Thiết bị hydro hoá dầu thực vật

THỰC VẬT

2.3 Thiết bị hydro hoá dầu thực vật

Hình 2.6: Thiết bị phản ứng hydro hoá Vacuu m 1 C atalyst H2 Out Oil H2 In Oil Hot Steam in 4 2 3

Hình 2.7: Thiết bị hydro hoá

(1): motor

(2): vỏ thiết bị phản ứng (3): cánh khuấy

(4): heating

(5): hệ thống phân phối khí H2

Thiết bị phản ứng hoạt động gián đoạn khuấy liên tục có thân hình trụ đứng cao 2,7m, vỏ thiết bị làm bằng hợp kim inox có bề dày 10mm, đường kính thân thiết bị 1,3m, bên ngoài thiết bị có lớp cách nhiệt bằng bông thuỷ tinh có bề dày 50mm. thể tích của thiết bị là 3,2 , thể tích của dầu hydro hoá chứa trong thiết bị là 2,7 .

Thiết bị được thiết kế gồm các hệ thống như:

Hệ thống van:

Thiết bị được thiết kế hệ thống các van như: 1 van dẫn nguyên liệu dầu đầu vào, 1 van tháo sản phẩm đa hydro hoá, 1 van dẫn khí H2 vào hệ thống phân phối khí H2, 1 van thoát khí H2 dư trên đỉnh thiết bị, chất xúc tác Niken cung cấp cho thiết bị qua 1 van được thiết kế ngay trên đỉnh lò phản ứng, ngoài ra để làm mát lò phản ứng nhà sản xuất cũng thiết kế 1 van dẫn dòng dầu nóng ra ngoài và van dẫn dòng dầu lạnh đa được làm lạnh vào trong thiết bị phản ứng. Thiết bị còn có thêm 2 van dẫn và thoát của hệ thống gia nhiệt.

Hệ thống khuấy trộn:

Oil cool

5

Steam out

Hệ thống bao gồm 1 motor, trục cánh khuấy và 2 cánh khuấy dạng chân vịt, và một cánh khuấy dạng tuabin được thiết kế ở cuối trục quay có chức năng phân tản khí đều ra mọi hướng trong thiết bị. Motor có công suất 1,5 KW, vận tốc quay của cánh quạt là 100rpm( Revolutions Per Minute) nghia là tốc độ 100 vòng/phút.

Hình 2.8: Hệ thống khuấy trộn cánh khuấy

Cánh khuấy tuabin dưới được đặt cao hơn hệ thống phân phối khí H2 một tí ( khoảng 50mm ), nhờ đó dòng khí H2 từ hệ thống phân phối khí H2 vừa đi lên ngay lập tức được cánh quạt tuabin phân tán đều ra mọi hướng trong thiết bị phản ứng, dòng khí H2 được phân tán thành những bọt khí nhỏ liti chuyển động xoáy hướng đi lên làm tăng khả năng tiếp xúc của các phân tử H2 và dầu nhờ đó giúp cho quá trình phản ứng hydro hoá diễn ra triệt để hơn.

• Nguyên tắc lựa chọn cánh khuấy trong sản xuất

Khuấy trộn chất lỏng bằng cơ khí nghia là dùng cánh khuấy Cánh khuấy có nhiều loại:

Cánh khuấy mái chèo: để khuấy trộn chất lỏng có độ nhớt nhỏ.Thường dùng để hòa tan chất rắn, có khối lượng riêng không lớn lắm.

Cánh khuấy chân vịt (chong chóng):dùng để điều chế dung dịch huyền phù nhũ tương. Không thể dùng cánh khuấy chân vịt để khuấy chất lỏng

có độ nhớt cao hoặc khuấy chất lỏng trong đó có các hạt rắn có khối lượng riêng lớn.

Cánh khuấy tuabin: Dùng để khuấy chất lỏng có độ nhớt cao đến 5.105cp, để điều chế huyền phù mịn, để hòa tan các chất rắn nhanh hoặc để khuấy động các hạt rắn đa lắng cặn có nồng độ pha rắn đến 60%

Cánh khuấy đặc biệt: Dùng trong trường hợp không thể dùng được cành khuấy mái chèo, chong chóng, tuabin. Thường dùng để khuấy bùn nhao hoặc khuấy chất lỏng có độ nhớt rất cao.

Đặc trưng của quá trình khuấy trộn là cường độ khuấy và năng lượng tiêu hao.

Cường độ khuấy trộn là chất lượng của kết quả khuấy theo thời gian. Cường độ khuấy trộn phụ thuộc vào nhiều yếu tố và cho đến nay vẫn chưa có phương pháp tính toán nào có thể tin cậy để xác định cường độ khuấy trộn.

Theo Pờrăngnốpski và nicôlaíep cường độ khuấy trộn có thể xác định bằng năng lượng tiêu hao của một đơn vị chất lỏng khuấy trộn trong một đơn vị thời gian.

Cường độ khuấy trộn được đặc trưng bởi chế độ chuyển động của chất lỏng nghia là đặc trưng bởi chuẩn số Re.

Nếu ứng dụng khuấy trộn để tạo huyền phù thì hiệu suất khuấy được đặc trưng bởi sự phân bố đồng đều của các pha.

Trong công nghệ lò phản ứng hydro hoá để tăng sự tuần hoàn chất lỏng người ta thường dùng cánh khuấy loại chân vịt (chong chóng) loại này thường gồm ba cánh (hình 2.9), mỗi cánh uốn cong một góc , góc này thay đổi dần từ ở trục đến ở cuối cánh.

Cánh khuấy gắn trên trục, số chong chóng trên trục có thể nhiều ít khác nhau phụ thuộc điều kiện khuấy trộn và chiều sâu mực chất lỏng khuấy.

Bề mặt cánh khuấy nghiêng bên phải, trục quay theo chiều kim đồng hồ, chất lỏng chuyển động dọc theo trục theo hướng từ dưới lên, tuần hoàn như hình vẽ (hình 2.10.b ). Nếu cánh khuấy nghiêng bên trái, thì trục quay theo chiều ngược kim đồng hồ.

Hình 2.9: Cánh khuấy chân vịt

Đường kính cánh khuấy chong chóng vào khoảng 0.25÷0.3 đường kính thiết bị, số vòng quay vào khoảng 200÷1500 vòng/phút. Để tăng sự khuấy trộn người ta làm thêm bộ phận hướng chất lỏng, bộ phận này có thể là ống hình trụ hay hình nón cụt, trong đó đặt cánh khuấy. Ngoài ra nếu thể tích thiết bị khuấy lớn người ta có thể đặt cánh khuấy lệch tâm hoặc nghiêng một góc 10÷200 so với trục thẳng đứng.

Cánh khuấy chân vịt có ưu điểm: cường độ khuấy lớn, năng lượng tiêu hao nhỏ kể cả khi số vòng quay lớn, giá thành hạ.

Nhược điểm: khi khuấy chất lỏng độ nhớt cao thì hiệu suất thấp, thể tích chất lỏng được khuấy manh liệt bị hạn chế.

Trong hệ thống cánh khuấy của thiết bị hydro hoá còn thiết kế thêm cánh khuấy tua bin.

Cánh khuấy tuabin làm việc giống như bơm ly lâm, nghia là cũng có guồng quay, tùy theo cấu tạo của guồng người ta phân ra loại cánh khuấy tuabin hở hay kín.Cánh khuấy tuabin hở guồng động có những cánh thẳng (hình 2.10.a) hoặc cánh cong (hình 2.10.b) làm việc như cánh khuấy mái chèo.

Loại cánh khuấy tuabin đường kính d phụ thuộc vào đường kính của thiết bị D. Nếu đường kính D<1.6m, đối với thiết bị có dung tích nhỏ hơn 0.75m3 thì d=0.5-0.33D. Khi D>1.6m, đối với thiết bị dung tích lớn hơn 0.75m3, thì d=0.25-0.33D.

Hình 2.10: Cánh khuấy tuabin.

Nếu số vòng quay nhỏ thì chất lỏng sẽ chuyển động vòng tròn trên mặt phẳng nằm ngang trùng với mặt phẳng của cánh khuấy, và không có sự khuấy trộn chất lỏng ở các lớp khác.

Khi khuấy trộn mạnh sẽ xuất hiện dòng chuyển động phụ, khi đó chất lỏng chuyển động xoáy. Dòng chuyển động phụ này xuất hiện do lực li tâm gây nên làm cho chất lỏng văng từ tâm

của thiết bị ra ngoài thành, đồng thời áp suất ở tâm sẽ giảm xuống và hút chất lỏng nằm ở bên trên và bên dưới cánh khuấy. Do đó trong chất lỏng xuất hiện dòng tuần hoàn theo mũi tên chỉ

của hình 2.11.

Hình 2.11: Chiều chuyển động của dòng lỏng

Dòng chuyển động phụ làm tăng cường độ của khuấy trộn. Cường độ khuấy càng tăng khi tăng số vòng quay, nhưng đồng thời năng lượng tiêu hao cũng tăng.

Khi chất lỏng chuyển động vòng thì do tác dụng của lực li tâm nên trên bề mặt của chất lỏng có có dạng hình phễu (xem hình 2.11). Chiều sâu của phễu càng tăng khi số vòng quay tăng. Sự xuất hiện phễu chất lỏng sẽ dẫn tới làm giảm thể tích sử dụng của thiết bị. Do đó trong trường hợp cụ thể, bằng thực nghiệm người ta có thể tìm số vòng quay thích hợp cho khuấy trộn. Nếu tăng quá số vòng quay đó thì năng lượng tiêu hao sẽ tăng lên.

Loại cánh khuấy tuabin có ưu điểm: hiệu suất cao, hòa tan nhanh, thuận tiện cho quá trình liên tục. Loại này có nhược điểm là cấu tạo phức tạp, giá thành đắt.

H ình 2.12: Đ ộng c ơ tuabin

Hệ thống phân phối khí H2:

Hệ thống phân phối H2 gồm một đường ống dẫn khí bên trong thiết bị phản ứng và một hệ thống sủi bọt khí được lắp đặt cách đáy thiết bị phản ứng từ 50-70mm, nằm bên dưới hệ thống cánh khuấy tuabin khoảng 50mm.

Hệ thống gia nhiệt bên trong thiết bị:

Một số nghiên cứu về công nghệ hydro hoá cho thấy rõ ràng rằng, với các yếu tố khác không đổi, tức là, áp suất, tốc độ khuấy trộn, thời gian và nồng độ chất xúc tác, nhiệt độ có tác dụng hình thành trans axit đáng kể trong các lò phản ứng gián đoạn khuấy liên tục. Nhiệt độ thấp hơn thì mức độ hình thành đồng phân trans axit thấp hơn. Mặc dù nguyên nhân cho hiệu ứng này là không hiểu rõ ràng, nhưng cũng có thể thấy rằng, một khi các triacylglycerol được hấp phụ lên bề mặt chất xúc tác, nhiệt độ thấp hơn ủng hộ độ bao hòa của liên

kết đôi hơn là đồng phân của cis-đôi trái phiếu để the trans dạng. Ở nhiệt độ cao, điều kiện nạc hydro trên bề mặt chất xúc tác tồn tại, cạnh tranh hơn cho các phân tử triacylglycerol không bao hòa hơn xảy ra. Tuy nhiên, ở nhiệt độ cao hơn, giải hấp với đồng phân từ cis- đến trans-có nhiều khả năng xảy ra hơn ở nhiệt độ thấp. Phản ứng thực hiện ở nhiệt độ 240°C, nồng độ chất xúc tác 0,02% và 15 psi áp lực hydro, thường được sử dụng cho hydro chọn lọc, sản xuất tối đa trans acid (44%) tại một giá trị i-ốt khoảng 70. Bằng cách so sánh, làm giảm nhiệt độ đến 77°C và tăng nồng độ chất xúc tác lên 0,11% ở áp suất 250 psi kết quả là giảm 50% trans-axit. Nghiên cứu ở điều kiện khác thấy rằng, ở áp suất cao và ở nhiệt độ 120°C với các chất xúc tác nồng độ bình thường, 0,02% niken, tỷ lệ hydro hoá là thấp hơn so với bình thường.

Hệ thống gia nhiệt nằm bên trong gồm những ống gia nhiệt dạng xoắn lò xo làm bằng inox, gồm 20 vòng ống, đường kính của vòng ống là 1080mm, đường kính mỗi ống là 60mm, chiều dài của hệ thống là 1670mm, hệ thống

ống gia nhiệt được hàn cố định vào vỏ thiết bị khoảng cách là 50mm.

Một dạng hệ thống điều khiển tự động gia nhiệt và làm mát lò phản ứng hydro hoá:

Hình 2.14: Hệ thống điều khiển trao đổi nhiệt của thiết bị hydro hoá

Trong phương pháp sản xuất chất béo hydro hóa để thực hiện phản ứng hydro hoá trong sự hiện diện của xúc tác niken, nhiệt độ của phản ứng là 150~ 225℃ tuỳ vào yêu cầu của sản phẩm như mức độ tạo thành axit trans, mức độ no hoá của dầu ( chỉ số Iod ) mà điều chỉnh tỷ lệ nhiên liệu hydro hoặc lượng nhiệt cho hệ thống làm mát và hệ thống gia nhiệt. Để thực hiện việc điều chỉnh, nó được thiết kế một cảm biến áp suất (10) kết nối thông qua hệ thống cung cấp H2 (6) và cảm biến nhiệt độ (9)- cảm biến nhiệt độ của bình phản ứng (7), và truyền tín hiệu điều khiển dựa trên các thông tin áp lực và thông tin nhiệt độ của nó được cung cấp tới một bộ điều khiển điện tử (11), và một bộ máy sản xuất của các chất béo hydro hóa có thể điều chỉnh lượng cung cấp hydro làm mát và lượng nhiệt cho hệ thống phản ứng Một điều khiển hoạt động của dòng

chảy van điều (15) và các hoạt động của bơm (17) lưu hành bởi bộ điều khiển điện tử (11).