Đồ án Thiết kế hệ thống tháp hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng

Các nhà khoa học cho biết, chúng ta đang sống trong một giai đoạn lịch sử mới của trái đất – kỷ nguyên loại người – khi chúng ta là nguồn lực chính của trái đất. Nhưng hiện nay sự thành công của con người đã gây ra những áp lực chưa từng thấy cho hệ sinh thái trái đất và đe dọa chính loài người . Theo các chuyên gia, chúng ta đang phải đối mặt với sáu vấn đề có liên quan tới nhau và rất cấp: - Lương thực: Cứ sáu người thì có một người bị đói và suy dinh dưỡng trong khi đó quá trình công nghiệp hóa và dân số tăng đang làm giảm diện tích trồng cây lương thực - Nước: Đến năm 2025, 2/3 dân số thế giới phải sống trong vùng thiếu nước sạch - Năng lượng: Hiện nay nguồn năng lượng chính của chúng ta đến từ dầu mỏ và khí đốt, trong khi đó nguồn nhin liệu hóa thạch này đang khan hiếm dần và dự đoán sẽ hết trong một tương lai rất gần - Biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra trên tòan thế giới, nó có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống con người trên trái đất - Đa dạng sinh học: Nhiều nhà khoa học cho rằng thế giới đang bước vào cuộc “đại tuyệt chủng” lần thứ 6 do các vấn đề về ô nhiễm môi trường và tăng dân số - ô nhiễm: Các chất được cho là ô nhiễm đã có trong tự nhin từ rất lâu nhưng hiện giờ chúng đang có nồng độ cao đến mức báo động, nó đang gây ra nhưng thiệt hại và biến đổi to lớn đối với con người và sinh vật trên trái đất. Như trên đã nêu, năng lượng và ô nhiễm là hai vấn đề quan trọng cấp bách cần giải quyết nhanh chóng

doc55 trang | Chia sẻ: diunt88 | Lượt xem: 2998 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đồ án Thiết kế hệ thống tháp hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập – Tự do – Hạnh phúc Thành phố Hồ Chí Minh Khoa: Công nghệ Hóa & Thực phẩm Bộ môn: Quá trình và Thiết bị ĐỒ ÁN MÔN HỌC: ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH QT&TB MÃ SỐ: 605109 Họ và tên sinh viên: Vũ Tiến Dũng Lớp: HC06MB Ngành (nếu có): Quá Trình & Thiết Bị Đầu đề đồ án: Thiết kế hệ thống tháp hấp phụ tinh luyện cồn pha xăng Nhiệm vụ (nội dung yêu cầu và số liệu ban đầu): Nồng độ nhập liệu: xF= 92%phần khối lượng Nồng độ sản phẩm cồn khan: xW = 99,5% phần khối lượng Nguồn năng lượng và các thông số khác tự chọn Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Xem ở phần mục lục Các bản vẽ và đồ thị (loại và kích thước bản vẽ): Gồm 2 bản vẽ A1: bản vẽ quy trình công nghệ và bản vẽ chi tiết thiết bị Ngày giao đồ án: 5/07/2010 Ngày hoàn thành đồ án: 4/9/2010 Ngày bảo vệ hay chấm: 7/9/2010 Ngày 4 tháng 09 năm 2010 CHỦ NHIỆM BỘ MÔN NGƯỜI HƯỚNG DẪN (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) NHẬN XÉT ĐỒ ÁN Cán bộ hướng dẫn. Nhận xét: Điểm: Chữ ký: Cán bộ chấm hay Hội đồng bảo vệ. Nhận xét: Điểm: Chữ ký: Điểm tổng kết: Mục Lục Chương 1 6 I. Mục đích đề tài 6 1. Tính thực tiễn của đề tài 6 2. Lợi ích của việc dng gasohol 7 II. Những đặc tính của cồn tinh luyện 8 1. Các phương pháp sản xuất cồn 8 2. Tính chất v ứng dụng của cồn 8 III. Cồn nhin liệu 9 1. Lịch sử pht triển 9 2. Yêu cầu về chất lượng 9 3. Các phương pháp pha cồn vào xăng 12 4. Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống 12 IV. Cc phương pháp sản xuất cồn nhiên liệu 13 1. Phương pháp chưng luyện 13 2. Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua màng 13 3. Phương pháp hấp phụ (rây phân tử) 14 4. Phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp 17 V. Vật liệu hấp phụ Zeolite 18 1. Cấu trc của zeolite 18 2. Phn loại Zeolite 18 3. Xác định bề mặt riêng của zeolite 19 4. Một số đặc trưng của Zeolite 4A 20 Chương 2 21 I. Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Langmuir 21 II. Thuyết hấp phụ Fruendlich 22 III. Thuyết hấp phụ đẳng nhiệt Brunauer – Emmett – Teller (BET) 23 IV. Một số thực nghiệm về phương pháp hấp phụ sản xuất cồn bằng vật liệu zeolite 23 Chương 3 28 I. Lựa chọn quy trình cơng nghệ 28 II. Thuyết minh quy trình cơng nghệ 28 Chương 4 29 I. Cn bằng vật chất cho qu trình hấp phụ 29 II. Tính tốn chiều cao lớp hấp phụ 31 1. Đường kính của tháp 31 2. Tính chiều cao thp 32 3. Tính tốn thời gian hấp phụ 32 4. Tính toán lượng zeolite cần thiết 33 III. Cân bằng nhiệt lượng cho quá trình hấp phụ 33 Chương 5 35 I. Chọn tc nhn giải hấp phụ 35 II. Cn bằng vật chất cho qu trình nhả hấp phụ 35 II. Tính toán vận tốc hơi giải hấp đi trong tháp 37 II. Các giai đoạn nhả hấp phụ 37 Chương 6 39 I. Tính tốn chiều cao tồn bộ thp 39 II. Tính tổn thất p suất của dịng khí qua lớp hấp phụ 39 III. Tính toán cơ khí cho thân tháp 39 1. Tính bề dy cho thn trụ hn chịu p suất trong 40 2. Tính đáy, nắp tháp 40 3. Tính đường kính và bích ghép các ống dẫn 41 4. Tính chân đỡ tai treo cho tháp 44 Chương 7 47 I. Tính toán nồi đun 47 1. Lượng hơi đốt cần dùng 47 2. Hiệu nhiệt độ trung bình 48 3. Hệ số cấp nhiệt của cồn sơi sủi bọt trong thiết bị đun sôi 48 4. Hệ số cấp nhiệt của hơi ngưng tụ phía trong ống 48 5. Mật độ dịng nhiệt truyền qua vch 49 6. Hệ số truyền nhiệt tổng qut 49 7. Bề mặt truyền nhiệt 50 II. Năng suất nhiệt của caloriphe 50 III. Tính tốn thiết bị ngưng tụ sản phẩm 50 1. Lượng nước cần dùng để giải nhiệt 50 2. Hiệu nhiệt độ trung bình 51 3. Hệ số cấp nhiệt hơi cồn tình khiết ngưng tụ trên bề mặt ống đứng 51 4. Hệ số cấp nhiệt của nước giải nhiệt đi trong ống 51 5. Mật độ dịng nhiệt truyền qua vch 52 6. Hệ số truyền nhiệt tổng qut 52 7. Bề mặt truyền nhiệt 53 Kết Luận Ti Liệu tham khảo Chương 1 TỔNG QUAN I. Mục đích đề ti 1. Tính thực tiễn của đề tài Các nhà khoa học cho biết, chúng ta đang sống trong một giai đoạn lịch sử mới của trái đất – kỷ nguyên loại người – khi chúng ta là nguồn lực chính của trái đất. Nhưng hiện nay sự thành công của con người đã gây ra những áp lực chưa từng thấy cho hệ sinh thái trái đất và đe dọa chính loài người . Theo các chuyên gia, chúng ta đang phải đối mặt với sáu vấn đề có liên quan tới nhau và rất cấp: Lương thực: Cứ sáu người thì có một người bị đói và suy dinh dưỡng trong khi đó quá trình công nghiệp hóa và dân số tăng đang làm giảm diện tích trồng cây lương thực Nước: Đến năm 2025, 2/3 dân số thế giới phải sống trong vùng thiếu nước sạch Năng lượng: Hiện nay nguồn năng lượng chính của chúng ta đến từ dầu mỏ và khí đốt, trong khi đó nguồn nhin liệu hóa thạch này đang khan hiếm dần và dự đoán sẽ hết trong một tương lai rất gần Biến đổi khí hậu: Biến đổi khí hậu đã và đang diễn ra trên tòan thế giới, nó có ảnh hưởng rất lớn đến đời sống con người trên trái đất Đa dạng sinh học: Nhiều nhà khoa học cho rằng thế giới đang bước vào cuộc “đại tuyệt chủng” lần thứ 6 do các vấn đề về ô nhiễm môi trường và tăng dân số ô nhiễm: Các chất được cho là ô nhiễm đã có trong tự nhin từ rất lâu nhưng hiện giờ chúng đang có nồng độ cao đến mức báo động, nó đang gây ra nhưng thiệt hại và biến đổi to lớn đối với con người và sinh vật trên trái đất. Như trên đã nêu, năng lượng và ô nhiễm là hai vấn đề quan trọng cấp bách cần giải quyết nhanh chóng Thực tế cho thấy, cng với sựu pht triển mạnh mẽ của nền đại cơng nghiệp thì ko theo l lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất lớn. Trong khi đó nguồn năng lượng hĩa thạch đang ngày càng cạn kiệt, theo như dự bo của cc nh khoa học thì trữ lượng xăng dầu của tồn thế giới chỉ đủ cho khoảng 50 năm nữa Mặt khc việc sử dụng cc nguồn nhin liệu hĩa thạch làm cho môi trường bị ơ nhiễm nghim trọng. Việc đốt chy nhin liệu hĩa thạch thải ra rất nhiều khí ơ nhiễm như COx, NOx, SOx, cc hợp chất hydrocacbon… Gy nn nhiều hiệu ứng xấu đến môi trường sống, ảnh hưởng lơn đến chất lượng cuộc sống Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới cĩ khả năng tái tạo v thn thiện với môi trường là điều rất quan trọng v cần thiết. Bn cạnh việc sử dụng cc nguồn năng lượng như năng lượng thủy điện, năng lượng nguyn tử, năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng thủy triều…Thì năng lượng cĩ nguồn gốc sinh học đang rất được quan tm. Ethanol l nhin liệu đi từ nguồn gốc sinh học đang được cả thế giới quan tm. V hiện nay Ethanol được sử dụng như một phụ gia để pha vào xăng tạo thnh một loại nhin liệu được gọi l gasohol hay gasoline – alcohol Đặc biệt nước ta l một nước cĩ nền kinh tế nơng nghiệp l chủ yếu với thế mạnh chính l cc ngnh trồng trọt và chăn nuôi đặc biệt l ngnh trồng la gạo. Nước ta là nước cĩ sản lượng la gạo xuất khẩu đứng thứ hai trn thế giới với những năm gần đây kim nghạch xuất khẩu gạo tăng liên tục. Bn cạnh đó ngành trồng trọt rau củ quả cũng pht triển rất mạnh. Tất cả cc yếu tố trn cho thấy việc sản xuất Ethanol pha xăng từ cc phụ phẩm của sản xuất nơng nghiệp ở Việt Nam l rất khả thi Vì những lý do trn, đề ti “ Thiết kế phân xưởng tinh luyện cồn tuyệt đối dùng để pha xăng” là công đoạn cuối cng của dy chuyền sản xuất cồn pha xăng có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của loại nhin liệu mới ny 2. Lợi ích của việc dng gasohol Xt về mặt năng lượng thì cồn tinh luyện khơng cĩ lợi hơn so với xăng (năng lượng sinh ra khi đốt chy cồn chỉ bằng 62% khi đốt cháy xăng) nhưng việc ứng dụng gasohol vo thực tế sẽ mang nhiều lợi ích kinh tế: Tiết kiệm được lượng xăng nhập khẩu nếu pha thêm 10% Ethanol vào xăng mà bảo đảm động cơ vẫn hoạt động bình thường thì cĩ nghĩa l ta sẽ giảm được 10% lượng xăng nhập khẩu qua đó tiết kiệm được rất nhiều ngn sch dnh cho việc nhập khẩu xăng. Ethanol cĩ chỉ số octane cao, nên khi pha thêm Ethanol vào xăng làm tăng thêm chỉ số này và cũng đồng thời tăng chất lượng xăng Tận dụng cc nguồn phụ phế phẩm của nơng nghiệp để sản xuất cồn như rơm rạ, mật rỉ, ngơ, sắn…Đồng thời tạo công ăn việc lm cho nhn dn. Hng năm nước ta cĩ khoảng 31 triệu tấn rơm rạ, ngồi việc sản xuất nấm rơm ra thì đây là ngồn sản xuất cồn rất lớn, rất cĩ triển vọng Gip ổn định vấn đề về an ninh năng lượng v giảm bớt phụ thuộc năng lượng vo cc quốc gia khc II. Những đặc tính của cồn tinh luyện 1. Các phương pháp sản xuất cồn 1.1. Hydrat hĩa ethylen Ethanol được sử dụng như là nguyên liệu cơng nghiệp và thông thường nó được sản xuất từ cc nguyn liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydat hóa ethylen trên xúc tác axit, được trình by theo phản ứng hĩa học sau. Cho ethylen hợp nước ở 3000C p suất 70 – 80 atm với xc tc l axit photphoric: H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH 1.2. Phương pháp lên men Ethanol sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng trong cơng nghiệp, nhin liệu… được sản xuất theo phương pháp lên men: quá trình ny l chuyển hóa đường thnh ethanol bằng nấm men (người ta thường dng loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm khí, phản ứng hĩa học tổng qut được viết như sau: C6H12O6 → 2 CH3CH2OH + 2CO2 Qu trình nuơi cấy men rượu được gọi l ủ men. Sau khi chuyển hĩa hết đường người ta lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nng cao nồng độ ethanol 2. Tính chất v ứng dụng của cồn 2.1. Tính chất vật lý Ethanol l chất lỏng không màu, mùi thơm, dễ chy, dễ ht ẩm, có độ phn cực mạnh. Ethanol cĩ thể hịa tan nhiều chất vô cơ cũng như hữu cơ nên được sử dụng lm dung mơi rất tốt. Ethanol dễ chy v cĩ thể tạo hỗn hợp nổ với khơng khí. Ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước ở 89,4% mol, nhiệt độ sơi của hỗn hợp ny ở 1 atm l 78,40C Nhiệt độ sơi của ethanol nguyn chất 78,390C, tỷ trọng d154 = 0,794, nhiệt dung riêng đẳng p Cp(160C -210C) = 2,42 J.g-1.K-1, nhiệt chy 1370,82 kJ/mol 2.2. Ứng dụng Cồn l hỗn hợp Ethanol và nước cĩ ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của đời sống x hội: Cồn pha với nước thành đồ uống, chế biến thức ăn, chế biến cc loại hương Trong y tế cồn l nguyn liệu trung gian để sản xuất nhiều loại thuốc, cồn cịn lm chất st trng Trong ngnh cơng nghiệp sơn cồn dng lm dung mơi Trong cơng nghiệp hương liệu và nước hoa cồn dn lm dung mơi Trong hĩa học cồn l chất trung gian sản xuất ra cc hĩa chất khác như: axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat… Dng lm nhin liệu pha xăng E10, E20, E85, E100… III. Cồn nhin liệu 1. Lịch sử pht triển Từ những năm 20 của thế kỉ XX cồn đ được nghin cứu, sử dụng lm nhin liệu cho động cơ ôtô xe máy thay thế cho xăng dầu. Điển hình cho hướng đi tiên phong này là Mỹ v Brasil. Tuy nhin với việc pht hiện ra cc mỏ dầu cĩ trữ lượng lớn cng với sự pht triển mạnh mẽ của ngnh cơng nghiệp lọc hĩa dầu đ sản xuất ra sản phẩm xăng dầu chất lượng cao gi thnh hạ đ lm cho cồn nhin liệu bị đẩy li Năm 1973 với cuộc khủng hoảng năng lượng thì vấn đề dng cồn nhin liệu lại được đề cập nhưng phải đến đầu thế kí XXI hì hướng pht triển cồn nhin liệu mới được ưu tiên phát triển tuy vậy nĩ vẫn chỉ đóng vai trị thứ yếu so với cc nhin liệu hĩa thạch, nhưng trong tương lai nó có thể l nguồn năng lượng chính khí dầu mỏ cạn kiệt. Trn thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Ty u, Brasil, Trung Quốc, Nhật Bản đang là các nước sản xuất cồn nhin liệu nhiều nhất 2. Yu cầu về chất lượng Thực ra cồn cũng l hợp chất cacbuahydro như dầu mỏ nn cĩ tính chy nổ tốt. Vì vậy về nguyn tắc với cồn khan 99,5% trở ln l cĩ thể cho vào động cơ chạy được, tuy nhin cồn cĩ nhiều đặc tính như ăn mịn kim loại, lăm hư các chi tiết cao su hay nhựa trong động cơ nên nếu khơng cải tiến động cơ thì khơng thể thay thế hồn tồn xăng bằng cồn khan để chạy động cơ được. Đối với ơtơ, xe gắn máy thông thường chỉ được sử dụng xăng pha cồn với nồng độ tối đa là 10% (xăng E10). Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổi động cơ mà có thể chạy hồn tồn bình thường so với việc dng 100% xăng. Cồn pha xăng ngày nay đ được tiu chuẩn hĩa về chất lượng, ty theo quốc gia quy định, sau đây là một số tiu chuẩn điển hình Bảng 1: Yu cầu kỹ thuật của cồn nhin liệu STT  Tn chỉ tiu  Giới hạn   1  Ethanol, % thể tích, min  92,1   2  Methanol, % thể tích, max  0,5   3  Hàm lượng nhựa đ rửa qua dung mơi, mg/100ml, max  5,0   4  Hàm lượng nước, % thể tích, max  1,0   5  Hàm lượng chất biến tính (xăng, naphta), % thể tích, min – max  1,96 – 5,0   6  Hàm lượng Clorua vô cơ, mg/l, max  32   7  Hàm lượng đồng, mg/kg, max  0,1   8  Độ axit (axit acetic), mg/l, max  0,007   9  Độ pH, min – max  6,5 – 9,0   10  Lưu huỳnh, mg/kg, max  30   11  Sulfat, mg/kg, max  4   12  Khối lượng ring ở 150C, kg/m3  -   13  Ngoại quan  Trong   Bảng 2: Tiu chuẩn cồn nhin liệu của Mỹ năm 2003 STT  Tn chỉ tiu  Đơn vị  Giới hạn   1  Tỷ trọng tại 15,60C, max  g/ml  0,796   2  Nồng độ ethanol ở 15,60C, min  % tt  99,5   3  Tính kiềm  -  Khơng cĩ   4  Axit qui về axit acetic, max  % KL  0,006   5  Lượng chất rắn cịn lại khi bốc hơi nguyên liệu, max  % KL  0,005   6  Lượng aldehyde qui về CH3COOC2H5  g/100ml  0,10   7  Chì (Pb), max  g/100ml  Khơng cĩ   8  Methyl alcohol  Ppm  Thỏa mn cc yu cầu môi trường   9  Ketones, isopropyl, tertiary butyl  Ppm  Thỏa mn cc yu cầu môi trường   10  Cc hợp chất chứa lưu huỳnh  % tt  Khơng cĩ   Bảng 3: Tiu chuẩn cồn nhin liệu của Ấn Độ STT  Tn chỉ tiu  Đơn vị  Giới hạn   1  Tỷ trọng tại 15,60C, max  g/ml  0,7961   2  Nồng độ ethanol ở 15,60C, min  % tt  99,5   3  Tính kiềm  -  Khơng cĩ   4  Axit qui về axit acetic, max  mg/l  30   5  Lượng chất rắn cịn lại khi bốc hơi nguyên liệu, max  %KL  0,005   6  Lượng aldehyde qui về CH3COOC2H5, max  mg/l  60   7  Đồng (Cu), max  mg/kg  0,1   8  Methyl alcohol, max  mg/kg  300   9  Khả năng dẫn điện, max  microS/m  300   3. Các phương pháp pha cồn vào xăng Cồn cĩ thể được sử dụng lm nhin liệu cho vào động cơ ở nhiều dạng khc nhau, cụ thể l pha lẫn với xăng với tỷ lệ nào đó hoặc sử dụng 100% cồn. Qua việc thử nghiệm trn cc loại động cơ với nhin liệu cĩ cồn người ta thấy rằng nếu tỉ lệ cồn khơng qu 10%tt thì khơng cần thay đổi kết cấu động cơ Hiện nay trn thị trường đang lưu hành các loại xăng pha cồn như E5, E7, E10, E15, E20, E85, E95, E100. Ký hiệu E có nghĩa là xăng pha cồn cịn chỉ số cĩ nghĩa l phần trăm thể tích của cồn trong xăng 4. Ưu nhược điểm của xăng pha cồn với xăng truyền thống Ethanol cĩ chỉ số octane cao RON = 120 – 135, MON = 100 – 106, thường được pha vào xăng với tỉ lệ 10%tt – 15%tt. Khi pha vào xăng do bản thn ethanol cĩ chỉ số octane cao nên nó cũng làm tăng chỉ số octane chung của xăng Mặt khc, do bản thn qu trình chy trong động cơ là cháy cưỡng bức trong điều kiện thiếu oxy nn một số chất không cháy hoàn toàn và sinh ra CO gây độc hại. Khi đưa ethanol vào thì sẽ có các ưu điểm sau: Đốt chy hồn tồn cc chất trong hỗn hợp chy nhờ cĩ thm oxy trong ethnol giảm tiêu hao năng lượng do chy khơng hết Oxy hóa các khí độc hại trong qu trình chy ln số oxy hĩa cao nhất ít độc hại hơn với môi trường Bn cạnh đó sử dụng ethanol pha xăng cũng có những nhược điểm: Ethanol khan rất háo nước do đó quá trình bảo quản sẽ khó khăn Ethanol khó bay hơi hơn phần nhẹ trong xăng nên khi nhiệt độ xuống thấp sẽ khĩ khởi động động cơ Nước cĩ trong cồn pha xăng có thể lm tch lớp Gi cồn hiện nay tương đối cao Ngoài nhược điểm trn, do ethanol chủ yếu được sản xuất từ nơng nghiệp nn cần phải cân đối hợp lý giữa việc sử dụng lương thực để lm nguyn liệu sản xuất cồn v thực phẩm sinh hoạt IV. Các phương pháp sản xuất cồn nhin liệu Ethanol thu được sau qu trình ln men rỉ đường, tinh bột hoặc xenllulo cĩ nồng độ khoảng 10%tt – 12%tt. Để thu được cồn cĩ nồng độ lớn hơn nồng độ tại điểm đẳng phí thông thường phải trải qua các giai đoạn chính sau: Giai đoạn 1: Sử dụng các phương pháp chưng cất thông thường để nâng cao độ cồn tới gần điểm đẳng phí (96,4%tt) Giai đoạn 2: Sử dụng các phương pháp đặc biệt khác để tinh chế, lm khan cồn. Để lm khan cồn hiện nay người ta thường sử dụng các phương pháp: Chưng luyện: Chưng luyện đẳng phí Trích ly muối rắn Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua mng Phương pháp hấp phụ 1. Phương pháp chưng luyện 1.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí Nguyn tắc của phương pháp này là cho thêm cấu tử thứ ba vo hỗn hợp để phá điểm đẳng phí, cấu tử thứ ba ny sẽ tạo thnh với cấu tử dễ bay hơi thành một dung dịch đẳng phí có độ bay hơi lớn hơn và sản phẩm đáy tháp sẽ ở dạng nguyn chất. Cấu tử thứ ba thường dng l Benzene, Clorofom, toluene… 1.2. Phương pháp trích ly với muối rắn Trong một vi hệ nào đó khi độ hịa tan cho php thì ta cĩ thể hịa tan muối vo trong pha lỏng, đúng hơn là thêm vào chất lỏng như là một tc nhn ring cho qu trình chưng luyện trích ly. Khi đó muối sẽ làm thay đổi thnh phần hỗn hợp ở trạng thi cn bằng mà không làm thay đổi hỗn hợp ở trạng thái đầu, đối với hệ ethanol – nước khi thm muối khan làm cho độ bay hơi thay đổi đáng kể 2. Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua mng Phương pháp bay hơi thẩm thấu qua mng lọc dựa trn nguyn tắc sử dụng mng cĩ khả năng hút nước cao, cĩ khả năng thẩm thấu ngược để tách nước ra khỏi hỗn hợp cc cấu tử. Bay hơi qua màng rất hiệu quả cho qu trình phn tch hỗn hợp lỏng ví dụ như loại nước ra khỏi hỗn hợp ethanol – nước để sản xuất cồn cao độ. Kích thước của mng phụ thuộc lưu lượng chảy qua màng. Phương pháp này màng lọc rất dễ bị ngộ độc hay mất dần khả năng thầm thấu nên thường xuyn thay mng  Hình 1. Nguyn tắc của phương pháp thẩm thấu qua mng 3. Phương pháp hấp phụ (rây phân tử) Ry phn tử (hay cịn gọi l sng phn tử) l qu trình sử dụng cc chất hấp phụ chọn lọc để phn ring hỗn hợp cĩ nồng độ thấp. Khi cho một hỗn hợp cc cấu tử có kích thước khác nhau đi qua chất hấp phụ thì cấu tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản chất hấp phụ sẽ được giữ lại cịn cấu tử có kích thước lớn hơn sẽ đi ra ngoài và ta thu được dịng vật chất cĩ nồng độ cao hơn. Lợi dụng tính chất ny của cc chất hấp phụ người ta đ sử dụng để lm khan hỗn hợp ethnol – nước, với chất hấp phụ thường dng l zeolite, than hoạt tính, silicagel… Kích thước động học của ethanol và nước được biết hiện nay l: Kích thước động học của nước 2,57 A0 Kích thước động học của ethnol 4,46 A0 Do đó vật liệu hấp phụ có kích thước mao quản nằm trong khoảng 2,57 A0 – 4,46 A0 sẽ cĩ khả năng làm khan được cồn và người ta thường dng Zeolite 3A hoặc 4A để lm chất hấp phụ. Tuy vậy vẫn chưa có kết luận cuối cng no cho thấy zeolite 3A hay 4A cĩ khả năng làm khan cồn tốt hơn. Khi nhả hấp phụ thì sẽ dùng khí Nitơ nóng hoặc dng trực tiếp cồn khan để nhả hấp… Trong cơng nghệ lm khan cồn bằng chất hấp phụ lại được thực hiện bằng rất nhiều cch: hấp phụ cồn dưới dạng hơi, cồn dạng lỏng, thực hiện hấp phụ bằng hai thp hay ba thp, thp tầng cố định hoặc tầng sôi…Dưới đây là sơ đồ cơng nghệ của các phương pháp trên  Hình 2. Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng hai thp  Hình 3. Sơ đồ hấp thụ cồn dạng hơi sử dụng ba thp 4. Phân tích ưu nhược điểm của từng phương pháp 4.1. Phương pháp chưng luyện đẳng phí Ưu điểm: Là phương pháp tách hiệu quả hệ hai hay nhiều cấu tử cĩ tạo thnh điểm đẳng phí khi tiến hành chưng ở điều kiện thường Với việc lựa chọn dung mơi hợp lý qu trình chưng cất sẽ đơn giản dễ vận hnh Nhược điểm: Bằng việc thm vo Benzene, cyclohexane trong sản phẩm sẽ cịn lại một lượng dư lượng nhỏ những chất này, nhưng đây là những chất rất độc hại với cơ thể con người Yu cầu về năng lượng nhiệt cao Gi thnh sản phẩm tương đối cao 4.2 Phương pháp chưng luyện trích ly với muối khan Ưu điểm Chưng luyện trích ly cĩ thể tao ra độ sạch cao hơn các tháp làm sạch thông thường. Cả vốn đầu tư và chi phí vận hành đều giảm Phương pháp này sử dụng tc nhn l muối tương đối dễ kiếm v rẻ tiền , thiết bị vận hành đơn giản, nông độ sản phẩm cao Nhược điểm Ring với cồn
Tài liệu liên quan