Đề tài: Thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu vi tảo

Trước nhu cầu chung của toàn cầu thì Việt Nam cũng đã và đang triển khai các dự án liên quan đến nuôi trồng vi tảo để phục vụ sản xuất biodiesel . Đi từ vi tảo để tạo được biodiesel phải trải qua cả một quá trình , tảo phải được sấy khô để tách nước sau đó qua giai đoạn chiết tách để thu được

GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Lời cảm ơn: Đầu tiên em xin chân thành cảm ơn môn Công nghệ hữu hóa dầu, tạo điều kiện cho em học tập rèn luyện trường năm học qua Đặc biệt thầy cô giáo tân tình dạy bảo, cung cấp kiến thức khoa học giúp chúng em định hướng tương lai Trong năm học trường học nhiều kiến thức q báu mà khơng qn Đặc biệt, em xin gởi lời cảm ơn đến cô giáo GS Đinh Thị Ngọ cô giáo PSG Nguyễn Khánh Diệu Hồng tận tụy đỡ em nhiều để hoàn thành đồ án Em cố gắng để đạt kết tốt Cuối em xin gởi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình bạn bè, người thân bên cạnh tạo điều kiện để em hồn thành nhiệm vụ hojc tập Xin cảm ơn chúc thầy cơ, gia đình bạn bè, người thân vui vẻ hạnh phúc thành công Hà Nội,ngày 23/6/2013 Sinh viên Hoàng Lê An Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Lời mở đầu: Diesel nhiên liệu thiếu hoạt động sản xuất công nghiệp giao thông vận tải Hiện nhu cầu nhiên liệu ngày tăng Theo số liệu diesel chiếm 70% nhu cầu nhiên liệu tính đến năm 2040 (được đưa báo báo cáo “Triển vọng lượng tầm nhìn 2040”do ExxonMobil) Cũng từ báo cáo nhu cầu diesel vượt qua nhu cầu xăng để trở thành nhiên liệu số nhu cầu xe du lịch xe thương mại hạng nhẹ hạng nặng trang bị động diesel tăng Bên cạnh trữ lượng nguyên liệu hóa thạch lại giảm nhanh chóng Trước thực trạng việc tìm nguồn nguyên liệu tìm nguyên liệu sinh học lại có ưu điểm Nó mặt giải vấn đề thiếu hụt nguồn nguyên liệu, mặt làm giảm lượng ô nhiểm môi trường Cho đến sử dụng qua ba hệ NLSH ; Từ hệ thứ người ta dùng lương thực làm nguồn nguyên liệu để tạo biodiesel, hiệu hệ khơng đánh giá cao ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực Thế hệ thứ hai đời khơng ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực mang lại hiệu chưa cao vấp phải rào cản chế biến Và hệ nguyên liệu sinh học thứ ba đời- gồm loài vi tảo sống nước, hệ đời đáp ứng đầy đủ yêu cầu đặt mà mang lại hiệu cao Do thành phần hóa học chúng có chứa lượng lớn hidrocacbon no mạch thẳng (C17H36) chúng thành phần diesel lồi khơng ảnh hưởng đến vấn đề an ninh lương thực Trước nhu cầu chung tồn cầu Việt Nam triển khai dự án liên quan đến nuôi trồng vi tảo để phục vụ sản xuất biodiesel Đi từ vi tảo để tạo biodiesel phải trải qua q trình , tảo phải sấy khơ để tách nước sau qua giai đoạn chiết tách để thu dầu vi tảo Và từ dầu ta tiếp tục qua giai đoạn tổng hợp để tạo thành biodiesel Trong đồ án tập trung giải hai vấn đề lớn thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu vi tảo tính tốn thiết kế thiết bị phản ứng Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng PHẦN I: TỔNG QUAN CHUNG VỀ LÝ THUYẾT CHƯƠNG I: VI TẢO I.1 Nguồn nguyên liệu để sản xuất biodiesel I.1.1 Mỡ động vật: Mỡ động vật chia hai nhóm: mỡ động vật cạn, mỡ động vật nước Mỡ động vật cạn chứa nhiều axit béo no, chủ yếu palmitic axit stearic chứa nhiều axit béo thuộc nhóm omega-6 hơn, khơng có omega-3 nên thường trạng thái rắn điều kiện nhiệt độ bình thường Các axit béo thuộc nhóm omega-6 có tác dụng làm co mạch, tăng huyết áp Mỡ động vật nước chứa hàm lượng axit béo khơng no thuộc nhóm omega-3 tương đối lớn, thể lỏng điều kiện nhiệt độ bình thường I.1.2 Dầu thực vật Dầu thực vật tách từ loại lương thực đậu nành, đậu phụng, vừng, hạt hướng dương, cải, dừa…Hay số lồi có độc tình jatropha, dầu cọ, cao su… Bảng - Các loại lấy dầu [5] Dầu cọ Từ 10 năm trước trồng Long An, đạt dầu/ha Tuy nhiên có khó khăn: trồng qui mơ lớn có hiệu cần đầu tư dây chuyền xử lý sau thu hoạch hạt chứa mem lipase phân huỷ dầu 24h thành este glycerin nên cần diệt men lipase nồi hơi; cọ dầu khơng khó khăn trồng cần mưa quanh năm- khó đạt Việt Nam Hiện không thực Vừng Cây ngắn ngày, nhạy cảm thời tiết, trồng đại trà Nghệ An, Thanh Hoá, Gia Lai, An Giang Hiện vừng xuất sang Nhật hạt dầu Dừa Diện tích 180.000 ha, suất dầu thấp, tối đa đạt dầu/ha ¼ so với cọ Sản lượng ép dầu khơng cao dừa hiệu với nông dân sản phẩm cơm dừa, sơ dừa, than gáo dừa thủ công mỹ nghệ từ dừa nên giá dừa trái tăng Đậu nành Đậu nành dùng làm thực phẩm nước uống, có giá thành tương đối cao Hướng Trồng thử nghiệm Củ Chi ( đạt 2,5 tấn/ha) Lâm Đồng( đạt Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng dương 3,5-5 /ha) Khi trồng thử nghiệm hệ lai suất tăng đáng kể Do hướng dương trở thành nguồn ngun liệu có triển vọng Bơng vải Theo sách nhà nước tự túc 70% nguyên liệu diệt may, diện tích trồng bơng phát triễn nhanh chóng Diện tích 2003, 2005, 2010 tương ứng 33.000ha, 60.000ha, 120.000ha Dầu hạt vải nguồn nguyên liệu tốt để sản xuất biodiesel Ngày nhà khoa học tìm số lồi tảo tinh chế dầu botryococcus sp, chlorella sp, haematococcus pluvialis… Với việc tìm nguồn nguyên liệu giải vấn đề an ninh lương thực vấn đề ô nhiễm môi trường I.2 Giới thiệu vi tảo Vi tảo thường tìm thấy hệ thống nước biển Chúng động vật đơn bào, tồn riêng lẻ nhóm Tuỳ thuộc vào lồi mà chúng có kích thước dao động từ vài micromet Khơng giống thực vật bậc cao vi tảo khơng có rễ, thân Cũng loài thực vật sống trái đất vi tảo có khả quang hợp, sản xuất khoảng nửa lượng oxi khí Đa dạng sinh học vi tảo lớn gần chưa khai thác, người ta ước tính khoảng 200.000 - 800.000 loài tồn 50.000 loài mô tả Ngày vi tảo đưa vào nuôi cấy tạo nguyên liệu cho sản xuất biodiesel, etanol, green diesel, nhiên liệu phản lực sinh học (biojet), hay dùng làm thực phẩm, dược phẩm, phân bón…Trong chức ta ý đến việc dùng sinh khối vi tảo làm nguyên liệu sản xuất biodiesel Bảng Năng suất thu hồi sinh khối loại chứa dầu [1] STT Sinh khối Năng suất(tấn/ha/năm) Đậu nành 1-2,5 Cây cải dầu 3 Dầu cọ 19 Jatropha 7,5-10 Vi tảo 14-255 Từ bảng ta thấy sinh khối vi tảo thu lớn so với loại khác, tiềm quan trọng việc sản xuất nhiên liệu Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng I.2.1 Tiềm trữ lượng sinh khối vi tảo Ở Việt Nam, từ năm 2009 phủ bắt đầu thực chương trình quốc gia phát triển nhiên liệu sinh học đến hết 2015 tầm nhìn đến năm 2025 Chương trình gồm số dự án xây dựng nhà máy sản xuất etanol sinh học từ sắn, mía PetroVietnam chủ trì khởi công Theo kế hoạch công suất thiết kế 365.000 tấn/ năm, có khả sản xuất 7,3 triệu xăng E5 Cùng năm 2009 chương trình nghiên cứu công nghệ nuôi trồng sản xuất vi tảo làm nguyên liệu cho sản xuất nhiên liệu sinh học phê duyệt Chương trình kéo dài năm từ 2009-2011, Viện công nghệ sinh học, Viện khoa học cơng nghệ Việt Nam chủ trì Cho đến nay, chương trình thực nội dung nghiên cứu sau: * Sàng lọc chủng(loài) vi tảo (cả nước lẫn nước mặn) tập đoàn giống Việt Nam có hàm lượng cacbonhydrat cao (làm nguyên liệu cho sản xuất etanol), giàu lipit thành phần axit béo cao (phù hợp cho nguyên liệu diesel sinh học) Kết cho thấy số loài vi tảo botryococcus sp, chlorella, tetraselmis, nannochlorpsis…và số loài tảo tự dưỡng khác tiềm để trở thành nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu nước ta * Nuôi trồng thu hồi sinh khối số lồi tảo lựa chọn qui mơ lớn, hồ hệ thống bioreactor kín * Kết hợp sản xuất sinh khối xử lý nước thải từ làng nghề truyền thống, hấp thụ khí thải CO2 từ nhà máy thuỷ điện Tối ưu hố q trình kết hợp vừa giảm giá thành sinh khối vừa giải vấn đề môi trường Sử dụng sản phẩm loại trình sản xuất diesel sinh học (như glycerin) làm nguồn cacbon để nuôi trồng loại vi tảo giàu dinh dưỡng khác làm thức ăn cho động vật nuôi * Phát triển qui trình chuyển hố từ sinh khối thành dầu tảo, sau thành diesel sinh học Thành phần axit béo ứng với loại vi tảo thường khác nhau, dẫn đến qui trình chuyển hố chất lượng diesel sinh học tương ứng khác Tối ưu hoá q trình chuyển hố u cầu để giảm giá thành diesel sinh học cao chất lượng nhiên liệu từ tảo I.2.2 Nuôi trồng sinh khối vi tảo Giống thực vật vi tảo sử dụng ánh sáng mặt trời để quang hợp[7] Quang hợp q trình sinh hố quan trọng, thực vật, tảo số vi khuẩn chuyển đổi lượng ánh sáng mặt với chất vô thành loại đường đơn giản Có hai phương pháp canh tác chính: Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng * Ao * Lò phản ứng sinh hoc quang a Ao Trồng tảo ao mở nghiên cứu rộng rãi Ao mở phân loại vào vùng nước tự nhiên (hồ, đầm, phá, ao) hồ nhân tạo container Các hệ thống sử dụng phổ biến bao gồm ao lớn nông, xe tăng, ao trịn ao mương Một lợi ao mở họ dễ dàng để xây dựng hoạt động so với hầu hết hệ thống kín Tuy nhiên, hạn chế lớn ao mở bao gồm ánh sáng sử dụng tế bào, tổn thất bay hơi, khuếch tán CO vào khí quyển, yêu cầu khu vực đất đai rộng lớn Các ao tảo trồng thường gọi "ao mương" Trong ao, tảo, nước chất dinh dưỡng lưu thông xung quanh đường đua Với cánh đảo cung cấp dòng chảy, tảo giữ lơ lửng nước, lưu hành trở lại bề mặt tần số thường xuyên Các ao thường giữ nơng cạn tảo cần phải tiếp xúc với ánh sáng mặt trời ánh sáng mặt trời xâm nhập vào nước ao đến độ sâu hạn chế Các ao hoạt động cách liên tục, với CO chất dinh dưỡng liên tục làm thức ăn cho ao ni, nước có chứa tảo lấy đầu b Lò phản ứng sinh học quang Học quang thiết bị đóng cửa mà cung cấp môi trường điều chỉnh cho phép suất cao tảo Vì hệ thống khép kín, tất yêu cầu phát triển tảo giới thiệu vào hệ thống kiểm soát theo yêu cầu PBRs tạo điều kiện thuận lợi cho kiểm sốt tốt mơi trường sống cung cấp lượng khí carbon dioxide, cung cấp nước, nhiệt độ tối ưu, tiếp xúc hiệu với ánh sáng, văn hóa mật độ, độ pH, khí đốt cung cấp tốc độ, chế độ trộn, vv, I.2.3 Các loại vi tảo dùng để sản xuất nguyên liệu sinh học Có nhiều loại tảo khác nhau, phụ thuộc vào điều kiện khí hậu, CO mục đích sử dụng mà chon loại vi tảo cho phù hợp Bảng 3: Một số vi tảo chứa dầu [8] Vi tảo Botryococcus brauni Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Thành phần dầu (% Năng suất chất béo thu trọng lượng khô) 25 – 75 Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Chlorella sp Crypthecodinium cohnii Dunaliella tertiolecta Dunaliella salina Isochrysis sp Monallanthus salina Nannochloropsis Nannochloris sp Neochloris oleoabundans Nannochloropsis oculata Phaeodatylum tricornutum Schizochytrium sp Skeletonema costatum 28 – 32 20 – 51,1 42,1 - 16,1- 71 >20 25 – 33 20 – 22 31 – 68 20 – 35 35 – 54 116,0 37,8 60,9 – 76,5 37,6 – 90 60,9 – 76,5 90,0 – 134 22,7 - 29,7 84,0 - 142,0 20 – 30 44,8 50 – 77 13,5 – 51,3 17,4 Từ bảng số liệu ta thấy vi tảo loại botryococcus sp, dunaliella tertiolecta, schizochytrium sp loại vi tảo cho trữ lượng dầu cao Vì nhà nghiên cứu tập trung khai thác vi tảo để thu dầu cho suất cao a.Vi tảo loại Chlorella Cho dầu có màu vàng sậm, suất chuyển đổi thành biodiesel 97% sau 2h phản ứng Chlorella có nhiều triển vọng phát triển Việt Nam, nguồn sản xuất NLSH ( nguyên liệu sinh học) phong phú không xâm hại an ninh lương thực loại trồng lấy dầu khác Nhóm tảo dễ ni trồng tồn nơi kể vùng hoang hoá, nước mặn hay nước thải, cần ánh sáng, CO2, nước dinh dưỡng phân hố học hay phân chuồng.Tảo có khả làm mơi trường nước bị ô nhiễm Tảo giống thường nuôi trồng phịng thí nghiệm, sau chuyển qua bể ao để ni Ngồi xác tảo khơ cịn sử dụng để đốt trực tiếp động đốt thay cho than bụi Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hình1Vi tảo Chlorella Hình2 -Vi tảo H.pluvialis b Haematococcus pluvialis Phân tích hàm lượng phân tích chất béo vi tảo haematococcus tiếp xúc với điều kiện Stress thấy vi tảo có tiềm nguồn nguyên liệu cho sản xuất biodiesel Tổng hàm lượng chất béo vi tảo 15,61% khối lượng khô, cho tế bào H pluvialis tiếp xúc liên tục với cường độ ánh sáng cao với lượng N2 vừa đủ( điều kiện A-stress) điều kiện N (điều kiện Bstress) thu kết tương ứng34,85% KL khô 32,99KL khô Thành phần axit béo H.pluvialisowr hai điều kiện có strearic, oleic, linoleic, linolenic linolelaidic c Nannochloropsis oculata Loại tảo có mật độ ni cấy cao chúng mua từ Algagen LLC (Vero Beach, FL) Chúng nuôi hồ hở, có ánh sáng tự nhiên có độ Ph = nhiệt độ 29,4 [9] Với hàm lượng lipip chiếm 31% KL khô cao cho dầu đạt 55-61mg/L/ngày [10] Vì tảo Nannochloropsis nguyên liệu để sản xuất biodiesel đạt hiệu cao d Dunaliella tertiolecta Khả phản ứng với môi trường tảo cao, sống môi trường nước mặn hàm lượng muối >32% từ nước biển thông thường vùng biển chết Môi trường nuôi cấy ảnh hưởng phát triển trao đổi chất q trình ni tảo Tiến hành nuôi cấy tảo loại đèn khác : đèn đỏ LEDs, đèn LEDs trắng, đèn huỳnh quang * Nếu tăng nguồn sáng, mật độ ánh sáng ảnh hưởng đến chất lượng sinh khối tốc độ phát triển tảo Tertiolecta * Nguồn sáng ánh sáng khác không ảnh hưởng đáng kể đến thành phần FAME tảo Hồng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng * Metyl linolenic metyl pamitic thành phần FAME D.tertiolecta Hình.3- Nannochloropsis oculata Hình.4- D.tertiolecta đ Botrycoccus sp [8] Botryococcus tảo đơn bào, tiết hydrocacbon chiếm 75% trọng lượng khô sinh khối Trong thí nghiệm, rong dạng: dạng xanh lục, thời kỳ sinh trưởng mạnh; dạng nâu đỏ, thời kỳ nghỉ ngơi Dạng xanh cho hydrocacbon thường, có mặt chuỗi alcadien, có số C từ 25 đến 31 Dạng đỏ cho botryococcen, triterpen polymetil, có cơng thức chung C nH2n10 (cịn botryococcen có cơng thức C 34H58) Tỷ lệ hydrocacbon thay dổi chu kỳ tăng trưởng botryococcus với tỷ lệ cao suốt giai đoạn lũy thừa( expoxential stage) giai đoạn đầu pha dừng tăng trưởng Sự sản xuất hidrocbon tăng gia tăng photpho môi trường sinh trưởng Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Hình 5- Ảnh tảo kính hiển vi [3] Mới đây, nhà khoa học Mỹ xác định sinh vật tham gia tích cực vào q trình hình thành nên dầu mỏ Cụ thể nhóm nhà nghiên cứu lãnh đạo Giáo sư Joe Chappel (Trường đại học Tổng hợp Kentucky) phát rằng, tất mẫu dầu mỏ tự nhiên hành tinh có đoạn gen loại rong tảo cực nhỏ có tên khoa học Botryococcus braunii Số lượng đoạn ADN loại sinh vật chiếm vị trí áp đảo thành phần dầu mỏ, gấp hàng trăm lần so với “dấu vết” tương tự loại rong tảo vi khuẩn khác Nhóm khoa học cịn xác định được, loại rong tảo bắt đầu tham gia vào trình đặc biệt có ích nhân loại từ khoảng gần 500 triệu năm trước (vào kỷ Cambri) tiếp tục nhiệm vụ tận ngày Về ứng dụng thương mại, hydrocacbson vi tảo sản xuất làm nhiên liệu lỏng cách trích ly trực tiếp hydrocacbon chuỗi dài (botryococcen) Nếu đầy đủ ánh sáng, CO2 (hoà tan nước), dinh dưỡng, 1ha tảo cho 100 tảo, tảo sản xuất 410 lít diesel sinh học Nếu lên men yếm khí, tảo sản xuất MJ khí metanol Một m3 tảo khô nặng khoảng 448 kg Tuy nhiên nay, mật độ tăng trưởng botryococcus chậm khiến cho lồi tảo có hiệu thương mại Nhưng lối thoát giới khoa học nhanh chóng lần họ tìm loại gen rong tảo trên, sản xuất hidrocacbon Qua đó, cấy gen lên sinh vật sinh trưởng nhanh nhiều, chẳng hạn lên tế bào loại men.Nghiên cứu ghép gen cho nhiều dầu cho kết khả quan Enzyme Acetyl-CoA carboxylase (ACC) chi phối số lượng lipid tích trữ thể vi tảo, gen chi phối ACC đánh dấu ghép vào máy di truyền tảo.Tại Hoa Kỳ có dự án dẫn ống khí thải CO2 từ nhà máy nhiệt điện đốt than đá đến hồ canh tác tảo để tái tạo carbon sinh học, thay thải CO2 vào khí làm gia tăng nhiệt độ hồn cầu I.2.4 Các đặc tính vi tảo Botryococcus Những chủng vi tảo B braunii phát triển tốt nhiệt độ gần 15-35 0C trời.Với khác bioreactor, thời gian tiêm chất dinh dưỡng phương pháp sục khí ta thấy tốc độ tăng trưởng ngày khác nhau, cụ thể từ 0,033-0,086 Kết báo cáo tỷ lệ tăng trưởng ngày tảo 0,07 mật độ đạt 3,5g/l.Về liên quan đến sục khí ta thấy nồng độ CO2 khoảng 1% thuận lợi cho phát triển tảo [8] Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 10 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Tự động kiểm tra thông số công nghệ (nhiệt độ, áp suất, lưu lượng, nồng độ ) kiểm tra thông số công nghệ có thay đổi hay khơng, có cảnh báo thị, ghi giá trị thay đổi Sơ đồ cấu trúc: ET CB C 5.1 CT 5.2 G 5.3 PL 5.4 BĐK N 1.Đối tượng điều chỉnh 2.Cảm biến đối tượng 3.Bộ khuyếch đại 4.Nguồn cung cấp lượng 5.Cơ cấu chấp hành 5.1 Cảnh báo 5.2 Chỉ thị kim loại số 5.3 Ghi lại thay đổi 5.4 Phân loại III.2 Dạng tự động điều khiển: Sơ đồ cấu trúc: ĐT CB SS N BD Đối tượng điều chỉnh Cảm biến đối tượng Bộ khuyếch đại Nguồn cung cấp lượng Bộ đọc cho phép ta đặt tín hiệu điều khiển, tổ chức tác động có định hướng điều khiển tự động Hồng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 78 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng III.3 Dạng tự động điều khiển: Sơ đồ cấu trúc: ĐT CB CCCH SS BD BK N Đối tượng điều chỉnh Bộ đọc Cảm biến đối tượng Bộ so sánh Bộ khuyếch đại Cơ cấu chấp hành Nguồn cung cấp lượng Tất dạng tự động điều khiển thường sử dụng nhiều kiểu hệ thống tự động điều khiển có tín hiệu phản hồi (mạch điều khiển khép kín) Giá trị thơng tin đầu thiết bị dựa khác giá trị đo biến điều khiển với giá trị tiêu chuẩn Sơ đồ mạch điều khiển phản hồi: N Đại lượng đặt Đại lượng X Y XĐC X XCB Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Phản hồi Trang 79 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Y: Đại lượng đặt X: Đại lượng N: Tác nhân nhiễu O: Đối tượng điều chỉnh XPH: Tín hiệu phản hồi CB: Cảm biến DT: Phần tử đặt trị DC: Phần tử điều chỉnh XCB: Giá trị cảm biến XĐT: Giá trị đặt trị X(trị số) = XĐT - XCB SS: Phần tử so sánh *Phần tử cảm biến: phần tử làm nhiệm vụ thu nhận tín hiệu điều khiển X điều chỉnh sang dạng thơng số khác cho phù hợp với thiết bị điều chỉnh *Phần tử đặt trị phận ấn định thơng số cần trì giá trị phạm vi thơng số cần trì (X ĐT) Khi thơng số vận hành lệch khỏi giá trị thiết bị điều chỉnh tự động phải điều chỉnh lại thông số cho phù hợp, thường đặt trị có thiết kế vít cơng tắc để người điều chỉnh dễ dàng thay đổi giá trị (đặt thông số điều chỉnh) cho phù hợp vận hành *Phần tử so sánh: cấu tiếp nhận giá trị của phần tử định trị quy định (XĐT) so sánh với giá trị thông số nhận từ cảm biến X CB, xác định sai lệch hai thông số X = XĐT - XCB để đưa tín hiệu vào cấu điều chỉnh *Cơ cấu điều chỉnh: có nhiệm vụ biến tín hiệu nhận sai lệch X để gây tác động điều chỉnh trực tiếp Giá trị điều chỉnh thay đổi liên tục tương ứng với thay đổi liên tục cấu điều chỉnh IV Cấu tạo số thiết bị tự động: IV.1 Bộ cảm biến áp: Trong điều chỉnh thường sử dụng cảm ứng áp suất kiểu màng, hộp xếp, pittông, ống cong đàn hồi việc chọn cảm ứng áp suất phụ thuộc vào việc cảm ứng điều chỉnh độ xác theo yêu cầu ΔZ ΔZ Cảm ứng kiểu hộp Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Bộ cảm ứng áp suất kiểu màng Trang 80 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng IV.2 Bộ cảm ứng nhiệt độ: Hoạt động cảm ứng nhiệt độ dựa nguyên lý giãn nở nhiệt, mối quan hệ nhiệt độ chất khí áp suất bão hồ hệ kín dựa nguyên lý nhiệt điện trở ΔZ ΔZ Cảm ứng nhiệt độ kiểu màng Cảm ứng nhiệt độ kiểu hộp xếp ΔZ Cảm ứng nhiệt độ kiểu lưỡng kim giãn nở IV.3 Bộ cảm biến lưu lượng: Cảm ứng nhiệt kiểu điện trở Bộ cảm biến lưu lượng xây dựng phụ thuộc vào biểu thức sau đây: Q= f.V F: diện tích đường ống dẫn V: tốc độ chất lỏng chảy ống dẫn theo định luật Becnuli : V= Với 2.ΔP S S: tỉ trọng chất lỏng ∆P: độ chênh lệch áp suất chất lỏng Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 81 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Nếu tỷ trọng khơng đổi lưu lượng thể tích phụ thuộc vào hai thông số tiết diện f độ chênh lệch áp suất ∆P Ta có hai cách đo lưu lượng: +) Khi tiết diện không đổi đo lưu lượng độ chênh lệch áp suất trước sau thiết bị có ống hẹp +) Khi độ chênh lệch áp suất khơng đổi đo diện tích tiết diện ống dẫn xác định lưu lượng dòng chảy B AN TỒN LAO ĐỘNG Trong cơng nghệ hố học nói chung tổng hợp hữu - hoá dầu nói riêng ngành cơng nghệ hố chất độc hại Trong q trình lao động sản xuất có nhiều yếu tố gây ảnh hưởng tới người lao động trực tiếp gián tiếp môi trường xung quanh Để đảm bảo thực tốt vấn đề an toàn lao động, ta cần ý đến yêu cầu sau: I Yêu cầu an toàn tổng mặt nhà máy: Mặt nhà máy phải đảm bảo thải chất độc hại thuận lợi, muốn mặt phải đủ cao, việc thải nước phải dễ dàng, mặt khác tránh tượng thấm Mặt phải ý đến hướng gió hướng mặt trời phận sản xuất có bụi, khí độc, có tiếng ồn, cần đặt cuối hướng gió Bố trí hướng nhà theo hướng mặt trời để đảm bảo chống nắng tốt, phải đảm bảo điều kiện chiếu sáng, khoảng cách chiếu sáng tự nhiên nhà xác định theo công thức B   H  h  , m Trong đó: B: khoảng cách nhà, (m) H, h: chiều cao nhà cạnh nhau, (m) Khoảng cách vệ sinh khâu chế xuất vùng dân cư yếu tố quan trọng Để tránh độc hại đến môi trường xung quanh nhà máy, người ta phải đặt nhà máy theo khoảng cách định Trong khu vực chế biến, sản xuất có nhiều đường: đường ơtơ, đường sơng, đường vậy, phải bố trí đường phải khoa học, để đảm bảo chống cháy xảy tai nạn, vừa đảm bảo phịng chữa cháy tốt Theo quy định dọc đường ơtơ phải có lề đường, vỉa hè, chiều rộng đường chiều tối thiểu 3,5 m Ở ngã ba, ngã tư, cần bố trí thẳng góc độ cao khác Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 82 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Để đảm chữa cháy tốt bố trí đường cần ý: đường dẫn đến ngơi nhà kể hai phía Lối vào cho xe chữa cháy rộng m Đối với đường cụt cần có bãi quay xe bên rộng 12 m Yêu cầu đường phòng cháy cho nhà máy: tuỳ vào mức độ chịu lửu ngơi nhà bố trí khoảng cách cho thích hợp: Đối với ngơi nhà có mức chịu lửa tốt khoảng cách tối thiểu 10 m, cịn ngơi nhà có mức chịu lửa đến 20m; Đối với kho chứa nguyên liệu, vật liệu, sản phẩm cần có tiêu chuẩn bố trí khoảng cách cụ thể II Yều cầu sử dụng máy móc thiết: Máy móc ngày sử dụng rộng rãi cơng nghiệp Máy móc đưa vào sử dụng làm giảm sức lao động, cải thiện điều kiện làm việc, làm cho suất tăng lên nâng cao chất lượng sản phẩm Tuy nhiên thiết kế nhà máy chưa hồn chỉnh, chế tạo sai quy cách sử dụng máy dễ dẫn đến tai nạn Nguyên nhân gây chấn thương sử dụng máy móc: Nguyên nhân chấn thương thiết kế: máy móc cần thỏa mãn điều kiện độ bền, độ cứng, chịu ăn mòn, khả chịu nhiệt, chịu chấn động máy móc làm việc ổn định an tồn, máy móc khơng đảm bảo an toàn điều kiện kỹ thuật dẫn tới tai nạn Nguyên nhân bảo quản sử dụng: Muốn máy móc làm việc ổn định, có hiệu bền, phải có chế độ bảo quản sử dụng chặt chẽ, loại máy móc tinh vi dễ hỏng, dễ nguy hiểm Phải thường xuyên kiểm tra, điều chỉnh cấu an toàn cho phù hợp với chế độ làm việc máy móc Nếu vi phạm quy định cơng nghệ, khơng thường xuyên bảo dưỡng trì chế độ làm việc máy móc chắn dẫn đến hỏng tai nạn An tồn phịng hộ cá nhân: Để tránh bụi cho quan hô hấp dùng dụng cụ để giữ lại hạt bụi, vật lọc phải có lỗ bé kích thước hạt bụi Cần kiểm tra định kỳ để phát điều trị kịp thời người bị nhiễm độc nghề nghiệp Trong q trình sản xuất, cơng nhân người thiết kế công nghiệp cần phải chấp hành quy định an toàn lao động An toàn thiết bị làm việc áp suất: Trong nhà máy lọc dầu thường dùng thiết bị bình ống dẫn làm việc áp suất Vì việc tính tốn loại bình phải theo độ bền dựa vào áp lực Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 83 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng cho phép làm việc lớn loại bình, tính đến ứng suất vật liệu cho phép, hệ số bền phương pháp công nghiệp ảnh hưởng hen gỉ Trong trường hợp trích ly tỷ lệ đường kính ngồi đường kính theo cơng thức: Dn 1,5 Dt Bề dày thành hình trụ bình chịu áp lực bên tính theo cơng thức: S P Dt  C 230 R p P  Trong đó: S: Chiều dày thành thiết bị, mm P: áp suất bên thiết bị, kg/cm2 Dt: đường kính thiết bị, mm Rp: ứng suất kéo theo cho phép, kg/cm2 φ: hệ số bền mối hàn thường chọn 0,8 - 0,95 C: hệ số dự trữ ăn mòn, mơi rường khơng ăn mịn C = 0,5 mm, ăn mòn - mm Đối với tất loại bình có trị số ứng suất kéo theo cho phép RP xác định xuất phát từ độ bền dự trữ cho phép Nắp đáy tính cơng thức: S 0 ,1d   P C Ru Trong đó: S: độ dày nắp đáy, mm d: đường kính trog nắp đáy, mm : hệ số phụ thuộc chọn 0,18  0,3 P: áp suất bên thiết bị, kg/cm2 Ru: ứng suất uống cho phép, kg/cm2 C: Hệ số dự trữ ăn mịn Chọn đáy có hình dạng chóp cầu: Bề dày đáy tính theo cơng thức: Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 84 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng S Dn P Y  200 Ru Trong đó: Dn: đường kính ngồi đáy, mm P: áp suất tính tốn, kg/cm2 Y: yếu tố hình dạng đáy, phụ thuộc vào tỷ số h/Dn lỗ đáy Y khoảng từ 0,5  3,1 mm : hệ số dự trữ thêm vào bề dày đáy (2mm + C) chế tạo theo nhũng hình dạng An tồn với thiết bị gia nhiệt: Trong phân xưởng trích ly người ta thường dùng thiết bị truyền nhiệt như: lò đốt, thiết bị trao đổi nhiệt, sử dụng nhiệt An toàn thiết bị trao đổi nhiệt phụ thuộc vào tính chất hố lý chất mang nhiệt, nhiệt độ, độ cháy tác dụng lên ăn mịn vật liệu Để đun nóng người ta thường dùng đun nóng lửa nguy hiểm với dầu nhờn, dễ gây cháy cục có cặn đóng vào đáy thiết bị Để ngăn ngừa cố thiết bị trao đổi nhiệt, thiết bị đun nóng người ta phải lắp đặt van an tồn, áp kế, ống thuỷ, van đóng van mở chiều, van nổ đường ống An toàn với hệ thống máy nén: a An toàn với hệ thống máy nén: Khi nén áp suất, nhiệt độ tăng cao, đồng thời có trình hố học xảy nên dễ xảy hỗn hợp nổ máy làm việc Q trình đẳng nhiệt hay đoạn nhiệt, tốt dùng trình nén đẳng nhiệt, lý làm lạnh nên nhiệt độ khí thay đổi Q trình nén tuân theo định luật đa hướng PV m = const Khi nén, nhiệt độ tăng lên tính theo cơng thức: P  T2 T1    P2  m m Trong đó: m: số politrốp t1: nhiệt độ tuyệt đối khí trước khí nén, 0K t2: nhiệt độ tuyệt đối khí sau nén, 0K P1: áp suất khí sau nén, kg/cm2 Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 85 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng P2: áp suất khí trước nén, kg/cm2 Khí nén khí trình đoạn nhiệt, khơng làm lạnh nhiệt độ tăng mạnh Nhiệt độ tăng cao làm tiêu hao lượng khí, làm giảm độ bền kim loại máy nén tăng cường phân huỷ dầu bơi trơn tượng nổ xảy b An toàn với đường ống: Đường ống dẫn vận chuyển khí nén sản phẩm dầu mỏ nguy hiểm, chịu áp suất cao cần đảm bảo yêu cầu: thiết bị chịu áp suất, nối mặt bích sử dụng trường hợp cần thiết để lắp rắp sửa chữa Để trì áp suất giới hạn cố định cho phép người ta lắp đặt van an toàn van chỉnh lưu Tất đường ống lắp đặt phải ý đến tượng biến dạng nứt ứng suất thay đổi Không nên đặt đường ống nhà mặt đường Các đường ống có chất độc, dễ cháy đặt ống khác Cần sơn màu khác để phân biệt ống dẫn sản phẩm nóng cần bảo ơn cần đặt cách xa đường ống dẫn khí hố lỏng cách an tồn  0,5 m An toàn điện: An toàn điện vấn đề quan trọng công tác an toàn Nếu thiếu hiểu biết chất mang điện, không tuân thủ theo nguyên tắc kỹ thuật gây tai nạn điện, nhiều khó phát giác quan mà biết đuợc tiếp xúc với phân tử mang điện Chính lẽ đó, mà cơng nhân làm việc cần có hiểu biết điện người ta thiết kế cơng nghệ phải có số u cầu thiết bị điện như: Dây dẫn điện cần phải cải tiến vỏ cao su lồng vào ống kim loại để tránh bị chập Cần phải lắp ráp cho an toàn dễ điều khiển An tồn cháy nổ: Phịng cháy nổ khâu quan trọng cơng tác phịng cháy chữa cháy Biện pháp kỹ thuật phòng cháy nổ thể việc lựa chọn phương pháp sản xuất, sơ đồ công nghệ, kết cấu vật liệu vật liệu xây dựng, hệ thống thông tin, báo hiệu Để ngăn ngừa đám cháy lan rộng áp dụng biện pháp như: a Phòng cháy đường ống : Trên đường ống dẫn chất lỏng người ta đặt van ngược, van thuỷ lực, lưới lọc Trên đường ống dẫn khí đặt van thuỷ lực, phận ngăn lửa, màng chống nổ Áp suất nước van thuỷ lực cao áp suất khí hệ thống 100 mmHg Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 86 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Tại chỗ băng tải nghiêng hay ngang chui qua tường đặt cửa tự động màng nước chắn lửa Tác dụng phận chặn lửa chia lửa nhiều dòng để ngăn lửa khơng có khả lan rộng Khi có nổ sóng nổ dễ dàng qua lỗ hẹp phận chắn lửa Để tăng hiệu ngăn chặn nổ, người ta đặt trước phận chắn lửa đoạn ống có đường kính gấp 3-4 lần đường ống dẫn khí Ngồi để tránh phá hoại dường ống hay thiết bị có nổ thường dùng van chống nổ, màng chống nổ b Phòng cháy nổ khu vực nhà máy: Thay khâu sản xuất nguy hiểm khâu nguy hiểm Cơ khí hố, tự động hố, liên tục hố q trình sản xuất có tính chất nguy hiểm để đảm bảo an tồn Thiết bị bảo đảm kín, hạn chế hơi, khí bay khu vực sản xuất, chọn dung môi khó bay hơi, khó cháy thay cho dung mơi dễ bay hơi, dễ cháy Cách ly thiết bị hay công đoạn sản xuất dễ gây cháy nổ khu vực riêng Đặt chúng nơi thống gió ngồi trời Loại trừ khả nảy sinh mồi lửa nơi có liên quan đến chất cháy nổ Dùng thêm phụ gia trơ, chất ức chế, chất chống nổ, để giảm tính cháy nổ hỗn hợp Thực khâu kỹ thuật nguy hiểm vè cháy nổ mơi trường khí khơ hoăc chân không Trước ngừng sửa chữa cho thiết bị động trở lại cần thiết thổi nước, khí trơ vào thiết bị đo Tóm lại, tất biện pháp cần giải tốt chọn phương án thiết kế phân xưởng c Những quy định với công nhân nhà máy quy đinh cháy nổ: Tất cá nhân tập thể, làm việc nhà máy phải thực tốt quy định nhà nước nhà máy đưa + Cấm mang vật liệu dễ cháy nổ vào nhà máy + Cấm tự động đóng mở van ống công nghệ không liên quan đến chức + Cấm người khơng có liên quan vào khu vực nhà máy + Các công nhân làm việc nhà máy phải học nội quy phòng cháy chữa cháy Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 87 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Phần V -Kết luận : Qua thời gian nghiên cứu, tìm tịi quan trọng dẫn tận tình giáo GS Đinh Thị Ngọ cô giáo PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng , giúp em hoàn thành đồ án : Thiết kế phân xưởng tổng hợp biodiesel từ sinh khối vi tảo khô suất 85000 tấn/năm Đây đồ án thiết thực có ý nghĩa việc tìm hiểu biodiesel khả ứng dụng thức tế công nghiệp Vấn đề biodiesel đâng quan tâm thời gian gần Hoàng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang 88 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng Trong đồ án này, em làm việc sau : - Phần I : Tổng quan chung lý thuyết Phần này, em nêu tính chất, đặc tính dầu vi tảo,phương pháp ni trồng vi tảo Giới thiệu phương pháp tổng hợp biodiesel, đánh giá chất lượng biodiesel so với diesel khống Chọn cơng nghệ phù hợp cho trình - Phần II : Tính tốn cơng nghệ Tính tốn cân vật chất cân nhiệt lượng Tính tốn thiết bị phản ứng q trình - Phần III : Xây dựng mặt - Phần IV : Tính tốn kinh tế Tính tốn lượng cho q trình Khấu hao, lợi nhuận, doanh thu - Phần V : An toàn điều khiển tự động Thiết kế phân xưởng sản suất biodiesel từ sinh khối vi tảo đồ án hồn tồn nên khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy thơng cảm góp ý sửa chửa TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] Đoàn T.Thái Yên,Đặng Diễm Hồng, Nguyễn T.Hoài Hà, Nhiên liệu sinh học – nhiên liệu bền vững kỷ nguyên , tạp chí mơi trường,tạp chí mơi trường,số 006,trang 24,2010 [2] Luisa Gouveia, Microalgae as a Feedstock for Biofuels, Springer Heidelberg Dordrecht London New York,2011 Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 89 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng [3] Ayhan Demirbas, M.Fatih Demirbas Algae Energy Algae as a New Source of Biodiesel, Springer Verlag London ,2010 [4] Chisti, Biodiesel from microalgae, Biotechnology Advances, 2007 [5] Theo báo cáo khoa họclần thứ nhiên liệu có nguồn gốc sinh học ( Biofuel BD Việt Nam)23/08/2006 trang 18 [6] Oilgae comprehensive report, energy from algae : product,Market, processes and strategies,Oilgae magazine,february 2011 [7] http://students.chem.tue.nl/ifp23/interim_report/algae.html [8] Chisti Y Biodiesel from microalgae Biotechnol Adv 2007;25:294-306 Becker EW Microalgae Cambridge University Press, U.K.; 1994 [9] Brian J Krohn, Clayton V McNeff, Production of algae-based biodiesel using the continuous catalytic McgyanR process, Bioresource Technology, volume 102, issue 1, January 2011, pages 94-100 [10] Shakeel A Khan, Rashmi, Z Hussain, Prospects of biodiesel production from microalgae in India, Renewable and Sustainable Energy Reviews, volume 13,issue 9, 12/2009, page 2361–2372 [11] Ayhan Demirbas, M Fatih Demirbas, Algae as a New Source of Biodiesel, Springer Verlag, London, 2010 [12] Demirbas, Microalgae as a feedstock for biodiesel Energy Education Science and Technology, Part A: Energy Science and Research ,2010 [13] Ronald Halim, Brendan Gladman, Michael K.D anqah, Oil extraction from microalgae for Biodiesel production, Bioresource Technology, Volume 102,issuel1, January 2011, page178-185 [14] Teresa M.Mata, Teresa M.Mata, Antonio A.Martins, Nidia,S.Caetano, Microalgae for biodiesel production and other application, Renewable and Sustainable Energy Review 2009 [15] Persistence Team, Annual 100,000T Biodiesel Production Project College of Materials Science and Chemical Engineering, Zhejiang University,2008 [16] Luisa Gouveia Microalgae as Feedstock for Biofuels, Springer Heidelberg Dordrech London NewYord,2011 [17] L.Govindarajan, Nitin Raut, Novel solvent extraction for extraction of oil from algae biomass grown in desalination reject stream, J.Algal biomass Utln,2009 Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 90 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng [18] Jasvinder Sigh, Sai Gu, Commercialization potential of microalgae for biofuels production Renwable and Sustainable Energy Review 14,2010,page25902610 [19] Chan Yoo, So-Young Jun, Selection of microalgae for lipid production under high level carbon dioxide,Bioresoure technology, volume 101,issuel 1, suppleme1, January 2010 [20] John Sheehan.Terri Dunahay,A Look Back at the U.S Department of Energy’s Aquatic Species.Program—Biodiesel from Algae U.S Department of Energy’s Office of Fuels Development,1998 [21] Miguel Herrero, Alejandro Cifuentes, Elena Iban ˜ez,Sub- and supercritical fluid extraction of functional ingredients from different natural sources: Plants, food-by-products, algae and microalgae : A review, Food Chemistry, volume 98, issue 1, 2006, page136–148 [22] http://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_carbon_dioxide [23] http://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_fluid_extraction [24] Ronald Halim, Brendan Gladman, Michael K Danquah,Oil extraction from microalgae for biodiesel production, Bioresource Technology, volume 102, issue 1, january 2011, page 178–185 [25] http://hailysci.com/ http://en.wikipedia.org/wiki/Supercritical_fluid_extraction http://vinachem.com.vn/Desktop.aspx/Xuat-ban-pham/236/3178/ [26] PGS.TS.Đinh Thị Ngọ,TS.Nguyễn Khánh Diệu Hồng.Nhiên Liệu trình xử lý hóa dầu, Nhà xuất Khoa Học Kĩ Thuật, Hà Nội,2008 [27] James R.Oyler, Two stage process for producing oil from microalgae, United States patent application publication, 2008 [28] Xiufeng Li, Han Xu, Qingyu Wu,Large-scale biodiesel production from microalga Chlorella protothecoides through heterotrophic cultivation in bioreactors, Wiley Periodicals, Inc.,2007 [29] http://www.agrobiotech.gov.vn [30] Kiều Đình Kiểm, Tổng Công ty Xăng dầu Việt Nam, Các sản phẩm dầu mỏ hóa dầu, Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật, Hà Nội, 2000 Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 91 GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng [31] Nguyễn Bin (Chủ biên), Sổ tay trình thiết bị hóa chất tập 1, NXB Khoa học kỹ thuật, Hà Nội,2006 [32] Nguyễn Văn Lụa, Qúa trình thiết bị cơng nghệ hóa học thực phẩm, tập Các trình thiết bị học, Khuấy lắng lọc [33] Nguyễn Minh Tuyển , Quá trình thiết bị khuấy trộn cơng nghệ Hồng Lê An-Hố dầu k53QN Trang 92 ... loại biodiesel từ vi tảo từ dầu nành bảnh II.10 [9] Bảng 10: So sánh tiêu chuẩn ASTM loại biodiesel từ vi tảo từ dầu nành Chỉ tiêu Điểm bắt cháy cốc kín Biodiesel- Biodieseldầu tảo dầu nành (a)... III.3 Thiết minh dây chuyền công nghệ Phân xưởng tổng hợp biodiesel từ sinh khối vi tảo khô chia làm hai phân đoạn: - Phân đoạn trích ly để thu dầu vi tảo - Phân đoạn tổng hợp biodiesel * Phân. .. Trong đồ án tập trung giải hai vấn đề lớn thiết kế phân xưởng sản xuất biodiesel từ dầu vi tảo tính tốn thiết kế thiết bị phản ứng Hồng Lê An-Hoá dầu k53QN Trang GVHD:PGS Nguyễn Khánh Diệu Hồng