Tiến hành mô phỏng và tối ưu hóa hệ thống tinh hế ồn

LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -Tác giả luận văn: Vũ Thị Thùy Dung ĐỀ TÀI Tiến hành mô tối ưu hóa hệ thống tinh chế cồn Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học-khóa 2010 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Q trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC GS Nguyễn Hữu Tùng Hà Nội 2013 VŨ THỊ THÙY DUNG Page Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131912601000000 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B MỤC LỤC CHƯƠNG I I .2 II .1 III 2.1 2.2 2.3 2.4 IV .1 TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ MỞ ĐẦU TỔNG QUAN TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ SỬ DỤNG CỒN TRONG NƯỚC TA VÀ TRÊN THẾ GIỚI Sơ lược tình hình sản xuất sử dụng cồn nước ta Tình hình sản xuất sử dụng cồn Thế Giới CÁC CÔNG ĐOẠN SẢN XUẤT CỒN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN Chọn nguyên liệu sản xuất Lên men rượu Chưng cất tinh chế cồn etylic SỰ HÌNH THÀNH ETYLIC VÀ CÁC TẠP CHẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN Cơ chế trình lên men rượu Sự tạo thành sản phẩm phụ sản phẩm trung gian trình lên men rượu Sự tạo thành acid Sự tạo thành alcol cao phân tử Sự tạo thành este Sự tạo thành aldehyt PHƯƠNG PHÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN DÙNG ĐỂ TINH CHẾ HỖN HỢP ETYLIC-NƯỚC VÀ CÁC TẠP CHẤT Quá trình chưng cất, chưng luyện, chưng luyện gián đoạn Các cấu hình tháp chưng luyện gián đoạn Các phương án vận hành tháp chưng luyện gián đoạn VŨ THỊ THÙY DUNG Page trang 11 16 18 18 18 19 20 20 20 22 22 22 23 23 23 23 23 24 24 25 30 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B 3.1 3.1 Các quy trình vận hành tháp chưng luyện gián đoạn 3.2 Chưng luyện gián đoạn với số hồi lưu không đổi 3.3 Chưng luyện gián đoạn với thành phần đỉnh không đổi Sử dụng giản đồ tam giác để dự đoán khả tách etanol tạp chất CHƯƠNG II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU VÀ MƠ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN I XÂY DỰNG MƠ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN Các mơ hình dự đốn cân lỏng Mơ hình tháp chưng luyện gián đoạn Thuật tốn giải hệ phương trình mơ hình tháp chưng luyện gián đoạn II KIỂM CHỨNG MƠ HÌNH BẰNG THỰC NGHIỆM TRÊN THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN QUY MÔ SẢN XUẤT CHƯƠNG III ỨNG DỤNG MƠ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN I NGHIÊN CỨU HÀNH VI CỦA CÁC CẤU TỬ TẠP CHẤT TRONG HỖN HỢP RƯỢU - NƯỚC SẢN XUẤT BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 1 Thành phần hỗn hợp rượu-nước tạp chất sử dụng ứng dụng mô 30 31 33 35 40 40 40 48 51 52 62 62 62 Một số tính chất hóa lý ethanol - nước tạp chất 62 3 Nghiên cứu hành vi cấu tử hỗn hợp rượu ethanol-nước tạp chất tháp chưng luyện liên tục 63 Nghiên cứu hành vi cấu tử tháp chưng luyện gián đoạn áp dụng nguyên tắc tách hỗn hợp theo nhóm có hành vi tương tự 64 4.1 Nhóm tạp đầu VŨ THỊ THÙY DUNG 66 Page LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B 4.1.1 4.1.2 4.2 4.3 Hành vi andehyt Hành vi etylacetat Hành vi nhóm tạp vịng quanh 4.3 Hành vi nhóm tạp trung gian 4.3.1 4.3.1 Hành vi cấu tử n-propanol 4.3.2 4.3.3 4.3.4 4.3.5 4.3.6 4.4 Hành vi isopropanol Hành vi nbutanol Hành vi isobutanol Hành vi isoamylic Hành vi furfural Hành vi Nhóm tạp cuối (tạp đáy) Nghiên cứu xác định thời điểm chế độ tách nhóm tạp 5.1 Thời điểm tách nhóm tạp đỉnh 5.2 Thời điểm tách isopropanol 5.3 Thời điểm tách tạp đáy Tính cân vật chất sau tách nhóm tạp Ảnh hưởng tốc độ lấy sản phẩm đến dịch chuyển nhóm tạp Đề xuất quy trình vận hành tháp chưng luyện gián đoạn CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VŨ THỊ THÙY DUNG Page 66 70 74 77 77 81 86 90 94 88 103 107 108 109 110 114 119 126 128 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết luận văn chưa công bố Hà nội ngày 24 tháng 02 năm 2013 Tác giả Vũ Thị Thùy Dung VŨ THỊ THÙY DUNG Page LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B Danh mục ký hiệu chữ viết tắt amn: hệ số tương tác nhóm D lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh kmol/h H enthanpy kJ/kmol H iL H iV ethanpi hỗn hợp lỏng đĩa i kJ/kmol G thể tích ngưng tụ không đổi m gE lượng tự dư L lưu lượng lỏng tháp kmol/h M lượng sản phẩm, hay tổng lượng tích lũy tháp kmol Mj lượng tích lũy đĩa đĩa thứ j kmol K ij số cân pha cấu tử thứ j đĩa thứ i Q tổng lượng đoạn thiết bị hay tồn tháp kJ/h qj điện tích phân tử cấu tử j Q K tham số điện tích đặc trưng cho nhóm ngun tử R số hồi lưu: Tỷ lệ lưu lượng dòng hồi lưu L lưu lượng dòng sản phẩm D; R số khí lý tưởng R=8314 J/kmol R số hồi lưu tối thiểu ri tham số thể tích phân tử cấu tử i R K tham số thể tích đặc trưng cho nhóm ngun tử T nhiệt độ C 0K V lưu lượng tháp kmol/h uij : lượng tương tác cấu tử i cấu tử j x nồng độ phần mole cấu tử pha lỏng kmol/kmol y nồng độ phần mole cấu tử pha kmol/kmol  k , (ki ) : hệ số hoạt động dư nhóm thứ k hỗn hợp dung môi nguyên chất chứa phân tử cấu tử thứ i θ, τ thời gian chưng luyện gián đoạn h ρ khối lượng riêng chất lỏng hay λ giá trị riêng cho ma trận jacobian cho phương trình chênh lệch γi hệ số hoạt độ cấu tử i pha lỏng η hiệu suất đĩa theo Murphree % VŨ THỊ THÙY DUNG Page LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B Danh mục bảng Trang Bảng 1: Tình hình tiêu thụ cồn số nước năm 1957 Bảng2: Chỉ tiêu chất lượng cồn đạt tiêu chuẩn TCVN 7043 - 2002 25 Bảng 3: So sánh thực nghiệm mơ hình cho phân bố nhiệt độ theo chiều cao tháp chế độ hồi lưu hoàn toàn 45 Bảng 4:Kết so sánh thực nghiệm mơ hình phân bố nồng độ ethanol theo chiều cao tháp chế độ hồi lưu hoàn toàn 46 Bảng 5: Kết so sánh thực nghiệm mô hình biến thiên nồng độ ethanol theo chiều thời gian đĩa số đĩa 66 48 Bảng 6:Kết so sánh thực nghiệm mơ hình cho biến thiên nồng độ este ethylacetate đĩa isobutanol theo chiều thời gian đĩa số 66 Bảng 7: Một số tính chất hóa lý ethanol-nước tạp chất Bảng 8: Hành vi cấu tử etylic dọc theo chiều cao tháp nồng độ etylic thay đổi Bảng 9: Phân bố nồng độ andehytacetic nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi VŨ THỊ THÙY DUNG Page 48 52 55 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B 57 Bảng 10: Hành vi cấu tử andehyt acetic dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 11: Hành vi cấu tử etylacetat dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 12: Hành vi cấu tử etylacetat dọc theo chiều caotháp số hồi lưu thay đổi Bảng 13: Hành vi cấu tử methanol dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 14: Hành vi cấu tử methanol dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 15: Hành vi cấu tử n-propanol dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 16: Hành vi cấu tử n-propanol dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 17: Hành vi cấu tử iso-propanol dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi VŨ THỊ THÙY DUNG Page 58 60 62 64 66 68 70 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B 72 Bảng 18: Hành vi cấu tử iso-propanol dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 19: Hành vi cấu tử nbutanol dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 20: Hành vi cấu tử n-butanol dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 21: Hành vi cấu tử iso-butanol dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 22: Hành vi cấu tử iso-butanol dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 23: Hành vi cấu tử iso-amylic dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 24: Hành vi cấu tử iso-amylic dọc theo chiều cao tháp số hôi lưu thay đổi Bảng 25: Hành vi cấu tử furfural dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi VŨ THỊ THÙY DUNG Page 74 76 79 80 83 84 87 88 LUẬN VĂN THẠC SỸ 2010B Bảng 26: Hành vi cấu tử furfural dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 27: Hành vi cấu tử acidacetic dọc theo chiều cao tháp nồng độ ethanol hỗn hợp đầu thay đổi Bảng 28: Hành vi cấu tử acidacetic dọc theo chiều cao tháp số hồi lưu thay đổi Bảng 29: Phần mol tạp theo thời gian giai đoạn hồi lưu hoàn toàn nồng độ ethanol ban đầu 0.2 phần mol Bảng 30: Phần mol nhóm tạp đầu theo thời gian giai đoạn hồi lưu hoàn toàn nồng độ ethanol ban đầu 0.3 phần mol Bảng 31: Lượng tạp lại sau tách 120 phút, lưu lượng tách 10% lượng holdup đĩa Bảng 32: Lượng tạp lại sau tách 150 phút, lưu lượng tách 10% lượng holdup đĩa Bảng 33: Hành vi tạp đáy sau lấy nhóm tạp đầu 150 phút giai đoạn hồi lưu hoàn toàn VŨ THỊ THÙY DUNG Page 10 90 93 94 97 105 106 106 107