Bộ giáo dục đào tạo Trờng đại học bách khoa hà nội Báo cáo tổng kết đề tài kc06 17cn nghiên cứu áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng hiệu suất thu hồi cồn phục vụ xuất Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Nguyễn Hữu Tùng 6851 15/5/2008 Hà Nội 2005 lời cảm ơn Đề tài KC06 17CN xin chân thành cảm ơn: Ban chủ nhiệm chơng trình KC06, Bộ KH CN Ban Giám hiệu Trờng ĐHBK Hà Nội Các vụ chức Bộ Khoa học Công nghệ Các phòng ban chức Trờng ĐHBK Hà Nội Các Viện Trung tâm Viện KH CN Việt Nam Khoa Công nghệ Hoá học, Viện, Trung tâm, Bộ môn phòng thí nghiệm Trờng ĐHBK Hà Nội Công ty Rợu Đồng Xuân, Phú Thọ Công ty cổ phần mía đờng Lam Sơn, Thanh Hóa Công ty mía đờng Hoà Bình Đà nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để Đề tài thực nội dung khoa học thực tế Các tổ chức cá nhân tham gia thực đề tài Viện Công nghệ Thực phẩm, Trờng ĐHBK Hà Nội Viện Công nghệ Môi trờng, Viện KH CN Việt Nam Khoa Công nghệ Hoá học, Trờng ĐHBK Hà Nội Viện Vật lý Điện tử, Viện KH CN Việt Nam Trung tâm Kỹ thuật - Tiêu chuẩn đo lờng chất lợng I, Bộ Khoa học Công nghệ Trung tâm Giáo dục Phát triển Sắc ký, Trờng ĐHBK Hà Nội Trung tâm Vật liệu Môi trờng, Trờng ĐHBK Hà Nội Bộ môn Quá trình Thiết bị Công nghệ Hoá Thực phẩm, Trờng ĐHBK Hà Nội Công ty Rợu Đồng Xuân, Phú Thọ 10 Công ty Mía đờng Hoà Bình 11 Công ty Cổ phần Mía đờng Lam Sơn, Thanh Hoá 12 PGS.TS Nguyễn Đình Thởng, Viện Công nghệ Thực phẩm, Trờng ĐHBK Hà Nội lời cảm ơn Đề tài KC06 17CN xin chân thành cảm ơn: Ban chủ nhiệm chơng trình KC06, Bộ KH CN Ban Giám hiệu Trờng ĐHBK Hà Nội Các phòng ban chức Trờng ĐHBK Hà Nội Các vụ chức Bộ Khoa học Công nghệ Các Viện Trung tâm Viện KH CN Việt Nam Khoa Công nghệ Hoá học, Viện, Trung tâm, Bộ môn phòng thí nghiệm Trờng ĐHBK Hà Nội Công ty Rợu Đồng Xuân, Phú Thọ Công ty cổ phần mía đờng Lam Sơn, Thanh Hóa Công ty mía đờng Hoà Bình Đà nhiệt tình giúp đỡ tạo điều kiện để Đề tài thực nội dung khoa học thực tế Các tổ chức cá nhân tham gia thực đề tài Viện Công nghệ Thực phẩm, Trờng ĐHBK Hà Nội Viện Công nghệ Môi trờng, Viện KH CN Việt Nam Khoa Công nghệ Hoá học, Trờng ĐHBK Hà Nội Viện Vật lý Điện tử, Viện KH CN Việt Nam Trung tâm Kỹ thuật - Tiêu chuẩn đo lờng chất lợng I, Bộ Khoa học Công nghệ Trung tâm Giáo dục Phát triển Sắc ký, Trờng ĐHBK Hà Nội Trung tâm Vật liệu Môi trờng, Trờng ĐHBK Hà Nội Bộ môn Quá trình Thiết bị Công nghệ Hoá Thực phẩm, Trờng ĐHBK Hà Nội Công ty Rợu Đồng Xuân, Phú Thọ 10 Công ty Mía đờng Hoà Bình 11 Công ty Cổ phần Mía đờng Lam Sơn, Thanh Hoá 12 PGS.TS Nguyễn Đình Thởng, Viện Công nghệ Thực phẩm, Trờng ĐHBK Hà Nội tự đánh giá tình hình tự thực đóng góp đề tài KH&CN cấp nhà nớc (Kèm theo định số 13/2004/QĐ- BKHCN ngày 25/2/2004 Bộ trởng Bộ khoa học Công nghệ) 1.Tên Đề tài: Nghiên cứu áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng hiệu suất thu hồi cồn phục vụ xuất Mà số: KC.06-17CN Thuộc Chơng trình (nếu có): KC-06 3.Chủ nhiệm đề tài: PGS Nguyễn Hữu Tùng Cơ quan chủ trì đề tài: Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội Thời gian thực đề tài: 2003-2004 Tổng kinh phí thực đề tài: 2,892 tỷ VNđồng Trong kinh phí từ ngân sách nhà nớc: 2,892 tỷ VNđồng Tình hình thực đề tài so với hợp đồng: 7.1/ Về mức độ hoàn thành công việc: Hoàn thành nội dung đà đăng ký 7.2/ Về yêu cầu khoa học chi tiết sản phẩm KHCN 1,Thiết lập đợc sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn từ rỉ đờng có áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm tăng hiệu suất thu hồi cồn ữ 6% 2, Thiết lập đợc sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn từ tinh bột sắn có áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm tăng hiệu suất thu hồi cồn ữ 6% 3, Đà lập mô hình cân pha lỏng hệ nhiều cấu tử Trên sở mô hình lập đợc đà thiết lập đợc sở liệu dùng việc tính cân pha hệ phức tạp 4, Đà thiết lập đợc quy trình công nghệ tinh chế cồn đạt tiêu chuẩn cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN 1052 71 tiêu chuẩn hÃng Hitachi (Nhật Bản) 5, Đà xây dựng đợc mô hình chơng trình tính hệ thống thiết bị sản xuất cồn từ tinh bột rỉ đờng 6, Đà lập đợc mô hình cân nhiệt lợng sở mô hình lập đợc đà đa đợc sơ đồ công nghệ sản xuất cồn tiết kiệm lợng (Lợng cần thiết cho trình tinh chế cồn giảm 20-25%) 7, Đà cho công bố ba báo tạp chí khoa học Các số liệu nhận đợc trình thực đề tài đợc tiếp tục cho công bố thời gian tới 8, Theo hớng nghiên cứu đề tài đà có sinh viên ngành Quá trình Thiết bị công nghệ Hoá Thực phẩm Trờng ĐHBK Hà Nội bảo vệ luận văn tốt nghiệp đạt kết khá-giỏi (năm học 2003-2004) Hiện có sinh viên (năm học 2004-2005) làm luận văn tốt nghiệp, học viên cao học nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu theo hớng đề tài đặt 9, Đà chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm lên men liên tục cồn 10, Đề tài đà tiến hành nghiên cứu áp dụng loại kết cấu tháp chng luyện Trên sở kết nhận đợc đề tài đà tiến hành thiết kế, chế tạo, lắp đặt vận hành hệ thống tinh chế cồn có suất 150 lít/ngày Hệ thống chng luyện đợc lắp đặt hệ thống khống chế tự động làm việc áp suất chân không Loại tháp chng luyện thuận tiện cho việc chế tạo, cho phép tiết kiệm vật liệu cho phép tăng suất Một u điểm lớn khác loại tháp cho phép tiến hành chng luyện áp suất chân không tạo khả thiết lập sơ đồ chng luyện tiết kiệm lợng Hệ thống chng luyện đà đợc sử dụng cho sinh viên, học viên cao học nghiên cứu sinh ngành công nghệ hoá chất, công nghƯ m«i tr−êng, c«ng nghƯ thùc phÈm, c«ng nghƯ vËt liệu chuyên ngành tự động hoá tiến hành thực tập, thí nghiệm, nghiên cứu phục vụ cho việc lấy số liệu thực nghiệm cho luận văn tốt nghiệp luận án tiến sỹ 11, Trên hệ thống tinh chế cồn đà lắp đặt theo quy trình công nghệ đà thiết lập, đề tài đà cho tiến hành tinh chế cồn sản xuất từ rỉ đờng tinh bột Cồn sản phẩm nhận đợc đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn chất lợng cồn loại I cồn chất lợng cao (Kết phân tích Trung tâm kỹ thuật tiêu chuẩn đo lờng chất lợng I, Tổng cục tiêu chuẩn đo lờng chất lợng, Bộ Khoa học Công nghệ) 7.3/Về tiến độ thùc hiƯn: - Thùc hiƯn c¸c néi dung chÝnh theo tiến độ - Xin gia hạn thêm 03 tháng để hoàn thành hợp đồng lắp đặt hệ thống khống chế tự động tháp chng luyện cồn cho công ty Rợu Đồng Xuân hoàn thành báo cáo tổng kết đề tài Về đóng góp Đề tài: Trên sở so sánh với thông tin đà đợc công bố ấn phẩm bớc đến thời điểm kết thúc đề tài, đề tài có điểm sau đây: 8.1 Về giải pháp khoa học công nghệ: - Đà giải đợc vấn đề phức tạp tính toán, thiết kế hệ thống tinh chế cồn vấn đề tính toán cân pha lỏng-hơi hệ dung dịch thực nhiều cấu tử - Đà nghiên cứu áp dụng kiểu tháp vào sơ đồ tinh chế cồn Các sơ đồ công nghệ cho phép tiết kiệm đợc lợng trình sản xuất Loại tháp thuận tiện việc chế tạo, cho phép tiết kiệm vật liệu tăng suất trình tinh chế cồn - Đà nghiên cøu ¸p dơng mét chđng men míi (chđng NdBK) cho trình lên men liên tục Chủng men cho phép tăng suất trình lên men, đơn giản hệ thống thiết bị tạo điều kiện thuận lợi cho trình xử lý nớc thải - Đà thiết kế đa vào sử dụng hệ thống khống chế tự động tháp chng luyện cồn Hệ thống cho phép ổn định chế độ công nghệ, nâng cao chất lợng sản phẩm, tăng suất hệ thống sản xuất, giảm số lợng công nhân vận hành hệ thống tăng khả xuất cồn Hệ thống khống chế tự động đà đợc chuyển giao đa vào sản xuất Công ty rợu Đồng Xuân Phú Thọ - Đề tài đà đa số kết nghiên cứu vào việc cải tạo hệ thống thiết bị đờng ống công nghệ Công ty mía đờng Hoà Bình Hệ thống thiết bị sau cải tạo đà cho phép đạt suất 5900-6000 lít cồn/ngày Cồn sản phẩm đạt tiêu chuẩn cồn loại I Lợng tiêu hao giảm 15-20% 8.2 Về phơng pháp nghiên cứu - Đà áp dụng phơng pháp mô hình hoá để nghiên cứu trình lên men cồn gián đoạn liên tục từ nguyên liệu tinh bột rỉ đờng - Đà tiến hành lập mô hình mô cân pha lỏng hệ nhiều cấu tử mô hình tháp dùng hệ thống tinh chế cồn Trên sở số liệu thực nghiệm đà tiến hành xác định thông số mô hình tháp tinh chế Các số liệu nhận đợc giải mô hình cho phép chuyển quy mô đa kết nhận đợc vào thực tế 8.3 Những đóng góp khác - Các kết thu đợc trình thực đề tài áp dụng để giải vấn đề thời vấn đề sản xuất cồn nhiên liệu Chủ nhiệm đề tài Nguyễn Hữu Tùng Mục lục I Khảo sát trạng dây chuyền sản xuất cồn việt nam .1 II Khảo sát tình hình phân bố nguyên liệu cho sản xuất cồn t¹i ViƯt nam .8 III X©y dựng phơng pháp đánh giá chất lợng cồn .17 IV nghiên cứu trình lên men cồn từ nguyên liệu tinh bột nguyên liệu rỉ đờng 29 V Nghiên cứu phân loại tạp chất có hỗn hợp rợu êtylíc H2O sản xúât phơng pháp lên men 98 VI Xây dựng mô hình cân pha lỏng hơI cho hỗn hỵp nhiỊu cÊu tư .111 VII M« hìhh tháp chng luyện hỗn hợp nhiều cấu tử-Phơng pháp tÝnh th¸p ch−ng lun hƯ nhiỊu cÊu tư 163 VIII Tháp cồn tháp ổn định nâng cao chất lợng sản phẩm 233 iX Cân vật chất cân nhiệt lợng hệ thống tinh chế cồn 249 X Nghiên cứu chuyển quy mô thiết kế c¸c th¸p tinh chÕ cån 326 XI Các giải pháp nâng cao chất lợng hiệu suất thu håi cån 335 XII X©y dựng hệ thống điều khiển tự động cho dây chuyền s¶n xuÊt cån 352 XIII PhÇn kÕt luËn 358 Đề tài KC06-17CN Hệ thống tinh chế tháp tháp tinh chế làm việc áp suất chân không sơ đồ dây chuyền công nghệ tinh chế cån ë ¸p st khÝ qun GiÊm chÝn 9 11 6 11 Cồn đầu Cồn đầu 10 12 Hơi Thùng cao vị Thiết bị ngng tụ cồn tháp thô Tháp thô 12 Hơi Hơi Thiết bị ngng tụ Tháp aldehyt Thiết bị ngng tụ Hơi Thiết bị làm lạnh ruột gà Tháp tinh chế Thiết bị ngng tụ 10 Tháp tinh chế lại 11 Thiết bị ngng tụ 12 Bơm Hệ thống tinh chế tháp tháp thô làm việc áp suất chân không sơ đồ dây chuyền công nghệ tinh chế cồn với tháp làm việc áp suất khác ( tháp thô p = 200 mmHg ) GiÊm chÝn 11 9 11 Cồn đầu Cồn đầu 10 Hơi Hơi Hút chân không 12 Thùng cao vị Thiết bị ngng tụ cồn tháp thô Tháp thô P = 200 mmHg Thiết bị ngng tụ Tháp aldehyt Thiết bị ngng tụ Hơi Thiết bị làm lạnh ruột gà Tháp tinh chế Thiết bị ngng tụ 10 Tháp tinh chế lại 11 Thiết bị ngng tụ 12 Bơm 114 Đề tài KC06-17CN Dựa vào mô hình cân vật chất cân nhiệt lợng đà tiến hành viết chơng trình tính cân vật chất cân nhiệt lợng ngôn ngữ lập trình Visual Basic Các kết tính toán xem bảng dới Hệ thống tháp tinh chế cồn làm việc áp suất khí Tháp Tháp thô Tháp Tháp tinh Anđêhyt tinh chế chế lại Lợng hỗn hợp vào tháp (Kg) 100 5.03 10.03 4.04 Lợng đỉnh tháp (Kg) 5.03 15.45 12.20 13.54 Lợng sản phẩm lấy (Kg) 5.03 10.03 4.04 3.87 Lợng cấp đáy tháp (Kg hơi/ Kg cồn 100 %V) 0.96 1.65 2.07 1.37 Tổng lợng (Kg hơi/ Kg cån 100 %V) 6.05 HƯ thèng th¸p tinh chÕ cồn với tháp tinh chế làm việc áp suất chân không (Ptinh chế = 200mmHg) Tháp Tháp thô Tháp Tháp tinh Anđêhyt tinh chế chế lại Lợng hỗn hợp vào tháp (Kg) 100 5.03 10.03 4.04 Lợng đỉnh tháp (Kg) 5.03 15.45 12.20 13.54 Lợng sản phẩm lấy (Kg) 5.03 10.03 4.04 3.87 Lợng cấp đáy tháp (Kg hơi/ Kg cồn 100 %V) 0.96 1.65 0.93 1.37 Tổng lợng (Kg hơi/ Kg cồn 100 %V) 3.98 HƯ thèng th¸p tinh chÕ cån víi tháp thô làm việc áp suất chân không (Ptháp thô = 200mmHg) Tháp Tháp thô Tháp Tháp tinh Anđêhyt tinh chế chế lại Lợng hỗn hợp vào tháp (Kg) 100 5.03 10.03 4.04 Lợng đỉnh tháp (Kg) 5.03 15.45 12.20 13.54 Lợng sản phẩm lấy (Kg) 5.03 10.03 4.04 3.87 Lợng cấp đáy tháp (Kg hơi/ Kg cồn 100 %V) 0.86 1.65 0.93 1.37 Tổng lợng (Kg hơi/ Kg cồn 100 %V) 3.88 115 Đề tài KC06-17CN Nhận xét: - Cho hệ thống tháp làm việc áp suất thờng (Sơ đồ a) lợng đốt tiêu tốn tính theo Kg cồn sản phẩm H = 6.05 Kg hơi/ 1Kg cån - §èi víi hƯ thèng tinh chÕ tháp tháp tinh chế làm việc áp suất chân không (P = 200 mmHg) (Sơ đồ b), lợng tiêu tốn tính theo Kg cồn sản phẩm 3.98 Kg hơi/1 Kg cồn - Đối với hệ thống tinh chế tháp tháp thô làm việc áp suất chân không (P = 200 mmHg) (Sơ đồ c), lợng tiêu tốn theo Kg cồn sản phẩm 3.88 Kg hơi/1 Kg cồn Theo sơ đồ b sơ đồ c, lợng tiêu tốn để tinh chế Kg cồn sản phẩm giảm 30 -35% 116 Đề tài KC06-17CN Nghiên cứu chuyển quy mô thiết kế tháp tinh chế cồn 117 Đề tài KC06-17CN Mô hình vật lý tháp chng luyện loại đĩa vấn đề chuyển quy mô I Mô hình vật lý tháp chng luyện loại đĩa chóp vấn đề chuyển quy mô tháp chng luyện Để tiến hành lập mô hình vật lý tháp chng luyện loại đĩa chóp dùng phơng pháp phân tích thứ nguyên đại lợng định tranh động học trình xảy đĩa khoảng không gian đĩa tháp Để tạo đợc tơng tự toàn phần mô hình đối tợng thật cần phải tạo đợc trờng tơng tự cho tợng tạo bọt lỏng theo Có nghĩa phải tạo đợc điều kiện tơng tự trình trao đổi chất qua bề mặt phân chia pha Nh để lập đợc mô hình vật lý tháp chng luyện loại đĩa cần phải tạo điều kiện tơng tự tiến hành trình tạo bề mặt tiếp xúc pha Dựa vào quan sát thực tế tháp chng luyện loại chóp làm việc nhận thấy bề mặt tiếp xúc hai pha lỏng-hơi luôn đổi chấp nhận thực tế tốc độ trình khuyếch tán bề mặt tiếp xúc pha vừa tạo thành định tổng bề mặt tiếp xúc hai pha định Điều đợc giải thích nh sau Khi hình thành phần tử lỏng phần tử đợc đa vào tiếp xúc với pha Vì phần tử trớc cha tham gia vào trình khuyếch tán nên động lực trình lớn kết tốc độ trình khuyếch tán lớn đóng vai trò định Để xây dựng mô hình chọn đại lợng F,m2/(s.Kg hơi) diện tích bề mặt tiếp xúc pha đợc tạo thành thời gian giây lợng pha dùng để đổi bề mặt Kg Nh áp dụng phơng pháp phân tích thứ nguyên phải đa đợc phơng trình chuẩn số mô tả quan hệ đại lợng F chuẩn số định việc hình thành bề mặt tiếp xúc pha tháp tháp mô hình tháp thực đồng dạng với giá trị chuẩn số cho tháp mô hình cho tháp thực Để tìm đợc kết toán cần phải xác định yếu tố có ảnh hởng định tới việc hình thành bề mặt F Từ kết thực nghiệm nhận đợc tiến hành nghiên cứu trình tách hỗn hợp rợu nớc tháp chng luyện loại chóp thấy yếu tố ảnh hởng tới bề mặt F yếu tố định chế độ chuyển động dòng khoảng không gian đĩa Các yếu tố có mặt 118 Đề tài KC06-17CN chuẩn số có chuẩn số Reynoldt nh ®iỊu kiƯn vỊ ®ång d¹ng thủ ®éng lùc häc sÏ định đồng dạng trình khuyếch tán l , đây: - tốc độ Các đại lợng có mặt chuẩn số Reynoldt Re = dòng hơi; l - độ rộng khe chóp; (hoặc -tỷ trọng khối lợng riêng hơi); à(hoặc - độ nhớt động học) - độ nhớt Ngoài bề mặt F phụ thuộc vào khả tạo bọt lỏng hồi lu nh phụ thuộc vào lợng lỏng bị theo Điều có nghià đại lợng F phụ thuộc vào khối lợng riêng lỏng L(hoặc L) vào độ nhớt lỏng àL (hoặc L) vào sức căng bề mặt , vào khoảng cách đĩa H, vào số hồi lu v vào đặc trng ổn định bọt đĩa .Đặc trng định lợng đại lợng nói chung khó xác định Vì chọn đặc trng ổn định lớp bọt tốc độ phá bọt đơn vị thời gian có đơn vị đo m3/s (keo tụ thể tích cđa bät) LËp tû sè keo tơ thĨ tÝch cđa bọt toàn bề mặt bọt (m2) đợc tốc độ dài keo tụ bọt ,m/s Đại lợng đợc chọn làm đại lợng đặc trng cho mức độ ổn định bọt đĩa Phơng trình chn sè nh− vËy cã thĨ viÕt l¹i ë d¹ng tỉng qu¸t : F=f(ReH, γL,ϕ, σ, νL, H, v) Theo phơng pháp phân tích thứ nguyên phơng trình đợc viết lại dạng: F=C ReLKlmLnHPvy Các đại lợng có thứ nguyên sau đây: {F} = m2/(S.KG); {} = m/s; {γL }= KG/m3; {σ} = KG/m {v} = 0; {H} = m {νL } = m /s; Do thứ nguyên hai vế phơng trình chuẩn số phải nên rút đợc phơng trình sau: Theo thứ nguyên chiều dài = -3k +l-m+2n+p Theo thø nguyªn thêi gian -1 = -l-n = l+n Theo thứ nguyên khối lợng -1 = k+m Chọn biến độc lập k, l, , y, biểu diễn biểu lại theo biểu trên: m = -k 1; n = – l; p = 2k + l – Phơng trình chuẩn số đợc viết lại dạng sau: F = C.ReLKl-k-1 L1-lH2k+l-1vy Hoặc dạng quan hệ cụm đại lợng không thứ nguyên (dạng chuẩn số): 119 Đề tài KC06-17CN F H L = C( γ L H k ϕH l β y ) ( ) Re v L Từ phơng trình chuẩn số viết điều kiện đồng dạng thuỷ động lực học không gian đĩa sau đây: LH H ) = idem; ( ReH = idem; ( ) = idem; v = idem; L Cho khỏi rÃnh chóp điều kiện đồng dạng có dạng ReH = idem Các phơng trình điều kiện đồng dạng cho phép đa nhận xét sau: Giả sử hỗn hợp cần tách mô hình đối tợng thực nh Khi điều kiện đồng dạng có d¹ng ( γ LH ) = idem; σ ( H ) = idem L Vì hỗn hợp cần tách mô hình đối tợng thật nh nªn ϕMH = ϕTH ; νLMH = νLTH ; LMH = LTH ; MH = TH Điều có nghĩa điều kiện đồng dạng có đợc HMH = HTH (Khoảng cách đĩa mô hình đối tợng thật phải nhau) Trong thực tế tiến hành nghiên cứu chuyển quy mô tháp chng luyện, dung dịch dùng cho mô hình cho đối tợng thật nh nên rút nguyên tắc mô hình hoá tháp chng luyện loại đĩa nh sau: Khi tiến hành mô hình hoá tháp chng luyện loại đĩa khoảng cách đĩa mô hình đối tợng thật phải Theo nguyên tắc xây dựng mô hình tháp chng luyện loại đĩa chóp phải giữ nguyên kích thớc chóp khoảng cách đĩa nh đối tợng thật mô hình nhng số chóp đĩa so với số chóp đĩa đối tợng thật Nh vậy, nghiên cứu đợc tiến hành mô hình tiết kiệm đợc kinh phí chế tạo tháp giảm đợc kinh phí vận hành hƯ thèng thiÕt bÞ thÝ nghiƯm Thùc tÕ chØ cho thấy đờng kính tháp tăng điều kiện nh hiệu suất thiết bị chuyển khối giảm Nguyên nhân dẫn tới hiệu ứng điều kiện thuỷ động tháp có đờng kính lớn so với tháp có đờng kính nhỏ Cụ thể đờng kính tháp tăng lên không đồng phân bố dòng lỏng dòng theo tiết diện đĩa tăng lên hiệu ứng gọi hiệu ứng không đồng theo hớng kính Ngoài tợng phân bố không đồng dòng theo 120 Đề tài KC06-17CN hớng kính phải kể tới hiệu ứng thành thiết bị (tại vùng lân cận thành thiết bị phân bố dòng khác phân bố dòng khu vực khác đĩa) Các tợng phân bố dòng dẫn đến hiệu suất thiết bị có đờng kính lớn nhỏ hiệu suất thiết bị có đờng kính nhỏ Các tháp chuyển khối có kết cấu nên đợc thử nghiệm tháp có đờng kính xấp xỉ đờng kính tháp công nghiệp Việc chọn kích thớc cụ thể mô hình nhỏ lần so với kích thớc thật cần phải định cho loại đĩa cụ thể II Mô hình vật lý tháp đĩa lỗ vấn đề chuyển quy mô Các kết thực nghiệm tháp chng luyện loại lỗ dùng để tách hỗn hợp rợu nớc cho thấy cho tháp đĩa lỗ đại lợng ảnh hởng định tới trình chuyển khối xảy tháp là: Tốc độ lỗ 0, m/s Khối lợng H, kg/m3 Sức căng bề mỈt cđa láng σL, N/m HiƯu sè tỷ trọng lỏng (L -H),N/m3 Khoảng cách đĩa H, m Chiều cao sục khí h,m Tỷ số bớc phân bố đờng kính lỗ =t/d Nh quan hệ bề mặt đợc tạo thành F,m2/(Kg/s) đại lợng có dạng tổng quát F = f (0, H, (L -H), (H-h), ) Dùng phơng pháp phân tích thứ nguyên đa cụm đại lợng không thứ nguyên đặc trng cho đồng dạng trình chuyển khối xảy đĩa lỗ sau ®©y: F ( H − h) (γ L − γ H ) ω0 ; ( H − h) (γ L − γ H ) σL ; t/d C¸c chuẩn số đặc trng cho đồng dạng thuỷ động lực học không gian đĩa Phơng trình chuẩn số phản ánh tốt kết thực nghiệm tách hỗn hợp rợu nớc tháp đĩa lỗ Phơng trình chuẩn số cho thấy khoảng cách (H-h) cho mô hình cho đối tợng thật phải Nh mô hình tháp chng luyện loại đĩa lỗ xây dựng phải có khoảng cách đĩa nh tháp thực để tiết kiệm kinh phí nghiên cứu giảm kích thớc theo đờng kính 121 Đề tài KC06-17CN III Nghiên cứu xác định hiệu suất đĩa tháp chng luyện loại đĩa chóp đĩa lỗ Để xác định hiệu suất đĩa tháp chng luyện đà tiến hành nghiên cứu phân bố tạp chất theo chiều cao tháp Trên sở mức độ phân tách tạp chất tiến hành xác định số đĩa lý thuyết tháp để từ xác định hiệu suất đĩa theo tạp có mặt hỗn hợp đỉnh ®¸y cđa th¸p C¸c sè liƯu thùc nghiƯm xem bảng sau Bảng số liệu tổng hợp phân bố nồng độ tạp chất dọc theo chiều cao tháp ( tháp đĩa chóp đờng kính 15mm cồn rỉ đờng) Đĩa Etylcetate 3,697 10181,971 2124,422 325,656 69,925 20,575 5,712 n-Propanol 1076,429 Isobutanol 271,459 21,185 38,392 105,755 235,825 479,412 1,439 2,884 9,012 27,709 85,895 Isoamylic 149,321 2,986 17,843 Đơn vị : mg/l MªtylÝc 315,318 205,103 94,686 31,748 Ghi chó : - Mẫu số dung dịch Đáy sau chng - Các đĩa từ đến đợc đánh số từ đĩa tháp trở xuống Từ kết xác định đợc phân bố nồng độ tạp dọc theo chiều cao tháp (Hình a) Hiệu suất đĩa loại chóp (đờng kính 15) = 0.65 Hiệu suất đĩa lỗ (đờng kính 200) = 0.45 ữ 0.55 122 Đề tài KC06-17CN Hình a Đồ thị phân bố nồng độ tạp chất theo chiều cao tháp (Tháp đĩa chóp - cồn rỉ đờng) Dựa vào phân bố tạp Propanol Mêtylíc dọc theo chiều cao tháp đà xác định đợc hiệu suất đĩa tháp =0,65 Các thí nghiệm nghiên cứu trình tách tạp chất khỏi hỗn hợp cồn H2O đà đợc tiến hành tháp đĩa lỗ có thông số sau đây: Đờng kính tháp :200mm Số đĩa thực tế : NTT=12 đĩa Đốt nóng : Gián tiếp nớc bÃo hoà Lấy mẫu : Tại đĩa tháp Phân tích mẫu đợc tiến hành phơng pháp sắc ký Các kết nhận đợc xem bảng sau: 123 Đề tài KC06-17CN Bảng số liệu tổng hợp phân bố nồng độ tạp chất dọc theo chiều cao tháp ( tháp đĩa lỗ đờng kính 200) cồn sắn Đĩa 10 11 12 13 Etylcetate 6,908 n-Propanol 11,332 1,296 1,065 5,887 Isobutanol 2,151 1,224 Isoamylic 0,858 4,399 5,278 7,344 8,963 0,775 5,795 1,811 1,872 2,408 2,609 1,132 Đơn vị : mg/l MÊtylíc 122,211 91,950 43,874 35,782 27,058 22,083 18,165 14,280 10,924 4,599 6,201 10,945 39,436 31,203 Ghi chó : - MÉu sè lµ dung dịch Đáy trớc chng - Các đĩa từ đến 11 đợc đánh số từ đĩa tháp trở xuống - Đĩa 12 tơng ứng với Mẫu cồn hồi lu - Đĩa 13 tơng ứng với Mẫu cồn đầu Từ kết đà tiến hành xác định đợc phân bố nồng độ tạp dọc theo chiều cao tháp (Hình b) mg/lit 124 Đề tài KC06-17CN Hình b Đồ thị phân bố nồng độ Mêtylíc theo chiều cao tháp Tháp đĩa lỗ-Cồn tinh bột sắn (nồng độ cồn bình chng 10%V) Hình b Các số liệu cho phép xác định đợc hiệu suất tháp đĩa lỗ đờng kính 200 : =0,47 125 Đề tài KC06 17CN Phần kết luận 126 Đề tài KC06 17CN Kết luận Đề tài: Nghiên cứu áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lợng hiệu st thu håi cån phơc vơ cho xt khÈu” ®∙ đạt đợc kết sau đây: 1.Thiết lập đợc sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn từ rỉ đờng có áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm tăng hiệu suất thu hồi cồn 4- 6% Thiết lập đợc sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn từ tinh bột sắn có áp dụng giải pháp kỹ thuật nhằm tăng hiệu suất thu hồi cồn - 6% Đà lập mô hình cân pha lỏng hệ nhiều cấu tử Trên sở mô hình lập đợc đà thiết lập đợc sở liệu dùng việc tính cân pha hệ phức tạp Đà thiết lập đợc quy trình công nghệ tinh chế cồn đạt tiêu chuẩn cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN-1052-71 tiêu chuẩn hÃng Hitachi (Nhật Bản) Đà xây dựng đợc mô hình chơng trình tính hệ thống thiết bị sản xuất cồn từ tinh bột rỉ đờng Đà lập đợc mô hình cân nhiệt lợng sở mô hình lập đợc đà đa đợc sơ đồ công nghệ sản xuất cồn tiết kiệm lợng (lợng cần cung cấp cho trình tinh chế cồn giảm 20-25%) Đà cho công bố ba báo tạp chí khoa học Các số liệu nhận đợc trình thực đề tài đợc tiếp tục cho công bố thời gian tới Theo hớng nghiên cứu đề tài đà có sinh viên ngành Quá trình Thiết bị công nghệ Hoá Thực phẩm Trờng ĐHBK Hà Nội bảo vệ luận văn tốt nghiệp đạt kết khá-giỏi (năm 2003-2004) Hiện có sinh viên (năm học 2004-2005) làm luận văn tốt nghiệp, học viên cao học nghiên cứu sinh tiếp tục nghiên cứu theo hớng đề tài đặt Đà chế tạo hệ thống thiết bị thí nghiệm lên men liên tục rợu êtylíc 127 Đề tài KC06 17CN 10, Đề tài đà tiến hành nghiên cứu áp dụng loại kết cấu tháp chng luyện Trên sở kết nhận đợc đề tài đà tiến hành thiết kế, chế tạo, lắp đặt vận hành hệ thống tinh chế cồn có suất 150 lít/ngày Hệ thống chng luyện đợc lắp đặt hệ thống khống chế tự động Loại tháp chng luyện rÊt thn tiƯn cho viƯc chÕ t¹o, cho phÐp tiÕt kiệm vật liệu cho phép tăng suất so với tháp loại khác có đờng kính Một u điểm lớn loại tháp cho phép tiến hành chng luyện áp suất chân không tạo khả hình thành sơ đồ chng luyện tiết kiệm lợng Hệ thống chng luyện đà đợc sử dụng cho sinh viên, học viên cao học nghiên cứu sinh ngành công nghệ hoá chất, công nghệ môi trờng, công nghệ thực phẩm, công nghệ vật liệu chuyên ngành tự động hoá tiến hành thực tập, tiến hành thí nghiệm, nghiên cứu thực luận văn tốt nghiệp luận án tiến sỹ 11 Trên hệ thống tinh chế cồn đà đợc chế tạo theo quy trình công nghệ đà đợc đề xuất, đề tài đà cho tiến hành tinh chế cồn sản xuất từ rỉ đờng tinh bột Cồn sản phẩm nhận đợc đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn chất lợng cồn loại I cồn chất lợng cao (kết phân tích Trung tâm Kỹ thuật tiêu chuẩn đo lờng chất lợng I, Tổng cục tiêu chuẩn đo lờng chất lợng, Bộ Khoa học Công nghệ) 128 ... sản xuất cồn từ rỉ đờng có áp dụng giải pháp kỹ thu? ??t nhằm tăng hiệu suất thu hồi cồn ữ 6% 2, Thiết lập đợc sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn từ tinh bột sắn có áp dụng giải pháp kỹ thu? ??t nhằm. .. khoa häc vµ Công nghệ) 1.Tên Đề tài: Nghiên cứu áp dụng giải pháp kỹ thu? ??t nhằm nâng cao chất lợng hiƯu st thu håi cån phơc vơ xt khÈu” M· số: KC.06-17CN Thu? ??c Chơng trình (nếu có): KC-06 3.Chủ... thiết kế tháp tinh chế cồn 326 XI Các giải pháp nâng cao chất lợng hiệu suất thu hồi cồn 335 XII Xây dựng hệ thống điều khiển tự động cho dây chuyền sản xuất cồn