Nghiên cứu thiết kế, và chế tạo hệ thống thiết bị tự động tinh luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn với công suất tối thiểu 2000 lít cồn 99,5

BỘ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM


CHƯƠNG TRÌNH KHCN TRỌNG ĐIỂM CẤP NHÀ NƯỚC
“NGHIÊN CỨU, PHÁT TRIỂN VÀ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ
CƠ KHÍ CHẾ TẠO”, MÃ SỐ KC.05/06-10”








BÁO CÁO TỔNG HỢP
KẾT QUẢ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ ĐỀ TÀI
“Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị tự động
tinh luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn, công suất tối thiểu
2000 lít cồn (99, 5%)/ ngày”
MÃ SỐ: KC.05.20/06-10







Cơ quan chủ trì : Trường Đại học Bách Khoa,
Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh
Chủ nhiệm đề tài : TS. Huỳnh Quyền

TP. Hồ Chí Minh, năm 2010

Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 1 -

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC CÁC BẢNG 12
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 16
MỞ ĐẦU 18
Chương 1 :Nghiên cứu tổng thuật, lựa chọn vật liệu rây phân tử và xây dựng
cơ sở nhiệt động – động học. Xây dựng công nghệ sản xuất và mô phỏng công
nghệ sản xuất tinh luyện cồn đạt nồng độ 99,5% bằng phương pháp rây phân tử.
23

1.1 Công nghệ và thiết bị cho quá trình tinh luyện cồn tinh khiết bằng công nghệ
rây phân tử trên thế giới 23

1.1.1 Các công nghệ sản xuất cồn tinh luyện đang ứng dụng trên thế giới 23

1.1.2 Công nghệ sản xuất cồn tự động hiện đại 23
1.1.3 Lựa chọn công nghệ tinh luyện cồn 26
1.2 Vật liệu rây phân tử - Xây dựng quá trình nhiệt động và động học quá trình
hấp phụ và giải hấp phụ của nước trong ethanol 27

1.2.1 Lựa chọn vật liệu rây phân tử 27
1.2.2 Xây dựng quá trình nhiệt động và động học quá trình hấp phụ của nước
trong ethanol 30

1.2.3 Xây dựng quá trình nhiệt động và động học quá trình giải hấp phụ của
nước trong ethanol 36

1.3 Công nghệ tinh luyện cồn đạt nồng độ 99,5% bằng công nghệ rây phân tử . 36
1.3.1 Chuẩn hóa nguyên liệu 37
1.3.2 Hấp phụ - giải hấp và thu hồi cồn sản phẩm 37
1.3.3 Thu hồi cồn từ nước thải của quá trình giải hấp phụ 38
1.4 Mô phỏng trên phần mềm Pro II cho công nghệ tinh luyện cồn 39
1.4.1 Mô phỏng cho quá trình chưng luyện sản xuất cồn 39
1.4.2 Mô phỏng cho quá trình hóa hơi và quá nhiệt cồn nhập liệu 40
1.4.3 Mô phỏng cho quá trình thu hồi cồn sau giải hấp 41
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 2 -

Chương 2
 : Nghiên cứu tính toán lựa chọn các thông số công nghệ cho các
thiết bị chính và thiết bị phụ trợ trong hệ thống sản xuất tinh luyện cồn bằng
công nghệ rây phân tử, năng suất tối thiểu 2.000 lít/ngày. Thiết kế hệ thống điều
khiển tự động 44


2.1 Thông số công nghệ cho các thiết bị chính của hệ thống 44
2.1.1 Cụm chuẩn hóa nguyên liệu 44
2.1.2 Cụm hấp phụ và giải hấp 48
2.1.3 Cụm thu hồi cồn sau quá trình giải hấp 50
2.2 Thiết kế hệ thống điều khiển tự động các giai đoạn của hệ thống công nghệ
52

2.2.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển chung: 52
2.2.2 Xây dựng mô hình hệ thống điều khiển bằng con đường mô phỏng: 53
2.3 Thông số kỹ thuật cho các thiết bị điều khiển tự động 57
2.3.1 Các cảm biến đo 57
2.3.2 Các thiết bị điều khiển 61
Chương 3 : Nghiên cứu thiết kế, xây dựng quy trình công nghệ chế tạo và chế
tạo các thiết bị trong Hệ thống thiết bị tự động tinh luyện cồn để sản xuất xăng
pha cồn, năng suất tối thiểu 2000 lít/ngày bằng công nghệ rây phân tử 66

Cụm thiết bị chuẩn hóa nguyên liệu cồn 66
3.1 Thiết bị chưng cất nguyên liệu đầu 66
3.1.1 Cân bằng vật chất - cân bằng năng lượng 66
3.1.2 Thiết kế tháp chưng cất 67
3.1.3 Quy trình chế tạo chi tiết 68
3.1.4 Tổ hợp 69
3.2 Thiết bị đun đáy tháp chưng cất E-02 70
3.2.1 Cân bằng vật chất – năng lượng 70
3.2.2 Thông số chi tiết 70
3.2.3 Quy trình chế tạo 71
3.2.4 Tổ hợp 72
3.3 Thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp chưng cất E-03 73
3.3.1 Cân bằng vật chất – năng lượng 73
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM

Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 3 -

3.3.2
 Thông số chi tiết 73
3.3.3 Quy trình chế tạo 74
3.3.4 Tổ hợp 75
3.4 Thiết bị hóa hơi và quá nhiệt E-04 76
3.4.1 Cân bằng vật chất – năng lượng 76
3.4.2 Thông số chi tiết 76
3.4.3 Quy trình chế tạo 77
3.4.4 Tổ hợp 78
Cụm thiết bị giai đoạn hấp phụ và giải hấp 79
3.5 Tháp hấp phụ 79
3.5.1 Cân bằng vật chất - năng lượng 79
3.5.2 Thiết kế tháp hấp phụ 79
3.5.3 Quy trình chế tạo 80
3.5.4 Tổ hợp 82
3.6 Thiết bị tận dụng nhiệt E-00 83
3.6.1 Cân bằng vật chất – năng lượng 83
3.6.2 Thông số chi tiết 83
3.6.3 Quy trình chế tạo 84
3.6.4 Tổ hợp 85
3.7 Thiết bị ngưng tụ sản phẩm E-06 86
3.7.1 Cân bằng vật chất – năng lượng 86
3.7.2 Thông số chi tiết 86
3.7.3 Quy trình chế tạo 87
3.7.4 Tổ hợp 88
Cụm thiết bị giai đoạn thu hồi cồn từ nươc thải của quá trình giải hấp 89
3.8 Thiết bị ngưng tụ cồn sau giải hấp E-05 89

3.9 Tháp thu hồi cồn 91
Chương 4 : Nghiên cứu xây dựng phần mềm điều khiển cho Hệ thống thiết bị
tự động tinh luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn, năng suất tối thiểu 2.000
lít/ngày bằng công nghệ rây phân tử 93

Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 4 -

4.1
 Nguyên lý làm việc của hệ thống tinh luyện cồn bằng công nghệ rây phân tử .
93

4.1.1 Mô tả nguyên lý làm việc 93
4.1.2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển hệ thống công nghệ tinh luyện cồn (Phụ lục
15) 95

4.1.3 Các thông số trạng thái trong hệ thống 96
4.1.4 Các thông số điều khiển cho hệ thống 97
4.2 Hệ thống điều khiển tự động hệ thống tinh luyện cồn bằng công nghệ rây
phân tử 99

4.2.1 Các thiết bị đo 99
4.2.2 Các thiết bị điều khiển 101
4.3 Phần mềm điều khiển cho hệ thống chuẩn hóa nguyên liệu 105
4.3.1 Tính năng của chương trình 105
4.3.2 Các giai đoạn/trạng thái làm việc của chương trình điều khiển 106
4.4 Phần mềm điều khiển cho hệ thống hấp phụ, giải hấp 109
4.4.1 Tính năng của chương trình 109
4.4.2 Các giai đoạn/trạng thái làm việc của chương trình điều khiển 110

4.5 Phần mềm điều khiển cho hệ thống thu hồi cồn từ nước thải của quá trình
giải hấp 115

4.5.1 Tính năng yêu cầu của chương trình 115
4.5.2 Các giai đoạn/trạng thái làm việc của chương trình điều khiển 115
4.6 Phần mềm điều khiển trung tâm 118
4.6.1 Tính năng yêu cầu của chương trình chính 118
4.6.2 Xây dựng các giai đoạn/trạng thái làm việc của chương trình điều khiển
trung tâm 119

4.6.3 Xây dựng mối liên kết giữa các chương trình con và chương trình chính
120

4.6.4 Giám sát hệ thống phụ trợ và điều khiển Dừng Khẩn cấp 124
4.6.5 Dữ liệu cho chu trình vận hành tự động của chương trình điều khiển
trung tâm 124

4.7 Hệ điều khiển trung tâm 127
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 5 -

4.7.1
 Giới thiệu bộ phần mềm OPTO 22 127
4.7.2 Xây dựng giao diện chương trình: 130
Chương 5 : Chạy thử nghiệm các thiết bị trong Hệ thống thiết bị 134
5.1 Chạy thử nghiệm cụm thiết bị chuẩn hóa nguyên liệu cồn 134
5.2 Chạy thử nghiệm cụm thiết bị giai đoạn hấp phụ và giải hấp 135
5.3 Chạy thử nghiệm cụm thiết bị giai đoạn thu hồi cồn từ nước thải của quá
trình giải hấp 138


Chương 6 : Nghiên cứu xây dựng quy trình lắp ráp hệ thống thiết bị tự động
tinh luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn, năng suất tối thiểu 2000 lít/ngày bằng
công nghệ rây phân tử 140

6.1 Lắp ráp cụm chư ất 140
6.2 Lắp ráp cụm hấp phụ 141
6.3 Lắp ráp cụm thu hồi 142
6.4 Lắp ráp hoàn thiện hệ thống 142
6.5 Lắp ráp đường cấp hơi nước gia nhiệt 143
6.6 Lắp ráp đường nước làm mát 144
6.7 Lắp ráp đường dẫn khí nén 145
6.8 Lắp ráp cáp điều khiển, cáp điện 145
Chương 7 :Nghiên cứu Vận hành thử nghiệm Hệ thống thiết bị và hiệu chỉnh,
tối ưu công nghệ. Xây dựng quy trình vận hành Hệ thống thiết bị 146

7.1 Thử nghiệm thiết bị công nghệ của công đoạn chuẩn hóa cồn nguyên liệu 146
7.2 Thử nghiệm thiết bị công nghệ của công đoạn hấp phụ, giải hấp và thu hồi
sản phẩm 147

7.3 Thử nghiệm thiết bị công nghệ của công đoạn xử lí thu hồi cồn từ nước thải
của quá trình giải hấp 149

7.4 Điều kiện tối ưu của nồng độ cồn nguyên liệu đối với quá trình hấp phụ 150
7.5 Điều kiện tối ưu của nhiệt độ, áp suất đối với quá trình hấp phụ 151
7.5.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu 151
7.5.2 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất nhập liệu 152
7.6 Điều kiện tối ưu về thời gian hấp phụ 153
7.7 Điều kiện tối ưu của nồng độ cồn nguyên liệu đối với quá trình giải hấp 154
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM

Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 6 -

7.8
 Điều kiện tối ưu của áp suất, nhiệt độ đến quá trình giải hấp 155
7.8.1 Khảo sát ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu 155
7.8.2 Khảo sát ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình giải hấp 156
7.9 Điều kiện tối ưu của thời gian giải hấp 157
7.10 Quy trình vận hành và kỹ thuật an toàn của hệ thống thiết bị tự động tinh
luyện cồn để sản xuất xăng pha cồn, công suất tối thiểu 2000 lít cồn (99,5%)/ngày
bằng công nghệ rây phân tử 158

7.10.1 Mô tả công nghệ 158
7.10.2 Hệ thống phụ trợ 160
Chương 8 : Đánh giá các thông số thiết bị, công nghệ sản xuất cồn và chất
lượng sản phẩm nhiên liệu E10 (10% cồn tinh luyện sản phẩm + 90% nhiên liệu
xăng) 162

8.1 Đánh giá các thông số thiết bị, công nghệ sản xuất cồn: 162
8.2 Khảo sát đánh giá sự thay đổi công suất của động cơ khi sử dụng nhiên liệu
E10 (10% cồn tinh luyện sản phẩm + 90% nhiên liệu xăng) trên động cơ chuẩn 164

8.3 Khảo sát mức độ ô nhiễm của khói thải động cơ khi sử dụng nhiên liệu E10
(10% cồn tinh luyện sản phẩm + 90% nhiên liệu xăng) trên động cơ chuẩn 164

Chương 9 : KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 166
9.1 Các sản phẩm của đề tài đã đạt được 166
9.2 Tác động đối với kinh tế, xã hội và môi trường 168
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 170
TÀI LIỆU THAM KHẢO 172

PHỤ LỤC 175


Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 7 -

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu Ý nghĩa
RPT Rây phân tử (Molecular sieve)
Tp.HCM Thành phố Hồ Chí Minh
RPTC Trung tâm Nghiên cứu Công nghệ Lọc hóa dầu
PSA Pressure Swing Absorption
PLC Programmable Logic Controller
DCS Distributed Control System
t Thời gian
T Nhiệt độ
C
sp
Nồng độ cồn sản phẩm
C
NL
Nồng độ cồn nguyên liệu
P Áp suất
G Lưu lượng
Q Nhiệt lượng
E Thiết bị truyền nhiệt
C Tháp chưng cất
B Bồn chứa
EP Bơm lỏng

VP Bơm chân không
BV Van điều khiển đóng/mở
VCV Van điều khiển tuyến tính
PRV Van điều áp
LI Cảm biến hiển thị mức lỏng
LIC Cảm biến hiển thị và điều khiể
n chất lỏng
TI Cảm biến hiển thị nhiệt độ
TIC Cảm biến hiển thị điều khiển nhiệt độ
PI Cảm biến hiển thị áp suất
PIC Cảm biến hiển thị và điều khiển áp suất
FI Cảm biến hiển thị lưu lượng
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 8 -

FIC Cảm biến hiển thị và điều khiển lưu lượng
C
N
Nhiệt dung riêng của nước
C Hệ số bổ sung bề dày
C
a
Hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học
C
b
Hệ số bổ sung do bào mòn cơ học
C
c
Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo

C
o
Hệ số bổ sung quy tròn
C
0
Hệ số orifice
D
t
Đường kính trong của tháp
D
L
Đường kính của tháp đoạn luyện
D
c
Đường kính của tháp đoạn chưng
d
1
Đường kính lỗ
d
F
Đường kính ống nhập liệu
d
h
Đường kính ống dẫn hơi
d
hl
Đường kính ống hoàn lưu
d
L
Đường kính ống dẫn chất lỏng

d
w
Đường kính ống dẫn sản phẩm đáy
d
tr
Đường kính trong của ống
d
n
Đường kính ngoài của ống
F
tb
Bề mặt truyền nhiệt trung bình
G
C
Tải trọng cho phép trên 1 chân đỡ tháp
G
N
Suất lượng nước cần dùng
h
tl
Độ giảm áp của pha khí
h
k
Độ giảm áp qua mâm khô
h
1
Độ giảm áp do chiều cao lớp chất lỏng trên mâm
h
R
Độ giảm áp do sức căng bề mặt

Σh
tl
Độ giảm áp tổng cộng của toàn tháp
h
w
Chiều cao gờ chảy tràn
h
w0
Chiều cao tính toán gờ chảy tràn
h
gờ
Chiều cao gờ
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 9 -

H Chiều cao của tháp
h
mâm
Khoảng cách giữa 2 mâm
K Hệ số truyền nhiệt
L
w
Chiều dài hiệu dụng của gờ chảy tràn
L Chiều dài của ống truyền nhiệt
m
1
Khối lượng của 1 bích ghép thân
m
2

Khối lượng của 1 mâm
m
3
Khối lượng của thân tháp
m
4
Khối lượng của đáy tháp
M Khối lượng của toàn tháp
N Số lỗ trên 1 mâm
n
0
Góc ở tâm chắn bởi chiều dài đoạn L
w
P Trọng lượng của toàn tháp
P
tt
Áp suất tính toán
P
cl
Áp suất thủy tĩnh do chất lỏng ở đáy
q
L
Lưu lượng của chất lỏng phần luyện
q
C
Lưu lượng của chất lỏng phần chưng
Q
F
Lưu lượng chất lỏng nhập liệu
Q

h
Lưu lượng hơi ra khỏi tháp
Q
hl
Lưu lượng chất lỏng hoàn lưu
Q
h
Lưu lượng sản phẩm đáy
Q
nt
Nhiệt lượng ngưng tụ
Q
D
Nhiệt lượng sản phẩm đỉnh
q
N
Nhiệt tải phía hơi
q
t
Nhiệt tải qua thành ống và lớp cáu
q
w
Nhiệt tải phía sản phẩm đáy
q
D
Nhiệt tải ngoài thành ống
R
th
Chỉ số hồi lưu
r

N
Ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước bão hòa
r
D
Ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 10 -

r
1
Nhiệt trở trung bình của cặn bẩn trong thành ống
r
2
Nhiệt trở trung bình của cặn bẩn ngoài thành ống
r
t

Tổng nhiệt trở của thành ống và lớp cáu
Vb S
d
Tiết diện giữa ống chảy chuyền và mâm
S
t
Bề dày của thân
t
tt
Nhiệt độ tính toán
t
sN

Nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước bão hòa
t
v
Nhiệt độ đầu vào của dòng nước
t
v1
Nhiệt độ của vách tiếp xúc với hơi nước
t
v2
Nhiệt độ của vách tiếp xúc với sản phẩm đáy
t
w
Nhiệt độ của vách
t
ngưng
Nhiệt độ ngưng tụ của dòng sản phẩm
t
r
Nhiệt độ đầu ra của dòng nước
t
s
Nhiệt độ sôi
t
D
Nhiệt độ ngoài thành ống
t
R
Nhiệt độ hơi sản phẩm
∆t
1

Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất đầu vào
∆t
2
Hiệu số nhiệt độ của 2 dòng lưu chất đầu ra
∆t
log
Hiệu số nhiệt độ trung bình
u
0
Vận tốc pha hơi qua lỗ
V
tb
Lưu lượng thể tích hơi trung bình đi trong tháp
v
F
Vận tốc chất lỏng nhập liệu
v
h
Vận tốc hơi ở đỉnh tháp
v
hl
Vận tốc chất lỏng hoàn lưu
v
L
Vận tốc chất lỏng vào nồi đun
v
w
Vận tốc sản phẩm đáy
v
N

Vận tốc nước đi trong ống
Re Chuẩn số đồng dạng Reynolds
Nu Chuẩn số cấp nhiệt Nusselt
Pr Chuẩn số Prandtl
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 11 -



Gr Chuẩn số Grashof

N

Hệ số cấp nhiệt của nước trong ống

W

Hệ số cấp nhiệt của sản phẩm đáy

D

Hệ số cấp nhiệt của hơi sản phẩm ngưng tụ
β Hệ số giãn nở thể tích
δ
t
Bề dày của ống
λ

Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu ống

ρ
G
Khối lượng riêng của pha hơi
ρ
L
Khối lượng riêng của pha lỏng
ρ
n
Khối lượng riêng của nước
σ Sức căng bề mặt
ω
n
Vận tốc thực của dòng nước
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 12 -

DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1: Vật liệu rây phân tử zeolite 3A và 4A sử dụng trong đề tài 27

Bảng 1.2: Kết quả mô phỏng trên phần mềm Pro II của tháp chưng cất 39
Bảng 1.3: Kết quả mô phỏng trên phần mềm Pro II của thiết bị hóa hơi và quá nhiệt
nguyên liệu 40

Bảng 1.4: Kết quả mô phỏng trên phần mềm Pro II của thiết bị ngưng tụ cồn giải hấp
của cụm thu hồi cồn. 41

Bảng 2.1: Bảng liệt kê các thiết bị chính và phụ trợ 45
Bảng 2.2: Bảng liệt kê các thông số công nghệ của tháp chưng (Kết quả mô phỏng
bằng phần mềm Pro/II) 46


Bảng 2.3: Bảng liệt kê các thông số công nghệ của các đĩa trong tháp chưng (kết quả
mô phỏng bằng phần mềm Pro/II) 46

Bảng 2.4: Bảng liệt kê các thông số công nghệ của các đĩa trong tháp chưng (tt) (kết
quả mô phỏng bằng phần mềm Pro/II) 47

Bảng 2.5: Bảng liệt kê các thiết bị trong cụm hấp phụ và giải hấp 48
Bảng 2.6: Bảng liệt kê các thông số công nghệ của tháp hấp phụ và giải hấp 49
Bảng 2.7: Bảng liệt kê các thiết bị trong cụm thu hồi cồn sau quá trình giải hấp 50
Bảng 2.8: Bảng liệt kê các thông số công nghệ của bồn tách lỏng 51
Bảng 2.9: Các kênh điều khiển phù hợp 53
Bảng 2.10:Thông số các bộ điều khiển PID 56
Bảng 2.11: Bảng liệt kê các cảm biến đo nhiệt độ 57
Bảng 2.12: Bảng liệt kê các cảm biến đo lưu lượng chất lỏng 58
Bảng 2.13: Bảng liệt kê các cảm biến đo mức lỏng 59
Bảng 2.14: Bảng liệt kê các cảm biến đo áp suất 60
Bảng 2.15: Bảng liệt kê các van tuyến tính 61
Bảng 2.16: Bảng liệt kê các van đóng/mở 62
Bảng 2.17: Bảng liệt kê cácbơm chất lỏng 64
Bảng 3.1: Cân bằng vật chất và năng lượng của tháp chưng cất 66
Bảng 3.2: Đặc tính các chi tiết tháp chưng cất 67
Bảng 3.3: Quy trình chế tạo của các chi tiết của tháp chưng cất 68
Bảng 3.4: Cân bằng vật chất – năng lượng của thiết bị E-02 70
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 13 -

Bảng 3.5: Đặc tính chi tiết của thiết bị đun đáy tháp chưng cất E-02 70


Bảng 3.6: Quy trình chế tạo các chi tiết của thiết bị đun đáy E-02 71
Bảng 3.7: Cân bằng vật chất – năng lượng của thiết bị E-03 73
Bảng 3.8: Đặc tính chi tiết của thiết bị ngưng tụ đỉnh tháp chưng cất E-03 73
Bảng 3.9: Quy trình chế tạo các chi tiết của thiết bị ngưng tụ đỉnh E-03 74
Bảng 3.10: Cân bằng vật chất – năng lượng của thiết bị E-04 76
Bảng 3.11: Đặc tính chi tiết của thiết bị hóa hơi và quá nhiệt E-04 76
Bảng 3.12: Quy trình chế tạo các chi tiết của thiết bị hóa hơi và quá nhiệt E-04 77
Bảng 3.13: Cân bằng vật chất và năng lượng của tháp hấp phụ 79
Bảng 3.14: Đặc tính chi tiết của tháp hấp phụ 79
Bảng 3.15: Quy trình chế tạo của các chi tiết của tháp hấp phụ 80
Bảng 3.16:Cân bằng vật chất – năng lượng của thiết bị E-00 83
Bảng 3.17: Đặc tính chi tiết của thiết bị tận dụng nhiệt E-00 83
Bảng 3.18: Quy trình chế tạo các chi tiết của thiết bị tận dụng nhiệt E-00 84
Bảng 3.19: Cân bằng vật chất – năng lượng của thiết bị E-06 86
Bảng 3.20: Đặc tính chi tiết của thiết bị ngưng tụ sản phẩm E-06 86
Bảng 3.21: Quy trình chế tạo các chi tiết của thiết bị ngưng tụ sản phẩm E-06 87
Bảng 3.22: Đặc tính chi tiết của thiết bị ngưng tụ cồn sau giải hấp E-05 89
Bảng 3.23: Quy trình chế tạo các chi tiết của thiết bị E-05 89
Bảng 3.24: Đặc tính chi tiết của tháp thu hồi cồn B-03 91
Bảng 3.25: Quy trình chế tạo các chi tiết của tháp thu hồi cồn B-03 91
Bảng 4.1: Các thông số nhiệt độ 96
Bảng 4.2: Các thông số áp suất 96
Bảng 4.3: Các thông số lưu lượng 97
Bảng 4.4: Các thông số mức chất lỏng 97
Bảng 4.5: Các van solenoid 97
Bảng 4.6: Các van tuyến tính 98
Bảng 4.7: Các bơm điện 98
Bảng 4.8: Các cảm biến cho hệ thống 99
Bảng 4.9: Các module đo lường cho hệ thống 100
Bảng 4.10: Các van điều khiển cho hệ thống 101

Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 14 -

Bảng 4.11: Các bơm điện cho hệ thống 102

Bảng 4.12: Các module điều khiển cho hệ thống 102
Bảng 4.13: Các thông số cho quá trình giám sát hệ thống phụ trợ 125
Bảng 4.14: Các thông số điều khiển cân bằng áp suất các bồn chứa 125
Bảng 4.15: Thông số cụm công nghệ chuẩn hóa nguyên liệu 126
Bảng 4.16:Thông số cụm công nghệ hấp phụ/giải hấp 126
Bảng 4.17:Thông số cụm công nghệ thu hồi cồn thải của quá trình giải hấp 127
Bảng 5.1: Kết quả thử nghiệm thử thủy lực cho tháp chưng cất 134
Bảng 5.2: Kết quả thử nghiệm thử thủy lực cho thiết bị đun đáy E-02 ở phía trong
chùm ống: 134

Bảng 5.3: Kết quả thử nghiệm thử thủy lực cho thiết bị đun đáy E-02 ở phía vỏ 134
Bảng 5.4: Kết quả thử nghiệm thử thủy lực cho thiết bị ngưng tụ đỉnh E-03 135
Bảng 5.5: Kết quả thử kín cho toàn bộ cụm thiết bị chuẩn hóa nguyên liệu cồn 135
Bảng 5.6: Kết quả thử thủy lực cho tháp hấp phụ 135
Bảng 5.7: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị hóa hơi nhập liệu E-04 ở phía trong chùm
ống 136

Bảng 5.8: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị hóa hơi nhập liệu E-04 phía vỏ 136
Bảng 5.9: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị thu hồi nhiệt E-00 ở phía trong chùm ống
136

Bảng 5.10: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị thu hồi nhiệt E-00 ở phía vỏ 137
Bảng 5.11: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm E-06 ở phía trong
chùm ống 137


Bảng 5.12: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị ngưng tụ sản phẩm E-06 phía vỏ
137

Bảng 5.13: Kết quả thử kín cho toàn bộ cụm thiết bị giai đoạn hấp phụ và giải hấp 138
Bảng 5.14: Kết quả thử nghiệm thử thủy lực cho tháp thu hồi cồn 138
Bảng 5.15: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị ngưng tụ giải hấp E-05 ở phía trong
chùm ống 138

Bảng 5.16: Kết quả thử thủy lực cho thiết bị ngưng tụ giải hấp E-05 phía vỏ 139
Bảng 5.17: Kết quả thử kín cho toàn bộ cụm thiết bị giai đoạn hấp phụ và giải hấp 139
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 15 -

Bảng 7.1: Liệt kê các tín hiệu của hệ thống điều khiển công đoạn chuẩn hóa cồn
nguyên liệu 146

Bảng 7.2: Kết quả chạy thử nghiệm công đoạn chuẩn hóa nguyên liệu 147
Bảng 7.3: Liệt kê các tín hiệu của hệ thống điều khiển công đoạn hấp phụ, giải hấp và
thu hồi sản phẩm 147

Bảng 7.4: Kết quả chạy thử nghiệm công đoạn hấp phụ, giải hấp và thu hồi sản phẩm
148

Bảng 7.5: Liệt kê các tín hiệu trong hệ thống điều khiển của cụm thu hồi cồn sau giải
hấp 149

Bảng 7.6: Kết quả chạy thử nghiệm công đoạn thu hồi cồn sau giải hấp 149
Bảng 8.1: So sánh công nghệ nghiên cứu của đề tài và công nghệ hiện đại tiêu biểu

162

Bảng 8.2: So sánh xăng pha 10% cồn 99,5% với xăng A92 164
Bảng 9.1: Danh mục sản phẩm khoa học và công nghệ dạng kết quả I, II 166
Bảng 9.2: Danh mục sản phẩm khoa học và công nghệ dạng kết quả III, IV 168


Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 16 -

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1:Sơ đồ nguyên lý thiết bị thử nghiệm tại RPTC 28

Hình 1.2:Đồ thị khảo sát khả năng hấp phụ nước của hai loại zeolite 29
Hình 1.3:Sơ đồ nguyên lý nghiên cứu quá trình hấp phụ nước của zeolite 30
Hình 1.4:Ảnh hưởng của áp suất lên khả năng hấp phụ nước của zeolite 3A 31
Hình 1.5:Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ nước của zeolite 3A 31
Hình 1.6:Ảnh hưởng của nhiệt độ lên nồng độ nước trong sản phẩm của zeolite 3A . 32
Hình 1.7:Ảnh hưởng của áp suất lên khả năng hấp phụ nước của zeolite 4A 33
Hình 1.8:Ảnh hưởng của nhiệt độ lên khả năng hấp phụ nước của zeolite 4A 33
Hình 1.9:Ảnh hưởng của nhiệt độ lên nồng độ nước trong sản phẩm của zeolite 4A . 34
Hình 1.10:Ảnh hưởng của áp suất lên nồng độ nước trong sản phẩm của zeolite 4A . 34
Hình 1.11:Khả năng hấp phụ nước của zeolite 3A và 4A 35
Hình 1.12:Khả năng giải hấp phụ nước của zeolite 4A 36
Hình 1.13:Mô hình tháp chưng cất mô phỏng trên phần mềm Pro II 39
Hình 1.14:Mô hình thiết bị hóa hơi và quá nhiệt mô phỏng trên Pro II 40
Hình 1.15:Mô hình cụm thu hồi cồn sau giải hấp mô phỏng trên Pro II 41
Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ tháp chưng 44
Hình 2.2: Sơ đồ công nghệ cụm hấp phụ/giải hấp 48

Hình 2.3: Sơ đồ công nghệ cụm thu hồi cồn sau quá trình giải hấp 50
Hình 2.4: Mô hình điều khiển được mô phỏng trên phần mềm Dynsim 54
Hình 2.5:Thông số tháp khi giảm lưu lượng nhập liệu 54
Hình 2.6:Đáp ứng của TC02 khi giảm lưu lượng nhập liệu 55
Hình 2.7:Đáp ứng của TC02 khi tăng lưu lượng nhập liệu 55
Hình 2.8:Đáp ứng của hệ thống khi giảm nồng độ nhập liệu còn 80%V 56
Hình 4.1:Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển cho hệ thống tinh luyện cồn 104
Hình 4.2:Sơ đồ trạng thái chương trình điều khiển hệ thống chuẩn hóa nguyên liệu 107
Hình 4.3:Lưu đồ vận hành của chương trình điều khiển cho hệ thống chuẩn hóa
nguyên liệu 108

Hình 4.4: Sơ đồ trạng thái chương trình điều khiển cho hệ thống hấp phụ/giải hấp . 111
Hình 4.5:Lưu đồ vận hành của chương trình điều khiển cho hệ thống hấp phụ/giải hấp
và thu hồi sản phẩm 113

Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 17 -

Hình 4.6:Lưu đồ vận hành của tác vụ Sản Xuất 114

Hình 4.7:Sơ đồ trạng thái chương trình điều khiển cho hệ thống thu hồi cồn 116
Hình 4.8:Lưu đồ vận hành của chương trình điều khiển cho hệ thống thu hồi cồntừ
nước thải của quá trình giải hấp 117

Hình 4.9:Sơ đồ trạng thái chương trình điều khiển trung tâm cho hệ thống tinh luyện
cồn bằng công nghệ rây phân tử 120

Hình 4.10:Sơ đồ lưu đồ làm việc của chương trình điều khiển trung tâm cho hệ thống
tinh luyện cồn bằng công nghệ rây phân tử 122


Hình 4.11:Lưu đồ làm việc trong từng trạng thái của chương trình điều khiển trung
tâm cho hệ thống tinh luyện cồn bằng công nghệ rây phân tử 123

Hình 4.12:Bộ dữ liệu cho chu trình vận hành tự động 125
Hình 4.13:Sơ đồ hệ thống SCADA xây dựng trên nền OPTO 22 128
Hình 4.14:Xây dựng giao diện làm việc 131
Hình 4.15:Lập trình điều khiển theo lưu đồ giải thuật đã đề ra 132
Hình 4.16:Giao diện làm việc của hệ thống 133
Hình 6.1:Sơ đồ hệ thống cấp hơi nước bão hòa 143
Hình 6.2:Sơ đồ hệ thống nước làm mát 144
Hình 6.3:Sơ đồ hệ thống đường ống khí nén 145
Hình 7.1:Ảnh hưởng của nồng độ cồn nguyên liệu đến nồng độ sản phẩm 150
Hình 7.2:Ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu đến nồng độ sản phẩm 151
Hình 7.3:Ảnh hưởng của áp suất nhập liệu đến nồng độ sản phẩm 152
Hình 7.4:Ảnh hưởng của thời gian hấp phụ đến nồng độ sản phẩm 153
Hình 7.5:Ảnh hưởng của nồng độ nhập liệu đến quá trình giải hấp 154
Hình 7.6:Ảnh hưởng của nhiệt độ nhập liệu đến quá trình giải hấp 155
Hình 7.7:Ảnh hưởng của áp suất chân không đến quá trình giải hấp 156
Hình 7.8:Ảnh hưởng của thời gian đến quá trình giải hấp 157

Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 18 -

MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, nguồn nhiên liệu hóa thạch trên thế giới ngày càng
cạn kiệt trong khi nhu cầu về năng lượng lại ngày càng tăng. Bên cạnh đó, vấn đề ô
nhiễm môi trường do sử dụng nhiên liệu cổ điển được sản xuất từ dầu mỏ đã ảnh
hưởng sâu rộng đến hệ sinh thái trên toàn cầu. Do đó, việc nghiên cứu và đưa vào ứng

dụng các công ngh
ệ để sản xuất cồn nhiên liệu – một nguồn nhiên liệu sạch, có khả
năng tái tạo đã và đang được triển khai ở nhiều nước trên thế giới.
Là một nước đang phát triển, trong những năm qua, mức tiêu thụ xăng dầu của
Việt Nam tăng đáng kể. Nhu cầu các sản phẩm xăng dầu vào năm 2001 đạt 8,58 triệu
tấn; năm 2006 đạt 11,04 triệ
u tấn, năm 2010 đạt tới 17,5-18 triệu tấn; theo dự đoán,
đến 2015-2020, mức tiêu thụ sản phẩm xăng dầu của nước ta vào khoảng 32,7-48,0
triệu tấn. Mức tiêu thụ ngày càng tăng, nhưng hiện nay, Việt Nam đang phụ thuộc
hoàn toàn vào nguồn xăng dầu nhập khẩu. Theo thống kê, chỉ kể từ năm 2000 đến
2004, tổng lượng sản phẩm xăng dầu các loại có mức tă
ng trưởng bình quân hàng năm
khoảng 6%. Năm 2000 nhập 7,533 triệu tấn, năm 2001 là 8,013 triệu tấn, năm 2002 là
8,960 triệu tấn, năm 2003 là 9,841 triệu tấn và năm 2004 là 12 triệu tấn. Trong năm
2009, việc đưa Nhà máy lọc dầu Dung Quất vào sử dụng với công suất 6,5 triệu tấn
dầu thô/năm, thì Việt Nam mới chỉ chủ động được một phần xăng dầu phục vụ nhu
cầu trong nước. Tính đế
n 17/11/2009, nhà máy lọc dầu Dung Quất đã nhập 18 chuyến
dầu thô với tổng khối lượng 1.447.830 tấn và sản xuất được tổng cộng 935.938 tấn
sản phẩm.Nhằm giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu nhiên liệu, ngày 20/11/2007, Thủ
tướng Chính phủ ra Quyết định số 177/2007/QÐ-TTg phê duyệt Ðề án phát triển
nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025. Hiện nay, xăng E5 đã
được bán thí
điểm tại một số tỉnh, thành như Hà Nội, Hải Phòng, Đà Nẵng, Vũng Tàu,
TP. Hồ Chí Minh, Cần Thơ.Theo tính toán, tại Việt Nam nhu cầu sử dụng xăng pha
cồn là 5 triệu tấn /năm [6],[7].
Nhìn chung, tình hình nghiên cứu và sản xuất cồn nhiên liệu ở Việt Nam phát
triển khá muộn và hiện nay đang còn ở trình độ rất thấp so với các nước trong khu vực
và trên thế giới. Hiện nay các nhà máy sản xuất c
ồn nhiên liệu (nồng độ cồn lớn hơn

99,5% V) vẫn còn đang trong giai đoạn triển khai. Các đề tài nghiên cứu chủ yếu thực
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 19 -

hiện ở quy mô phòng thí nghiệm, khả năng ứng dụng vào thực tế sản xuất thấp. Nội
dung của các đề tài chủ yếu nghiên cứu tập trung vào việc kiểm định những kết quả
nghiên cứu đã triển khai ứng dụng thực tế trên thế giới để áp dụng trong điều kiện
Việt Nam. Một vài đề tài nghiên cứu chất hấp phụ mới từ
nguồn vật liệu sẵn có tại
Việt Nam như BK-X1… Tuy nhiên, chưa có đề tài nào đề cập đến công nghệ cụ thể
về quy trình công nghệ cũng như thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu và có thể ứng dụng
cho quy mô công nghiệp.
Vấn đề cần đặt ra ở đây là phải có sự nghiên cứu thực nghiệm để đưa ramột
công nghệ hoàn thiện, tự động hoàn toàn, có khả
năng áp dụng ở quy mô công nghiệp
dựa trên cơ sở những kết quả nghiên cứu đã công bố và đã ứng dụng trên thế giới, áp
dụng vào điều kiện của Việt Nam. Chính vì những lý do đó, chúng tôi đã đăng ký đề
tài: Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị tự động tinh luyện cồn để sản
xuất xăng pha cồn, công suấ
t tối thiểu 2000 lít cồn (99,5%)/ngày.
Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu của đề tài:
- Thiết kế và chế tạo hệ thống thiết bị sản xuất cồn nhiên liệu với công suất tối
thiểu là 2000 lítcồn (99,5%)/ngày.
- Nguyên tắc: dựa vào công nghệ rây phân tử, một công nghệ phổ biến nhất hiện
nay trong việc tinh luyện cồn nhiên liệu.
- Công nghệ hoàn toàn tự động, liên tụ
c.
- Sản phẩm cồn nhiên liệu thu được đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật để pha trộn
vào xăng với tỷ lệ 10%, tương đương với Gazohol E10 của Mỹ.

Tính cấp thiết của đề tài:
Hiện nay, tình hình nghiên cứu ứng dụng nhiên liệu sinh học ở Việt Nam đang
trong giai đoạn phát triển và cần phải đẩy mạnh các nghiên cứu triển khai ứng dụng
vào thực ti
ễn mà cụ thể trong lĩnh vực sản xuất cồn nhiên liệu. Rất nhiều dự án xây
dựng nhà máy cồn đang được tiến hành tại Việt Nam và hầu như công nghệ hoàn toàn
ngoại nhập. Điều này đưa đến giá thành đầu tư cho dự án lớn, thời gian khấu hao công
nghệ dài và chúng ta mất thời gian khá dài để có thể làm chủ được công nghệ. Chính
vì thế, đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và chế t
ạo hệ thống thiết bị tự động tinh luyện cồn
để sản xuất xăng pha cồn, công suất tối thiểu 2000 lít cồn (99,5%)/ ngày” là đề tài cấp
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 20 -

thiết trong giai đoạn hiện nay và tương lai. Kết quả đề tài đạt được khôngchỉ là làm
chủ được công nghệ tinh luyện cồn nhiên liệu để ứng dụng vào thực tế tại Việt
Nammà cònthúc đẩy sự liên kết chặt chẽ giữa nghiên cứu khoa học và nhu cầu trong
thực tiễn của Việt Nam.
Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Với điều kiệ
n thuận lợi là một nước mà nông nghiệp chiếm đa số, Việt Nam có
một nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc sản xuất cồn nhiên liệu. Bên cạnh nhiều nhà
máy sản xuất cồn đang hoạt động ví dụ như nhà máy đường Lam Sơn - Thanh Hóa
(công suất đạt đến 25 triệu lít cồn/năm), nhà máy đường Quảng Ngãi, nhà máy đường
Tuy Hòa… sử dụng nguồn nguyên liệu là sắn và mía đường thì Việt Nam còn có
những phế
phẩm thu được từ nông nghiệp là nguồn nguyên liệu dồi dào cho việc sản
xuất cồn nhiên liệu như rơm rạ, trấu…
Công nghệ đề xuất trong đề tài là tinh luyện cồn nhiên liệu bằng phương pháp

hấp phụ rây phân tử, đây là công nghệ đang được sử dụng phổ biến trên thế giới. Ưu
điểm công nghệ này là tiết kiệm được một lượng chi phí lớn về
đầu tư nguồn
nguyên liệu, thiết bị, không gây ô nhiễm môi trường, ít tốn năng lượng, vốn đầu tư
tương đối thấp, năng suất lớn. Bên cạnh đó, với nguồn vật liệu chất hấp phụ sẵncó
trong nước và đến hiện nay, trên kết quả của một số đề tài nghiên cứu đã cho thấy, vật
liệu rây phân tử đã có thể sản xu
ất được tại Việt Nam như: BK-X1 tại Trung tâm
Nghiên cứu Công nghệ Lọc Hóa Dầu - ĐH Bách khoa – Đại học Quốc gia Tp. HCM,
rây phân tử tổng hợp ở Viện Hóa học - Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
Tính mới và tính hiện đại của đề tài:
Tính vượt trội của công nghệ Rây phân tử ứng dụng trong đề tài: Phương pháp
sản xuất cồn nồng độ cao ra đời sớm nhất là sử dụng oxide calcium v
ới công nghệ
trao đổi ion; sau đó là đến công nghệ chưng cất đẳng phí sử dụng Benzen, Pentane;
Kỹ thuật trích ly; Công nghệ rây phân tử… Đối với công nghệ chưng cất đẳng phí và
chưng cất trích ly có thể sản xuất được cồn có nồng độ cao, nhưng những phương
pháp này khó tránh khỏi sự tồn tại của những chất cặn bã hữu cơ trong sản phẩm, hơn
nữa những công ngh
ệ này thông thường hiệu suất thấp và đòi hỏi thiết bị có kích
thước tương đối lớn, điều này dẫn đến giá thành đầu tư cao. Phương pháp hiện nay
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 21 -

đang được ứng dụng và quan tâm nhiều nhất là công nghệ sản xuất cồn nhiên liệu dựa
trên quá trình hấp phụ với việc sử dụng chất hấp phụ chọn lọc, phương pháp này được
ứng dụng vào công nghiệp từ những năm 1980. Chất hấp phụ sử dụng có thể là carbon
hoạt tính, alumim hoạt tính, rây phân tử, bột ngũ cốc… Trong các loại chất hấp phụ
đó thì Rây phân tử

thể hiện khả năng hấp phụ hiệu quả nhất và có độ chọn lọc cao
nhất. Hơn nữa, rây phân tử thể hiện được tính bền nhiệt và bền cơ học cao, không có
sự giãn nở, vỡ ra sau khi hấp phụ (hút ẩm). Chính vì có nhiều ưu điểm như trên mà
công nghệ này đang được ứng dụng rộng rãi ở các nước trên thế giới.
Mục tiêu hoàn thiện công nghệ:
Đẩy nhanh việc sản xuất nhiên liệu sinh học
tại Việt Nam, góp phần vào việc giảm thiểu vấn đề ô nhiễm môi trường, cạn kiệt
nguồn năng lượng và phục vụ cho việc xây dựng chương trình An ninh Năng lượng
Quốc Gia Việt Nam.
Quy mô và trình độ của công nghệ cần đạt được: công nghệ sau khi nghiên
cứu hoàn chỉnh sẽ được triển khai trên quy mô công nghiệp, phục vụ cho nền công
nghi
ệp sản xuất cồn nhiên liệu tại Việt Nam. Công nghệ hoàn toàn có thể thay thế
được các công nghệ hiện đại khác trên thế giới về tính hiện đại, năng suất, ô nhiễm
môi trường…
Tính khả thi và hiệu quả kinh tế của đề tài: Giá thành đầu tư so với công
nghệ nước ngoài giảm 30-50%. Tiết kiệm được nguồn ngân sách quốc gia, thúc đẩy
các doanh nghiệp sản xuất trong nước phát triển.
Các phương pháp, kỹ
thuật áp dụng trong đề tài
Trong quá trình thực hiện đề tài, nhóm nghiên cứu đã áp dụng các phương
pháp nghiên cứu:
- Nghiên cứu thực nghiệm xây dựng cơ sở dữ liệu: sử dụng hai mô hình pilot để
nghiên cứu thực nghiệm. Mô hình đơn giản một tháp để khảo sát xây dựng cơ
sở nhiệt động – động học của vật liệu rây phân tử zeolite 3A và 4A. Mô hình
hai tháp hoạt động liên tục theo nguyên lý PSA để lựa ch
ọn vật liệu rây phân
tử, thu thập các số liệu phục vụ cho quá trình tính toán tháp hấp phụ cũng như
cung cấp các thông số vận hành cho quy trình công nghệ.
- Tổng hợp, phân tích số liệu: các thông số về lưu lượng, nồng độ, nhiệt độ, áp

Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 22 -

suất… phục vụ cho quá trình tính toán và thiết kế.
- Quá trình xây dựng các thông số thiết kế được thực hiện bằng nghiên cứu thực
nghiệm trên hệ thống pilot. Việc thiết kế các thông số quy trình được kiểm
chứng bằng phần mềm PRO II (mô phỏng tĩnh)
- Mô hình điều khiển cho hệ thống được xây dựng và tối ưu trên phần mềm
Dynsim (mô phỏng động).
- S
ử dụng các công cụ phần mềm kỹ thuật hỗ trợ như MS Office, AutoCad cũng
như các phần mềm mô phỏng Pro/II, Dynsim.



Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 23 -

Chương 1 : Nghiên cứu tổng thuật, lựa chọn vật liệu rây phân tử và xây dựng cơ
sở nhiệt động – động học. Xây dựng công nghệ sản xuất và mô phỏng công nghệ
sản xuất tinh luyện cồn đạt nồng độ 99,5% bằng phương pháp rây phân tử.
1.1 Công nghệ và thiết bị cho quá trình tinh luyện cồn tinh khiết bằng công
nghệ rây phân tử trên thế giới
Từ những năm đầu của thế kỷ trước, việc nghiên cứu tìm kiếm nguồn nhiên
liệu mới cụ thể là nhiên liệu cồn sinh học đã được thực hiện ở một số nước trên thế
giới, đặc biệt là những nước không có nguồn nhiên liệu dầu mỏ. Và cho
đến hiện nay,
với sự ô nhiễm ngày càng lớn của việc sử dụng nhiên liệu cổ điển được sản xuất từ

dầu mỏ và sự cạn kiệt của các nguồn nhiên liệu hóa thạch nói chung thì việc nghiên
cứu và đưa vào ứng dụng các công nghệ để sản xuất cồn nhiên liệu được triển khai ở
nhiều nước trên thế giới. Việc nghiên cứu ứng dụ
ng các công nghệ sản xuất cồn tuyệt
đối hiện nay là một trong những hướng nghiên cứu đang được tập trung với mục tiêu
công nghệ sản xuất hoàn toàn tự động, tiêu hao năng lượng thấp, không ô nhiễm môi
trường và phù hợp với các nồng độ khác nhau của nguyên liệu cồn thô ban đầu.
1.1.1 Các công nghệ sản xuất cồn tinh luyện đang ứng dụng trên thế giới
Để thu được sản phẩm là cồn tuyệt đối sử dụng làm nhiên liệu, trên thế giới
hiện nay đã sử dụng nhiều phương pháp tách nước từ cồn công nghiệp (cồn có nồng
độ thấp từ 70 đến 95,5% thể tích), cụ thể có thể liệt kê các phương pháp như sau:
 Phương pháp chưng cất:
- Phương pháp chưng đẳng phí
- Phương pháp chưng phân tử
 Phương pháp rây phân tử dùng chất hấp phụ chọn lọc Zeolite.
 Phương pháp dùng các chất hút ẩm.
 Phương pháp thẩm thấu qua màng.
 Phương pháp kết hợp bốc hơi thẩm thấu qua màng và rây phân tử.
1.1.2 Công nghệ sản xuất cồn tự động hiện đại
 Công nghệ sản xuất cồn bằng phương pháp chưng cất đẳng phíứng dụng tại
Brazil
Bộ KH&CN-CT KC05 Trường ĐH. BÁCH KHOA TPHCM
Đề tài Nghiên Cứu Khoa Học- Mã số: KC.05.20/06-10
- 24 -

Brazil là một trong những nước đi đầu trong lĩnh vực sử dụng năng lượng sinh
học, năm 1931 nước này đã tiến hành pha chế ethanol với xăng. Tới năm 1975, khi
giá dầu thế giới tăng cao, thì Brazil đã đi đầu với chương trình tầm cỡ quốc gia với
việc sử dụng cồn nhiên liệu để pha vào xăng với tỷ lệ đến 20%, dùng trong vận tải.
Hi

ện nay, ở Brazil, khoảng 3/4 số xe bắt buộc phải dùng gasohol nếu người sử dụng
xe không muốn dùng 100% ethanol.
Quy trình chưng cất đẳng phí dùng cấu tử lôi cuốn là benzene, heptan hoặc
cyclohexane.
Dòng nguyên liệu là ethanol 96% V sau khi gia nhiệt được đưa vào tháp tách
nước 1 (Dehydrating Column) tại vị trí giữa tháp. Các cấu tử lôi cuốn từ bồn chứa (6)
và từ sau thùng lắng gạn (2) được bơm vào trong tháp tại vị trí đỉnh tháp. Dòng
ethanol nguyên chất có nhiệt độ sôi cao thu được tại đ
áy và hỗn hợp đẳng phí ba cấu
tử có nhiệt độ sôi thấp thu được tại đỉnh.
Ethanol khan nồng độ 99,9% thể tích thu được ở đáy tháp tách nước, qua thiết
bị làm lạnh rồi đưa về bồn chứa, bảo quản.
Hỗn hợp đẳng phí ba cấu tử ra khỏi tháp tách nước được ngưng tụ trong thiết bị
ngưng tụ (3) và qua thiết bị làm lạnh (4) rồi được đư
a về thùng lắng gạn (2) để thực
hiện quá trình phân tách. Lớp trên của thùng lắng gạn là các hydrocacbon phá đẳng
phí, ethanol, một lượng hơi nước được đưa tuần hoàn về tháp tách nước. Phần dưới
được đưa trở về tháp tách hydrocacbon.
Đáy của tháp phân tách hydrocacbon thành phần chủ yếu là nước có thể được
thải bỏ ra ngoài.
Lượng hơi nước sử dụng: 1 ÷ 1,5 kg/lít ethanol 99,98%.
Ưu điểm:
- Phương pháp thiết kế công nghệ và thiết bị đã hoàn thiện
Nhược điểm của công nghệ:
- Chi phí vận hành cao
- Sử dụng dung môi lôi cuốn gây ô nhiễm môi trường trong quá trình vận hành
cũng như trong việc sử dụng sản phẩm cồn nhiên liệu.