Trong phần này, chi tiết cụ thể và nguyên vật liệu xây dựng, thiết bị các quá trình được xác định dựa trên các nguyên tắc nêu trong các tài liệu chuyên ngành [9,10,12,13,14]
III.1. Bơm
Bơm ly tâm là một trong những loại bơm được dùng phổ biến nhất trong các nhà máy hóa học. Nó có thể được sử dụng với cột áp từ 15.24 đến 975.4m và có độ nhớt động học thấp hơn 100 cSt . Được dùng bơm dòng H2O, Methanol..
Do đó, kiểu bơm này được sử dụng trong các quy trình .Hiệu suất bơm được tính toán ở mức 75%.
Với dòng Feed và dòng sản phẩm axit béo, metyleste sử dụng bơm cánh trượt hoặc bơm răng khía.
Hình 3.1. Bơm cách trượt, bơm răng khía
Loại này làm việc theo nguyên tắc đẩy chất lỏng nhờ các bộ phận như cánh trượt, cánh răng khía, v.v… chủ yếu dùng để bơm dầu và chất lỏng ở áp suất cao và các hệ thống tuần hoàn dầu bôi trơn của máy, các bộ phận truyền động và dẫn động thủy lực.
Bơm cánh trượt thường có năng suất từ 2,5 đến 60 l/s, áp suất từ 100 đến 200 m cột nước, số vòng quay n = 500 đến 1500 vòng phút, hiệu suất bơm đạt từ 0,7 đến 0,95.
Bơm răng khía có năng suất nhỏ, thường vào khoảng từ 0,3 đến 2 l/s, áp suất từ 100 đến 200 m cột nước.
III.2. Thiết bị trao đổi nhiệt.
Có rất nhiều loại thiết bị trao đổi nhiệt dùng trong hệ thống gia nhiệt và làm lạnh. Người ta thường quan tâm trước hết tới thiết bị trao đổi nhiệt kiểu vỏ - ống, do tỷ lệ diện tích và thể tích của nó rất lớn. Tùy thuộc vào thiết kế, thiết bị trao đổi nhiệt kiểu này được chia ra thành các kiểu: đầu di động, đầu cố định, ống hình chữ U, bộ hóa hơi nước. Các bộ trao đổi nhiệt đầu cố định và đầu di động , ống chùm được sử dụng làm bộ trao đổi nhiệt cơ bản, khi mà
diện tích truyền nhiệt yêu cầu lớn hơn 2m2. Các bộ trao đổi nhiệt với diện tích truyền nhỏ hơn 2m2 là các bộ trao đổi nhiệt dạng ống kép.
Hình 3.2. Thiết bị trao đổi nhiệt
III.3. Thiết bị phản ứng thủy phân
Tính chiều cao thiết bị: Ta có: H =h +hd +ht +hgi
+ h: Là quãng đường hỗn hợp đi qua trong thời gian lưu của phản ứng + hd: Là khoảng không gian đáy tháp.
+ ht: Là khoảng không gian đỉnh tháp. + hgi: Là khoảng không gian giữa tháp.
Chiều cao của vùng phản ứng chính là quãng đường mà hỗn hợp phản ứng đi qua trong thời gian phản ứng(6h)
Chọn ωo = 2 m/s 8
( )
. 1 4 . 2 . m h h o = = ⇒ =ω τ Chọn hd =ht =hgi =0,5( )
m. ⇒H =8+0,5+0,5+0,5=9,5( )
m.III.4. Thiết bị tách pha ly tâm
Có rất nhiều thiết bị lắng được sử dụng trong công nghiệp để phân riêng hệ lỏng không đồng nhất ra khỏi nhau. Thường phương pháp hay được sử dụng nhất là lắng dưới tác dụng của lực trọng trường và lực ly tâm. Thiết bị lắng trọng lực cũng được dùng tương đối phổ biến, giá thành thấp. Song thời gian lắng dài, năng suất không cao, tốn diện tích.
Ở quá trình này ta sử dụng thiết bị ly tâm cao tốc, có hai loại: máy ly tâm cao tốc loại đĩa và máy ly tâm cao tốc loại ống.
Hình 3.3 máy ly tâm cao tốc loại đĩa
Máy ly tâm loại này có ưu điểm: mức độ phân riêng cao, thể tích thùng lớn; nhưng nhược điểm : cấu tạo phức tạp, gia công khó khi cần chế tạo bằng vật liệu chống ăn mòn.
Máy ly tâm cao tốc loại ống có ưu điểm: độ phân riêng rất cao, lực ly tâm của máy gấp 8 đến 34 lần máy ly tâm thường, làm việc chắc chắn, cấu tạo gọn gàng; nhưng nhược điểm của loại này: làm việc gián đoạn, dung tich nhỏ, tháo bã bằng tay.
III.5. Thiết bị phản ứng este hóa PFR
Thiết bị phản ứng kiểu đẩy PFR, hay còn gọi là thiết bị phản ứng kiểu ống là loại thiết bị hoạt động liên tục rất phổ biến trong công nghiệp. Thiết bị phản ứng kiểu đẩy có không gian phản ứng là ống trụ với chiều dài rất lớn so với đường kính. Nguyên liệu và vật liệu phụ trợ luôn luôn đi vào thiết bị phản ứng từ một đầu ống, còn đầu kia liên tục tháo khối phản ứng ra khỏi thiết bị. Vật liệu được sử dụng để chế tạo là thép không gỉ, đây là loại thiết bị rất thích hợp trong các nhà máy công nghiệp.
Với tốc độ dòng chảy lớn, tức là có giá trị Reynolds cao, trong một thiết bị phản ứng hình ống dài như thiết bị PFR nói chung là hợp lý, bởi vì dòng chảy xoáy có thể tính gần đúng với dòng chảy đẳng nhiệt và không có khối lượng trục đáng kể.
KẾT LUẬN
Với nội dung đồ án : “Thiết kế phân xưởng chuyển hóa sinh khối vi tảo
thành nhiên liệu biodiesel năng suất 50000 tấn/năm”. Vận dụng kiến thức đã
được học và sự hướng dẫn tận tình của thầy Ths.Nguyễn Tiến Thành, em đã
hoàn thành đồ án.
Đây là một đồ án thiết thực và có ý nghĩa trong việc tìm hiểu về biodiesel và khả năng ứng dụng của nó trong thức tế công nghiệp. Vấn đề về biodiesel đang được quan tâm trong thời gian gần đây.
Trong đồ án này, em đã làm được những việc sau : - Phần I : Tổng quan chung về lý thuyết.
Nêu tính chất, đặc tính của dầu vi tảo.
Giới thiệu các phương pháp tổng hợp biodiesel, đánh giá chất lượng biodiesel so với diesel khoáng
Chọn công nghệ phù hợp cho quá trình. - Phần II : Tính toán công nghệ. Tính toán cân bằng vật chất.
- Phần III : Tính toán và lựa chọn thiết bị.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] GS. TS. Đinh Thị Ngọ. Hóa học dầu mỏ. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 2006.
[2] GS. TS. Đinh Thị Ngọ, TS. Nguyễn Khánh Diệu Hồng. Nhiên liệu sạch & các quá trình xử lý trong hóa dầu. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 2008. [3] Kiều Đình Kiểm. Các sản phẩm dầu mỏ và hóa dầu. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật. 2006.
[4] Nguyễn Hữu Trịnh, Nghiên cứu chế tạo xúc tác dị thể cho quá trình tổng hợp biodiesel từ dầu ăn đã qua sử dụng và mỡ cá basa, Chương trình cấp nhà nước 2008-2010.
[5] Nguyễn Trung Sơn, Nguyễn Khánh Diệu Hồng, Đinh Thị Ngọ, Nghiên cứu chế tạo xúc tác dị thể trên cơ sở Na2SiO3/MgO cho phản ứng tổng hợp biodiesel từ dầu hạt cao su, Tạp chí Hóa học, 47(2A), 184-188 (2009).
[6] Tập thể tác giả. Sổ tay Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2004.
[7] Tập thể tác giả. Sổ tay Qúa trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập 1, Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2004.
[8] PGS. Ngô Bình, PTS. Phùng Ngọc Thạch, Nguyễn Mạnh Hậu, Phan Đình Tính. Cơ sở xây dựng nhà công nghiệp. Trường ĐHBK Hà Nội, 1997.
[9] PGS. TS. Mai Xuân Kỳ. Thiết bị phản ứng trong công nghệ hóa học tập 1. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[10] PGS. TS. Mai Xuân Kỳ. Thiết bị phản ứng trong công nghệ hóa học tập 2. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2006.
[11] GS. TSKH. Nguyễn Bin. Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 1. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004. [12] GS. TSKH. Nguyễn Bin. Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 2. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2004.
[13] GS. TSKH. Nguyễn Bin. Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm tập 4. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2008.
[14] Knothe, van Gerpen and Krahl. The Biodiesel Handbook.
[15] Bacovsky, Dina. Körbitz, Werner. Mittelbach, Martin. Wörgetter,
Manfred. Biodiesel production: technologies and european providers, Procces Developers Catalogue-2007-07-06.
[16] Bentley, R.W., 2002. Global oil & gas depletion: an overview. Energy Policy, 30(3), 189-205.
[17] Demirbas, A, Relationships derived from physical properties of vegetable oil and biodiesel fuels, Fuel, 87, 1743–1748 (2008).
[18] El-Mashad. H. M, Zhang. R, Avena-Bustillos. Z, A two-step process for biodiesel production from salmon oil, Biosystems Engineering, 99(2), 220- 227 (2008).
[19] Glisic, S., Lukic, I. and Skala, D., 2009. Biodiesel synthesis at high pressure and temperature: Analysis of energy consumption on industrial scale. Bioresource Technology, 100(24), 6347-6354.
[20] Saka, S. and Kusdiana, D., 2001. Biodiesel fuel from rapeseed oil as prepared in supercritical methanol. Fuel, 80(2), 225-231.
[21] West, A.H., Posarac, D. and Ellis, N., 2008. Assessment of four biodiesel production processes using HYSYS. Plant. Bioresource Technology, 99(14), 6587-6601.
[22] Zhang, Y., Dubè, M.A., McLean, D.D. and Kates, M., 2003. Biodiesel production from waste cooking oil: 1. Process design and technological assessment. Bioresource Technology, 89(1), 1-16.
[23] Zhang, Y., Dubè, M.A., McLean, D.D. and Kates, M., 2003. Biodiesel production from waste cooking oil: 2. Economic assessment and sensitivity analysis. Bioresource Technology, 90(3), 229-240.
[24] Russell L. Holliday,* Jerry W. King, and Gary R. List.Hydrolysis
of Vegetable Oils in Sub- and Supercritical Water
[25] Gregorio C. Gervajio. Fatty Acids and Derivatives from Coconut Oil [26] G. Haraldsson Separation of saturated/unsaturated fatty acids
