Luận án tiến sĩ tối ưu hóa hệ thống tách hỗn hợp nhiều cấu tử etanol nước và các tạp chất nhận được

TR B GIÁO D C VÀ ÀO T O NG I H C BÁCH KHOA HÀ N I - Cao Th Mai Duyên T I U HOÁ H TH NG TÁCH H N H P NHI U C UT NH N ETANOL - N C B NG PH C VÀ CÁC T P CH T NG PHÁP LÊN MEN LU N ÁN TI N S K THU T Hà N i – 2010 TR B GIÁO D C VÀ ÀO T O NG I H C BÁCH KHOA HÀ N I - Cao Th Mai Duyên T I U HOÁ H TH NG TÁCH H N H P NHI U C UT NH N ETANOL - N C VÀ CÁC T P CH T C B NG PH NG PHÁP LÊN MEN Chuyên ngành: Q trình Thi t b Cơng ngh Hố h c Mã s : 62.52.77.01 LU N ÁN TI N S K THU T NG IH NG D N KHOA H C PGS TS Nguy n H u Tùng Hà N i - 2010 L I CAM OAN Tôi xin cam oan ây cơng trình nghiên c u c a riêng Các s li u, k t qu c nêu lu n án trung th c ch a t ng c cá nhân hay t ch c khoa h c công b b t k cơng trình khác ngồi n c Cao Th Mai Duyên L IC M N Tr c tiên, xin chân thành c m n PGS TS Nguy n H u Tùng, Th y ã t n tình h ng d n, giúp ! tơi su t q trình nghiên c u hồn thi n lu n án Xin chân thành c m n Th y Cô " Vi n t#o sau #i h c, Th y Cô $ng nghi p B% mơn Q trình – Thi t b Cơng ngh Hóa Th c ph&m ã óng góp ý ki n chun mơn, ã t#o m i i'u ki n thu n l i nhi t tình giúp ! tơi hồn thành n%i dung nghiên c u Tôi c(ng xin c m n Trung tâm giáo d)c phát tri*n S+c ký – Tr ,ng #i h c Bách Khoa Hà N%i, Công ty c ph n c$n r máy r u s n ph&m t nhiên, Nhà u L#c H$ng ã giúp ! r t nhi'u vi c ti n hành thí nghi m phân tích s li u Cu i cùng, xin c m n gia ình b#n bè ã ln %ng viên, giúp ! tơi v t qua m i khó kh-n, hồn thành công vi c nghiên c u Cao Th Mai Duyên M CL C Trang ph bìa L i cam oan M cl c Danh m c ký hi u, ch vi t t t Danh m c b ng Danh m c hình v , th M u Ch ng – T NG QUAN 1.1 H dung d ch nhi u c u t 1.2 K thu t tách dung d ch nhi u c u t 1.3 T i u hoá trình tách dung d ch nhi u c u t 1.3.1 L a ch n ch tiêu t i u hố 1.3.2 Phân tích ch tiêu t i u hố v n ng l ng tiêu hao trình tách h n h p nhi u c u t Ch ng – PH NG PHÁP NGHIÊN C U 2.1 Xây d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n nhi u c u t 2.1.1.Xác nh cân b"ng pha l#ng - h i c!a h dung d ch nhi u c u t 2.1.1.1 Xác nh cân b"ng pha c!a h dung d ch nhi u c u t b"ng ph ng pháp th c nghi m 2.1.1.2 Xác nh cân b"ng pha c!a h dung d ch nhi u c u t b"ng ph ng pháp l p mơ hình 2.1.1.2.1 L a ch n mơ hình ! " ! # $ % & ' ! ( ! ) * + , 2.1.2 Các mơ hình g n úng c!a tháp ch ng luy n nhi u c u t ph ng pháp gi i mơ hình 2.1.3.Mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n 2.1.4 Các ph ng pháp gi i ph ng trình MESH 2.1.4.1 Các ph ng pháp chia nh# toán 2.1.4.1.1 Ph ng pháp tính l n l t t$ %a sang %a 2.1.4.1.2 Các ph ng pháp chia nh# toán có s d ng ma tr n ba ng chéo 2.1.4.2 Ph ng pháp tính t$ ngồi 2.2 Ki&m ch'ng s phù h p c!a mơ hình tháp ch ng luy n nhi u c u t b"ng th c nghi m 2.2.1 Quá trình l y m(u ph ng pháp phân tích 2.2.1.1 Xác nh n ng ) etanol b"ng ph ng pháp t* tr ng 2.2.1.2 Xác nh n ng ) t+p ch t m(u c n b"ng ph ng pháp s c ký khí 2.2.2 Xác nh n ng ) etanol, nhi t ), n ng ) c!a m)t s c u t t+p ch t %a c!a tháp ch ng luy n th c t 2.2.2.1 Các k t qu xác nh phân b n ng ) c n nhi t ) d c theo chi u cao c!a tháp 2.2.2.2 So sánh k t qu phân b n ng ) m)t s t+p ch t tháp Ch ng – K,T QU- NGHIÊN C U 3.1 Nghiên c'u phân lo+i c u t có dung d ch etanol - n c s n xu t b"ng ph ng pháp lên men 3.1.1 Nghiên c'u hành vi c!a t+p ch t c!a h b"ng ph ng pháp th c nghi m 3.1.1.1 Xác nh thành ph n t+p ch t 3.1.1.2 Phân b n ng ) c!a t+p ch t theo chi u cao c!a tháp ch ng luy n 2 7 18 18 19 20 21 21 27 30 31 32 40 41 41 43 54 56 56 56 57 59 60 62 68 68 68 68 70 trình tinh ch 3.1.1.2.1 Phân b n ng ) c!a t+p ch t trình tinh ch c n tháp thí nghi m t$ nguyên li u r ng 3.1.1.2.2 Phân b n ng ) c!a c u t t+p ch t trình tinh ch c n t$ nguyên li u tinh b)t 3.1.2 Nghiên c'u hành vi c!a c u t t+p ch t b"ng ph ng pháp mơ hình: 3.1.2.1 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a etyl axetat al ehyt 69 70 73 73 axetic: 3.1.2.2 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a axit axetic 3.1.2.3 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a c u t n-propanol, iso-propanol, iso-butanol, iso amyl alcohol (h n h p d u fusel) tháp ch ng luy n 3.1.2.4 Nghiên c'u y u t nh h ng n hành vi c!a metanol tháp 3.2 Nguyên t c chung & tách h n h p nhi u c u t 3.3 ng d ng mô hình t ng quát c!a tháp ch ng luy n 3.3.1 Phân tích s tinh ch c b n g m tháp 3.3.2 ng d ng mơ hình t ng quát c!a tháp ch ng luy n & t ng h p s tinh ch 3.3.2.1 S tinh ch tháp có k t n i thêm tháp tinh ch l+i COL4 & tách metanol 3.3.2.2 S tinh ch c n tháp có k t n i thêm tháp fusel COL5 3.3.3 T ng h p s tinh ch g m tháp, có dịng tu n hồn 3.4 ng d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n, t ng h p s tách có k t n i dịng nhi t gi m n ng l ng tiêu hao 3.4.1 Nguyên t c t ng h p s tách có k t n i dịng nhi t 3.4.2 Thu t tốn gi i h l.n 3.4.3 ng d ng thu t toán gi i h l.n & nghiên c'u t ng h p s tinh ch có k t n i nhi t gi a tháp 3.4.3.1 Tính tốn ki&m tra s tinh ch c n có k t n i nhi t t+i Công ty c ph n mía ng Lam S n 3.4.3.2 T ng h p m)t s s tách v.i hi u su t s d ng n ng l 76 77 82 89 90 90 100 100 102 104 107 107 108 109 109 ng 122 cao 3.4.3.2.1 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp thô COL1 3.4.3.2.2 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp andehyt COL2 3.4.3.2.3 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp COL3 COL5 3.4.3.2.4 Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp COL4 3.4.3.2.5 Nghiên c'u ch n áp su t làm vi c cho tháp thu h i c n COL6 3.4.3.2.6 S tinh ch g m tháp làm vi c áp su t khác K,T LU/N Các cơng trình ã cơng b Tài li u tham kh o Ph l c 122 124 125 129 130 130 135 137 138 DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH VI T T T TCVN P V i x y H R L G RL RG W E T QR QC α r ϕ γ n N Tiêu chu0n Vi t Nam áp su t th& tích c ut n ng ) ph n mol pha l#ng n ng ) ph n mol pha h i entalpy ch s h i l u dòng l#ng tháp dòng h i tháp ch s h i l u l#ng ch s h i l u h i công execgy nhi t ) nhi t un sôi áy tháp nhi t ng ng t nh tháp h s bay h i t ng i hàm nhi t h s fugat h s ho+t ) s c u t h s b c lý thuy t c!a tháp ch ng luy n Trong s COL F D B HS H2O MIX P DEC HX P1ST P2ST FUSEL tinh ch : tháp ch ng luy n h n h p u vào tháp dòng nh tháp dòng áy tháp dòng h i t dòng n c thi t b tr)n dòng b m thi t b phân l.p thi t b gia nhi t dòng s n ph0m c n sau tháp tinh ch dòng s n ph0m c n ch t l ng cao sau tháp tinh ch l+i dòng s n ph0m d u fusel DANH M C CÁC B NG - ! / ! - ! / ! - ! /$ ! - ! /; ' ' !' ! ( !/ ) & ' ! ' !' 47 44 ' ' + ' ' ' !' ! ( !/ ) & ' ! ' !' / :4 / ! ( ! ' ' !' ! ( !/ ) & ' ! ' !' / / % & ' ! ( ! ) < = / < = /