intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE
 » 
 » 

Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m3/năm trong công nghệ sản xuất Bio - Ethanol từ sắn

Chia sẻ: Ho Sy Chinh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:127

Thêm vào BST
Báo xấu
405
lượt xem 87
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m3/năm trong công nghệ sản xuất Bio - Ethanol từ sắn giới thiệu tới các bạn những nội dung sau: Tổng quan về Bio - Ethanol và công nghệ sản xuất Bio - Ethanol trong công nghiệp, tổng quan về quá trình chưng luyện, tính toán công nghiệp tháp chưng luyện,... Mời các bạn cùng tham khảo để nắm bắt nội dung chi tiết của tài liệu.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m3/năm trong công nghệ sản xuất Bio - Ethanol từ sắn

  1. Đồ án tốt nghiệp Mục lục MỤC LỤC
  2. Đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn LỜI CẢM ƠN Em xin được gửi lời cảm ơn chân thành tới TS. Nguyễn Đặng Bình Thành, người đã trực tiếp hướng dẫn em hết sức tận tình, chu đáo về mặt chuyên môn, động viên em về mặt tinh thần để em hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Em xin gửi lời cảm ơn tới tất cả thầy cô giáo trong bộ môn Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa Chất, Viện Kỹ thuật Hóa học, Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình dạy dỗ, chỉ bảo em trong suốt thời gian năm năm học tập và rèn luyện tại trường. Em xin chân thành cảm ơn các anh chị phòng Kỹ Thuật cùng toàn thể Công ty Cổ phần Nhiên liệu Sinh học Miền trung đã cho phép em thực tập tại Quý Công ty, từ đó tạo tiền đề cho em có thể hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này. Sau cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội cũng như trong thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp. Hà Nội, Ngày 02 Tháng 06 Năm 2012 Sinh viên Hồ Sỹ Chính
  3. Đồ án tốt nghiệp Mở đầu MỞ ĐẦU Thế giới hiện nay đang phải đương đầu với hai cuộc khủng hoảng lớn – sự ấm lên toàn cầu và giá cả tăng cao của các loại nhiên liệu không tái tạo. Tuy nhiên, cả hai vấn đề này đều có một giải pháp thông thường – một nhiên liệu thay thế nguồn năng lượng tái tạo và hạn chế các loại khí thải gây hiện tương nóng lên toàn c ầu. Trên phương hướng đó, các nhà nghiên cứu và các nhà khoa học trên thế giới đã tìm ra một nguồn nhiêu liệu tốt hơn và thân thiện với môi trường – Ethanol sinh học. Là một trong những nguồn nhiên liệu thay thế với những lợi ích tuyệt vời của nó, đồng th ời được đánh giá là nguồn nhiên liệu tiềm năng với nhiều nước trên thế giới. Mặc dù có nhiều thuận lợi và khó khăn khi sản xuất ethanol sinh học nhưng hiện nay ethanol sinh học đã được sử dụng như là một nhiên liệu phụ ở một số nước. Trong nhiều năm qua, công nghệ sản xuất ethanol sinh học đã được phát triển, đổi mới vượt bậc, đem lại hiệu quả cao. Công nghệ được chú trọng nhất trong dây chuyền là việc chưng cất ethanol từ giấm chín sau khi lên men. Vì vậy vấn đề tính toán, thiết kế cải tiến công đoạn chưng cất cũng như toàn quá trình nói chung là điều tất yếu. Bản đồ án của em với đề tài là: “Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m 3/năm trong công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn” Trong đó gồm các phần chính sau: + Chương 1: Tổng quan về Bio─Ethanol và công nghệ sản xuất Bio─Ethanol trong công nghiệp. + Chương 2: Tổng quan về quá trình chưng luyện. + Chương 3: Tính toán công nghệ tháp chưng luyện Ethanol. + Chương 4: Tính toán kết cấu cho tháp chưng luyện Ethanol. + Chương 5: Tính toán các thiết bị phụ trợ.
  4. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO─ETHANOL TRONG CÔNG NGHIỆP 1.1. Tổng quan về Bio─Ethanol. 1.1.1. Khái niệm về Bio─Ethanol. Bio─Ethanol (ethanol sinh học) là ethanol được sản xuất từ các loại nguyên liệu thực vật chứa đường bằng phương pháp lên men vi sinh hoặc từ các loại nguyên liệu chứa tinh bột và cellulose thông qua các phản ứng trung gian thủy phân thành đường. Hiện này trên thế giới, nguyên liệu chứa đường và tinh bột được sử dụng phổ biết hơn do chi phí sản xuất thấp. Xăng sinh học là hỗn hợp được pha trộn theo tỷ lệ xác định giữa ethanol và xăng. Một số loại xăng sinh học đang được sử dụng trên thế giới như E5, E10, E85…. Ở Việt nam, chỉ mới đưa ra thị trường loại xăng E5 do Cty PV oil cung cấp [1]. 1.1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của Bio─Ethanol. Từ những năm 1973 trở về trước, Bio─Ethanol không được phát triển nhiều, vì đương thời, công nghệ Hóa dầu rất phát triển, trữ lượng xăng dầu còn lớn, nên giá thành thấp. Sau những năm 1973, cuộc khủng hoảng dầu mỏ trên toàn thế giới xảy ra [2], khiến giá thành xăng dầu lên cao, nên các nước phát triển như Mỹ, Braxin và một s ố nước châu Âu bắt đầu khởi động lại các nghiên cứu về Bio─Ethanol. Sau đó, Bio─Ethanol được phát triển mạnh, đưa vào sự dụng thực tế ở một số nước như Mỹ, Braxin, Nhật Bản… Đầu thế kỉ 21, xăng sinh học đã trở thành nhiên liệu được ưu tiên hàng đ ầu trong xây dựng chiến lược về năng lượng tại Mỹ, Tây Âu, Nhật, Braxin… Ưu điểm của xăng sinh học là xăng cháy triệt để hơn, loại bỏ phụ gia chống kích nổ chứa chì, giảm phát thải CO2 ra không khí đáng kể so với xăng thường. Nhược điểm lớn nhất của xăng sinh học là do nồng độ cao Bio─Ethanol sẽ làm hỏng các chi tiết lăng bằng cao su, nhưa trong động cơ. Những loại xăng sinh học đã được sử dụng trên thế giới [3]: + E5, E10: Bio─Ethanol pha 5%, 10% thể tích vào xăng, đ ược sử dụng thông dụng, không ảnh hưởng đến động cơ xe. + E25: Bio─Ethanol pha 25% thể tích vào xăng, động cơ xe cần phải cải tiến một số chi tiết, điề chỉnh thời gian phun nhiên liệu. Braxin là quốc gia sử dụng nhiều nhất loại xăng này. +E85: Bio─Ethanol pha 85% thể tích vào xăng, chỉ sử dụng cho các động cơ được chế tạo riêng. Tiêu biểu là dòng xe Ford focus sản xuất ở Mỹ.
  5. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol Thực tế, người ta sẽ không pha Bio─Ethanol với xăng theo tỷ lệ trung bình 40 đến 60% vì ở tỷ lệ này, xăng sau khi pha sẽ bị phân lớp rất nhanh trong quá trình l ưu trữ. Hiệu quả khi dùng xăng sinh học thay thế: + Xăng pha 5% Bio─Ethanol sẽ tiết kiêm được 5% nhiên liệu so với xăng thường. + Công suất của động được cải thiện hơn + Khi thải CO và Hidrocacbon giảm hơn 10% + Khả năng tăng tốc của đông cơ được tốt hơn. 1.2. Tổng quan về Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol. 1.2.1. Các phương pháp sản xuất Ethanol. Ethanol có thể sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau , trong đó có hai phương pháp sau là phổ biến và cơ bản nhất. + Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: Tổng hợp ethanol có nghĩa là sản xuất ethanol bằng phương pháp hoá học, trên thế giới người ta sản xuất ethanol bằng nhiều phương pháp khác nhau. Trong công nghệ tổng hợp hoá dầu ethanol được sản xuất bằng dây chuyền công nghệ hydrat hoá đối với khí etylen hoặc công nghệ cacbonyl hoá với methanol. Hydrat hoá: CH2=CH2 + H2O C2H5OH Cacbonyl: CH3OH + CO + 2 H2 C2H5OH + H2O + Công nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trong tự nhiên như: nước đường ép, ngô, sắn, mùn, gỗ... (C6H10O5)n + n H2O nC6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành 2 công đoạn là công đoạn lên men nhằm sản xuất Bio─Ethanol có nồng độ thấp và công đoạn chưng cất - làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng. Hiện nay sản xuất cồn chủ yếu và phổ biến là sản xuất theo phương pháp sinh học. 1.2.2. Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol. Nguồn nguyên liệu để sản xuất Bio─Ethanol chủ yếu từ: + Các loại nguyên liệu chứa đường: mía, củ cải đường, thốt nốt … + Các loại nguyên liệu chứa tinh bột: sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì… + Các loại nguyên liệu chứa cellulose Tuy nhiên, tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta chọn loại nguyên liệu có lợi thế nhất để sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu. Ở Việt Nam, các nguồn nguyên liệu thích hợp có thể sản xuất Bio─Ethanol là mía, sắn, gạo, ngô và rỉ đường. 1.2.3. Sự khác nhau giữa công nghệ sản xuất cồn thực phẩm và Bio─Ethanol. 1.2.3.1. Mục đích sử dụng. + Cồn thực phẩm:
  6. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol Người ta sản xuất cồn thực phẩm là để pha chế thành rượu và các loại đ ồ uống có cồn. Các loại đồ uống này được dùng trực tiếp cho con người nên trong thành phẩm của cồn thực phẩm chỉ bao gồm chủ yếu là etanol. Các loại cồn đầu, dầu fusel, andehyt, axit, este… có hại cho sức khoẻ phải càng ít càng tốt và không đ ược vượt quá ngưỡng qui định. Ngoài ra, do phải pha loãng khi pha chế, nên không bắt buộc phải sản xuất ra cồn có nồng độ rất cao. + Cồn nhiên liệu: Cồn nhiên liệu được sản xuất để dùng làm chất đốt. Khi sản xuất c ồn nhiên liệu người ta không cần phải tách bỏ cồn tạp vì bản thân chúng khi cháy cũng tạo ra năng lượng. Trái với cồn thực phẩm, cồn nhiên liệu bắt buộc phải tách nước triệt đ ể, vì nếu hàm lượng nước có trong cồn càng cao thì làm giảm hiệu quả của quá trình cháy và ảnh hưởng đến động cơ thiết bị, đồng thời khi pha cồn vào xăng sẽ dẫn đ ến sự phân tách pha. Cũng chính vì vậy mà khi sản xuất còn nhiên liệu, người ta phải chọn giải pháp công nghệ thích hợp để loại bỏ nước trong cồn, tạo ra cồn có nồng độ rất cao. 1.2.3.2. Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu. Sự khác nhau trong công nghệ sản xuất ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu chủ yếu xảy ra ở công đoạn cuối: chưng cất, tách nước [4]: Công đoạn Ethanol thực phẩm Ethanol nhiên liệu Phức tạp hơn do cần tách triệt để các chất có hại cho sức khỏe con Không cần loại bỏ cồn Chưng cất người: cồn đầu, dầu fusel, tạp adehyt… Phải tách nước nâng Tách nước Không cần phải tách nước nâng nồng độ ethanol lên nồng độ ethanol 99.8% Ngoài ra, để tránh sử dụng ethanol nhiên liệu cho các mục đích khác, cồn nhiên liệu sau khi tách nước được biến tính bằng cách thêm vào 1,96 – 5%v/v chất biến tính. Khi đó ethanol dùng làm nhiên liệu được gọi là ethanol biến tính. Chất biến tính có thể dùng là xăng không chì, naphta…. 1.3. Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột. 1.3.1. Giới thiệu về nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu ở Việt Nam. Có nhiều nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo….Thanh phân hoá hoc ̀ ̀ ̣ cua môt số nguyên liêu chứa tinh bôt được thể hiên ở bang sau. Tinh theo % trung binh: ̉ ̣ ̣ ̣ ̣ ̉ ́ ̀
  7. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol • Sắn: - Hiện nay, diện tích trồng sắn ở nước ta khoảng gần 500.000 ha và được phân bố chủ yếu ở Tây Nguyên và Đông Nam bộ. Năng suất thu hoạch sắn tại nước ta trung bình là 15-20 tấn/ha và tăng đều qua các năm.[5] - Hàm lượng tinh bột trong sắn tươi ở nước ta khoảng 25-35%. Cứ 2,3 kg sắn tươi thì có thể thu được 1kg sắn lát.[5] - Với giá cả hiện nay thì việc sử dụng sắn để sản xuất xăng sinh học là kh ả thi nhất. • Ngô: - Năng suất ngô của nước ta thấp, chỉ đạt ở mức 3.7 – 3.8 tấn/ha. Để sản xuất 1 lít Bio─Ethanol, chúng ta cần 2,4 đến 2,6 kg ngô và giá ngô hiện nay là 4.100 đồng/kg, đồng thời hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu khoảng 400 – 500 nghìn tấn ngô Chính vì vậy, việc sản xuất Bio─Ethanol từ ngô trong giai đoạn hiện nay là không khả thi vì giá ngô quá cao so với sắn lát, mặc dù hàm lượng tinh bột thấp hơn (65%) [6]. Vì vậy, nguồn nguyên liệu được chọn lựa cho công nghệ sản xuất Bio─Ethanol là sắn. 1.3.2. Giới thiệu về nguyên liệu sắn. - Về cơ ban củ săn gôm 3 phân chinh: vo, thit củ và loi (ngoai ra con có cuông và rễ ̉ ́ ̀ ̀ ́ ̉ ̣ ̃ ̀ ̀ ́ ̉ cu). - Vỏ săn gôm có 2 phân là vỏ gỗ và vỏ cui: ́ ̀ ̀ ̀ + Vỏ gỗ có tac dung bao vệ củ và chông mât nước cua cu, tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị ́ ̣ ̉ ́ ́ ̉ ̉ mât khi thu hoach và vân chuyên. ́ ̣ ̣ ̉ + Vỏ cui là môt lớp tế bao cứng phủ bên ngoai, thanh phân chủ yêu là xenluloza ̀ ̣ ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ngoai ra con có chứa polyphenol, enzim, và linamarin. ̀ ̀ + Phân thit củ có chứa nhiêu tinh bôt, protein và cac chât dâu, môt it polyphenol, ̀ ̣ ̀ ̣ ́ ́ ̀ ̣ ́ đôc tố và enzim. ̣ + Loi săn năm ở tâm củ doc suôt chiêu dai,thanh phân chủ yêu là xenluloza. Loi có ̃ ́ ̀ ̣ ́ ̀ ̀ ̀ ̀ ́ ̃ chức năng dân nước và cac chât dinh dưỡng giữa cây và củ đông thời giup thoat ̃ ́ ́ ̀ ́ ́ nước khi phơi hoăc sây săn. ̣ ́ ́ - Thanh phân săn tươi dao đông trong giới han khá lớn: tinh bôt 20 - 34%, protein 0,8 ̀ ̀ ́ ̣ ̣ ̣ ́ ́ - 1,2%, chât beo 0,3 - 0,4%, xenluloza 1 - 3,1%, chât tro 0,54%, polyphenol 0,1 - 0,3% ́ và nước 60 - 74,2% [5]. Ngoai ra trong săn con chứa môt lượng Vitamin và đôc tô. ̀ ́ ̀ ̣ ̣ ́ Vitamin trong săn thuôc nhom B. Cac Vitamin nay sẽ bị mât môt phân khi chế biên và ́ ̣ ́ ́ ̀ ́ ̣ ̀ ́ nhât là khi nâu trong san xuât rượu. ́ ́ ̉ ́ - Đôc tố trong săn có tên chung là phazeolunatin gôm 2 glucozit Linamarin và ̣ ́ ́ ̀ Lotaustralin. Cac đôc tố nay thường tâp chung ở vỏ cui. Binh thường phazeolunatin ́ ̣ ̀ ̣ ̀ ̀ ́ không đôc nhưng khi bị thuỷ phân thì cac glucozit nay sẽ giai phong axit HCN. Săn tươi ̣ ́ ̀ ̉ ́ ́ đã thai lat và phơi khô sẽ giam đang kể ham lượng glucozit gây đôc kể trên. Đăc biêt ́ ́ ̉ ́ ̀ ̣ ̣ ̣ trong san xuât rượu, khi nâu ở nhiêt độ cao đã pha loang nước nên với ham lượng it ̉ ́ ́ ̣ ̃ ̀ ́
  8. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol chưa anh hưởng đên nâm men. Hơn nữa cac muôi xyanat khi chưng cât không bay hơi ̉ ́ ́ ́ ́ ́ nên bị loai cung bã rượu [5]. ̣ ̀ - Tiêu chuẩn sắn lát sử dụng cho công nghệ [4]: + Hình dạng lát sắn: đường kính 30 – 70 mm, bề dày: 20 – 30 mm + Độ ẩm: 12 – 14 %kl + Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %kg + Protein: 1,5 – 1,8 %kg + Hàm lượng tro: 1,8 – 3,0 %kg + Lipid: 0,5 – 0,9 %kg + Độ xơ: 2,1 – 5,0 %kg + Các tạp chất khác: ≤ 3,0 %kg 1.3.3. Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol trên thế giới. Trên thế giới, hiện nay có rất nhiều nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu. Có thể kể ra một số các nhà cung cấp công nghệ sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu hàng đầu trên thế giới gồm: + Lurgi AG, Frankfurt, Đức + Technip-Coflexip, Paris, Pháp + Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ + Katzen International INC., Cincinnati, Ohio, Mỹ + Tomsa Destil. S.L, Madrid, Tây Ban Nha + Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo Ngoài các nhà cung cấp bản quyền công nghệ kể trên, trong lĩnh vực sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu còn có một số các nhà cung cấp công nghệ, thiết bị mua b ản quyền công nghệ của các hãng nêu trên rồi tự nghiên cứu phát triển công nghệ như: + Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô + Alfa Laval (India) Limited, Pune, Ấn Độ + Filli impianti, Monteriggioni, Italia + Kolon Engineering & Construction Co. Ltd., Kyunggi-Do, Hàn Quốc + Changhae Engineering Co.Ltd, Jeonju, Hàn Quốc + Rushan Risheng Machinery Manufacture Co., Ltd, Trung Quốc Trong phạm vi đồ án tốt nghiệp, em xin trình bày các mô hình, dây chuyền công nghệ của các nhà cung cấp công nghệ sau: + Vogelbusch GmbH, Vienna, Áo + Praj Industries Limited, Pune, Ấn Đô + Delta-T Corporation, Virginia, Mỹ 1.3.3.1. Công nghệ Vogelbusch. Dây chuyền công nghệ Vogelbusch, Áo [7].
  9. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol
  10. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol 1. Công đoạn nghiền. Sắn lát về đến nhà máy bằng xe tải được đổ xuống phễu tiếp nhận. Sau đó sắn được tách bỏ tạp chất kim loại rồi đến kho chứa. Từ kho chứa, sắn được làm sạch sơ bộ và cấp cho thùng chứa trung gian trước khi vào máy nghiền búa. Sản phẩm sau nghiền được phân loại bằng sàng phân loại, ở đây những sản phẩm có kích thước chưa đạt sẽ được quay về lại thùng chứa trung gian trước máy nghiền, bột sắn với kích thước đạt yêu cầu được chứa ở thùng chứa bột. Bụi sinh ra sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc đặc biệt với sự hỗ trợ của máy thổi khí. 2. Công đoạn hồ hóa – đường hóa. Bột sắn sẽ được hòa trộn với nước sạch, hơi ngưng và dịch hèm loãng sau ly tâm. Tinh bột sẽ được chuyển hóa/cắt mạch thành dextrin, đường đa bởi enzyme Alpha amylaza ở nhiệt độ, áp suất và pH thích hợp. Quá trình nấu sẽ sử dụng sự phun hơi trực tiếp. Dịch sau khi hồ hóa sẽ đ ược làm mát bởi thiết bị làm lạnh nhanh hoạt động ở điều kiện chân không. Dịch sau khi làm lạnh nhanh được cấp cho thùng đường hóa. Tại đây, một phần dịch hèm loãng sau ly tâm cũng được bổ sung, dung dịch H2SO4 điều chỉnh pH và enzyme Gluco-amylaza chuyển hóa dextrin, đường đa thành đường Glucô. 3. Công đoạn lên men. Vogelbusch sử dụng công nghệ lên men liên tục. Kết quả của việc sử dụng công nghệ như vậy sẽ giảm lao động, giảm lượng dung dịch CIP (kết quả là giảm hóa chất và chi phí), công suất lên men tăng khoảng 130% so với hệ thống lên men theo mẻ và làm tăng sản lượng ethanol. Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn lên men mà mỗi giai đoạn đó được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với nhau. Dòng dịch sẽ lần lượt chảy qua các thùng lên men và giấm chín được lấy ra ở từ bồn cuối cùng. Trong thiết kế dây chuyền này, quá trình lên men có thể thực hiện gián đoạn bằng cách đóng các van kết nối giữa các thùng lên men để cách ly các thùng với nhau. Khi đó từng thùng sẽ được nạp liệu và lấy giấm chín ra một cách độc lập (lên men gián đoạn từng thùng). 4. Công đoạn chưng cất – tách nước. Sử dụng công nghệ chưng cất đa áp suất, hệ thống chưng cất hệ thống chưng cất này sử dụng nhiệt năng tối ưu hơn và do đó giảm lượng hơi tiêu thụ. Hệ thống các tháp gồm: - Tháp cất I với khử khí một phần. - Tháp cất II. - Tháp khử Anđehyt. - Tháp cất tinh I. - Tháp cất tinh II. Các tháp hoạt động ở mức áp suất khác nhau để các tháp có thể được gia nhiệt bởi hơi đỉnh của tháp khác.
  11. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol Cồn từ khu vực chưng cất sẽ được gia nhiệt siêu tốc nhằm nâng nhiệt độ lên khoảng 115oC và hóa hơi hoàn toàn. Sau đó hơi cồn sẽ được tách nước bằng rây phân tử 3A. Sản phẩm cồn khan sẽ được đưa đi ngưng tụ, làm mát và tồn chứa. Sau một thời gian hấp phụ, tháp hấp phụ bị bão hòa và tháp được tái sinh bằng một phần dòng hơi cồn khan đi ra khỏi tháp hấp phụ. Dòng hơi cồn tái sinh có ch ứa nước sẽ quay trở lại khu vực chưng cất.
  12. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol 5. Công đoạn xử lý dịch hèm. Dịch hèm thải từ tháp chưng cất được đưa đến máy ly tâm nhằm tách bỏ các thành phần rắn lơ lửng. Dịch hèm loãng sau ly tâm, một phần sẽ hồi lưu lại quá trình công nghệ, phần còn lại được đưa đi cô đặc bốc hơi. Bã ẩm tách ra từ máy ly tâm sẽ được trộn với phần cặn đáy từ thiết bị cô đặc, sau đó được đưa đi sấy làm thức ăn gia súc. Hơi sinh ra từ thiết bị sấy, cô đặc sẽ được thu hồi và quay trở l ại quá trình công nghệ. 1.3.3.2. Công nghệ Praj. Dây chuyền công nghệ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Độ [8]. Quá trình sản xuất ethanol từ sắn lát dựa theo phương pháp chưng cất bao gồm nghiền, loại bỏ cát đá, hồ hoá, lên men, và chưng cất - tách nước. Xử lý nước thải theo phương pháp gạn lắng, xử lý bio-gas như là phương pháp xử lý cơ bản và xục khí như là phương pháp xử lý lần hai. Khu công nghệ chính có thể được chia thành 5 mục chính như sau: - Nghiền sắn và tách cát: Trong khu vực này, sắn lát được làm sạch, nghiền và hoà bột để tạo thành dịch bột sắn (slury). - Hồ hoá: Trong khu vực này, tinh bột được hồ hoá ở khoảng 115 oC với sự có mặt của enzym. - Đường hoá và lên men “HIFERM-NM”: Trong khu vực này, dịch hồ hoá đ ầu tiên được chuyển hoá thành đường, sau đó đường lên men được được lên men đồng thời bởi nấm men khô hoạt động tạo thành ethanol - Chưng cất “ECOFINE MPR”: Trong khu vực này, dịch bột sau khi lên men được chưng cất trong hai hệ thống tháp chưng cất để tạo thành ethanol ngậm nước 93%... Trong trường hợp cần tăng nồng độ lên 95% thì sử dụng hơi nhiều hơn
  13. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol - Tách bã và xử lý nước thải theo phương pháp xử lý methanol ECOMET XPD Dịch hèm được sản xuất như là một sản phẩm phụ của khu chưng cất, đ ược tách trong máy tách ly tâm để tạo thành bã ẩm và dịch hèm loãng. 1. Công đoạn hồ hóa. Bột sắn được xử lý trong khu vực xử lý sơ bộ sắn để tạo thành dịch bột. Cát cũng được loại bỏ trong giai đoạn xử lý này. Dịch bột này được sử dụng làm nguyên liệu cho công đoạn hồ hóa. Dịch bột trong khu xử lý sơ bộ sắn được hòa với dòng ra khỏi đáy tháp tinh. Dòng dịch hèm tuần hoàn và dịch bột được hòa trộn trong thùng chuẩn bị dịch. Nó được gia nhiệt đến 105oC. Dịch này được đưa vào thùng hồ hóa đầu tiên. Trong thùng hồ hóa này, dịch bột được duy trì ở 85oC. Enzym hồ hóa được thêm vào cùng với enzym giảm độ nhớt. Sau khi hồ hóa, dịch bột được làm mát và bơm đến khu vực đường hóa và lên men. 2. Công đoạn đường hoá và lên men. Men giống được chuẩn bị trong bình chuẩn bị men bởi dịch bột đã được tiệt trùng với men khô đã hoạt hóa. Nhiệt độ tối ưu được duy trì bằng cách tuần hoàn qua thiết bị làm mát bằng nước. Các thành phần của bình chuẩn bị men được chuyển đến thùng lên men sơ bộ. Thùng lên men sơ bộ được làm đầy dịch bột và nạp các chất của thùng nhân men. Mục đích của việc lên men sơ bộ có sục khí (aerated) cho phép các tế bào nấm men phát triển nhiều hơn và giảm sự nhiễm khuẩn của thùng nhân men. Khi các chất trong thùng lên men sơ bộ được chuyển đến thùng nhân men chính, nồng độ của nấm men đã đủ cao về căn bản có thể giảm được thời gian trễ liên quan đến sự phát triển của nấm men trong quá trình lên men. Enzym đường hóa được thêm vào trong thùng lên men. Chúng sẽ chuyển hóa tinh bột thành đường. Ở đây cơ bản là sự chuyển hóa của dextrin thành dextroza. Mục đích của quá trình lên men là chuyển các chất có thể lên men được thành cồn. pH của dịch bột được điều chỉnh cơ bản là nhờ dịch hèm tuần hoàn (cũng là để cung cấp chất dinh dưỡng) hoặc là thêm axit vào. Nấm men có hiệu lực trong một lượng vừa đủ để khởi đầu quá trình lên men nhanh và kết thúc nó trong vòng 60 giờ. Tại giai đoạn đầu của chu kỳ, thùng lên men được nạp liệu với dịch bột và các chất của thùng lên men sơ bộ. Lên men là quá trình sinh nhiệt. Nhiệt sinh ra được loại bỏ bằng cách tuần hoàn làm mát trong thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài. Bơm tuần hoàn cũng được cung cấp để bơm dịch đã lên men (giấm chín) đến thùng giấm chín. Sau đó thùng lên men được làm sạch với nước và dung dịch xút, và khử trùng cho mẻ tiếp theo. 3. Công đoạn rửa CO2. CO2 rút ra trong suốt quá trình lên men sẽ kéo theo một lượng ethanol. CO 2 này được đưa vào thiết bị rửa CO2 bằng nước và loại bỏ lượng ethanol bị kéo theo. 4. Công đoạn chưng cất. “ECOFINE MPR” là sơ đồ công nghệ đa áp suất với hai tháp chưng cất. Các tháp này bao gồm các dòng: - Tháp thô kết hợp tách khí ở đỉnh tháp: vận hành ở chân không
  14. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol - Tháp tinh: vận hành ở áp suất dư Dịch sau khi lên men được gia nhiệt trong thiết bị gia nhiệt sơ bộ và đưa vào đỉnh của tháp tách khí ở đỉnh của tháp thô. Một khu vực nhỏ được cung cấp ở đỉnh của tháp thô gọi là tháp tách khí. Dấm chín được đưa vào tháp này và dòng đi xuống tháp thô. Hơi ở đỉnh tháp thô chứa ethanol được chuyển đến tháp tinh sau khi ngưng tụ. Một phần nhỏ của dòng hơi này được nạp vào tháp tách khí. Trong tháp tách khí các khí hòa tan cùng với một số tạp chất được tách ra ở đỉnh của tháp. Hơi này được ngưng tụ trong thiết bị ngưng tụ của tháp tách khí và thành phần ngưng tụ được đưa đến khu vực thấp hơn của tháp tinh để thu hồi ethanol. Phần còn lại của dấm chín tách ra khỏi dòng ethanol đi xuống dưới tháp thô và lấy ra như dòng nước thải từ đáy của tháp thô. Tháp thô vận hành ở chân không đảm bảo nhiệt độ vận hành thấp. Ở nhiệt độ thấp, độ hòa tan của muối canxi cao hơn nên chúng không kết tủa trong tháp. Vì vậy tháp thô ít đóng cặn hơn. Tháp tinh được vận hành ở áp suất tăng. Hơi được đưa vào thiết bị đun sôi đáy tháp, được cung cấp ở đáy tháp. Cồn được làm giàu đi ra ở đỉnh và có nồng độ khoảng 95% v/v. Cồn sau tinh chế đi ra khỏi tháp và được đưa đi lưu trữ. Dòng dầu fusel từ tháp tinh được đưa đến thiết bị tách dầu fusel, nơi mà dòng này được hoà tan với nước và lớp giàu dầu fusel được tách ra. Nước r ửa dầu fusel được tuần hoàn trở lại tháp. Dòng nước tách ra từ đáy tháp thô một phần được tuần hoàn lại khu vực lên men như là nước hoà tan và phần còn lại được đưa đến phân xưởng xử lý nước thải.
  15. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol 5. Công đoạn tách nước. Quá trình tạo thành cồn tinh chế thông qua lớp hút ẩm. Hai tháp hút ẩm đ ược cung cấp để cho phép vận hành liên tục: một tháp thực hiện quá trình hấp ph ụ trong khi tháp kia tiến hành tái sinh. Nguyên liệu là hơi quá nhiệt của tháp tinh, được gia nhiệt siêu tốc để đảm bảo nhiệt độ vận hành, và tuần hoàn đến tháp rây phân tử 1 được giả định là đang trong giai đoạn tách nước. Sau khi đi qua thiết bị làm khô, hơi được ngưng tụ, làm mát và đưa đến bể chứa sản phẩm. Một phần nhỏ của hơi sản phẩm được đưa đến tháp 2 đang trong giai đoạn tái sinh, ở áp suất chân không, để tiến hành tái sinh. Giai đoạn tái sinh hút hơi nước từ các mao quản của rây phân tử, giúp cho tháp 2 sẵn sàng cho chu kỳ kế tiếp. Nồng độ dòng hơi thu hồi thấp, được ngưng t ụ và tuần hoàn trở lại tháp tinh. 6. Công đoạn ly tâm tách bã. Quá trình tách được thực hiện bởi máy tách ly tâm liên tục đ ể tách bã ẩm. Dòng chất lỏng là dịch hèm loãng từ thiết bị tách được đưa qua phân huỷ kỵ khí, theo sau là phân huỷ hiếu khí. 1.3.3.3. Công nghệ Applied Process Technology International - APTI (Delta-T). Đây là bản quyền công nghệ sản xuất Bio Ethanol nhiên liệu được áp dụng đối với Nhà máy sản xuất Bio─Ethanol nhiên liệu Miền Trung. Công nghệ này sẽ được trình bày chi tiết ở phần tiếp theo.
  16. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol 1.3.4. Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol hiện tại ở Việt nam. 1.3.4.1. Sơ đồ khối công nghệ sản xuất ethanol Dây chuyền công nghệ của Applied Process Technology International - APTI (Delta-T) [4]. Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol với nguyên liệu là sắn lát (cassava chips), sắn lát được đưa đến khu vực nghiền, chuẩn bị dịch và tách cát, ở đây sẽ tạo thành dung dịch bột đồng nhất (cassava slurry). Tinh bột trong dung dịch bột được chuyển hóa thành đường có khả năng lên men dựa trên hoạt động của các enzyme (công đoạn hồ hóa và nấu) và sau đó đường được chuyển hóa thành Ethanol và CO2 bởi hoạt động của men (công đoạn lên men). Khí CO2 thô sẽ được rửa sơ bộ bằng nước để tách lượng cồn bị cuốn theo, sau đó CO2 được đưa đến phân xưởng thu hồi và hóa lỏng CO2. Dịch sau lên men (giấm chín) có nồng độ Ethanol thấp (9 ÷ 14%v/v), cần phải loại bỏ tối đa lượng nước bằng phương pháp chưng cất, tinh luyện. Tuy nhiên do hiện tượng điểm đẳng phí của hỗn hợp Ethanol và nước nên sau công đoạn chưng cất Bio─Ethanol thu được chỉ đạt nồng độ 95-96 %v/v. Để sử dụng làm nhiên liệu, Bio─Ethanol tiếp tục được đưa qua công đoạn tách nước để đạt nồng độ tối thiểu 99,8 %v/v. Dịch hèm thải ra từ đáy của hai tháp chưng cất thô được đưa đến Decanter (máy ly tâm) để tách các thành phần rắn có trong dịch hèm. Các bước xử lý ti ếp theo là sấy bã và xử lý nước thải có thu hồi Methane. Hiệu suất của các công đoạn chính: - Hiệu suất lên men: 94%
  17. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol - Hiệu suất chưng cất: 99% - Hiệu suất tách nước: 99,5% - Hiệu suất tổng của nhà sản xuất chính (từ hồ hóa đến tách nước): 90,7% 1.3.4.2. Sơ đồ dòng của khu vực chuẩn bị dịch và tách cát. Bột sắn sau nghiền được hòa trộn cùng với dòng dịch từ thùng TK-1101 gồm nước công nghệ, dịch hèm loãng và dòng dịch Grits hồi lưu từ đỉnh hệ thống cyclone cấp 2 của hệ thống cyclone tách cát. Dịch bột sau đó được đưa đến thùng TK-1102. Cả 2 thùng TK-1101 và TK-1102 đều được trang bị cánh khuấy. Dịch bột từ thùng TK-1102 được gia nhiệt lên 40 - 50OC bằng dòng nước ngưng công nghệ tại E-1102 để tránh tinh bột lơ lửng trong nước. Sau đó được dẫn qua thiết bị đồng nhất và đến hệ thống cyclone 3 cấp tách cát triệt để.
  18. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol 1.3.4.3. Sơ đồ dòng của khu vực hồ hóa và nấu Dịch bột từ cụm công nghệ chuẩn bị dịch và tách cát tiếp tục được hòa trộn với nước ngưng công nghệ tại thùng hòa trộn dịch TK-2101. Thùng này được duy trì ở nhiệt độ khoảng 82oC. Thời gian lưu của dịch trong thùng là 30 phút. Enzyme Alpha-amylaza được đưa vào nhằm bẻ gãy tinh bột thành đường có khả năng lên men. NH3 được thêm vào để điều chỉnh pH, đồng thời cung cấp dinh dưỡng cho men. Một phần dịch hèm loãng có thể được bổ sung vào thùng hòa trộn. Dịch sau hòa trộn được bơm đến thùng hồ hóa TK-2201. Thời gian lưu của dịch ở thùng hồ hóa là 120 phút để đủ thời gian cho enzyme Alpha-amylaza tiếp tục bẻ gãy những chuỗi tinh bột thành đường đơn. Sau đó dịch được gia nhiệt bằng hơi tại thiết bị trao đổi nhiệt nhằm chuyển hóa tinh bột triệt để và tiệt trùng dòng dịch. Hệ thống gồm 3 nồi nấu dạng ống được cung cấp nhằm tạo thời gian lưu cần thiết (15 phút) để tiệt trùng. Sau khi nấu, dịch được làm lạnh 2 cấp bằng giấm chín và nước làm mát đến nhiệt độ 32OC và cung cấp cho khu vực lên men. Dung dịch H2SO4 được bổ sung tại đầu ra của thùng hồ hóa nhằm giảm pH xuống thích hợp cho quá trình nhân men. Dòng dịch hèm loãng cũng có th ể b ổ sung vào vị trí này để giảm pH, điều này sẽ làm giảm lượng H 2SO4 tiêu thụ nhưng sẽ làm tăng thành phần chất rắn trong dịch. Trong thời gian dài dừng nhà máy, thùng hòa trộn, thùng hồ hóa và các đường ống liên quan sẽ được vệ sinh làm sạch bằng hệ thống CIP. 1.3.4.4. Sơ đồ dòng của khu vực nhân men giống và lên men. Hệ thống lên men gồm 6 thùng, trong đó thùng đầu tiên là thùng nhân giống, 4 thùng lên men cùng kích thước và thùng chứa giấm chín. Nhà máy sử dụng quá trình lên men theo mẻ để chuyển hóa đường có khả năng lên men thành Ethanol và CO 2 dựa trên hoạt động của men.
  19. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol Quá trình nhân men giống diễn ra ở thùng nhân men TK-3102. Thùng nhân men được trang bị cánh khuấy và được làm lạnh bên ngoài bằng bơm tuần hoàn và thiết bị làm lạnh. Quá trình nhân men theo mẻ và toàn bộ mẻ nhân men sẽ được cấp cho thùng lên men khi hoạt động của men đạt được điểm tối ưu (được quyết định bởi nhân viên phân tích), bình thường thời gian lưu dịch trong thùng nhân men là 12h/mẻ. Sau mỗi mẻ, thùng nhân men, thiết bị làm lạnh và các đường ống liên quan được vệ sinh làm sạch bằng hệ thống CIP để ngăn ngừa nhiễm khuẩn. Quá trình lên men theo mẻ với hiệu suất 94% và thời gian lưu 48h/mẻ. Quá trình lên men sinh nhiệt nên phải tuần hoàn dịch đang lên men qua thiết bị làm mát bên ngoài để duy trì nhiệt độ thùng lên men ở khoảng 32OC. Sau khi đạt đủ thời gian lên men, giấm chín được bơm đến thùng chứa giấm chín. Thể tích thùng chứa giấm chín bằng 1,3 lần thể tích thùng lên men. Tại đây giấm chín sẽ được cung cấp liên tục cho khu vực chưng cất. Để thu hồi năng lượng, giấm chín trước khi đến khu vực chưng cấp sẽ được gia nhiệt sơ bộ ở 1 trong 2 thiết bị trao đổi nhiệt mà tác nhân gia nhiệt là dịch sau nấu. Khí CO2 thô sẽ được rửa sơ bộ bằng nước để tách lượng cồn bị cuốn theo, sau đó CO2 được đưa đến phẩn xưởng thu hồi và hóa lòng CO2. Khí CO2 sinh ra có thể tạo bọt trong thùng lên men, do đó mỗi thùng lên men được trang bị các đầu phun chất chống tạo bọt khi cần.
  20. Đồ án tốt nghiệp Chương 1: Tổng quan về Bio-Ethanol Các thùng lên men và đường ống lên quan, các thiết bị trao đổi nhiệt đều được kết nối với hệ thống CIP để làm sạch và tiệt trùng. Hệ thống lên men đ ược trang b ị với đường ống và điều khiển cho phép làm vệ sinh hay bảo trì bất kỳ thùng lên men nào cũng không ảnh hưởng đến việc cung cấp giấm chín liên tục. 1.3.4.5. Sơ đồ dòng của khu vực chưng cất. Chưng cất là quá trình làm bay hơi ethanol có trong giấm chín và cô đặc nó đến nồng độ xấp xỉ 95 %v. Ethanol trong giấm chín được tách ra khỏi dịch hèm sử dụng hệ thống với 3 tháp chưng cất. Ba tháp chưng là tháp thô 1, 2 và tháp tinh. Hệ thống chưng cất gồm ba tháp, nó sẽ bao gồm hai tháp chưng cất thô và một tháp chưng cất tinh. Tháp chưng cất thô 1 vận hành ở áp suất khí quyển. Tháp chưng cất thô 2 vận hành ở áp suất chân không và tháp tinh vận hành ở áp suất xấp xỉ là 3,4 bar. Giấm chín được chia ra và đưa đến đỉnh của mỗi tháp chưng cất thô với tỷ lệ như nhau. Sau khi gia nhiệt, giấm chín đi vào tháp thô 1 có nhiệt độ sấp xỉ là 88 oC (190 oF), và đi vào tháp thô 2 với nhiệt độ sấp xỉ là 77 oC (170 0F). Sản phẩm đáy của tháp thô, hay gọi là dịch hèm, được đưa đi xử lý. Hơi ethanol từ đỉnh của các tháp thô được ngưng tụ và bơm đến tháp tinh. Tại đây nó được cô đặc, tăng nồng độ lên 95%. Ethanol ra khỏi tháp tinh được đưa sang hệ thống tách nước. Dòng ra khỏi đáy tháp tinh chủ yếu là nước cùng với lượng nhỏ ethanol và các chất hữu cơ dễ bay hơi được quay lại quá trình công nghệ. Hệ thống chưng cất được tính toán để hiệu suất sử dụng năng lượng là lớn nhất. Phần cất của đỉnh tháp tinh được sử dụng để cung cấp nhiệt cho các tháp thô. Hơi ngưng tụ được tuần hoàn lại tháp tinh làm dòng hồi lưu đỉnh. Độ axit của sản
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí
65 tài liệu
2431 lượt tải
THÔNG TIN
TRỢ GIÚP
HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG
Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2