A) Sodalite B) Zeolite loạ iA C) Zeolite loại X,Y
2.3.4.2 Quá trình tách nước
Dòng khí nóng ẩm ethanol đưa vào một trong hai tháp hấp phụ sử dụng công nghệ Pressure Swing Adsorption (PSA) để tách nước của ethanol. Quá trình tách nước qua các giai đoạn sau :
Quá trình tăng áp trong cột hấp phụ. Quá trình hấp phụ tại áp suất cao. Giảm áp bằng bơm chân không.
Giải hấp bằng một dòng sản phẩm sạch ở áp suất thấp.
Hình 2.9 – Sơ đồ mô phỏng công nghệ tách nước bằng rây phân tử
Tăng áp
Ban đầu ở cột thứ nhất hoạt động ở 101.3 kPa. Khi quá trình bắt đầu, van 1 và van 7 mở ra cho dòng khí ethanol ẩm đi vào đỉnh của cột đầu tiên, ở đây cột hoạt động ở áp suất cao. Trong giai đoạn này, quá trình hấp phụ nước trên rây phân tử đã bắt đầu, tuy nhiên phần lớn giai đoạn hấp phụ xảy ra ở giai đoạn tiếp theo.
Quá trình hấp phụ
Van 5 và 6 mở để giai đoạn giải hấp bắt đầu ở cột thứ hai. Lúc đó van 1, 4, 7, 5 và 6 mở để dòng khí có thể di chuyển liên tục trong cả hai thiết bị. Ở cột thứ nhất quá trình khử nước tiếp tục diễn ra và kết quả là thu được khí ethanol khan ra ở đáy thiết bị một.
Dòng sản phẩm ethanol khan ra từ đáy thiết bị hấp phụ được chia làm hai dòng : 60% dòng sản phẩm ra và 40% dòng được đưa vào thiết bị thứ hai làm dòng khử hấp phụ. Hệ thống tách dòng được điều khiển bởi van 6 và 7, nó có thể mở một phần để cho phép hay hạn chế lượng sản phẩm vào thiết bị thứ hai.
Nồng độ của nước trong sản phẩm cần xấp xỉ bằng không do yêu cầu loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol ẩm. Điều đó có nghĩa là tách hoàn toàn nước ra khỏi ethanol, nhưng trong thực tế việc tách này rất khó xảy ra vì đến một lúc nào đó quá trình hấp phụ sẽ giảm do rây phân tử đã bị bão hòa hơi nước, vì vậy trong sản phẩm luôn chứa một lượng nước rất nhỏ.
Giai đoạn tháo khí
Giai đoạn này cần tháo dòng khí của cột thứ nhất ra để giảm áp suất chuẩn bị cho giai đoạn khử hấp phụ tiếp theo. Giai đoạn này các van 2, 3, 8 mở; van 1, 4,
của nó là để làm giảm áp suất của cột xuống dưới áp suất khí quyển để chuẩn bị cho giai đoạn khử hấp phụ xảy ra.
Giai đoạn khử hấp phụ
Khử hấp phụ là giai đoạn cuối cùng trong chu kỳ PSA và loại bỏ hết nước bị hấp phụ trong rây phân tử ở giai đoạn trước, để có thể tái sử dụng lại rây phân tử trong quá trình tiếp theo. Bộ cảm biến và điều khiển áp suất được thêm vào giữa hai cột để giúp chuyển từ quá trình hấp phụ sang khử hấp phụ. Khi cảm biến áp suất đo áp suất ở cột một đủ thấp thì van 5 và 6 mở để dòng khí ethanol khan đi vào đáy cột một để giai đoạn khử hấp phụ bắt đầu.
Van 5 đóng lại một phần để điều chỉnh khí dùng để khử hấp phụ đi vào cột một bằng với áp suất của cột. Việc vận hành ở áp suất thấp bằng bơm chân không cho phép lượng nước dễ dàng tách ra khỏi rây phân tử bằng dòng khí ethanol khan được đưa vào từ đáy cột.
Lượng khí tinh khiết và áp suất bên trong cột này xác định thời gian cần thiết cho quá trình khử hấp phụ. Để thời gian tái sinh nhỏ nhất thì bên trong cột
chứa một lượng lớn khí sạch và ở áp suất thấp. Giai đoạn khử hấp phụ cho rây phân tử này khoảng 6.33 phút. Thời gian này phù hợp vì nó lớn hơn thời gian cần thiết cho quá trình hấp phụ và có thể bỏ đi “thời gian chết”. Thời gian này thường được xác định bằng dữ liệu thực nghiệm, có thể tính toán thông qua áp suất, tốc độ dòng nạp liệu và tốc độ dòng tinh khiết. Bộ cảm biến nồng độ đặt ở đỉnh thiết bị sẽ tắt hệ thống bơm chân không và đóng van 5 và 6 khi hàm lượng nước trong sản phẩm là tối thiểu.
Sự loại bỏ hoàn toàn nước khỏi rây phân tử rất khó khăn và không kinh tế vì chi phí thiết bị và vận hành khá cao.