III. Thiết bị
6. Bình chứa
Công dụng: tồn trữ sản phẩm sau khi lên men (dung dịch hỗn hợp enthanol khoảng 5% và rã rơm còn lại) trong điều kiện hiếm khí. Vì dung tích làm việc của tháp chưng cất thô nhỏ hơn nhiều so với bình lên men vì vậy phải có thiết bị chứa tạm thời để đảm bảo chất lượng của sàm phẩm sau lên men.
Cấu tạo: Bình chứa cấu tạo gồm một hình trụ rỗng, được đặt trên các chân đỡ, và đường ống nối với bình phản ứng. Thể tích bình chứa 480l. Đường kính 900mm, chiều cao bình (không tính phần đế) là 950mm, cả đế 1960mm. Bình chứa được làm bằng thép SUS304, với với 3 chân đỡ, cách mặt đất tầm 1.2m, gồm 1 vị trí nhập và tháo liệu. Nhập liệu hoàn toàn tự động: khi sản phẩm lên men đạt yêu cầu , toàn bộ sản phẩm sẽ được bơm chuyển qua bình chứa và dự trữ.
7. Tháp chưng cất. 7.1.Tháp chưng cất thô.
là loại tháp chưng cất gián đoạn, dùng để cất sản phẩm lên men (hỗn hơp ethanol 5% và cặn rơm) thành ethanol với nồng độ dao động từ 30 – 60 độ.
Chủng loại, nơi sản xuất: là loại tháp mâm xuyên lỗ. Sản xuất tại Tokyo, Nhật Bản. - Cấu tạo: thiết bị hoạt động gián đoạn gồm phần đế và tháp chưng cất.
+Phần đế: dùng để nâng đỡ toàn bộ thiết bị, thuận tiện trong việc vận hành, vệ sinh, bảo dưỡng. +Phần tháp chưng: gồm nồi đun đáy tháp, các mâm xuyên lỗ, và thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp. Toàn bộ thân thiết bị được bọc lớp cách nhiệt.
Phần nồi đun đáy tháp:Cấp nhiệt bằng hơi nước qua ống ruột gà. Có 1 lỗ nhập liệu ở phía trên nồi đun (có đường kính 72.3mm), bên hông nồi đun là 2 cửa đối diện nhau (cửa lớn có đường kính 267.4mm, cửa nhỏ có đường kính 150mm) để ta quan sát mực chất lỏng trong nồi và vệ sinh nồi. Phía dưới đáy nồi có ống tháo sản phẩm đáy (đường kính 72.3mm). Ngoài ra còn có đồng hồ áp đo áp suất trong nồi, và đầu đo nhiệt độ của dung dịch.
34
Phần các mâm xuyên lỗ: tháp gồm 8 mâm. Mỗi mâm đều có lỗ gắn kính để ta quan sát bên trong. Mâm có 17 lổ, đường kính mỗi lỗ 25.4mm được bố trí theo kiểu tam giác đều. Ống chảy tràn có đường kính là 38.1mm.Chiều cao mỗi mâm là 250mm.
Thiết bị ngưng tự đỉnh tháp: hình ống trụ, có chiều dài 0.67m, truyền nhiệt ống lồng ống ngược chiều, nước lạnh chảy bên ngoài ống từ dưới lên, hơi từ tháp chưng đi từ trên xuống. Ngoài ra còn bố trí thêm thiết bị ngưng tụ phụ.
35
- Nguyên lý hoạt động: Nhập liệu gián đoạn vào nồi đun đáy tháp. Được cấp nhiệt bằng hơi nước dung dịch sẽ sôi. Các chất rắn và nước có nhiệt độ sôi cao sẽ thu ở đáy. Ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn sẽ dần bay hơi lên đỉnh tháp qua thiết bị ngưng tụ. Một phần sẽ được hoàn lưu về tháp ngưng tụ, phần còn lại là sản phẩm ta thu được. Khi nhiệt độ dung dịch đạt 980C thì ta dừng quá trình.
- Các thông số kỹ thuật: +Vật liệu chế tạo: SUS304 +Năng suất mỗi mẻ: 80kg
+Thời gian mỗi mẽ: tùy thuộc vào lượng hơi nước cấp cho nồi đun. +Chiều cao từ đỉnh tháp đến đáy là 3800mm.
+Nồi đun: chiều cao 673.8mm, đường kính 550mm +Tháp có đường kính 267.4mm
+Áp suất làm việc và áp suất hơi nước: áp suất khí quyển.
- Ưu điểm: dễ vận hành, thiết bị đơn giản hơn liên tục, quy mô phù hợp với phòng thí nghiệm. - Nhược điểm: năng suất không cao, chất lượng sản phẩm không ổn định.
7.2. Tháp chưng cất tinh.
Làm tăng nồng độ ethanol thu hồi (nồng độ ethanol thu được sau quá trình khoảng 97 độ). Cấu tạo: hoạt động gián đoạn. Các bộ phận chính như tháp chưng cất thô: phần đế và tháp chưng cất. Tháp được bọc lớp cách nhiệt.
- Nồi đun đáy tháp: có cấu tạo và kích thước như nồi đun đáy tháp của thiết bị chưng cất thô.
- Tháp chưng cất: tháp đệm gồm 4 bậc.
- Thiết bị ngưng tụ: kiểu chùm ống ngược chiều, hơi từ đỉnh tháp ngưng tụ bên trong ống từ trên xuống, nước lạnh chảy bên ngoài ống từ dưới lên. Chiều dài ống truyền nhiệt là 1.3m. Các thông số:
- Năng suất mỗi mẻ: 80kg.
- Chiều cao tháp từ đế tới đỉnh 5.8m
36
- Tháp đệm có đường kính 165.2mm, chiều cao mỗi bậc là 1040mm.
- Tháp làm việc ở áp suất khí quyển, cấp nhiệt bằng hơi nước có áp suất khoảng 5at
8.Thiết bị khí hóa.
Thiết bị khí hoá được sử dụng để khảo sát quá trình khí hoá là thiết bị khí hoá tầng cố định ngược chiều, hình trụ. Vật liệu cách nhiệt là gạch samot. Buồng đốt đuợc làm bằng thép 304. Không khí đi vào buồng đốt từ đáy thông qua các ống có quạt thổi.Việc đánh lửa được thực hiện thủ công bằng dầu và giấy.Vỏ trấu được tẩm dầu và dùng giấy đốt thông qua cửa buồng đốt ở phía trên.Than trấu sẽ được vận chuyển ra ngoài bằng trục vít.
Nhiệt độ khí syngas đi ra khỏi thiết bị khí hóa lúc này khoảng 79 – 840C, nhiệt than trấu là 550 – 6500
C.
Năng suất nhập trấu: 55 – 65 kg/h Lượng than sinh ra: 15 – 25kg/h
9.Buồng đốt khí syngas.
Buồng đốt khí syngas được sử dụng để đốt khí sygnas từ quá trình khí hoá sinh nhiệt để cấp cho nồi hơi. Buồng đốt được làm bằng thép 304, hình trụ đứng. Khí syngas từ lò than hóa được đưa vào lò đốt. Áp suất trong lò đốt là áp suất chân không do quạt hút tạo ra. Quá trình đốt khí syngas được mồi bằng khí dầu mỏ hóa lỏng (Liquefied Petroleum Gas - LPG), khi nhiệt độ đạt khoảng 570oC thì LPG tắt và lò tự động cháy do Oxy được cấp tự nhiên thông qua các lỗ thông với không khi bên ngoài (có 9 lỗ thông, nhưng chỉ mở 6 lỗ) để bắt đầu quá trình oxy hóa. Nếu nhiệt độ thấp hơn 470 oC thì ta đốt thêm LPG. Nhiệt độ trong lò phải được giữ ở mức trên 470oC, nhiệt độ thường khoảng 700 – 8200C. Dòng khí sau khi đốt cháy được đưa dẫn qua nồi hơi để cấp nhiệt cho nồi hơi. Nhiệt độ dòng khí vào lò hơi khoảng 490 – 5400C. Một phần khí dư sẽ được thải ra ngoài, nhiệt độ khí thải ra ngoài khoảng 290 - 3200
C.
Hỗn hợp khí syngas bao gồm nhiều thành phần khí như N2, O2, H2, CO, CO2, CH4…Mục đích của quá trình than hóa là tạo ra hỗn hợp khí syngas với thành phần CO và H2 càng nhiều càng tốt (hạn chế sự tạo thành CO2), do khi phản ứng với oxy nó sinh ra lượng nhiệt lớn. Khí syngas sinh ra trong giai đoạn này sẽ được lấy mẫu đem đo GC.
37
10.Nồi hơi.
Chức năng: sử dụng nhiệt khói lò đun sôi, tạo hơi nước nhằm cấp nhiệt cho các thiết bị: bình thủy phân và lên men đồng thời, 2 tháp chưng cất.
Loại thiết bị: thiết bị truyền nhiệt chùm ống nằm ngang có sự chuyển pha, nước đi bên trong chùm ống ngược chiều với khói lò bên ngoài.
Cấu tạo: Bao gồm 2 chùm ống. Nước trước khi bơm vào nồi đun sẽ được xử lý bằng phương pháp trao đổi ion để khử tính cứng.
Nhiệt độ của khói lò trước khi vào thiết bị đun: 430 – 5400C. Nhiệt độ khói lò ra khỏi thiết bị là: 165 – 2500C. Nhiệt độ khói thải ra môi trường phải dưới 2000C. Lượng hơi nước tối đa mà thiết bị có thể cung cấp là 100 kg/h.
Nguyên lý làm việc:
Khi vận hành, lượng hơi cấp cho các thiết bị sẽ làm giảm áp suất hơi. Khi áp suất hơi 0.55MPa, thì cửa sập Exhausted (7) đóng và cửa sập Cooling (6) mở, khói từ lò burner (3) được thải 1 phần ra ngoài vì vậy hiệu quả năng lượng lúc này sẽ thấp nhằm giảm áp suất của hơi. Khi áp suất hơi 0.45 MPa, cửa sập Exhausted mở và cửa sập Cooling đóng, khói từ lò burner sẽ được dẫn toàn bộ vào thiết bị đun hơi, lúc này hiểu quả năng lượng sẽ là tối đa. Lượng hơi nước đạt tối đa khi áp suất hơi khoảng 0.4MPa, vì vậy thường đặt chế độ áp suất trong khoảng từ 0.4 đến 0.55 MPa,
38
Hình 18: Nguyên lí làm việc hệ thống nồi hơi.