MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH TRIẾT MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TRẦN MINH TRIẾT MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 LUẬN VĂN THẠC SĨ Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN ĐÌNH MINH TUẤN Đà Nẵng – Năm 2019 LỜI CẢM ƠN Trong trình nghiên cứu hồn thành luận văn này, tơi nhận nhiều quan tâm giúp đỡ thầy cô giáo, bạn bè, đồng nghiệp, đặc biệt hướng dẫn, giúp đỡ tận tình TS Nguyễn Đình Minh Tuấn Tơi chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Đình Minh Tuấn, Ban lãnh đạo Khoa Hóa Trường Đại học Bách khoa Đà nẵng, quý thầy cô giáo bạn bè, gia đình, đồng nghiệp giúp đỡ tơi thực hoàn thành luận văn Trân trọng cảm ơn! TĨM TẮT MƠ PHỎNG CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT Học viên: Trần Minh Triết Chuyên ngành: Kỹ thuật hóa học Mã số: 8520301 Khóa: K35KHH.QNg Trường Đại học Bách khoa-ĐHĐN Tóm tắt - Hiện nay, lượng tái tạo lượng sinh học, lượng mặt trời, lượng gió xu hướng giới, xuất phát từ hậu việc tiêu thụ mức nguồn lượng hóa thạch nguồn dự trữ hạn chế nguồn lượng Ethanol sinh học trở nên đáng ý nhờ ưu điểm thân thiện với mơi trường, nguồn nguyên liệu dồi Nó thay hồn tồn phần nhiên liệu hóa thạch để làm giảm hiệu ứng nhà kính Với tiềm lớn vậy, ethanol sinh học phần lớn sản xuất khắp nơi giới Việt Nam Nhà máy ethanol sinh học Dung Quất nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công nghệ đại suất cao Để hiểu sâu sắc công nghệ sản xuất xây dựng sở liệu điều kiện vận hành nhà máy nguồn nguyên liệu thay đổi, tiến hành mô công nghệ sản xuất ethanol sinh học phần mềm Hysys Trong nghiên cứu này, thực mơ q trình chưng cất tách nước nhà máy ethanol sinh học Dung Quất cách sử dụng sở liệu ban đầu từ điều kiện vận hành thực tế nhà máy Ngun liệu thơ dịng beer-well từ q trình lên men Ngồi ra, chúng tơi điều chỉnh điều kiện hoạt động để có chất lượng sản phẩm ethanol mong muốn Kết thực mô thành cơng q trình với sai số kết mô liệu ban đầu lưu lượng thành phần dịng cơng nghệ nhỏ 5% Sau đó, chúng tơi thay đổi thành phần dòng nguyên liệu beer-well tiến hành điều chỉnh điều kiện vận hành trình chưng cất để sản phẩm ethanol có chất lượng khơng đổi Từ khóa – Bioethanol; Mơ phỏng; Hysys; Chưng cất; Tách nước THE SIMULATION OF MANUFACTURING TECHNOLOGY AT DUNG QUAT BIOETHANOL FUEL FACTORY Abstract - Currently, renewable energy such as bioenergy, solar energy, wind energy is the new trend in the world, which comes from the consequence of excessive consumption of fossil energy source and limited reserves of this energy source Bio-ethanol becomes remarkable due to its advantages such as environmental friendliness, abundant raw materials and further more It can be completely or partly replacedfossil fuels to reduce the greenhouse effect With such great potential, bio-ethanol is lazrgely produced in all over the world and in Vietnam Dung Quat bio-ethanol plant is one of the biofuel production plant with modern technology and great productivity To deeply understand the production technology and build database of operating conditions of this plant when the feed sources change, we conduct the simulation of bio ethanol production technology by using Hysys software In this study, we perform the simulation of the processes of distillation and water separation of the Dung Quat bio-ethanol plant using the initial database from the actual operating conditions in this factory The raw material is beer-well stream from the fermentation process Additionally, we also adjust operating conditions in order to obtained the desired quality of the ethanol product As a result, the simulation of the processes are successfully done in considering that the differences in flowrate and composition of process streams between simulation results and the initial database are less than 5% Then, we modify the composition of material beer-well and conduct adjusting the operating conditions of distillation process to have the constant quality of the ethanol product Key words – Bioethanol; Simulation; Hysys; Distillation; Dehydration MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN TÓM TẮT MỤC LỤC DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài: Mục tiêu đối tượng nghiên cứu Nội dung nghiên cứu: Phương pháp nghiên cứu: .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài: Cấu trúc luận văn: CHƯƠNG TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan nhiên liệu sinh học, bioethanol 1.1.1 Nhiên liệu sinh học 1.1.2 Bioethanol .4 1.2 Tình hình sản xuất, tiêu thụ bioethanol giới Việt Nam .6 1.2.1 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol giới 1.2.2 Tình hình sản xuất tiêu thụ bioethanol Việt Nam 1.3 Nguyên liệu sắn để sản xuất bioethanol 1.3.1 Thành phần hóa học sắn 1.3.2 Thành phần tính chất tinh bột sắn 1.3.3 Tình hình sản xuất tiêu thụ sắn 1.4 Công nghệ sản xuất bioethanol .9 1.4.1 Công nghệ sản xuất truyền thống 1.4.2 Công nghệ sản xuất cồn cải tiến 10 CHƯƠNG GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 11 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất 11 2.2 Nguyên liệu sản xuất 12 2.3 Các phân xưởng công nghệ 12 2.3.1 Kho chứa, nhà nghiền 12 2.3.2 Tách cát 13 2.3.3 Hồ hóa nấu 14 2.3.4 Lên men 15 2.3.5 Chưng cất 16 2.3.6 Tách nước 16 2.3.7 Phân xưởng thu hồi nén khí CO2 17 2.3.8 Phân xưởng tách, sấy tồn chứa bã 18 2.3.9 Phân xưởng xử lý nước thải 18 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÔNG ĐOẠN CHƯNG CẤT VÀ TÁCH NƯỚC CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 20 3.1 Giới thiệu phần mềm HYSYS 20 3.1.1 Giới thiệu chung 21 3.1.2 Các bước mô phần mềm Hysys v10 23 3.2 Tiến hành mô 25 3.2.1 Cơ sở liệu 25 3.2.2 Nhập thông số cho dịng cơng nghệ thiết bị 27 CHƯƠNG KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 43 4.1 Phân tích kết mô 43 4.1.1 Kết mô cụm chưng cất: 43 4.1.2 Kết mô cụm cụm tách nước: .46 4.2 Nghiên cứu thay đổi điều kiện vận hành cụm tháp chưng cất để đảm bảo chất lượng sản phẩm ethanol nguyên liệu từ công đoạn lên men biến động 47 4.2.1 Tháp C-4101 48 4.2.2 Tháp C-4102 49 4.2.3 Tháp rectifier column C-4201 .49 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (BẢN SAO) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT STT Chữ viết tắt Diễn giải DDFS Distillery Dried Fiber Soluble PFD Process Flow Diagram QCVN Quy chuẩn Việt Nam SAR Bể phản ứng yếm khí UASB Upflow Anaerobic Sludge Blanket wt Khối lượng DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 1.1: Thành phần hóa học củ sắn tươi 1.2: Thành phần hóa học sắn lát khơ 3.1 Lưu lượng thành phần nguyên liệu 25 3.2 Cân vật chất chưng cất tách nước 26 3.3 So sánh thành phần dịng ethanol 4036 mơ PFD 33 3.4 Vị trí đĩa nạp liệu, đĩa rút sản phẩm tháp Rectifier Column C-4201 36 3.5 Áp suất nhiệt độ dòng nguyên liệu cho tháp C-4201 36 3.6 So sánh thành phần dòng sản phẩm ethanol 90%wt công đoạn chưng cất 40 4.1 Lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh đáy tháp chưng cất 43 4.2 So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4101 43 4.3 So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp C-4101 44 4.4 So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4102 44 4.5 So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp C-4102 44 4.6 So sánh thành phần dòng sản phẩm đỉnh tháp Rectifier Column 45 4.7 So sánh thành phần dòng sản phẩm thân tháp Rectifier Column 45 4.8 So sánh thành phần dòng sản phẩm đáy tháp Rectifier Column 45 4.9 So sánh thành phần nước bị hấp phụ Component Splitter 46 4.10 So sánh thành phần dòng ethanol 99%wt khỏi Component Splitter 46 4.11 So sánh thành phần dòng ethanol sản phẩm 46 4.12 Thành phần dịng beer well từ cơng đoạn lên men điều kiện vận hành bình thường tăng/giảm 2%wt 47 4.13 Điều kiện mô tháp Beer Column C-4101 điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt 48 Số hiệu Tên bảng bảng Trang ethanol Điều kiện mô tháp Beer Column C-4102 điều 4.14 kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 49 Lưu lượng thành phần ethanol dòng sản phẩm 4.15 tháp beer column điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 49 4.16 Điều kiện mô tháp Rectifier Column C-4201 điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 50 4.17 Lưu lượng thành phần ethanol dòng sản phẩm công đoạn chưng cất điều kiện hoạt động bình thường nguyên liệu tăng/giảm 2%wt ethanol 51 18 hấp phụ tháp tái sinh) Hơi nước có khí CO2 hấp thụ khí khỏi thiết bị khơ (khơng lẫn nước) Khí CO2 khô đưa tới thiết bị làm lạnh, nhiệt độ giảm tiếp tới 27 C Ở nhiệt độ này, q trình hố lỏng khí CO2 diễn CO2 lỏng tiếp tục tinh lọc thêm tháp tẩy để thu CO2 lỏng 99,95 % Cuối đưa vào bồn chứa CO2 thành phẩm vận chuyển đến nơi tiêu thụ xe bồn 2.3.8 Phân xưởng tách, sấy tồn chứa bã Dịch hèm thải từ tháp cất thô thu gom thùng chứa bơm vào hệ thống tách ly tâm tốc độ cao để tách nước tạp chất lơ lửng, khơng hịa tan cịn sót lại Qua hệ thống ly tâm, dịch hèm phân làm phần: phần bã ẩm đưa sang thiết bị sấy để làm chất độn thức ăn gia súc phần dịch hèm loãng (thinslop) Bã ẩm sấy thiết bị thùng quay cấp gián tiếp Sau sấy, bã đạt độ ẩm khoảng 10% -14% gọi DDFS (Distillery Dried Fiber Soluble) dùng làm chất độn thức ăn gia súc Sản phẩm chứa 03 thùng chứa chờ xuất xe tải Nước bốc từ trình sấy ngưng tụ, thu hồi để tái sử dụng Phần dịch hèm loãng chia làm 2: phần hồi lưu lại dây chuyền sản xuất, phần cịn lại đưa sang cơng đoạn xử lý nước thải để xử lý đạt tiêu chuẩn xả thải xả môi trường 2.3.9 Phân xưởng xử lý nước thải Nước tải từ công đoạn sản xuất tập trung vào khu xử lý nước thải để xử lý trước thải môi trường Các nguồn nước thải nhà máy bao gồm: - Dịch hèm từ decanter (Nước thải từ nhà máy chính) - Nước thải từ trạm khử khống - Nước thải sinh hoạt từ bể tự hoại - Nước xả đáy tháp giải nhiệt - Nước mưa chảy tràn qua khu vực nhiễm bẩn - Nước rửa sàn nước thải PTN nhà máy - Nước thải phân xưởng thu hồi CO2 Hệ thống xử lý nước thải Nhà máy bao gồm công đoạn sau: - Xử lý bậc một: xử lý kỵ khí ( SAR, UASB ) - Xử lý bậc hai: xử lý hiếu khí ( vi sinh hiếu khí ) - Xử lý bậc ba: hóa lý (tuyển nổi, đơng tụ, tạo bông, lắng, lọc cát) - Xử lý bùn: nén ép tách nước làm giảm độ ẩm bùn thiết bị Decanter 19 Nước thải sau xử lý đạt tiêu chuẩn cột B theo QCVN 40:2011 thải hệ thống thu gom nước thải chung khu kinh tế Dung Quất Bùn sinh từ hệ thống xử lý nước thải sau công đoạn xử lý bùn chuyển qua phân xưởng phân vi sinh để thực sản xuất phân hữu vi sinh 20 CHƯƠNG MÔ PHỎNG CÔNG ĐOẠN CHƯNG CẤT VÀ TÁCH NƯỚC CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 3.1 Giới thiệu phần mềm HYSYS 3.1.1 Giới thiệu chung Để không ngừng cải thiện suất chất lượng sản phẩm, cơng trình nghiên cứu dự án thiết kế tiến hành Và hết nhờ phát triển vượt bậc ngành Công nghệ thơng tin, với máy tính tốc độ cao, hệ điều hành siêu việt góp phần to lớn cho đời phần mềm mô Mô công cụ cho phép người kỹ sư tiến hành công việc cách hiệu thiết kế trình phân tích, nghiên cứu yếu tố ảnh hưởng đến trình hoạt động thực tế Tốc độ công cụ mô cho phép khảo sát nhiều trường hợp thời gian với độ xác cao so với tính tốn tay Hơn nữa, tự động hóa trình tính tốn sơ đồ cơng nghệ để tránh việc phải thực phép tính lặp mị mẫm Ví dụ, sử dụng mơ hình mẫu để nghiên cứu vận hành phân xưởng thay đổi nguồn nguyên liệu điều kiện vận hành thiết bị ảnh hưởng đến hiệu suất thu chất lượng sản phẩm Điều đơn giản, nhanh chóng tiết kiệm nhiều so với thử nghiệm phân xưởng thực tế Vì sở tính tốn công cụ mô thường dựa sở liệu chuẩn hóa, nên xây dựng mơ hình hợp lý kỹ sư sử dụng để tính tốn cho kết xác Ngồi ra, phần mềm cịn ứng dụng trực tiếp vào trình hoạt động nhà máy Ta khảo sát biến thiên thông số làm việc chế độ hoạt động nhà máy có thay đổi đơn vị hoạt động Bên cạnh đó, phần mềm mơ cịn giúp cho việc giảm thiểu tai nạn rủi ro xảy đến với người, làm giảm chi phí đầu tư ban đầu tăng suất nhà máy 3.1.1.1 Các phần mềm mơ cơng nghệ hóa học: Trong cơng nghệ hóa học người ta sử dụng nhiều phần mềm mô phỏng: - PRO/II, DYNSIM (SIMSCI) - HYSIM, HYSYS, ASPEN PLUS (ASPENTECH) - PROSIM, TSWEET (BRYAN RESEARCH & ENGINEERING) 21 - DESIGN II (WINSIM) - UNISIM (HONEYWELL-UOP) Các phần mềm có khả tính tốn cho q trình cơng nghệ hóa học nói chung, nhiên phần mềm có ưu điểm vượt trội cho q trình Đa số phần mềm chạy hệ điều hành DOS, có PRO/II HYSYS chạy mơi trường Windows Trong đề tài ta chọn phần mềm HYSYS để mô công đoạn chưng cất tách nước ethanol nhà máy bioethanol Dung Quất 3.1.1.2.Phần mềm HYSYS Hysys sản phẩm công ty ASPENTECH-Canada; phần mềm có khả tính tốn đa dạng, cho kết có độ xác cao Đồng thời cung cấp nhiều thuật tốn sử dụng trợ giúp q trình tính tốn cơng nghệ khảo sát thơng số q trình thiết kế nhà máy hóa chất Ngồi ra, Hysys cịn có khả tự động tính tốn thơng số cịn lại thiết lập đủ thơng tin Đây điểm mạnh Hysys giúp người sử dụng tránh sai sót đồng thời sử dụng liệu ban đầu khác Trong thư viện Hysys có lưu sẵn số thiết bị dùng để tạo sơ đồ công nghệ ngành cơng nghiệp lọc hóa dầu, cơng nghiệp hóa chất Mỗi thiết bị xác định chức nhiệt động học, lượng vật chất, lượng trao đổi tham số nội (hệ số truyền nhiệt, độ giảm áp ) Các thiết bị liên hệ với dịng chảy liên kết, dịng chảy vào khỏi thiết bị xác định trạng thái làm việc thiết bị Các thiết bị tự động cập nhật thơng tin có liên quan đến chúng tự cập nhật cho dịng chảy nối với chúng Các thiết bị chương trình Hysys: - Thiết bị trao đổi nhiệt (Heat Exchanger) - Thiết bị làm nguội, đun nóng (Cooler, Heater) - Bộ trộn (Mixer) - Van (Valve) - Cột (Column): dùng q trình chưng cất, hấp thụ, trích ly - Thiết bị chia dòng (Splitter): chia dòng chảy thành nhiều dòng theo tỷ lệ tùy ý - Bình tách (Seperator): gồm có thiết bị tách hai pha, thiết bị tách ba pha thiết bị tách chất rắn khỏi dòng lỏng - Thiết bị phản ứng (Reactor) - Thiết bị nén, giãn nở (Compressor, Expander) - Bơm (Pump) 22 - Thiết bị cân (Balance): Cân lượng hay cân vật chất cho hệ - Thiết bị điều khiển (Controller) - Thiết bị hồi lưu (Recycle) Hysys thiết kế sử dụng cho hai trạng thái mô phỏng: - Steady Mode: Trạng thái tĩnh, sử dụng thiết kế công nghệ cho q trình - Dynamic Mode: Trạng thái động, mơ thiết bị hay quy trình trạng thái vận hành liên tục, khảo sát thay đổi đáp ứng hệ thống theo thay đổi vài thông số Các ứng dụng Hysys: - Hysys.Concept: Thiết kế bảo vệ hệ thống phân tách cách hiệu - Hysys.Process: Giảm thấp vốn đầu tư chi phí vận hành, chọn lựa cách bảo quản, đặc tính phân loại thiết bị, trang bị sửa chữa thiết bị để cải tiến trình hoạt động điều khiển nhà máy - Hysys.Plant: Sử dụng công cụ mô để đưa điều kiện thuận lợi, đánh giá hoạt động nhà máy hành, trang bị thiết bị để đạt độ tin cậy hoạt động, an toàn, lợi nhuận cao Cải tiến thiết bị có sẵn mở rộng quy mơ nhà máy hành - Hysys.OTS: Những quy trình hướng dẫn hoạt động giúp người vận hành nắm bắt công nghệ, mức độ an toàn hoạt động nhà máy, làm theo quy tắc hướng dẫn an toàn vận hành để tăng lợi nhuận - Hysys.RTO: Tối ưu hiệu nhà máy, chuyển đổi mơ hình sản xuất, sử dụng cơng nghệ có sẵn tăng lợi nhuận hoạt động cách cho phép thay đổi công nghệ sản phẩm - Economic: Những liệu thu từ mô công cụ để dựa vào mà có thơng tin xác thực nhằm định vấn đề đầu tư xây dựng cách có hiệu Qua ta thấy phần mềm Hysys ứng dụng nhiều lĩnh vực khác Trong phạm vi đề tài tác giả sử dụng Hysys.Plant Cấu trúc Hysys thể qua ba điểm quan trọng sau: - Unique Concepts (Những khái niệm nhất): mặc định cách mà người sử dụng xây dựng môi trường mô Hysys - Powerful Engineering Tools (Những công cụ thiết kế tối ưu): định cách Hysys thực phép tính tốn - Primary Interface Elements (Những yếu tố tương giao sở): dùng để giúp người sử dụng làm việc với Hysys 23 3.1.2 Các bước mô phần mềm Hysys v10 Để bắt đầu tiến hành thiết kế mô cho quy trình cơng nghệ, sau khởi động phần mềm ứng dụng Hysys ta thực bước sau: Bước - Lựa chọn cấu tử hệ: - Công đoạn chưng cất tách nước ethanol với nguyên liệu beerwell thành phần bao gồm ethanol, nước, CO2, 3-M-1-C4ol, inositol, bã rắn - Thêm cấu tử vào quy trình mơ phỏng: từ Menu Bar chọn tab Home, chọn Component Lists, nhấn Add Đối với mô cấu tử thêm bao gồm ethanol, H2O, CO2, 3-M-1-C4ol Hình 3.1 Cửa sổ lựa chọn cấu tử cho hệ Bước - Lựa chọn mơ hình nhiệt động: - Lựa chọn mơ hình nhiệt động thích hợp bước quan trọng q trình mơ phỏng, ảnh hưởng trực tiếp đến độ xác q trình tính tốn - Mỗi mơ hình cho phép tính tốn thơng số: + Hằng số cân pha K: thể phân bố cấu tử pha điều kiện cân + Enthalpy pha lỏng hơi: lượng cần thiết để chuyển hệ từ trạng thái nhiệt động sang trạng thái nhiệt động khác, nhằm vụ tính tốn xác q trình nén, giản nỡ lượng tự tối thiểu thiết bị phản ứng + Tỉ trọng pha lỏng pha hơi: để tính tốn q trình truyền nhiệt, trở lực xác định kích thước tháp chưng cất - Để lựa chọn mơ hình nhiệt động thích hợp, nên dựa vào yếu tố: + Thành phần hỗn hợp 24 + Phạm vi nhiệt độ áp suất + Tính sẵn có thơng số vận hành thiết bị Trong mơ này, hệ hydrocarbon có nước nên lựa chọn hệ nhiệt động NRTL NRTL tên viết tắt phương trình nhiệt động Non Random Two Liquid, đề xuất Renon Prausnitz năm 1968 phần mở rộng phương trình Wilsonban đầu[1] - Để thực thêm hệ nhiệt động cho mơ ta vào tab Home/Fluid Packages sau nhấn Add Hình 3.2 Cửa sổ chọn mơ hình nhiệt động Bước - Thiết lập hệ đơn vị sử dụng: Từ Menu Bar, chọn Home, sau lựa chọn Unit Sets 25 Hình 3.3 Cửa sổ thiết lập đơn vị sử dụng 3.2 Tiến hành mô 3.2.1 Cơ sở liệu a Nguyên liệu: Công đoạn chưng cất tách nước ethanol sử dụng nguồn nguyên liệu beerwell (3022) từ cơng đoạn lên men Dịng ngun liệu nhập nhiệt độ 76.7 0C áp suất 7.4 bara Lưu lượng thành phần dòng nguyên liệu cho bảng 3.1: Bảng 3.1 Lưu lượng thành phần nguyên liệu Dòng 3022 Lưu lượng (kg/h) Thành phần khối lượng H2 O 82921.2 0.8855 CO2 101.3 0.0011 Ethanol 10572.7 0.1129 3-M-1-C4ol 50.6 0.0005 Inositol 0.0 0.0000 Tổng 93645.9 1.0000 b Sản phẩm: Sản phẩm công đoạn chưng cất tách nước ethanol đạt 99% 26 c Tính tốn cân vật chất: Bảng 3.2 Cân vật chất chưng cất tách nước Dòng 3046 Nguyên liệu 7013 Nước ngưng từ hệ thống chân không 233 Beer well 93646.9 4091 Ethanol sản phẩm 10872 Dòng sản phẩm đáy tháp chưng cất C-4201 Tổng 13155 3022 4058 Sản phẩm H2O từ CO2 scrubber Lưu lượng (kg/h) 107034,9 22791 4059 Dòng sản phẩm đáy tháp 73181.2 chưng cất thô qua xử lý bã 4033 Dịng khí khơng ngưng đến hệ 176.9 thống chân khơng 9011 Dịng khí khơng ngưng từ bình 14 tách VS-4303 107035,1 d Sơ đồ cơng nghệ: Dịng ngun liệu (3022) nhiệt độ 76.7 0C 7.4 bara chia thành dịng có lưu lượng tương đương nhau, dòng 4002 vào từ đỉnh tháp chưng cất C-4102, dòng 4003 vào đỉnh tháp C-4101 Sản phẩm đáy tháp gộp lại dòng đưa qua khu vực xử lý bã, ethanol từ đỉnh tháp sau qua bình tách để tách khí khơng ngưng gia nhiệt lên đến 116 0C để vào tháp C-4201 Tháp C-4201 tháp chưng cất nhằm nâng cao nồng độ sản phẩm ethanol sử dụng nguyên liệu bao gồm dòng: dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4101 C-4102 (4038), dòng hồi lưu (4050, 4070, 3046) Dòng sản phẩm đỉnh với nồng độ ethanol lớn 90% wt tiếp tục qua công đoạn tách nước, sản phẩm đáy có nước bơm qua thùng chứa nước công nghệ Công đoạn tách nước ethanol sử dụng tháp hấp phụ nước Hơi ethanol (>90%wt) gia nhiệt lên đến 135 0C vào tháp hấp phụ VS-4301 Sau khỏi tháp hấp phụ, nồng độ ethanol sản phẩm nâng lên đến 99%wt, phần lớn dòng ethanol sản phẩm đưa thùng chứa sau qua tháp tách acid Các tháp hấp phụ sử dụng để thu hồi tồn lượng ethanol cịn sót lại sản phẩm 27 Sơ đồ công nghệ cụm chưng cất tách nước thể vẽ công nghệ phụ lục 1, phụ lục e Khai thác số liệu từ vẽ tài liệu liên quan: Để thực q trình mơ phỏng, cần số liệu lưu lượng, nhiệt độ, áp suất thành phần dòng nguyên liệu, hồi lưu, sản phẩm thơng số hoạt động thiết bị, số liệu lấy từ quy trình hoạt động thực tế nhà máy Sau thực mô phỏng, kết mô so sánh với số liệu thực tế để xác định tính xác mơ Các thông số khai thác thể phụ lục 3.2.2 Nhập thơng số cho dịng cơng nghệ thiết bị Q trình mơ chia thành hai công đoạn chưng cất tách nước, quan trọng cơng đoạn chưng cất với tháp chưng cất ethanol Nguyên liệu trình dịng beer-well (3022) từ cơng đoạn lên men Hình 3.4 Nhập thơng số cho dịng beerwell (3022) 3.2.2.1 Công đoạn chưng cất ethanol: Để tách nước bã, nâng nồng độ ethanol sản phẩm lên 90%wt nhà máy bioethanol Dung Quất sử dụng tháp chưng cất với điều kiện áp suất nhiệt độ vận hành tăng dần nhằm tận dụng lượng nhiệt sinh từ đỉnh tháp để gia nhiệt cho dòng hồi lưu đáy tháp hoạt động nhiệt độ thấp Dòng nguyên liệu beer well (3022) nhiệt độ 76.70C, áp suất 7.4 bara chia thành dòng 4002 4003 Dòng 4002 nguyên liệu cụm tháp C-4102 hoạt động áp suất chân không, dòng 4003 nguyên liệu cụm tháp C-4101 hoạt động áp suất khí 28 Sản phẩm ethanol 50%wt từ đỉnh tháp C-4102, C-4101 sau tách khí khơng ngưng ngun liệu cho tháp Rectifier Column C-4201 hoạt động áp suất cao * Đối với Cụm tháp C-4102: - Dòng beer well (4002) với lưu lượng 47765 kg/h vào từ đỉnh tháp chưng cất C-4102 76.7 0C, 7.4 bara, sản phẩm đỉnh tháp ethanol 50%wt Hình 3.5 Nhập thơng số cho dịng beerwell (4002) - Để xây dựng mơ hình tháp chưng cất cho tháp C-4102, ta chọn thiết bị chưng cất phần Models and Streams tab Flowsheet/Modify - Tháp C-4102 hoạt động áp suất chân không với áp suất đỉnh 0.21 bara áp suất đáy 0.34 bara, nhiệt độ đáy tháp 64 0C, số đĩa thực tế tháp 20 đĩa, nạp liệu đĩa số khơng có hồi lưu đỉnh tháp Trong vẽ PFD nhà máy bioethanol Dung Quất, reboiler (E-4102) tháp C-4102 tận dụng nguồn nhiệt sinh từ dòng đỉnh tháp C-4101 (4023), nhiên mô để đơn giản ta sử dụng dịng Energy stream cho reboiler (E-4102) 29 Hình 3.6 Thơng số hoạt động tháp chưng cất C-4102 - Tháp C-4102 hoạt động với tiêu chuẩn ràng buộc thành phần ethanol dòng sản phẩm đỉnh đạt 51%, hiệu suất đĩa: 100% Tải FULL (88 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phịng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 3.7 Thơng số ràng buộc cho tháp C-4102 - Dòng sản phẩm đỉnh tháp C-4102 hợp với dòng hồi lưu 4028, sau hạ nhiệt xuống 36.3 0C (dịng 4030) thiết bị trao đổi nhiệt E-4108 trước vào bình tách VS-4103 Bình tách hoạt động áp suất chân không 30 tạo hệ vacuum system để tách tồn khí khơng ngưng có dịng ethanol, dịng vào bình tách bao gồm dòng ethanol 50%wt (4030), dòng nước ngưng từ hệ thống chân khơng (7013), dịng nước ngưng 4032 Hình 3.8 Thơng số hoạt động cho thiết bị trao đổi nhiệt E-4108 Hình 3.9 Thơng số hoạt động bình tách VS-4103 31 Tải FULL (88 trang): bit.ly/2Ywib4t Dự phòng: fb.com/KhoTaiLieuAZ Hình 3.10 Thơng số hoạt động bơm PC-4103 - Dịng ethanol 50%wt lỏng từ đáy bình tách VS-4103 (4034) bơm PC4103 tăng áp lên 2.2 bara (4035) sản phẩm cụm tháp C-4102 * Đối với Cụm tháp C-4101: - Dòng beer well (4003) với lưu lượng 45880.9 kg/h gia nhiệt lên đến 87.8 C thiết bị trao đổi nhiệt E-4105 trước vào đỉnh tháp chưng cất C4101 Sản phẩm cụm tháp C-4101 dòng ethanol 50%wt - Tháp C-4101 hoạt động áp suất khí quyển, có 20 đĩa thực tế nạp liệu đĩa số Trong công nghệ nhà máy bioethanol Dung Quất, nhiệt độ vận hành tháp cao so với tháp C-4102 nên dòng đỉnh (4015) tận dụng để gia nhiệt cho dòng hồi lưu đáy tháp C-4102 Cũng tương tự vậy, reboiler E-4101 tháp C-4101 tận dụng nguồn nhiệt sinh từ đỉnh tháp C4201.Trong mô này, để đơn giản sử dụng dòng Energy stream cho reboiler tháp C-4101 32 Hình 3.11 Thơng số dịng beer well (4004) Hình 3.12 Thơng số hoạt động tháp C-4101 - Tháp C-4101 hoạt động áp suất khí quyển, có 20 đĩa thực tế nạp liệu đĩa số Trong công nghệ nhà máy bioethanol Dung Quất, nhiệt độ vận hành tháp cao so với tháp C-4102 nên dòng đỉnh (4015) tận d6895f1e ... chọn đề tài: "Mô công nghệ sản xuất Ethanol Nhà máy Bioethanol Dung Quất" Mục tiêu đối tượng nghiên cứu 2.1 Mục tiêu nghiên cứu: - Mô công nghệ sản xuất ethanol Nhà máy Bioethanol Dung Quất dựa số... sinh học, bioethanol tình hình sản xuất, tiêu thụ giới Việt Nam; nguyên liệu; công nghệ sản xuất Chương 2- Giới thiệu Nhà máy Bioethanol Dung Quất Giới thiệu nhà máy Bioethanol Dung Quất tổng... NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT 11 2.1 Tổng quan công nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất 11 2.2 Nguyên liệu sản xuất 12 2.3 Các phân xưởng công nghệ 12 2.3.1 Kho chứa, nhà