợi thế nông nghiệp, giàu tài nguyên thiên nhiên, có rất nhiều thuận lợi cho phát triển nghiên cứu đề tài về nhiên liệu sinh học Nước ta

đã có quy hoạch phát triển ngành mía đường, đến năm 2010 diện tích trồng mía dự kiến đạt khoảng 300.000 ha, năng suất 65 tắn/ ha Phụ phẩm của mía đường rất dồi dào, chất lượng cao, thích hợp cho sản xuất nhiên liệu sinh học Tổng sản lượng

đường đạt dưới 1 triệu tẫn/năm, sản lượng rỉ đường đạt 1,8 triệu tắn/năm và giá thành lên khá cao, dùng cho sản xuất nhiên liệu lỏng sẽ khó có lãi Đối với sắn, diện

tích trồng năm 2008 đạt 555,7 nghìn ha, năng suất bình quân 16,9 tắn/ha, đưa nước

ta trở thành nước đứng thứ 7 trên thế giới về sản lượng sẵn Triển vọng về diện tích

và năng suất sẵn còn có thể được nâng cao hơn nữa nếu có quy hoạch vùng chuyên canh và có giải pháp bảo đảm giá đầu ra cho sản phẩm một cách hợp lý và ôn định

lâu đài Đầu năm 2010 đến nay, 1/3 tổng sản lượng sắn ở nước ta bị nắm bệnh vì đất

Luận văn tốt nghiệp

xấu, lạm dụng phân vô cơ, giống bị thoái hóa, thời tiết không thuận lợi Thông

thường độ tinh bột trong sắn củ lớn hơn 25% nhưng ở nước ta hầu hết chỉ đạt ít hơn 20%, giá bán sắn củ lại cũng khá cao vì nhu cầu cho lương thực và chăn nuôi cũng ngày một tăng Đến sau năm 2012, khi 3 nhà máy sản xuất cồn của PVN đi vào hoạt động thì cung sẽ không đủ cầu, giá sẽ còn tăng hơn nữa Mặt khác cơ chế thị trường làm cho nông dân vốn quen với cách làm ăn cá thể, tiêu nông tự do, dễ dàng không tôn trọng tính ràng buộc pháp lý của hợp đồng làm cho khủng hoảng nguyên liệu xảy ra đột ngột và trầm trọng Bên cạnh đó việc tô chức thu mua trên một thị trường nhỏ lẻ, phân tán cũng không phải dễ dàng giải quyết Với nhà máy sản xuất

tinh bột sắn công suất 200 tấn củ/ngày sẽ thải ra 100 tấn bã/ngày, có thể gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng Việc chế biến chúng thành thức ăn gia súc có hiệu quả còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố kinh tế — kỹ thuật và xã hội, việc dùng bã sẵn để

sản xuất cồn ở nước ta đến nay vẫn chưa nơi nào thực hiện

Về thiết bị, công nghệ, các nhà máy sản xuất cồn công suất 100.000 lít/ngày

hiện đại nhập từ nước ngoài sẽ đưa lại hiệu suất tạo cồn cao (1 lít cồn chỉ cần dưới 3

kg rỉ đường hoặc dưới 2,5 kg sắn lát); hầu hết đều tận dụng phụ phế phẩm từ sản

xuất cồn để sản xuất các sản phẩm phụ như CO2 lỏng, thức ăn gia súc, phân bón

hữu cơ, tận dụng nước thải sau chưng cất để sản xuất khí sinh học phục vụ sản xuất

điện, nhiệt cho nhà máy, góp phần giảm chỉ phí sản xuất, tăng lợi nhuận Tuy nhiên chi phí đầu tư cao (khoảng 100 triệu USD/ nhà máy), nhu cầu nguyên liệu khối

lượng lớn trong lúc giá mua ngày càng tăng, chi phi xử lý nước thải lớn

Về tiêu thụ sản phẩm, nhu cầu xăng dầu trong tương lai gần sẽ rất lớn, nhiên

liêu sản xuất từ dầu mỏ không đáp ứng đủ nên thị trường nhiên liệu sinh học rất

thuận lợi Tuy nhiên nếu giá dầu mỏ không tăng quá cao như dự báo trong lúc giá

thành sản xuất nhiên liệu sinh học lại cao và nhà nước giảm dần, tiến tới loại bỏ trợ

câp giá thì khâu phân phôi cũng sẽ có nhiêu vân đê phải đôi mặt

Bảng 2.2: Tóm tắt một sô nhà máy sản xuât côn nhiên liệu ở Việt Nam:

Công suất

100

Ten nha may

Nha may Dai Loc |

Quang Nam

Nha may Cu-Dut

Triệu lit/nam

50

Nha may Tam Nong 100

Phu Tho Triéu lit/nam

100 Nha may Dung

Quat Triéu lit/nam

100

Nha may Binh

Phước Triệu litnäm

Nguon: orientbiofuels.com.vn

2.2 Cén nhién liệu :

Cén 14 chat long không màu, có mùi đặc trưng, dễ hút âm, tạo hỗn hợp dang phí với nước, cồn etylic là chất phân cực mạnh Côn có thê trộn lẫn với ete và nhiều dung môi khác, cồn có thể hòa tan nhiều chất hữu cơ và vô cơ Cồn dễ cháy và tạo

hỗn hợp nỗ với không khí Cồn được dùng làm chất đốt, chế biến thức ăn, chế biến

các loại hương hoa quả, trong y tế cồn dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm Côn có thể sử dụng trực tiếp hay là nguyên liệu trung gian sản xuất axit acetic, andehyt acetic, etyl acetate và các hóa chất dầu mỏ Hiện nay côn tuyệt đối trên trên

99,5% wt dùng để thây thế một phần nhiên liệu cho động cơ Sản phẩm xăng pha

cồn gọi là “gasohol” đây là một hướng phát triển mới đây triển vọng của ngành công nghiệp vì sử dụng xăng pha côn sẽ làm giảm bớt sự ô nhiêm môi trường, tiệt

Công ty Đông lNgày 2/4/2011 đã

Xanh đưa vào hoạt động

Công ty Đại Đã di vao van Viet hanh

Khai cong 09/2009

Da hoan thanh 80% khoi lương

Công ty PVB, ( tính đên tháng

thuộc PV OIL 01/2012

NMLD Binh | Da san xuat mé

Petrovietnam | 03/02/2012

Khoi cong 20/03/2010 Đang kiếm tra

Liên doanh trước khi chạy thủ

Luận văn tốt nghiệp

kiệm năng lượng, côn làm tăng chỉ số óc tan của xăng nên sẽ là giảm khả năng cháy

nô có thể thây thế cho etyl chì là một chất rất độc đang sử dụng pha trong xăng hiện nay

2.2.1 Tiêu chuẩn cồn nhiên liệu:

( Trích trong VCVN 1 : 2009/BKHCN Qui Chuẩn Kĩ Thuật Quốc Gia Về

Xăng, Nhiên Liệu Diezen và Nhiên Liệu Sinh Học )

Etanol (CạH;OH) được pha thêm các chất biến tính, để sử dụng pha chế trong nhiên liệu cho động cơ xăng và không được sử dụng cho mục đích chế biến đồ uống

Xăng không chì hoặc naphta, không chứa các hợp chất keton, được dùng để

pha thêm vào etanol, làm cho etanol trở thành etanol biến tính để sử dụng làm nhiên

liệu và không sử dụng cho mục đích chế biến đồ uống

Bảng 2.3: Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của etanol nhiên liệu biến tính phải phù hợp với các quy định trong bảng sau:

Tên chỉ tiêu Mức Phương pháp thử

1 Hàm lượng etanol, % thể 92,1 TCVN 7864 (ASTM D

4 Độ axit (tính theo axIt

axetic CHạCOOH), % khối lượng, 0,007 TCVN 7892 (ASTM D 1613)

Ngoài các chỉ tiêu kỹ thuật quy định tại điểm 2.4.1 khoán 2.4 Mục 2, etanol

nhiên liệu biến tính phải chứa một lượng chất biến tính với hàm lượng từ 1,96 % đến

5,0 % thê tích Lượng chất biến tính có trong etanol nhiên liệu được kiểm soát qua quy trình sản xuất

Các loại phụ gia sử dụng để pha xăng không chì, xăng E5, nhiên liệu điêzen và nhiên liệu điêzen B5 phải đảm bảo phù hợp với các quy định về an toàn, sức khoẻ, môi trường và không được gây hư hỏng cho hệ thống động cơ

Việc sử dụng phụ gia không thông dụng để sản xuất, chế biến và pha chế xăng không chì, xăng E5, nhiên liệu điêzen và nhiên liệu điêzen B5 phải được đăng ký và chấp thuận theo quy định tại Thông tư 15/2009/TT-BKHCN ngày 02/6/2009 của

Bộ trưởng Bộ Khoa học và Công nghệ về việc hướng dẫn trình tự, thủ tục đăng ký việc sử dụng phụ gia không thông dụng để sản xuất, chế biến, pha chế xăng và nhiên liệu điêzen

2.2.2 Công nghệ tỉnh luyện cồn trên thế giới:

Phương pháp thâm thấu qua màng

Phương pháp kết hợp bốc hơi thấm thấu qua mang và rây phân tử

Công nghệ sản xuất cồn tự động và hiện dai:

Công nghệ sản xuất cồn bằng phương pháp chưng cất đẳng phí ứng dụng tại

Brazil Brazil là nước đi đầu trong lĩnh vực sử dụng năng lượng sinh học, năm 1931

đã tiến hành pha ethanol với xăng Quy trình chưng cất đắng phí dùng cấu tử lôi cuốn là benzene, heptan hoặc cylohexan Dòng nguyên liệu ethanol 96% wt sau khi gia nhiệt được đưa vào cột tách nước tại vị trí giữa tháp Hỗn hợp ba cầu tử đẳng phí có nhiệt độ sôi thấp thu được tại đỉnh, dòng ethanol nguyên chất có nhiệt độ sôi cao thu được tại đáy Phần sản phẩm đỉnh được đưa về thùng lắng gạn, lớp trên của

Luận văn tốt nghiệp

thùng lắng gạn là hydrocacbon phá dẳng phí, ethanol, một lượng hơi nước được đưa tuần hoàn về tháp tách nước.phần dưới đưa về tháp tách hydrocacbon

Công nghệ sản xuất cồn bằng phương pháp rây phân tử ứng dụng tại Thái Lan

và Ấn Độ Việc nghiên cứu sử dụng nguyên liệu tại Thái Lan phát triển mạnh so với

các nước trong khu vực Năm 1985, nhà vua đã khởi xướng dự án hoàng gia về

nhiên liệu sinh học với mục tiêu giảm thiểu vẫn đề gây ô nhiễm môi trường và giảm

giá thành sản xuất trong công nghệ sản xuất nhiên liệu nhất là sản xuất cồn nhiên liệu, hiện nay đa số các nhà máy côn nhiên liệu của Thái lan đang sử dụng công nghệ rây phân tử, bên cạnh đó công nghệ màng membrane cũng đang được thử nghiệm Dòng nguyên liệu sau khi qua tháp chưng cất đạt nồng độ thê tích 95,5

phần trăm được đưa vào tháp hấp phụ ở dạng hơi Mỗi tháp hấp phụ hoạt động 4 chu kì : chu kì tăng áp, chu kì hấp phụ, chu kì giảm áp, chu kì tăng áp Mỗi mẻ hấp

phụ 30 phút, giải hấp 25 phút, hai tháp hoạt động luân phiên liên tục, dòng sản phẩm cuối cùng có nồng độ khoảng 99,5 phần trăm

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 10

2.3 Nguyên liệu côn từ mật rỉ:

2.3.1 Mật rỉ:

Mật rỉ là thứ phẩm của công nghệ sản xuất đường, thường chiếm khoảng 3-5

% so với lượng mía đưa vào sản xuất Tỷ lệ này phụ thuộc vào chất lượng mía và

Xử lý

Vv Cén thé

chính mình Vậy cần xử lý nhằm diệt hết các tạp khuẩn, đồng thời phá hủy các chất

keo và loại bớt tạp chất Trong điều kiện pha loãng mật rỉ đến nồng độ 40-50 % giữ

nhiệt độ 110°C trong 10 phút có thể diệt hầu hết vi khuẩn Trong điều kiện không

có thùng pha loãng chịu áp lực, chúng ta có thể gia nhiệt đến 85-90°C, giữ khoảng 45-50 phút

Mật rỉ và nước cho vào thùng theo tỉ lệ 1:1, sau đó cho axit sunfuric với tỉ lệ

0.4-0.6 % so với mật rỉ, khuấy đều rồi cho chất sát trùng fluosilicat natri nồng độ hai phần ngàn, sau khi cho đầy đủ các chất trên, khấy đều và để yên trong 1-4 giờ

Sau đó bơm dung dịch lên thùng chứa, cặn bơm để loại bỏ tạp chất, tốt nhất là nên

Luận văn tốt nghiệp

Hình 2.1:Sơ đồ pha loãng mật ri

2.3.2.2 Pha loãng tới nồng độ lên men và gây men:

Pha loãng theo sơ đồ một nồng độ thì chỉ tiêu của dịch lên men vào khoảng sau:

Chất khô 20-22%, tương đương 15-16% đường

PH dịch đường 4.5-5 tương đương độ chua 1-1.5g HạSO//ít

Ưre cần bồ sung 0.5 g/1

Nông độ flousilicat natri 2 phần ngàn

Đối với lên men hai nồng độ:

Ure cần bỗ sung là 0.5 g /I

xi 4

Lên men gián đoạn theo sơ đồ một nồng độ Sau khi vệ sinh và thanh trùng thùng lên men ta cho 10% men giống vào và từ từ cho dung dịch đường có nồng độ

20-22% với tốc độ 5-6 giờ thì đầy tiếp đó cho lên men khoảng 40-48 giờ Trong

thời gian lên men cần kiểm tra nồng độ, độ chua, vi sinh vật của dung dịch lên men

Giữ cho nhiệt độ ôn định 30-32% Tuy theo nông độ thuần khiết của dịch đường, nồng độ biểu kiến cuối lên men có thể từ 0 đến 4.5 - 6 %

Lên men gián đoạn theo sơ đồ hai nồng độ Toàn bộ men giống 10% được cho vào thùng, sau đó cho từ từ ri loãng 12-14% , với tốc độ 3 giờ thì đầy 50% thùng lên men Cho rỉ đường đặc 30-32% với tốc độ sau cho 3-4 giờ thì đầy nữa thùng còn lại theo dõi kiểm tra giống như pha loãng nồng một nồng độ, thời gian lên men khoảng 32-40 giờ

Xét về hiệu xuất thu hồi thì lên men hai nồng độ luôn đạt hiệu quả cao hơn

0.5-1% so với sơ đồ một nồng độ Nhưng sơ đồ một nồng độ đơn giản hơn, mặt khác nếu sau khi len men đem tách nắm men để dùng làm lên men bánh mì thì nắm men có độ hoạt động cao hơn, làm nở bánh nhiều hơn Vì vậy phương pháp sản xuất cần phải luôn xuất phát từ thực tế mục đích sản xuất hướng tới hiệu quả kinh tế cao nhất

Luận văn tốt nghiệp

Sau đó đem đi tinh luyện để nhận được cồn sản phẩm, thỏa mãn tiêu chuẩn và yêu cầu tiêu dùng Sản phẩm thu được sau xử lý bao gồm cồn đầu, dầu fusel hoặc alcol

cao phân tử Ngoài ra còn thu được bã rượu chứa nhiều chất hữu ích, có thể dùng

trong chăn nuôi hay chế biến kháng sinh, phụ gia cho vật liệu xây dựng

2.3.2.5 Các yếu tô ảnh hướng đến quá trình lên men rỉ đường:

Nông độ đường: ảnh hưởng đến hiệu suất lên men Nắm men chỉ có khả năng lên men đường thành rượu trong khoảng nồng độ đường phù hợp 10- 15% nồng độ đường quá cao sẽ gây ức chế nắm men và khả năng lên men rượu giảm

Ảnh hưởng của oxy: nẫm men là loại vi sinh vật hô hấp tùy tiện Trong điều kiện yếm khí nó sẽ lên men đường tạo thành rượu và CO; Do đó trong sản xuất rượu thì giai doan đầu cần điều kiện hiếu khí để nắm men sinh sản tăng sinh khối, phát triển đủ lượng tế bào cần thiết cho quá trình lên men rượu và sau đó phải yễm khí cho quá trình lên men rượu, tiếp đó phải yếm khí tuyệt đối để nấm men chuyển hóa đường thành rượu

Ảnh hưởng của pH: nó có ảnh hưởng lớn đến quá trình lên men, tạo sản pham

chính phụ khác nhau Nếu pH 4-5 lên men rượu bình thường tạo sản phẩm chính là

etanol Đây là điều kiện cần thiết trong quá trình lên men rượu trong các nhà máy rượu hiện nay Để axits hóa môi trường môi trường thường dùng H;SŠO¿ hay axit lactic Nếu pH môi trường kiềm, sản phẩm chính là glycerin, ứng dụng trong lên men glycerin

Ảnh hưởng của nhiệt độ: đây là yếu tố cần thiết ảnh hưởng lớn đến nắm men

và sự lên men Thông thường nhiệt độ phù hợp cho lên men là 28-30C nhiệt độ hơn 50 °C và dưới 0°C sự lên men đình chỉ

Ảnh hưởng của độ rượu tạo thành: rượu tạo thành trong quá trình lên men có

ảnh hưởng đến sự lên men Thông thường nam men lên men đến nồng độ đạt 12- 14% Một số ít nắm men có thê đạt nồng độ 17-20% với nồng độ rượu cao hơn sẽ

ức chê nam men va hau như kìm hãm lên men rượu

2.4 Đặc điểm ethanol - nước :

T-X-Y Hot for ETHANOL and H20

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 15

Luận văn tốt nghiệp

2.5 Tính chất của hỗn hợp ethanol - methanol :

T-X-Y Plot for ETHANOL and METHANOL

Composition, Mole Fraction ETHANOL, (P = 1.0000 atm)

Hinh 2.3: Tinh chat hén hop ethanol — methanol

2.6 Thap chung cat:

2.6.1 Các phương pháp chung cat:

Chung cất là quá trình phân tách hỗn hợp lỏng (hoặc khí lỏng) thành các cẫu

tử riêng biệt dựa vào sự khác nhau về độ bay hơi của chúng (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất), bằng cách lặp đi lặp lại nhiều lần quá trình bay hơi - ngưng tụ, trong đó vật chất đi từ pha lỏng vào pha hơi hoặc ngược lại Khác với cô đặc, chưng cất là quá trình trong đó cả dung môi và chất tan đều bay hơi, còn cô đặc là quá

trình trong đó chỉ có dung môi bay hơi Khi chưng cất ta thu được nhiều cầu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu được bẫy nhiêu sản phẩm Nếu xét hệ đơn giản

chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm cấu tử

có độ bay hơi lớn (nhiệt độ sôi nhỏ ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay

hơi bé (nhiệt độ sôi lớn)

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 16

Các phương pháp chưng cất được phân loại theo:

Ấp suất làm việc: chưng cất áp suất thấp, áp suất thường và áp suất cao Nguyên tắc của phương pháp này là dựa vào nhiệt độ sôi của các cấu tử, nếu nhiệt

độ sôi của các cầu tử quá cao thì ta giảm áp suất làm việc để giảm nhiệt độ sôi của

các cầu tử

Nguyên lý làm việc: Chưng cất đơn giản, chưng cất bằng hơi nước trực tiếp, chưng cất

Phương pháp này được sử dụng trong các trường hợp sau:

vx Khi nhiệt độ sôi của các câu tử khác xa nhau

VY Khong đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao

Y Tach hén hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi

vx Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cầu tử Chưng cất hỗn hợp hai cấu tử (dùng

thiết bị hoạt động liên tục) là quá trình được thực hiện liên tục, nghịch

dòng, nhiều đoạn

Phân loại phương pháp cất nhiệt ở đáy tháp:

v_ Cấp nhiệt trực tiếp bằng hơi nước

v_ Cấp nhiệt gián tiếp

Đối với hệ nước, ethanol và methanol ta chọn phương pháp chưng cất liên tục cấp nhiệt gián tiếp bằng nổi đun

2.6.2 Thiết bị chưng cất:

Trong sản xuất thường sử dụng rất nhiều loại tháp nhưng chúng đều có một

yêu cầu cơ bản là diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào độ

phân tán của lưu chất này vào lưu chất kia

Tháp chưng cất rất phong phú về kích cỡ và ứng dụng, các tháp lớn nhất thường được ứng dụng trong công nghiệp lọc hoá dầu Kích thước của tháp, đường

kính tháp và chiều cao tháp tuỳ thuộc suất lượng pha lỏng, pha khí của tháp và độ

tinh khiết của sản phẩm Ta khảo sát 2 loại tháp chưng cất thường dùng là tháp mâm

và tháp chêm

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 17

Luận văn tốt nghiệp

Tháp mâm: thân tháp hình trụ, thang đứng phía trong có gẵn các mâm có cấu tạo khác nhau để chia thân tháp thành những đoạn bằng nhau, trên mâm pha lỏng và pha hơi đựơc cho tiếp xúc với nhau Tùy theo cầu tạo của đĩa, ta có:

Tháp mâm chóp : trên mâm bồ trí có chép dạng: tròn, xupap, chữ s

Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm bó trí các lỗ có đường kính (3-12) mm

Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ, gồm nhiều đoạn nối với nhau bằng mặt

bích hay hàn Vật chêm được cho vào tháp theo một trong hai phương pháp: xếp

ngẫu nhiên hay xếp thứ tự

Bảng 2.4: So sánh ưu và nhược điểm của các loại tháp:

Loại tháp Tháp chêm Tháp mâm xuyên lỗ Tháp mâm chóp

- Hiệu suất tương đôi

Ưu điểm: - Đơn giản cao - Hiệu suất cao

Qua phần so sánh ưu nhược điểm các loại tháp ta thấy tháp mâp xuyên lỗ phù

hợp với công nghệ xử lý cồn Nên ta chọn tháp mâm xuyên lỗ đề thiết kế

2.7 Giới thiệu phần mềm pro I:

2.7.1 Mục đích và vai trò của việc thiết kế mô phỏng:

Thiết kế mô phỏng là quá trình thiết kế với sự trợ giúp của máy tính với các

phần mềm chuyên nghiệp Mô phỏng là một công cụ cho phép người kĩ sư tiến hành

công việc một cách hiệu quả hơn khi thiết kế một quá trình mới hoặc phân tích,

nghiên cứu các yếu tô ảnh hưởng đến một quá trình đang hoạt động trong thực tế Tốc độ của công cụ mô phỏng cho phép khỏa sát nhiều trường hợp hơn trong cùng một thời gian với độ chính xác cao hơn nhiều so với tính toán bằng tay Hơn nửa chúng ta có thể tự động hóa quá trình tính toán theo sơ đồ công nghệ để tránh thực

hiện các phép tính lặn lại không có cơ sở mò mẫm

2.7.2 Thiết kế mô phỏng thường được sử dụng để:

Thiết kế một quá trình mới

Thử lại, kiểm tra lại các quá trình đang tồn tal

Hiệu chỉnh các quá trình đang vận hành

Tối ưu hóa các quá trình đang vận hành

Để xây dựng một mô hình mô phỏng hiệu quả chúng ta cần phải xác định mục

tiêu Bước đầu tiên trong bất kì một quá trình mô phỏng nào là lượng hóa học các

mục tiêu càng nhiều càng tốt, các kết quả đạt được thường phụ thuộc các yêu cầu đặt ra (các giá trị thu được từ kết quả mô phỏng phụ thuộc rất nhiều vào những lựa chọn ban đầu mà chúng ta đã chọn)

2.7.3 Lĩnh vực sử dụng:

Phần mền pro II là phần mềm tính toán chuyên dụng trong các lĩnh vực công nghệ hóa học nói chung, dặc biệt trong lĩnh vực lọc hóa dầu, polymer, hóa dược đây là phần mềm tính toán khá chính xác các quá trình chưng cất, là sản phẩm của SIMSCI, được hình thành từ 1967 và chính thức được sử dụng năm 1988 sau nhiều lần được cải tiến

Pro II được vận hành theo các modul liên tiếp, mỗi thiết bị được tính riêng lẽ

và lần lượt tính cho từng thiết bị

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 19

Luận văn tốt nghiệp

Pro II bao gồm các nguôồn dữ liệu phong phú: thư viện các cầu tử hóa học, các phương pháp xác định tính chất nhiệt động, các kỹ xảo vận hành các thiết bị hiện đại để cung cấp cho các kĩ sư công nghệ các kĩ năng biểu diễn tất cả các tính toán cân bằng vật chất năng lượng cần thiết khi mô phỏng các trạng thái dừng của các sơ

đồ công nghệ

Pro II được sử dụng nhằm 2 mục đích:

Thiết kế một phân xưởng mới

Mô phỏng một phân xưởng đã được xây dựng thục tế để nghiên cứu các yếu tố

ảnh hưởng đến sự vận hành của nó

2.7.4 Quá trình mô phóng bằng pro II:

Trước khi tiễn hành mô phỏng,chúng ta phải diễn đạt các dữ liệu từ sơ đồ thực

tế thành mô hình mô phỏng, quá trình này gồm các bước sau :

Xác định hệ đơn vị đo

Xác định thành phần cấu tử trong hệ

Lựa chọn các phương trình nhiệt động thích hợp

Lựa chon các dòng nguyên liệu và sản phẩm

Xác định các dữ liệu về thiệt bị và điêu kiện vận hành của các thiệt bị

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 20

CHƯƠNG 3: TIỀN HÀNH THỰC NGHIỆM XÂY

DUNG CONG NGHE TU DONG CHUAN HOA

NGUYEN LIEU CON

3.1 Xác lập qui trình:

3.1.1 Xây dựng phương án:

Phương pháp sử dụng chuẩn hóa cồn là phương pháp chưng cất

Hiện nay tại trung tâm Nghiên Cứu Công Nghệ Lọc Hóa Dầu đang vận hành

hệ thống tinh luyện cồn bằng phương pháp rây phân tử Hệ thống gồm có 3 cụm :

cụm chuẩn hóa, cụm hap phu, cum giai hap

Vẫn đề đặt ra ở đây là sẽ thiết kế cụm chuẩn hóa nguyên liệu để giảm nồng độ methanol xuống, đảm bảo qui chuẩn quốc gia về sản phẩm côn nhiên liệu sau khi

tinh luyện Phương án thực hiện là sẽ thiết kế thêm một tháp chưng cất gọi tat 14 C,

lẫy sản phẩm đỉnh của tháp C¡ tiếp tục chưng cất tách methanol Sản phẩm đáy đã đạt chuẩn, tiếp tục qua cụm hấp phụ và giải hấp để tách nước Sản phẩm cuối cùng đạt chuẩn cồn nhiên liệu để pha vào xăng chạy động cơ

3.1.2 mô phóng tính toán xác định thông số:

3.1.2.1 Xác định thông số công nghệ:

Nhập liệu 0.8 m3/h

Nông độ đầu vào tháp C1 85% ethanol, 5 % methanol

Nông độ sản phẩm chính ở đáy tháp C2 dưới 0.5 % methanol

Nhập liệu 0.8 m3/h

3.1.2.2 Xây dựng lưu trình:

Trên thanh Menu chọn Eile/New để tạo mới một file mô phỏng

Chọn các thiết bị cần thiết cho qui trình dựa vào các biểu tượng của thiết bị có

trên thanh PED Nếu thanh này chưa xuất hiện trên màn hình thì kích chuột vào nút

PED Hide/Display trên thanh công cụ

Chọn tháp chưng cất (Distillation), nhập số đĩa cho tháp (bao gồm cả Reboiler

va Condenser) Chọn thiết bị trao đổi nhiệt (Simple HX) Va chon Valve

Luận văn tốt nghiệp

Sau khi chọn xong các thiết bị, ta chọn “Stream” trên thanh PED để nối các

thiết bị này lại

Hệ thống chưng cất hiện nay ở trung tâm Lọc Hóa Dầu:

Nhập liệu như 0.85 m3/h

Sản phẩm đáy 0.05 m3/h, luong ethanol khong vuot qua 1 % wt

"${PROM ith PROVSON- ban coi cuns~Copy-Copy-[Fowsheet) (ies

4 File _ Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help - c — " ; ; [- [=| x

RO/I with PROVISION - ban cuoi

File Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help

= id S Al BES) Sie} laa Ễ Ai at eke) =) : 5 a t $ a » ot l lJEE & ||Suaulepetsex, lu a +? 100 \ fal Z* sẽ

Luận văn tốt nghiệp

=

zl File _Fdit Input Output Tools Draw View Options Window Help ¬ [~ [=l[x|

| i = = a) nh ] Ri 2p SH 1,2 oO — u mÍ| Bi ary Report =), me: Hạ 100 cole = 2 k2

~ Default Units of Measure for Problem Data Input

Temperature: Energy: Kilocalorie

Pressure: Buty:

Time: Hour Wark: Kilowatt

‘Weight [wt.]: Length: Meter

Liquid Yolume: Meter™3 Fine Length: Millimeter

Vapor Yolume: Meterˆ3 Heat Trans Coefficient: Kilocalorie/hour-m”2-K

Specific Liquid Yolume: volume? Molar wot Fouling Coefficient: Hour-meter”2-C/keal

Specific Yapor Yolume: yvolume?Moalar wt Viscosity:

Liquid Density: volume Kinematic Viscosity: Centistake bề: Vapor Density: volume Thermal Conductivity: Kilocalorie¢hour-m-C Lễ

Petroleum Density: same as Surttace Tension:

ao Pressure Gauge Basis: 1) atm

Hinh 3.3:Chon don vi cho hé thong

Chon cau te cho hé: Kich chuét vao biéu tuong Component Selection So chon Select from lists trén hdp thoại hiện

r

$[| PRO/T with PROVISION - Untitled - [Flowsheet]

4g) File Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help ee - ; [- [=x]

¡1 M & 5ï |Eill==lGlä lư anne Sl Fe] SS |e Lo] Be Ey [Summary epee - j3 X By [MA : £

List of Selected Components: :

Select from Lists

Petroleum | User-defined | Polymer |

| Databank Hierarchy | Component Phases |

Luận văn tốt nghiệp

Ấf[ PRO/Hwith PROVISION - Untitled - [Flowsheet]

#HỈ File Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help _ ee

Ul Ri | i | i $

h re Mi # ñï |Eilzl@lô l¿lunl 3; | SưmmawFlepe' - LÒ) x< SE |] @ + ø# kẽ

>

L

SIMSCI - Component Selection :

UOM Range Help Overview Status Noles

List of Selected Components:

Component Selectiorr

| WOM Range Help

From System or User-generated Databan|-

Component mm Component Family: Sort/Search by ‘ Match

ee oe Hie + (@) Full Name (@) Initial String

3 ydrocarbon Lightends a = 7 e 5 Select from Lists Ail Components - PROCESS Bank {a (> SIMSCI Name/Alias ©) Embedded Substring

ao ETT sed fc ed ce ©) Chernical Formula

- Component Full Name: SIMSCI Name/Alias: Formula:

epsilon-CAPROLACTONE CPLT C6H1002 a ETHANE ETHANE C2HE

ETHANOL ETHANOL C2HEO ETHYL ACETATE EHa [4H82 ETHYLACETOACETATE DEBT CBH1003 ETHYL ACRYLATE EACR C5H802 = Push His bento LO ICR ronan Search ean Add Components Remove Components

Additions to Component List:

ETHANOL ETHANOL C2HEO

#| PRO/Iuäth PROVISION - 1methanol - [Flowsheet] IEENIKEENIRSI

ae Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help mall [x

ki &‡ " [BIE=lGlälClia|li saitsflz[elrs < =|- d > SH) [[Ej|Summawaepa + | <x Xà | S2 2 kẽ |m

‘SIMSCI- - Component Selection |

Help Overview Status Nates |

List of Selected Components:

ETHANOL Reorder List

; METHANOL f Component Selection”

From System or User-generated Databank |

thực tế nhất Kích vào Modify để thay đổi các hệ tính toán cho phù hợp với từng hệ

thống

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 27

Luận văn tốt nghiệp

# | PRO/Iuäth PROVEION - ban cuoi cụng - Copy - [Flowsheet]

4] File Edit Input Output Tools Draw View Options

~ Selection of Property Calculation System

Category: Primary Method:

#f[ PRO/II with PROVISION - ban cuoi cung - Copy - [Flowsheet] IEEWfENIExa#

4 File Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help [= [ex]

Help ag Overview Status Notes

Petroleum Assay

Ref d ta St :

Soids [nhy SA a Stream Solids Data

Stream Polymer Data

Luận văn tốt nghiệp

UOM Range Help Tag Overview Status Notes

Referenced to Steam : UOM Range Help ag

Solids Only Stream Stream Solids Data : =

Specify flowrate and composition for stream 51

Stream Polymer Data | > Fluid Flawrate Specification

(@ Total Fluid Flowrate: 0.80000) m3/hr

7 Thermal Condition © Individual Component Flowrates

First Specification:

| Temperature | ~|| 30.00] Ẻ Component Composition

Second Specification: Paste

|Pressure | *|| 1.n00n| atm = {a

10

Thermodynamic System: Determined From Connectivity | ~|

OK | Cancel |

|Push to bring up the flowrate and assay window

Clear Compositions | Total: 100.00 {] Normalize Component Flowrates

Based on Specified Fluid Flowrate Cancel

Exit the window after saving all data

3.1.2.6 Thiết bị trao đối nhiệt:

4] PRO/T with PROVISION - ban cuoi cung - Copy - [Flowsheet]

a) File Edit Input Output Tools Draw View Options Window Help (= IEIE

Ly PROM Heat Exchanger MưA y ¡i|[E][Esumaynsze | Bs 100 2 Z K?

II | It r Help Overview Status Matss | OO a Unit: Description: [—

y Hot Side | Cold Side

| Thermodynamic System: Thermodynamic System:

Relative Tolerance: 0.000100 Area: | mé?

Hình 3.10: Nhập thông số thiết bị gia nhiệt nhập liệu

Bước đầu tiên ta xác định dòng nóng — lạnh cho Heat Exchanger Tiếp tục với Specification để xác định nhiệt độ dòng sản phẩm ra Cuối cùng là xác định Pressure Drop

Bộ Môn Công Nghệ Hóa Học 31