Đồ án tốt nghiệp Tính toán thiết kế hệ thống chưng cất ethanol với công suất 100000 m



tải về 0.56 Mb.
trang2/14
Chuyển đổi dữ liệu06.11.2017
Kích0.56 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

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

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 100000 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.



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]:

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….



Поделитесь с Вашими друзьями:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14


Cơ sở dữ liệu được bảo vệ bởi bản quyền ©tieuluan.info 2019
được sử dụng cho việc quản lý

    Quê hương