Thiết kế hệ thống tháp hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng bằng vật liệu Zeolite

Các phương pháp pha cồn vào xăng

Cồn có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho vào động cơ ở nhiều dạng khác nhau, cụ thể là pha lẫn với xăng với tỷ lệ nào đó hoặc sử dụng 100% cồn. Qua việc thử nghiệm trên các loại động cơ với nhiên liệu có cồn người ta thấy rằng nếu tỉ lệ cồn không quá 10%tt thì không cần thay đổi kết cấu động cơ.

Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống

Mặt khác, do bản thân quá trình cháy trong động cơ là cháy cưỡng bức trong điều kiện thiếu oxy nên một số chất không cháy hồn tồn và sinh ra CO gây độc hại. - Ngồi nhược điểm trên, do ethanol chủ yếu được sản xuất từ nông nghiệp nên cần phải cân đối hợp lý giữa việc sử dụng lương thực để làm nguyên liệu sản xuất cồn và thực phẩm sinh hoạt.

Các phương pháp sản xuất cồn nhiên liệu

• Phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp 1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí

Khi cho một hỗn hợp các cấu tử có kích thước khác nhau đi qua chất hấp phụ thì cấu tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản chất hấp phụ sẽ được giữ lại còn cấu tử có kích thước lớn hơn sẽ đi ra ngồi và ta thu được dòng vật chất có nồng độ cao hơn. Trong công nghệ làm khan cồn bằng chất hấp phụ lại được thực hiện bằng rất nhiều cách: hấp phụ cồn dưới dạng hơi, cồn dạng lỏng, thực hiện hấp phụ bằng hai tháp hay ba tháp, tháp tầng cố định hoặc tầng sôi…Dưới đây là sơ đồ công nghệ của các phương pháp trên.

Vật liệu hấp phụ Zeolite

Xác định bề mặt riêng của zeolite

Mặt khác ta cũng phải hết sức cẩn thận để tránh trường hợp hấp phụ là hấp phụ hóa học hay hấp phụ đa lớp khi đó số mol chất hấp phụ đơn lớp trên một gam chất hấp phụ bị thay đổi dẫn tới xác định sai bề mặt riêng. Ngày nay người ta sử dụng phương trình BET để xác định bề mặt riêng như là một tiêu chuẩn vì độ chính xác cũng như cách thực hiện không phức quá phức tạp.

CƠ SỞ LÝ THUYẾT HẤP PHỤ

• Một số thực nghiệm về phương pháp hấp phụ sản xuất cồn bằng vật liệu zeolite

Vậy tốc độ hấp phụ sẽ phụ thuộc và diện tích bề mặt còn trống, áp suất hơi trên bề mặt, mức độ hoạt động của các trung tâm hấp phụ. Trong khi đó vận tốc giải hấp tỉ lệ với phần diện tích bị che phủ và mức độ hoạt động của quá trình nhả hấp , trong đó E’ là năng lượng hoạt hóa của quá trình nhả hấp. Các nhà khoa học Brunauer – Emmett- Teller đã tìm ra lý thuyết giải thích và mối quan hệ định lượng chúng dưới dạng phương trình đẳng nhiệt BET.

Lý thuyết BET cho rằng sự hấp phụ khí, hơi trên bề mặt chất rắn là hấp phụ vật lý, ở giai đoạn áp suất thấp thì tuân theo quy luật như của phương trình đẳng nhiệt hấp phụ của Langmuir, nếu tăng áp suất thì sẽ diễn ra quá trình hấp phụ đa lớp khi áp suất tiến tới bằng áp suất hơi bão hòa trên bề mặt rắn thì có thể xảy ra hiện tượng ngưng tụ trong các mao quản hấp phụ. Thực nghiệm “ Nghiên cứu khảo sát động học quá trình hấp phụ cồn bằng Zeolite 4A” (Luận văn tốt nghiệp K05 – Nguyễn Văn Phúc ĐH Bách Khoa tp HCM). Ảnh hưởng của nhiệt độ lên lượng nước bị hấp phụ ở áp suất 35 PSI Từ đồ thị trên ta có thể thấy ở nhiệt độ thấp thì quá trình hấp phụ thuận lợi hơn.

Từ đồ thị trên ta thấy rằng trong khoảng 0 đến 250 phút thì tốc độ giải hấp lớn hơn tốc độ hấp phụ do đó trong khoảng thời gian này ta có thể sử dụng để tính tốn cho quá trình hấp phụ và giải hấp.

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

QUÁ TRÌNH HẤP PHỤ

QUÁ TRÌNH GIẢI HẤP PHỤ

– Lượng nhiệt mà dòng nito cung cấp để đun nóng hệ đến nhiệt độ nhả hấp, kJ Qhp - Lượng nhiệt mà dòng nito cung cấp để giải hấp, có giá trị bằng nhiệt hấp, kJ phụ. – áp suất trong thiết bị khi nhả hấp, mmHg; khối lượng riêng cảu hơi nito tại nhiệt độ nhả, kg/m. Từ đây ta tính tốc độ tới hạn chuyển từ lớp hạt tĩnh sang trạng thái lơ lửng tầng sôi.

Giai đoạn này ta xả áp trong thiết bị hấp phụ đến áp suất khí quyển sau đó chuyển tháp sang giai đoạn nhả hấp, giai đoạn này diễn ra trong 10 phút. Trong khoảng thời gian một tháp hấp phụ thì tháp còn lại sẽ làm nhiệm vụ nhả hấp phụ.

TÍNH TỐN CƠ KHÍ

TÍNH TỐN THIẾT BỊ PHỤ

• Tính tốn nồi đun
• Tính tốn thiết bị ngưng tụ sản phẩm

– lân lượt là nhiệt dung riêng của cồn lỏng, và hỗn hợp hơi cồn nhập liệu, kJ/kg.độ; T1, T2 – lần lượt là chênh lệch nhiệt độ của hỗn hợp lỏng nhập liệu – nhiệt độ sôi và nhiệt độ sôi – nhiệt độ quá nhiệt của hơi đi vào máy nén,. Giá trị q không thay đổi nhiều (không quá 5%) do đó nhiệt độ tw1 ban đầu ta giả sử được chấp nhận. Chuẩn số Pr của nước tại nhiệt độ trung bình của vách Prt = 2,55 Hệ số cấp nhiệt phía nước giải nhiệt.

Với quy trình công nghệ tính tốn ở trên sử dụng chất hấp phụ zeolite 4A ngồi ra còn có thể sử dụng chất hấp phụ zeolite 3A hiện chưa có tài liệu nào chứng minh 4A, hay 3A có khả năng hấp phụ chọn lọc hơi nước trong cồn tốt hơn. Cồn tinh luyện không chỉ dùng để pha xăng mà rất nhiều lĩnh vực hiện nay có nhu cầu về loại cồn này do đó cùng với điều kiện là một nước nông nghiệp nước ta có nhiều thuận lợi để phát triển ngành công nghiệp này. Trong quá trình tính tốn tác giả chưa đề cập đến tính kinh tế của đề tài do nhiều lý do hạn chế về khả năng và thời gian thực hiện nên chưa đưa việc tính tốn mang tính học thuật gắn với thực tế được.

Việc xây dựng đường cân bằng cho zeolite 4A để thực hiện quá trình tính tốn chưa có nên trong quá trình thực hiện còn có một số quá trình tính chưa được chính xác.