Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 50000 m3/năm trong công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ sắn

Đồ án tốt nghiệp Mục lục

MỤC LỤC

MỤC LỤC........................................................................................................................1

DANH MỤC CÁC BẢNG..............................................................................................5

DANH MỤC CÁC HÌNH................................................................................................6

LỜI CẢM ƠN..................................................................................................................8

MỞ ĐẦU..........................................................................................................................9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIO─ETHANOL VÀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT

BIO─ETHANOL TRONG CÔNG NGHIỆP................................................................10

1.1. Tổng quan về Bio─Ethanol..........................................................................10

1.1.1. Khái niệm về Bio─Ethanol...............................................................10

1.1.2. Lịch sử phát triển và ứng dụng của Bio─Ethanol.............................10

1.2. Tổng quan về Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol.........................................11

1.2.1. Các phương pháp sản xuất Ethanol...................................................11

1.2.2. Các nguồn nguyên liệu sản xuất Bio─Ethanol.................................12

1.2.3. Sự khác nhau giữa công nghệ sản xuất cồn thực phẩm và

Bio─Ethanol...............................................................................................13

1.3. Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột..............................................14

1.3.1. Giới thiệu về nguyên liệu tinh bột sử dụng chủ yếu ở Việt Nam.... .14

1.3.2. Giới thiệu về nguyên liệu sắn............................................................15

1.3.3. Các dây chuyền công nghệ sản xuất Bio─Ethanol trên thế giới.......17

1.3.4. Công Nghệ sản xuất Bio─Ethanol hiện tại ở Việt nam....................26

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN..............................35

2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất.......................................................35

Hồ Sỹ Chính – Máy và TB CN HC K52


2.1.1. Khái niệm về chưng cất....................................................................35

2.1.2. Khái niệm về cân bằng lỏng – hơi....................................................36

2.1.3. Hỗn hợp hai cấu tử............................................................................37

2.2. Các phương pháp chưng cất.........................................................................37

2.2.1. Chưng đơn giản.................................................................................37

2.2.2. Chưng bằng hơi nước trực tiếp.........................................................39

2.2.3. Chưng luyện liên tục.........................................................................40

2.2.4. Các phương pháp chưng khác...........................................................44

2.3. Cở sở tính toán công nghệ chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử...........47

2.3.1. Cân bằng pha.....................................................................................47

2.3.2. Cân bằng vật liệu...............................................................................48

2.3.3. Chỉ số hồi lưu thích hợp....................................................................49

2.4. Quy trình công nghệ hệ thống chưng cất ethanol.........................................52

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THÁP CHƯNG LUYỆN..........................55

3.1. Các thông số ban đầu...................................................................................55

3.2. Cân bằng pha lỏng – hơi hệ Ethanol – water ở áp suất làm việc.................55

3.3. Cân bằng vật chất.........................................................................................57

3.3.1. Nồng độ phần mol của Ethanol trong tháp.......................................57

3.3.2. Suất lượng mol của các dòng............................................................58

3.3.3. Phương trình đường làm việc cho đoạn chưng và đoạn luyện..........59

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO THÁP CHƯNG LUYỆN......................68

4.1. Chiều cao của tháp chưng luyện.................................................................68

4.1.1. Số đĩa lý thuyết của tháp chưng luyện..............................................68



4.1.2. Số đĩa thực tế của tháp chưng luyện.................................................68

4.1.3. Chiều cao tháp chưng luyện..............................................................70

4.2. Đường kính của tháp....................................................................................71

4.3. Thiết kế sơ bộ đĩa và dự đoán điểm sặc đĩa.................................................75

4.3.1. Chọn thiết kế sợ bộ đĩa cho tháp chưng luyện..................................75

4.3.2. Dự đoán điểm sặc đĩa........................................................................75

4.4. Trở lực của đĩa.............................................................................................76

4.4.1. Trở lực của đĩa khô...........................................................................76

4.4.2. Trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí trên đĩa............................................78

4.4.3. Tính kiểm tra kênh chảy truyền lỏng................................................80

4.5. Tính toán bề dày thiết bị và các chi tiết khác...............................................82

4.5.1. Tính toán bề dày thiết bị...................................................................82

4.5.2. Tính toán chân đỡ tháp......................................................................89

4.5.3. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng.........................93

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ...............................................98

5.1. Thông số hai dòng lưu thể............................................................................98

5.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị................................................................98

5.3. Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể..................................................................99

5.3.1. Hệ số cấp nhiệt cho hơi nước bão hòa khô ngưng tụ......................100

5.3.2. Hệ số cấp nhiệt cho hỗn hợp lỏng etanol – nước............................101

5.3.3. Bề mặt truyền nhiệt và đáng giá độ dài ống....................................102

5.4. Tính toán kết cấu cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp.......................................104

5.4.1. Bề dày thiết bị gia nhiệt đáy tháp....................................................104



5.4.2. Bề dày đáy và nắp thiết bị gia nhiệt................................................106

5.4.3. Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy và nắp thiết bị.........................106

5.4.4. Bù giãn nở nhiệt và bề dày vỉ ống...................................................107

5.4.5. Tính toán chân đỡ thiết bị gia nhiệt đáy tháp..................................107

5.4.6. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng.......................112

CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH THÁP CHƯNG

LUYỆN........................................................................................................................115

6.1. Quy trình chế tạo một số chi tiết của thiết bị.............................................115

6.1.1. Quy trình chế tạo thân tháp chưng cất............................................115

6.1.2. Quy trình chế tạo đáy và nắp thiết bị hình elip...............................116

6.1.3. Quy trình chế tạo đĩa van chuyển động...........................................117

6.2. Quy trình lắp ráp tháp chưng cất................................................................119

6.2.1. Quy trình lắp đặt thiết bị.................................................................119

6.2.2. Quy trình lắp đặt đĩa van vào thân thiết bị......................................121

6.3. Quy trình vận hành thiết bị.........................................................................122

6.3.1. Công tác chuẩn bị............................................................................122

6.3.2. Công tác vận hành...........................................................................123

6.3.3. Ngừng hệ thống khi gặp sự cố........................................................124

6.3.4. Xử lý các sự cố trong vận hành.......................................................125

KẾT LUẬN..................................................................................................................126

TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................................127

PHỤ LỤC.....................................................................................................................129


Đồ án tốt nghiệp Danh mục các bảng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1. Sự khác nhau giữa ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu........................14

Bảng 1.2. Thành phần một số nguyên liệu chứa tinh bột...............................................14

Bảng 2.1. Điều kiện vận hành phân xưởng chưng cất...................................................54

Bảng 3.1. Cân bằng pha lỏng – hơi hệ Ethanol – water ở 3,4 bar..................................56

Bảng 3.2. Cân bằng pha tại các đĩa theo số đĩa lý thuyết...............................................64

Bảng 6.1. Quy trình các bước chế tạo thân tháp chưng cất..........................................115

Bảng 6.2. Quy trình các bước chế tạo đáy và nắp tháp chưng cất...............................116

Bảng 6.3. Quy trình chế tạo đĩa van cho tháp chưng luyện........................................118

Bảng 6.3. Xử lý các sự cố trong vận hành...................................................................125


Đồ án tốt nghiệp Danh mục các hình

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Dây chuyền công nghệ sản xuất ethanol của Vogelbusch.............................18

Hình 1.2. Dây chuyền công nghệ sản xuất ethanol của Praj Industries Limited............21

Hình 1.3. Dây chuyền công nghệ sản xuất ethanol của APTI (Delta-T).......................26

Hình 1.4. Sơ đồ khu vực chuẩn bị dịch và tách cát........................................................28

Hình 1.5. Sơ đồ khu vực hồ hóa và nấu.........................................................................29

Hình 1.6. Sơ đồ khu vực nhân men giống và lên men...................................................31

Hình 1.7. Sơ đồ khu vực chưng cất................................................................................32

Hình 1.8. Sơ đồ khu vực tách nước................................................................................33

Hình 2.1. Cân bằng pha cho trường hợp chưng đơn giản.............................................38

Hình 2.2. Sơ đồ chưng đơn giản...................................................................................38

Hình 2.3. Sơ đồ chưng bằng hơi nước trực tiếp............................................................40

Hình 2.4. Sơ đồ chưng nhiều lần....................................................................................40

Hình 2.5. Sơ đồ chưng nhiều lần cải tiến.......................................................................41

Hình 2.6. Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu..................................................................42

Hình 2.7. Sơ đồ tháp chưng luyện..................................................................................43

Hình 2.8. Sơ đồ thiết bị chưng luyện trích ly.................................................................45

Hình 2.9. Sơ đồ thiết bị chưng luyện đẳng phí..............................................................46

Hình 2.10. Đồ thị xác định chỉ số hồi lưu thích hợp......................................................51

Hình 2.11. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp kinh tế nhất............................................52

Hình 2.12. Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất ethanol..............................................53

Hình 3.1. Đồ thị t-x,y hệ Ethanol – water ở 3,4 bar ......................................................57


Đồ án tốt nghiệp Danh mục các hình

Hình 3.2: Đồ thị x-y hệ Ethanol – water ở 3,4 bar.........................................................59

Hình 3.3. Mối quan hệ giữa thể tích tháp và chỉ số hồi lưu...........................................60

Hình 3.4. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết.....................................................................62

Hình 3.5. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (phóng to 0÷0,1).........................................63

Hình 3.6. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (phóng to 0,6 ÷ 0,9)....................................64

Hình 3.7. Sự thay đổi nồng độ %mol của nước và etanol theo từng đĩa........................66

Hình 3.8. Sự thay đổi nhiệt độ theo từng đĩa.................................................................67

Hình 4.1. Van chữ chật..................................................................................................75

Hình 4.2. Bích ghép thân tháp chưng.............................................................................89

Hình 4.3. Trụ đỡ của tháp..............................................................................................90

Hình 4.4. Kích thước trụ đỡ tháp chưng........................................................................93

Hình 4.5. Bích nối ống dẫn của thiết bị.........................................................................94

Hình 5.1. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp ống chùm dạng thẳng đứng.................................98

Hình 5.2. Mô hình hoạt động của thiết bị gia nhiệt.......................................................99

Hình 6.1. Mô hình chế tạo đĩa van...............................................................................117

Hình 6.2. Van di động hình chữ nhật...........................................................................118

Hình 6.3. Mô hình các lỗ van theo vị trí định sẵn........................................................119

Hình 6.4. Phương pháp đặt thiết bị vào móng bê tông.................................................120

Hình 6.5. Mô hình lắp đặt đĩa van................................................................................121

Hình 6.6. Dây chuyền công nghệ chưng cất etanol......................................................123


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


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 cầu. 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 thời 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 50000 m3/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.


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 số

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 đầu 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, được 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.

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 lưu

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:

Người ta sản xuất cồn thực phẩm là để pha chế thành rượu và các loại đồ 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 được 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 cồn 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 để, 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 đến 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]:



Bảng 1.1. Sự khác nhau giữa ethanol thực phẩm và ethanol nhiên liệu. [4]

Công đoạn Ethanol thực phẩm Ethanol nhiên liệu

Chưng cất

Phức tạp hơn do cần tách triệt để các

chất có hại cho sức khỏe con người:

cồn đầu, dầu fusel, adehyt…

Không cần loại bỏ cồn tạp

Tách nước Không cần phải tách nước nâng

nồng độ ethanol

Phải tách nước nâng nồng

độ ethanol lên 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….Thành phần hoá học

của một số nguyên liệu chứa tinh bột được thể hiện ở bảng sau. Tính theo % trung

bình:

Bảng 1.2. Thành phần một số nguyên liệu chứa tinh bột.[4]



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 khả 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 bản củ sắn gồm 3 phần chính: vỏ, thịt củ và loi (ngoài ra còn có cuống và rê

củ).

- Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi:

+ Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ và chống mất nước của củ, tuy nhiên vỏ gỗ dê bị

mất khi thu hoạch và vận chuyển.

+ Vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần chủ yếu là xenluloza

ngoài ra còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin.



+ Phần thịt củ có chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít polyphenol,

độc tố và enzim.

+ Loi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là xenluloza. Loi

có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thời giúp thoát

nước khi phơi hoặc sấy sắn.

- Thành phần sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 - 34%, protein

0,8 - 1,2%, chất béo 0,3 - 0,4%, xenluloza 1 - 3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1 -

0,3% và nước 60 - 74,2% [5]. Ngoài ra trong sắn còn chứa một lượng Vitamin và độc

tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B. Các Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến

và nhất là khi nấu trong sản xuất rượu.

- Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit Linamarin và

Lotaustralin. Các độc tố này thường tập chung ở vỏ cùi. Bình thường phazéolunatin

không độc nhưng khi bị thuỷ phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN. Sắn

tươi đã thái lát và phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc kể trên. Đặc

biệt trong sản xuất rượu, khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng nước nên với hàm lượng

ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. Hơn nữa các muối xyanat khi chưng cất không bay

hơi nên bị loại cùng 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 bản

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].



Hình 1.1. Dây chuyền công nghệ sản xuất ethanol của Vogelbusch.[7]



1. Công đoạn nghiền.

Sắn lát về đến nhà máy bằng xe tải được đổ xuống phêu 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 được 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.

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 chứa

nước sẽ quay trở lại khu vực chưng cất.



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 lại quá trình công

nghệ.

1.3.3.2. Công nghệ Praj.

Dây chuyền công nghệ Praj Industries Limited, Pune, Ấn Độ [8].

Hình 1.2. Dây chuyền công nghệ sản xuất ethanol của Praj Industries Limited[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 115oC với sự có mặt

của enzym.

- Đường hoá và lên men “HIFERM-NM”: Trong khu vực này, dịch hồ hoá đầu 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

- 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, được 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 nhiêm 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 trê 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

- 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 rửa 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.



5. Công đoạn tách nước.

Quá trình tạo thành cồn tinh chế thông qua lớp hút ẩm. Hai tháp hút ẩm được

cung cấp để cho phép vận hành liên tục: một tháp thực hiện quá trình hấp phụ 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 tụ 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 để 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.



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].

Hình 1.3. Dây chuyền công nghệ sản xuất ethanol của 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 tiếp 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%

- 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.

Hình 1.4. Sơ đồ khu vực chuẩn bị dịch và tách cát.[4]

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.



1.3.4.3. Sơ đồ dòng của khu vực hồ hóa và nấu

Hình 1.5. Sơ đồ khu vực hồ hóa và nấu.[4]

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 thể bổ sung

vào vị trí này để giảm pH, điều này sẽ làm giảm lượng H2SO4 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 CO2 dựa

trên hoạt động của men.

Quá trình nhân men giống diên 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 nhiêm 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.



Hình 1.6. Sơ đồ khu vực nhân men giống và lên men.[4]

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.

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 được trang bị 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.

Hình 1.7. Sơ đồ khu vực chưng cất.[4]

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 dê 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 phẩm

được điều khiển bằng cách loại bỏ các khí không tan trong ethanol với một quá trình

riêng.

1.3.4.6. Sơ đồ dòng của khu vực tách nước.

Hình 1.8. Sơ đồ khu vực tách nước.[4]



Việc loại bỏ nước, làm khan cồn để sản xuất cồn nhiên liệu được thực hiện trong

hệ thống tách nước rây phân tử. Rây phân tử làm việc cơ bản là hấp phụ chọn lọc ở pha

hơi. Trong trường hợp này, nước được hấp phụ trong các mao quản trong khi ethanol

thoát ra ngoài. Nước bị hấp phụ sẽ được loại bỏ suốt trong giai đoạn tái sinh và được

đưa trở lại hệ thống chưng cất để thu hồi ethanol.

Quá trình tái sinh đạt được khi sử dụng hệ thống chuyển đổi áp suất. Sự giảm áp

suất đạt được nhờ hệ thống chân không. Quá trình hấp phụ thực hiện ở áp suất dư trong

khi tái sinh thực hiện ở áp suất chân không.

Hệ thống giảm axit được thiết kế để loại bỏ CO2 và axit cacbonic làm cho nồng

độ axit cao. Phần lớn dòng cồn khan sau khi ra khỏi tháp tách nước được ngưng tụ và

đưa vào tháp khử axit. Một phần nhỏ hơi ethanol khan được đưa vào đáy tháp khử axit

để tách khí CO2 còn lưu lại. Dòng lỏng (sản phẩm cuối cùng) được thu nhận ở đáy của

tháp khử axit được làm mát và chuyển đến bể chứa.


Đồ án tốt nghiệp Chương 2: Tổng quan về quá trình chưng luyện

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN

2.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất.

2.1.1. Khái niệm về chưng cất.

Chưng là phương pháp dùng để tách các cấu tử của một hỗn hợp lỏng cũng như

hỗn hợp khí – lỏng thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các

cấu tử trong hỗn hợp (nghĩa là khi ở cùng một nhiệt độ, áp suất hơi bão hòa của các cấu

tử khác nhau). Thay vì đưa vào hỗn hợp một pha mới để tạo nên sự tiếp xúc giữa hai

pha như trong quá trình hấp thụ hoặc nhả khí, trong quá trình chưng cất pha mới được

tạo nên bằng sự bốc hơi hoặc ngưng tụ [9, tr49].

− Sự khác nhau giữa chưng và cô đặc:

+ Chưng: dung môi và chất tan đều bay hơi;

+ Cô đặc: chỉ có dung môi bay hơi còn chất tan không bay hơi.

− Khi chưng hỗn hợp 2 cấu tử [9, tr50]:

+ Sản phẩm đỉnh gồm cấu tử có độ bay hơi lớn và một phần cấu tử có độ

bay hơi bé.

+ Sản phẩm đáy gồm cấu tử có độ bay hơi bé và một phần cấu tử có độ

bay hơi lớn.

Phân loại các phương pháp chưng:

Trong sản xuất, thường gặp các phương pháp chưng sau:

− Chưng đơn giản:

+ Dùng để tách các hỗn hợp gồm các cấu tử có độ bay hơi rất khác nhau.

+ Thường dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu tử khỏi tạp chất.

− Chưng bằng hơi nước trực tiếp:

+ Tách các hỗn hợp gồm các chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi

+ Thường được dùng trong trường hợp chất được tách không tan vào

nước



− Chưng chân không: Dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ sôi của cấu

tử (đối với các cấu tử trong hỗn hợp dê bị phân huỷ ở nhiệt độ cao hay có nhiệt

độ sôi quá cao).

− Chưng luyện: Là phương pháp phổ biến nhất dùng để tách hoàn toàn hỗn

hợp các cấu tử dê bay hơi có tính chất hòa tan một phần hoặc hòa tan hoàn toàn

vào nhau.

+ Chưng luyện ở áp suất thấp dùng cho các hỗn hợp dê bị phân huỷ ở

nhiệt độ cao.

+ Chưng luyện ở áp suất cao dùng cho các hỗn hợp không hóa lỏng ở áp

suất thường.

2.1.2. Khái niệm về cân bằng lỏng – hơi.

Cân bằng lỏng hơi là trạng thái mà tại đó pha lỏng và pha hơi (pha khí) cân bằng

với nhau, tốc độ bay hơi bằng tốc độ ngưng tụ ở mức độ phân tử và lúc đó, xem như là

không có sự chuyển pha lỏng – hơi. Mặc dù, theo lý thuyết, quá trình chuyển pha luôn

đạt đến cân bằng, nhưng trên thực tế, sự cân bằng chỉ được thiết lập trong một hệ tương

đối kín, khi chất lỏng và hơi của nó tiếp xúc với nhau trong thời gian đủ dài và không

có sự tác động từ bên ngoài hoặc tác động từ từ.

Nồng độ của pha hơi khi tiếp xúc với pha lỏng của nó, đặc biệt ở trạng thái cân

bằng, được đặc trưng bởi áp suất hơi, hoặc áp suất riêng phần trong hỗn hợp hơi. Áp

suất hơi cân bằng của một chất lỏng thường phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ. Ở trạng

thái cân bằng lỏng – hơi, một pha lỏng với những cấu tử có nồng độ nhất định sẽ có

pha hơi cân bằng, trong đó nồng độ hay áp suất riêng phần của các cấu tử hơi sẽ đạt giá

trị không đổi, phụ thuộc vào nồng độ của các cấu tử trong pha lỏng và nhiệt độ. Ngược

lai, nếu pha hơi có nồng độ các cấu tử hay áp suất riêng phần không đổi thì ở trạng thái

cân bằng, pha lỏng của nó có nồng độ không đổi, phụ thuộc vào nồng độ pha hơi và

nhiệt độ.



Nồng độ cân bằng của mỗi cấu tử trong pha lỏng thường khác với nồng độ hay

áp suất hơi của nó trong pha hơi, nhưng giữa chúng có sự tương quan. Nồng độ cân

bằng lỏng – hơi thường được xác định qua thực nghiệm cho hỗn hợp lỏng – hơi có

nhiều cấu tử. Trong một số trường hợp, các số liệu của cân bằng lỏng – hơi có thể được

xác định nhờ Định luật Raoult, Định luật Dalton hay Định luật Henry.

Cân bằng lỏng hơi được ứng dụng nhiều trong việc thiết kế tháp chưng cất, đặc

biệt là tháp đĩa.

2.1.3. Hỗn hợp hai cấu tử.

Phân loại hỗn hợp hai cấu tử:

− Dung dịch lý tưởng [9, tr52]: là dung dịch mà ở đó lực liên kết giữa các

phân tử cùng loại và lực liên kết giữa các phân tử khác loại bằng nhau, khi đó các cấu

tử hòa tan vào nhau theo bất cứ tỷ lệ nào. Cân bằng giữa lỏng và hơi hoàn toàn tuân

theo định luật Raoult.

− Dung dịch thực [9, tr52]: là những dung dịch không hoàn toàn tuân theo

định luật Raoult, sự sai lệch với định luật Raoult là dương nếu lực liên kết giữa các

phân tử cùng loại lớn hơn lực liên kết giữa các phân tử khác loại, ngược lai, sai lệch là

âm nếu lực liên kết giữa các phân tử cùng loại nhỏ lực liên kết giữa các phân tử khác

loại. Trường hợp lực liên kết giữa các phân tử khác loại rất bé so với lực liên kết giữa

các phân tử cùng loại thì dung dịch sẽ phân lớp, nghĩa là các cấu tử không hòa tan vào

nhau hoặc hòa tan không đáng kể.

Căn cứ vào mức độ hòa tan, có thể chia dung dịch hai cấu tử thành các loại sau:

+ Chất lỏng hòa tan vào nhau theo bất cứ tỷ lệ nào

+ Chất lỏng hòa tan một phần vào nhau

+ Chất lỏng không hòa tan vào nhau.

2.2. Các phương pháp chưng cất.

2.2.1. Chưng đơn giản.

Nguyên tắc và sơ đồ chưng đơn giản:



Trong quá trình chưng đơn giản hơi được lấy ra ngay và cho ngưng tụ. Ta có thể

xem diên biến của quá trình trên đồ thị t-y-x (hình 2.1):

Hình 2.1. Cân bằng pha cho trường hợp chưng đơn giản

Lúc đầu dung dịch có thành phần biểu thị ở điểm C, khi đun đến nhiệt độ sôi hơi

bốc lên có thành phần ứng với điểm P, vì trong hơi khi nào cũng có cấu tử dê bay hơi

hơn trong lỏng nên trong thời gian chưng cất thành phần lỏng sẽ chuyển dần về phía

cấu tử khó bay hơi. Cuối cùng ta có chất lỏng còn lại trong nồi chưng với thành phần là

Cn và thu được hỗn hợp hơi P, P1, P2, ..., Pn, thành phần trung bình của hỗn hợp hơi

biểu thị ở điểm Ptb [9, tr118]

Sơ đồ chưng cất đơn giản biểu diên trên hình 2.2: dung dịch đầu được cho vào

nồi chưng 1, ở đây dung dịch được đun bốc hơi, hơi tạo thành đi vào thiết bị ngưng tụ -

làm lạnh 2. Sau khi được ngưng tụ và làm lạnh đến nhiệt độ cần thiết, chất lỏng đi vòa

các thùng chứa 3. Thành phần chất lỏng ngưng luôn luôn thay đổi. Sau khi đã đạt được

yêu cầu chung, chất lỏng còn lại trong nồi được tháo ra. Như vậy quá trình là gián

đoạn. Ta cũng có thể tiến hành chưng liên tục được, khi đó thành phần sản phẩm không

thay đổi.

Hình 2.2. Sơ đồ chưng đơn giản.[11]


1. Nồi chưng

2. Thiết bị ngưng tụ

3. Thùng chứa sản phẩm


Chưng đơn giản thường ứng dụng cho những trường hợp sau:

− Khi nhiệt độ sôi của hai cấu tử khác nhau xa.

− Khi không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khiết cao.

− Tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất không bay hơi.

− Tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử.

2.2.2. Chưng bằng hơi nước trực tiếp.

Nguyên lý:

Nếu có hai chất lỏng A và B không hòa tan vào nhau thì khi trộn lẫn, áp suất của

chúng trên hỗn hợp không phụ thuộc vào thành phần của A và B và áp suất chung bằng

tổng áp suất hơi bão hòa của các cấu tử ở cùng nhiệt độ [9, tr60].

Sơ đồ chưng cất bằng hơi nước trực tiếp

Khi chưng bằng hơi nứớc trực tiếp người ta phun hơi nước qua lớp chất lỏng

bằng một bộ phận phun. Hơi nước có thể là bão hòa hay quá nhiệt. Trong quá trình tiếp

xúc giữa hơi nước và lớp chất lỏng, cấu tử cần chưng sẽ khuếch tán vào trong hơi. Hỗn

hợp hơi nước và cấu tử bay hơi đó được ngưng tụ và tách thành sản phẩm [9, tr61].

Quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp hợp lý nhất là chỉ dùng để tách cấu tử

không tan trong nước ra khỏi tạp chất không bay hơi, trường hợp này sản phẩm ngưng

sẽ phân lớp: cấu tử bay hơi và nước, chúng ta lấy sản phẩm ra một cách dê dàng. Ưu

điểm của quá trình chưng bằng hơi nước trực tiếp là giảm được nhiệt độ sôi của hỗn

hợp nghĩa là ta có thể chưng ở nhiệt độ sôi thấp hơn bình thường. Điều này rất có lợi

với các chất dê bị phân hủy ở nhiệt độ cao cũng như đối với các chất có nhiệt độ sôi

quá cao mà khi chưng cất gián tiếp đòi hỏi dùng hơi áp suất cao. Chưng bằng hơi nước

trực tiếp có thể tiến hành gián đoạn hay liên tục (hình 2.3). Trong cả hai trường hợp

người ta đều phải dùng cách đốt gián tiếp để đun bốc hơi hỗn hợp. Lượng hơi nước

trực tiếp đi vào hỗn hợp chỉ có nhiệm vụ mang cấu tử dê bay hơi ra mà thôi [9,p62].



Hình 2.3. Sơ đồ chưng bằng hơi nước trực tiếp.[11]

Căn cứ vào trạng thái hơi nước đi ra khỏi thiết bị người ta phân biệt [9,p62]:

− Chưng bằng hơi nước quá nhiệt nếu áp suất riêng phần của hơi nước trong

hỗn hợp đi ra khỏi thiết bị bé hơn áp suất hơi nước bão hòa ở cùng nhiệt độ.

− Chưng bằng hơi nước bão hòa nếu áp suất riêng phần của hơi nước trong

hỗn hợp hơi đi ra khỏi thiết bị bằng áp suất hơi nước bão hòa ở cùng nhiệt độ.

2.2.3. Chưng luyện liên tục.

Phương pháp chưng đơn

giản không cho phép ta thu được

sản phẩm có độ tinh khiết cao.

Muốn thu được những sản phẩm có

độ tinh khiết cao người ta phải tiến

hành chưng nhiều lần, sơ đồ chưng

cất thể hiện trên hình 2.4 [9, tr71].

Hỗn hợp đầu liên tục đi vào

nồi chưng thứ nhất. Một phần chất

lỏng bốc hơi thành sản phẩm đỉnh,

ống tháo sản phẩm đỉnh đồng thời là ống để duy trì mực chất lỏng trong nồi không đổi.


Chưng gián đoạn Chưng liên tục

Hình 2.4. Sơ đồ chưng nhiều lần.[11]


hơi C ở trong trạng thái cân bằng với lỏng B. Hơi C thu được đó ngưng tụ lại thành

chất lỏng D và đi vào nồi chưng thứ hai. Trong nồi chưng thứ hai ta thu được hơi F và

chất lỏng E. tương tự như thế quá trình lặp lại ở nồi thứ ba. Ở mỗi nồi có bộ phận đốt

trong riêng biệt. Kết quả là ta thu được các sản phẩm đáy B, E, H và sản phẩm đỉnh I

chứa nhiều cấu tử dê bay hơi [9, tr71].

Người ta đã thay đổi sơ đồ sản xuất trên để chỉ thu được một sản phẩm đáy có

chứa nhiều cấu tử ít bay hơi. Để đạt được mục đích đó ta cho sản phẩm đáy của nồi thứ

hai trở về nồi thứ nhất và sản phẩm đáy của nồi thứ ba trở về nồi thứ hai,… Dĩ nhiên là

trạng thái cân bằng trong các nồi không giống như sơ đồ trên nữa. Nếu ta khống chế

quá trình đốt nóng tốt thì ta có thể liên tục và ổn định thu được sản phẩm đỉnh I và sản

phẩm đáy B.

Ta cũng có thể lắp thêm một nồi hay nhiều hơn vào trước nồi thứ nhất với

nguyên liệu đầu vào là sản phẩm đáy B của nồi thứ nhất, thực hiện quá trình chưng ta

thu được sản phẩm đáy K chứa nhiều cấu tử khó bay hơi.

Thiết bị làm việc như thế có thể thu được sản phẩm có độ tinh khiết cao nhưng

cũng có nhược điểm là tốn hơi đốt quá nhiều.

Hình 2.5. Sơ đồ chưng nhiều lần cải tiến.[11]

Nhìn vào đồ thị của hình 2.5 ta thấy hơi của nồi trước có nhiệt độ cao hơn nhiệt

độ của chất lỏng của nồi sau. Đằng nào thì hơi này cũng được ngưng tụ thành lỏng để

đi vào nồi sau, vì thế không cần thiết phải ngưng tụ ở trong thiết bị ngưng tụ gián tiếp



và để tiết kiệm hơi đốt cũng như giảm bớt các thiết bị ngưng tụ người ta cho hơi của

nồi trước trực tiếp đi vào nồi sau qua bộ phận phun. Phương pháp này cho phép ta tiết

kiệm được hơi đốt rất nhiều, vì trừ nồi thứ nhất ra thì tất cả các nồi còn lại đều được

đun trực tiếp từ hơi bốc ra từ các nồi chưng. Một vấn đề đặt ra là lấy lỏng ở đâu để cho

vào các nồi phía sau nồi cho hỗn hợp đầu vào. Chỉ có một cách duy nhất là sau khi

ngưng tụ hơi ở nồi trên cùng ta cho một phần chất lỏng ngưng quay lại nồi trên cùng

đó. Lượng chất lỏng này gọi là lượng hồi lưu [9, tr72].

Trạng thái cân bằng trong các nồi chưng thể hiện ở đồ thị hình 2.6.

Hình 2.6. Sơ đồ chưng nhiều lần có hồi lưu.[11]

Tuy nhiên sơ đồ thiết bị như vậy vẫn có nhược điểm là chế tạo phức tạp và cồng

kềnh. Người ta đã đơn giản hệ thống đó bằng cách thay bằng một tháp gọi là tháp

chưng luyện và quá trình chưng nhiều lần như vậy gọi là quá trình chưng luyện.

Sơ đồ tháp chưng luyện (hình 2.7): tháp gồm nhiều đĩa, mỗi đĩa của tháp ứng

với mỗi nồi của các sơ đồ trên. Ở đây tháp có bộ phận đun bốc hơi. Nguyên tắc làm

việc của tháp: hơi đi từ dưới lên qua các lỗ của đĩa, lỏng chảy từ trên xuống theo các

ống chảy chuyền. Nồng độ các cấu tử thay đổi theo chiều cao của tháp, nhiệt độ sôi

cũng thay đổi theo tương ứng với sự thay đổi nồng độ.

Trên đĩa 1 chất lỏng chứa cấu tử dê bay hơi nồng độ x1, hơi bốc lên từ đĩa có

nồng độ cân bằng với x1 là y1 > x1, hơi này qua các lỗ đi lên đĩa 2 tiếp xúc với chất lỏng



ở đó. Nhiệt độ đĩa 2 thấp hơn đĩa 1 cho nên một phần hơi được ngưng lại, do đó nồng

độ x2 > x1. Hơi bốc lên từ đĩa 2 có nồng độ cân bằng với x2 là y2 > x2, hơi này đi lên đĩa

3 tiếp xúc với chất lỏng ở đó và nhiệt độ đĩa 3 thấp hơn đĩa 2, một phần hơi được

ngưng lại, do đó chất lỏng trên đĩa 3 có nồng độ x3 > x2.

Hình 2.7. Sơ đồ tháp chưng luyện.[11]

Trên mỗi đĩa xảy ra quá trình chuyển khối giữa pha lỏng và pha hơi, một phần

cấu tử dê bay hơi chuyển từ pha lỏng vào pha hơi và một phần ít hơn chuyển từ pha hơi

vào pha lỏng, lặp lại nhiều lần bốc hơi và ngưng tụ như thế hay nói cách khác, với một

số đĩa tương ứng, cuối cùng trên đỉnh tháp ta thu được cấu tử dê bay hơi ở dạng nguyên

chất và ở đáy tháp ta thu được cấu tử khó bay hơi ở dạng nguyên chất.

Theo lý thuyết thì mỗi đĩa của tháp là một bậc thay đổi nồng độ: thành phần hơi

đi ra khỏi đĩa bằng thành phần cân bằng với chất lỏng khi đi vào đĩa. Do đó theo lý

thuyết thì số đĩa bằng số bậc thay đổi nồng độ. Thực tế thì trên mỗi đĩa quá trình

chuyển khối giữa hai pha thường không đạt cân bằng.

Quá trình chưng luyện được thực hiện trong thiết bị loại tháp làm việc liên tục

hay gián đoạn.



2.2.4. Các phương pháp chưng khác.

2.2.4.1. Chưng luyện trích ly và chưng luyện đẳng phí.

Đối với những hỗn hợp gồm các cấu tử có nhiệt độ sôi gần giống nhau hoặc rất

gần nhau hay gồm những cấu tử tạo thành dung dịch đẳng phí ta không thể dùng

phương pháp chưng luyện thông thường như đã nghiên cứu ở trên để tách chúng ra ở

dạng gần như nguyên chất được dù cho có dùng những tháp vô cùng cao với lượng hồi

lưu rất lớn. Để tách các hỗn hợp ấy chúng ta phải dùng các phương pháp chưng luyện

đặc biệt, thông thường người ta hay dùng phương pháp chưng luyện trích ly và chưng

luyện đẳng phí.

1. Chưng luyện trích ly.

Phương pháp này dựa trên cơ sở thêm một cấu tử mới vào hỗn hợp ở đĩa trên

cùng của tháp, cấu tử đó gọi là cấu tử dê phân ly có độ bay hơi bé, nó có tác dụng làm

thay đổi độ bay hơi của các cấu tử khác trong hỗn hợp. Tất nhiên ta phải chọn cấu tử

phân ly làm sao để khi thêm vào hoh cần chưng thì nó làm tăng độ bay hơi của các cấu

tử trong hỗn hợp.

Nếu hỗn hợp tạo thành dung dịch đẳng phí, điểm đẳng phí đó sẽ mất đi khi thêm

cấu tử phân ly vào.

Ví dụ ta có hỗn hợp gồm hai cấu tử A và B có nhiệt độ sôi gần nhau tạo thành

hỗn hợp đẳng phí, khi thêm cấu tử phân ly R vào thì đẳng phí đó mất đi trong hỗn hợp

ABR và cho ta khả năng tách cấu tử dê bay hơi A ở dạng nguyên chất (tương đối). Sản

phẩm đáy tháp là R+B. Ta có sơ đồ chưng luyện trích ly biểu diên trên hình 2.8: R và B

có độ bay hơi khác xa nhau nên ta tách chúng dê dàng theo phương pháp chưng luyện

thông thường.



Hình 2.8. Sơ đồ thiết bị chưng luyện trích ly.[11]

Quá trình chưng luyện trích ly gần giống như trích ly: cấu tử phân ly R kéo cấu

tử B đi và giải phóng cấu tử A; vì vậy quá trình này gọi là chưng luyện trích ly.

2. Chưng luyện đẳng phí.

Phương pháp này cũng dựa trên nguyên tắc thêm vào một cấu tử phân ly. Quá

trình này khác với chưng luyện trích ly là ở đây cấu tử phân ly phải có độ bay hơi lớn

hơn độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp. Tác dụng của nó cũng tương tự như trong

trường hợp chưng luyện trích ly, nghĩa là làm thay đổi độ bay hơi tương đối của các

cấu tử trong hỗn hợp. Thêm vào đó nó tạo thành với cấu tử dê bay hơi (hay cả hai cấu

tử) dung dịch đẳng phí có độ bay hơi lớn. Như thế trong kết quả chưng luyện sản phẩm

đỉnh tháp sẽ là hỗn hợp dẳng phí và sản phẩm đáy là cấu tử ở dạng n guyên chất.

Phương pháp này tiện lợi và tiết kiệm trong trường hợp cấu tử phân ly không tan vào

cấu tử dê bay hơi.

Ví dụ ta xem sơ đồ chưng luyện đẳng phí hỗn hợp hai cấu tử A, B với cấu tử

phân ly S. Cấu tử phân ly S tạo với cấu tử A dung dịch đẳng phí đi lên đỉnh. Sau thiết

bị ngưng tụ hỗn hợp đẳng phí được phân lớp: một lớp là cấu tử phân ly S cho trở về

tháp và lớp kia gồm phần lớn là cấu tử A được đưa sang tháp chưng luyện khác để

tách A. Hỗn hợp đẳng phí AS cũng đi lên ở đỉnh qua ngưng tụ rồi vào thiết bị phân lớp.

Cấu tử B thu được ở dạng nguyên chất trong sản phẩm đáy của tháp thứ nhất.



Hình 2.9. Sơ đồ thiết bị chưng luyện đẳng phí.[11]

3. So sánh chưng luyện trích ly và chưng luyện đẳng phí.

Khi chưng luyện trích ly không cần phải bốc hơi cấu tử phân ly, vì thế lượng hơi

đốt sẽ tốn ít hơn. Trong cả hai trường hợp yêu cầu của cấu tử phân ly là phải làm tăng

độ bay hơi của cấu tử trong hỗn hợp. Đối với chưng luyện trích ly thì yêu cầu độ bay

hơi của cấu tử phân ly càng bé càng tốt và ngược lại đối với chưng luyện đẳng phí thì

độ bay hơi của cấu tử phân ly phải lớn.

2.2.4.2. Chưng luyện nhiều cấu tử.

Hệ thống gồm ba cấu tử trở lên gọi là hệ nhiều cấu tử. Hệ nhiều cấu tử có thể

chia làm hai loại: loại thứ nhất là hỗn hợp chứa những cấu tử tuân theo định luật Raoult

gọi là hỗn hợp lý tưởng (hỗn hợp các hydrocarbon); loại thứ hai là hỗn hợp chứa những

cấu tử không tuân theo định luật Raoult, gọi là hỗn hợp thực (hỗn hợp rượu).

Có hai cách chưng hỗn hợp nhiều cấu tử:

− Chưng sao cho trong cả hai sản phẩm đỉnh và đáy đều có mặt tất cả các cấu

tử, chỉ dùng cách này để tách sơ bộ

− Chưng sao cho một hoặc nhiều cấu tử không có mặt trong sản phẩm

Khi chưng luyện mỗi tháp chỉ có hai sản phẩm, vì thế để tách hỗn hợp nhiều cấu

tử ta cần nhiều tháp. Theo nguyên tắc thì để tách được n cấu tử ta cần có (n-1) tháp.

Trong thực tế để tách n cấu tử người ta thường ghép nhiều tháp lại thành một.



2.3. Cở sở tính toán công nghệ chưng luyện liên tục hỗn hợp hai cấu tử

2.3.1. Cân bằng pha.

Thành phần cân bằng của các pha trong hệ lỏng – hơi bão hòa đối với dung dịch

lý tưởng ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tới hạn được xác định bởi định luật Raul: áp suất

riêng phần của mỗi cấu tử trong pha hơi bên trên dung dịch bằng tích số của áp suất hơi

bão hòa của cấu tử đó (ở cùng nhiệt độ) với nồng độ phần mol của cấu tử đó trong

dung dịch. [11, tr 143].

Trong đó: p – áp suất riêng phần của cấu tử phân bố trong pha hơi bên trên chất lỏng

trong điều kiện cân bằng; pbh – áp suất hơi bão hòa của cấu tử đó ở cùng nhiệt độ; x –

nồng độ phần mol của cấu tử trong dung dịch.

Mặt khác, áp suất riêng phần còn được xác định theo phương trình:[11, tr143]

Nếu hệ gồm hai cấu tử A và B, theo định luật Dalton, ta có áp suất chung là:

Hay:

Thay vào phương trình trên, ta có với cấu tử A:

Trong đó: pA, pB là áp suất riêng phần của cấu tử A và B

, là áp suất hơi bão hòa của cấu tử A và B.

Gọi: là độc bay hơi tương đối của cấu tử A trong hỗn hợp, ta có:



Phương trình trên gọi là phương trình đường cân bằng đối với cấu tử dê bay hơi

A và đường biểu diên nó gọi là đường cân bằng. Phương trình này dùng cho dung dịch

lý tưởng. Đối với dung dịch thực, số liệu cân bằng thường được xác định bằng thực

nghiệm.[11, tr144].

2.3.2. Cân bằng vật liệu.

Ký hiệu các đại lượng như sau:

- lượng nguyên liệu đầu, kmol/s;

- lượng nguyên liệu đỉnh, kmol/s;

- lượng nguyên liệu đáy, kmol/s;

- nồng độ phần mol cấu tử dê bay hơi trong hỗn hợp đầu.

- nồng độ phần mol cấu tử dê bay hơi trong sản phẩm đỉnh.

- nồng độ phần mol cấu tử dê bay hơi trong sản phẩm đáy.

Phương trình cân bằng vật liệu toàn tháp: [11, tr144]

Đối với cấu tử dê bay hơi:

Lượng sản phẩm đỉnh:

Lượng sản phẩm đáy:

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn luyện có dạng: [11, tr144]



Trong đó:

y – nồng độ phần mol của cấu tử dê bay hơi trong pha hơi đi từ đĩa dưới lên đĩa.

x – nồng độ phần mol của cấu tử dê bay hơi trog pha lỏng chảy tử đĩa đó xuống

đĩa dưới.

− chỉ số hồi lưu.

− lượng lỏng hồi lưu về tháp, kmol/s.

Trong phương trình trên đối với mỗi trường hợp cụ thể và là những đại

lượng không đổi, vì thế phương trình trên có dạng đường thẳng.[11, tr 144]

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng có dạng:[11, tr158]

Trong đó:

Phương trình đường nồng độ làm việc của đoạn chưng cũng có dạng đường

thẳng:

2.3.3. Chỉ số hồi lưu thích hợp.

Chỉ số hồi lưu tối thiểu của tháp chưng luyện [11, tr158]:



Trong đó: − nồng độ cấu tử dê bay hơi tron pha hơi cân bằng nồng độ trong pha

lỏng trong hỗn hợp đầu.

Chỉ số hồi lưu làm việc thường được xác định qua chỉ số hồi lưu tối thiểu [11,

tr158]:

Trong đó: b – hệ số dư.

Vấn đề chợn chỉ số hồi lưu thích hợp rất quan trọng, vì khi chỉ số hồi lưu bé thì

số bậc của tháp lớp nhưng tiêu tốn hơi đốt ít, ngược lại khi chỉ số hồi lưu lớn thì số bậc

của tháp có ít hơn nhưng tiêu tốn hơi đốt lại lớn.

Trong tính toán công nghiệp, tùy theo yêu cầu của mức độ chính xác ta có ba

cách xác định chỉ số hồi lưu sau đây [11, tr158]:

+ Để tính gần đúng ta có thể lấy chỉ số hồi lưu làm việc bằng [11, tr159]:

Hay

+ Xác định chỉ số hồi lưu từ điều kiện thể tích tháp nhỏ nhất ( không tính đến các

chỉ tiêu kinh tế vận hành). Trong trường hợp này ta cần thiết lập quan hệ giữa chỉ số

hồi lưu và thể tích của tháp [11, tr 159].

Cũng dê dàng thấy rằng, thể thích làm việc của tháp tỉ lệ với tích số

hay tích số , trong đó hay là số đơn vị chuyển khối.

Vấn đề là phải xác định các trị số của hay ứng với giá trị khác nhau

để thiết lập quan hệ phụ thuộc giữa hay trên đồ thị. Điểm cực tiểu của

đường cong vẽ được sẽ cho ta giá trị thể tích thiết bị nhỏ nhất và ứng với điểm đó sẽ có

chỉ số hồi lưu thích hợp.



Hình 2.10. Đồ thị xác định chỉ số hồi lưu thích hợp.[11]

Ví dụ đối với ta vẽ đường làm việc của hai đoạn tháp ( hình 2.10), từ

đó ta xác định số đơn vị chuyển khối bằng phương pháp đồ thị thích phân theo

công thức:

Cho lần lượt các giá trị khác nhau ta sẽ thu được các giá trị tương ứng.

Quan hệ phụ thuộc được biểu thị bởi đồ thị hình 2.10. Điểm cực tiểu là

điểu ứng với chỉ số hồi lưu thích hợp mà ta cần tìm.

+ Để xác định chi số hồi lưu chính xác nhất ta phải tính đến chỉ tiêu kinh tế. Muốn

thế ta phải xác định toàn bộ chi phí cho sản xuất của hệ thống với nhiều giá trị chi số

hồi lưu khác nhau. Tổng chi phi sản xuất của hệ thống bao gồm: khấu hao giá thành

thiết bị A, tiêu tốn sửa chữa P, tiêu tốn vận hành T.



Quan hệ giữa chi phí sản xuất và chỉ số hồi lưu biểu thị ở hình 2.11. Điểm cực

tiểu của đường tổng chi phí ứng với chỉ số hồi lưu thích hợp và tổng chi phí bé nhất.

Hình 2.11. Xác định chỉ số hồi lưu thích hợp kinh tế nhất.[11]

2.4. Quy trình công nghệ hệ thống chưng cất ethanol.

Ethanol là một chất lỏng tan vô hạn trong nước, nhiệt độ sôi là 78,30C ở

760mmHg, nhiệt độ sôi của nước là 1000C ở 760mmHg: hơi cách biệt khá xa nên

phương pháp hiệu quả để thu ethanol có độ tinh khiết cao là phương pháp chưng cất.

Trong trường hợp này, ta không thể sử dụng phương pháp cô đặc vì các cấu tử

đều có khả năng bay hơi, và không sử dụng phương pháp trích ly cũng như phương

pháp hấp thụ do phải đưa vào một cấu tử mới để tách, sẽ làm cho quá trình phức tạp

hơn hay quá trình tách không được hoàn toàn.



Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất hệ ethanol−nước:

Hình 2.12. Sơ đồ quy trình công nghệ chưng cất ethanol.[4]

Thuyết minh quy trình công nghệ:

Mục đích của phân xưởng chưng cất là phân tách ethanol ra khỏi giấm chín (dịch

sau lên men) và nâng nồng độ ethanol trong sản phẩm lên 95%tt.

Phân xưởng chưng cất được thiết kế theo tiêu chí sử dụng năng lượng tiết kiệm

nhất. Các thiết bị chính của phân xưởng chưng cất bao gồm:

- 02 tháp cất thô: 01 tháp C-4101 hoạt động ở áp suất thường (tháp thô 1), 01 tháp C-4102 hoạt động ở áp suất chân không (tháp thô 2);

- 01 tháp cất tinh C-4201 hoạt động ở áp suất dư (tháp tinh).

Điều kiện vận hành của phân xưởng chưng cất:



Bảng 2.1. Điều kiện vận hành phân xưởng chưng cất.[4]

Thông số Tháp thô 1

Tháp thô 2 Tháp tinh

Áp suất (bar) 0.97 0.21 3.4

Nhiệt độ (oC) 89.5 53.7 112.3

Giấm chín trước khi vào tháp thô được gia nhiệt sơ bộ ở chuổi thiết bị thu hồi

nhiệt. Nhiệt độ giấm chín đi vào tháp thô 1 đạt khoảng 88oC và nhiệt độ giấm chín đi

vào tháp thô 2 đạt khoảng 75oC.

Trong tháp cất thô, cồn được tách ra khỏi giấm chín qua các khay của tháp, được

thiết kế chống cáu cặn có trong dịch bia bám trên bề mặt. Sản phẩm đáy của các tháp

thô là dịch hèm được thu gom về Stillage Tank để chuẩn bị cho quá trình lắng gạn và

sản suất DDFS.

Hỗn hợp ethanol - nước thoát từ đỉnh các tháp thô được ngưng tụ và đưa vào phần

giữa tháp tinh. Sản phẩm đáy của tháp tinh chủ yếu là nước được đưa về thùng hòa bột.

Hơi ethanol thoát ra ở đỉnh tháp cất tinh có nồng độ khoảng 95% tt (ethanol bán luyện)

được ngưng tụ và cấp vào hệ thống tách nước bằng rây phân tử.

Năng lượng cung cấp cho các tháp được cung cấp bởi các bộ gia nhiệt lắp ở đáy

tháp. Tác nhân gia nhiệt của tháp cất thô 2 là hơi bốc từ đỉnh tháp cất thô 1. Tác nhân

gia nhiệt của tháp cất thô 1 là hơi bốc từ đỉnh tháp tinh. Tác nhân gia nhiệt cho tháp cất

tinh là hơi bão hòa từ phân xưởng lò hơi-phát điện.


Đồ án tốt nghiệp Chương 3: Tính toán công nghệ tháp chưng luyện

CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN CÔNG NGHỆ THÁP CHƯNG

LUYỆN

3.1. Các thông số ban đầu.

Năng suất nhập liệu:

Nồng độ nhập liệu:

Nồng độ sản phẩm đỉnh:

Nồng độ sản phẩm đáy:

Khối lượng phân tử của Ethanol: , của nước

Nhiệt độ nhập liệu:

Nhiệt độ sản phẩm đỉnh sau khi làm nguội:

Nhiệt độ sản phẩm đáy sau khi làm nguội:

Trạng thái nhập liệu là trạng thái hơi.

Các kí hiệu:

+ suất lượng nhập liệu tính theo kg/h, kmol/h.

+ suất lượng sản phẩm đáy tính theo kg/h, kmol/h.

+ suất lượng sản phẩm đỉnh tính theo kg/h, kmol/h.

+ L : suất lượng dòng hoàn lưu, kmol/h.

+ nồng độ phần mol, phần khối lượng của cấu tử i.

3.2. Cân bằng pha lỏng – hơi hệ Ethanol – water ở áp suất làm việc.

Áp suất làm việc:



Sử dụng phần mềm DDBST 2006 [18], tra cứu được bảng số liệu cân bằng lỏng

– hơi hệ Ethanol – water ở áp suất 3,4 bar:

Bảng 3.1. Cân bằng pha lỏng – hơi hệ Ethanol – water ở 3,4 bar.[18]

STT X Y T[K] STT X Y T[K]1 0.00000 0.00000 410.94 51 0.50001 0.64407 387.652 0.01000 0.09336 407.80 52 0.51001 0.64922 387.543 0.02000 0.16353 405.30 53 0.52001 0.65441 387.444 0.03000 0.21780 403.28 54 0.53001 0.65965 387.345 0.04000 0.26081 401.62 55 0.54001 0.66493 387.246 0.05000 0.29561 400.24 56 0.55001 0.67026 387.157 0.06000 0.32429 399.08 57 0.56001 0.67564 387.058 0.07000 0.34830 398.10 58 0.57001 0.68107 386.969 0.08000 0.36869 397.25 59 0.58001 0.68655 386.87

10 0.09000 0.38625 396.52 60 0.59001 0.69209 386.7811 0.10000 0.40154 395.88 61 0.60001 0.69767 386.6912 0.11000 0.41501 395.32 62 0.61001 0.70332 386.6113 0.12000 0.42700 394.82 63 0.62001 0.70902 386.5314 0.13000 0.43778 394.37 64 0.63001 0.71478 386.4415 0.14000 0.44756 393.97 65 0.64001 0.72060 386.3716 0.15000 0.45650 393.60 66 0.65001 0.72648 386.2917 0.16000 0.46476 393.27 67 0.66001 0.73242 386.2218 0.17000 0.47243 392.96 68 0.67001 0.73843 386.1519 0.18000 0.47962 392.67 69 0.68001 0.74450 386.0820 0.19000 0.48640 392.41 70 0.69001 0.75065 386.0121 0.20000 0.49283 392.16 71 0.70001 0.75686 385.9422 0.21000 0.49896 391.92 72 0.71001 0.76315 385.8823 0.22000 0.50485 391.70 73 0.72001 0.76951 385.8224 0.23000 0.51052 391.49 74 0.73001 0.77596 385.7625 0.24000 0.51602 391.29 75 0.74001 0.78248 385.7126 0.25000 0.52137 391.10 76 0.75001 0.78909 385.6627 0.26000 0.52660 390.91 77 0.76001 0.79578 385.6128 0.27000 0.53172 390.73 78 0.77001 0.80257 385.5629 0.28000 0.53675 390.56 79 0.78001 0.80945 385.5130 0.29000 0.54171 390.39 80 0.79001 0.81643 385.4731 0.30000 0.54662 390.23 81 0.80001 0.82351 385.4332 0.31000 0.55148 390.07 82 0.81001 0.83070 385.3933 0.32000 0.55630 389.92 83 0.82001 0.83801 385.3634 0.33000 0.56110 389.77 84 0.83001 0.84543 385.3335 0.34000 0.56589 389.63 85 0.84001 0.85299 385.3036 0.35000 0.57066 389.48 86 0.85001 0.86067 385.2837 0.36000 0.57543 389.34 87 0.86001 0.86850 385.2638 0.37000 0.58019 389.21 88 0.87002 0.87648 385.2439 0.38000 0.58497 389.07 89 0.88002 0.88462 385.2240 0.39000 0.58976 388.94 90 0.89002 0.89292 385.2141 0.40000 0.59456 388.81 91 0.90002 0.90141 385.2142 0.41000 0.59938 388.69 (Azeo)92 0.91002 0.91010 385.2043 0.42000 0.60422 388.56 93 0.92002 0.91899 385.2144 0.43000 0.60909 388.44 94 0.93002 0.92811 385.21



45 0.44000 0.61399 388.32 95 0.94002 0.93747 385.2246 0.45000 0.61891 388.20 96 0.95002 0.94709 385.2447 0.46000 0.62387 388.09 97 0.96002 0.95700 385.2648 0.47000 0.62886 387.98 98 0.97002 0.96721 385.2949 0.48000 0.63389 387.87 99 0.98002 0.97776 385.3250 0.49000 0.63896 387.76 100 0.99002 0.98868 385.36

3.3. Cân bằng vật chất.

3.3.1. Nồng độ phần mol của Ethanol trong tháp.

Từ bảng số liệu 3.1 ta xây dựng được đồ thị t-x,y cho hệ Ethanol – water.

Hình 3.1. Đồ thị t-x,y hệ Ethanol – water ở 3.4bar [18].



Do ta chọn trạng thái nhập liệu vào tháp chưng cất là trạng thái lỏng sôi nên từ

đồ thị 3.1 trên, tại ta nội suy ra nhiệt độ tháp chưng cất là

Nội suy theo phụ lục 3, ta được: kg/m3.

Nội suy theo phụ lục 4, ta được: kg/m3.

Suy ra khối lượng riêng của hỗn hợp khi nhập liệu vào tháp theo công thức I.2-

tr 5- [10].

(3.1)

kg/m3.

Ta có:

(kg/kmol)

Nên: (kmol/h)

3.3.2. Suất lượng mol của các dòng.

Phương trình cân bằng vật chất cho toàn tháp, theo công thức 3.12-tr 143-[12]:

(3.2)

Thế các giá trị vào ta được hệ phương trình sau:

Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp tại đỉnh và đáy là:



(kg/kmol)

(kg/

kmol)

Suy ra:

kg/h

kg/h

3.3.3. Phương trình đường làm việc cho đoạn chưng và đoạn luyện.

Từ bảng 3.1 ta xây dựng đồ thì cân bằng pha của hệ Ethanol – water ở áp suất

3.4 bar.



Hình 3.2: Đồ thị x-y hệ Ethanol – water ở 3,4 bar [18]

Với nội suy được

Tỉ số hồi lưu ngoại tháp tối thiểu theo công thức 3.32- tr 154- [12]:

(3.3)

Dùng thuật toán pascal (xem phụ lục 1), xác định chỉ số hồi lưu từ điều kiện thể

tích tháp nhỏ nhất ( không tính đến các chỉ tiêu kinh tế vận hành). Thiết lập quan hệ

giữa chỉ số hồi lưu và thể tích của tháp , sử dụng vòng lặp với .



Kết quả tính toán được ghi lại chi tiết ở phụ lục 2, mô tả mối quan hệ giữa thể

tích tháp V và chỉ số hồi lưu. Mối quan hệ này được thể hiện trên hình 3.3

Hình 3.3. Mối quan hệ giữa thể tích tháp và chỉ số hồi lưu.

Từ kết quả tính toán cho ta giá trị tỉ số hồi lưu ngoại tháp thích hợp:

Phương trình đường làm việc của phần chưng theo công thức 3.19b- tr 145- [12]:

(3.4)

Mặt khác theo công thức 3.13b- tr 143- [12]:



(3.5)

Thay số vào phương trình 3-4 ta có phương trình đường làm việc của đoạn chưng:

(3.6)

Phương trình đường làm việc của phần luyện theo công thức 3.17- tr 144- [12]:

(3.7)

Thay số được: (3.8)

Từ các đường làm việc trên, ta dựng đồ thị đường làm việc tính số đĩa lý thuyết.

Qua việc vẽ số bậc thay đổi nồng độ của từng đoạn chưng và đoạn luyện, ta thu được

kết quả ( Đồ thị 3.3):

Số đĩa lý thuyết đoạn luyện: 16

Số đĩa lý thuyết đoạn chưng: 5



Hình 3.4. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết.



Hình 3.5. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (phóng to 0÷0,1)


SP đáy


Hình 3.6. Đồ thị xác định số đĩa lý thuyết (phóng to 0,6 ÷ 0,9)

Bảng 3.2. Cân bằng pha tại các đĩa theo số đĩa lý thuyết.

x y T

PT đường làm

việc đoạn luyệny=0.760914x+0.205038

D 0.857594 0.866608 385.26

1 0.846005 0.857594 385.29

2 0.834435 0.848776 385.32


SP Đỉnh


3 0.822655 0.839972 385.35

4 0.810431 0.831008 385.39

5 0.797464 0.821707 385.44

6 0.783434 0.811840 385.50

7 0.767941 0.801165 385.57

8 0.750437 0.789375 385.66

9 0.730158 0.776056 385.76

10 0.705997 0.760626 385.90

11 0.676290 0.742242 386.11

12 0.638356 0.719637 386.38

13 0.587632 0.690772 386.80

14 0.515705 0.652176 387.48

15 0.405987 0.597446 388.74

16 0.236255 0.513960 391.36

PT đường làm

việc đoạn chưngy=1.613257x-0.0001

F 16 0.240673 0.516380 391.28

17 0.240673 0.388170 391.28

18 0.091256 0.147121 396.44

19 0.017662 0.028395 405.88



20 0.003041 0.004809 409.98

B 21 0.000515 0.000734 410.78

Từ kết quả trên, ta xây dựng được hai đồ thị biểu diên quan hệ: nồng độ %mol

phụ thuộc vào số đĩa và nhiệt độ phụ thuộc vào đĩa.

Hình 3.7. Sự thay đổi nồng độ %mol của nước và etanol theo từng đĩa.



Hình 3.8. Sự thay đổi nhiệt độ theo từng đĩa.


Đồ án tốt nghiệp Chương 4: Tính toán kết cấu tháp chưng luyện

CHƯƠNG 4: TÍNH TOÁN KẾT CẤU CHO THÁP CHƯNG

LUYỆN

Trong chương 3, chúng ta đã đề cập đến cân bằng vật chất trong tháp chưng

luyện, từ đó tính toán được số đĩa lý thuyết của tháp. Trong phần này, em sẽ tiến hành

tính toàn các kết cấu cơ khí của tháp chưng luyện. Do yêu cầu bài toán đăt ra thiết kế

tháp với năng suất cao, hiệu suất cao, cần khoảng làm việc rộng, nên em chọn loại đĩa

thiết kế tháp là loại đĩa van chuyển động.

4.1. Chiều cao của tháp chưng luyện.

4.1.1. Số đĩa lý thuyết của tháp chưng luyện.

Theo đồ thị 3.3 ta có số đĩa lý thuyết toàn tháp là: 21 đĩa, trong đó có:

+ Số đĩa lý thuyết đoạn luyện: 16

+ Số đĩa lý thuyết đoạn chưng: 5

4.1.2. Số đĩa thực tế của tháp chưng luyện.

Phương pháp chọn để xác đinh số đĩa thực tế là phương pháp xác định số đĩa

thực tế theo hiệu suất trung bình theo công thức IX.59- tr 170- 11:

(4.1)

Trong đó: là số đĩa lý thuyết.

là số đĩa thực tế.

là hiệu suất trung bình của thiết bị theo công thức IX.60- tr 171- 11.

(4.2)

là hiệu suất của đĩa tại vị trí đỉnh, nhập liệu, đáy thiết bị.



Vị trí đỉnh tháp:

Nồng độ phần mol: ; ;

Độ bay hơi tương đối theo công thức IX.61- tr 171- 11:

(4.3)

Nội suy theo phụ lục 3: mPa.s


Độ nhớt của hỗn hợp tại vị trí đỉnh tháp theo công thức I.12- tr 84- 10.

(4.4)

Suy ra: mPa.s

Tích số:

Tra theo hình IX.11- tr 171- 11, ta được:

Vị trí nhập liệu của tháp:






Suy ra: mPa.s

Tích số:


Vị trí đáy tháp:








Suy ra: mPa.s

Tích số:


Hiệu suất trung bình toàn tháp là:

Số đĩa thực tế của tháp là:

đĩa

Chọn: đĩa, trong đó:

đĩa, chọn: đĩa.

đĩa, chọn: đĩa.

4.1.3. Chiều cao tháp chưng luyện.

Chiều cao toàn tháp chưng luyện tính theo công thức IX.54- tr 169- 11:

(m) (4.5)



Trong đó: là khoảng cách các đĩa. Chọn: (m)

là chiều dày của đĩa. Chọn: (m)

Vậy: (m)

4.2. Đường kính của tháp.

Đường kính tháp được xác định theo công thức 7.2- tr 6- 13.

(4.6)

Trong đó: - lưu lượng hơi tối đa của pha hơi (kg/s).

- khối lượng riêng của pha hơi (kg/m3).

- tốc độ tối đa cho phép của pha hơi tính theo tiết diện ngang của toàn

tháp (m/s).

Đường kính của tháp sẽ được tính theo phương pháp dự đoán sặc đĩa do cuốn tia

lỏng theo khí.

Lưu lượng dòng hơi đi trong đoạn luyện:

(kmol/h)

Lưu lượng dòng lỏng đi trong đoạn luyện:

(kmol/h)

Hệ số góc của đường làm việc đoạn chưng ( phương trình 3.6) là:

Do:



Suy ra:

Ở đáy tháp, tại áp suất 3,4 bar, tra cứu theo Data of Aspen được:

+ Khối lượng riêng của hơi: kg/m3.

+ Khối lượng riêng của lỏng: kg/m3.

+ Khối lượng phân tử: kg/kmol.

+ Sức căng bề mặt: N/m.

Ở đỉnh tháp, tại áp suất 3,4 bar, tra cứu theo Data of Aspen được:

+ Khối lượng riêng của hơi: kg/m3.

+ Khối lượng riêng của lỏng: kg/m3.

+ Khối lượng phân tử: kg/kmol.

+ Sức căng bề mặt: N/m.

Thông số dòng không thứ nguyên theo công thức 7.17- tr 36- 13.

(4.7)

Đoạn chưng:

Đoạn luyện:

Thông số năng suất tính theo công thức 7.18- tr 40- 13.

(4.8)

Đáy tháp:



Đỉnh tháp:

Tốc độ hơi tối đa cho phép đi qua diện tích tự do của đĩa theo công thức 7.19- tr 40- 13.

(4.9)

Đoạn chưng: (m/s)

Đoạn luyện: (m/s)

Tốc độ làm việc của dòng hơi, ta chọn tốc độ làm việc bằng 85% tốc độ hơi tối đa:



Lưu lượng thể tích hơi lớn nhất của dòng hơi:

Đoạn chưng: (m3/s)

Đoạn luyện: (m3/s)

Diện tích làm việc thực của đĩa:

Đoạn chưng: (m2)

Đoạn luyện: (m2)

Diện tích tiết diện ngang của tháp, chọn diện tích kênh chảy chuyền lỏng là 12%. Khi

đó, diện tích tiết diện ngang của đĩa:



Đoạn chưng: (m2)

Đoạn luyện: (m2)

Đường kính của tháp:

Đoạn chưng: (m)

Đoạn luyện: (m)

Chuẩn hóa đường kính: mm.

Vận tốc pha hơi trong tháp theo thực tế:



Tính chọn mô hình dòng lỏng trên đĩa:

Lưu lượng dòng lỏng tối đa trên đĩa:

(m3/s) (4.10)

(gal/min)

Tra theo bảng 7.1- tr 10- 13: ta chọn mô hình dòng lỏng trên đĩa là mô hình đơn

giản.



Hình 4.1: Mô hình dòng lỏng đơn giản.

4.3. Thiết kế sơ bộ đĩa và dự đoán điểm sặc đĩa.

4.3.1. Chọn thiết kế sợ bộ đĩa cho tháp chưng

luyện.

Đường kính của tháp: mm.

Tra theo bảng 7.28- tr 198- 13, ta được các thông số

của đĩa van chuyển động như sau:

Tiết diện tự do của tháp: m2

Diện tích làm việc của đĩa: m2

Chiều dài ngưỡng chảy tràn: m

Diện tích chảy chuyền lỏng: m2

Diện tích thực của đĩa: m2

Bước van: mm

Số lượng van: 432

Số dãy van theo đường đi của lỏng: 22



Hình 4.1. Van chữ chật.[20]

4.3.2. Dự đoán điểm sặc đĩa.

Vận tốc của dòng hơi ở điều kiện thiết kế, theo diện tích tự do của đĩa .

(4.11)



Yếu tố C được tính theo công thức 7.4- tr 29- 13.

(4.12)

Đoạn chưng:

Đoạn luyện:

Nhận thấy giá trị yếu tố tại điểm sặc. Nên tháp với thông số đã

chọn hoàn toàn thích hợp với các điều kiện làm việc theo yêu cầu đặt ra.

4.4. Trở lực của đĩa.

Trở lực của đĩa có ảnh hưởng tới công suất của thiết bị đun sôi đáy tháp, thiết bị

tạo áp và tải trọng cần thiết của tháp. Vì vậy, trong thực tế luôn cần các giải pháp để

giảm trở lực của đĩa đến mức thấp nhất.

Trở lực của đĩa gồm các hợp phần sau theo công thức 7.27- tr 52- 13.



(4.13)

Trong đó: - trở lực của đĩa khô (do các van khô của đĩa tạo ra), mm cột chất lỏng

- trở lực do lớp hỗn hợp lỏng – khí tạo ra, mm cột chất lỏng

4.4.1. Trở lực của đĩa khô.

Trở lực của đĩa khô được tính theo phương trình chuyển động của khí qua van,

công thức 7.28- tr 52- 13:

(4.14)

Trong đó: - tốc độ dòng khí qua rãnh van, m/s.

K - hệ số.

Tốc độ dòng khí vào thời điểm van bắt đầu mở theo công thức 7.33- tr 54- 13:

(4.15)

Trong đó: - chiều dày của van, chọn mm.

- tỷ số khối lượng của van có chân trên van không có chân, tra theo

bảng 7.8- tr 57- 13, được: .

- hệ số lỗ khi tất cả các van đều đóng, tra theo tr 54- 13, ta được:

(mm.s2/m2).

- khối lương riêng của khí

- khối lượng riêng vật liệu chế tạo tan, chọn vật liệu chế tạo là thép

ko gỉ 304 (AISI/SEA), (kg/m3).





Tốc độ dòng khí khi tất cả các van đều mở tính theo công thức 7.34- tr 54- 13:

(4.16)

Trong đó: - hệ số lo khi tất cả các van đều mở, tra theo tr 54- 13, ta được:

(4.17)

Với: - chiều dày đĩa, chọn mm.

Vậy:



Trở lực của đĩa khô khi tất cả các van đều mở:

Đoạn chưng: mm

Đoạn luyện: mm



4.4.2. Trở lực lớp hỗn hợp lỏng – khí trên đĩa.

Trở lực do lớp hỗn hợp lỏng – khí trên đĩa tạo ra được tính theo công thức 7.38-

tr 55- 13.

(4.18)

Trong đó: - hệ số sục khí (không thứ nguyên)

- chiều cao tính toán của lớp chất lỏng sạch khí, mm.

Yếu tố sục khí :

Yếu tố F, với vận tốc dòng hơi U tính theo tiết diện tự do của đĩa được tính

theo công thức 7.3- tr 29- 13:

(4.19)

Đoạn chưng: (kg1/2/m1/2.s)

(lb1/2/ft1/2.s)

Tra theo đồ thị 7.26- tr 56-13, ta được:

Đoạn luyện: (kg1/2/m1/2.s)

(lb1/2/ft1/2.s)

Tra theo đồ thị 7.26- tr 56-13, ta được:

Chiều cao tính toán của chất lỏng sạch khí :

Được xác định theo công thức 7.40- tr 55- 13:

(4.20)



Trong đó: - Chiều cao ngưỡng chảy tràn, mm cột chất lỏng.

- chiều cao lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn, mm cột chất lỏng.

- gradien thủy lực theo phương ngang của đĩa, mm cột chất lỏng.

Chiều cao ngưỡng chảy tràn, chọn mm.

Chiều cao lớp bọt phía trên ngưỡng chảy tràn hình viên phân tính theo công

thức7.41- tr 56- 13:

(4.21)

Đoạn chưng:

Đoạn luyện:

Riêng gradien thủy lực theo phương ngang của đĩa thường khá nhỏ nên có thể

bỏ qua.

Vậy trở lực do hỗn hợp lỏng – khí trên đĩa tạo nên, kết hợp công thức 4.18 và

4.20 ta có:

(4.22)

Đoạn chưng: (mm.ccl)

Đoạn luyện: (mm.ccl)

Trở lực tổng cổng của đĩa:

Đoạn chưng: (mm.ccl)



Đoạn luyện: (mm.ccl)

4.4.3. Tính kiểm tra kênh chảy truyền lỏng.

Chọn khoảng cách giữa mép dưới kênh chảy truyền lỏng và mặt đĩa:

(mm)

Diện tích lỏng đi qua ở phía dưới kênh chảy truyền:

(m2)

Do diện tích này lớn hơn diện tích kênh chảy truyền ( m2) nên ta

chọn diện tích này để tính trở lực của kênh chảy truyền theo công thức 7.44- tr 64- 13:

(4.23)

Đoạn chưng:

(mm)

Đoạn luyện:

(mm)

Chiều cao mức lỏng trong kênh chảy truyền được tính theo công thức 7.20a- tr

42- 13:

(4.24)

Đoạn chưng:

Đoạn luyện:



Kiểm tra khoảng cách các đĩa theo công thức:

(khoảng cách giữa các đĩa + chiều cao ngưỡng chảy tràn)

Xét: Thỏa mãn.

Thỏa mãn.

Vì vậy, khoảng cách đĩa 0,5m chọn ban đầu thỏa mãn tính toán.

Kiểm tra thời gian lưu của lỏng trong kênh chảy truyền:

(4.25)

Đoạn chưng:

Đoạn luyện:

Tra theo bảng 7.6, thấy thời gian lưu tính được thỏa mãn điều kiện thời gian lưu

nhỏ nhất.

4.5. Tính toán bề dày thiết bị và các chi tiết khác.

4.5.1. Tính toán bề dày thiết bị.

4.5.1.1. Bề dày thân tháp.

Thiết bị chưng luyện đang thiết kế là thiết bị hình trụ dạng vỏ mỏng, chịu áp

suất trong. Bề dày thân tháp sẽ được tính toán thiết kế theo phương pháp thiết kế bề

dày thiết bị chịu tải trọng tổng hợp. Ngoài tải trọng do áp suất làm việc, còn phải xem

xét các tải trọng chính do:



+ Trọng lượng tĩnh của thiết bị và các bộ phận bên trong thiết bị.

+ Gió

+ Động đất

+ Các tải trọng ngoài do các đường ống nối và các thiết bị liên quan tạo ra.

Trong bài toán của đề ra, ta chỉ xét đến tải trọng do áp suất làm việc, tải trọng do

tổng trọng lượng thiết bị và tải trọng do gió gây ra.

1. Áp suất làm việc và vật liệu chế tạo.

Áp suất làm việc:

Nhiệt độ làm việc tối đa:

Chọn áp suất thiết kế lớn hơn áp suất làm việc 10%:

(N/mm2)

Chọn vật liệu chế tạo là thép không gỉ 18Cr/8Ni (SUS304), tra bảng 8.2, tr 475-

13, ta được:

+ Độ bền kéo: (N/mm2)

+ Ứng suất thiết kế: (N/mm2)

Chọn kiểu mối hàn kép nối đỉnh, với mức độ siêu âm kiểu tra là 100%, tra bảng

8.3- tr 476- 13, ta có hệ số hàn:

2. Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị.

Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị được tính theo công thức 2.23- tr 74- 14:

(mm) (4.26)

Trong đó: - độ dư ăn mòn, với tuổi thọ thiết bị là 20 năm, chọn

- độ dư bù cho sai số chế tao, gia công, chọn



- độ dư do ăn mòn hóa chất, môi chất không ăn mòn nên

Vậy: (mm)

3. Chiều dày thân thiết bị.

Chiều dày nhỏ nhất thân thiết bị được tính theo công thức 8.36a- tr 478- 13:

(4.27)

Trong đó: - đường kính trong của thiết bị, (mm)

Vậy: (mm)

Chiều dày thân tháp sẽ phải lớn hơn nhiều so với chiều dày nhỏ nhất để có thể

chịu được tải trọng do gió và trọng lượng của tháp gây ra.

Chọn chiều dày tháp để bắt đầu vòng lặp tính chọn chiều dày thích hợp là:

(mm)

4. Trọng lượng tĩnh của thiết bị.

Trọng lượng của thân tháp:

Chọn hệ số:

đối với tháp chưng cất

mm

m

Khi đó trọng lượng tháp theo công thức 8.54a- tr 495- 13:

(4.28)

N



(kN)

Trọng lượng của đĩa

Diện tích của đĩa:

(m2)

Trọng lượng của 1 đĩa (bao gồm cả dầm đỡ và các phụ kiện) được tính gần đúng

theo công thức 8.54c- tr 495- 13:

(kN)

Trọng lượng của toàn bộ đĩa:

(kN)

Trọng lượng của lớp cách nhiệt

Khối lượng riêng của sợi khoáng: (kg/m3)

Chọn bề dày lớp cách nhiệt: (mm)

Thể tích gần đúng lớp cách nhiệt:

(m3)

Trọng lượng lớp cách nhiệt:

(N) (kN)

Tính cả phần phụ kiện cho lớp cách nhiệt chọn:

(kN)

Trọng lượng lỏng trong tháp



Trọng lượng tĩnh tối đa của tháp sẽ xuất hiện khi tháp chứa đầy lỏng, lấy với

chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn là nước, tra theo phụ lục 4, (kg/m3)

(N)

(kN)

Tổng khối lượng của thiết bị:

(kN)

5. Tải trọng gió.

Chọn áp suất do gió tạo ra bằng: (N/m2) (tương đương tốc độ gió 160

km/h).

Đường kính ngoài của tháp (bao gồm cả lớp cách nhiệt):

(m)

Tải trọng gió tính theo một đơn vị chiều dài được tính theo công thức 8.64- tr

503-13:

(N/m) (4.29)

Mômen uốn tại đáy tháp được tính theo công thức 8.60- tr 501- 13:

(4.30)

(N.m)

6. Phân tích ứng suất.

Tại mặt đáy của tháp:



Ứng suất áp suất theo chu vi và theo hướng trục được tính theo công thức 8.5 và

8.6- tr 466- 13:

(N/mm2) (4.31)

(N/mm2) (4.32)

Ứng suất do tổng trọng lượng của tháp gây ra (ứng suất nén) được tính theo

công thức 8.67- tr 507- 13:

(N/mm2) (4.33)

Ứng suất uốn (nén hoặc căng) sẽ được tính theo công thức 8.68- tr 507- 13:

(4.34)

Trong đó: - mômen uốn tổng cộng tại mặt đang xét.

- mômen thứ cấp của diện tích tiết diện của tháp tại mặt tác dụng

của mômen uốn và được tính theo công thức 8.69- tr 508- 13:

(mm4) (4.35)

(N/mm2)

Ứng suất tổng hợp theo hướng dọc trục:

(4.36)

Ở đây, là ứng suất nén nên có giá trị âm.

Khi gió thổi hướng lên trên:



(N/mm2)

Khi gió thổi hướng xuống dưới:

(N/mm2)

Do không có ứng suất xoắn nên các ứng suất chính sẽ là ứng suất tiếp tuyến theo

chu vi và ứng suất tổng theo hướng dọc trục .

Đối với tháp, ứng suất theo hướng kính được tính gần đúng theo công thức 8.70-

tr 508- 13:

(N/mm2) (4.37)

Có giá rất nhỏ nên ta bỏ qua ứng suất này.

Theo lý thuyết về ứng suất cắt cực đại áp dụng cho thiết kế tháp, thì giá trị lớn

nhất của các ứng suất tại điểm đang xét sau đây sẽ được sử dụng cho mục đích thiết kế:

(4.38)

Trong trường hợp đang xét, hiệu số lớn nhất của các ứng suất chính sẽ đạt được

trong trường hợp gió thổi xuống dưới:

(N/mm2)

(N/mm2)

Ứng suất cắt cực đại thỏa mãn yêu cầu thiết kế của thép không gỉ SUS304

7. Kiểm tra độ bền đàn hồi.

Ứng suất uốn đàn hồi tới hạn được tính theo công thức 8.72- tr 509-13:

(N/mm2) (4.39)



Ứng suất nén tổng cộng:

(N/mm2)

Nhận thấy, nên điệu kiện về độ bền đàn hồi thỏa mãn yêu cầu thiết kế.

Vậy với (mm) là giá trị bề dày tháp nhỏ nhất nên chọn, ta đã thỏa mãn

điều kiện thiết kế, nên dừng vòng lặp tính toán và kết luận (mm) là bề dày của

thiết bị.

4.5.1.2. Bề dày đáy và nắp thiết bị.

Đáy và nắp thiết bị sử dụng vật liệu chế tạo như thân thiết bị, thép không gỉ

SUS304. Hình dạng đáy và nắp thiết bị chọn là hình elip tiêu chuẩn, có gờ. Tra theo

bảng XIII.10- tr 382- 11, với m, ta được:

mm

mm

Chọn chiều dày đáy và nắp: (m).

Kiểm nghiệm độ bền cho đáy và nắp thiết bị theo công thức 2.33- tr 94- 14:

(4.29)

Ứng suất với chiều dày thiết bị đã tính phía trên:

(N/m2)

(N/m2)



Nhận thấy: nên chiều dày tính toán đủ bền trong cả khi kiểm tra thủy

lực. Chiều dày đã chọn thoa mãn.

4.5.1.3. Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy và nắp

thiết bị.

Chọn bích ghép liền kiểu I theo bảng

XIII.27- tr 417- 11, theo đường kính trong của thiết bị

m và áp suất làm việc

, ta được:

Kích thước bích nối:

(mm)

(mm)

(mm)

(mm)

Hình 4.2. Bích ghép thân tháp chưng[11]

Bu lông: M27

(cái)

(mm)

Để đảm bảo độ bít kín, sử dụng đệm bít kín bằng amiang dày 3 mm, đường kính

trong là 2230 mm, đường kính ngoài là 2260 mm.

4.5.2. Tính toán chân đỡ tháp.

Chọn chân đỡ tháp kiểu trụ đỡ, theo phương pháp hàn phẳng với vỏ thiết bị. Trụ

đỡ dạng trụ ( góc ) và vật liệu chế tạo là SUS304 có:




+ Mô đun Young : (N/mm2) theo [15].

Chọn chiều cao trụ đỡ là: 3 (m)

Trọng lượng tĩnh tối đa của tháp. (kN)

4.5.2.1. Chiều dày trụ đỡ.

1. Tải trọng do gió tạo ra.

Mômen uốn tại chân đáy trụ đỡ theo công thức 8.56- tr 496- 13:

(N.m) (4.30)

Hình 4.3. Trụ đỡ của tháp.[13]


Lần tính đầu tiên của vòng lặp, chọn chiều dày trụ đỡ (mm)

Ứng suất uốn được tính theo công thức 8.46- tr 490- 13:



(4.31)

(N/mm2)

Ứng suất do trọng lượng tối đa tạo ra tính theo công thức 8.47-tr 490- 13:

(4.32)

(N/mm2)

Ứng suất nén lớn nhất theo công thức 8.45- tr 490- 13:

(N/mm2) (4.33)

Ứng suất căng nhỏ nhất theo công thức 8.44- tr 490- 13:

(N/mm2) (4.34)

Tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế theo 8.48 và 8.49- tr491- 13:

Thỏa mãn

Thỏa mãn.

Nhận xét: cả hai tiêu chí trên đều được thỏa mãn vậy chiều dày trụ đỡ là:

(mm)

4.5.2.2. Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bu lông đinh vị.

Chọn gần đúng đường kính vòng tròn tâm các lỗ lắp bu lông:

(m)



Chu vi của đường tròn tâm các lỗ lắp bu lông:

(m)

Chọn bước bu lông: (m)

Số bu lông cần thiết để định vị:

Chọn số bu lông là bội số chung gần nhất của 4:

Chọn vật liệu chế tạo bu lông là thép cácbon, tra bảng 8.2- tr475- 13, ứng suất

thiết kế là: (N/mm2)

Diện tích tiết diện ngang của bu lông được tính theo công thức 8.50- tr 491- 13:

(4.35)

(mm2)

Chọn bu lông M24 có diện tích (mm2). (Kích thước bu lông tối thiểu

để định vị trụ đỡ thiết bị).

Tải trọng nén tổng cộng tác dụng lên vòng đáy của trụ đỡ ( tính theo một đơn vị

chiều dài) tính theo công thức 8.51- tr 492- 13:

(4.36)

(N/m)

Chọn áp suất đỡ tối đa tác dụng lên nền móng bê tông: (N/mm2)

Chiều rộng vòng đáy trụ tính theo công thức 8.52- tr 493- 13:



(mm) (4.37)

Chọn các kích thước thiết kế trụ đỡ theo bảng 8.20- tr 494- 13:

Bu lông Tiết diện A B C D E F GM24 353 45 76 64 13 19 30 36

Chiều rộng thực tế của vòng đáy trụ:

(mm)

Áp suất thực tế tác dụng lên móng bê tông:

(N/mm2)

Chiều dày nhỏ nhất của vòng đáy trụ tính theo công thức 8.53- tr 493- 13:

(mm)

Chọn: (mm).

Hình 4.4. Kích thước trụ đỡ tháp chưng.[13]



4.5.3. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng.

4.5.3.1. Ống nhập liệu.

Lưu lượng của hỗn hợp: (kg/h)

Chọn loại ống nối cắm sâu vào thiết bị.

Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng, nội suy theo phụ lục 3 và 4, ta được:

(kg/m3)

(kg/m3)

Theo công thức I.2- tr 5- 10:

Vậy: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất lỏng chảy trong ống nối là: (m/s)

Đường kính trong của ống nối:

(m)

Chọn: (m) = 100 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen, kiểu 1 tra bảng XIII.26- tr 409- 11:

h Bu lông

100 108 205 170 148 14z

M16 4



Hình 4.5. Bích nối ống dẫn của thiết bị.

4.5.3.2. Ống hơi đi ra đỉnh tháp.



Khối lượng riêng hỗn hợp hơi: (kg/m3)

Chọn vận tốc chất hơi chảy trong ống nối là: (m/s)


(m)

Chọn: (m) = 200 (mm)

Chọn bích liền bằng kim loại đen kiểu 1, tra bảng XIII.26- tr 409- 11:

h Bu lông

200 219 290 255 232 16z

M16 8



4.5.3.3. Ống hoàn lưu đỉnh tháp




(kg/m3)

(kg/m3)


Vậy: (kg/m3)



(m)

Chọn: (m) = 150 (mm)


h Bu lông

150 159 260 225 202 16z

M16 8

4.5.3.4. Ống lỏng đi ra đáy tháp.


Do sử dụng thiết bị gia nhiệt đun sôi lại 50% để gia nhiệt đáy tháp nên lưu

lượng dòng thực tế là:





(kg/m3)

(kg/m3)


Vậy: (kg/m3)



(m)

Chọn: (m) = 100 (mm)


h Bu lông

100 108 205 170 158 14z

M16 4

4.5.3.5. Ống hơi đi vào đáy tháp.


Sau khi qua thiết bị gia nhiệt đáy tháp, hồi lưu 50% lưu lượng để gia nhiệt cho

hỗn hợp đáy, nên lưu lượng dòng hơi thực tế là:

(kg/h)







(m)

Chọn: (m) = 250 (mm)


h Bu lông

250 273 370 350 312 22z

M16 12

4.5.3.6. Cửa người ở đỉnh tháp và đáy tháp.

Chọn cửa người đường kính 600 mm. Cửa người được thiết kế 2 cái, một ở trên

đỉnh tháp, một ở dưới đãy tháp.

Chọn bích liền bằng thép kiểu 1, tra bảng XIII.27- tr 417- 11:

h Bu lông

600 740 690 650 611 20z

M20 20


Đồ án tốt nghiệp Chương 5: Tính toán các thiết bị phụ trợ

CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRỢ

Thiết bị phụ trợ chọn lựa tính toán cho đồ án là thiết bị gia nhiệt đáy tháp dạng

ống chùm thẳng đứng.

Hình 5.1. Thiết bị gia nhiệt đáy tháp ống chùm dạng thẳng đứng.[21]

5.1. Thông số hai dòng lưu thể.

Lưu thể lạnh: dung dịch hỗn hợp etanol – nước ở nhiệt độ K và áp

suất (N/m2) được gia nhiệt cho bay hơi hoàn toàn tại cùng điều

kiện.

Lưu thể nóng: là hơi nước bão hòa khô ở nhiệt độ K và áp suất

(N/m2) nhường nhiệt thành hơi bão hòa ẩm tại cùng điều kiện.

Chọn lưu thể nóng đi ngoài ống, lưu thể lạnh đi trong ống.



5.2. Cân bằng nhiệt lượng cho thiết bị.

Nhiệt lượng mà hỗn hợp etanol – nước nhận là:

(5.1)

Trong đó: - lưu lượng hỗn hợp etanol – nước, kg/s.

- ẩn nhiệt hóa hơi hỗn hợp etanol – nước tại nhiệt độ K

và áp suất (N/m2), tra theo data of Aspen với nông

độ phần mol của etanol ta được:

(kJ/kg)

Vậy: (W)

5.3. Hệ số cấp nhiệt cho từng lưu thể.

Thiết bị gia nhiệt đáy tháp gia nhiệt làm bay hơi hỗn hợp etanol – nước hoạt

động như hình 5.2. Phần thân thiết bị được chia thành hai phần với công dụng tương

ứng. Đoạn BC ứng với việc gia nhiệt hỗn hợp etanol – nước tới nhiệt độ sôi của hỗn

hợp. Đoạn CD gia nhiệt để hóa hơi hỗn hợp etanol – nước.



Hình 5.2. Mô hình hoạt động của thiết bị gia nhiệt.[21]

5.3.1. Hệ số cấp nhiệt cho hơi nước bão hòa khô ngưng tụ.

Nhiệt lượng cung cấp cho thiết bị được lấy từ quá trình ngưng tụ hơi nước bão

hòa bên ngoài thành ống thẳng đứng.Ta chọn bố trí ống tam giác, sole để đạt hiệu quả

tra đổi nhiệt lớn.

Chọn vận tốc hỗn hợp etanol – nước đi trong ống (đoạn CD) với vận tốc:

(m/s)

Chọn kích thước ống: (mm)

(m)

(m)

(m)

Số ống trong thiết bị được tính theo công thức 2.98- tr 81- 16:



(5.2)

(ống)

Làm tròn: (ống)

Chọn sô ngăn:

Số ống trong thiết bị: (ống)

Tra theo bảng V.11- tr 48- 11 chọn theo chuẩn: (ống)

Với số ống xuyên tâm:

Số ống ở hình viên phân: 24 ống

Tổng số ống là: 241 ống

Hệ số truyền nhiệt của hơi nước ngưng tụ được tính theo công thức V.101- tr

28- 11:

(W/m2.K) (5.3)

Trong đó: - ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi bão hòa tại điều kiện làm việc

(N/m2), tra bảng I.251- tr 314-10: (kJ/kg)

A - hệ số tra theo bảng 1.64- tr 40- 17, được: A = 198.

Chọn: (K)

(m)



Giải bài toán cân bằng nhiệt bằng các giả thiết chiều dài ống, chiều dài ống sẽ

được tính lại sau khi tìm được diện tích truyền nhiệt. Nếu đạt sai số bé hơn 3% thì sử

dụng vòng lặp với một giá trị chiều dài ống khác.

Vậy: (W/m2.K)

Nhiệt tải riêng của hơi nước ngưng tụ:

(W/m2)

5.3.2. Hệ số cấp nhiệt cho hỗn hợp lỏng etanol – nước.

Vì chất lỏng chạy trong ống là chất lỏng đã đạt nhiệt độ sôi, nhiêm vụ của thiết

bị gia nhiệt là gia nhiệt cho chất lỏng sôi. Chọn chế độ sôi của hỗn hợp lỏng là chế độ

sôi sủi bọt. Hệ số cấp nhiệt sẽ được xác đinh theo công thức gần đúng V.93- tr 26- 11:

(5.4)

Trong đó: - Nhiệt tải riêng của hỗn hợp etanol – nước.

(W/m2)

- Ẩn nhiệt hóa hơi của hỗn hợp etanol – nước tra theo data of Aspen

tại điều kiện làm việc, (J/kg)

- Độ nhớt của hỗn hợp etanol – nước tra theo data of Aspen tại điều

kiện làm việc, (N.s/m2)

- Nhiệt dung riêng của hỗn hợp etanol – nước tra theo data of Aspen

tại điều kiện làm việc, (J/kg.K)



- Khối lượng riêng của hơi ở áp suất (N/m2), tra theo data

of Aspen, (kg/m3)

- Hệ số dẫn nhiệt của hỗn hợp etanol – nước được tính theo công

thức I.32- tr 123- 10:

(5.5)

(W/m.K)

Vậy:

5.3.3. Bề mặt truyền nhiệt và đáng giá độ dài ống.

Nhiệt trở do bám cặn thành ống tra theo bảng V.1- tr 4- 11:

Hơi nước: (m2.K/W)

Etanol – nước: (m2.K/W)

Chọn vật liệu chế tạo ống là thép không gỉ SUS304 có hệ số dẫn nhiệt tra theo

bảng I.125- tr 127-10:

(W/m.K)

Tổng nhiệt trở của thành ống là:

(5.6)

(m2.K/W)



Vậy: (K)

(K)

(K)

(K)

Bề mặt truyền nhiệt

(m2) (5.7)

Chiều dài thực tế của ống:

(m) (5.8)

Đánh giá sai số:

Thỏa mãn yêu cầu.

Thực tế, để tính được kết quả với sai số chính xác như trên, bài giải đã sử dụng

phương pháp lặp để tìm kết quả hợp lý nhất gồm các yếu tố:

+ Chiều dài ống là bé nhất.

+ Hiệu nhiệt độ giữa hỗn hợp etanol – nước và thành ống phải lớn hơn 0.

Các số liệu chi tiết của phương pháp lặp được tính toán ro trong file excel kèm

theo (sheet: phu tro) hoặc phụ lục 5.

5.4. Tính toán kết cấu cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

5.4.1. Bề dày thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

5.4.1.1. Đường kính trong của vỏ thiết bị.

Theo công thức V.140- tr 49- 11:



(5.9)

Trong đó: - bước ống, mm.

(mm)

Chọn: (mm)

Vậy: (mm)

Tra bảng XIII.6- tr 359- 11, chọn đường kính theo chuẩn:

(mm)

5.4.1.2. Áp suất làm việc và vật liệu chế tạo.

Áp suất làm việc lấy theo áp suất lớn hơn là áp suất của hơi nước bão hòa khô:

Nhiệt độ làm việc tối đa:

Chọn áp suất thiết kế lớn hơn áp suất làm việc 10%:

(N/mm2)

Chọn vật liệu chế tạo là thép không gỉ 18Cr/8Ni (SUS304), tra bảng 8.2, tr 475-

13, ta được:

+ Độ bền kéo: (N/mm2)


Chọn kiểu mối hàn kép nối đỉnh, với mức độ siêu âm kiểu tra là 100%, tra bảng

8.3- tr 476- 13, ta có hệ số hàn:

5.4.1.3. Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị.

Hệ số bổ sung chiều dày thiết bị được tính theo công thức 2.23- tr 74- 14:



(mm)

Trong đó: - độ dư ăn mòn, với tuổi thọ thiết bị là 20 năm, chọn

- độ dư bù cho sai số chế tao, gia công, chọn

- độ dư do ăn mòn hóa chất, môi chất không ăn mòn nên

Vậy: (mm)

5.4.1.4. Chiều dày thân thiết bị.

Chiều dày nhỏ nhất thân thiết bị được tính theo công thức 8.36a- tr 478- 13:

Trong đó: - đường kính trong của thiết bị, (mm)

Vậy: (mm)

Chiều dày thân tháp sẽ phải lớn hơn nhiều so với chiều dày nhỏ nhất để có thể

chịu được tải trọng do gió và trọng lượng của tháp gây ra. Chọn:

(mm)

5.4.2. Bề dày đáy và nắp thiết bị gia nhiệt.

Đáy và nắp thiết bị sử dụng vật liệu chế tạo như thân thiết bị, thép không gỉ

SUS304. Hình dạng đáy và nắp thiết bị chọn là hình elip tiêu chuẩn, có gờ. Tra theo

bảng XIII.10- tr 382- 11, với mm, ta được:

mm

mm

Chọn chiều dày đáy và nắp: (m).



Kiểm nghiệm độ bền cho đáy và nắp thiết bị theo công thức 2.33- tr 94- 14:

Ứng suất với chiều dày thiết bị đã tính phía trên:

(N/m2)

(N/m2)

Nhận thấy: nên chiều dày tính toán đủ bền trong cả khi kiểm tra thủy

lực. Chiều dày đã chọn thoa mãn.

5.4.3. Chọn mặt bích ghép nối thân – đáy và nắp thiết bị.

Chọn bích ghép liền kiểu I theo bảng XIII.27- tr 417- 11, theo đường kính trong

của thiết bị mm và áp suất làm việc , ta được:

h Bu lông

900 1060 1000 960 913 35z

M27 28

Để đảm bảo độ bít kín, sử dụng đệm bít kín bằng amiang dày 3 mm, đường kính

trong là 913 mm, đường kính ngoài là 960 mm.

5.4.4. Bù giãn nở nhiệt và bề dày vỉ ống.

5.4.4.1. Bù giãn nở nhiệt.

Do hiệu nhiệt độ giữa hai dòng lưu thể: K và vật liệu chế tạo

của vỏ thiết bị và hệ thống ống là cùng một loại (SUS304) nên ta bỏ qua sự sai lệch

giãn nở nhiệt giữa vỏ thiết bị và hệ thống ống.



5.4.4.2. Bề dày vỉ ống.

Vỉ ống được cố định vào thiết bị bằng phương pháp kẹp chặt giữa hai mặt bích

vỏ thiết bị và nắp, đáy thiết bị

Ống được cố định vào vỉ ống bằng phương pháp hàn.

Chọn bề dày vỉ ống: mm.

5.4.5. Tính toán chân đỡ thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

Chọn chân đỡ tháp kiểu trụ đỡ, theo phương pháp hàn phẳng với vỏ thiết bị. Trụ

đỡ dạng trụ ( góc ) và vật liệu chế tạo là SUS304 có:


+ Mô đun Young : (N/mm2) theo [15].

Chọn chiều cao trụ đỡ là: 1 (m)

5.4.5.1. Trọng lượng tĩnh của thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

Trọng lượng của thân thiết bị:

Chọn hệ số:

đối với thiết bị có nhiều bộ phận bên trong

mm

m

Khi đó trọng lượng tháp theo công thức 8.54a- tr 495- 13:

N

(kN)



Trọng lượng của các ống trong thiết bị

(kN)

Trọng lượng của lớp cách nhiệt

Khối lượng riêng của sợi khoáng: (kg/m3)

Chọn bề dày lớp cách nhiệt: (mm)

Thể tích gần đúng lớp cách nhiệt:

(m3)

Trọng lượng lớp cách nhiệt:

(N) (kN)

Tính cả phần phụ kiện cho lớp cách nhiệt chọn:

(kN)

Trọng lượng lỏng trong tháp

Trọng lượng tĩnh tối đa của tháp sẽ xuất hiện khi tháp chứa đầy lỏng, lấy với

chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn là nước, tra theo phụ lục 4, (kg/m3)

(N)

(kN)

Tổng khối lượng của thiết bị:

(kN)



5.4.5.2. Chiều dày trụ đỡ.

1. Tải trọng do gió tạo ra.

Chọn áp suất do gió tạo ra bằng: (N/m2) (tương đương tốc độ gió 160

km/h).

Đường kính ngoài của tháp (bao gồm cả lớp cách nhiệt):

(m)

Tải trọng gió tính theo một đơn vị chiều dài được tính theo công thức 8.64- tr

503-13:

(N/m)

Mômen uốn tại chân đáy trụ đỡ theo công thức 8.56- tr 496- 13:

(N.m)


Lần tính đầu tiên của vòng lặp, chọn chiều dày trụ đỡ (mm)

Ứng suất uốn được tính theo công thức 8.46- tr 490- 13:

(N/mm2)

Ứng suất do trọng lượng tối đa tạo ra tính theo công thức 8.47-tr 490- 13:

(N/mm2)



Ứng suất nén lớn nhất theo công thức 8.45- tr 490- 13:

(N/mm2)

Ứng suất căng nhỏ nhất theo công thức 8.44- tr 490- 13:

(N/mm2)

Tiêu chuẩn kiểm tra thiết kế theo 8.48 và 8.49- tr491- 13:

Thỏa mãn

Thỏa mãn.

Nhận xét: cả hai tiêu chí trên đều được thỏa mãn vậy chiều dày trụ đỡ là:

(mm)

5.4.5.3. Vòng chịu tải ở đáy trụ đỡ và các bu lông định vị.

Chọn gần đúng đường kính vòng tròn tâm các lỗ lắp bu lông:

(m)

Chu vi của đường tròn tâm các lỗ lắp bu lông:

(m)

Chọn bước bu lông: (m)

Số bu lông cần thiết để định vị:

Chọn số bu lông là bội số chung gần nhất của 4:

Chọn vật liệu chế tạo bu lông là thép cácbon, tra bảng 8.2- tr475- 13, ứng suất

thiết kế là: (N/mm2)



Diện tích tiết diện ngang của bu lông được tính theo công thức 8.50- tr 491- 13:

(mm2)

Chọn bu lông M24 có diện tích (mm2). (Kích thước bu lông tối thiểu

để định vị trụ đỡ thiết bị).

Tải trọng nén tổng cộng tác dụng lên vòng đáy của trụ đỡ ( tính theo một đơn vị

chiều dài) tính theo công thức 8.51- tr 492- 13:

(4.36)

(N/m)

Chọn áp suất đỡ tối đa tác dụng lên nền móng bê tông: (N/mm2)

Chiều rộng vòng đáy trụ tính theo công thức 8.52- tr 493- 13:

(m) (4.37)

Chọn các kích thước thiết kế trụ đỡ theo bảng 8.20- tr 494- 13:

Bu lông Tiết diện A B C D E F GM24 353 45 76 64 13 19 30 36

Chiều rộng thực tế của vòng đáy trụ:

(mm)

Áp suất thực tế tác dụng lên móng bê tông:



(N/mm2)

Chiều dày nhỏ nhất của vòng đáy trụ tính theo công thức 8.53- tr 493- 13:

(mm)

Chọn: (mm).

5.4.6. Cửa nối ống dẫn với thiết bị và bích nối tương ứng.

5.4.6.1. Ống lỏng đi vào đáy thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

Thiết bị gia nhiệt chỉ đun sôi lại 50% để gia nhiệt đáy tháp nên lưu lượng dòng

thực tế là:


Khối lượng riêng hỗn hợp lỏng: (kg/m3)



(m)

Chọn: (m) = 50 (mm)


h Bu lông

50 57 140 110 90 12z

M12 4

5.4.6.2. Ống hơi đi ra đỉnh thiết bị gia nhiệt.

Lưu lượng hơi bốc hơi trong thiết bị gia nhiệt đáy tháp:



(kg/h)





(m)

Chọn: (m) = 250 (mm)


h Bu lông

250 273 370 350 312 22z

M16 12

5.4.5.3. Ống hơi bão hòa đi vào thiết bị.

Lưu lượng của hơi bão hòa:

(kg/s)


Khối lượng riêng của hơi nước bão hòa tại áp suất 8bar: (kg/m3)



(m)



Chọn: (m) = 200 (mm)


h Bu lông

200 219 310 270 242 24z

M20 8

5.4.5.4. Ống nước ngưng đi ra thiết bị.

Lưu lượng của nước ngưng:

(kg/s)


Khối lượng riêng của nước ngưng tại áp suất 8bar: (kg/m3)



(m)

Chọn: (m) = 50 (mm)


h Bu lông

50 57 160 125 102 18z

M16 4


Đồ án tốt nghiệp Chương 6: Quy trình chế tạo, lắp ráp và vận hành

CHƯƠNG 6: QUY TRÌNH CHẾ TẠO, LẮP RÁP VÀ VẬN

HÀNH THÁP CHƯNG LUYỆN

6.1. Quy trình chế tạo một số chi tiết của thiết bị.

6.1.1. Quy trình chế tạo thân tháp chưng cất.

Phương pháp chế tạo: hàn từ thép tấm

Vật liệu chế tạo: thép không gỉ SUS304

Kích thước thép tấm đặt mua: 7000x3000x10 (mm).

Chế tạo thân trụ bằng cách hàn cần chú ý những điểm sau:

- Tổng chiều dài các mối hàn là bé nhất, vì vậy cần chọn thép tấm có kích thước

hợp lý: Chiều dài phù hợp với chu vi thiết bị (6,91 m), chiều rộng lớn nhất có

thể đặt mua (3 m).

- Thân được cuốn theo chiều ngang của tấm thép

- Mối hàn dọc hoặc mối hàn ngang cần phải là hàn giáp mối, hàn tự động, được

kiểm tra bằng siêu âm (mức độ siêu âm 100%).

Bảng 6.1. Quy trình các bước chế tạo thân tháp chưng cất.

STT Nguyên công chế tạo Phương tiện gia công

1 Thép tấm 7000x3000x10 Đặt mua

2Cắt thành kích thước

6910x3000x10Máy cắt chuyên dụng

3 Làm sạch tấm thép Máy phun hơi áp suất cao

4Hàn kín các tấm thép theo bề

dài tấm thép với nhauHàn tự động

5 Cuộn tấm thép thành trụ tròn Máy cuộn chuyên dụng



6 Hàn dọc thân thiết bị Hàn tự động

7Khoan cắt cửa người, lỗ hoàn

lưu đỉnh tháp và hơi đi vào đáy tháp, lỗ nhập liệu

Máy khoan cắt chuyên dụng

8 Hàn bích hai đầu thân thiết bị Hàn tự động

9Hàn bích cho cửa người và

các lỗHàn tự động

10Hàn vành đỡ đĩa vào trong

thân thiết bịHàn tay

11 Làm sạch thân thiết bị Máy phun hơi áp suất cao

12 Kiểm tra mối hàn Siêu âm

6.1.2. Quy trình chế tạo đáy và nắp thiết bị hình elip.

Phương pháp chế tạo: hàn từ thép tấm



Bảng 6.2. Quy trình các bước chế tạo đáy và nắp tháp chưng cất.



2Cắt thành kích thước

2670x2670x10Máy cắt chuyên dụng


4 Dập, vê đáy và nắp thiết bị Máy vê chỏm cầu

5 Cắt viền Máy cắt

6 Làm sạch Máy phun hơi áp suất cao



7Khoan cắt lỗ hơi ra đỉnh tháp

và lỗ lỏng đi ra đáy thápMáy khoan cắt chuyên

dụng

8Hàn bích cho đáy và nắp thiết

bịHàn tự động

9 Hàn bích cho các lỗ Hàn tự động

10 Làm sạch thiết bị Máy phun hơi áp suất cao

11 Kiểm tra mối hàn Siêu âm

6.1.3. Quy trình chế tạo đĩa van chuyển động.



Phương pháp chế tạo: phân đĩa thành 8 phần và kênh chảy chuyền như hình 6.1

Hình 6.1. Mô hình chế tạo đĩa van

Bảng 6.3. Quy trình chế tạo đĩa van cho tháp chưng luyện





2Cắt thành kích thước phù hợp

với từng phầnMáy cắt chuyên dụng


4Đục các lỗ van (hình 6.3)

theo vị trí định sẵnMáy chuyên dụng

5Khoan các lỗ bắt bu lông cố

đinh các tấm với nhauMáy khoan

6 Làm sạch Máy phun hơi áp suất cao

7Chế tạo van bằng phương

pháp đúc (hình 6.2)Đúc theo khuôn

8 Ghép van vào các lỗ van Ghép bằng tay

10 Làm sạch thiết bị Máy phun hơi áp suất cao

9 Kiểm tra vấn đề ghép van Kiêm tra bằng tay

Hình 6.2. Van di động hình chữ nhật.[20]



Hình 6.3. Mô hình các lỗ van theo vị trí định sẵn[4]

6.2. Quy trình lắp ráp tháp chưng cất.

6.2.1. Quy trình lắp đặt thiết bị.

Thiết bị gồm ba phần lớn: nắp thiết bị, thân thiết bị, đáy thiết bị kèm theo trụ đỡ

đã được hàn liền được lắp đặt theo các bước trình tự sau:

Đặt thiết bị nằm trên mặt bằng thi công, ghép thân vào đáy tháp bằng mặt bích,

ghép nắp vào thân tháp bằng mặt bích.



Đổ bê tông móng cho tháp, đo đạc chính xác, cắm bu lông nền vào bê tông

móng trong khi đổ bê tông.

Sử dụng 2 cần cẩu, một trên một dưới, đưa tháp vào vị trí bê tông móng, lắp

ghép chính xác với bu lông móng. Sau khi đặt đúng vị trí, kiếm tra lại vị trí , góc

đặt. Khi đã hoàn chỉnh, bắt đầu xiết bu lông móng, giữ tháp. (hình 6.4).

Hình 6.4. Phương pháp đặt thiết bị vào móng bê tông.



6.2.2. Quy trình lắp đặt đĩa van vào thân thiết bị.

Đĩa van được lắp vào thiết bị theo hướng từ dưới lên trên, mỗi đĩa gồm 8 phần

và kênh chảy chuyền. Đĩa van được cố định vào thiết bị bằng cách sử dụng các dạng bu

lông, đai ốc, đệm lót, liên kết giữa các tấm với nhau và liên kết với vành đỡ (đã hàn

vào thân thiết bị). Thứ tự lắp ráp lần lượt các phần của đĩa sẽ là 1, kênh chảy chuyền, 2

và 7, 3 và 6, 4 và 5, 8.

Phương pháp lắp đặt được mô hình hóa chi tiết trong hình 6.5.

Hình 6.5. Mô hình lắp đặt đĩa van.

Các chi tiết như bu lông, đai ốc, đệm lót… sẽ được đặt mua với lượng dư là 5%

cho mỗi đĩa.



6.3. Quy trình vận hành thiết bị.

6.3.1. Công tác chuẩn bị.

1. Quản lý xem xét an toàn trước khi khởi động hệ thống chưng cất.

2. Đảm bảo tất cả thiế bị trong khu vực an toàn và các khu vực dịch vụ sẵn sáng bao

gồm phòng tắm, khu vực rửa mắt, chữa cháy, thiết bị dụng cụ hô hấp và đồ dùng bảo

hộ cá nhân.

3. Đảm bảo tất cả các khóa, nhãn, khu vực hạn chế, nới có nhiệt độ cao và ứng dụng

các thiết bị ghi lại đã được hoàn tất. Các thẻ, nhãn và khóa đã được gỡ bỏ.

4. Kiểm tra các thùng chứa hóa chất, đường ống, trang thiết bị và dụng cụ có nguyên

vẹn tại hệ thống chưng cất.

5. Đảm bảo các bơm được bôi trơn và lắp bảo vệ phù hợp.

6. Đảm bảo các bơm được chuyển sang chế độ tự hành hoặc đang ngừng.

7. Đảm bảo đủ số lượng hóa chất và các chất phụ gia khác để cung cấp cho hệ thống.

8. Đảm bảo dịch beer từ thúng chứa sẵn sàng bơm vào hai tháp chưng thô.

9. Đảm bảo các hệ thống bổ trợ đã sẵn sáng để khởi động hệ thống chưng cất như: hệ

thống rửa khí, khu vực nước làm mát và nước lạnh sâu, hơi nước và nước ngưng, hệ

thống tiêm acid sunfuric, hệ thống chân không cho chưng cất.



6.3.2. Công tác vận hành.

Hình 6.6. Dây chuyền công nghệ chưng cất etanol.[4]

1. Khởi động hệ thống chưng cất, chạy với 50% công suất .

2. Khởi động bơm, bơm dịch beer vào hai tháp thô C-4101 và C-4102

3. Mở các van giữa bơm và thiết bị gia nhiệt rồi khởi động bơm PC-4101 và PC-4102

tạo động lực cho thiết bị gia nhiệt đáy E-4101 và E-4102 hoạt động.

4. Khởi động hệ thống tạo chân không (gồm hai bơm chân không ) tạo áp suất làm việc

cho hai tháp thô.

5. Mở dòng lỏng từ đáy tháp tinh C-4201 vào thiết bị gia nhiệt đáy bằng hơi nước bão

hòa E-4201.

6. Mở dòng hơi từ đinh tháp tinh C-4201 về gia nhiệt cho thiết bị gia nhiệt đáy cho

tháp thô C-4101 là E-4201.



7. Mở dòng hơi từ đỉnh tháp thô C-4101 về gia nhiệt cho thiết bị gia nhiệt đáy tháp thô

C-4102 là E-4102

8. Mở dòng đỉnh của hai tháp thô sang thiết bị ngưng tụ rồi đưa sang tháp tinh C-4201.

9. Đo nồng độ tại đáy các tháp thô và tinh, khi đạt nồng độ yêu cầu. Khởi động bơm

PC-4105, PC-4106 bơm bã hèm quay về thùng chứa dịch sau lên men. Khởi động bơm

PC-4201 sản phẩm đáy tháp tinh về khu vực nước ngưng.

10. Kiểm tra định kì nồng độ đỉnh tháp tinh C-4201, điều chỉnh dòng hồi lưu đỉnh tháo

để đạt nồng độ yêu cầu, sau đó mở dòng hơi đưa qua thiết bị ngưng tụ rồi sau đó đưa

sang khu vực tách nước bằng xúc tác.

11. Kiểm tra độ ổn định các thông số kĩ thuật của các dòng, đạt yêu cầu thì bắt đầu

nâng công suất lên dần, tới khi đạt 100% công suất.

6.3.3. Ngừng hệ thống khi gặp sự cố.

1. Ngừng cấp beer từ thùng chứa dịch beer sang hai tháp thô.

2. Ngừng các bơm PC-4105, PC-4106,PC-4201.

3. Ngắt dòng từ đỉnh 2 tháp thô đưa sang tháp tinh.

4. Ngừng cấp hơi cho E-4201.

5. Ngừng dòng từ tháp tinh về gia nhiệt cho tháp thô C-4101.

6. Dừng bơm PC-4101

7. Đóng van ngắt dòng từ tháp thô C-4101 về gia nhiệt cho tháp thô C-4202.

8. Dừng bơm PC-4102

9. Dừng hệ thống tạo chân không.



6.3.4. Xử lý các sự cố trong vận hành.

Bảng 6.3. Xử lý các sự cố trong vận hành.

STT Sự cố Xử lý

1 Mất điện, mất hơiDừng khẩn cấp toàn khu vực, van điều khiển tự động

chuyển sang chế độ an toàn.

2Mất khí nén, van mất

điều khiển

Dừng khẩn cấp toàn khu vực, van điều khiển tự động

chuyển sang chế độ an toàn.

3 Mất nước làm mát Dừng bình thường.

4 Bơm tự ngừng Nhanh chóng chạy bơm dự phòng

5Van tự động điều chỉnh

không nhạy

Đổi sang thao tác bằng tay, liên hệ với đội sửa chữa

để sửa chữa hoặc thay thế

6

Tổn thất cồn ở đáy 3

tháp chưng cao hơn so

với thiết kế

Do hiệu quả trao đổi nhiệt của các thiết bị TDN của

các tháp kém vì bám bẩn. Vệ sinh các thiết bị trao

đổi nhiệt.

7

Chân không tháp thô thứ

2 không đạt 0.2 bar theo

thiết kể

Do thiết bị trao đổi nhiệt cho cụm chân không trao

đổi nhiệt kém, khiến nhiệt độ cao. Vệ sinh thiết bị

trao đổi nhiệt cụm chân không.

8 Mất nước làm mát sâu Giảm công suất hoặc dừng chưng cất

9Thiết bị trao đổi nhiệt

dạng ống bị tắc

Do chưng cất ở công suất thấp gây đọng dịch. Làm

sạch bằng cách phun nước áp suất cao trên đỉnh

xuống. Và chưng cất đúng công suất.


Đồ án tốt nghiệp Kết luận

KẾT LUẬN

Qua thời gian làm đồ án tốt nghiệp em đã rút ra được những kết luận sau:

1. Đã nghiên cứu, tổng hợp được các tài liệu liên quan đến công nghệ sản xuất etanol

từ nguồn nguyên liệu là tinh bột trong nước và trên thế giới.

2. Đã tìm hiểu, nắm bắt được kỹ thuật phân tách hỗn hợp hai hoặc nhiều câu tử, đặc

biệt là phương pháp chưng cất liên tục.

3. Đã tính toán được các thông số về công nghệ:

Cân bằng lỏng hơi của hỗn hợp etanol – nước ở áp suất làm việc

Chỉ số hồi lưu thích hợp cho quá trình chưng luyện.

Chọn loại đĩa van chuyển động phù hợp với các yêu cầu về năng suất, nồng độ...

Số đĩa lý thuyết xác định theo phương pháp vẽ đồ thị.

4. Đã tính toán được các thông số về cơ khí:

Hiệu suất của thiết bị, từ đó suy ra được số đĩa thực tế

Chiều cao của thiết bị

Bề dày của thiết bị

Các chi tiết phụ trợ khác

5. Đã tính toán được công nghệ và kết cấu thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

6. Nêu được quy trình chế tạo, lắp ráp thiết bị chưng luyện, đưa ra được phương pháp

vận hành cũng như xử lý sự cố cho dây chuyền công nghệ.

Những vấn đề giải quyết chưa thỏa đáng:

1. Tính hiệu suất thiết bị bằng phương pháp hiệu suất trung bình, đây là phương pháp

có độ sai số lớn.

2. Phần quy trình chế tạo, lắp ráp và vận hành thiết bị chưa thật sự kĩ càng vì kinh

nghiệm thực tế của em còn chưa nhiều.


Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] http://www.pvoil.com.vn/vi-vn/default.aspx, truy cập cuối cùng ngày 20/03/2012.

[2] http://en.wikipedia.org/wiki/1973_oil_crisis, truy cập cuối cùng ngày 20/03/2012.

[3] http://en.wikipedia.org/wiki/Bio-ethanol, truy cập cuối cùng ngày 20/03/2012.

[4] Thuyết minh thiết kế cơ sở ( Design feasibility story) dự án Bio−Ethanol Dung

Quất, 2009.

[5] http://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BA%AFn, truy cập cuối cùng ngày 20/03/2012

[6] http://vi.wikipedia.org/wiki/Ng%C3%B4, truy cập cuối cùng ngày 20/03/2012.

[7] http://www.vogelbusch-biocommodities.com/en/, truy cập cuối cùng ngày

24/03/2012.

[8] http://www.praj.net/default.asp, truy cập cuối cùng ngày 24/03/2012.

[9] GS. TSKH. Nguyên Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghiệp hóa chất và thực

phẩm, tập 4, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2008.

[10] Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Sổ tay quá trình và thiết bị công

nghiệp hóa chất, tập 1, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2006.

[11] Bộ môn quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Sổ tay quá trình và thiết bị công

nghiệp hóa chất, tập 2, Nhà xuất bản Khoa học Kỹ thuật, 2006.

[12] Nguyên Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 1, Nhà xuất bản Bách

Khoa, 2010.

[13] Nguyên Hữu Tùng, Kỹ thuật tách hỗn hợp nhiều cấu tử, tập 2, Nhà xuất bản Bách

Khoa, 2010.

[14] Hồ Hữu Phương, Cơ sở tính toán thiết bị hóa chất, Nhà xuất bản Bách Khoa,

1976.

[15] http://en.wikipedia.org/wiki/Young's_modulus, truy cập lần cuối ngày20/5/2012.


http://en.wikipedia.org/wiki/Young's_modulus

http://www.praj.net/default.asp

http://www.vogelbusch-biocommodities.com/en/

http://vi.wikipedia.org/wiki/Ng%C3%B4

http://vi.wikipedia.org/wiki/S%E1%BA%AFn

http://en.wikipedia.org/wiki/Bio-ethanol

http://en.wikipedia.org/wiki/1973_oil_crisis

http://www.pvoil.com.vn/vi-vn/default.aspx

Đồ án tốt nghiệp Tài liệu tham khảo

[16] Bùi Hải, Dương Đức Hồng, Hà Mạnh Thư, Thiết bị trao đổi nhiệt, Nhà xuất bản

Bách Khoa, 1996.

[17] Phạm Xuân Toản, Các quá trình, thiết bị trong công nghiệp hóa chất và thực

phẩm, tập 3, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2008.

[18] http://www.ddbst.com/en/products/Products_Explorer.php, truy cập lần cuối vào

ngày 20/5/2012.

[19] Data of Aspen plus v7.2,

http://www.aspentech.com/products/aspen-plus.aspx, truy cập lần cuối vào ngày

20/05/2012.

[20]http://www.sulzerchemtech.com/desktopdefault.aspx/tabid-1102/

desktopdefault.aspx/tabid-1102/1601_read-2649/, truy cập lần cuối vào ngày

20/05/2012.

[21] Robert W. Serth, Process heat transfer: Principles and applications, Texas A&M

University – Kingsville, 2007.

[22]http://www.sulzermetco.com/de/etracker.aspx/raid-74841/tabid-1548/gid-

Documents.13.16132/, truy cập lần cuối vào ngày 20/05/2012.


http://www.sulzermetco.com/de/etracker.aspx/raid-74841/tabid-1548/gid-Documents.13.16132/

http://www.sulzermetco.com/de/etracker.aspx/raid-74841/tabid-1548/gid-Documents.13.16132/

http://www.sulzerchemtech.com/desktopdefault.aspx/tabid-1102/desktopdefault.aspx/tabid-1102/1601_read-2649/

http://www.sulzerchemtech.com/desktopdefault.aspx/tabid-1102/desktopdefault.aspx/tabid-1102/1601_read-2649/

Đồ án tốt nghiệp Phụ lục

PHỤ LỤC

Phụ lục 1: Thuật toán Pascal thực hiện nội suy tìm tỷ số hồi lưu thích hợp.

Program chungluyen_1;

uses crt;

Type

mX=array [1..1000] of real;

mXX=array [1..1000] of integer;

Var

T,X,Y,RR,VV:mX;

NN,NNC,NNL:mXX;

F,P,W,xF,xP,xW,R,Rmin,Ropt,V,Vmin,deltaR:real;

xs,ys,yF,yFCB:real;

NLT,NLTC,NLTL,NLTLeff,NLTCeff,NLTeff,n,i,j,k:integer;

Procedure NOISUY(xs:real; var ys:real; Y,X:mX);

Var k:integer;

Begin

k:=0;

Repeat

k:=k+1;

Until (xs<x[k]) or (k>=1000);

if k>= 1000 then

writeln('so lan tim kiem qua lon');

ys:=y[k-1]+(y[k]-y[k-1])*(xs-x[k-1])/(x[k]-x[k-1]);

End;

Function DLVL(xs:real):real;

Begin

DLVL:=R*xs/(R+1)+xP/(R+1);

End;

Function DLVC(xs:real):real;

Begin

DLVC:=(R+F/P)*xs/(R+1)+(1-F/P)*xW/(R+1);

End;

Procedure NLTR(R:real; var NLT:integer);

Begin

ys:=xP;



NLTL:=0;

Repeat

NOISUY(ys,xs,X,Y);

ys:=DLVL(xs);

NLTL:=NLTL+1;

Until xs<=xF;

{Xac dinh so dia ly thuyet doan chung}

ys:=DLVC(xF);

NLTC:=0;

Repeat

NOISUY(ys,xs,X,Y);

ys:=DLVC(xs);

NLTC:=NLTC+1;

Until xs<=xW;

{Xac dinh tong so dia ly thuyet toan thap}

NLT:=NLTL+NLTC;

End;

{Chuong trinh chinh}

BEGIN

clrscr;

{Nhap cac so lieu dau}

{write ('Nhap so diem thuc nghiem can bang pha, n = ');readln(n);

For i:=1 to n do

Begin

write ('X[',i,'] = ');readln(x[i]);

End;

For i:=1 to n do

Begin

write ('Y[',i,'] = ');readln(y[i]);

End;}

n:=101;

X[1]:=0;X[2]:=0.01;X[3]:=0.02;X[4]:=0.03;X[5]:=0.04;

X[6]:=0.05;X[7]:=0.06;X[8]:=0.07;X[9]:=0.08;X[10]:=0.09;

X[11]:=0.1;X[12]:=0.11;X[13]:=0.12;X[14]:=0.13;X[15]:=0.14;

X[16]:=0.15;X[17]:=0.16;X[18]:=0.17;X[19]:=0.18;X[20]:=0.19;

X[21]:=0.2;X[22]:=0.21;X[23]:=0.22;X[24]:=0.23;X[25]:=0.24;

X[26]:=0.25;X[27]:=0.26;X[28]:=0.27;X[29]:=0.28;X[30]:=0.29;



X[31]:=0.3;X[32]:=0.31;X[33]:=0.32;X[34]:=0.33;X[35]:=0.34;

X[36]:=0.35;X[37]:=0.36;X[38]:=0.37;X[39]:=0.38;X[40]:=0.39;

X[41]:=0.4;X[42]:=0.41;X[43]:=0.42;X[44]:=0.43;X[45]:=0.44;

X[46]:=0.45;X[47]:=0.46;X[48]:=0.47;X[49]:=0.48;X[50]:=0.49;

X[51]:=0.50001;X[52]:=0.51001;X[53]:=0.52001;X[54]:=0.53001;X[55]:=0.54001;

X[56]:=0.55001;X[57]:=0.56001;X[58]:=0.57001;X[59]:=0.58001;X[60]:=0.59001;

X[61]:=0.60001;X[62]:=0.61001;X[63]:=0.62001;X[64]:=0.63001;X[65]:=0.64001;

X[66]:=0.65001;X[67]:=0.66001;X[68]:=0.67001;X[69]:=0.68001;X[70]:=0.69001;

X[71]:=0.70001;X[72]:=0.71001;X[73]:=0.72001;X[74]:=0.73001;X[75]:=0.74001;

X[76]:=0.75001;X[77]:=0.76001;X[78]:=0.77001;X[79]:=0.78001;X[80]:=0.79001;

X[81]:=0.80001;X[82]:=0.81001;X[83]:=0.82001;X[84]:=0.83001;X[85]:=0.84001;

X[86]:=0.85001;X[87]:=0.86001;X[88]:=0.87002;X[89]:=0.88002;X[90]:=0.89002;

X[91]:=0.90002;X[92]:=0.91002;X[93]:=0.92002;X[94]:=0.93002;X[95]:=0.94002;

X[96]:=0.95002;X[97]:=0.96002;X[98]:=0.97002;X[99]:=0.98002;X[100]:=0.99002;X[101]:=1.00002;

Y[1]:=0;Y[2]:=0.09336;Y[3]:=0.16353;Y[4]:=0.2178;Y[5]:=0.26081;

Y[6]:=0.29561;Y[7]:=0.32429;Y[8]:=0.3483;Y[9]:=0.36869;Y[10]:=0.38625;

Y[11]:=0.40154;Y[12]:=0.41501;Y[13]:=0.427;Y[14]:=0.43778;Y[15]:=0.44756;

Y[16]:=0.4565;Y[17]:=0.46476;Y[18]:=0.47243;Y[19]:=0.47962;Y[20]:=0.4864;

Y[21]:=0.49283;Y[22]:=0.49896;Y[23]:=0.50485;Y[24]:=0.51052;Y[25]:=0.51602;

Y[26]:=0.52137;Y[27]:=0.5266;Y[28]:=0.53172;Y[29]:=0.53675;Y[30]:=0.54171;

Y[31]:=0.54662;Y[32]:=0.55148;Y[33]:=0.5563;Y[34]:=0.5611;Y[35]:=0.56589;

Y[36]:=0.57066;Y[37]:=0.57543;Y[38]:=0.58019;Y[39]:=0.58497;Y[40]:=0.58976;

Y[41]:=0.59456;Y[42]:=0.59938;Y[43]:=0.60422;Y[44]:=0.60909;Y[45]:=0.61399;

Y[46]:=0.61891;Y[47]:=0.62387;Y[48]:=0.62886;Y[49]:=0.63389;Y[50]:=0.63896;

Y[51]:=0.64407;Y[52]:=0.64922;Y[53]:=0.65441;Y[54]:=0.65965;Y[55]:=0.66493;

Y[56]:=0.67026;Y[57]:=0.67564;Y[58]:=0.68107;Y[59]:=0.68655;Y[60]:=0.69209;

Y[61]:=0.69767;Y[62]:=0.70332;Y[63]:=0.70902;Y[64]:=0.71478;Y[65]:=0.7206;

Y[66]:=0.72648;Y[67]:=0.73242;Y[68]:=0.73843;Y[69]:=0.7445;Y[70]:=0.75065;

Y[71]:=0.75686;Y[72]:=0.76315;Y[73]:=0.76951;Y[74]:=0.77596;Y[75]:=0.78248;

Y[76]:=0.78909;Y[77]:=0.79578;Y[78]:=0.80257;Y[79]:=0.80945;Y[80]:=0.81643;

Y[81]:=0.82351;Y[82]:=0.8307;Y[83]:=0.83801;Y[84]:=0.84543;Y[85]:=0.85299;

Y[86]:=0.86067;Y[87]:=0.8685;Y[88]:=0.87648;Y[89]:=0.88462;Y[90]:=0.89292;

Y[91]:=0.90141;Y[92]:=0.9101;Y[93]:=0.91899;Y[94]:=0.92811;Y[95]:=0.93747;

Y[96]:=0.94709;Y[97]:=0.957;Y[98]:=0.96721;Y[99]:=0.97776;Y[100]:=0.98868;Y[101]:=1;

T[1]:=410.94;T[2]:=407.8;T[3]:=405.3;T[4]:=403.28;T[5]:=401.62;

T[6]:=400.24;T[7]:=399.08;T[8]:=398.1;T[9]:=397.25;T[10]:=396.52;

T[11]:=395.88;T[12]:=395.32;T[13]:=394.82;T[14]:=394.37;T[15]:=393.97;



T[16]:=393.6;T[17]:=393.27;T[18]:=392.96;T[19]:=392.67;T[20]:=392.41;

T[21]:=392.16;T[22]:=391.92;T[23]:=391.7;T[24]:=391.49;T[25]:=391.29;

T[26]:=391.1;T[27]:=390.91;T[28]:=390.73;T[29]:=390.56;T[30]:=390.39;

T[31]:=390.23;T[32]:=390.07;T[33]:=389.92;T[34]:=389.77;T[35]:=389.63;

T[36]:=389.48;T[37]:=389.34;T[38]:=389.21;T[39]:=389.07;T[40]:=388.94;

T[41]:=388.81;T[42]:=388.69;T[43]:=388.56;T[44]:=388.44;T[45]:=388.32;

T[46]:=388.2;T[47]:=388.09;T[48]:=387.98;T[49]:=387.87;T[50]:=387.76;

T[51]:=387.65;T[52]:=387.54;T[53]:=387.44;T[54]:=387.34;T[55]:=387.24;

T[56]:=387.15;T[57]:=387.05;T[58]:=386.96;T[59]:=386.87;T[60]:=386.78;

T[61]:=386.69;T[62]:=386.61;T[63]:=386.53;T[64]:=386.44;T[65]:=386.37;

T[66]:=386.29;T[67]:=386.22;T[68]:=386.15;T[69]:=386.08;T[70]:=386.01;

T[71]:=385.94;T[72]:=385.88;T[73]:=385.82;T[74]:=385.76;T[75]:=385.71;

T[76]:=385.66;T[77]:=385.61;T[78]:=385.56;T[79]:=385.51;T[80]:=385.47;

T[81]:=385.43;T[82]:=385.39;T[83]:=385.36;T[84]:=385.33;T[85]:=385.3;

T[86]:=385.28;T[87]:=385.26;T[88]:=385.24;T[89]:=385.22;T[90]:=385.21;

T[91]:=385.21;T[92]:=385.2;T[93]:=385.21;T[94]:=385.21;T[95]:=385.22;

T[96]:=385.24;T[97]:=385.26;T[98]:=385.29;T[99]:=385.32;T[100]:=385.36;T[101]:=385.41;

{write ('Nhap luu luong vao F = ');readln(F);}F:=914.553647;

{write ('Nhap ham luong long xF = ');readln(xF);}xF:=0.240673;

{write ('Nhap ham luong SP dinh xP = ');readln(xP);}xP:=0.857594;

{write ('Nhap ham luong SP day xW = ');readln(xW);}xW:=0.000159;

{Xac dinh Rmin}

NOISUY(xF,yFCB,Y,X);

Rmin:=(xP-yFCB)/(yFCB-xF);

writeln('Chi so hoi luu toi thieu Rmin = ',Rmin:4:2);

{write ('Nhap chi so hoi luu R = ');readln(R);}

{Tinh toan can bang vat lieu cho toan thap}

P:=F*(xF-xW)/(xP-xW);

W:=F-P;

{Xac dinh so dia ly thuyet doan luyen}

deltaR:=0.05;

Vmin:=1e15;

R:=1.40*Rmin;

j:=0;

Repeat

j:=j+1;

writeln('so lan lap j = ',j);



R:=R+deltaR;

writeln('R = ',R:8:4);

{readln;}

NLTR(R,NLT);

writeln('NLT = ',NLT);

{readln;}

V:=NLT*(R+1);

RR[j]:=R;

VV[j]:=V;

NNC[j]:=NLTC;

NNL[j]:=NLTL;

NN[j]:=NLT;

writeln('V = ',V:8:4);

If V<=Vmin then

Begin

Vmin:=V;

Ropt:=R;

NLTCeff:=NLTC;

NLTLeff:=NLTL;

NLTeff:=NLT;

End;

writeln('NLT = ',NLT);

Until (R>=5*Rmin) or (j>=500);

{In ket qua}

writeln ('So dia ly thuyet doan luyen NLTL = ',NLTLeff);

writeln ('So dia ly thuyet doan chung NLTC = ',NLTCeff);

writeln ('So dia ly thuyet toan thap NLT = ',NLTeff);

writeln ('Chi so hoi luu thich hop Ropt = ',Ropt:8:4);

readln;

For i:=1 to j do

Begin

write('V[',i,'] = ',VV[i]:8:4,' NLT[',i,'] = ',NN[i]);

write(' NLTC[',i,'] = ',NNC[i],' NLTL[',i,'] = ',NNL[i],' R[',i,'] = ',RR[i]:8:4);

writeln;

if (i mod 10) = 0 then readln;

End;

readln; END.



Phụ lục 2: Bảng kết quả nội suy chọn chỉ số hồi lưu thích hợp.

Stt V NTL R Stt V NTL R1 1082.4448 389 1.7826 46 95.6201 19 4.03262 277.5982 98 1.8326 47 96.5701 19 4.08263 201.7844 70 1.8826 48 97.5201 19 4.13264 167.1602 57 1.9326 49 98.4701 19 4.18265 149.1317 50 1.9826 50 94.1874 18 4.23266 136.4685 45 2.0326 51 95.0874 18 4.28267 126.3880 41 2.0826 52 95.9874 18 4.33268 119.0401 38 2.1326 53 96.8874 18 4.38269 114.5748 36 2.1826 54 97.7874 18 4.4326

10 109.9096 34 2.2326 55 98.6874 18 4.482611 108.3269 33 2.2826 56 99.5874 18 4.532612 106.6443 32 2.3326 57 100.4874 18 4.582613 101.4790 30 2.3826 58 101.3874 18 4.632614 99.5464 29 2.4326 59 102.2874 18 4.682615 97.5138 28 2.4826 60 103.1874 18 4.732616 95.3811 27 2.5326 61 104.0874 18 4.782617 93.1485 26 2.5826 62 104.9874 18 4.832618 94.4485 26 2.6326 63 105.8874 18 4.882619 92.0659 25 2.6826 64 100.8548 17 4.932620 93.3159 25 2.7326 65 101.7048 17 4.982621 90.7832 24 2.7826 66 102.5548 17 5.032622 91.9832 24 2.8326 67 103.4048 17 5.082623 89.3006 23 2.8826 68 104.2548 17 5.132624 90.4506 23 2.9326 69 105.1048 17 5.182625 91.6006 23 2.9826 70 105.9548 17 5.232626 88.7180 22 3.0326 71 106.8048 17 5.282627 89.8180 22 3.0826 72 107.6548 17 5.332628 90.9180 22 3.1326 73 108.5048 17 5.3826

29 87.8353 21 3.1826 74 109.3548 17 5.432630 88.8853 21 3.2326 75 110.2048 17 5.482631 89.9353 21 3.2826 76 111.0548 17 5.532632 90.9853 21 3.3326 77 111.9048 17 5.582633 92.0353 21 3.3826 78 112.7548 17 5.632634 88.6527 20 3.4326 79 113.6048 17 5.682635 89.6527 20 3.4826 80 114.4548 17 5.732636 90.6527 20 3.5326 81 115.3048 17 5.782637 91.6527 20 3.5826 82 116.1548 17 5.832638 92.6527 20 3.6326 83 117.0048 17 5.882639 93.6527 20 3.6826 84 117.8548 17 5.932640 94.6527 20 3.7326 85 118.7048 17 5.982641 90.8701 19 3.7826 86 119.5548 17 6.032642 91.8201 19 3.8326 87 120.4048 17 6.082643 92.7701 19 3.8826 88 114.1222 16 6.1326



Phụ lục 3: Tính chất vật lý của etanol theo nhiệt độ (tại áp suất 3,4 bar) [18]

T klr373.15 708.30 0.3481374.15 707.22 0.3438375.15 706.13 0.3396376.15 705.03 0.3355377.15 703.93 0.3314378.15 702.83 0.3274379.15 701.72 0.3235380.15 700.60 0.3196381.15 699.48 0.3158382.15 698.36 0.3121383.15 697.22 0.3084384.15 696.09 0.3048385.15 694.94 0.3012

µ(mPa.s)



Phụ lục 4: Tính chất vật lý của nước theo nhiệt độ (tại áp suất 3,4 bar) [18]

T klr373.15 958.96 0.2837375.15 957.41 0.2790377.15 955.85 0.2744379.15 954.27 0.2700381.15 952.68 0.2656383.15 951.08 0.2614385.15 949.46 0.2573387.15 947.83 0.2533389.15 946.19 0.2494391.15 944.53 0.2456393.15 942.87 0.2419395.15 941.19 0.2383397.15 939.50 0.2348399.15 937.81 0.2313401.15 936.10 0.2280403.15 934.38 0.2247405.15 932.65 0.2215407.15 930.92 0.2184409.15 929.17 0.2154

µ(mPa.s)



Phụ lục 5: Bảng tính toán cân bằng nhiệt thiết bị gia nhiệt đáy tháp.

T2 410.89 r 0.000702T1 442.75 Q 3790000T1-T2 31.86Ho (m) Tt1 (K) q1 (W/m2) ΔTt (K) ΔT2 (K) Tt2 (K) F (m2) Ht (m) Sai so(%)

5 9 433.8 5906 53155 41627 37.31 -14.45 396.44 71.30 6.386 27.715 10 432.8 5753 57526 43648 40.38 -18.52 392.37 65.88 5.900 18.015 11 431.8 5617 61788 45561 43.38 -22.52 388.37 61.34 5.493 9.875 12 430.8 5496 65955 47381 46.30 -26.44 384.45 57.46 5.146 2.93

5 12.5 430.25 5440 68005 48259 47.74 -28.38 382.51 55.73 4.991 -0.18

5 13 429.8 5387 70036 49118 49.17 -30.31 380.58 54.12 4.847 -3.075 14 428.8 5288 74038 50784 51.98 -34.12 376.77 51.19 4.584 -8.315 15 427.8 5198 77970 52385 54.74 -37.88 373.01 48.61 4.353 -12.935 16 426.8 5115 81837 53929 57.45 -41.59 369.30 46.31 4.148 -17.055 17 425.8 5038 85644 55421 60.12 -45.26 365.63 44.25 3.963 -20.746 7 435.8 6009 42062 36173 29.53 -4.67 406.22 90.11 8.070 34.506 8 434.8 5812 46493 38413 32.64 -8.78 402.11 81.52 7.301 21.686 9 433.8 5643 50786 40504 35.65 -12.79 398.10 74.63 6.683 11.396 10 432.8 5496 54962 42471 38.58 -16.72 394.17 68.96 6.176 2.93

6 10.4 432.35 5443 56603 43227 39.74 -18.28 392.61 66.96 5.997 -0.06

6 11 431.8 5367 59035 44332 41.44 -20.58 390.31 64.20 5.750 -4.176 12 430.8 5251 63016 46102 44.24 -24.38 386.51 60.14 5.386 -10.236 13 429.8 5147 66915 47793 46.97 -28.11 382.78 56.64 5.073 -15.466 14 428.8 5053 70740 49414 49.66 -31.80 379.09 53.58 4.798 -20.036 15 427.8 4966 74496 50972 52.30 -35.44 375.45 50.88 4.556 -24.067 1 441.8 9404 9404 14725 6.60 24.26 435.15 403.00 36.093 415.617 2 440.8 7908 15816 20115 11.10 18.76 429.65 239.63 21.461 206.587 3 439.8 7146 21437 24141 15.05 13.81 424.70 176.79 15.834 126.197 4 438.8 6650 26600 27477 18.67 9.19 420.08 142.48 12.761 82.307 5 437.8 6289 31445 30380 22.07 4.79 415.68 120.53 10.794 54.207 6 436.8 6009 36053 32977 25.31 0.55 411.44 105.12 9.415 34.507 7 435.8 5782 40472 35346 28.41 -3.55 407.34 93.65 8.387 19.817 8 434.8 5592 44735 37535 31.40 -7.54 403.35 84.72 7.588 8.39

7 8.9 433.85 5445 48459 39380 34.02 -11.06 399.83 78.21 7.004 0.06

7 10 432.8 5288 52885 41500 37.13 -15.27 395.62 71.67 6.418 -8.318 1 441.8 9096 9096 14433 6.39 24.47 435.36 416.68 37.318 366.478 2 440.8 7648 15297 19716 10.74 19.12 430.01 247.76 22.189 177.378 3 439.8 6911 20733 23662 14.55 14.31 425.20 182.80 16.371 104.64

ΔT1 (K) α1 α2



Ho (m) Tt1 (K) q1 (W/m2) ΔTt (K) ΔT2 (K) Tt2 (K) F (m2) Ht (m) Sai so(%)

8 6 436.75 5812 34869 32324 24.48 1.38 412.27 108.691 9.734 21.688 7 435.75 5592 39143 34645 27.48 -2.62 408.27 96.824 8.671 8.39

8 7.8 434.95 5443 42452 36374 29.80 -5.74 405.15 89.276 7.995 -0.068 9 433.75 5251 47262 38794 33.18 -10.32 400.57 80.191 7.182 -10.238 10 432.75 5115 51148 40677 35.91 -14.05 396.84 74.098 6.636 -17.059 1 441.75 8832 8832 14180 6.20 24.66 435.55 429.137 38.433 327.039 2 440.75 7427 14853 19371 10.43 19.43 430.32 255.166 22.852 153.929 3 439.75 6711 20132 23248 14.13 14.73 425.62 188.259 16.860 87.349 4 438.75 6245 24980 26461 17.54 10.32 421.21 151.723 13.588 50.989 5 437.75 5906 29531 29256 20.73 6.13 417.02 128.342 11.494 27.719 6 436.75 5643 33858 31757 23.77 2.09 412.98 111.939 10.025 11.39

9 6.9 435.85 5449 37599 33819 26.39 -1.43 409.46 100.800 9.028 0.319 8 434.75 5251 42011 36147 29.49 -5.63 405.26 90.215 8.080 -10.239 9 433.75 5099 45891 38114 32.22 -9.36 401.53 82.587 7.396 -17.829 10 432.75 4966 49664 39965 34.86 -13.00 397.89 76.313 6.834 -24.06

10 1 441.75 8602 8602 13958 6.04 24.82 435.71 440.591 39.459 294.5910 2 440.75 7233 14467 19067 10.16 19.70 430.59 261.977 23.462 134.6210 3 439.75 6536 19609 22883 13.77 15.09 425.98 193.283 17.310 73.1010 4 438.75 6083 24330 26046 17.08 10.78 421.67 155.772 13.951 39.5110 5 437.75 5753 28763 28797 20.19 6.67 417.56 131.767 11.801 18.0110 6 436.75 5496 32977 31260 23.15 2.71 413.60 114.927 10.293 2.9310 6.1 436.65 5474 33389 31493 23.44 2.32 413.21 113.511 10.166 1.66

6.2 436.55 5451 33799 31724 23.73 1.93 412.82 112.135 10.043 0.4310 6.3 436.45 5430 34207 31953 24.01 1.55 412.44 110.797 9.923 -0.7710 7 435.75 5288 37019 33505 25.99 -1.13 409.76 102.379 9.169 -8.3110 8 434.75 5115 40919 35580 28.72 -4.86 406.03 92.623 8.295 -17.05

ΔT1 (K) α1 α2

10*
