Quá trình lên men được thực hiện trong hệ thống gồm 6 bể, thực hiện quá trình lên men gián đoạn ở nhiệt độ 32-33oC. Bể chứa TK-3102 được sử dụng để nhân giống nấm men, nơi nấm men phát triển nhanh với việc bổ sung một lượng nhỏ khơng khí. Bể nhân giống nấm men được lắp đặt một bơm tuần hoàn PC-3102, thiết bị làm mát E-3102, và hệ thống cánh khuấy AG-3102 trên đỉnh bể.
Phương trình tổng quát của quá trình lên men bao gồm:
(C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2
Bản chất của quá trình lên men là quá trình sinh nhiệt, một lượng lớn nhiệt được tạo ra gây ức chế quá trình lên men, do vậy dịch lên men cần được làm mát bằng thiết bị trao đổi nhiệt bên ngoài bể.
SVTH: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
Sau q trình lên men, hỗn hợp sản phẩm được gọi là giấm chín được bơm vào bể chứa giấm chín TK-3108, sau đó được cấp liên tục cho phân xưởng chưng cất. Để tận dụng năng lượng, giấm chín được tiền gia nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt E-2301/E2302 bằng dòng dịch cháo sau khi nấu.
Carbon dioxide được sản xuất trong suốt quá trình lên men, được tập hợp và đưa đến tháp rửa CO2 C-3201.
2.3.4. Phân xưởng chưng cất
Mục đích của phân xưởng chưng cất là phân tách ethanol ra khỏi giấm chín (dịch sau lên men) và nâng nồng độ ethanol trong sản phẩm lên 95%tt.
Phân xưởng chưng cất được thiết kế theo tiêu chí sử dụng năng lượng tiết kiệm nhất. Các thiết bị chính của phân xưởng chưng cất bao gồm:
- 02 tháp cất thơ, mỗi tháp có 20 đĩa: 01 tháp C-4101 hoạt động ở áp suất thường (tháp thô 1), 01 tháp C-4102 hoạt động ở áp suất chân không (tháp thơ 2); - 01 tháp cất tinh C-4201 có 59 đĩa hoạt động ở áp suất dư (tháp
tinh). Điều kiện vận hành của phân xưởng chưng cất:
Thông số
Áp suất (bar) Nhiệt độ (oC) Số đĩa
SVTH: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
Hình 2.5. Sơ đồ cơng nghệ của phân xưởng chưng cất
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 thô, 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: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
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.
2.3.5. 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: NHÓM 5 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: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
2.4. Q trình phụ
2.4.1. Phân xưởng thu hồi và hóa lỏng CO2
- Mục đích : thu hồi khí CO2 trong q trình lên men phân xưởng chính .
- 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-Giải thích qui trình: -Giải thích qui trình:
+ Cơng đoạn rửa C02:
* 2 bồn rửa khí CO2 : bồn rửa đầu tiên dùng KMNO4 để rửa.
* Mục đích dùng KMNO4 để rửa: Khử Andehit, rượu, trong q trình lên men có một lượng hóa chất cuốn theo.
* Bồn rửa thứ 2 : rửa bằng nước sạch, để loại bỏ các bụi bẩn, chất hòa tan trong nước, dùng nước để giữ lại CO2 sạch đi qua q trình tiếp theo.
SVTH: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
* Ngun lí tháp rửa: dịng đối lưu, nước và thuốc tím đi từ trên xuống, CO2 đi từ dưới lên, trong tháp có những đĩa theo chu vi của tháp, đục lỗ nhỏ giúp tăng diện tích giữa CO2 , nước và hóa chất tăng hiệu quả rửa.
Sau khi rửa xong, CO2 được đưa qua 2 máy nén CO2 được néé́n đến áp suất 17 kg/cm2 bằng máy néé́n không dầu.
+ Công đoạn làm tinh khiết C02 :
* C02 được đưa qua làm sạch tinh khiết.
*2 tháp đầu tiên : Khử mùi bằng than hoạt tính dựa vào tính chất của CO2 khơng mùi, dùng than hoạt tính để khử mùi.
*Tiếp theo là 2 tháp hút ẩm : vật liệu hút ẩm là celicagel, vì CO2 khi rửa xong cịn một lượng ẩm cần làm khơ CO2.
+ Hóa lỏng CO2:
* CO2 làm lạnh dưới t0 âm = -25 0C, chuyển trạng thái từ khí sang lỏng.
* Mơi chất làm lạnh là NH3, có thiết bị nén NH3 để ….
SVTH: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
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.
Hình 1.1. Bộ phận hóa Lỏng CO2
Hình 1.2. Tháp rửa KMnO4 (trái)
SVTH: NHĨM 5
Hình 1.1. Tháp khử mùi (2 cái đầu từ trái qua) Tháp hút ẩm (2 cái sau)
2.4.2. 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 Case 1:
o Case 2:
SVTH: NHÓM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
- 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.
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.
2.4.3. 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 khống
- 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: NHĨM 5 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 hịa, 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 dịng 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 béé́o 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: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
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 bơng 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 q 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.
2.4.4. 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 q 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 cơng suất 75 m3/h.
SVTH: NHĨM 5 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
SVTH: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
Bảng 2.2. Thơng số các bồn chứa tại khu vực tồn trữ và biến tính ethanol 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: NHĨM 5 GVHD: PGS.TS.TRƯƠNG HỮU TRÌ TS.PHAN THANH SƠN
2.4.5. Lị hơi :
-Mục đích : tạo ra dịng năng lượng cho nhà máy hoạt động.
-Từ nguồn nhiên liệu là than đá đơt nhiên liệu, sinh ra khói lị cung cấp nhiệt cho nước Demin khi nó đi vào lị hơi tạo ra hơi bão hòa ( to,Pbh )
+ Hơi bão hịa được sử dụng trong các q trình cơng nghệ của nhà máy.
+ Nếu tiếp tục gia nhiệt hơi bão hịa khơ hơi quá nhiệt đùng để chạy tuabin tạo ra điện ( Công suất tuabin nhà máy khoảng 6,5 MW ) .
Hình ảnh. Lò hơi
21
2.4.6. Hệ thống cung cấp nước Demin ( nước cơng nghệ ) :
-Mục đích :
22
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
23
Hình 3.1. Hệ thống tháp chưng cất
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