TỔNG QUAN
Tình hình sử dụng Biodiesel của các nước trên thế giới hiện nay
- Hiện nay, theo xu hướng thế giới, người ta sẽ trộn BioDiesel vào thành phần Diesel từ 5 đến 30%, [1]:
* Ở Châu Âu theo chỉ thị 2003/30/EC của EU mà theo đó từ ngày 31 tháng 12 năm 2005 ít nhất là 2% và cho đến 31 tháng 12 năm 2010 ít nhất là 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo Tại Áo, một phần chỉ thị của EU đã được thực hiện sớm hơn và từ ngày 1 tháng 11 năm 2005 chỉ còn có dầu diesel với 5% có nguồn gốc sinh học (B5) là được phép bán
* Tại Australia, đã sử dụng B20 và B50 vào tháng 2 năm 2005
* Tại Mỹ năm 2005, đã sử dụng B20
* Tại Thái Lan trong năm 2006, sử dụng B5 tại Chiangmai và Bangkok
* Tại Việt Nam, Petro Việt Nam đã có kế hoạch đưa 10% Bio-Diesel (B10) vào thành phần diesel để lưu thông trên thị trường
-Trên thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả những nguồn dầu, mỡ có thể sử dụng để sản xuất Biodiesel Việc lực chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồn tài nguyên sẵn có và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng, từng quốc gia.
Các nguồn nguyên liệu và xu hướng sản xuất Biodiesel hiện nay
1.2.1.Nguồn nguyên liệu chất béo:
Trên thực tế, người ta đã và đang nghiên cứu gần như tất cả những nguồn dầu, mỡ có thể sử dụng để sản xuất biodiesel Việc lựa chọn loại dầu thực vật hoặc mỡ động vật nào phụ thuộc vào nguồn tài nguyên sẵn có và điều kiện khí hậu cụ thể của từng vùng, [1]
- Với điều kiện ở Châu Âu thì cây cải dầu chứa hàm lượng dầutừ 40% đến 50% là cây thích hợp để dùng làm nguyên liệu sản xuất diesel sinh học
- Ở Trung Quốc người ta sử dụng cây cao lương để sản xuất Biodiesel Cứ 16 tấn cây cao lương có thể sản xuất được 1 tấn cồn, phần bã còn lại còn có thể chiết xuất được 500kg Biodesel Ngoài ra, Trung Quốc hiện nay còn nghiên cứu phát triển khai thác nguyên liệu mới, đó là tảo Khi nghiên cứu loại dầu sinh học từ tảo thành công và được đưa vào sản xuất, quy mô sản xuất loại dầu này có thể đạt tới hàng chục triệu tấn Theo dự tính của các chuyên gia, đến năm 2010, Trung Quốc sẽ sản xuất khoảng 6 triệu tấn dầu nhiên liệu sinh học
- Giống Trung Quốc, Mỹ cũng vận dụng công nghệ sinh học hiện đại như nghiên cứu gien thực hiện tại phòng thí nghiệm năng lượng tái sinh quốc gia tạo được một giống tảo mới có hàm lượng dầu trên 60%, một mẫu có thể sản xuất được trên 2 tấn dầu diesel sinh học
- Các nước Tiểu Vương quốc Ả Rập Thống Nhất thì sử dụng dầu jojoba, một loại dầu được sử dụng phổ biến trong mỹ phẩm để sản xuất Biodiesel
- Đối với khu vực Đông Nam Á, các nước Thái Lan, Inđônêxia, Malaysia cũng đã đi trước nước ta một bước trong lĩnh vực nhiên liệu sinh học Như ở Thái Lan, hiện sử dụng dầu cọ và đang thử nghiệm hạt cây jatropha, cứ 4kg hạt jatropha ép được 1 lít diesel sinh học 100%, đặc biệt loại hạt này không thể dùng để ép dầu ăn và có thể mọc trên những vùng đất khô cằn, cho nên giá thành sản xuất sẽ rẻ hơn rất nhiều so với các loại hạt có dầu truyền thống khác Bộ Năng Lượng Thái Lan cũng đặt mục tiêu, đến 2011, lượng diesel sinh học sẽ đạt 3%( tương đương 2,4 triệu lít/ ngày) tổng lượng diesel tiêu thụ trên cả nước và năm 2012, tỷ lệ này sẽ đạt 10%( tương đương 8,5 triệu lít/ ngày)
- Ở Inđônexia, ngoài cây cọ dầu, còn chú ý đến cây có dầu khác là jatropha Inđônêxia đặt mục tiêu năm 2010, nhiên liệu sinh nhọc sẽ đáp ứng 10% nhu cầu năng lượng trong ngành điện và giao thông vận tải
- Do chi phí cho việc trồng cây nhiên liệu lấy dầu rất thấp, hơn nữa chúng lại rất sẵn trong tự nhiên trong tương lai, diesel sinh học có thể được sản xuất ra với chi phí thấp hơn nhiều so với Diesel lấy từ dầu mỏ
- Tuy nhiên bài toán nguyên liệu được đặt ra là: “ Diesel sinh học cũng có thể làm thay đổi nhu cầu đối với đất nông nghiệp”, Trevor Price, một chuyên gia môi trường tại Đại học Glamorgan( xứ Walves, Anh), nhận định Diesel sinh học có thể giải quyết được bài toán hiệu ứng nhà kính và sự cạn kiệt của nhiên liệu hóa thạch, nhưng dẫu sao nó vẫn cần rất nhiều đất Các cánh rừng nhiệt đới có thể bị đốt để trồng cọ, đậu tương và những cây lấy dầu khác Nhiều quốc gia sẽ phải lựa chọngiữa nhiên liệu và thực phẩm” Vì lý do này mà ở nhiều quốc gia đã sử dụng nguồnnguyên liệu là mỡ các loại động vật ít có giá trị về mặt kinh tế để sản xuất Biodiesel
- Tại Việt Nam, hiện nay với đề tài nghiên cứu khoa học của ông Hồ Xuân Thiên cùng một số cán bộ kỹ thuật thuộc Công ty Cổ phần Xuất Nhập khầu Thủy sản An Giang(AGIFISH) nghiên cứu công nghệ sản xuất Biodiesel từ mỡ cá tra, cá basa hiện đang được áp dụng ở các công ty trong khu vực Đồng Bằng Sông Cửu Long như: công ty AGIFISH, công ty Minh Tú, và các cơ sở sản xuất nhỏ lẻ khác…Nước ta đặt mục tiêu đến năm 2020-2025 phải sản xuất được 4,5- 5 triệu tấn( xăng, diesel pha cồn và Biodiesel), chiếm 20% nhu cầu xăng dầu cả nước
1.2.2.Các phương pháp tổng hợp Biodiesel hiện nay:
Hiện nay, để sản xuất Biodiesel từ những nguồn nguyên liệu khác nhau có nhiều phương pháp Nói chung các phương pháp này đều dựa trên nguyên tắc làm giảm độ nhớt và tăng chỉ số cetan cho nguyên liệu để tính chất của nó gần giống với nhiên liệu diesel, [4]
Phương pháp này dựa trên đồ thị thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ của nhiên liệu Độ nhớt của dầu thực vật sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên Tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng xấu đến hệ thống cấp nhiên liệu Mặt khác hợp để áp dụng đồng thời với các phương pháp khác Hiện nay, phương pháp này ít được sử dụng vì không thích hợp, cần có nhiệt độ trên 80 0 C
1.2.2.2.Phương pháp pha loãng: Đây là phương pháp đơn giản, dễ dàng thực hiện ở mọi qui mô Pha trộn được tiến hành bằng phương pháp cơ học, không đòi hỏi thiết bị phức tạp, hỗn hợp nhận được bền vững và ổn định trong thời gian dài Nhược điểm của phương pháp này là khi tỷ lệ dầu thực vật lớn hơn 50% thì không thích hợp, vì lúc này độ nhớt của hỗn hợp lớn hơn độ nhớt Diesel nhiều Khi pha loãng Diesel bằng dầu thực vật, hỗn hợp 10% có độ nhớt thay đổi không đáng kể so với Diesel và thể hiện tính năng kỹ thuật tốt đối với động cơ Diesel
1.2.2.3.Phương pháp cracking xúc tác:
Quy trình cracking dầu mỡ động thực vật gần giống như cracking dầu mỏ Nguyên tắc cơ bản là cắt ngắn mạch hydrocacbon của dầu mỡ dưới tác dụng của nhiệt độ với chất xúc tác thích hợp Sản phẩm thường gồm nhiên liệu khí, xăng, diesel và một số sản phẩm phụ khác Với các điều kiện khc nhau sẽ nhận được tỷ lệ nhiên liệu thành phẩm khác nhau Cracking có thể thực hiện trong môi trường khí nitơ hoặc không khí
Nhược điểm cơ bản của phương pháp này là tốn năng lượng để điều chế nhiên liệu Sản phẩm thu được bao gồm nhiều thành phần nhiên liệu khác nhau và đặc biệt là không thực hiện được ở quy mô lớn
1.2.2.4.Phương pháp nhũ tương hóa:
Nhiên liệu ban đầu làdầu mỡ động thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu mỡ– rượu, trong đó các hạt rượu có kích thước hạt khoảng 150 nm được phân bố đều trong nhũ tương
Nhiên liệu thu được có độ nhớt tương đương diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thì độ nhớt nhũ tương càng giảm Tuy nhiên, lúc đó dễ tạo ra các hạt nhũ tương nhỏ, khả năng phân lớp tăng lên làm nhũ tương kém đồng nhất do đó cần có biện pháp bảo quản thích hợp Nhiệt độ hóa hơi của rượu thấp nên một phần rượu bay hơi sẽ cản trở quá trình làm việc bình thường của động cơ
CHỌN NGUYÊN LIỆU VÀ SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
Lựa chọn nguyên liệu tại Việt Nam
- Bông là loại cây trồng một năm Trong dầu bông có sắc tố carotenoit và đặc biệt là gossypol và các dẫn xuất của nó làm cho dầu bông có màu đặc biệt: màu đen hoặc màu sẫm Gossypol là một độc tố mạnh Hiện nay, người ta dùng phương pháp tinh chế dầu bằng kiềm hoặc bằng axit antranilic có thể tách possipol chuyển thành dầu thực phẩm Do trong dầu bông có chứa nhiều axit béo no panmitic, nên ở nhiệt độ phòng nó đã ở thể rắn
- Theo chính sách Nhà nước về tự túc 70% nguyên liệu dệt may, diện tích trồng cây bông sẽ phát triển nhanh chóng Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng là 33000 ha, 60000ha và 120000ha Dầu hạt bông vải có thể là nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất BD Dầu bông vải thô hiện nay giá khoảng 7000 đ/l,[5]
- Dừa là loại cây nhiệt đới được trồng nhiều ở vùng Đông Nam Á, châu Phi, châu Mỹ Latinh Ở Việt Nam, dừa được trồng nhiệt ở Thanh Hoá, Phú Khánh… Dừa là cây sinh trưởng lâu năm, thích hợp với khí hậu nóng ẩm Trong dầu dừa có chứa nhiều axit béo lauric (44% - 52%), myristic (13 – 19%), panmitic (7,5 – 10,5%) Hàm lượng chất béo không no rất ít Dầu dừa được sử dụng nhiều cho mục đích thực phẩm Dầu dừa là nguyên liệu tốt để sản xuất tốt dung môi cho thuốc bảo vệ thực vật
-Diện tích trên 180000 ha, nhưng năng suất dầu thấp, tối đa đạt 1 tấn dầu/ha, bằng ẳ so với cọ dầu Sản lượng dầu ộp khụng cao vỡ cõy dừa rất hiệu quả đối với nông dân do các sản phẩm khác như cơm dừa sấy, xơ dừa, than gáo dừa, thủ công mỹ nghệ từ gỗ dừa… nên giá dừa trái tăng (khoảng 15000 đ/l), [5]
- Hướng dương là loại cây hoa một năm và được trồng nhiều ở Nga Dầu hướng dương có mùi vị đặc trưng và có màu từ đỏ đến vàng Dầu hướng dương có chứa nhiều protein nên chúng là thực phẩm tốt Ngoài ra, đó là nguyên liệu tốt để sản xuất dung môi sinh học
- Đã được trồng thử nghiệm ở Củ Chi (đạt khoảng 2.5 tấn /ha), Lâm Đồng ( đạt 3.5 – 5 tấn/ha) Khi trồng thử nghiệm các thế hệ lai, năng suất đã tăng đáng kể Do đó hướng dương trở thành nguồn nguyên liệu có triển vọng, [5]
- Dầu đậu nành có màu vàng sáng, thành phần axit chủ yếu của nó là linoleic (50 – 57%), oleic (23 – 29%) Dầu đậu nành được dùng nhiều trong thực phẩm Ngoài ra, dầu đậu nành đã tinh luyện được dùng làm nguyên liệu để sản xuất margarine Từ dầu đậu nành có thể tách ra được lexetin dùng làm dược liệu, trong sản xuất bánh kẹo Dầu đậu nành còn được dùng để sản xuất sơn, vecni, xà phòng… và đặc biệt là sản xuất dung môi sinh học
- Hạt đậu nnh thu mua trong dân 5000 đ/kg, nhập khẩu từ Mỹ 3500 đ/kg ( kể cả thuế nhập khẩu),[5]
Dầu thầu dầu hay được gọi là dầu ve được lấy từ hạt cây thầu dầu Cây thầu dầu trồng nhiều ở vùng có khí hậu nhiệt đới Những nước trồng cây thầu dầu như: Braxin, Ấn Độ, Trung Quốc, Nga, Thái Lan Tại Việt Nam, cây thầu dầu được trồng nhiều ở Thanh Hoá, Nghệ An Tuy nhiên, Việt Nam vấn chủ yếu nhập thầu dầu từ Trung Quốc Dầu thầu dầu là loại dầu không khô, chỉ số iot từ
80 – 90, tỷ trọng lớn, tan trong ankan, không tan trong xăng và dầu hoả Hơn nữa do độ nhớt cao của dầu thầu dầu so với các loại dầu khác mà dầu thầu dầu được sử dụng làm dầu mỡ bôi trơn Dầu thầu dầu là loại dầu cao cấp được dùng trong động cơ máy bay, xe lửa, và các máy tốc độ cao, trong dầu phanh Dầu thầu dầu còn được dùng nhiều trong lĩnh vực như y tế, mỹ phẩm, chất dẻo, làm giấy than, giấy nến, và mực in, [5]
- Dầu hạt cao su được ép từ hạt cây cao su Trong hạt hàm lượng dầu chiếm khoảng 40 – 60% Cây cao su được trồng nhiều nơi trên thế giới như Ấn Độ, Châu Phi, Nam Mỹ… Ở Việt Nam cây cao su được đưa vào thời Pháp thuộc và trồng nhiều ở vùng Đông Nam Bộ Cây cao su sống thích hợp nhất ở những vùng đất đỏ
- Hàm lượng axit boric của dầu hạt cao su cao hơn các loại dầu khác do trong hạt cao su có enzym lipaza tác dụng thủy phân glyxerit tạo axit boric Dầu sau khi được xử lý nhiệt thì chỉ số axit ổn định do không còn enzym lipaza nữa, [5]
- Giá thành dầu hạt cao su rất cao, khoảng 17 000 đồng/kg ( giá hạt trung bình khoảng 2 500 đồng/kg), mỗi năm thu được 500000 ha, tương đương 500 tấn dầu,[5]
- Cây vừng có từ lâu đời, được trồng nhiều ở các nước Châu Á Các axit béo trong dầu vừng chủ yếu là axit oleic (33 – 48%), linoleic (37 – 48%), panmitc (7 – 8%), stearic (4 – 6%)
- Là loại cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, hiện đang trồng đại trà tại Nghệ
An, Thanh Hóa, Gia Lai, An Giang, [5]
Ngoài nguyên liệu là dầu thực vật, để tổng hợp Biodiesel còn có thể sử dụng các nguồn khác như:
- Mỡ động vật: mỡ cá basa, cá tra: Mỗi năm các tỉnh Đồng bằng Sông Cửu Long thu được 400.000 tấn cá, tương đương 60.000 tấn mỡ, [5]
- Dầu phế thải của các nhà máy chế biến dầu, mỡ
Ta có bảng tóm tắt thành phần axit béo của các loại dầu thực vật như sau:
B ảng 2.1 : Thành ph ần axit béo có trong các loại dầu thực vật
Tính chất Dầu hạt cao su
Nước ta tuy là nước nông nghiệp nhưng hàng năm chúng ta vẫn phải nhập một lượng rất lớn dầu thực vật để tinh luyện phục vụ nhu cầu trong nước và xuất khẩu
Sở dĩ như vậy vì giá mua nguyên liệu hạt, quả có dầu ở nước ta đôi khi bằng hoặc cao hơn so với giá nhập dầu thực vật thô từ những nước có tiềm năng như Malaysia, Mỹ…Do đó ta nên định hướng nghiên cứu sản xuất Biodiesel từ các loại dầu thực vật không có giá trị thực phẩm có giá thành thấp như dầu bông, dầu hạt cao su, dầu hạt Jatropha …
Trong số các loại cây được trồng để lấy dầu, dầu hạt cao su có thành phần Axit béo tương đối lớn dotrong hạt cao su có enzym lipaza có tác dụng thủy phân glyxerit tạo axit béo Vì vậy, dầu cao su ít được sử dụng trước đây Nếu sử dụng dầu cao su làm nguồn nguyên liệu để sản xuất Biodiesel thì hiệu quả kinh tế thu được là cao nhất Đồng thời, hiện nay, diện tích trồng cây cao su ở nước ta ngày càng rộng lớn và cây cao su đang trở thành một loài cây công nghiệp mang đầy giá trị Vì vậy, sản lượng hạt cây cao su ngày càng tăng trưởng một cách mạnh mẽ, mang lại nguồn dầu hạt cao su dồi dào Từ đó, nâng cao nguồn nguyên liệu để sản xuất Biodiesel Chính vì lý do đó, tôi đã chọn nguồn nguyên liệu này để phát triển mô hình sản xuất Biodiesel trong tương lai.
Nguồn nguyên liệu Ancol
- Có thể sử dụng các Ancol như: Methanol, Ethanol Qua cơ chế phản ứng, ta thấy vận tốc phản ứng phụ thuộc vào kích thước của anion RO- Khi kích thước càng lớn, anion càng khó tấn công vào liên kết CO, phản ứng xảy ra càng chậm Do đó, phản ứng với Methanol xảy ra dễ dàng hơn so với các rượu khác Để đạt được hiệu suất tối ưu, Ethanol và Butanol cần nhiệt độ cao hơn so với Methanol, [2]
- Các tính chất đó thể hiện qua bảng sau đây:
B ả ng 2.2: S ự thay đổi hiệu suất este với các rượu khác nhau khi tỷ lệ mol rượu: dầu = 6:1; v à 0,5% kh ối lượng CH 3 ONa
Hiệu suất este (% khối lượng) Thời gian phản ứng, phút Methanol, 65 0 C Ethanol, 75 0 C 1-Buthanol, 114 0 C
- Ngoài khả năng phản ứng, Methanol còn có nhiều ưu điểm hơn so với các rượu khác, [2]:
Giá thành thấp (tính trên 1mol: lượng rượu cần dùng được xác định bằng tỷ lệ mol rượu: dầu)
Khối lượng và thề tích của Methanol cần dùng thấp hơn do khối lượng mol của Methanol thấp hơn rất nhiều trong khi khối lượng riêng của các rượu không khác nhau nhiều
Để thu được Biodiesel có hiệu suất cao(99,7%), người ta phải dùng dư rượu Lượng rượu dư được tách ra và quay trở lại phản ứng nhằm giảm chi phí sản xuất và không gây độc hại môi trường Methanol có nhiệt độ sôi thấp hơn nên dễ tách ra khỏi hỗn hợp phản ứng hơn Thêm vào đó, khi được tách ra, rượu luôn chứa nước Methanol có thể tách ra khỏi nước một cách dễ dàng bằng phương pháp chưng cất thông thường
Do đó, mặc dù Methanol rất độc hại nhưng vẫn là rượu dùng phổ biến nhất trong sản xuất Biodiesel
Khi dùng một số rượu khác như: Isopropanol, Isobutanol…Biodiesel thu được có nhiệt độ đông đặc thấp hơn so với khi dùng Methanol Nhưng do giá thành cao và hiệu suất không tối ưu, những rượu này không được dùng rộng rãi Hơn nữa, tính đông đặc của Biodiesel có thể giải quyết kinh tế hơn khi dùng phụ gia thích hợp
Tỷ lệ mol của methanol/ dầu qua 2 giai đoạn với tỷ lệ như sau, theo[3]:
- Gia đoạn 1: loại bỏ axit tự do trong dầu hạt cao su: 25/1
- Giai đoạn 2: phản ứng chuyển hóa este tạo Biodiesel: 4/1
B ảng 2.3: Tính ch ất của một số rượu được sử dụng sản xuấ t Biodiesel
Tên gọi Công thức Khối lượng mol
1-propanol CH 3 CH 2 CH 2 OH 60 0,8035 97,4
Iso-propanol CH 3 CH(CH 3 )OH 60 0,7855 82,4
1-butanol CH 3 CH 2 CH 2 CH 2 OH 74 0,8098 117,2
Iso-butanol CH 3 CH(CH 3 )CH 2 OH 74 0,8018 108
Lựa chọn quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel
Ngày nay, với các công nghệ ngày càng hiện đại, quá trình sản xuất Biodiesel ngày càng phổ biến và phát triển rộng rãi hơn Trong đó, có 2 mô hình sản xuất điển hình đang được sử dụng trong các phân xưởng và nhà máy chuyên dụng hiện nay:
Công ty Lurgi được thành lập vào ngày 5 tháng 2 năm 1897 tại Frankfurt – Đức, đạt chứng chỉ ISO 9001:2000, là công ty hàng đầu khắp thế giới về các kỹ thuật thẩm quyền dịch vụ và chuyển giao công nghệ
Công ty đã xây dựng và phát triển các công nghệ mới, trong đó, việc phát triển quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel từ dầu thực vật được thực hiện năm 1990
Sau đây là thuyết minh công nghệ của quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel của Lurgi GmbH:
- Dầu được bơm từ bể chứa và được trộn với Methanol và xúc tác với tỷ lệ thích hợp Nguyên liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng và được chuyển qua lò phản ứng chuyển hóa Este
- Tại lò phản ứng chuyển hóa Este, 3 mol Methanol phản ứng với chất béo trung tính để thu được 3 mol Methyl este (Biodiesel) và 1 mol Glyxerine Lò phản ứng chuyển hóa este sử dụng một chất xúc tác có tính kiềm cao và cho phép chuyển hóa 100% trên lý thuyết
- Dòng ra từ lò chuyển hóa este được đưa đến thiết bị phân tách trọng lực Sản phẩm Biodiesel được lấy ra từ trên đỉnh của thiết bị phân tách và được thu hồi vào bề chứa
- Sản phẩm đáy của thiết bị phân tách trọng lực được đưa qua thiết bị lọc để loại bỏ tạp chất và thu hồi Methanol dư Glyxerine tinh khiết được chuyển vào bể chứa
Hình 2.1: Quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel của Lurgi GmbH 2.3.2 Công nghệ RHT:
Công ty RHT(Refining Hydrocacbon Teachnology) đã phát triển công nghệ sản xuất Biodiesel từ dầu thực vật, mỡ động vật và nâng cao hiệu suất thu Glycerine vào năm 2006
Sau đây là thuyết minh công nghệ của công nghệ sản xuất Biodiesel của RHT:
- Dầu được bơm từ bể chứa và được trộn với Methanol với tỷ lệ thích hợp Nguyên liệu được gia nhiệt tới nhiệt độ phản ứng và được chuyển qua lò phản ứng Tại đây, các axit béo được xử lý sơ bộ với xúc tác có tính axit và có thể loại bỏ 99,8% các axit béo tự do có trong dầu thực vật
- Sau quá trình khử axit béo tự do, nguyên liệu được đưa qua lò phản ứng chuyển hóa Este Tại đây, 3 mol Methanol phản ứng với chất béo trung tính để thu được 3 mol Methyl este (Biodiesel) và 1 mol Glyxerine Lò phản ứng chuyển hóa este sử dụng một chất xúc tác có tính kiềm cao và cho phép chuyển hóa 100% trên lý thuyết
- Dòng ra từ lò chuyển hóa este được đưa đến thiết bị phân tách trọng lực Sản phẩm Biodiesel được lấy ra từ trên đỉnh của thiết bị phân tách và được rửa sạch bằng nước nóng 70 0 C
- Sản phẩm đáy của thiết bị phân tách trọng lực được đưa qua thiết bị lọc để loại bỏ tạp chất và thu hồi Methanol dư Glyxerine tinh khiết được chuyển vào bể chứa
Hình 2.2: Quy trình công nghệ sản xuất Biodiesel của Lurgi RHT
2.3.3.Bảng so sánh 2 quy trình công nghệ:
B ảng 2.2: So sánh các quy tr ình s ản xuất Biodiesel ti ên ti ến tr ên th ế giới
- Áp dụng cho các loại dầu, mỡ có chỉ số Axit tự do thấp
- Độ tinh khiết các sản phẩm thu
- Áp dụng cho các loại dầu, mỡ có chỉ số Axit tự do cao
- Độ tinh khiết của sản phẩm thu được không cao
- Tiêu tốn ít nguyên liệu nhưng hiệu suất thu hồi thấp
- Thiết bị đơn giản, dễ hoạt động
- Áp dụng cho mô hình sản xuất nhỏ lẻ, không yêu cầu cao về chất lượng của Biodiesel
- Lượng Glyxerine thu được không cao được rất cao
- Tốn nhiều nguyên liệu nhưng hiệu suất thu hồi cao
- Áp dụng cho mô hình sản xuất có công suất lớn, đạt chất lượng tốt về Biodiesel
- Hiệu suất thu hồi Glyxerine lớn,
Qua bảng so sánh ở trên, ta thấy, công nghệ của hãng RHT là công nghệ hiện đại mới, phù hợp với xu thế và đáp ứng được sự đa dạng của các loại nguyên liệu khác nhau Bên cạnh đó,việc thiết kế phân xưởng sản xuất Biodiesel với công suất lớn và nguồn nguyên liệu có chỉ số Axit cao(dầu hạt cao su) thì mô hình của RHT phù hợp với các yêu cầu được đặt ra Không những thế, hiệu suất thu hồi Glyxerine trong mô hình công nghệ RHT thu được rất cao, có tính ứng dụng lớn trong các ngành công nghiệp khác,để tạo điều kiện hạ giá thành sản phẩm Biodiesel
Ngoài ra, để hoạt động của phân xưởng luôn được vận hành tốt và có thể bảo dưỡng dễ dàng, tôi chọn quy trình sản xuất hoạt động bán liên tục, để có thể thu được chất lượng sản phẩm tinh khiết nhất với sơ đồ khối như sau:
Hình 2.3: Sơ đồ sản xuất Biodiesel từ nguyên liệu dầu hạt cao su
Thiết bị phản ứng Tách Làm khô
THIẾT KẾ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT
Thuyết minh sơ đồ
- Đầu tiên, nguyên liệu dầu hạt cao su được bơm từ bể chứa 1sau khi gia nhiệt, cùng với methanol(methanol /dầu = 25:1) và xúc tác axit (0,5%mdầu) được lấy từ thiết bị số 2được trộn tại lò phản ứng este hóa số 6hoạt động ở áp suất trung bình, nhiệt độ phản ứng 50 0 C Tại đây, vì nồng độ axit béo tự do có trong dầu vượt quá 3% nguyên liệunên các axit béo tự do này được xử lý sơ bộ Chất xúc tác được sử dụng có tính axit (H 2 SO 4 )cho phản ứng este hóa và có thể loại bỏ hơn 90% các axit béo tự do còn tồn tại trong dầu theo phản ứng sau:
- Dòng ra từ lò phản ứng đầu tiênđược tách, lọc tại thiết bị số 9 để thu hồi tại thiết bị số 3 Sau khi đã loại bỏ axit tự do, dầu hạt cao su chuyển qua lò phản ứng chuyển hóa este số 7nhờ bơm đưa lên bồn chứa và được gia nhiệt trước khi vào tháp số
7, hoạt động ở áp suất khí quyển và nhiệt độ 60 0 C Lò phản ứng chuyển hóa este số 7sử dụng một chất xúc tác đồng thể có tính kiềm cao(KOH)được hòa tan cùng với metanol được cung cấp bởi bể chứa số 4 Trước đó, methanol và xúc tác KOH đã được khuấy trôn tại thiết bị khuấy số 5.Tại lò phản ứng số 7, methanol phản ứng với chất béo trung tính để thu được dầu methyl este (Biodiesel) và glycerine:
3CH 3 OH + R(COO) 3 C 3 H 5 C 3 H 5 (OH) 3 + R(COO) 3 CH 3
- Dòng ra từ lò chuyển hóa este số 7được đưa đến hệ thống thiết bị phân tách trọng lực số 10 Do sự chênh lệch về tỷ trọng, sản phẩm biodiesel có lẫn một ít rượu và KOH được lấy ra ở trên đỉnh của thiết bị phân tách, sau đó được rửa sạch bằng nước nóng 70 0 C , tiếp tục qua trống rửa số 9 để loại bỏ các tạp chất Cuối cùng, thu được tại thiết bị số 12
- Từ đáy của thiết bị phân tách trọng lực số 10, Glycerine, tạp chất, metanol dư, nước cùng một ít NaOH dư sẽ được đưa vào thiết bị tách lọc số 13 Methanol/nướcđược tách ra và thu hồi đưa trở lại lò phản ứng Sản phẩm đáy của thiết bịlọc số 13sau khi loại bỏ tạp chất và metanol, glycerine sẽ được thu hồi vào bể chứa.
TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ
Thiết bị khác trong quy trình
4.2.1.Thieỏt bũ ngửng tuù hồi lửu methanol bay hụi:
Hệ thống ta thiết kế dùng để khảo sát các hệ số thực nghiệm ở các chế độ với tỷ lệ dầu cao su và Methanol khác nhau Sinh hàn sử dụng cần đảm bảo hoạt động tốt với mọi tỷ lệ mol dầu hạt cao su và Methanol (từ 1:4 đến 1:25, thậm chí cao hơn) Khi lượng Methanol càng chiếm đa số trong hỗn hợp nhập liệu, lượng nhiệt hao phí cho điện trở ta sử dụng để cấp nhiệt cho thiết bị có công suất thực là 6 KW Trường hợp trong thiết bị chứa 100% Methanol, lượng nhiệt do điện trở cung cấp được chuyển trực tiếp sang Methanol Khi đó nhiệt lượng tối đa mà nước cần lấy bằng nhiệt lượng do Methanol nhận trực tiếp từ điện trở ( ở đây ta xtơi nhiệt mất mát qua thân thiết bị bằng
0, Methanol nhận nhiệt đều hóa hơi hoàn toàn)
Trong đó, chọn nhiệt độ nước vào giải nhiệt T1 = 27 0 C; nhiệt độ nước ra T2 31 0 C Nhiệt độ hơi Metanol khoảng 50 đến 65 0 C, thời gian lưu trung bình của nước trong sinh hàn không lớn
- Lưu lượng hơi methanol đi vào thiết bị ngưng tụ trong 1 giây:
Với ẩn nhiệt ngưng tụ của methanol là : r methanol = 1118 kJ/kg
- Chọn thiết bị ngưng tụ kiểu vỏ ống đặt đứng Các dòng lưu chất được bố trí như sau: hơi đi trong các ống truyền nhiệt, còn nước đi ở phía vỏ ống
- Ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T, kích thước ống là 25 x 2 mm
Đường kính ngoài của ống là dng = 25 mm = 0,025 m
Bề dày ống là = 2 mm = 0,002 m
Đường kính trong của ống là dtr = 21 mm = 0,021 m
Chiều cao ống truyền nhiệt là lo = 30 cm = 0,3 m
- Nước đi trong ống có nhiệt độ vào là T1 = 27 0 C; nhiệt độ nước ra là T2 = 41 0 C
- Nhiệt độ phía vách tiếp xúc với hơi methanol ngưng tụ là T w1 ; Nhiệt độ phía vách tiếp xúc với nước là Tw2
- Lưu lượng nước tối thiểu cần dùng để ngưng tụ lượng methanol bay hơi:
- Chọn lưu lượng nước thực tế dùng cho quá trình giải nhiệt gấp khoảng 2 lần lưu lượng nước tối thiểu:
- Bố trí hai dòng lưu chất chuyển động ngược chiều nhau nên chênh lệch nhiệt độ trung bình được tính như sau:
- Hệ số truyền nhiệt tổng quát K được tính như sau :
Với : n - Hệ số cấp nhiệt của nước chảy ngoài ống; W/m 2 K
D - Heọ soỏ caỏp nhieọt cuỷa hụi ngửng tuù trong oỏng; W/m 2 K
r t - Nhiệt trở của thành ống và lớp cáu ; m 2 K/W
Xác định hệ số cấp nhiệt phía nước giải nhiệt đi ngoài ống:
- Nhiệt độ trung bình của nước đi trong ống :
- Tại nhiệt độ này thì:
Khối lượng riêng của nước: n = 994 (kg/m 3 )
Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,626 (W/mK)
- Theo [9], vận tốc nước đi trong ống được chọn từ 0,3 đến 2 m/s
- Vận tốc thực tế của nước trong ống: v n =
Nước đi ngoài ống ở chế độ chảy quá độ
Áp dụng công thức [V.44, trang 16, 9] để tính chuẩn số Nusselt phía nước:
Trong đó: k 0 – hệ số phụ thuộc Reynolds
l - hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài l và đường kính d của ống
Hệ số cấp nhiệt phía nước: td
Nhiệt tải của nước làm lạnh :
Xác định nhiệt trở của lớp cáu:
Trong đó: o r cáu 1 – nhiệt trở của lớp cáu phía hơi methanol ngưng tụ , m 2 K/W o δ = 0,002 m – chiều dày thành ống thép o λ = 16,3 W/m.K – độ dẫn nhiệt của thép X18H10T o rcáu 2 – nhiệt trở của lớp cáu phía nước, m 2 K/W
Theo phụ lục bảng 31, bảng tra cứu quá trình cơ học – truyền nhiệt: r cáu 1 = r cáu 2 5000
Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi methanol ngưng tụ phía trong ống:
S o AÅn nhieọt ngửng tuù : rmethanol = 1118 kJ/kg o Các thông số hoá lý còn lại tra tại nhiệt độ trung bình Tm 2
Trong trường hợp này, các nhiệt độ vách Tw1 và Tw2 đều chưa biết nên cần chọn trước giá trị để thực hiện việc tính toán Quá trình tính toán dựa trên sự cân bằng nhiệt lượng: lượng nhiệt truyền từ hơi methanol ngưng tụ đến vách ngoài q S , phải bằng với lượng nhiệt truyền qua tường và lớp cáu q w , và bằng với lượng nhiệt truyền từ tường đến nước q n
Do qS và qn cách nhau rất xa nên cần tính lại lần 2
Quá trình tính toán tương tự lần thứ nhất thu được kết quả như bảng sau:
Kết quả sai số ∆q lúc này vẫn rất lớn, cần tính lặp lần 3 Ở lần này, ta có thể vẽ đường thẳng nối 2 điểm ứng với qS va q n để tìm giao điểm chính xác
Từ đồ thị, ta có thể chọn chính xác hơn T w1 = 61,5 0 C Sau đó, tính toán kiểm tra xác định lại các thông số chưa biết thu được bảng sau:
Tw1 s qs Tw Tw2 T w n qn ∆q
Như vậy sai số trong trường hợp này là 1,4% < 5%, có thể chấp nhận được
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K:
Diện tích bề mặt truyền nhiệt :
Số ống trong chùm ống là: n =
Vậy thiết bị ngưng tụ loại vỏ ống có cấu tạo như sau:
Số ống truyền nhiệt là 14 ống
Kích thước ống truyền nhiệt: 25 x 2mm, chiều cao ống là 0,4 m
Kích thước hình học của sinh hàn: tính toán theo tr 176, [9]
Các ống truyền nhiệt được bố trí theo đỉnh tam giác đều Ống truyền nhiệt được gắn chặt vào vỉ ống nhờ các mối hàn
Khe hở giữa ống và lỗ trên vỉ ống: mm Chọn Đường kính khoét lổ trên vỉ ống: d = +2 = 25,4 mm
Số ống nằm trên đường chéo của hình 6 cạnh: b = 5
Trị số bước tối thiểu t giữa các ống trong vỉ ống: mm Ống truyền nhiệt được gắn chặt vào vỉ ống nhờ các mối hàn
Khe hở giữa ống và lỗ trên vỉ ống: mm Chọn
4.2.2.Thiết bị ngưng tụ nhằm thu hồi Metanol từ pha Glycerine:
- Khi tiến hành phản ứng xong một mẻ (thời gian thực hiện phản ứng là t 1 = 60 phút) thì thực hiện quá trình tách pha ester và pha glycerine Do bản chất hoá học của methanol là một rượu, nên có khuynh hướng di chuyển vào pha glycerine khi thực hiện sự tách pha mmethanol dử = 3,83 Kg
- Giả định thời gian chưng thu hồi methanol (tương ứng với một mẻ) là t 2 = 18 phút, và lượng methanol bay hơi trong thời gian này bằng 80% lượng methanol lý thuyết naèm trong pha glycerine
- Lưu lượng hơi methanol đi vào thiết bị ngưng tụ:
- Lưu lượng nước cần thiết để ngưng tụ methanol được xác định từ phương trình caõn baống nhieọt:
Trong đó: G’N - lưu lượng nước cần thiết , kg/s tNV = 27 0 C - nhiệt độ nước đi vào thiết bị ngưng tụ, 0 C tNR = 41 0 C - nhiệt độ nước ra khỏi thiết bị ngưng tụ, 0 C
- Chọn lượng nước thực tế cần sử dụng để ngưng tụ hơi methanol gấp 1,5 lần lượng nước cần thiết:
- Chọn thiết bị ngưng tụ là thiết bị trao đổi nhiệt loại vỏ ống đặt đứng, ống truyền nhiệt được làm bằng thép X18H10T
Đường kính ngoài của ống là d’ng = 25 mm = 0,025 m
Bề dày ống là δ’ = 2 mm = 0,002 m
Đường kính trong của ống là d’ tr = 21 mm = 0,021 m
Chiều cao ống truyền nhiệt là l’ o = 30 cm = 0,3 m
- Bố trí các dòng lưu chất chuyển động như sau: hơi methanol ngưng tụ phía ngoài ống còn nước di chuyển phía trong ống Chênh lệch nhiệt độ trung bình được tính nhử sau:
- Gọi nhiệt độ phía vách tiếp xúc với hơi methanol ngưng tụ là T v1 ; nhiệt độ phía vách tiếp xúc với nước là Tv2
- Hệ số truyền nhiệt tổng quát K được tính như sau :
Với : n - Hệ số cấp nhiệt của nước chảy ngoài ống; W/m 2 K
D - Heọ soỏ caỏp nhieọt cuỷa hụi ngửng tuù trong oỏng; W/m 2 K
r t - Nhiệt trở của thành ống và lớp cáu ; m 2 K/W
Xác định hệ số cấp nhiệt phía nước giải nhiệt :
- Nhiệt độ trung bình của nước đi trong ống :
- Tại nhiệt độ này thì:
Khối lượng riêng của nước: n = 994 (kg/m 3 )
Hệ số dẫn nhiệt của nước: n = 0,626 (W/mK)
- Vận tốc thực tế của nước trong ống: v n = 2 2
Chuẩn số Reynolds của nước đi trong ống:
Nước đi ngoài ống ở chế độ chảy quá độ
Áp dụng công thức [V.44, trang 16, 9] để tính chuẩn số Nusselt phía nước:
Trong đó: k 0 : hệ số phụ thuộc Reynolds
Với Re = 6880 , tra bảng [trang 16, 9], k 0 = 22
l : hệ số tính đến ảnh hưởng của hệ số cấp nhiệt theo tỷ lệ giữa chiều dài l và đường kính d của ống
Hệ số cấp nhiệt n phía nước: tr n n d
Nhiệt tải của nước làm lạnh :
Xác định nhiệt trở của lớp cáu:
Trong đó: o rcáu 1 – nhiệt trở của lớp cáu phía hơi methanol ngưng tụ , m 2 K/W o δ = 0,002 m – chiều dày thành ống thép o λ = 16,3 W/m.K – độ dẫn nhiệt của thép X18H10T o r cáu 2 – nhiệt trở của lớp cáu phía nước, m 2 K/W
Theo phụ lục bảng 31, bảng tra cứu quá trình cơ học – truyền nhiệt: r cáu 1 = r cáu 2 5000
Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu:
Xác định hệ số cấp nhiệt của hơi methanol ngưng tụ phía ngoài ống:
S o AÅn nhieọt ngửng tuù : rmethanol = 1118 kJ/kg o Các thông số hoá lý còn lại tra tại nhiệt độ trung bình Tm 2
Trong trường hợp này, các nhiệt độ vách Tv1 và Tv2 đều chưa biết nên cần chọn trước giá trị để thực hiện việc tính toán Quá trình tính toán dựa trên sự cân bằng nhiệt lượng: lượng nhiệt truyền từ hơi methanol ngưng tụ đến vách ngoài qS, phải bằng với lượng nhiệt truyền qua tường và lớp cáu qw, và bằng với lượng nhiệt truyền từ tường đến nước qn
Trong trường hợp này, các nhiệt độ vách T v1 và T v2 đều chưa biết nên cần chọn trước giá trị để thực hiện việc tính toán Quá trình tính toán dựa trên sự cân bằng nhiệt lượng: lượng nhiệt truyền từ hơi methanol ngưng tụ đến vách ngoài q S , phải bằng với lượng nhiệt truyền qua tường và lớp cáu q w , và bằng với lượng nhiệt truyền từ tường đến nước q n
Do q S và q n cách nhau rất xa nên cần tính lại lần 2
Quá trình tính toán tương tự lần thứ nhất thu được kết quả như bảng sau:
Kết quả sai số ∆q lúc này vẫn rất lớn, cần tính lặp lần 3 Ở lần này, ta cú thể vẽ đường thẳng nối 2 điểm ứng với q S va ứq n để tỡm giao điểm chính xác
Từ đồ thị, ta có thể chọn chính xác hơn t w1 = 58,5 0 C (sai số là 3,57 %)
Hệ số truyền nhiệt tổng quát K:
Diện tích bề mặt truyền nhiệt :
Tổng chiều dài truyền nhiệt :
Vậy thiết bị ngưng tụ loại vỏ ống có cấu tạo như sau:
Số ống truyền nhiệt là 7 ống
Kích thước ống truyền nhiệt: 21 x 2mm, chiều dài ống là 0,35 m
Hỗn hợp trong thiết bị có thể tích 40L
Hệ số chứa đầy: 0,8 →Thể tích thiết bị 32 L
Chọn thiết bị có đường kính 400 mm, đáy nón tiêu chuẩn, nắp phẳng Đáy góc 60 0 :
Thể tích đáy nón: Đáy nón 60 0 tiêu chuẩn đường kính 400 mm có thể tích đáy là:
Chiều cao thiết bị tách pha:
4.2.4.Thiết bị thu hồi Methanol từ pha Glycerine:
Thể tích hỗn hợp trong thiết bị
Do thể tích hỗn hợp G-M của 1 mẻ khá bé, nên ta dồn nhiều mẻ lại rồi mới xử lí Chọn số mẻ là 4
Thể tích làm việc của thiết bị là 4
Chọn sơ bộ hệ số chứa đầy là 0,7
Thể tích thiết bị sơ bộ là
Chọn thiết bị có đường kính trong là 300 mm, đáy nắp elip
Các thông số hình học của thiết bị nhằm thu hồi Metanol từ pha Glycerine đều giống như thiết bị phản ứng chính đã tính ở trên, chỉ khác ở chiều cao thân thiết bị
Qui chuaồn chieàu cao thieỏt bũ H t = 0,6 m
Chiều cao thuỷ tĩnh của hỗn hợp chất lỏng trong thiết bị 5:
- Thể tích hỗn hợp lỏng nhập liệu:
- Thời gian bơm nhập liệu: = 2 phuùt
- Suất lượng thể tích của dòng nhập liệu đi trong ống:
Vậy chọn bơm có năng suất Qb = 2 (m 3 /h) ii Cột áp:
Mặt cắt (1-1) là mặt thoáng chất lỏng trong thiết bị khuấy trộn sơ bộ
Mặt cắt (2-2) là mặt thoáng chất lỏng trong thiết bị phản ứng
- Áp dụng phương trình Bernoulli cho các mặt cắt (1-1) và (2-2): z1 + g
z1: độ cao tính từ mặt đất đến mép trên thân thiết bị 8 o Chọn z 1 = 20 mm
z 2 : độ cao tính từ mặt đất đến mép trên thân thiết bị 11 o Chọn z 2 = 240 + 50 = 290 mm
v 1 ,v 2 : vận tốc tại mặt thoáng chất lỏng ở thiết bị 8 (mặt 1-1) và mặt thoáng chất lỏng ở thiết bị 11(2-2) o Xtôi v 1 = v 2 = 0(m/s)
h f1-2 : tổng tổn thất trong ống từ (1-1) đến (2-2)
Hb : cột áp của bơm
Tính tổng trở lực trong ống:
- Chọn đường kính trong của ống hút và ống đẩy bằng nhau: d tr = 21 mm
- Tra bảng II.15, trang 381, [8] Độ nhám của ống: = 0,1(mm) = 0,0001(m)
- Tổng trở lực trong ống hút và ống đẩy
l đ : chiều dài ống đẩy, chọn l đ = 3 (m)
h : tổng tổn thất cục bộ trong ống hút
đ : tổng tổn thất cục bộ trong ống đẩy
: hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy
v F : vận tốc dòng nhập liệu trong ống hút và ống đẩy (m/s)
Xác định hệ số ma sát trong ống hút và ống đẩy :
= 39568 > 4000 => chế độ chảy xoáy rối
- Chuẩn số Reynolds giới hạn trên thuộc khu vực nhẵn thuỷ học:
Trong đó: ε = 0,0001 m – độ nhám tuyệt đối
- Chuẩn số Reynolds khi bắt đầu xuất hiện vùng nhám:
- Do Re gh < Re F < Re n nên hệ số ma sát λ được tra theo bảng II.14, trang 379, [8] là λ = 0,033
Xác định tổng tổn thất cục bộ trên đường ống hút :
Chọn dạng ống uốn cong 90 o có bán kính R với R/d = 2 thì u1(1 chỗ) = 0,15 Ống hút có 1 chỗ uốn u1 = 0,15 1 = 0,15
Tra bảng 9.5, trang 110, [16]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì v1(1 cái) = 10 Ống hút có 1 van cầu v1 = 10
Do đó, tổng tổn thất cục bộ trên đường ống hút là:
Xác định tổng tổn thất cục bộ trên đường ống đẩy :
Tra bảng II.16, trang 382, [8]: Chọn dạng ống uốn cong 90 o có bán kính R với R/d 2 thì u2(1 choã) = 0,15 Ống đẩy có 3 chỗ uốn u2 = 0,15 3 = 0,45
Tra bảng 9.5, trang 110, [1]: Chọn van cầu với độ mở hoàn toàn thì v2(1 cái) = 10 Ống đẩy có 1 van cầu v2 = 10
Vào thiết bị phản ứng : cv = 1
Vậytổng trở lực trong ống hút và ống đẩy là:
Tính cột áp của bơm:
Chọn hiệu suất của bơm: b = 0,9
Công suất thực tế của bơm: N b 9 , 0 3600
Kết luận: Bơm ly tâm được chọn có các thông số sau:
4.2.6.Tính toán tai đỡ thiết bị:
Khối lượng thiết bị phản ứng:
Khối lượng chất lỏng chứa trong thiết bị 14:
Ngoài chịu tải trọng từvật liệu làm thân thiết bị, làm tấm chặn, khối lượng hỗn hợp lỏng trong thiết bị , tai đỡ còn chịu các tải trọng của các chi tiết đi kèm như ống nối, sinh hàn…
Tải trọng cho phép trên 1 tai treo:
Bệ đỡ: chọn vật liệu làm bệ đỡ là thép CT3
Theo bảng XIII.36, tr 438, [8], khi G = 1000 N, ta xác định được các kích thước hình học của tai đỡ như sau:
B ảng 4.8 : Kích thước hình h ọc của tai đỡ
B 1 ,mm H tđ ,mm S tđ ,mm l,mm m tđ ,
Tải trọng cho phép lên bề mặt đỡ: q
Khối lượng 1 tai đỡ: mtđ l
Vị trí đặt tai đỡ:
Thiết bị được gia nhiệt bằng vòng nhiệt, do đó vị trí gắn tai treo cần cao hơn vị trí mép trên của vòng nhiệt
Chiều cao mực lỏng trong thiết bị :
Chọn chiều cao mép trên của vòng nhiệt: Ở đây ta chọn vị trí tai đỡ:
PHÂN BỐ MẶT BẰNG
Yêu cầu về kiến trúc
Mặt bằng phân xưởng làm tăng vẻ mỹ quan cho khu vực Bên trong mặt bằng phải bố trí cho hợp lý, hài hòa giữa các công trình, tạo sự thuận lợi làm việc trong phân xưởng, và phải đáp ứng được các yêu cầu công nghệ
Kết hợp các công trình nhỏ thành công trình lớn nhằm tiết kiệm diện tích, vật liệu, thời gian trong điều kiện cho phép
Tổng diện tích phân xưởng phải đủ để có thể bố trí các công trình chính và phụ, ngoài ra phải tính đến việc mở rộng sản xuất sau này
Bố trí hợp lý đường giao thông trong phân xưởng để thuận lợi cho việc chuyên chở
Các công trình có quan hệ với nhau nên bố trí gần nhau để thuận tiện cho việc vận chuyển qua lại lẫn nhau, vừa đảm bảo sản xuất vừa tiết kiệm thời gian, tăng hiệu quả sản xuất
Bố trí phải đảm bảo được tốt các yêu cầu về an toàn lao động, an toàn điện, thiết bị,… giảm thiểu độ rung và tiếng ồn,…vừa đảm bảo tận dụng các điều kiện tự nhiên như ánh sáng,…
5.2 Bố trí mặt bằng phân xưởng : a) Phân xưởng phản ứng và tinh chế BD:
B ảng 5.1: T ổng diện tích chiếm chỗ thiết bị phân xưởngphản ứng v à tinh ch ế BD:
STT Thiết bị chính Số lượng Diện tích 1 thiết bị (m 2 )
Tổng diện tích thiết bị (m 2 ) 99
Diện tích mặt bằng: 20 x 10 = 200 m 2 b) Phân xưởng chưng thu hồi Methanol:
B ảng 5.2: T ổng diện tíc h chi ếm chỗ thiết bị phân xưởng thu hồ i Methanol
STT Thiết bị chính Số lượng Diện tích 1 thiết bị (m 2 )
1 Thiết bị chưng thu hồi 1 3 3
Tổng diện tích thiết bị 137
Khu hành chính
Ta có các phòng ban như sau:
Phòng kế toán – tài vụ: 1 phòng
Phòng hành chính và quản lý môi trường:1 phòng
Phòng giao dịch + tiếp khách : 1phòng
Phòng giám đốc:1 phòng: 2 người
Phòng phó giám đốc: 1 phòng: 1 người
Mỗi phòng diện tích 20m 2 , kích thước 4m x 5m Vậy diện tích của các phòng ban là:
Nhà vệ sinh của khu hành chính: 2 nhà, mỗi nhà kích thước 2,5m x 4,8m
Các phòng hội trường, và các phòng khác: chọn bằng 30% tổng diện tích
Phần diện tích cầu thang và hành lang: lấy bằng 20% tổng diện tích Chiều rộng hành lang 1,5 m.Vậy tổng diện tích của khu hành chính:
Khu hành chính gồm có tầng trệt, và tầng một Vậy diện tích của mỗi tầng:
Căn tin
Căn tin được đặt gần khu hành chính, khu để xe
Chọn diện tích là 100m 2 , kích thước 20m x 5m.
Phòng bảo vệ
Chọn diện tích là 9m 2 , kích thước: 3m x 3m
Chọn diện tích 24m 2 , kích thước: 4m x 6m
Nhà xe ôtô chọn diện tích 130 m 2 , kích thước: 12m x 20m
5.7 Trạm biến áp và máy phát điện:
Chọn diện tích 2x12m 2 , kích thước: 2 x 3m x 4m.
Nhà vệ sinh phân xưởng
Nhà vệ sinh của khu phân xưởng: 2 nhà, mỗi nhà diện tích 12m 2 , kích thước 4m x 3m Diện tích tổng:
B ả ng 5.3 : T ổng diện tích các công tr ình chính
Diện tích các công trình giao thông và các công trình phụ khác
Ta chọn loại đường cấp III, cho loại xe tải chiều rộng 2,5m lưu thông, chiều rộng đường 3,5m x 200m = 700 m 2 b) Công trình phụ:
Cây xanh trong phân xưởng:
- Các vị trí đất trống và dự trữ mở rộng
B ả ng 5.4: Di ện tích tổng thể
STT Hạng mục Diện tích (m 2 )
Chọn đặt mặt bằng phân xưởng tại Lâm Đồng, nơi trung tâm để dễ dàng vận chuyển cao su từ các huyện của Tây Nguyên và các tỉnh như: Bình Dương, Bình Phước… và có địa hình mặt bằng rộng rãi, bằng phẳng.
Hệ thống chiếu sáng
a) Hệ thống chiếu sáng tự nhiên:
Với phân xưởng được thiết kế không có tường bao nên nhiệt độ và ánh sáng làm việc ban ngày sẽ ổn định theo điều kiện môi trường b) Hệ thống đèn chiếu sáng:
Hệ thống đèn chiếu sáng được sử dụng khi phân xưởng hoạt động ban đêm hoặc ngoài trời không đủ ánh sáng
Chọn đèn chiếu là đèn huỳnh quang với các ưu điểm:
- Tiêu thụ ít năng lượng
B ả ng 5.5: B ảng liệt k ê s ố bóng đ èn c ần dùng để chiếu sáng
STT Vị trí Số bóng Công suất
Công suất chiếu sáng: P = 3.88 KW
Tổng điện năng tiêu thụ:
P T = P x Số giờ/ngày x Số ngày/năm = 3.88 x 12 x 250 = 11.640 KWh/năm.
Hệ thống cung cấp điện
B ả ng 5.6: B ảng liệt k ê công su ất các thiết bị điệ n
STT Tên thiết bị Công suất (KW) Số lượng Tổng công suất
2 Thiết bị khuấy phản ứng 3 3 9
4 Thiết bị khuấy trộn Methoxide 1,119 1 1,119
5 Thiết bị khuấy loại nước 1,119 1 1,119
9 Thiết bị đo điều khiển 0,08 10 0,8
Vì các thiết bị điện hoạt động không đồng loạt nên chấp nhận công suất tổng là: 20KW.Tổng điện năng cần cung cấp là: 20 x 24 x 250 = 120.000 KWh/năm.
An toàn lao động
- Toàn bộ hệ thống thiết bị đưa vào sử dụng phải được kiểm tra kỹ đảm bảo được các yêu cầu về kỹ thuật, an toàn
- Công nhân vận hành thiết bị phải đạt yêu cầu về chuyên môn, nắm rõ phương thức vận hành, xử lý sự cố xảy ra
- Các thao tác vận hành được dán tại nơi thuận lợi nhất
- Các thiết bị lầm việc ở áp suât cao như nồi hơi, trước khi sản xuất phải kiểm tra thật kỹ các yêu cầu an toàn, định kỳ kiểm tra, bảo trì
- Các thiết bị có nhiều tiếng ồn phải cách ly tường, phải có cơ cấu giảm tiếng ồn, giảm rung
- Máy móc thiết bị phải được bố trí tại các nơi khô ráo, sạch sẽ, bằng phẳng
- Hệ thống dẫn dầu phải được bố trí hợp lý, thường xuyên kiểm tra, sẵn sàng xử lý khi có sự cố xảy ra
6.2 An toàn lao động và Phòng cháy chữa cháy:
- Vấn đề an toàn lao động và phòng cháy chữa cháy trong các phân xưởng sản xuất luôn là vấn đề được quan tâm Nó không những ảnh hưởng trực tiếp đến công nhân mà còn ảnh hưởng đến lợi ích kinh tế của toàn phân xưởng, đôi khi làm ảnh hưởng dân cư xung quanh Vậy nên vấn đề này phải được quan tâm đặc biệt
- Cung cấp đầy đủ điều kiện bảo hộ cho người khi bước vào khu vực sản xuất
- Huấn luyện cho công nhân thao tác, vận hành thật thuần thục trước khi đưa vào làm việc
- Có chế độ bồi dưỡng thích hợp đối với cán bộ, công nhân viên của phân xưởng
- Tất cả các cán bộ, công nhân viên của phân xưởng đều phải nắm vững nội quy về an toàn lao động và phong cháy chữa cháy, trang bị kiến thức về nguyên nhân gây tai nạn và cháy nổ Ngoài ra, các công nhân cũng cần được trang bị kiến thức cấp cứu ban đầu khi cần thiết
- Các tiêu lệnh PCCC phải được dán đầy đủ tại các phân xưởng và văn phòng, nhà điều hành,…
- Bố trí các thiết bị một cách hợp lý, được đặt cách nhau một khoảng theo quy định để đảm bảo không có hiện tương cháy lan sang các bộ phận khác
- Phải lắp đặt các hệ thống chữa cháy, các bình chữa cháy ở nơi dễ thấy nhất, thuận tiện, dễ lấy và phải được kiểm tra thường xuyên
- Cần phải kiểm tra kiến thức PCCCcủa công nhân định kỳ
- Bố trí đường thoát hiểm ra khỏi phân xưởng, hợp lý phòng có hoả hoạn xảy ra
- Hệ thống điện phải được bố trí hợp lý, gọn gàng, nhưng đảm bảo đáp ứng được các yêu cầu về kỹ thuật, đảm bảo tuyệt đối tuân thủ theo các quy định về an toàn điện như hộp điện, cầu dao, công tắc điện phải có nắp cách điện, hộp bảo vệ,…
- Các khu vực ẩm ướt phải có cách điện tốt như: thiết kế hệ thống điện âm tường hoặc trên cao, không để hệ thống bị hở,…
- Phải dán các yêu cầu về an toàn điện và các phương pháp cấp cứu tại cơ sở, luôn nhắc nhở công nhân vận hành tuân thủ nghiêm ngặt các yêu cầu khi thao tác vận hành thiết bị,…
TÍNH TOÁN GIÁ TRỊ KINH TẾ
Tính toán giá thành sơ bộ
B ảng 6.1: Tính giá th ành v ật liệu
Vật liệu Số lượng Đơn giá Thành tiền
Vật liệu cách nhiệt 2.0,018 (m 3 ) 4.000.000 (đ/m 3 ) 144.000 Ống dẫn 25mm 51(m) 15.000 (đ/m) 765.000 Ống dẫn (31-50)mm 23(m) 20.000 (đ/m) 1.900.000 Ống dẫn 100mm 10 (m) 40000 (đ/m) 460.000
Bộ phận nối 25mm 27 (cái) 30.000 (đ/cái) 810.000
Bơm 3.0,064 (hp) 700.000 (đ/hp) 210.000 Áp kế tự động 2 (cái) 600.000 (đ/cái) 1.200.000
Nhiệt kế điện trở tự ghi
Lưu lượng kế 6(cái) 1.000.000 (đ/cái) 6.000.000
Van thép 25mm 14 (cái) 20.000 (đ/cái) 280.000
Van thép (31-50)mm 10 (cái) 30.000 (đ/cái) 300.000
Racco nối ống 20(cái) 30.000 (đ/cái) 600.000
Tiền gia công chế tạo thiết bị(gia công phức tạp, độ chính xác cao) bằng 500% tiền vật tư: 500%×31.771.000 = 158.855.000 (đồng)
Tóm lại: Chi phí đầu tư: 31.771.000+ 158.855.000= 190.626.000 (đồng)
Tổng chi phi đầu tư (bao gồm chi phí phát sinh) được chọn là 200 (triệu đồng).
Phân công nguồn lao động
Các phòng ban Số lượng nhân viên Mức lương
Phòng kế toán – tài vụ
Phòng quản lý môi trường
Tổng kết: Năng suất Biodiesel thu được : 400 lít/ ngày
Năng suất Biodiesel 1 tháng: 12.000 lít
Giá thành thu được từ Biodiesel: 12.000 × 30.000 = 360.000.000 đồng
Giá thành thuê mặt bằng: 100.000.000 đồng