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


Công nghệ sản xuất Bio─Ethanol từ tinh bột



tải về 0.56 Mb.
trang3/14
Chuyển đổi dữ liệu06.11.2017
Kích0.56 Mb.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   14

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:


posted image



  • 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 lõi (ngoài ra còn có cuống và rễ 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 dễ 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.

  • Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài,thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi 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:

1.3.3.1. Công nghệ Vogelbusch.


Dây chuyền công nghệ Vogelbusch, Áo [7].

vogelbusch.jpg
1. Công đoạn nghiền.

Sắn lát về đến nhà máy bằng xe tải được đổ xuống phễu tiếp nhận. Sau đó sắn được tách bỏ tạp chất kim loại rồi đến kho chứa.

Từ kho chứa, sắn được làm sạch sơ bộ và cấp cho thùng chứa trung gian trước khi vào máy nghiền búa.

Sản phẩm sau nghiền được phân loại bằng sàng phân loại, ở đây những sản phẩm có kích thước chưa đạt sẽ được quay về lại thùng chứa trung gian trước máy nghiền, bột sắn với kích thước đạt yêu cầu được chứa ở thùng chứa bột.

Bụi sinh ra sẽ được xử lý bằng hệ thống lọc đặc biệt với sự hỗ trợ của máy thổi khí.


2. Công đoạn hồ hóa – đường hóa.

Bột sắn sẽ được hòa trộn với nước sạch, hơi ngưng và dịch hèm loãng sau ly tâm. Tinh bột sẽ được chuyển hóa/cắt mạch thành dextrin, đường đa bởi enzyme Alpha amylaza ở nhiệt độ, áp suất và pH thích hợp.

Quá trình nấu sẽ sử dụng sự phun hơi trực tiếp. Dịch sau khi hồ hóa sẽ 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].

praj.jpg

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 nhiễm khuẩn của thùng nhân men. Khi các chất trong thùng lên men sơ bộ được chuyển đến thùng nhân men chính, nồng độ của nấm men đã đủ cao về căn bản có thể giảm được thời gian trễ liên quan đến sự phát triển của nấm men trong quá trình lên men.

Enzym đường hóa được thêm vào trong thùng lên men. Chúng sẽ chuyển hóa tinh bột thành đường. Ở đây cơ bản là sự chuyển hóa của dextrin thành dextroza. Mục đích của quá trình lên men là chuyển các chất có thể lên men được thành cồn.

pH của dịch bột được điều chỉnh cơ bản là nhờ dịch hèm tuần hoàn (cũng là để cung cấp chất dinh dưỡng) hoặc là thêm axit vào. Nấm men có hiệu lực trong một lượng vừa đủ để khởi đầu quá trình lên men nhanh và kết thúc nó trong vòng 60 giờ.

Tại giai đoạn đầu của chu kỳ, thùng lên men được nạp liệu với dịch bột và các chất của thùng lên men sơ bộ. Lên men là quá trình sinh nhiệt. Nhiệt sinh ra được loại bỏ bằng cách tuần hoàn làm mát trong thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài. Bơm tuần hoàn cũng được cung cấp để bơm dịch đã lên men (giấm chín) đến thùng giấm chín. Sau đó thùng lên men được làm sạch với nước và dung dịch xút, và khử trùng cho mẻ tiếp theo.

3. Công đoạn rửa CO2.

CO2 rút ra trong suốt quá trình lên men sẽ kéo theo một lượng ethanol. CO2 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].

01. bioethanol flow scheme.jpg

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.


03

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


04

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 diễn ra ở thùng nhân men TK-3102. Thùng nhân men được trang bị cánh khuấy và được làm lạnh bên ngoài bằng bơm tuần hoàn và thiết bị làm lạnh.

Quá trình nhân men theo mẻ và toàn bộ mẻ nhân men sẽ được cấp cho thùng lên men khi hoạt động của men đạt được điểm tối ưu (được quyết định bởi nhân viên phân tích), bình thường thời gian lưu dịch trong thùng nhân men là 12h/mẻ. Sau mỗi mẻ, thùng nhân men, thiết bị làm lạnh và các đường ống liên quan được vệ sinh làm sạch bằng hệ thống CIP để ngăn ngừa nhiễm khuẩn.

Quá trình lên men theo mẻ với hiệu suất 94% và thời gian lưu 48h/mẻ. Quá trình lên men sinh nhiệt nên phải tuần hoàn dịch đang lên men qua thiết bị làm mát bên ngoài để duy trì nhiệt độ thùng lên men ở khoảng 32OC.

Sau khi đạt đủ thời gian lên men, giấm chín được bơm đến thùng chứa giấm chín. Thể tích thùng chứa giấm chín bằng 1,3 lần thể tích thùng lên men. Tại đây giấm chín sẽ được cung cấp liên tục cho khu vực chưng cất. Để thu hồi năng lượng, giấm chín trước khi đến khu vực chưng cấp sẽ được gia nhiệt sơ bộ ở 1 trong 2 thiết bị trao đổi nhiệt mà tác nhân gia nhiệt là dịch sau nấu.

05

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.


c:\users\hsc\pictures\new picture.png

Chưng cất là quá trình làm bay hơi ethanol có trong giấm chín và cô đặc nó đến nồng độ xấp xỉ 95 %v.

Ethanol trong giấm chín được tách ra khỏi dịch hèm sử dụng hệ thống với 3 tháp chưng cất. Ba tháp chưng là tháp thô 1, 2 và tháp tinh.

Hệ thống chưng cất gồm ba tháp, nó sẽ bao gồm hai tháp chưng cất thô và một tháp chưng cất tinh. Tháp chưng cất thô 1 vận hành ở áp suất khí quyển. Tháp chưng cất thô 2 vận hành ở áp suất chân không và tháp tinh vận hành ở áp suất xấp xỉ là 3,4 bar.

Giấm chín được chia ra và đưa đến đỉnh của mỗi tháp chưng cất thô với tỷ lệ như nhau. Sau khi gia nhiệt, giấm chín đi vào tháp thô 1 có nhiệt độ sấp xỉ là 88 oC (190 oF), và đi vào tháp thô 2 với nhiệt độ sấp xỉ là 77 oC (170 0F). Sản phẩm đáy của tháp thô, hay gọi là dịch hèm, được đưa đi xử lý. Hơi ethanol từ đỉnh của các tháp thô được ngưng tụ và bơm đến tháp tinh. Tại đây nó được cô đặc, tăng nồng độ lên 95%. Ethanol ra khỏi tháp tinh được đưa sang hệ thống tách nước. Dòng ra khỏi đáy tháp tinh chủ yếu là nước cùng với lượng nhỏ ethanol và các chất hữu cơ dễ bay hơi được quay lại quá trình công nghệ.

Hệ thống chưng cất được tính toán để hiệu suất sử dụng năng lượng là lớn nhất. Phần cất của đỉnh tháp tinh được sử dụng để cung cấp nhiệt cho các tháp thô. Hơi ngưng tụ được tuần hoàn lại tháp tinh làm dòng hồi lưu đỉnh. Độ axit của sản 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.


c:\users\hsc\pictures\new picture (1).png

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.






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