Đồ án: Xây dựng nhà máy sản xuất etanol tinh khiết bằng phương pháp hấp phụ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ HĨA HỌC BỘ MƠN CƠNG NGHỆ HỮU CƠ – HĨA DẦU ======***====== ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Néi dung : ThiÕt kế xưởng sản xuất cồn tuyệt đối kỹ thuật hÊp phơ Giáo viên hướng dẫn Sinh viªn thùc hiƯn Líp : HD2 – K48 : TS Văn Đình Sơn Thọ 095.33.59200 thovds-petrochem@mail.hut.edu.vn : Le Văn Trung Hµ Néi - 2008 PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG Như ta biết Việt Nam nước có kinh tế nơng nghiệp chủ yếu với mạnh ngành trồng trọt chăn nuôi đặc biệt ngành sản xuất lúa gạo Hàng năm nước ta có sản lượng xuất lúa gạo lớn đứng thứ giới, năm gần kim nghạch xuất gạo liên tục tăng Năm 2007 vừa qua doanh nghiệp nước xuất lượng gạo lớn 4,5 triệu gạo giữ vững vị trí nhà cung cấp gạo đứng thứ giới sau thái lan Bên cạnh ngành trồng trọt rau, củ, quả, mía…Cũng phát triển không ngừng Tất yếu tố cho thấy nguồn nguyên liệu phong phú, dư thừa Việt Nam Tạo điều kiện thuận lợi cho ngành công nghiệp sử dụng nguyên liệu sản phẩm ngành nông nghiệp đặc biệt ngành sản xuất nhiên liệu xăng dầu, cồn, nhiên liệu sinh học… Trong tình hình xăng dầu giới có nhiều biến động Trong năm gần giá xăng dầu giới tăng với tốc độ chóng mặt Các nước có nguồn tài nguyên dầu mỏ dồi hạn chế khai thác gây nhiều biến động xấu đến kinh tế tồn cầu Đặc biệt nước có công nghiệp phát triển phải chịu nhiều hậu nặng lề, tình hình lạm phát tăng mạnh ảnh hưởng đến chất lượng đời sống nhân dân Đây mối lo ngại phủ, doanh nghiệp nước toàn thể nhân dân ta Song song với khó khăn tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ nước ta ngày cạn kiệt theo thời gian nước ta xuất dầu thô nhập xăng dầu từ nước ngồi mà chưa có nhà máy lọc dầu thức vào hoạt động Trước tình hình việc nghiên cứu sản xuất nguồn nhiên liệu khác thay xăng dầu việc làm cấp bách quan trọng Bên cạnh việc xây dựng nhà máy lọc dầu Việt Nam cần nghiên cứu xây dựng nhà máy sản xuất nguyên liệu cồn tuyệt đối, nhiên liệu sinh học… Để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu dư thừa nơng nghiệp, đảm bảo an tồn lượng cho phát triển kinh tế Việt Nam nằm vùng nươc nghèo giới Đề tài em thiết kế phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối đề tài hay có ý nghĩa thực tiễn đáp ứng phần nhu cầu sử dụng lượng đất nước Tuy nhiên, đề tài mẻ trình làm việc gặp nhiều khó khăn khơng tránh khỏi sai sót q trình làm việc Vì em mong giúp đỡ thầy giáo hướng dẫn Ts Văn Đình Sơn Thọ với ý kiến đóng góp q báu giúp em hồn thành tốt đồ án Qua trình tìm hiểu phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối, ưu nhược điểm phương pháp em lựa chọn Phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp hấp phụ zeolite Sau em xin trình bày đồ án sau: PHẦN II: LÝ THUYẾT CHUNG I NGUYÊN LIỆU ETANOL I.1 Tính chất Etanol + Tính chất vật lý: Etanol (C2H5OH) chất lỏng không màu, mùi thơm, dễ cháy, dễ hút ẩm Etanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước có thành phần 95,47% thể tích Hình 2.1 a: điểm đẳng phí Nhiệt độ sơi Etanol 78,39 oC, tỷ trọng d 415 = 0.79356, nhiệt dung riêng Cp(16÷21oC) = 2,415 J.g-1.K-1, nhiệt cháy thể tích cố định 1370,82 kJ/mol I.2 Cơ chế phụ gia Etanol pha vào xăng Etanol có trị số octan cao RON = 120 ÷ 135, MON = 100 ÷ 106, thường pha vào xăng với hàm lượng 10 ÷ 15% khối lượng Khi pha Etanol vào xăng than chat có trị số octan cao làm tăng trị số octan xăng Mặt khác, than trình cháy động xăng cháy cưỡng bức, việc tận dụng khơng khí buồng đốt khơng hồn tồn Do có nhiên liệu cháy điều kiện thiếu oxy, dẫn đến sản phẩm cháy khơng hồn tồn (sản phẩm cháy bẩn) Khi ta đưa Etanol vào dạng phụ gia trình cháy động sẽ: + Cháy hồn tồn nhờ có oxy sẵn có cồn nên ta giảm thiểu q trình sinh khí CO độc hại môi trường + Giảm tiêu tốn nhiên liệu động không cháy hết nhiên liệu + Oxy hóa khí độc hại q trình cháy gây thành hợp chất có số oxy hóa cao nhất, gây ảnh hưởng tới mơi trường Chính bổ sung them oxy vào hỗn hợp cháy để đảm bảo q trình cháy hồn tồn, sản phẩm cháy Việc sử dụng Etanol pha vào xăng dang hướng phát triển có triển vọng có ưu điểm sau: + Có trị số octan cao thay phụ gia chì methanol phụ gia độc hại với người + Có hàm lượng oxy lớn so với MTBE, TBA, TAME… + Động sử dụng xăng pha cồn dễ khởi động, vận hành ổn định so với loại phụ gia oxygen khác + Công nghệ sản xuất đơn giản tạn dụng nguồn nguyên liệu sẵn có Bên cạnh việc sử dụng phụ gia Etanol cúng có nhược điểm là: - Khả bảo quản phụ gia Etanol khó (đây nhược điểm quan trọng nhất) - Giá thành nhiên liệu tương đối cao I.3 Ứng dụng Etanol Dùng để pha chế sản xuất loại rượu, bia để uống, chế biến thức ăn Dùng làm chất sát trùng, rửa vết thương y tế Dùng làm dược phẩm chữa bệnh Trong tổng hợp hóa học: Cồn xem chất trung gian để sản xuất chất hóa học khác như: Acid axetic, Etyl Axetat… Ngoài người ta dùng chúng làm dung mơi hịa tan nhiều hợp chất hữu vô khác Ngày hướng nghiên cứu nhiên liệu sạch, việc sử dụng cồn có nồng độ cao pha xăng xem hướng hiệu ý nhiều Một số nước giới ứng dụng thành công nghiên cứu cho kết tốt Điều giúp giải vấn đề môi trường, giảm thiểu ô nhiễm môi trường động gây I.4 Tình hình sản xuất Etanol giới Trên giới, việc nghiên cứu sử dụng etanol để thay chất phụ gia MTBE xăng dầu tiến hành nhiều năm qua Ở Mỹ, phủ nước công bố cấm sử dụng MTBE, vào đầu năm 2003, nhiều cơng trình nghiên cứu nhiễm nguồn nước, mối trường khơng khí, sức khỏe người việc sử dụng MTBE Etanol nhiên liệu cồn tuyệt đối (hay gọi cồn khan, có độ cồn từ 99,7÷ 100%), sản xuất từ cồn cơng nghiệp (có hàm lượng etanol từ 92÷ 96%) Chương trình etanol nhiên liệu nhiều nước quan tâm, đầu tư xây dựng chiến lược để xây dựng nhà máy sản xuất etanol từ loại ngũ cốc như: Ngơ, sắn, mía đường… Để đáp ứng nhu cầu cung cấp nhiên liệu tái tạo tương lai Đây chương trình phát triển nơng nghiệp nơng thơn, nhằm khai thác tiềm sẵn có lao động, đất đai, nguồn nông sản quốc gia Mỹ nước sản xuất etanol lớn giới với chương trình etanol nhiên liệu cụ thể Tổng công suất sản xuất etanol nhiên liệu Mỹ đến năm 2003 đạt 3,5 tỷ gallon, tương đương 13 tỷ lít Tương lai, Mỹ vượt Braxin, nước sản xuất etanol lớn giới Vào năm lệnh cấm sử dụng MTBE làm tăng mạnh nhu cầu đối etanol nhiên liệu Mỹ Braxin quốc gia sản xuất etanol tuyệt đối lớn giới Từ 15 năm nay, tất xe cộ Braxin chạy etanol tinh khiết, ví dụ điển hình việc khai thác lượng sinh khối (Biomas) Năm 1975, phủ Braxin đưa chương trình sản xuất etanol từ mía để giải vấn đề giá đường giới hạ giá gánh nặng ngày tăng ngành dầu mỏ sau khủng hoảng dầu mỏ năm 1973 Để giải vấn đề người ta tận dụng nhà máy đường có để sản xuất etanol Chương trình kéo theo mở rộng diện tích trồng mía xây dựng thêm nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối Sản lượng nhiên liệu sinh học tăng đặn, từ 0,6 tỷ lít năm 1975 đến 14 tỷ lít năm 1998 Từ cuối năm 1970 toàn xe cộ Braxin dùng nhiên liệu có chứa 20% etanol để thay cho xăng diesel mà không cần thay đổi động Từ năm 1984 đến 1988, tất số ôtô bán thị trường chạy cồn tuyệt đối Năm 1988 loại xe tiêu thụ hết 7,6 tỷ lít cồn, 5,3 tỷ lít dùng để pha xăng, cịn lại dùng cho ơtơ Thống kê tỷ lệ sử dụng etanol gasoline Braxin sau: Hình 2.2 Ngồi Braxin Mỹ quốc gia có sả lượng cồn tuyệt đối lớn giới phải kể đến số quốc gia khác có tiềm lực lớn là: Tây Ban Nha, Trung Quốc, Ấn Độ, Thái lan… Tình hình sản xuất etanol tuyệt đối nước ta nay: Ở Việt Nam chưa có nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối quy mô cơng nghiệp, việc nghiên cứu đầu tư cơng nghệ tiên tiến để xây dựng nhà máy sản xuất etanol nhiên liệu cần thiết, phù hợp với chương trình etanol nhiên liệu tồn cầu kinh tế thị trường Mặt khác giải số vấn đề yếu tồn nước ta là; - Nhiên liệu xăng diesel phụ thuộc vào nguồn nhập với tổng nhu cầu hàng triệu năm Cùng với đà phát triển kinh tế đất nước trình hội nhập, nhu cầu sử dụng nguyên liệu tăng với tốc độ lớn Theo dự báo, đến năm 2020, Việt Nam nhu cầu sử dụng nhiên liệu đạt 20 triệu tấn/ năm, sản xuất nước đáp ứng khoảng 76% nhu cầu - Vì việc nghiên cứu phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối, kết hợp với nghiên cứu lựa chọn hệ phụ gia phù hợp để sản xuất loại nhiên liệu sinh học đáp ứng nhu cầu sử dụng nhiên liệu Việt Nam, đảm bảo giảm ô nhiễm môi trường, phát triển nguồn tài nguyên thực vật, đặc biệt sử dụng nông sản phế liệu công nghiệp chế biến nông sản đáp ứng an ninh lượng quốc gia II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN CAO ĐỘ Để thu sản phẩm cồn có nồng độ cao giới sử dụng nhiều phương pháp tách nước từ cồn cơng nghiệp, cụ thể liệt kê phương pháp điển sau: + Phương pháp chưng cất: - Phương pháp chưng đẳng phí - Phương pháp chưng phân tử + Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc Zeolite + Phương pháp dùng chất hút ẩm + Phương pháp thẩm thấu qua màng + Phương pháp kết hợp bốc thẩm thấu qua màng dây phân tử II.1 Phương pháp chưng cất II.1.1 Chưng trích ly: Sơ đồ chưng trích ly sau: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ CHƯNG TRÍCH LY Nước làm mát Nước làm mát Nước làm mát Nước làm mát A AB B BR Hơi nước Hơi nước Nước ngưng R Nước ngưng R Hình 2.3 Sơ đồ chưng trích ly Ngun tắc: Hỗn hợp etanol – nước có nhiệt độ sơi gần tạo thành dung dịch đẳng phí 78,15 oC áp suất 1,013 Bar Với hỗn hợp dùng phương pháp chưng luyện thông thường để tách phân tử dạng nguyên chất dù tháp vô cao lượng hồi lưu lớn Phương pháp chưng luyện trích ly thực đưa thêm cấu tử phân ly có tác dụng phá vỡ hỗn hợp đẳng phí, làm tăng độ bay tương đối phân tử hỗn hợp Công nghệ thực tế áp dụng Braxin [10] sơ đồ công nghê sau: Cấu tử lôi ( phá đẳng phí ):Benzen , Heptane, Cyclohexane Cấu tử lôi Hỗn hợp đồng sôi cấu tử Ethanol 96%V Hơi nước Nước Ethanol 99,98%V Hình 2.4 Sơ đồ sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp trích ly Brazil 1- Cột tách nước 3- Thiết bị ngưng tụ 5- Cột tách Hydrocacbon 2- Thùng lắng gạn 4- Thiết bị làm lạnh 6- Thùng chứa cấu tử lôi Thực đưa cấu tử phá đẳng phí (entrainer) Benzen, Heptan, Cyclohexan Etanol 96% thể tích đưa vào cột tách nước ( Dehydrating Column) tháp Etanol 99,8% thể tích thu đáy tháp, đưa làm lạnh tồn chứa, bảo quản Hỗn hợp đồng sôi cấu tử thu đỉnh tháp ngưng tụ phân tách thùng lắng gạn Lớp thùng lắng gạn hợp chất hữu chứa cấu tử phá đẳng phí đưa cột tách hydrocacbon, hydrocacbon phá đẳng phí, etanol, lượng nước đưa tuần hoàn thiết bị ngưng tụ đưa thùng lắng gạn Stillage thu tuần hoàn tháp chưng cất etanol Một số trường hợp khác stillage sử dụng sản xuất thức ăn cho động vật Lượng nước sử dụng: ÷ 1,5 kg/lít etanol 99,98% II.1.2 Chưng phân tử [3] Nguyên tắc: Chưng phân tử thực độ chân không cao ( tương đương với áp suất 0,01 ÷ 0,0001 mmHg) Ở áp suất lực hút phân tử yếu số lần va chạm chúng giảm, làm khoảng cách chạy tự phân tử tăng lên nhiều Trên sở đó, làm khoảng cách bề mặt bốc bề mặt ngưng tụ nhỏ khoảng cách chạy tự phân tử, khoảng cách phân tử cấu tử dễ bay rời khỏi bề mặt bốc va đập vào bề mặt ngưng tụ ngưng tụ Trong thực tế khoảng cách phân tử trì mức 200mm ÷ 30mm Hiệu số nhiệt độ hai bề mặt trì mức 100oC - Sơ đồ nguyên lý sau: 10 10 Tiêu tốn nước dùng cho sinh hoạt năm là: Nsh = 0,225.336 = 7,56 (m3); II.2 Nước sản xuất Lượng nước mà sử dụng để sản xuất bao gồm nước làm mát nước mềm dùng lò Lượng nước dùng để làm mát là: 51 kg/h Lượng nước dùng để sinh là: 3340 kg/h Do lượng nước dùng cho q trình có hồi lưu lại sử dụng Do lượng nước thực tế sử dụng cho tháng lượng nước sử dụng ngày Giả thiết tháng ta phải thay lượng nước mềm lần  Lượng nước sản xuất năm là: M = (51 + 3340).24.12 = 976608 kg  Thể tích nước cần dùng năm là: V= M 976608 = = 976,6 m3 n 1000 108 PHẦN VII: KINH TẾ I.TÓM LƯỢC DỰ ÁN Dự án kinh tế phản ánh cấu tổ chức sản xuất vốn đầu tư xây dựng, thiết bị máy móc, giá thành sản phẩm tiêu kinh tế kỹ thuật Thơng qua tính tốn kinh tế cho ta biết tính hợp lý dự án hiệu kinh tế đồng thời định xem xét việc xây dựng phân xưởng sản xuất có đắn khơng Trên sở tính toán kinh tế thấy hiệu kinh tế toàn phân xưởng để xây dựng, thiết kế nhằm xác định tiêu kinh tế, kỹ thuật từ cho phép đầu tư hạng mục giá thành sản phẩm Cồn tuyệt đối loại nhiên liệu không sử dụng nhiều Việt Nam vai trò quan trọng việc làm tăng trị số octan xăng, với nồng độ cồn xăng 10% thể tích làm tăng đáng kể trị số octan xăng Hơn nữa, việc nghiên cứu sản xuất cồn tuyệt quy mô công nghiệp bước đột phá cho ngành sản xuất nhiên liệu Việt Nam Sản xuất cồn nhiên liệu với quy mơ cơng nghiệp cịn giải vấn đề lao động cho lượng nhân công dồi Việt Nam II KẾ HOẠCH SẢN XUẤT II.1 Kế hoạch sản xuất Với tình hình giá thành nhiên liệu giới gia tăng chóng mặt việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn Việt Nam đắn, đáp ứng khắc phục nhu cầu nhiên liệu Với thực lực kinh nghiệm nước ta chắn phân xưởng nhanh chóng phát huy tồn cơng suất có khả mở rộng nhà máy thời gian ngắn II.2 Tính tốn kinh tế II.2.1 Vốn cố định 109 Vốn cố định giá trị tài sản cố định như: nhà xưởng, máy móc, thiết bị, phương tiện… + Vốn xây dựng: Diện tích phân xưởng là: 9.15 = 135 m2 Giá thuê đất: 420000 đ/m2.năm Giá xây dựng: 3000000 đ/m2 Giá thành thuê đất năm là: 135 420000 = 56000000 đ Giá thành xây dựng phân xưởng là: 135.3000000 = 405000000đ Tổng số vốn đầu tư xây dựng lý thuyết là: 405000000 + 56000000 = 461000000 đ Khấu hao xây dựng XA lấy 3% vốn xây dựng: 461000000.0,03 = 13891000  14000000 đ(đồng) Tổng vốn xây dựng thực tế là: 461000000 + 140000000 = 475000000 + Vốn đầu tư máy móc, thiết bị: TT Tên thiết bị Số Đơn giá Thành tiền lượng Tháp hấp phụ 300.000.000 900.000.000 Calorifier 100.000.000 200.000.000 Bơm ly tâm 3.400.000 3.400.000 Bơm cánh guồng 5.000.000 20.000.000 Thiết bị ngưng tụ 60.000.000 120.000.000 Bể chứa nguyên liệu 18.000.000 36.000.000 Thiết bị chứa nitơ nén 5.000.000 40.000.000 Quạt gió 500.000 30.000.000 110 Hệ thống điều khiển 10.000.000 10.000.000 10 Máy nén khí Nitơ 5.000.000 5.000.000 10 Zeolite 668 (kg) 50.000/kg 34.430.000 10 nồi 150.000.000 10 Tổng 150.000.000 1.549.000.000 Bảng 7.1 Vốn thiết bị: Vtb = 1.549.000.000(đồng) + Chi phí lắp đặt, vận chuyển 20% vốn thiết bị + Chi phí, dụng cụ đo, hệ thống dẫn lấy 10% vốn thiết bị Vậy vốn đầu tư máy móc, thiết bị là: Vthm = 1549000000 + 0,2 1549000000 + 0,1 1549000000 Vthm = 2.013.000.000 (đồng) Tổng vốn cố định là: Vcđ = Vxd + Vtbm Vcđ =2013000000 + 475000000 Vcđ = 2.488.000.000 (đồng) II.2.2 Vốn lưu động IV.2.2.1 Chi phí nguyên liệu TT Tên nguyên liệu Số lượng Đơn giá Chi phí (tấn, lít) (đồng /tấn,lít) năm(đồng) Cồn cơng nghiệp 33600(l) 12.000/l 403.200.000 Khí Nitơ 16,6 7.000.000 121.000.000 Than đốt 379 3.000.000 1.137.000.000 Tổng cộng 1.661.200.000 Bảng 7.2 111 Chi phí nguyên vật liệu tính chi phí cho vận chuyển, bốc rỡ… IV.2.2.2 Chi phí điện Phần điện tính lượng điện dùng năm là: 44795 (kwh) Giá thành: 1500 (đồng/kwh) Chi phí cho nhu cầu điện là: Vđiện = 1500 44795 = 67 190 000 (đồng/năm) II.2.3 Chi phí nhu cầu nước Phần nước đẫ tính năm lượng nước cần là: 3951,32 (m3) Giá nước 6000 (đồng/m3) Vậy giá thành nước sản xuất là: Vnước = 6000.977 =5 862 000 (đồng/năm) II.2.4 Tính nhu cầu lao động + Bố trí nhân cơng tham gia trực tiếp cho thiết bị ca trực sau: Thiết bị phản ứng: công nhân Kiểm tra nồng độ cồn: công nhân Nồi cấp hơi: công nhân Kỹ sư: kỹ sư Quản đốc người Tổng: người II.2.4.1 Tính quỹ lương trả cho công nhân trực tiếp + Lương trả cho công nhân: 000 000/tháng Tổng số tiền phải trả lương cho công nhân năm là: 3.3000000.12 = 108 000 000 đồng + Mức lương trả cho kỹ sư nay: 5000000 đồng/tháng 112 Tổng lương phải trả cho kỹ sư là: 5000000.12 = 60 000 000 đồng + Mức lương trả cho quản đốc: 12 000 000 đồng Tổng lương phải trả cho quản đốc là: 12000000.12 = 144 000 000 đồng Tổng lương chi trả cho lao động năm là: 144 000 000 + 60 000 000 + 108 000 000 = 312 000 000 đồng II.2.5 Giá thành sản phẩm + Khấu hao tài sản hàng năm + Khấu hao trung bình hàng năm thiết bị: A1 = 0,1.Vthiết bị = 0,1 424900000 = 42490000 (đồng) + Khấu hao tài sản cố định khấu hao xây dựng cộng khấu hao máy móc: 28830000 + 42490000 = 71320000 (đồng) Bảng tổng hợp chi phí chủ yếu: TT Khoản mục chi phí chủ yếu Tiền Nguyên liệu 1.661.200.000 Điện 67.190.000 Nước 5.862.000 Lương 312.000.000 Khấu hao tài sản cố định 14.000.000 Tổng 2.058.000.000 Bảng 7.3 + Giá thành toàn (Gtb) Gtb = tỉng chi phÝ chđ u 100 100  tû lƯ % c¸c chi phÝ kh¸c Trong chi phí khác bao gồm: 113 + Chi phí phân xưởng chiếm 10% giá thành tồn + Chi phí quản lý nhà máy chiếm 3% giá thành toàn + Chi phí ngồi sản xuất chiếm 2% giá thành tồn Do ta có: Gtb = 2058000000 100 = 2417861000 (đồng) 100  15 + Chi phí phân xưởng: Ppx = 0,1.Gtb Ppx = 0,1 2417861000 = 241786100 (đồng) +Suy giá thành phân xưởng: Gpx = chi phí chủ yếu + Ppx G px = 2417861000 + 241786100 Gpx = 2659647000 (đồng) Bảng ước tính giá thành sản phẩm: TT Khoản mục chi phí Tiền (đồng) Nguyên liệu 1.661.200.000 Nước, điện 33.052.000 Lương 312.000.000 Khấu hao tài sản cố định 14.000.000 Chi phí phân xưởng 2659647000 Tổng 4.674.829.000 Bảng 7.4 + Giá thành mt tn sn phm: Gsp = Gsp = giá thành toàn (ng/l) sả n lượng năm 4674829000 = 13.900 (đồng/ l) 336000 II.2.6 Lãi thời gian thu hồi vốn 114 + Thời gian thu hồi vốn: T= V A L Trong đó: A – khấu hao tài sản cố định hàng năm L – lãi hàng năm V – vốn đầu tư xây dựng thiết bị Ta chọn tiêu sau năm vốn cố định thu hồi  L= = V -A T 1549000000 - 14000000 = 295800000 đ + Lãi hàng năm: L = S.(Gtp - B)  Gtp = L +B S Trong đó: L – lãi hàng năm nhà máy S – sản lượng hàng năm nhà máy Gtp – giá thành đơn vị sản phẩm bán B – giá đơn vị sản phẩm  Gtp = 2958000000 + 13900 đ 336000 = 14.800 đ + Tỷ suất lãi: Tỷ suất lãi = L 2958000000  = 0,06 G 4674829000 = 6% 115 116 KẾT LUẬN Sau thời gian học tập trường em cố gắng học tập trau dồi kiến thức Em giao nhiệm vụ thiết kế xưởng sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp hấp phụ chọn lọc chất hấp phụ zeolite 3A với suất 1000l/ngày.Vận dụng kiến thức học hướng dẫn tận tình thầy Văn Đình Sơn Thọ em hoàn thành nhiệm vụ sau: - Tổng quan q trình sản xuất cồn tuyệt đối - Tính tốn cân vật chất cân nhiệt lượng - Tính tốn thiết bị phản ứng D = 0,8 (m) ; H = (m) - Lựa chọn thiết bị trao đổi nhiệt phù hợp trình truyền nhiệt sơ đồ - Thiết kế xây dựng: Tổng diện tích 135m2 - Tính tốn kinh tế cho tồn phân xưởng Mặc dù em cố gắng nhiều song thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án khơng tránh khỏi sai sót định Em mong góp ý bảo thầy để đồ án em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Văn Đình Sơn Thọ thầy toàn khoa bạn bè giúp đỡ em hoàn thành đồ án Hà Nội, tháng năm 2008 Sinh viên Lê Văn Trung 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Đinh Thị Ngọ Hố học dầu mỏ khí Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2006 2.Nguyễn Bin Tính tốn q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2001 Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2005 Tập thể tác giả Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2005 Nguyễn Bin Các q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 Bùi Hải, Trần Thế Sơn Kỹ thuật nhiệt Đại học Bách Khoa Hà Nội - 1990 7.E.Lalik , R.Mirek , J.Rakocry , A.Groszek Microcalorimetric study of sorption of water and etanol in Zeolites 3A and 5A Catalysis today 114(2006) 242-247 8.John Cambell Gas conditioning and processing.Cambell petroleum series USA.1984 Nguyễn Hữu Tùng, Nguyễn Văn Cường Nghiên cứu phương pháp chế độ tái sinh Zeolite dùng sản xuất cồn cao độ 2007 10.Ullmann’s Encyclopedia of industrial chemitry Wiley-VCH Verlag GmbH & Co KgaA 2004 11.Tập thể tác giả Sổ tay tóm tắt đại lượng hố lý Tủ sách đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh 1992 12 Hoàng Văn Chước Thiết kế hệ thống thiết bị sấy Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội – 2006 13.Nguyễn Bin Các trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 14.Nguyễn Bin Các q trình thiết bị cơng nghệ hoá chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 15.Nguyễn Bin Các q trình thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm Tập Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2002 118 Mục lục PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG PHẦN II: LÝ THUYẾT CHUNG I NGUYÊN LIỆU ETANOL I.1 Tính chất Etanol I.2 Cơ chế phụ gia Etanol pha vào xăng I.3 Ứng dụng Etanol I.4 Tình hình sản xuất Etanol giới II CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN CAO ĐỘ II.1 Phương pháp chưng cất II.1.1 Chưng trích ly: II.1.2 Chưng phân tử [3] 10 II.2 Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc – Zeolite 11 II.2.1 Giới thiệu Zeolite [1] 11 II.2.2 Quá trình hấp phụ [4- 241] 13 II.2.3 Phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối vật liệu hấp phụ chọn lọc .15 II.3 Phương pháp dùng chất hút ẩm .21 II.4 Phương pháp thẩm thấu qua màng 21 II.5 Phương pháp kết hợp bốc thẩm thấu rây phân tử 23 II.6 Kết hợp chưng cất thẩm thấu qua màng: 23 II.7 So sánh đánh giá phương pháp 24 III MỘT SỐ CÁC THỰC NGHIỆM VỀ PHƯƠNG PHÁP HẤP PHỤ SẢN XUẤT CỒN BẰNG ZEOLITE 3A 26 III.1 Các tính chất đại lượng nhiệt động trình hấp phụ nước: 28 III.2 Các tính chất đại lượng nhiệt động trình hấp phụ Etanol 28 III.3 Đường cong biểu diễn trình nhiệt trình hấp phụ , nhả hấp phụ nước chất hấp phụ [7]: .Error! Bookmark not defined PHẦN III: TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 30 A TÍNH TỐN CÂN BẰNG VẬT CHẤT 30 I TÍNH TỐN CHO Q TRÌNH HẤP PHỤ 30 I.1 Tính ρv ρr 30 I.2 Tính lưu lượng khối lượng hỗn hợp đầu vào 30 I Tính lượng nước bị hấp phụ 31 I.4 Cân vật chất lượng nước vào khỏi tháp hấp phụ 31 II TÍNH TỐN CHO Q TRÌNH NHẢ HẤP 34 III TÍNH LƯỢNG ZEOLITE CẦN THIẾT VÀ TỐC ĐỘ HỖN HỢP ĐẦU VÀO 35 III.1 Tính lượng Zeolite cần thiết 35 B TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 37 I TÍNH TỐN CHO Q TRÌNH HẤP PHỤ 38 I.1 Tính nhiệt lượng tỏa trình hấp phụ 107 oC mẻ: 38 119 I.2 Tính tốn nhiệt độ trung bình tồn thiết bị trình thực hấp phụ 39 II TÍNH TỐN CHO Q TRÌNH LÀM NĨNG VẬT LIỆU (2) TỪ 107oC ÷ 350oC 40 II.1 Tính nhiệt cần thiết để nâng nhiệt độ chất hấp phụ: 40 II.2 Nhiệt lượng Q2N để để nâng lượng nước bị hấp phụ từ 107 ÷ 350 oC 41 II.3 Nhiệt lượng Q2E để nâng nhiệt Etanol bị hấp phụ từ 107 ÷ 350 oC 41 III TÍNH TỐN CHO Q TRÌNH GIẢI HẤP (3) 41 II.1 Tính nhiệt lượng cần thiết để thực trình giải hấp phụ Q3 42 IV TÍNH TỐN Q TRÌNH LÀM MÁT VẬT LIỆU (4) 42 V TÍNH TỐN Q TRÌNH CẤP NHIỆT NHẢ HẤP PHỤ 43 V.1 Tính nhiệt lượng lượng khí N2 mang vào q trình làm nóng khối vật liệu lên nhiệt độ 350oC 43 V.2 Tính lượng nhiệt Nitơ mang vào q trình thực trình nhả hấp phụ 350oC 43 V.3 Tính tốn lượng N2 cần thiết cho trình nâng nhiệt độ khối vật liệu từ nhiệt độ 107 ÷ 350oC 44 V.4 Tính lượng N2 cần thiết để thực q trình nhả hấp phụ 45 V.5 Tính tốc độ khí N2 q trình nhả hấp phụ làm nóng khối vật liệu 46 VI TÍNH TỐN LỰA CHỌN LƯỢNG N2 ĐỂ LÀM MÁT KHỐI VẬT LIỆU TRONG QUÁ TRÌNH (4) 47 VI.1 Lựa chọn tốc độ dịng khí để thực q trình làm mát khối vật liệu 47 VI.2 Tính tốn nhiệt độ trung bình dịng khí N2 sau khỏi tháp trình làm mát khối vật liệu 47 VI.2.1 Tính Lượng khí N2 truyền qua thiết bị 8h 48 VI.2.2 Tính lượng nhiệt thực tế mà khối vật liệu truyền cho khối khí 8h 48 VI.2.3 Tính nhiệt độ dịng khí N2 sau khỏi thiết bị T4r 48 VI.3 Tính tốn nhiệt độ trung bình dịng khí sau qua thiết bị trao đổi nhiệt dịng khí nhả hấp phụ 49 VI.3.1 Tính nhiệt lượng dịng nhả hấp truyền cho thiết bị trao đổi nhiệt giai đoạn (2) .50 VI.3.2 Tính lượng nhiệt dịng nhả hấp truyền cho thiết bị trao đổi nhiệt giai đoạn (3) .50 VI.3.3 Tính nhiệt độ dịng khí N2 tận dụng nhiệt sau khỏi thiết bị trao đổi nhiệt 51 VII TÍNH TỐN LƯỢNG NƯỚC LÀM MÁT 52 VII.1.Tính nhiệt toả hỗn hợp khí nhả toả sau làm lạnh 52 VII.2 Tính tốn tốc độ dịng nước làm mát 52 VII.3 Tính nồng độ rượu ngưng tụ lấy từ thiết bị làm lạnh 53 VIII TÍNH TỐN NHIỆT LƯỢNG CALORIFIER CẦN CẤP 54 Hình 3.6 54 VIII.1 Tính tốn lượng nhiệt cần thiết để đưa dịng khí N2 từ 115oC ÷ 350 oC .54 VII.2.Tính tốn lưu lượng dịng nước nhiệt calorifier 55 IX TÍNH TỐN CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG NỒI HƠI CUNG CẤP 57 IX.1 Tính lượng nước cần thiết để đun nồi 57 IX.2 Tính tốn nhiệt lượng cần thiết nồi cung cấp cho nước 57 120 IX.2.1 Tính toán nhiệt lượng cần thiết đưa nước nồi lên 600oC 57 IX.2.2 Tính nhiệt lượng cần thiết mà nồi cần bù lại cho nước trao đổi nhiệt qua calorifier 58 IX.3 Tính lượng than cần cung cấp để đốt nồi 59 PHẦN IV: TÍNH TỐN CƠ KHÍ .59 I TÍNH TỐN THIẾT BỊ CHÍNH 59 I.1 Chọn kích thước thiết bị 59 I.1.1 Tính vận tốc cho phép dịng khí 60 I.1.2 Tính tốn chiều cao tháp 60 I.1.3 Tính tổn thấp áp suất qua lớp hạt 63 I.2 Tính chiều dày thân tháp 65 66 I.3 Tính đường kính ống dẫn vào tháp 66 II TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤ 70 II.1 Thiết bị trao đổi nhiệt 70 II.1.1 Thiết bị truyền nhiệt loại vỏ bọc [4-113] 70 II.1.2 Thiết bị truyền nhiệt loại ống 71 II.1.4 Thiết bị truyền nhiệt loại xoắn ốc 76 II.1.5 Thiết bị truyền nhiệt loại ống có gân 77 II.1.6 So sánh lựa chọn thiết bị trao nhiệt 77 II.2 Calorifier cấp nhiệt 78 II.2.3 Calorifier khói – khí 82 II.2.4 Lựa chọn calorifier cấp nhiệt 83 II.3 Nồi 84 II.4 Thiết bị ngưng tụ 85 II.4.1 Ngưng tụ gián tiếp 86 II.5 Lựa chọn thiết bị lọc bụi .87 II.5.1 Thiết bị đường lắng 87 II.5.2 Thiết bị buồng lắng 88 II.5.3 Xyclon lọc bụi 89 II.5.4 Thiết bị lọc tay áo 89 II.5.4 Thiết bị lọc kiểu vách ngăn 90 II.5.5 Một số thiết bị khác 91 II.6 Lựa chọn bơm 92 II.6.1 Bơm vận chuyển chất lỏng 92 II.6.2 Bơm vận chuyển chất khí 92 PHẦN V – XÂY DỰNG 94 I XÁC ĐỊNH ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY .94 I.1 Các sở để xác định địa điểm xây dựng 94 I.2 Các yêu cầu địa điểm xây dựng 95 I.2.1 Các yêu cầu chung 95 I.2.2 Các yêu cầu kỹ thuật xây dựng 96 II THIẾT KẾ TỔNG MẶT BẰNG 96 II.1 Các nhiệm vụ thiết kế tổng mặt nhà máy 97 II.2 Các yêu cầu thiết kế tổng mặt nhà máy 97 121 II.3 Nguyên tắc phân vùng nhà máy 98 II.3.1 Vùng trước nhà máy 98 II.3.2 Vùng sản xuất 99 II.3.3 Vùng cơng trình phụ 99 II.3.4 Vùng kho tàng khu vực giao thông 99 II.3.5 Ưu nhược điểm phương pháp phân vùng 100 II.4 Những để sản xuất phân xưởng sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp hấp phụ Zeolite 100 II.5 Tính tốn xác định kích thước cơng trình nhà máy 100 II.6 Cấu tạo phân xưởng sản xuất 101 II.6.1 Kết cấu móng 101 II.6.2 Cột 101 II.6.3 Mái 102 II.6.4 Cửa sổ 102 II.6.5 Cửa vào phân xưởng 102 PHẦN VI: ĐIỆN, NƯỚC 105 I.ĐIỆN 105 I.1 Tính phụ tải chiếu sáng 105 I.2 Tính phụ tải động lực 106 I.3.Lượng điện tiêu thụ hàng năm nhà máy 106 I.3.1 Điện thắp sáng 106 I.3.2 Điện cho phụ tải động lực 107 I.3.3 Điện tiêu thụ toàn phân xưởng năm 107 II NƯỚC 107 II.1 Nước sinh hoạt 107 II.2 Nước sản xuất 108 PHẦN VII: KINH TẾ .109 I.TÓM LƯỢC DỰ ÁN 109 II KẾ HOẠCH SẢN XUẤT 109 II.1 Kế hoạch sản xuất 109 II.2 Tính toán kinh tế 109 II.2.1 Vốn cố định 109 II.2.2 Vốn lưu động 111 II.2.3 Chi phí nhu cầu nước 112 II.2.4 Tính nhu cầu lao động 112 II.2.5 Giá thành sản phẩm 113 II.2.6 Lãi thời gian thu hồi vốn 114 122 ... tốt đồ án Qua trình tìm hiểu phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối, ưu nhược điểm phương pháp em lựa chọn Phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối theo phương pháp hấp phụ zeolite Sau em xin trình bày đồ. .. Zeolite phương pháp hấp phụ chọn lọc, tác dụng vật liệu rây phân tử phương pháp hoàn toàn khác So sánh phương pháp thẩm thấu qua màng phương pháp hấp phụ chọn lọc: Bảng 2.1 Phương pháp hấp phụ chọn... zeolite 3A hấp phụ nước khơng hấp phụ rượu etanol - Q trình hấp phụ thực theo hai dạng: + Hấp phụ lỏng – rắn + Hấp phụ khí – rắn - Sơ đồ nguyên lý trình: 15 Quá trình hấp phụ với hỗn hợp etanol –