Đồ án môn tin ứng dụng Tìm hiểu, mô phỏng các thiết bị trong 2 quá trình: sản xuất ethanol xử lý sản phẩm sau khi lên men và quá trình tinh luyện ethanol. Và tối ưu một phần các thiết bị của công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất ethanol khan

Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
ĐỒ ÁN MÔN TIN CHUYÊN NGÀNH
PHỤ LỤC
MỞ ĐẦU 2
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3
1.1 Mục đích 3
1.2 Ý nghĩa 3
1.3 Cơ sở lý thuyết và Sơ đồ công nghệ 3
1.3.1 quá trình xử lý sản phẩm sau khi lên men tinh bột sản xuất ethanol [2] 3
1.3.2 quá trình chưng chiết ethanol sử dụng môi monoethylenglycol (MEG) 5
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ 7
2.1 Cơ sở thiết kế trong chưng luyện hỗn hợp đẳng phí 7
2.2 Cơ sở việc tối ưu hóa quá trình chưng chiết hỗn hợp đẳng phí ethanol-nước 8
2.3 Tính toán thiết bị 8
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ 9
3.1 Mô phỏng quá trình xử lý sản phẩm của quá trình lên men tinh bột sản xuất rượu Ethanol.9
3.1.1 quá trình mô phỏng 9
3.1.2 Kết quả mô phỏng 11
3.2 Mô phỏng quá trình chưng chiết ethanol sử dụng dung môi MEG 11
3.2.1 Quá trình mô phỏng chưng chiết ethanol 11
3.2.2 Kết quả mô phỏng quá trình 13
3.2.3 Kết quả tối ưu của quá trình 13
CHƯƠNG 4: PHỤ LỤC 17
4.1 Bảng phụ lục của các dòng và thiết bị trong quá trình mô phỏng tinh luyện ethanol sử
dụng dung môi MEG 17
4.2 Bảng phụ lục của các dòng và thiết bị trong quá trình mô phỏng xử lý sản phẩm sau khi lên
men tinh bột 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO 27
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
1
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6

MỞ ĐẦU
Như chúng ta đã biết, nhiên liệu hóa thạch đã và đang đóng vai trò hết sức quan
trọng. Bên cạnh những ưu điểm vượt trội, nhiên liệu hóa thạch ngày càng bộc lộ nhiều
điểm hạn chế: không có khả năng tái sinh, ô nhiễm môi trường và việc phụ thuộc quá
nhiều vào loại nhiên liệu này đang gây ra những bất ổn về kinh tế, chính trị. Thực tế đặt
ra nhu cầu cấp thiết cần phải tìm nguồn nhiên liệu thay thế cho nhiên liệu hóa thạch. Rất
nhiều nghiên cứu đã được tiến hành và đưa ra được nhiều nguồn nhiên liệu mới. Trong
đó, nhiên liệu có nguồn gốc sinh học đang được ưu tiên nghiên cứu và sử dụng.
Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng mới có khả năng tái tạo và thân thiện với môi
trường là điều rất quan trọng và cần thiết. Bên cạnh việc sử dụng các nguồn năng lượng
như năng lượng thủy điện, năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời, năng lượng gió,
năng lượng thủy triều…Thì năng lượng có nguồn gốc sinh học đang rất được quan tâm.
Ethanol là nhiên liệu đi từ nguồn gốc sinh học đang được cả thế giới quan tâm. Và hiện
nay Ethanol được sử dụng để làm nguyên liệu cho một số quá trình và đặc biệt ethanol
như một phụ gia để pha xăng tạo thành một loại nhiên liệu được gọi là gasohol hay
gasoline – alcohol giúp tăng chỉ số ON và giảm thiểu ô nhiễm môi trường. Nước ta là
một nước có nền kinh tế nông nghiệp với thế mạnh là các ngành trồng trọt. Việc sản xuất
Ethanol từ các phụ phẩm của sản xuất nông nghiệp ở Việt Nam là rất khả thi.
Vì những lý do trên chúng em chọn đề bài “Tìm hiểu, mô phỏng các thiết bị trong
2 quá trình: sản xuất ethanol xử lý sản phẩm sau khi lên men và quá trình tinh luyện
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
2
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
ethanol. Và tối ưu một phần các thiết bị của công đoạn cuối cùng của quá trình sản xuất
ethanol khan”
Chúng em xin chân thành cảm ơn thày Đoàn Văn Huấn người trực tiếp giảng dạy
môn học và hướng dẫn chúng em hoàn thành đồ án này.
CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1.1 Mục đích
Tìm hiểu thiết kế và mô phỏng các thiết bị trong 2 quá trình: sản xuất ethanol là

xử lý sản phẩm sau khi lên men và tinh luyện ethanol để sản xuất ethanol khan. Tối ưu
một phần các thiết bị của công đoạn cuối cùng của dây chuyền sản xuất ethanol khan nó
có ảnh hưởng lớn đến chất lượng của loại nhiên liệu pha xăng này.
1.2 Ý nghĩa
1.3 Cơ sở lý thuyết và Sơ đồ công nghệ
1.3.1 quá trình xử lý sản phẩm sau khi lên men tinh bột sản xuất ethanol [2]
Tổng quan quá trình sản xuất Ethanol bằng lên men tinh bột:
• Nguyên liệu:
Lúa Mì Lúa
mạch
Lúa
mạch
đen
Bắp Lúa miến Lúa gạo Củ sắn
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
3
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Tinh bột
(%)
60 63.2 56-58 62.6 58-63 69.2 55-65
• Các vi sinh vật tham gia quá trình lên men
Vi sinh vật Nấm mốc Nấm men Vi khuẩn lactic
Tác dụng hủy phân tinh bột
thành đường.
Thủy phân dịch đường thành
rượu.
Axit hóa dịch
đường trước khi lên
men.
• Giai đoạn quá trình lên men

• Các phương pháp đường hóa
Dùng axit Men thuốc
bắc
Maltase Amylo Myco-malt
Tác nhân
đường hóa
-HCl
8÷10%
-H
2
SO
4

2÷5%
Nấm mốc
tự nhiên
trong thuốc
bắc
-Malt
-Các loại
thóc nảy
mầm
Amylomyces
rouxii,
mucor hoặc
Rhizopus
cấy trực tiếp
Enzymeamylase
của:
-Asp. Oryzae

-Asp. Niger
-Asp. Awamori
• Quá trình lên men
Phương trình tổng quát quá trình lên men.
C
6
H
12
O
6
= 2C
2
H
5
OH + 2 CO
2
+ 2ATP
• Các tạp chất sản phẩm phụ của quá trình lên men
Tạp chất đầu Tạp chất trung
gian
Tạp chất cuối
Thành phần Aldehyde acetic,
ethy lacetate,
Ethyl isobutyrate,
ethyl
Rượu cao phân tử:
isoamylic,
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
4
Tinh bột

1.Đường Hóa
Đường
2.Lên men
Rượu
Glucose và
chất dinh
dưỡng
Hấp thụ qua bề mặt
tế bào nấm men rồi
thẩm thấu qua màng
bán thấm vào tế bào
Rượu và CO
2
Qua màng tế bào
chất, Khuếch tán
và tan vào môi
trường xung
quanh
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
methyl acetate,
rượu metanol
Độ sôi thấp hơn
rượu etanol
Được lấy ra ở giai
đoạn đầu của quá
trình tinh chế
isovalerianate.
Tùy thuộc, nồng
độ rượu và tính
chất vật lý của tạp

chất.
isobutylic…
Nhiệt độ sôi cao
hơn etanol , khó
bay hơi, ít hòa tan
trong nước
• Sơ đồ công nghệ
Hình 1.1: Sơ đồ khối quá trình xử lý sản phẩm sau khi lên men
1.3.2 quá trình chưng chiết ethanol sử dụng môi monoethylenglycol (MEG)
• Cở sở lý thuyết:
Ethanol thu được sau quá trình lên men rỉ đường, tinh bột hoặc xenllulo có nồng
độ khoảng 10%V – 12%V. Để thu được cồn có nồng độ lớn hơn nồng độ tại điểm đẳng
phí thông thường phải trải qua các giai đoạn chính sau:
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
5
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Giai đoạn 1: Sử dụng các phương pháp chưng cất thông thường để nâng cao độ
cồn tới gần điểm đẳng phí (96,4%V)
Giai đoạn 2: Sử dụng các phương pháp đặc biệt khác để tinh chế, làm khan cồn.
Để làm 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 màng
+Phương pháp hấp phụ

Phương pháp chưng luyện đẳng phí được sử dụng nhiều do có ưu điểm là
thiết kế ban đầu đơn giản chi phí không quá đắt.
•
Sơ đồ khối của quá trình

Hydrous ethanol
MEG
Hình 1.2: sơ đồ khối quá trình chưng luyện ethanol
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
6
Anhydrous
ethanol
Solvent
Tháp Extractive Tháp Recycle
Pure
water
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ, TỐI ƯU HÓA QUÁ TRÌNH VÀ TÍNH
TOÁN THIẾT BỊ
2.1 Cơ sở thiết kế trong chưng luyện hỗn hợp đẳng phí
Đối với các hỗn hợp gồm các cấu tử có nhiệt độ sôi giống nhau hoặc rất gần nhau
hay tạo thành dung dịch đẳng phí, không thể dùng phương pháp chưng luyện thông
thường để tách các cấu tử ra dạng nguyên chất, dù tháp vô cùng cao với lượng hồi lưu rất
lớn. Để tách hôn hợp đó người ta phải có phương pháp đặc biệt đó là trích ly hay còn gọi
là phương pháp đẳng phí, tùy thuộc vào độ bay hơi của cấu tử thêm vào (cấu tử phân ly).
Hình 2.1:
a) hệ thống chưng luyện trích ly ( cẩu tử phân ly có độ bay hơi bé)
b) hệ thống chưng luyện đẳng phí (cấu tử phân ly có độ bay hơi lớn)
Cấu tử phân ly có tác dụng làm tăng độ bay hơi tương đối của một cấu tử trong
hỗn hợp. Nếu cấu tư phân ly có độ bay hơi bé khi thêm vào ở đỉnh tháp sẽ tạo thành một
hỗn hợp gồm cấu tử phân ly R và cấu tử B có độ bay hơi bé, còn cấu tử A có độ bay hơi
lớn. hỗn hợp mới R và B có độ bay hơi khác nhau nên dễ dàng tách theo phương pháp
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
7
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6

chương luyện thông thường (hình 2.1). Phương pháp này được sử dụng trong bài mô
phỏng do có ưu điểm chưng luyện trích ly không cần bốc hơi cấu tử phân ly nên lượng
hơi đốt sẽ ít tiết kiệm năng lượng hơn. Nếu cấu tử phân ly R có độ bay hơi lớn hơn các
cấu tử trong hỗn hợp khi thêm nó vào sẽ kết hợp với một cấu tử A trong hỗn hợp tạo
thành dung dịch đẳng phí có độ bay hơi lớn.kết quả chưng luyện sản phẩm đỉnh sẽ là hỗn
hợp đẳng phí sản phẩm ở đáy là cấu tử B khó bay hơi. Vì khi thêm cấu tử phân ly vào sẽ
tạo ra dung dịch đẳng phí nên gọi là phương pháp chưng luyện đẳng phí.
2.2 Cơ sở việc tối ưu hóa quá trình chưng chiết hỗn hợp đẳng phí ethanol-
nước
- Tối ưu nhiệt độ, áp suất dòng MEG, HYDROUS ETHANOL trước khi vào tháp
để đảm bảo tháp hoạt động tốt nhiệt độ, áp suất không nhỏ hơn hay lơn hơn nhiệt độ, áp
suất tại đĩa nạp liệu.
- Tối ưu lưu lượng dòng dung môi MEG khi cố định dòng nguyên liệu ethanol.
- Tối ưu Distillate Rate hay tối ưu lưu lượng dòng ra ở đỉnh tháp.
- Tối ưu chỉ số hồi lưu của tháp Extractive.
2.3 Tính toán thiết bị
Tính toán các thông số cơ bản của tháp CO2 wash, tháp hoạt động tách CO
2
và
hấp thụ tất cả các rượu.
o Bước 1: Cụ thể hóa 2 dòng wash H2O và to co2 wash đầu vào (chi tiết xem
bảng 4.12 và 4.18 phụ lục)
Hàm lượng ethanol trong khí đầu ra là : 0.000001 phần mol. Chất hấp thụ là dòng
nước.
o Bước 2: Tính áp suất làm việc của tháp hấp thụ
Áp suất làm việc của tháp hấp thụ : P ≥ P
ethanol
/b
Trong đó :
P

ethanol
là áp suất hơi riêng phần của ethanol trong dung dịch nước tại nhiệt độ làm
việc của tháp. Có thể được tính theo phương trình Antoine:
Lg P
ethanol
= A – B/(T+C)
T là nhiệt độ làm việc của tháp là 30
o
C. A,B,C là 3 hệ số của phương trình tương
ứng với H2O [5]
A B C T
min
T
max
Water 8.071331 1730.63 233.426 1 100
Water 8.14019 1710.94 244.485 99 374
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
8
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Ethanol 8.20417 1642.89 230.300 -57 80
ethanol 7.68177 1332.04 199.200 77 243
 P
ethanol
= 31.740167 mmHg
b là hàm lượng của ethanol còn lại trong khí đầu ra (ppm) là 0,0001% = 1 ppm
 P ≥ P
ethanol
/b = 31.740167 mmHg = 0.04176338 atm
Vậy ta chọn áp suất làm việc của tháp ở đỉnh là 1 atm và ở đáy là 1 atm
o Bước 3: tính lưu lượng dòng to_ferm đi ra ở đáy tháp

m
ethanol trong dòng to_ferm
= m
ethanol hấp thụ
= m
ethanol ở dòng to co2 wash
- m
ethanol ra ở đỉnh
m
to_ferm
= m
wash water
+ m
ethanol(hấp thụ)
+ m
(Methanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 1-butanol, 3-M-1-C4ol, 2-
pentanol, co2 bị hấp thụ)
–m
nước bị cuốn theo lên dòng đỉnh
Trong đó: n
ethanol(h.thụ)
+ n
(Methanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 1-butanol, 3-M-1-C4ol, 2-pentanol,co2 bị hấp thụ)
-
n
nước bị cuốn theo lên dòng đỉnh
= n
ethanol(to co2 wash)
+ n
(Methanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 1-butanol, 3-M-1-C4ol, 2-pentanol, co2

ở dòng to co2 wash)
– n
ethanol(khí ra ở đỉnh)
- n
(Methanol, 1-propanol, 2-propanol, 1-butanol, 1-butanol, 3-M-1-C4ol, 2-pentanol, co2 ở đỉnh)
- n
(nước cuốn theo ở đỉnh)
 m
ethanol trong dòng to_ferm
= m
ETHANOL(to co2 wash)
- m
ETHANOL(khí ra ở đỉnh)
= 1.1276653x46
kg/h = 51.8726038 [kg/h]
Lưu lượng khối lượng thành phần ethanol trong hysys tính là 51.8915052 [kg/h]
 kết quả mô phỏng phù hợp với tính toán bằng tay
o Bước 4: tính lưu lượng của dòng ethanol ra ở đỉnh tháp
m
(ethanol trong dòng khí ra ở đỉnh)
= m
(ethanol ở dòng to co2 wash)
– m
ethanol(h.thụ)
= 2.976x10
-3
[kg/h]
Lưu lượng khối lượng của ethanol trong dòng đỉnh co2_stream mà hysys tính là
2.997712x10
-3

[kg/h]
 kết quả mô phỏng phù hợp với tính toán bằng tay
CHƯƠNG 3: MÔ PHỎNG QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1 Mô phỏng quá trình xử lý sản phẩm của quá trình lên men tinh bột sản
xuất rượu Ethanol
3.1.1 quá trình mô phỏng
Sau quá trình lên men, sản phẩm Ethanol chúng ta thu được chủ yếu là nước và
Ethanol và nhiều những tạp chất như: Metanol, 1-Propanol, 2-Propanol, Axit axetic, 1-
Butanol, 3-metyl-butanol-1, 2-Pentanol và CO
2
. Trong quá trình xử lý này chúng ta cần
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
9
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
loại bỏ các tạp chất để thu được sản phẩm hỗn hợp đẳng phí của Ethanol và nước. Quá
trình thiết lập mô phỏng bằng Hysys cho quá trình xử lý này bao bồm những bước sau:
Đầu tiên chúng ta chọn mô hình cho quá trình mô phỏng này là NRTL. Nhập 3
dòng nguyện liệu đó là dòng nước, hơi nước và dòng sản phẩm của quá trình sau khi lên
men sản xuất ethanol ở điều kiện môi trường [2] (chi tết xem ở phụ lục 4.12). Dòng sản
phẩm đỉnh của tháp tách CO
2
thành phần chính là CO
2
.
Ethanol 0.016966
CO
2
0.942106
H
2

O 0.040875
được đưa cùng với dòng nước sạch vào tháp CO
2
wash loại chiệt để CO
2
và thu
hồi lượng ethanol bị cuốn theo bằng tháp rửa CO
2
(hấp thụ ethanol). Thành phần chính
dòng sản phẩm đỉnh và đáy của tháp này là: (chi tiết xem phụ lục 4.19)
Beer To_ferm Co2_stream
Ethano
l
0.027183 0.008595 0.000001
H
2
O 0.972206 0.990949 0.033305
CO
2
0.000521 0.000468 0.966690
Dòng Beer sản phẩm đáy của tháp loại CO
2
được đưa cùng với dòng hơi nước
stream vào tháp loại Methanol đây là một tháp quan trong. Tháp này thực hiện công việc
loại bỏ tất cả Methanol trong dòng sản phẩm của quá trình lên men. Là một tháp hấp thụ
sử dụng dòng hơi để lôi cuốn cấu tử cần tách lẫn trong lỏng. Dòng sản phẩm đỉnh của
tháp T-100 được đưa tới tháp tinh chế Main TS, tháp Main TS có tác dụng tinh chế loại
bỏ sản phẩm nhẹ, ethanol thu được thì được tái sinh trở lại thiết bị lên men. Dòng sản
phẩm đáy của tháp Main TS cùng với dòng sản phẩm sườn Rect_feed được đưa tới tháp
tinh cất T-101.(chi tiết điều kiện và thành phần dòng xem ở phụ lục 4.22). Tháp T- 101

là thiết bị cô đặc nhằm thu được hỗn hợp đẳng phí ethano – nước. Fusel là một hỗn hợp
của các Propanol, Butanol và Pentanol; nó có giá trị cao hơn Ethanol. Sự tích lũy của
Fusel oil trong tháp tinh chế là nguyên nhân dẫn đến sự hình thành của pha lỏng thứ hai
điều này làm ảnh hưởng xấu đến hiệu suất làm việc của các đĩa trong tháp. Để giải quyết
vấn đề này thì Fusel oil cần phải được lấy ra từ các đĩa sườn của tháp.
Rect_vap Rect_dist 1stprod Fusel stillage B
Mole Fractions
Ethano
l
0.8917 0.8928 0.8897 0.6908 0.0034
H
2
O 0.1022 0.1050 0.1092 0.3056 0.9962
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
10
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
(chi tiết điều kiện các dòng sản phẩm và tháp xem ở phụ lục 4.22 và 4.17)
3.1.2 Kết quả mô phỏng
Hình 3.1: Quá trình mô phỏng xử lý sản phẩm của quá trình lên men tinh bột
3.2 Mô phỏng quá trình chưng chiết ethanol sử dụng dung môi MEG
3.2.1 Quá trình mô phỏng chưng chiết ethanol
Quá trình bắt đầu từ dòng nguyên liệu Hydrous ethanol và dòng mono
ethylenglycol (MEG), được đi qua thiết bị tháp chưng chiết Extractive để tách ethanol thu
được ethanol khan có độ tính khiết cao rồi qua tháp Recycle thu hồi dung môi MEG để
tái sinh lại tháp Extractive dòng hồi lưu này được đi qua các thiết bị như bơm, thiết bị gia
nhiệt mục đích để đảm bảo áp suất và nhiệt độ để hồi lưu lại tháp Extractive.
Hydrous ethanol
MEG
Hình 3.2: Quy trình mô phỏng
Quá trình mô phỏng sử dụng mô hình Peng-Robinson. Nguyên liệu ethanol và

MEG đi vào ở nhiệt độ 25
o
C, áp suất 1 atm, lưu lượng lần lượt là 50 và 100 kmole/h với
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
11
Tháp Extractive Tháp Recycle
Pure
Water
Anhydrous
ethanol
Solvent
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
thành phần dòng HYDROUS ETHANOL ethanol chiếm 95% còn lại là nước. Dòng
MEG có thành phần Eglycol chiếm 99% còn lại là nước (xem bảng 4.1 và bảng 4.2 phần
phụ lục).
conditions
Name HYDROUS ETHANOL MEG
Nhiệt độ [
o
C] 94.35 88.50
Áp suất [Kpa] 160 112.0
Tốc độ dòng [kgmole/h] 100 79.86
composition Phần mol
Ethanol 0.95 0.00
H
2
O 0.05 0.01
MEG 0.00 0.99
Dòng MEG được đưa vào đĩa số 3, dòng HYDROUS ETHANOL vào đĩa 12 của
tháp Extractive [4]. Tháp Extractive được thiết lập 20 đĩa với chỉ số hồi lưu là R=1.9, lưu

lượng dòng sản phẩm đỉnh là 100 kmole/h, áp suất đỉnh và đáy của tháp Extractive lần
lượt là 101.3 và 202.6 kpa. (xem bảng 4.10 phần phụ lục).
Name Column EXTRACTIVE
Number of stage 20
Inlets
Name Inlet stage
MEG 3
HYDROUS
ETHANOL
12
Pressure Profire
Condenser Pressure[kpa] 101.3
Reboiler Pressure [kpa] 202.6
specifications
Reflux Ratio 1.9
Liquid Rate [Kgmole/h] 100
Dòng ANHYDROUS ETHANOL là dòng sản phẩm ethanol khan, dòng
BOTTOMS dòng sản phẩm đáy của tháp Extractive thành phần gồm có cả H
2
O, ethanol
và Eglycol được đưa đến tháp RECYCLE tháp tái sinh dung môi Eglycol. Dòng PURE
WATER sản phẩm đỉnh của tháp thành phần chính là nước, dòng dung môi SOLVENT
có thành phần chính là eglycol là sản phẩm đáy của tháp được tái sinh trở lại tháp
Extractive. (xem bảng 4.11 phần phụ lục)
Name Column RECYCLE
Number of stage 10
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
12
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Inlets Name Inlet stage

BOTTOMS 5
Pressure Profire
Condenser Pressure[kpa] 101.3
Reboiler Pressure [kpa] 101.3
specifications
Reflux Ratio 0.30
Liquid Rate [Kgmole/h] 14.02
3.2.2 Kết quả mô phỏng quá trình
Hình 3.3: sơ đồ mô phỏng cả quá trình chưng chiết ethanol
Kết quả dòng sản phẩm đỉnh của tháp Extractive
Worksheet/composition
Phần mol
Ethanol 0.995446
Eglycol 0.000025
H
2
O 0.004529
3.2.3 Kết quả tối ưu của quá trình
Kết quả tối ưu nhiệt độ được thể hiện ở hình 3.3. nhiệt độ, áp suất dòng
HYDROUS ETHANOL vào tháp EXTRACTIVE là 88.5
o
C và áp suất 160 kpa.
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
13
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Hình 3.4 : tối ưu nhiệt độ dòng HYDROUS ETHANOL
Nhiệt độ, áp suất dòng MEG là 88.5
o
C và 112.0 kpa ( xem bảng 4.2 phần phụ
lục). Nhiệt độ dòng MEG không ảnh hưởng đến nồng độ ethanol thu được ở đỉnh ngược

lại dòng HYDROUS ETHANOL có ảnh hưởng đến nồng độ ethanol ở đỉnh là do nhiệt độ
dòng nguyên liệu này ảnh hưởng đến độ bay hơi, độ ngưng tụ ethanol tại đĩa nạp liệu.
Kết quả tối ưu lưu lượng dòng MEG, lưu lượng dòng dung môi MEG có ảnh
hưởng đến phần mol ethanol ở sản phẩm đỉnh do Eglycol là dung môi có tác dụng lôi kéo
cấu tử nước giúp phá điểm đẳng phí của hỗn hợp ethanol – nước.
Hình 3.5: Tối ưu lưu lượng dòng dung mối MEG
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
14
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Dựa vào đồ thị ta chọn lưu lượng dòng MEG là 85 kmol/h. lưu lượng dòng
HYDROUS ETHANOL là cố định 100 kmol/h. (xem bảng 4.1 phần phụ lục)
Kết quả tối ưu tỉ số hồi lưu của tháp Extractive, tỉ số hồi lưu ảnh hưởng đến phần
mol ethanol của dòng sản phẩm đỉnh quyết định độ tính khiết của dòng sản phẩm đỉnh.
Reflux Ratio (R) Mole Fractions
ethanol
1.0 0.994812
1.2 0.994872
1.3 0.994998
1.4 0.995446
1.5 0.995162
1.6 0.995214
Bảng 3.1 : phần mol của ethanol phụ thuộc vào chỉ số hồi lưu
Từ kết quả trên ta có đồ thị giữ chỉ số hồi lưu và phần mol của ethanol trong dòng
sản phẩm đỉnh.
Hình 3.6: Tối ưu chỉ số hồi lưu của tháp Extractive
Dựa vào đồ thị ta thấy chỉ số hồi lưu tối ưu là R= 1.4
Kết quả tối ưu lưu lượng dòng đỉnh của tháp Extractive để dòng sản phẩm ethanol
đạt độ tinh khiết là ethanol khan.
Distillate Rate (tháp Extractive) Mole Fractions (ethanol)
70 0.994559

75 0.994603
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
15
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
80 0.994620
85 0.994611
86 0.994606
90 0.994579
95 0.994514
100 0.950017
Bảng 3.2: Phần mol ethanol phụ thuộc vào lưu lượng dòng đỉnh
Qua bảng ta có đồ thị
Hình 3.7: phần mol ethanol dòng sản phẩm phụ thuộc lưu lương dòng sản
phẩm đỉnh
Qua đồ thị ta thấy tại vị trí lưu lượng đạt 86 kmol/h thì nồng độ ethanol đạt độ tinh
khiết cao. (xem bảng 4.3 phụ lục)
Worksheet/composition Phần mol
Ethanol 0.995446
Eglycol 0.000025
H
2
O 0.004529
Kết quả tối ưu chỉ số hồi lưu của tháp Recycle, để thu được dòng dung môi
Eglycol có độ tinh khiết cao để tái sinh trở lại tháp Extractive thì ta tối ưu chỉ số hồi lưu
của tháp Recycle ngoài ra Có thể tối ưu số đĩa, đĩa nạp liệu cũng như lưu lượng dòng ra
những thông số này đã được tối ưu bằng thiết bị shortcut column trước. Tháp Recycel có
10 đĩa, đĩa nạp liệu là 5, lưu lượng dòng đỉnh là 14.02 kmol/h và chỉ số hồi lưu là 0.3 kết
quả thu được dòng sản phẩm đáy.
Worksheet/composition Phần mol
Lớp Lọc Hóa Dầu K52

16
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Ethanol 0.000001
Eglycol 0.992196
H
2
O 0.007803
CHƯƠNG 4: PHỤ LỤC
4.1 Bảng phụ lục của các dòng và thiết bị trong quá trình mô phỏng tinh
luyện ethanol sử dụng dung môi MEG
Phụ lục 4.1: thành phần dòng nguyên liệu Ethanol
conditions
Name HYDROUS ETHANOL
Nhiệt độ [
o
C] 94.35
Áp suất [Kpa] 160
Tốc độ dòng [kgmole/h] 100
composition Phần mol
Ethanol 0.95
H
2
O 0.05
MEG 0.00
Phụ lục 4.2: Thành phần dòng dung môi MEG
conditions
Name MEG
Nhiệt độ [
o
C] 88.50

Áp suất [Kpa] 112.0
Tốc độ dòng [kgmole/h] 79.86
composition Phần mol
Ethanol 0.00
H
2
O 0.01
MEG 0.99
Phụ lục 4.3: Thành phần dòng sản phẩm ANHYDROUS ETHANOL
conditions
Name ANHYDROUS ETHANOL
Nhiệt độ [
o
C] 78.15
Áp suất [Kpa] 101.3
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
17
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Tốc độ dòng [kgmole/h] 85.97
composition Phần mol
Ethanol 0.995446
H
2
O 0.004529
MEG 0.000025
Phụ lục 4.4: Thành phần dòng sản phẩm đáy BOTTOMS của tháp Extractive
conditions
Name BOTTOMS
Nhiệt độ [
o

C] 143.4
Áp suất [Kpa] 202.6
Tốc độ dòng [kgmole/h] 93.82
composition Phần mol
Ethanol 0.100396
H
2
O 0.055658
Eglycol 0.843946
Phụ lục 4.5: thành phần dòng PURE WATER
conditions
Name PURE WATER
Nhiệt độ [
o
C] 78.68
Áp suất [Kpa] 101.3
Tốc độ dòng [kgmole/h] 14.02
composition Phần mol
Ethanol 0.672054
H
2
O 0.327918
MEG 0.000029
Phụ lục 4.6: thành phần dòng SOLVENT sản phẩm đáy của tháp Recycle
conditions
Name SOLVENT
Nhiệt độ [
o
C] 193.8
Áp suất [Kpa] 101.3

Tốc độ dòng [kgmole/h] 79.80
composition Phần mol
Ethanol 0.000001
H
2
O 0.007802
MEG 0.992196
Phụ lục 4.7: Thông số thiết bị bơm P-100
Design/connections Design/Parameters
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
18
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Name P-100 Adiabbatic Efficiency 75%
Inlet SOLVENT Worksheet/Conditions/To E-100
Outlet To E-100 Vapour 0.0
Energy Q-P100 Pressure[kPa] 112.0
Fluid Package Basis-1
Phụ lục 4.8: Thông số thiết bị làm lạnh E-100
Design/Connections
Name E-100
Inlets To E-100
Energy QR-E100
Outlet COLED SOLVENT
Fluid Package Basis-1
Work sheet/conditions/Feed-M4
Pressure(kPa) 0.0
Phụ lục 4.9: Thông số thiết bị RCY-1
Connections/Connections Workshet/composition
Name RCY-1 Ethanol 0.0000
Inlet COLED

SOLVENT
Eglycol 0.9923
Outlet MEG H
2
O 0.0077
Fluid Package Basis-1
Workshet/conditions/RCY1
Temperature[C] 88.5
Pressure[kPa] 112.0
Molar Flow[kmol/h] 79.80
Phụ lục 4.10: Thông số tháp Extractive
Design/Connections
Name Column EXTRACTIVE
Number of stage 20
Inlets Name Inlet stage
MEG 3
HYDROUS
ETHANOL
12
Condenser Total
Stage Numbering Top Down
Ovhd Liquid Outlet ANHYDROUS ETHANOL
Bottoms Liquid Outlet BOTTOMS
Condenser Energy stream QC1
Reboiler Energy stream QR1
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
19
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Pressure Profire
Condenser Pressure[kpa] 101.3

Reboiler Pressure [kpa] 202.6
Condenser Pressure Drop
specifications
Reflux Ratio 1.4
Liquid Rate [Kgmole/h] 86
Phụ lục 4.11: Thông số tháp RECYCLE
Design/Connections
Name Column RECYCLE
Number of stage 10
Inlets Name Inlet stage
BOTTOMS 5
Condenser Total
Stage Numbering Top Down
Ovhd Liquid Outlet PURE WATER
Bottoms Liquid Outlet SOLVENT
Condenser Energy stream QC2
Reboiler Energy stream QR2
Pressure Profire
Condenser Pressure[kpa] 101.4
Reboiler Pressure [kpa] 101.4
Condenser Pressure Drop 0.000
specifications
Reflux Ratio 0.30
Liquid Rate [Kgmole/h] 14.02
4.2 Bảng phụ lục của các dòng và thiết bị trong quá trình mô phỏng xử lý sản
phẩm sau khi lên men tinh bột
Phụ lục 4.12 : bảng thành phần dòng nguyên liệu đầu vào
Streams name Wash_H2
O
FromFer StreamA

Temperature [
o
C] 25 30 140
Pressure [kPa] 101.325 101.325 101.325
Molar flow [kmol/h] 130 2400
Mass flow [kg/h] 11000
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
20
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Worksheet/composition
Ethanol 0 0.0269 0
H2O 1 0.9464 1
CO2 0 0.0266 0
Methanol 0 2.693e-5 0
Acetic acid 0 3.326e-6 0
1-Propanol 0 9.077e-6 0
2-Propanol 0 9.096e-6 0
1-Butanol 0 6.578e-6 0
3-M-1-C4ol 0 2.148e-5 0
2-Pentanol 0 5.426e-6 0
Glycerol 0 6.64e-6 0
Phụ lục 4.13:Tháp tách CO
2
Design/Connections
Name CO2_vent
Inlets FromFer
Outlets Vapour outlet To_CO2Wash
Liquid outlet Beer
Phụ lục 4.14: Tháp xử lý khí CO
2

Name CO
2
Wash
Design/connection
s
No. of stage 10
Inlet stream
(stage)
Wash_H20 (top stage)
To_CO2Wash (bottom
stage)
Overhead vapour CO2_Stream
Bottoms liquid To_Ferm
Pressure profile Stage 1 101.235 kPa
Stage 10 101.325 kPa
Phụ lục 4.15: Tháp loại bỏ hoàn toàn Methanol
T-100 Name
Design/Connections
Connections No. of stage 17
Feed stream (stage)
Beer (top stage)
Stream A (bottom stage)
Overhead vapour To_light
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
21
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Bottoms liquid
Stillage A
Side draw vapour(stage)
Rect_feed (stage 6)

Presure Profile Condenser 101.325 kPa
reboiler 102.325 kPa
Temperature Estimate
Condenser temperature
90 C
Reboiler temperature 110 C
Specifications 1.Comp recovery
- Draw
- Spec Value
Active
Rect feed
0,95
Design [specs] - Component Ethanol
2.Draw rate 1
- Draw
- Flow basis
- Spec value
Estimate
React feed
Mass
5000 kg/h
3.Draw rate 2
- Draw
- Flow basis
- Spec value
Estimate
To_light
Molar
1000 kmol/h
Phụ lục 4.16 : Tháp tính chế tại đây các thành phần nhẹ được loại bỏ bỏ Ethanol thu

được (2
nd
EtOH)
Name Main TS
Design/Connections
Connections No. of stage 5
Inlet stream (stage) To_light (bottom stage)
Condenser type Partial
Overhead vapour Light_Vent
Over head liquid 2ndEtOH
Bottom liquid To_Rect
Cond.energy CondDuty
Presure profile Condenser presure 101.325 kPa
Reboiler presure 101.325 kPa
Design/Specs
Design [Specs] 1.Vap Prod Rate
- Draw
- Flow basis
Active
Light_Vent
Molar
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
22
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
- Spec value 1,6 kmol/h
2.Comp fraction
- Stage
- Flow basis
- Phase
- Spec value

- Component
Active
Condenser
Mass fraction
Liquid
0,88
ethanol
3.Reflux ratio
- Stage
- Flow basis
- Spec value
Estimate
Condenser
Molar
5.00
Distillate rate
- Draw
- Flow basis
- Spec value
Estimate
2ndEtOH
Molar
2,1 kmol/h
Phụ lục 4.17: Tháp tinh cất (sản phẩm của quá trình này là hỗn hợp đẳng phí ethanol
–nước)
Name T-101
Design/Connections
Connections No. of stage 29
Inlet stream (stage) To_Rect (19)
Rect_Feed (22)

Condenser type Partial
Overhead vapour Rect_Vap
Overhead liquid Rect_Dist
Stillage B
Reboiler duty Rect_Reb Q
Condenser duty Rect_cond Q
Side draw liquid (stage) 1stProd (2)
Fusel (20)
Presure profile Condenser presure 101.325 kPa
Reboiler presure 101.325 kPa
Condenser temperature 79
o
C
Reboiler temperature 100
o
C
Design/Specs
1. Reflux ratio Active
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
23
Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
- Stage
- Flow basis
- Spec value
Condenser
Molar
7100
2. Ovhd Vap Rate
- Draw
- Flow basis

- Spec value
Active
Rect_Vap
Molar
0.100 kmol/h
3.Distillate Rate
- Draw
- Flow basis
- Spec value
Active
Rect_Dist
Mass
2.0 kg/h
Design/specs 4. Comp fraction
- State
- Flow basis
- Phase
- Spec value
- Component
Active
2_main TS
Mass fraction
Liquid
0.95
Ethanol
5. Fusel draw rate
- Draw
- Flow basis
- Spec value
Active

Fusel
Mass
3 kg/h
6. 1stProd Draw Rate
- Draw
- Flow basis
- Spec value
Estimat
1stProd
Molar
68 kmol/h
Parameters/solver Damping factor (enable) 0.25
Ezeotrope check ON
Phụ lục 4.18: bảng hai dòng sản phẩm của tháp tach CO2
Beer To CO2 wash
Temperature [
o
C] 30 30
Pressure [Kpa] 101.3 101.3
Molar Flow [kgmole/h] 2334 66.47
Mole Fractions
Ethanol 0.027183 0.016966
H
2
O 0.972206 0.040875
CO
2
0.000521 0.942106
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
24

Đồ án môn tin ứng dụng Nhóm 6
Methanol 0.000027 0.000013
Aceticacid 0.000003 0.000000
1-Propanol 0.000009 0.000010
2-Propanol 0.000009 0.000009
1-Butanol 0.000007 0.000006
3-M-1-C4ol 0.000022 0.000008
2-pentanol 0.000005 0.000007
Glycerol 0.000007 0.000000
Phụ lục bảng 4.19: bảng 2 dòng sản phẩm của tháp CO2 wash
Co2_stream To_ferm
Temperature [
o
C] 26.06 33.34
Pressure [Kpa] 101.3 101.3
Molar Flow [kgmole/h] 64.72 131.8
Mole Fractions
Ethanol 0.0000 0.0086
H
2
O 0.0333 0.9909
CO
2
0.9667 0.0005
Methanol 0.0000 0.0000
Aceticacid 0.0000 0.0000
1-Propanol 0.0000 0.0000
2-Propanol 0.0000 0.0000
1-Butanol 0.0000 0.0000
3-M-1-C4ol 0.0000 0.0000

2-pentanol 0.0000 0.0000
Glycerol 0.0000 0.0000
Phụ lục 4.20: bảng dòng sản phẩm của tháp T-100
To_light rect_feed Stillage a
Temperature [
o
C] 85.88 94.81 100.3
Pressure [Kpa] 101.3 101.6 102.3
Molar Flow
[kgmole/h]
10.03 316.7 2617
Mole Fractions
Ethanol 0.316430 0.190280 0.000000
H
2
O 0.560985 0.809175 0.999991
CO
2
0.121216 0.000000 0.000000
Methanol 0.000164 0.000196 0.000000
Aceticacid 0.000002 0.000003 0.000003
1-Propanol 0.000319 0.000057 0.000000
2-Propanol 0.000310 0.000057 0.000000
1-Butanol 0.000148 0.000044 0.000000
Lớp Lọc Hóa Dầu K52
25