Tối ưu hóa hệ thống tách hỗn hợp nhiều cấu tử etanol nước và các tạp chất nhận được bằng phương pháp lên men980

  B GIÁO DC VÀ ÀO TO TRNG I HC BÁCH KHOA HÀ NI - Cao Th Mai Duyên TI U HOÁ H THNG TÁCH HN HP NHIU CU T ETANOL - NC VÀ CÁC TP CHT NHN C BNG PHNG PHÁP LÊN MEN LUN ÁN TIN S K THUT Hà Ni – 2010   B GIÁO DC VÀ ÀO TO TRNG I HC BÁCH KHOA HÀ NI - Cao Th Mai Duyên TI U HOÁ H THNG TÁCH HN HP NHIU CU T ETANOL - NC VÀ CÁC TP CHT NHN C BNG PHNG PHÁP LÊN MEN Chuyên ngành: Quá trình Thit b Cơng ngh Hố hc Mã s: 62.52.77.01 LUN ÁN TIN S K THUT NGI HNG DN KHOA HC PGS TS Nguyn Hu Tùng Hà Ni - 2010   LI CAM OAN Tôi xin cam oan ây cơng trình nghiên cu ca riêng tơi Các s liu, kt qu c nêu lun án trung thc cha tng c cá nhân hay t chc khoa hc cơng b bt k cơng trình khác nc Cao Th Mai Duyên   LI CM N Trc tiên, xin chân thành cm n PGS TS Nguyn Hu Tùng, Thy ã tn tình hng d n, giúp ! tơi sut q trình nghiên cu hồn thin lun án Xin chân thành cm n Thy Cô " Vin ào t#o sau #i hc, Thy Cô $ng nghip B% mơn Q trình – Thit b Cơng ngh Hóa Thc ph&m ã óng góp ý kin chuyên môn, ã t#o mi i'u kin thun li nhit tình giúp ! tơi hồn thành n%i dung nghiên cu Tôi c(ng xin cm n Trung tâm giáo d)c phát tri*n S+c ký – Tr,ng #i hc Bách Khoa Hà N%i, Công ty c phn c$n ru sn ph&m t nhiên, Nhà máy ru L#c H$ng ã giúp ! rt nhi'u vic tin hành thí nghim phân tích s liu Cui cùng, tơi xin cm n gia ình b#n bè ã %ng viên, giúp ! vt qua mi khó kh-n, hồn thành cơng vic nghiên cu Cao Th Mai Duyên M CL C Trang ph bìa L i cam oan M cl c Danh m c ký hi u, ch vi t t t Danh m c b ng Danh m c hình v , th M u Ch ng – T NG QUAN 1.1 H dung d ch nhi u c u t 1.2 K thu t tách dung d ch nhi u c u t 1.3 T i u hố q trình tách dung d ch nhi u c u t 1.3.1 L a ch n ch tiêu t i u hoá 1.3.2 Phân tích ch tiêu t i u hố v n ng l ng tiêu hao trình tách h n h p nhi u c u t Ch ng – PH NG PHÁP NGHIÊN C U 18 2.1 Xây d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n nhi u c u t 18 2.1.1.Xác nh cân b"ng pha l#ng - h i c!a h dung d ch nhi u c u t 19 20 2.1.1.1 Xác nh cân b"ng pha c!a h dung d ch nhi u c u t b"ng ph ng pháp th c nghi m 21 2.1.1.2 Xác nh cân b"ng pha c!a h dung d ch nhi u c u t b"ng ph ng pháp l p mô hình 2.1.1.2.1 L a ch n mơ hình 21 27 ! # $ % & ' ! ( ! ) *30 + 2.1.2 Các mơ hình g n úng c!a tháp ch ng luy n nhi u c u t ph ng pháp 31 gi i mơ hình 2.1.3.Mơ hình t ng quát c!a tháp ch ng luy n 32 2.1.4 Các ph ng pháp gi i ph ng trình MESH 40 2.1.4.1 Các ph ng pháp chia nh# tốn 41 2.1.4.1.1 Ph ng pháp tính l n l t t$ %a sang %a 41 43 2.1.4.1.2 Các ph ng pháp chia nh# tốn có s d ng ma tr n ba ng chéo 2.1.4.2 Ph ng pháp tính t$ ngồi 54 2.2 Ki&m ch'ng s phù h p c!a mơ hình tháp ch ng luy n nhi u c u t b"ng th 56 c nghi m 2.2.1 Quá trình l y m(u ph ng pháp phân tích 56 2.2.1.1 Xác nh n ng ) etanol b"ng ph ng pháp t* tr ng 56 2.2.1.2 Xác nh n ng ) t+p ch t m(u c n b"ng ph ng pháp s c 57 ký khí 59 2.2.2 Xác nh n ng ) etanol, nhi t ), n ng ) c!a m)t s c u t t+p ch t %a c!a tháp ch ng luy n th c t 60 u 2.2.2.1 Các k t qu xác nh phân b n ng ) c n nhi t ) d c theo chi cao c!a tháp 2.2.2.2 So sánh k t qu phân b n ng ) m)t s t+p ch t tháp 62 Ch ng – K,T QU- NGHIÊN C U 68 3.1 Nghiên c'u phân lo+i c u t có dung d ch etanol - n c s n xu t b"ng 68 ph ng pháp lên men 3.1.1 Nghiên c'u hành vi c!a t+p ch t c!a h b"ng ph ng pháp th c nghi m 68 3.1.1.1 Xác nh thành ph n t+p ch t 68 3.1.1.2 Phân b n ng ) c!a t+p ch t theo chi u cao c!a tháp ch ng luy n 70 , trình tinh ch 3.1.1.2.1 Phân b n ng ) c!a t+p ch t q trình tinh ch c n trong69 tháp thí nghi m t$ nguyên li u r ng 3.1.1.2.2 Phân b n ng ) c!a c u t t+p ch t trình tinh ch 70 c n t$ nguyên li u tinh b)t 3.1.2 Nghiên c'u hành vi c!a c u t t+p ch t b"ng ph ng pháp mơ hình: 73 3.1.2.1 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a etyl axetat al ehyt73 axetic: 3.1.2.2 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a axit axetic 76 77 3.1.2.3 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a c u t n-propanol, iso-propanol, iso-butanol, iso amyl alcohol (h n h p d u fusel) tháp ch ng luy n 3.1.2.4 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a metanol tháp 82 3.2 Nguyên t c chung & tách h n h p nhi u c u t 89 3.3 ng d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n 90 3.3.1 Phân tích s tinh ch c b n g m tháp 90 100 3.3.2 ng d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n & t ng h p s tinh ch 3.3.2.1 S tinh ch tháp có k t n i thêm tháp tinh ch l+i COL4 & tách100 metanol 3.3.2.2 S tinh ch c n tháp có k t n i thêm tháp fusel COL5 102 3.3.3 T ng h p s tinh ch g m tháp, có dịng tu n hồn 104 3.4 ng d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n, t ng h p s tách có k t 107 n i dòng nhi t gi m n ng l ng tiêu hao 3.4.1 Nguyên t c t ng h p s tách có k t n i dịng nhi t 107 3.4.2 Thu t tốn gi i h l.n 108 3.4.3 ng d ng thu t toán gi i h có k t n i nhi t gi a tháp 3.4.3.1 Tính tốn ki&m tra s ph n mía ng Lam S n 3.4.3.2 T ng h p m)t s s l.n & nghiên c'u t ng h p s tinh ch 109 tinh ch c n có k t n i nhi t t+i Công ty c109 tách v.i hi u su t s d ng n ng l 122 ng cao 122 3.4.3.2.2 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp andehyt COL2 124 3.4.3.2.3 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp COL3 COL5 125 3.4.3.2.4 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp COL4 129 3.4.3.2.5 Nghiên c'u ch n áp su t làm vi c cho tháp thu h i c n COL6 130 3.4.3.2.6 S tinh ch g m tháp làm vi c áp su t khác 130 K,T LU/N 135 Các cơng trình ã cơng b 137 Tài li u tham kh o 138 Ph l c 3.4.3.2.1 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp thô COL1 DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH VI T T T TCVN P V i x y H R L G RL RG W E T QR QC α r ϕ γ n N Tiêu chu0n Vi t Nam áp su t th& tích c ut n ng ) ph n mol pha l#ng n ng ) ph n mol pha h i entalpy ch s h i l u dòng l#ng tháp dòng h i tháp ch s h i l u l#ng ch s h i l u h i công execgy nhi t ) nhi t un sôi áy tháp nhi t ng ng t nh tháp h s bay h i t ng i hàm nhi t h s fugat h s ho+t ) s c u t h s b c lý thuy t c!a tháp ch ng luy n Trong s COL F D B HS H2O MIX P DEC HX P1ST P2ST FUSEL tinh ch : tháp ch ng luy n h nh p u vào tháp dòng nh tháp dòng áy tháp dòng h i t dòng n c thi t b tr)n dòng b m thi t b phân l.p thi t b gia nhi t dòng s n ph0m c n sau tháp tinh ch dòng s n ph0m c n ch t l ng cao sau tháp tinh ch dòng s n ph0m d u fusel l+i DANH M C CÁC B NG - ! / ' ! ' ! ' ' ) c!a m)t s t+p ch t nghi m v.i k t qu tính tốn t$ mơ hình B ng 3-1 N ng li u tinh b)t r ) t+p ch t ng ( ! / ) & ' ! 4 ' ' - ! / ' ! ' ! ( ! / ) & ' ! ! / :4 / ! - ! /$ ' ' ! ' ! ( ! / ) & ' ! ! / / - ! /; % & ' ! ( ! ) < = / /