TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN KỸ THUẬT HÓA HỌC BỘ MÔN QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ    ĐỒ ÁN NHẬP MÔN KỸ THUẬT HÓA HỌC Đề tài: Tìm hiểu trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắn lát khô Giáo viên hướng dẫn Lớp : ` KTHH 5-K55 : TS Trần Trung Kiên Hà Nội, 12/2011 Lời mở đầu Trong công nghiệp phát triển vũ bão vấn đề lượng vấn đề cấp bách hàng đầu giới Nguồn lượng không tái tạo dầu mỏ, than đá ngày cạn kiệt Vậy nên xu chung tìm kiếm thay nguồn nguyên liệu nguồn nguyên liệu sạch, dễ tái tạo tác động đến môi trường Đề tài chúng em tìm hiểu trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắn lát khô đề tài hay có ý nghĩa thực tiễn đáp ứng phần nhu cầu sử dụng lượng đất nước Tuy đề tài mẻ, trình làm việc gặp nhiều khó khăn không tránh khỏi sai sót Nhưng sử bảo giúp đỡ TS Trần Trung Kiên chúng em hoàn thành đồ án Sau chúng em xin trình bày đồ án sau: PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ NGHÀNH KĨ THUẬT HÓA HỌC 1.Sự đời ngành kĩ thuật hóa học giới Kỹ thuật hóa học ngành khoa học kĩ thuật nghiên cứu chuyển hóa hóa học vật chất, thiết kế, chế tạo,vận hành, cải tiến máy móc, thiết bị nhà máy nhằm áp dụng thành tựu hóa học vào sản xuất quy mô lớn để tạo sản phẩm có giá trị với giá thành hợp lí ứng dụng rộng rãi sống So với ngành kĩ thuật xây dựng, khí, luyện kim ngành kĩ thuật hóa học đời muộn nhiều Ngành kĩ thuật hóa học đời vào khoảng nửa sau kỉ XIX, gắn liền với cách mạng khoa học lần thứ hai mà người ta nói nhiều tới vai trò nước Mỹ phát triển ngành Kĩ thuật hóa học chủ yếu nghiên cứu, phát triển trình biến đổi hóa học ứng dụng quy mô công nghiệp để sản xuất khối lượng lớn sản phẩm sinh lợi nhuận từ sản phẩm Ngành kĩ thuật hóa học cho bắt đầu hình thành từ John Danton công bố khối lượng nguyên tử năm 1805 Tuy nhiên, xuất hóa học với tư cách ngành khoa học kĩ thuật phải lâu sau diễn ra, vào năm 1882, khóa "Công nghệ hóa học" mở Đại học London, Vương quốc Anh Nối tiếp cho dấu mốc loạt kiện: • 1883 - Osborne Reynolds xác định nhóm thứ nguyên dòng chảy, dẫn đến thực tế quy mô hiểu biết nhiệt độ, lưu lượng chuyển giao khối lượng • 1885 - Henry Edward Armstrong mở khóa học "kỹ thuật hóa học" Central College (sau Imperial College), London • 1888 - Cục Công nghệ hoá học Glasgow phía Tây Scotland Technical College mở lớp học ban ngày buổi tối kĩ thuật hóa học • 1888 - Lewis M Norton bắt đầu chương trình giảng dạy Viện Công nghệ Massachusetts (MIT): Khóa X, Hoá học • 1889 - Rose Polytechnic Institute trao giải thưởng cử nhân khoa học ngành kỹ sư hóa học Hoa Kỳ • 1891 - MIT cấp cử nhân kỹ thuật hóa học cho William Page Bryant sáu ứng cử viên khác • 1892 - Một chương trình cử nhân kỹ sư hóa học thành lập trường Đại học Pennsylvania • 1898 - Chương trình Cử nhân khoa học kỹ thuật hóa học thành lập Đại học Michigan • 1901 - George E Davis sản xuất Sổ tay Hóa học • 1905 - Đại học Wisconsin trao tiến sĩ kỹ thuật hóa học cho Oliver Patterson Watts • 1908 - Viện Kỹ sư Hóa chất Mỹ (AIChE) thành lập • 1922 - Viện Anh Kỹ sư Hóa chất (IChemE) thành lập Kể từ đây, kĩ thuật hóa học bắt đầu phát triển với tốc độ thần kì Cách mạng công nghiệp dẫn đến leo thang chưa có tiền lệ, số lượng chất lượng, số lượng lớn hóa chất axit sulfuric soda sử dụng ngày nhiều để tẩy rửa công nghiệp Những nhảy vọt công nghệ tiếp sau lại đòi hỏi lên mạnh ngành kĩ thuật hóa học 2.Những thành tựu ngành kĩ thuật hóa học giới Thế kỉ XX, Thế giới chứng kiến thành tựu khổng lồ khoa học kĩ thuật nói chung kĩ thuật hóa học nói riêng Ngày kĩ thuật hóa học trở thành bốn lĩnh vực lớn xã hội, có mặt vấn đề sống Nhờ có ngành kĩ thuật hóa học, người tận dụng có hiệu nguồn tài nguyên thiên nhiên dầu mỏ, khí đốt, than đá, gỗ… chế biến thành sản phẩm mới, có giá trị sử dụng cao thay sử dụng làm nhiên liệu trước Ngày nay, người ta sản xuất hàng trăm thuốc chữa bệnh ngày, lên vũ trụ tàu đại, chế tạo pin khổng lồ cho trạm vũ trụ không gian, biến dầu khí thành vải sợi, đồ nhựa, thuốc… Tất nhờ lên không ngừng ngành kĩ thuật hóa học 3.Vài nét ngành kĩ thuật hóa học Việt Nam Ra đời phát triển chưa lâu, ngành kĩ thuật hóa học mà chủ yếu công nghiệp hóa chất Việt Nam phát triển khiêm tốn Giai đoạn từ năm 1960 – 1975: Công nghiệp hoá chất chủ yếu phát triển miền Bắc với 15 nhà máy làm nhiệm vụ sản xuất tư liệu sản xuất phân lân, xút, axít sản xuất hàng hoá tiêu dùng săm lốp xe đạp, pin, xà phòng, ắc quy Từ năm 1975 – 1986 miền Bắc nhiều nhà máy cải tạo, mở rộng xây dựng đưa vào sản xuất nhà máy Supe phốt phát Lâm Thao, nhà máy phân lân Văn Điển, nhà máy phân lân nung chảy Ninh Bình, nhà máy phân đạm Hà Bắc Từ năm 1986 đến nay, thời kỳ phát triển nhanh ngành với nhiều dự án nhà máy lớn xây dựng Có thể kể đến số dự án như: Dự án nhà máy tuyển Apatít Bắc Nhạc Sơn, Dự án sản xuất phân đạm từ than cám Ninh Bình, Dự án mở rộng Nhà máy phân đạm Hà Bắc, Dự án thăm dò, khai thác chế biến muối mỏ kali Lào, Dự án đầu tư thăm dò tiến tới đầu tư khai thác tuyển quặng bôxít Bảo Lộc – Lâm Đồng, Dự án lốp ôtô radial Công ty Cao su Đà Nẵng Công ty Công nghiệp Cao su miền Nam, Dự án khí công nghiệp, Dự án tổ hợp hoá dầu Long Sơn… hay công trình trọng điểm quốc gia như: Nhà máy Lọc dầu Dung Quất, Tổ hợp Khí - Điện - Đạm Cà Mau, nhà máy khí Dinh Cố, nhà máy lọc dầu Nghi Sơn Tháng 12 năm 2005, thủ tướng phủ phê duyệt “Quy hoạch phát triển ngành công nghiệp hóa chất đến năm 2010 ( có tính đến năm 2020)” theo xây dựng ngành công nghiệp hoá chất có cấu tương đối hoàn chỉnh, bao gồm lĩnh vực chủ yếu phân bón, cao su kỹ thuật tiêu dùng, hoá chất (kể hữu vô cơ), hoá dầu, hoá chất tinh khiết, hóa dược, hoá chất tiêu dùng đáp ứng nhu cầu nước, hội nhập kinh tế khu vực giới Xu hướng phát triển • Cơ khí tự động hóa trình sản xuất Thực khí hóa, tự động hóa trình sản xuất mục đích tăng suất lao động, tăng hiệu sử dụng nguồn nguyên liệu nguyên nhân sau: - Các phản ứng hóa học xảy thiết bị thường điều kiện t o cao, P cao, ổn định nghiêm ngặt, người khó không điều khiển trực tiếp thủ công - Các nguyên liệu sản phẩm chất ảnh hưởng trực tiếp gián tiếp đến sức khỏe có gây cháy, nổ làm thiệt hại đến cải tính mạng Như vậy, khí hóa, tự động hóa trình sản xuất yêu cầu tất yếu khách quan mục đích kinh tế mà an toàn người • Hợp tác nhà máy Trong sản xuất hóa học, sản phẩm nhà máy nguyên liệu nhà máy khác nguyên liệu nhà máy phế phẩm nhà máy Vì vậy, liên hiệp làm giảm bớt chi phí vận chuyển, bảo đảm an toàn sản xuất, góp phần chống ô nhiễm môi trường, từ làm giảm giá thành sản phẩm Nên nhà máy hóa chất thường xây dựng cạnh tạo khu công nghiệp hóa học rộng lớn gồm nhiều ngành sản xuất Ví dụ: liên hiệp hóa chất Việt Trì, liên hiệp hóa chất phân đạm Bắc Giang, liên hiệp nhà máy Biên Hòa, cụm công nghiệp khí điện đạm Phú Mỹ • Tận dụng phế thải chống ô nhiễm môi trường Bên cạnh việc xử lý chất độc hại có hại cho sức khỏe, người ta phải tìm cách biến chất phế thải thành sản phẩm có ích cho người Ví dụ : Trong sản xuất axit sunfuric giai đoạn đốt pirit sắt để tạo khí SO2 sinh khối lượng lớn Fe 2O3 , trình làm khí SO thu bụi xỉ, oxit kim loại Asen Selen - Sử dụng phế thải làm giảm giá thành sản phẩm chính, chống ô nhiễm môi trường -Trong sản xuất hóa học đại dùng nhiều chất xúc tác quý, sau thời gian làm việc chất hoạt tính, người ta tìm cách tái sinh lại để phục hồi hoạt tính chúng tiếp tục dùng -Chống ô nhiễm môi trường không sử dụng phế thải để chế biến thành sản phẩm có ích mà phải chuyển hóa chất thải nhà máy thành chất không làm hại môi trường Công nghiệp hóa học hàng ngày, hàng cung cấp cho người chất mới, sản phẩm tiêu dùng phục vụ nhu cầu sống ngày cao người Nhưng ngày, đưa vào môi trường khối lượng lớn chất độc, đầu độc sống Chống ô nhiễm môi trường trở thành nguyên tắc công nghiệp hóa học phải tiêu chí xét duyệt trước xây dựng nhà máy, xí nghiệp… 5.Các ngành đào tạo Trường đại học BKHN nơi đào tạo kĩ sư, cử nhân ngành có uy tín chất lượng hàng đầu Việt Nam Với đội ngũ giảng viên có lực nhiệt tình với chương trình đào tạo chuẩn, sinh viên trường sau tốt nghiệp hoàn toàn có đủ khả để đáp ứng yêu cầu ngành nghề Ngành KTHH đại học Bách khoa Hà Nội cấu thành 11 chuyên ngành : - Hữu cơ-hoá dầu: - Polyme – composite - Điện hóa bảo vệ kim loại - Các chất vô - Vật liệu silicat: - Xeluloza giấy - Hóa lý - Quá trình thiết bị công nghệ hóa học - Hóa dược hóa chất bảo vệ thực vật - Máy thiết bị hóa chất - dầu khí - Kỹ thuật In Ngoài đại học BKHN có trường đại học, cao đẳng có chuyên ngành đào tạo kĩ thuật hóa học ví dụ: Trường đại học Khoa học tự nhiên ( Đại học quốc gia HN), trường đại học Thái Nguyên, trường đại học kĩ thuật( đại học Huế), trường đại học bách khoa thành phố Hồ Chí Minh, trường đại học Cần Thơ, đại học Quy Nhơn… Cơ hội nghề nghiệp Kỹ sư công nghệ hóa học làm việc nhà máy, xí nghiệp, tổ hợp sản xuất hóa chất sản phẩm liên quan, quan nghiên cứu khoa học, kỹ thuật, công ty kinh doanh lĩnh vực hóa học có liên quan đến hóa học công việc sau: - Nhà nghiên cứu - Nhà kỹ thuật - Kỹ sư điều hành - Một nhà tư vấn quản lý hay chuyển giao công nghệ - Nhà giáo Kỹ nghề nghiệp Sinh viên tốt nghiệp chương trình kĩ thuật hóa học có được: - Khả áp dụng kiến thức toán, khoa học tự nhiên, sử dụng phần mền, công cụ làm việc khối ngành kĩ thuật - Kiến thức đầy đủ sở ngành chuyên ngành Khả thiết kế tiến hành thí nghiệm lĩnh vực kĩ thuật hóa học, khả phân tích giải thích số liệu - Khả tính toán, thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa thiết bị, trình, quy trình sản xuất công nghiệp thuộc lĩnh vực kĩ thuật hóa học - Khả hoạt động, làm việc nhóm hợp tác tập thể đa ngành - Khả nhận diện, diễn đạt, giải vấn đề kĩ thuật - Ý thức trách nhiệm đạo đức nghề nghiệp - Khả giao tiếp, thuyết trình, viết báo cáo hiệu Khả trình bày diễn đạt ý tưởng qua lời nói hình ảnh PHẦN II: CỒN NHIÊN LIỆU Chương I: Tổng quan cồn nhiên liệu I.Thực trạng sản xuất sử dụng cồn nhiên liệu Việt Nam giới Như ta biết Việt Nam nước có kinh tế nông nghiệp chủ yếu với mạnh ngành trồng trọt chăn nuôi, có trồng sắn Sắn có nhiều công dụng chế biến công nghiệp, thức ăn gia súc lương thực thực phẩm Trong tình hình xăng dầu giới có nhiều biến động Trong năm gần giá xăng dầu giới tăng với tốc độ chóng mặt Các nước có nguồn tài nguyên dầu mỏ dồi hạn chế khai thác gây nhiều biến động xấu đến kinh tế toàn cầu Đặc biệt nước có công nghiệp phát triển phải chịu nhiều hậu nặng nề, tình hình lạm phát tăng mạnh ảnh hưởng đến chất lượng đời sống nhân dân Đây mối lo ngại phủ, doanh nghiệp nước toàn thể nhân dân Song song với khó khăn tình hình nguồn nhiên liệu dầu mỏ nước ta ngày cạn kiệt theo thời gian nước ta xuất dầu thô nhập xăng dầu từ nước mà lượng dầu nhà máy lọc dầu nước sản xuất Trước tình hình việc nghiên cứu sản xuất nguồn nhiên liệu khác thay xăng dầu việc làm cấp bách quan trọng Bên cạnh việc xây dựng nhà máy lọc dầu Việt Nam cần nghiên cứu xây dựng nhà máy sản xuất nguyên liệu cồn tuyệt đối, nhiên liệu sinh học… Để tận dụng tối đa nguồn nguyên liệu dư thừa nông nghiệp, đảm bảo an toàn lượng cho phát triển kinh tế Việt Nam - nằm vùng nước nghèo giới Đề tài tìm hiểu trình sản xuất Ethanol Fuel (cồn nhiên liệu) đề tài hay có ý nghĩa thực tiễn đáp ứng phần nhu cầu sử dụng lượng đất nước Hiện giới mà tập trung chủ yếu Mỹ Braxin với công nghệ sản xuất chế phẩm sinh học hỗ trợ sản xuất nguyên liệu thay cho nguyên liệu hóa thạch Đó ethanol fuel từ 99.5% đến 100% dùng để pha trực tiếp vào xăng Ở Braxin, từ năm đầu kỷ 20 họ đưa công nghệ sản xuất Ethanol Fuel, với phương pháp thường dùng Chưng cất Ở Việt Nam, cách khoảng 20 năm, sinh viên Bách khoa nhen nhóm ý tưởng hình thành lên số thiết bị xử lý tạo thành Ethanol Fuel, đến ngày nay, Việt Nam có nhiều nhà máy chế biến tạo Ethanol Fuel Ví dụ “Ngày 21-6, Tập đoàn Dầu khí Quốc gia Việt Nam (PetroVietnam) khởi công xây dựng nhà máy sản xuất cồn nhiên liệu sinh học (bio-ethanol) huyện Tam Nông, tỉnh Phú Thọ Đây nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học xây dựng tỉnh phía Bắc với quy mô lớn, công nghệ tiên tiến, thiết bị đại (tổng mức đầu tư 80 triệu USD, công suất 100.000m³ ethanol/năm)” PGS Trần Khắc Chương, ÐH Bách khoa TP HCM, vừa công bố nghiên cứu thành công quy trình công nghệ sản xuất loại hóa chất phục vụ Ðiều chế xăng sinh học từ nguồn nguyên liệu rẻ tiền Việt Nam “Chúng đặt tên cho hóa chất BK-X1” Ông Chương nói: Ðể sản xuất Được chất BK-X1 cao lanh Lâm Ðồng với trữ lượng dồi BKX1 có cấu trúc phân tử đặc biệt, bên có lỗ rỗng có khả nãng “ nhốt” phân tử nước Vì bỏ chất hóa học vào cồn chứa nước (95,5% ) chúng “ăn” có cồn giúp cồn trở nên tinh khiết đạt 100% Thật khám phá bất ngờ, giúp hoàn thiện, nâng cao công nghệ khám phá nguồn nguyên liệu 10 Hình 5: Sơ đồ nuôi cấy men giống bán liên tục *Quy trình nuôi cấy: -Dịch đường hóa cho vào thùng đường hóa thêm, sau trì đường hóa tiếp 1-2 -Dùng H2SO4 điều chỉnh pH đến 3.8-4.0 -Làm lạnh dịch xuống 300C đưa xuống hai thùng nhân giống nấm men Nấm men từ thùng men giống tháo xuống hai thùng Tại nấm men phát triển gián đoạn 15-18 -Trong trình phát triển, nhiệt độ điều chỉnh cách dội nước lạnh bên thùng -Song song với việc nấm men phát triển thùng nhân giống nấm men, thùng đường hóa thêm, tiếp tục cho dịch đường hóa vào xử lí tiếp -Sau 15-18 cho dịch đường thùng đường hóa thêm xuống thùng nhân giống nấm men, trộn -Đề nấm men phát triển vòng 5-8 nữa, tháo 50% lượng men hai thùng nhân giống nấm men vào thùng lên men 4.2.Lên men Trong công đoạn có phương pháp là: 24 -Lên men gián đoạn -Lên men liên tục -Lên men bán liên tục Trong đồ án án tìm hiểu phương pháp lên men liên tục: *Đặc điểm:dịch đường men giống cho vào thùng đầu – gọi thùng lên men Khi đầy thùng đầu dịch lên men chảy tiếp sang thùng bên cạnh cuối thùng chứa giấm Hình 6: Sơ đồ lên men bán liên tục *Quy trình lên men: Giai đoạn 1: -Chuẩn bị men giống hai thùng lên men cấp 1( thùng A B) -Khi đạt yêu cầu tháo giống thùng A xuống thùng cấp sau vệ sinh thùng A -Tiếp tục lên men thùng A cách lấy 25-30% men giống thùng B trộn tiếp với dịch đường -Lượng men lại thùng B cho xuống thùng lên men cấp sau vệ sinh thùng B -Tiếp tục lên men thùng B cách lấy 25-30% men giống thùng A trộn tiếp với dịch đường -Lượng men lại từ thùng A cho xuống thùng cấp -Lặp lại quy trình 25 Giai đoạn 2: -Tại thùng lên men cấp 2cho đầy dịch đường, acid hóa để lên men 5-6% -Sau tháo xuống thùng lên men Giai đoạn 3: -Tại thùng lên men thứ nhất, trào đầy tràn sang thùng thứ -Số lượng tế bào thùng lên men khống chế nằm khoảng 100-120 triệu/ml -Thùng lên men giữu T=25-270C, thùng 2và T= 27-300C Quy trình kết thúc sau 60-62 Chưng cất tinh chế Hỗn hợp thu sau lên men gọi giấm chín Trong giấm chín có nhiều thành phần chủ yếu ethanol Ngoài có este, aldehyd, tinh bột, acid hữu cơ, khoáng… Chưng cất trình tách rượu tạp chất dễ bay khỏi giấm chín Kết ta nhận cồn thô Tinh chế trình tách tạp chất khỏi cồn thô nâng cao nồng độ cồn Sản phẩm thu có nồng độ 95-96% Phương pháp áp dụng đồ án là: chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục) 26 Hình 7: Sơ đồ chưng luyện bán liên tục *Quy trình sản xuất: -Lên men xong giấm chín đưa vào thùng cất thô.Vì làm việc gián đoạn nên phải bố trí hai thùng song song làm việc so le để ổn định phần nồng độ cồn thô trước vào tháp tinh chế -Thùng cất thô đun trực tiếp nước Hơi cồn bay lên ngưng tụ thùng ngưng tụ vào thùng tạm chứa, tiếp vào tháp tinh chế -Tháp tinh chế đun nước trực tiếp Nhiệt độ đáy tháp 103-1050C Hơi cồn bay lên tăng dần nồng độ, phần lớn ngưng tụ bình ngưng tụ hồi lưu trở lại tháp sau làm lạnh để sản phẩm dạng cồn lỏng -Một phần nhỏ chưa kịp ngưng tụ chứa nhiều tạp chất đưa sang bình ngưng tụ lại lấy dạng cồn đầu 27 6.Tinh luyện Sau trình tinh chế cồn đạt nồng độ tối đa 96% mà muốn dùng cồn để pha với xăng cồn phải có nồng độ > 99% dó ta phải tinh luyện Để thu sản phẩm cồn có nồng độ cao giới sử dụng nhiều phương pháp tách nước từ cồn công nghiệp, cụ thể liệt kê phương pháp điển sau: + Phương pháp chưng cất: - Phương pháp chưng đẳng phí - Phương pháp chưng phân tử + Phương pháp dùng chất hấp phụ chọn lọc Zeolite + Phương pháp dùng chất hút ẩm + Phương pháp thẩm thấu qua màng + Phương pháp kết hợp bốc thẩm thấu qua màng dây phân tử Trong phần này, chúng em lựa chọn phương pháp chất hấp phụ chọn lọc Zeolite 6.1 Zeolite -Khái niệm: Aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian chiều với hệ thống lỗ xốp đồng trật tự Hệ thống mao quản (pore) có kích cỡ phân tử, cho phép chia (rây) phân tử theo hình dạng kích thước Vì zeolite gọi chất rây phân tử Thành phần hóa học zeolite biểu diễn sau: Me2/nO.xAl2O3.ySiO2.zH2O Trong đó: + M+: cation bù trừ điện tích khung + z: số phân tử nước kết tinh zeolite + Đơn vị cấu trúc zeolite tứ diện TO4, với T Al Si -Phân loại Zeolite: + Phân loại theo kích thước mao quản * Zeolite có mao quản rộng: Dmq > Ao * Zeolite có mao quản trung bình: Dmq = ÷ Ao * Zeolite có mao quản nhỏ: Dmq < Ao Trong đó: Dmq đường kính mao quản 28 + Phân loại theo tỷ lệ Si/Al: Cách phân loại cho ta biết biến đổi tính chất zeolite * Loại giàu Al: Theo quy tắc Lowenstein hàm lượng Si zeolite lớn Al, có nghĩa tỉ lệ Si/Al lớn Trong loại giàu Al tỉ lệ 1,1 ÷ 1,2 Mao quản zeolite tương đối lớn * Loại có hàm lượng Al trung bình: Với zeolite loại tỷ lệ giữ Si/Al từ 1,2 ÷ 2,5 * Loại giàu Si: Loại có tỷ lệ Si/Al > 2,5 tương đối bền nhiệt nên sử dụng nhiều trình xúc tác có điều kiện khắc nghiệt + Zeolite A: Là loại zeolite tổng hợp có cấu trúc dạng lập phương đơn giản tương tự kiểu liên kết tinh thể NaCl, với nút mạng lưới bát diện cụt Đối với zeolite A tỷ lệ Si/Al = nên số nguyên tử Si Al đơn vị Sodalit Vì với bát diện cụt tạo 24 tứ diện có 48 nguyên tử Oxy làm cầu nối, dư 12 điện tích âm Để trung hòa 12 điện tích âm ta phải có 12 cation hóa trị cation hóa trị Trong trường hợp zeolite A 12 ion K+ cation Ca2+ - Đặc tính kỹ thuật zeolite 3A: * Là loại zeolite giàu nhôm, tỷ lệ Si/Al thấp * Cation bù trừ điện tích K+: K12[(AlO2)12.(SiO2)12] * Kích thước mao quản: Ao 6.2 Quá trình hấp phụ Hấp phụ trình hút chất bề mặt vật liệu xốp nhờ lực bề mặt Các vật liệu xốp gọi chất hấp phụ, chất bị hút gọi chất bị hấp phụ - Yêu cầu vật liệu hấp phụ: + Có bề mặt riêng lớn + Có mao quản đủ lớn để phân tử hấp phụ lên bề mặt, cần đủ nhỏ để loại phân tử xâm nhập, có tính chọn lọc + Có thể hoàn nguyên dễ dàng + Bền lực hấp phụ, nghĩa kéo dài thời gian làm việc + Đủ bền để chịu rung động va đập 6.3 Phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối vật liệu hấp phụ chọn lọc 29 - Nguyên tắc phương pháp: + Dựa vào kích thước mao quản zeolite 3A chất hấp phụ hấp phụ phân tử có kích thước nhỏ kích thước mao quản không hấp phụ phân tử có kích thước lớn + Khi sử dụng zeolite 3A để hấp phụ sản xuất cồn tuyệt đối, chất chất hấp phụ chọn lọc nước hỗn hợp nước etanol có nồng độ thấp + Kích thước động học nước 2,75 Å < Å + Kích thước động học rượu 3,95 Å > Å Như vậy: zeolite 3A hấp phụ nước không hấp phụ rượu etanol - Quá trình hấp phụ thực theo hai dạng: + Hấp phụ lỏng – rắn + Hấp phụ khí – rắn 30 Hình 8: Sơ đồ hấp phụ cồn nước dạng 31 -Nguyên tắc: Sơ đồ làm việc với tháp làm việc song song, tháp thực trình hấp phụ, tháp thực trình nhả hấp, tháp thực trình làm mát Với sơ đồ ta có nguyên tắc làm việc cụ thể tháp sau: *Tháp hấp phụ: Hơi cồn 107oC bơm lên đỉnh tháp hấp phụ nhờ bơm thổi khí kiểu hai cánh guồng, cồn sâu vào xuống lớp zeolite 3Ao bị hấp phụ vào lớp vật liệu Do có tín hiệu dòng (FC) nguyên liệu dòng sản phẩm van dẫn khí nhả khí làm mát đóng lại Hơi cồn đáy tháp qua thiết bị lọc bụi zeolite sau chuyển sang thiết bị ngưng tụ cồn sản phẩm.tất lớp hấp phụ đạt tới trạng thái bão hoà nồng độ cồn sản phẩm đầu giảm van cồn đầu vào tự động đóng nhờ điều khiển tự động (WRC) Khi tín hiệu nhiệt độ (TC) van dẫn khí làm mát tự động mở thực trình làm mát *Tháp làm mát: Khí có tín hiệu dòng khí làm mát van dẫn cồn sản phẩm, cồn nguyên liệu, khí nhả hấp tự động đóng lại Quá trình làm mát kết thúc tín hiệu nhiệt độ (TC) đầu dòng khí làm mát giảm mức cho phép van dẫn khí làm mát tự động đóng lại Tín hiệu dòng khí làm mát (FC) van dẫn khí nhả hấp tự động mở thực trình nhả hấp *Tháp nhả hấp phụ: Quá trình nhả hấp thực nhiệt độ 350 oC Nhiệt lượng cung cấp cho trình lấy từ calorifier nước với chuyển tín hiệu nhiệt độ (χ c) dòng N2 vào tháp nhả tốc độ dòng vào calorifier khống chế nhờ van tự động Quá trình nhả hấp phụ kết thúc có thay đổi lớn khối lượng riêng dòng nhả thông qua (WRC) đầu dòng khí nhả hấp, van đầu vào dòng khí nhả tự động đóng lại kết thúc trình nhả hấp phụ Để tận dụng nhiệt cho toàn trình làm việc, dòng khí nitơ xả từ bình nén khí vào tháp thực trình làm mát Dòng khí nitơ tiếp tục trao đổi nhiệt với hơi, khí nhả có nhiệt độ cao thông qua thiết bị tận dụng nhiệt khí – khí dạng Hơi cồn sau nhả ngưng tụ qua thiết bị ngưng tụ Khí Nitơ nén trở lại bình chứa Cồn lỏng có nồng độ thấp hồi lưu quay lại tháp chưng tách cồn công nghiệp Kết thúc trình cồn đạt nồng độ 99.5% đem tiêu thụ 32 Phần III: Kết luận Chúng em giao nhiệm vụ tìm hiểu trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắn lát khô Vận dụng kiến thức, tài liệu tìm kiếm hướng dẫn thầy Trần Trung Kiên chúng em hoàn thành nhiệm vụ - Tổng quan trình sản xuất cồn tuyệt đối - Lựa chọn quy trình sản xuất cồn nhiên liệu phù hợp với điều kiện Việt Nam Mặc dù chúng em cố gắng nhiều song thiếu kinh nghiệm thực tế nên đồ án không tránh khỏi sai sót định Cho nên mong góp ý bảo thầy cô để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn TS Trần Trung Kiên, thầy cô toàn khoa bạn bè giúp đỡ chúng em hoàn thành đồ án Nhóm sinh viên thực hiện: Võ Đức Duy Đỗ Tiến Đạt Phạm Hữu Đô Nguyễn Việt Đức Hoàng Văn Hiếu 33 Tài liệu tham khảo Các tạp chí hóa học Mạng Internet http://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol_fuel http://per.hut.edu.vn/home/vi/to-chuc-hoi-thao/87-hoi-thao-bioethanol.html http://hoahocngaynay.com/vi/hoa-hoc-hien-dai/nhien-lieu-sinh-hoc.html http://www.ethanolrfa.org/pages/video-archive/indirect-land-use-and-why-it-iscontroversial http://yume.vn/babydie01/article/so-do-chung-cat-con-san-xuat-con-nhienlieu.35CE8412.html Nhiên liệu sinh học- sóng tương lai.pdf http://nlsh.khcn-moit.gov.vn/default.aspx? page=news&do=detail&category_id=115&news_id=9434 http://vnnblog.com/thanhethanol/74806/s%C6%A1+%C4%91%E1%BB%93+ch %C6%B0ng+c%E1%BA%A5t+%C4%91%E1%BA%B3ng+ph %C3%AD+ethanol.html http://vietbao.vn/Khoa-hoc/San-xuat-con-tu-cu-san/10981198/188/ 34 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… ………………………………………………………… 35 MỤC LỤC Trang Lời mở đầu Phần I: Tổng quan ngành hóa học 1.Sự đời ngành hóa học giới 2 Những thành tựu ngành kĩ thuật hóa học giới 3.Vài nét ngành kĩ thuật hóa học Việt Nam Xu hướng phát triển Các ngành đào tạo Cơ hội nghề nghiệp Kĩ nghề nghiệp Phần II: Cồn nhiên liệu Chương I: Tổng quan cồn nhiên liệu I Thực trạng sản xuất sử dụng cồn nhiên liệu Việt Nam giới II Cồn 7 1.Lịch sử hình thành cồn 2.Tính chất, ứng dụng III Cồn nhiên liệu 10 1.Lịch sử hình thành 10 Yêu cầu chất lượng 10 Ưu nhược điểm xăng pha cồn với xăng truyền thống 11 Chương II: Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu 36 13 I.Nguyên liệu 13 II Công nghệ sản xuất cồn 14 1.Nghiền nguyên liệu 14 Nấu nguyên liệu 15 Đường hóa dịch cháo 18 Lên men 21 Chưng cất tinh chế 24 6.Tinh luyện 26 Phần III: Kết luận 31 Tài liệu tham khảo 32 Nhận xét giáo viên 33 37 38 [...]... tách cồn công nghiệp Kết thúc quá trình này cồn đạt nồng độ 99.5% và được đem đi tiêu thụ 32 Phần III: Kết luận Chúng em đã được giao nhiệm vụ tìm hiểu về quá trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắn lát khô Vận dụng những kiến thức, tài liệu tìm kiếm và sự hướng dẫn của thầy Trần Trung Kiên chúng em đã hoàn thành được nhiệm vụ - Tổng quan của quá trình sản xuất cồn tuyệt đối - Lựa chọn một quy trình sản xuất. .. yếu được sản xuất từ nông nghiệp nên cần phải cân đối hợp lý giữa việc sử dụng lương thực để làm nguyên liệu sản xuất cồn và thực phẩm sinh hoạt 14 Chương II: Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu I.Nguyên liệu Ethanol có thể được sản xuất bằng phương pháp hóa học hay biện pháp sinh học Nguyên liệu trong biện pháp hóa học đó là dầu mỏ và than Trong công nghệ tổng hợp hoá dầu, ethanol được sản xuất bằng... quan về ngành hóa học 2 1.Sự ra đời ngành hóa học thế giới 2 2 Những thành tựu ngành kĩ thuật hóa học thế giới 3 3.Vài nét về ngành kĩ thuật hóa học Việt Nam 3 4 Xu hướng phát triển hiện nay 4 5 Các ngành đào tạo 5 6 Cơ hội nghề nghiệp 6 7 Kĩ năng nghề nghiệp 6 Phần II: Cồn nhiên liệu 7 Chương I: Tổng quan về cồn nhiên liệu I Thực trạng sản xuất và sử dụng cồn nhiên liệu trên Việt Nam và thế giới II Cồn. .. nấu nguyên liệu là một quá trình ban đầu nhưng rất quan trọng trong sản xuất cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc nhiều vào kết quả nấu 2.2.Quy trình nấu Tùy vào điều kiện trang thiết bị của các cơ sở sản xuất có thể chọn các phương pháp nấu: gián đoạn, bán liên tục và liên tục 2.2.1.Nấu gián đoạn: Nấu gián đoạn là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện cùng một nồi *Ưu điểm: tốn ít nhiên liệu để chế... sắn lát khô Quá trình sản xuất Ethanol Fuel này được trải qua 2 giai đoạn: + Giai đoạn 1: chế biến tạo thành ethanol 96% từ sắn lát khô + Giai đoạn 2: chế biến tạo thành ethanol tinh khiết (99.5%) 15 II Công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu Sắn lát khô Nghiền nguyên liệu Nấu nguyên liệu Đường hóa dịch cháo Cồn tinh luyÖn Tinh luyện Chưng cất và tinh chế Lên men Lên men Men giống 1.Nghiền nguyên liệu -Mục... làm nhiên liệu pha xăng E10, E20, E85, E100… III Cồn nhiên liệu 1.Lịch sử phát triển Từ những năm 20 của thế kỉ XX cồn đã được nghiên cứu, sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ ôtô xe máy thay thế cho xăng dầu Điển hình cho hướng đi tiên phong này là Mỹ và Brazil Tuy nhiên với việc phát hiện ra các mỏ dầu có trữ lượng lớn cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp lọc hóa dầu đã sản xuất ra sản. .. thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Tây Âu, Brazil, Trung Quốc, Nhật Bản đang là các nước sản xuất cồn nhiên liệu nhiều nhất 2.Yêu cầu về chất lượng Thực ra cồn cũng là hợp chất cacbuahydro như dầu mỏ nên có tính cháy nổ cao Vì vậy, về nguyên tắc với cồn khan 99,5% trở lên là có thể cho vào động cơ chạy được, tuy nhiên cồn có nhiều đặc tính như ăn mòn kim loại, lăm hư các chi 12 tiết cao su hay nhựa trong... khoáng… Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín Kết quả ta nhận được là cồn thô Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn Sản phẩm thu được có nồng độ 95-96% Phương pháp áp dụng trong đồ án là: chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục) 26 Hình 7: Sơ đồ chưng luyện bán liên tục *Quy trình sản xuất: -Lên men xong... nhiệt cháy 1370,82 kJ/mol 2.2 Ứng dụng Cồn là hỗn hợp Ethanol và nước có ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội: + Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn + Trong y tế cồn là nguyên liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn làm chất sát trùng + Trong ngành công nghiệp sơn , cồn dùng làm dung môi + Trong hóa học cồn là chất trung gian sản xuất ra các hóa chất khác như: Axit... sản xuất ra sản phẩm xăng dầu chất lượng cao giá thành hạ đã làm cho cồn nhiên liệu bị đẩy lùi Năm 1973 với cuộc khủng hoảng năng lượng thì vấn đề dùng cồn nhiên liệu lại được đề cập nhưng phải đến đầu thế kỷ XXI thì hướng phát triển cồn nhiên liệu mới được ưu tiên phát triển tuy vậy nó vẫn chỉ đóng vai trò thứ yếu so với các nhiên liệu hóa thạch, nhưng trong tương lai nó có thể là nguồn năng lượng ... Phần II: Cồn nhiên liệu Chương I: Tổng quan cồn nhiên liệu I Thực trạng sản xuất sử dụng cồn nhiên liệu Việt Nam giới II Cồn 7 1.Lịch sử hình thành cồn 2.Tính chất, ứng dụng III Cồn nhiên liệu 10... nhiệm vụ tìm hiểu trình sản xuất cồn nhiên liệu từ sắn lát khô Vận dụng kiến thức, tài liệu tìm kiếm hướng dẫn thầy Trần Trung Kiên chúng em hoàn thành nhiệm vụ - Tổng quan trình sản xuất cồn tuyệt... thuyết trình, viết báo cáo hiệu Khả trình bày diễn đạt ý tưởng qua lời nói hình ảnh PHẦN II: CỒN NHIÊN LIỆU Chương I: Tổng quan cồn nhiên liệu I.Thực trạng sản xuất sử dụng cồn nhiên liệu Việt