Tóm tắt luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Tối ưu hóa hệ thống tách hỗn hợp nhiều cấu tử Etanol - nước và các tạp chất nhận được bằng phương pháp lên men

Luận án với mục tiêu xây dựng và kiểm chứng mô hình tổng quát của tháp chưng luyện dùng để tách hỗn hợp nhiều cấu tử; ứng dụng mô hình để nghiên cứu các hành vi của các cấu tử trong tháp chưng luyện hỗn hợp nhiều cấu tử; xác định chế độ tách hợp lý của các cấu tử; phân tích và tổng hợp lộ trình tách hỗn hợp lỏng nhiều cấu tử. Mời các bạn cùng tham khảo luận án để nắm chi tiết nội dung nghiên cứu.

i - 2010

Hà N

T THU K

N S

N ÁN TI

T LUTÓM T

: 62.52.77.01

Mã s

c Hoá h Công ngh

t bChuyên ngành: Quá trình và Thi

U HOÁ H

I

Mai Duyên Cao Th

t Nam

c gia Vi

n Qu vi

Th

i:

n án t

o lu tham kh

Có th

m 2010 ngày tháng n

n ThPGS TS Nguy

ngh

Hoá và TP – Khoa Công Công ngh

t b môn Quá trình - Thi

i:

c hoàn thành tCông trình

B

h

p các l

ng h phân tích và t

nh ch xác

u t

m kinh phí phân tách, gi

u hoá quá trình phân tách h

c l

a ra

c

n, nên vi trình tách l

l

+ S

t

i nhi trao

u t

m n c g

p, cho h

c t ph

ng phí

p

n h

o các h t

u t các c

t + Khó tách tri

u t

u c

p nhi

n h tách h

a các quá trình lên men, các ch

p c

n h, các h

u t

u c

ch nhi dung d

p các h

ng g

t th

n xu s

p s

ng h

t

n l

i Công ty c

n t c tinh ch

m tra s tính toán ki

n l

m 6 tháp tinh ch g

n dùng

c phân tích s

u ch

n và nghiên c

luy

ng trong tháp ch

a chúng theo hành vi c

t s

a m c

ng n

và phân b

t nhi

a etanol, phân b

ng n

a mô hình theo phân b

p c phù h

ng s

m ch Ki

u t

u c

ch nhi dung d

u t

và các c

c etanol - n

a h c

u các h

i

n hành t ti

u t

n hình và các

t r

u t

và các c

c etanol - n h

ng các quá trình lên men, nh

c t

p trong th

ng g th

1.1 H

NG QUAN

NG 1 - TCH

i t

ng h n

a các h

i các mô hình c bài toán khi gi

u t

c và các c

ch etanol - n dung d

các h

ng nh

t c

p ch t

p các h

ng h phân tích và t

sáng k

p các h

ng h phân tích và t

t qu

n Các k

ng luy trong tháp ch

u t

a các c

o sát hành vi kh

t các áp su

ng ch

ng l, tiêu hao n

trình tinh ch

u Trong quá

i tiêu t

n làm ch

a ch

c l

ã m)

n ph s

ng nh tách c

t b

ng thi th cho h

u hoá quá trình phân tách h

ng các l l

n 119 [23] Nh trình tách lên

l, s

u t

m 3 c

ch g dung d

i h

i v trình tách khác nhau

u

n theo nhi

c hi th

n có th

ng luy

ng ch b

i s ph

t b

ng thi l

u t

m n c

ch g dung d tách các h

có kh

c cao Trong h

u bnhóm este, nhóm các axit và nhóm các r

ehyt, sau: nhóm an

u t

u là các nhóm c y

m ch [3] và g

u t

n 50 c

ng

m kho bao g

ch này có th dung d

@N0 $70 " ,- 0 *$ $ O $ P' $70 "

B

A :

t ho s

ng pha UNIFAC, hTheo mô hình cân b

/ 0 1

.5 @

$ / $ 4 1 ?4 5 6)0:; ,< $ = > = + % $1 23 4 ' $&' $%

p mô hình

pháp l

ng

ng ph b

u t

u c

ch nhi dung d

o b t

u t

u c

ch nhi dung d

a h

i cng-h

=

k

i k k

i k R

i

i i i

i i i

i C

x l q

Z x

φ φ

θ φ

UJ-

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

1,0 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0,0

y

yM H

% Sai s

2 3 0,476 0,017 0,507 0,567 0,116 0,317 0,55 0,13 0,3

2 0,689 0,06 0,251 0,491 0,345 0,164 0,5 0,35 0,15

1 0,613 0,074 0,313 0,426 0,424 0,15 0,43 0,42 0,15

7 3 0,509 0,039 0,452 0,477 0,216 0,307 0,49 0,24 0,2

0,412 0,03 0,558 0,47 0,27 0,26 0,45 0,26 0,29 4

7 0,477 0,27 0,253 0,226 0,693 0,081 0,21 0,71 0,09

2 0,176 0,013 0,811 0,306 0,38 0,314 0,3 0,39 0,31

2 0,307 0,023 0,67 0,387 0,388 0,225 0,38 0,39 0,22

1 0,447 0,368 0,185 0,203 0,733 0,064 0,2 0,74 0,06

3 0,507 0,32 0,173 0,217 0,702 0,081 0,21 0,71 0,08

0,53 7 4,09 0,115 0,004 0,881 0,336 0,111 0,553 0,36 0,11

9 6 0,546 0,028 0,426 0,597 0,124 0,279 0,56 0,16 0,2

2 0,833 0,027 0,14 0,737 0,122 0,141 0,75 0,12 0,13

2 0,822 0,04 0,138 0,696 0,178 0,126 0,71 0,18 0,11

8 0 0,778 0,084 0,138 0,592 0,337 0,071 0,59 0,33 0,0

2 0,56 0,062 0,378 0,482 0,311 0,207 0,49 0,28 0,23

0 0,698 0,063 0,239 0,57 0,245 0,185 0,57 0,26 0,17

4 1 0,721 0,074 0,205 0,575 0,272 0,153 0,57 0,29 0,1

4 0,664 0,087 0,249 0,48 0,306 0,214 0,5 0,33 0,17

3 0,521 0,009 0,47 0,63 0,032 0,338 0,61 0,05 0,34

1 0,476 0,01 0,514 0,574 0,054 0,372 0,58 0,06 0,36

4 4 0,517 0,069 0,414 0,431 0,338 0,231 0,45 0,31 0,2

1 0,642 0,13 0,228 0,427 0,386 0,187 0,43 0,42 0,15

1 4 0,581 0,015 0,404 0,645 0,063 0,292 0,62 0,07 0,3

(%) Sai s

m v

c nghi

u th li

t qu

a các k

t gi

n nh l

y cao (sai s tin c

o sát kh

0.10

.1

i

u Hà N

n - r

n c ph

i và Công ty cHBK Hà N

ng

có n

u t các c

m công ngh

i phòng thí nghi, t

ch dùng dung d

ng ph

tr

i s

ng trình MESH ph

ng ph

p, h

ng h các tr

a s

i

ng trình MESH Trong ph

i là h

c

ng trình trên ph

ng trình H

m N(2k+3) ph bao g

i,j

, y, p = f(t

G,j ) h G,j + S

- (G L,j ) h L,j + S

- (L F,j h + F G,j+1 h j+1 + G L,j-1

i:

pha h

ng và trong pha l

u t

a các c

n mol c ph

i,j

= f(t

i,j

i K = 0 v

i và các thông s

ng và pha h trong pha l

u t các c

ng

n

, phân

t nhi

t phân b cho bi

t s

c lý thuy

ng b tính toán trên t

y

1

t là 5,5%

nh

n l

y phân bcác hình 2-8, 2-9, 2-11 và 2-12, cho th

n trên hi

c th

m và tính toán theo mô hình

c nghi th

a các

ng cách gi, kho

c , làm vi

c t

a th-

Tháp dùng n

ng luy

a tháp ch c

u t c

t s

a m c

ng , n

t etanol, nhi

theo

t nhiHình 2-9 Phân bcao tháp

u etanol theo chi

ng nHình 2-8 Phân b

ethyl acetat theo MH

y cao S tin c

hình MESH có

p mô l

ng d

c s

y mô hình UNIFAC

ng cho th trên c

t qu

Các k

u cao tháptheo chi

etyl axetat

ng nHình 2-12 Phân b

u cao tháptheo chi

iso propanol

ng nHình 2-11 Phân b

t metanol, n-propanol, isobutanol, iso amyl

p ch

a các t c

u trên các

y m tích L10% và 70% th

TT

N

c t

a th-

cho h

p ch

a các t c

ng n3.1.1.2.1 Phân b

n trong quá trình tinh ch

ng n3.1.1.2 Phân b

ng

t và r tinh b

m cho hai h

c nghi

ng th b

a h c

u t

a các c

u hành vi Nghiên c

u t

i các nhóm c

u phân lo3.1 Nghiên c

U NGHIÊN C

19.079

72.093 28.04

X F

u t

a các c c

ng n

n phân b

u di bi th Hình 3-3 Các

ng n

ng n

n phân b

u di

t qu

t Các k

thuy

a lý -

ã s trên

u t

a các c

u hành vi c nghiên c

u fusel)

p

n hcohol (h n-propanol, iso-propanol, iso-butanol, iso amyl an

áy tháp

p trung này luôn t

u t này C

ng

y n

u cho th Các nghiên c

nh tháp

$ trên

p trung luôn t

trong quá trình tinh ch

a trí c

u vào v

c không nhi thu

u và vào ch

p

n hetanol trong h

ng

c vào n thu

trên ph

u t

a các c

y hành vi c cho th

-5

ehyt axetic: 5.10, an

trong h

u t c

t s

a m

hành vi c

u nghiên c

u t

a các hành vi c

a etanol Ví d

c

ng

c vào thu

ng n

n phân b

u di bi th Hình 3-4

ng (hình 3-16)

trên xu

28 tính t

a th-

ng etanol và n

ng

a n

u vào c

c nhi thu

-3

x 10 6

(d)

=0.05 X F

=0.1 X F

=0.3 X F

=0.2 X F

=0.05

=0.1 X F

=0.2 X F

=0.3 X F

=0.05 X F

R = 25(hình 3-19, 3-20, 3-21, 3-22)

p lý là

u h

i l h s

y ch

u cho th

i l h s

ng

a n

ng c

nh hHình 3-16

=0.2 X F

u fusel butanol trong d

a c

iso-ng n

u fusel n-propanol trong

ng n

i phân b

u t

i h s

a ch

ng c

nh hHình 3-19

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90

0.035 0.03 0.025 0.02 0.015 0.01 0.005 0

u fuselancohol trong d

iso amyl

ng n

i phân b

u t

i h s

a ch

ng c

nh hHình 3-22

u (hình nghiên c

t qu

K

!'

0 0.005 0.01 0.015

ng n

n

ng luy

ch

n hành ti

26, 3-27) Nh

nh (hình

3-$

n trên etanol l

n mol, chph

ng

i n

u Fusel t

y d trí l

-4

x 10 14

i t

u T

p

n htrong h

etanol

ng

nh tháp và nmetanol

ng

a n giHình 3-27 Quan h khác nhau

Fetanol

x

ng , các n

t

x

a

y dòng fusel trí l

V

áy tháp (hình 3-27b)

i

nh và d

$ trên

n c

hi

t xu metanol có th

a, 11 -

m 83

tháp g

n mol, = 0,12 ph

metanol

p

n h etanol trong h

ng theo n

p trung t

a nhóm này có th c

n h

i nh này l

u t

a các c

i c bay h,

etanol nh

ng

a etanol Khi

i c bay h

n

a nhóm này cao h c

ng

i theo n

i thay bay h

nhóm này s

a c

u t

y, các c

a etanol Vì v

i c bay h

n

n h

i l này l

u t

a các c

i c

bay ,

n

h

này nh

a nhóm c

u t

a các c

i c bay h etanol cao,

ng etanol Khi n

ng

c vào thu

a nhóm này ph c

u t

a các c

i c bay h

u t

a etanol Các c c

n h

ng xuyên nh

i th bay h

có i:

u t

a etanol Các c c

i h

n so v

n h

i K l bay h s

có hu:

u t

i các c phân lo

t, có th

p ch

và t

c etanol - n trong h

u t

a các c hành vi c

u v nghiên c

ng nHình 3-27b Phân b

&

! i

i (hình 3-33)

u Hà

n r

n c ph

i Công ty C

ng t d

c sang tinh ch

ây là s

m 3 tháp g

s tách c3.3.1 Phân tích s

t ch xu

trong h

u t

i các c

ó phân lo, t

u t

u c

p nhi

n h tách h

c s

a ra

c này, Theo nguyên t

nhau Có th

ng t

có hành vi t

u ttheo các nhóm các c

ng tinh ch th

c trong h tách

ng

a, -

y ra

u fusel l

5, dòng d

a th-

ng

u R=3,5 N

i l h s

a Ch- Tháp có 40-50 i:

n mol Ch 0,2 – 0,25 ph

etanol vào tháp t

ng

a 12 -15 N-

u

p li

a, c-

m 25-30 Tháp g

u t

ng nhóm c tách t

t ch xu

u v nghiên c

u t

a các c c

ng n

nh phân b xác

2 pent anol gly x er ol

et yl ax et at iso amy l anc ohol

ng nHình 3-38 Phân b trong tháp COL2

u t

a các c

ng nHình 3-37 Phân b

p

i tách ti

a

c FUSEL s

n, dòng l

p các

ng h t

chính

u t

a các c c

ng nHình 3-40 Phân b

HS3

REC

P1ST D3

B3 FU

COL2

COL3 P1

m etanol tinh ch

n ph + P1ST: S

m chín)

u (d + F: Nguyên li

phân l

t b + DEC: Thi + COL3: Tháp tinh ch

ehyt + COL2: Tháp an + COL1: Tháp thô

p

p

u v các yêu c

y

ng

áp

6 tháp này S

HS3

REC

P1ST D3

P2RD COL1

COL2

COL3 P1

22

P6 FUSEL

HX2

39 40

áp

c

m 6 tháp , làm vi g

tinh ch Hình 3-44 S

u fusel

u (d + F: Nguyên li + COL3: Tháp tinh ch

i dòng nhi

t n tách có k

p s

ng h

c t3.4.1 Nguyên t

p các s

ng h

u t nghiên c

n l

a h

i mô hình c gi

ng b tinh ch

i các tháp trong s

t n k

các tháp

a

c c làm vi

i 47-55 và fusel t

a -

ng n

t qu3-53, 3-56, 3-57, 3-60 Các k

n trên các hình 3-50, hi

c th tính toán

t qukhác nhau (hình 3-46) Các k

t các áp su

c này làm vi

a sCác tháp c

m tra s3.4.2.2 Tính toán ki

n l

i h

t toán gi

a thu

i c kh Hình 3-45 S

u công ngh

theo yêu s

i t h

(S – S m 3

t qu K

`

F2

B2 P2

Q4

9 Q

a Công ty c c

5 tháp theo s tinh ch

i

y dòng n propanol t

c l

y vi(hình 3-56, 3-57) cho th

T557 n-propanol, iso amyl ancohol trong tháp tinh ch

t qu

tháp K

nh

$ trên

u an

t

p ch Trong tháp pha loãng T552, các t

hình

etyl axetat trong tháp pha loãng T552 theo mô

ehyt axetic, an

ng n Hình 3-53 Phân b T533 theo mô hình

ng nâng cao n

butanol, iso amyl ancohol, n-propanol trong tháp

n-butanol, iso

ng n Hình 3-50 Phân b

p lý

nh tháp là h

$metanol tách ra

n xét trên, s các nh

C T

c nóng 90 sung dòng n

m Tháp COL4 nên

c ph

n th

a c

a Tháp an-

n trên các óng c

t s

u su

i hi tách v s

u t

u c

p nhi

n h tách h

c t

c th làm vi

y ch tính toán theo mô hình cho th

ng 3-31 Các thông s

t cho các tháp COL4 và COL3

i nhi

t n kch$

1 D2

P4 COL3

2B2

COL4 D4

SP DEC

21

HTX1

19

22 23

P2 25

10

26 Q

30 Q

32 Q

HTX3 33

SPL3 34 35 Q SPL2

36

37

9 Q

41

42 Q

40 50

ng án 2 COL1 COL2 COL3 COL4 COL5 COL6 Ph

ng án 2

n trong ph

ã ch

c làm vi

t hình 3-67 theo các áp su

a các tháp trong s

c c làm vi

c

6 tháp làm viHình 3-66 S

áy tháp COL1,

t cho

p nhi dùng c ch

u nghiên c

u t

c và các c etanol - n

a h c

u t

c và các c etanol - n

t qu Các k

u t

n c b

ng và các h

có hai pha l

t khác nhau, các các áp su

u t, ba c

u t

ch hai c dung d

m tra theo các s

c ki

ã Mô hình này

u t

u c

hai và nhi

i UNIFAC cho ng-h

"

h

%h

u Hà Nn-r

n c ph

ng tinh ch th

c

ng nguyên t d

t

n là m l

o sát các h trong kh

a công ty c

n c

t c

n xu s phân tích s

n l

a h

t c

ng su n

m ph

n ph

y s l

u vtháp Khi có các yêu c

m 3

n g b tách c

t này là m

t qu theo nhóm K

n sáng ch

c quy

ng 2007 B

c Kiên

$

n Mai Duyên, Nguy

ng n

c k

i h

ng Các tr

c & Công ngh

p chí Khoa h

n T ctrong tháp tinh ch

methanol

ng n

c & Công nghchí Khoa h

i ngh

u h y

ng n

Cao Th

2

46+47

t S thu

c k

i h

ng Các tr

i h

ng - h

ng pha l 2004 Mô hình cân b