Giấm chín trước khi vào tháp thơ được gia nhiệt sơ bộ ở chuổi thiết bị thu hồi
nhiệt. Nhiệt độ giấm chín đi vào tháp thơ 1 đạt khoảng 88oC và nhiệt độ giấm chín
đi vào tháp thơ 2 đạt khoảng 75oC.
Trong tháp cất thơ, cồn được tách ra khỏi giấm chín qua các khay của tháp, được thiết kế chống cáu cặn có trong dịch bia bám trên bề mặt. Sản phẩm đáy của các tháp thô là dịch hèm được thu gom về Stillage Tank để chuẩn bị cho quá trình lắng gạn và sản suất DDFS.
Hỗn hợp ethanol - nước thốt từ đỉnh các tháp thơ được ngưng tụ và đưa vào phần giữa tháp tinh. Sản phẩm đáy của tháp tinh chủ yếu là nước được đưa về thùng hòa bột. Hơi ethanol thoát ra ở đỉnh tháp cất tinh có nồng độ khoảng 95% tt (ethanol bán luyện) được ngưng tụ và cấp vào hệ thống tách nước bằng rây phân tử.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
Năng lượng cung cấp cho các tháp được cung cấp bởi các bộ gia nhiệt lắp ở đáy tháp. Tác nhân gia nhiệt của tháp cất thô 2 là hơi bốc từ đỉnh tháp cất thô 1. Tác nhân gia nhiệt của tháp cất thô 1 là hơi bốc từ đỉnh tháp tinh. Tác nhân gia nhiệt cho tháp cất tinh là hơi bão hòa từ phân xưởng lò hơi-phát điện.
2.2.5. Làm khan cồn và tách acid
Công đoạn cuối cùng để sản xuất ethanol nhiên liệu là tách nước ra khỏi ethanol bán luyện bằng quy trình lọc rây phân tử. Hệ thống rây phân tử làm việc theo nguyên tắc hấp phụ trong các pha hơi. Động lực cho quá trình hấp phụ và giải hấp phụ là sự chênh lệch áp suất.
Một số điều kiện vận hành của phân xưởng làm khan:
- Thời gian: 5 phút/chu kỳ
- Hấp phụ: 135 oC/ 3,1 bar
- Tái sinh: 122 oC/ 0,14 bar
- Tách acid: 57,2 oC/ 0,41 bar
Hệ thống gồm 02 tháp rây phân tử chứa các vật liệu Zeolites loại 3A (có khả năng hấp phụ các phân tử nước cao), làm việc theo chu kỳ (tách nước và tái sinh), được vận hành luân phiên, một tháp đang trong giai đoạn tách nước, tháp kia trong giai đoạn để tái sinh. Thời gian tách nước và tái sinh tương ứng với nhau để đảm bảo việc tách nước được thực hiện liên tục.
Trước khi cấp vào tháp rây phân tử, ethanol bán luyện được gia nhiệt đến nhiệt độ q nhiệt để hóa hơi hồn tồn, tác nhân gia nhiệt là hơi bão hịa. Sau đó, hơi ethanol được đưa từ đỉnh tháp xuống đáy tháp. Khi đi qua lớp vật liệu Zeolites 3A, nước sẽ bị giữ lại, cịn hơi ethanol sẽ thốt ra ở đáy tháp.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
Hình 2.6. Sơ đồ cơng nghệ của phân xưởng làm khan cồn
Ethanol sau khi được tách nước đi ra từ đáy rây phân tử được tách ra làm hai dòng:
- Dòng thứ nhất được ngưng tụ rồi đi vào cột tách acid để tách CO2 và acid
carbonic còn lẫn nên làm cho sản phẩm ở giai đoạn này có tính acid. Cột tách acid hoạt động ở áp suất chân khơng.
- Dịng ethanol đã được tách nước thứ hai được đưa vào tháp rây phân tử trong
giai đoạn tái sinh để giải hấp phụ cho tháp này. Tháp tái sinh làm việc ở áp suất thấp hơn so với tháp tách nước. Ethanol có lẫn nước được tách ra từ quy trình tái sinh được ngưng tụ và sẽ được đưa trở lại tháp cất tinh.
Sản phẩm sau q trình làm khan nếu khơng đạt chất lượng cũng được đưa trở về tháp tinh để chưng cất lại.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
2.3. Quá trình phụ
2.3.1. Phân xưởng thu hồi và sản xuất CO2
Tổng lượng CO2 sinh ra từ các phân xưởng của nhà máy là 11,512 kg/h. Trong
đó chỉ có 2,551 kg/h được thu hồi tạo để tạo ra CO2 thành phẩm ở dạng lỏng, còn lại
thốt ra mơi trường.
Sơ đồ công nghệ phân xưởng thu hồi CO2 đượ thể hiện trong Hình 2.7
Hình 2.7. Sơ đồ cơng nghệ phân xưởng thu hồi CO2
Đầu tiên, CO2 được dẫn lần lượt qua cột rửa bằng KMnO4, cột rửa bằng nước
lạnh. Các dịch rửa được bơm tuần hồn và được phun vào cột. Mục đích của việc
rửa là để loại bỏ bụi và các phần tử dễ tan trong nước có trong dịng CO2 thơ. CO2
sau khi rửa được đưa qua các bình điều hịa để ổn định áp suất cho các bình lên men. Tại đây có các valve xả trong trường hợp áp suất vượt ngưỡng cho phép và bộ
phận cảm biến phát tín hiệu tắt máy nén trong trường hợp áp suất CO2 trong bình
lên men giảm thấp.
CO2 được nén đến áp suất 17 kg/cm2 bằng máy nén khơng dầu. Khí sau khi
nén được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm làm mát bằng nước, ở đó
nhiệt độ của khí CO2 được giảm xuống tới nhiệt độ của mơi trường.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
CO2 được đưa tiếp tới một bộ lọc than hoạt tính kiểu bộ đơi, ở đây các hydrocarbon và các chất dễ cháy được tách ra, sau đó được đưa tới thiết bị tách nước. Thiết bị tách nước hoạt động theo nguyên lý hấp phụ rây phân tử kiểu tháp
đôi (1 tháp hấp phụ và 1 tháp tái sinh). Hơi nước có trong khí CO2 được hấp thụ và
khí ra khỏi thiết bị đã khơ (khơng lẫn hơi nước).
Khí CO2 khơ được đưa tới thiết bị làm lạnh, ở đó nhiệt độ được giảm tiếp tới - 27oC. Ở nhiệt độ này, q trình hố lỏng khí CO2 sẽ diễn ra. CO2 lỏng tiếp tục được tinh lọc thêm trong tháp tẩy để thu được CO2 lỏng 99.95 %. Cuối cùng CO2 lỏng được đưa vào bồn chứa. CO2 thành phẩm được vận chuyển đến nơi tiêu thụ bằng xe bồn.
2.3.2. Phân xưởng lắng, sấy và tồn chứa DDFS
Dịch hèm thải từ tháp cất thô được thu gom ở thùng chứa và được bơm vào hệ thống lắng gạn cao tốc để tách nước và các tạp chất lơ lửng, khơng hịa tan cịn sót lại. Hệ thống lắng gạn bao gồm 03 decanter được thiết kế với một số thông số như sau:
- Dịch hèm (Whole stillage): - Dịch hèm loãng (Thinslop):
- Bã ẩm (Wet cake):
- Hiệu suất tách chất rắn lơ lửng:
- Thành phần rắn trong bã ẩm:
o o
- Độ ẩm của bã ẩm:
Qua hệ thống decanter, dịch hèm phân làm 2 phần: phần bã ẩm được đưa sang thiết bị sấy để làm chất độn thức ăn gia súc và phần dịch hèm loãng.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
Bã ẩm được sấy trong thiết bị thùng quay cấp hơi gián tiếp. Sau khi sấy, bã đạt độ ẩm khoảng 10% -14% được gọi là DDFS (Distillery Dried Fiber Soluble) dùng làm chất độn trong thức ăn gia súc. Sản phẩm được chứa trong 03 silo trong khi chờ xuất đi bằng xe tải. Nước bốc hơi từ quá trình sấy được ngưng tụ, thu hồi để tái sử dụng.
Phần dịch hèm loãng được chia làm 2: một phần được hồi lưu lại dây chuyền sản xuất, một phần đưa sang công đoạn xử lý nước thải để đạt tiêu chuẩn xả thải ra môi trường.
2.3.3. Phân xưởng xử lý nước thải
Nước tải từ các công đoạn sản xuất được tập trung vào khu xử lý nước thải để xử lý trước khi thải ra môi trường. Các nguồn nước thải trong nhà máy bao gồm:
- Dịch hèm từ decanter (Nước thải từ nhà máy chính)
- Nước thải từ trạm khử khoáng
- Nước thải sinh hoạt từ các bể tự hoại.
- Nước xả đáy tháp giải nhiệt
- Nước mưa chảy tràn qua các khu vực nhiễm bẩn
- Nước rửa sàn và nước thải PTN của nhà máy chính
- Nước thải của phân xưởng thu hồi CO2
Quy trình xử lý nước thải được thể hiện trong Hình 3.2 theo sau:
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
Hình 2.8. Quy trình xử lý nước thải
Dịch hèm thải được làm nguội bằng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm nhằm hạ
nhiệt độ xuống 36 – 40oC và được điều hòa ở hồ điều hòa. Tại hồ điều hòa, dịch thải
được khấy trộn và sục khí liên tục để làm giảm một phần nồng độ COD, BOD và tránh hiện tượng lên men yếm khí xảy ra tại hồ điều hịa.
Sau đó, dịch hèm thải tại hồ điều hịa được bơm lên các bồn xử lý kỵ khí thu hồi Biogas, khi dịch hèm đi qua lớp bùn kỵ khí, các chất hữu cơ trong dòng dịch sẽ bị phân hủy nhờ enzyme được tiết ra từ chính tế bào vi sinh vật trong bồn xử lý. Kết quả của quá trình phân hủy này tạo ra các axít béo dễ bay hơi, nước và khí methane và các khí khác. Các phần tử cặn lơ lửng được tách ra trong các bể tuyển nổi. Khí methane (khí biogas) bay lên được thu hồi một phần để làm nhiên liệu cho lò hơi, còn lại được dẫn đến Flare để đốt. Nước thải sau xử lý kỵ khí sẽ được chuyển sang cơng đoạn xử lý hiếu khí.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
Bể xử lý hiếu khí được sục khí liên tục giúp vi sinh vật thực hiện quá trình
phân hủy các chất hữu cơ chuyển hóa chúng thành CO2, nước, các sản phẩm vô cơ
khác và các tế bào sinh vật mới. Tế bào vi sinh vật kết lại tạo thành bông bùn hoạt tính. Bơng bùn được chuyển sang bể lắng và bùn hoạt tính sẽ lắng xuống đáy bể lắng, nước trong đi vào hồ xử lý hiếu khí kế tiếp. Bùn hoạt tính được bơm tuần hồn lại hồ xử lý hiếu khí để giữ ổn định mật độ vi khuẩn tạo điều kiện phân hủy nhanh các chất hữu cơ.
Sau khi đi qua hệ thống hồ xử lý sinh học hiếu khí, nước thải đi vào hồ tự nhiên để thực hiện quá trình oxy hóa và ổn định các chất hữu cơ trong nước. Nước thải sau khi ổn định đạt loại B theo TCVN 5945:2005 được thải ra hệ thống thu gom nước thải chung của khu công nghiệp Dung Quất.
Cặn lắng, bọt nổi và bùn thu hồi từ bể lắng được dẫn về bể gom bùn. Bùn lẫn nước được tách bằng hệ thống ly tâm cao tốc, bùn được tách ra dưới dạng bánh bùn và được đưa đi làm phân vi sinh. Nước tách ra từ hệ thống ly tâm được tuần hồn trở lại bể điều hịa.
2.3.4. Tồn trữ, làm biến tính sản phẩm và xuất sản phẩm
Ethanol thu được sau quá trình làm khan được đưa qua Check Tank để tiến hành kiểm định các chỉ tiêu hóa lý. Nếu sản phẩm đạt các chỉ tiêu yêu cầu sẽ được chuyển qua bể chứa sản phẩm cuối (Commercial Bioethanol Storage Tank). Chất biến tính (xăng A92) được chứa riêng biệt trong Denaturant Storage Tank. Việc phối trộn với các chất biến tính được tiến hành tại Static Mixer được lắp trên đường ống dẫn từ Check Tank đến Commercial Bioethanol Storage Tank. Sơ đồ của quá trình pha trộn chất biến tính vào ethanol được thể hiện trong Hình 3.3 theo sau.
Nếu sản phẩm khơng đạt các chỉ tiêu yêu cầu sẽ được trữ trong Off-Spec Tank và sau đó được đưa lại cột chưng cất tinh để tiến hành chưng cất lại.
Sản phẩm ethanol biến tính được xuất sang các xe bồn qua 02 trạm bơm với
công suất 75 m3/h.
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
Hình 2.9. Sơ đồ cơng nghệ q trình pha trộn chất biến tính vào ethanol
Bảng 2.2. Thơng số các bồn chứa tại khu vực tồn trữ và biến tính ethanol
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
TS.PHAN THANH SƠN
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT cccc Tên bồn 1 1 Bio-Ethanol Check Tanks 2 2 Off-spec Bio-Ethanol Tank 3 3 Denaturant Tank 4 Commercial Bio-
4 Ethanol Storage Tanks
4 Bio-Ethanol
5 Tanker Loading Arms
SVTH: NGUYỄN QUỐC PHONG GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
CHƯƠNG 3: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦATHIẾT BỊ THIẾT BỊ
3.1. Thiết bị tĩnh
3.1.1. Tháp thơ và tháp tinh
Hình 3.1. Hệ thống tháp chưng cất
21
Mục đích: Chưng cất dịch beer để tách etanol và nâng nồng độ cồn lên 95% v/v Nguyên lý hoạt động: Hệ thống gồm 2 tháp thơ có kích thước giống nhau có 20 đĩa và một tháp tinh có 59 đĩa, được lắp thêm các thiết bị gia nhiệt ở đáy tháp. Tác nhân gia nhiệt của tháp thô 1 lấy hơi từ tháp tinh, tác nhân gia nhiệt của tháp thô 2 lấy hơi từ tháp thơ 1 cịn tác nhân gia nhiệt của tháp tinh được lấy hơi từ phân xưởng lò hơi.
3.1.2. Thiết bị tách nước
Mục đích: loại bỏ nước ra khỏi hỗn hợp các cấu tử và nâng nồng độ etanol lên 99,8%v/v theo đúng yêu cầu thiết kế.
Nguyên lý: gồm 2 tháp chứa Zeolit 3A hoạt động theo chu kỳ với 1 tháp hấp thụ, một tháp tái sinh.
3.1.3. Thiết bị trao đổi nhiệt
22
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
Mục đích
Dạng ống lồng ống chủ yếu để làm nguội hay làm tăng nhẹ nhiệt độ dòng dịch.
Dạng tấm chủ yếu để làm tăng nhiệt độ của dòng dịch lên cao.
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Dạng ống ống lồng ống: Gồm 2 ống lồng vào nhau, hai dòng lưu chất chạy song song ngược chiều nhau, dịng nóng (hơi nước hay nước lạnh) đi bên trong ống trong và dòng nguội (dịch men) đi bên trong ống ngồi, khi đó q trình trao đổi nhiệt xảy ra.
Dạng tấm được thiết kế bằng cách ghép nhiều tấm kim loại ép chặt với nhau nhờ hai nắp kim loại có độ bền cao. Các tấm được dập gợn sóng làm rối dòng chuyển động của lưu chất và tăng hệ số truyền nhiệt đồng thời làm tăng độ bền của nó. Hai dòng lưu chất chảy xen kẻ song song ngược chiều nhau.
Ưu điểm và nhược điểm
Dạng ống lồng ống: hiệu quả trao đổi nhiệt khá lớn, thiết kế nhỏ gọn, tuy nhiên chế tạo khá khó khăn và suất lượng thấp.
Dạng tấm: diện tích trao đổi nhiệt lớn, hiệu quả trao đổi nhiệt cao và suất lượng lớn, dễ dàng tháo lắp để vệ sinh, tuy nhiên nó chế tạo khó khăn và có khả năng rị rỉ cao, dễ tắt ngẵn.
23
Hình 3.2. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng
tấm 3.1.4. Thiết bị Hydrocyclone
Hình 3.3. Hệ thống hydrocyclone
Mục đích: tách cát trong dịch bột, tăng tuổi thọ của thiết bị sau công đoạn tách cát.
24
BÁO CÁO THỰC TẬP NHÀ MÁY CỒN BIOETHANOL – DUNG QUẤT
Nguyên lý: Dựa trên nguyên lý tách trọng lực, dịch bột được chuyển vào hydrocyclone theo phương tiếp tuyến, dưới tác dụng của lực ly tâm, các hạt có trọng lượng bé hơn (dich bột sắn) sẽ nổi lên bề mặt và dịch chuyển theo phương thẳng đứng lên trên. Trong khi đó, những thành phần có tỉ trọng lớn hơn sẽ dịch chuyển xuống đáy của hydrocyclone và ra ngoài. Theo đó, cát có tỉ trọng và khối lượng lớn hơn sẽ được tách ra khỏi dịch bột.
3.1.5. Hệ thống bồn bể
Bồn, bể được sử dụng để lưu chứa các sản phẩm trung gian trong quá trình sản xuất và lưu chứa sản phẩm trước khi xuất bán.
Bồn bể thường được lắp đặt các thiết bị vận hành và theo đõi giám sát như :cánh khuấy, các thiết bị đo nhiệt độ, áp suất, mực chất lỏng.
Hình 3.4. Bồn chứa trung gian