MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

TRẦN MINH TRIẾT

MÔ PHỎNG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ETHANOL
CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT

Chun ngành: Kỹ thuật hóa học
Mã số: 8520301

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT HÓA HỌC

Đà Nẵng – Năm 2019


Cơng trình được hồn thành tại
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA ĐÀ NẴNG

Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Đình Minh Tuấn

Phản biện 1: TS. Nguyễn Thị Thanh Xuân
Phản biện 2: T.S Nguyễn Đình Thống

Luận văn đã được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt
nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật học học họp tại Trường Đại học Bách khoa
vào ngày 31 tháng 8 năm 2019.

Có thể tìm hiểu luận văn tại:
 Trung tâm Học liệu, ĐHĐN tại Trường Đại học Bách khoa
 Thư viện Khoa Hóa, Trường Đại học Bách khoa - ĐHĐN

1
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài:
Nhiên liệu hóa thạch đã và đang đóng vai trị hết sức quan
trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của mỗi quốc gia. Bên cạnh
những ưu điểm vượt trội, nhiên liệu hóa thạch đã bộc lộ những điểm
hạn chế: khơng có khả năng tái sinh, ô nhiễm môi trường, nguy cơ
cạn kiệt trong tương lai…; đây là những hạn chế có ảnh hưởng rất
lớn đến 2 vấn đề mang tính thời sự của thế giới hiện nay: an ninh
năng lượng và biến đổi khí hậu. Để tìm lời giải cho bài tốn này,
nhiều giải pháp được đưa ra trong đó có giải pháp thúc đẩy mạnh mẽ
các nghiên cứu nhằm tìm ra nguồn năng lượng thay thế, có khả năng
tái tạo và thân thiện với môi trường.
Để đảm bảo an ninh năng lượng, bảo vệ môi trường và thúc
đẩy phát triển kinh tế nông thôn tại các vùng sâu, vùng xa ở nước ta,
ngày 20/11/2007, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt "Đề án phát
triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2025". Trên cơ sở
pháp lý đó, hiện nay có rất nhiều cơng trình nghiên cứu về nhiên liệu
sinh học đã được phát triển và ứng dụng vào thực tiễn. Nhiên liệu
sinh học hiện nay đang được nghiên cứu phát triển dưới các dạng
khác nhau gồm: Biogas, Hydro, Bioethanol, Biodiesel,…trong đó
Bioethanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất hiện nay với những
ưu điểm: trị số octan cao, không gây ô nhiễm môi trường, nguyên
liệu sản xuất dồi dào từ sản phẩm, phụ phẩm của nông nghiệp.
Nhiệm vụ khó khăn trong thiết kế các nhà máy sản xuất
Bioethanol là đảm bảo chỉ tiêu kỹ thuật của sản phẩm và nâng cao
hiệu quả kinh tế của công nghệ tại nơi trực tiếp sản xuất. Với tốc độ
phát triển chóng mặt của công nghệ thông tin, các phần mềm mô

phỏng quá trình sản xuất được ứng dụng vào trong quá trình thiết kế,


2
vận hành ở các nhà máy nhằm giảm thiểu những khó khăn này. Phần
mềm mơ phỏng hỗ trợ cho việc thiết kế q trình khơng chỉ đảm bảo
tính thân thiện với mơi trường và sản xuất an tồn mà cịn giúp giảm
chi phí đầu tư và chi phí sản xuất. Phần mềm mô phỏng cũng giúp
xây dựng nên một mô hình có độ trung thực cao với đầy đủ những
chức năng và sự linh động. Phần mềm mô phỏng cũng được sử dụng
để thiết kế cải tiến quá trình thu hồi nhiệt và xác lập các phương án
hoạt động có hiệu quả kinh tế cao.
Hiệu quả kinh tế sản xuất là một yếu tố hết sức quan trọng để
duy trì hoạt động các nhà máy sản xuất ethanol. Để đáp ứng u cầu
đó cần sử dụng các phần mềm mơ phỏng cơng nghiệp để xây dựng
mơ hình chuẩn với các thông số tối ưu cho công nghệ sản xuất
Bioethanol, từ đó có thể đánh giá, so sánh, lựa chọn và tìm ra các
thơng số vận hành hợp lý, đặc biệt là ở phân xưởng vận hành quan
trọng nhất của nhà máy: phân xưởng chưng cất.
Xuất phát từ cơ sở khoa học và thực tiễn trên, tôi chọn đề tài:
"Mô phỏng công nghệ sản xuất Ethanol của Nhà máy Bioethanol
Dung Quất".
2. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu
 Mục tiêu nghiên cứu:
- Mô phỏng được công nghệ sản xuất ethanol của Nhà máy
Bioethanol Dung Quất dựa trên số liệu thiết kế.
- Đánh giá dựa trên so sánh giữa kết quả mô phỏng và các
thơng số thiết kế, từ đó tìm ra thông số vận hành cho Nhà máy khi
năng suất hoặc chất lượng của sản phẩm thay đổi.
 Đối tượng nghiên cứu:

- Phần mềm mô phỏng ASPEN HYSYS


3
- Công nghệ sản xuất của Nhà máy Bioethanol Dung Quất
(gồm: nguyên liệu, công nghệ, các thông số kỹ thuật,...)
3. Nội dung nghiên cứu:
 Tìm hiểu quy trình cơng nghệ của Nhà máy, nguyên liệu
sản xuất, đặc tính của sản phẩm
 Nghiên cứu các tính năng của phần mềm mơ phỏng
 Xây dựng sơ đồ mô phỏng
 Chạy mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số công nghệ
 Đánh giá và khai thác kết quả
4. Phương pháp nghiên cứu:


Nghiên cứu chi tiết sơ đồ công nghệ và thông số công
nghệ của từng khu vực sản xuất trong Nhà máy để đưa
ra các thơng số phục vụ cho q trình mơ phỏng.



Nghiên cứu các tính năng của phần mềm mơ phỏng để
xây dựng sơ đồ mô phỏng công nghệ sản xuất Ethanol.



Chạy mô phỏng và hiệu chỉnh các thông số vận hành để
đánh giá kết quả



Khai thác mô phỏng, đề xuất phương án sản xuất hợp lý.

5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài:
 Xây dựng cơ sở dữ liệu các điều kiện vận hành nhà máy
sản xuất Ethanol ở Việt Nam, góp phần vào việc nâng cao
khả năng mơ phỏng trong cơng nghệ hóa học.
 Tiết kiệm chi phí thực nghiệm trên mơ hình thực, giảm
chi phí vận hành, tối ưu hóa chi phí sản xuất.
 Có thể hiệu chỉnh được điều kiện sản xuất của Nhà máy
khi năng suất, chất lượng sản phẩm thay đổi.
6.

Cấu trúc luận văn.


4
CHƯƠNG 1 - TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về nhiên liệu sinh học, bioethanol

1.1.1.

Nhiên liệu sinh học
Nhiên liệu sinh học theo định nghĩa rộng là những nhiên liệu

rắn, lỏng, khí được chuyển hóa từ sinh khối.
1.1.2.

Bioethanol

a.

Định nghĩa:
Ethanol là hợp chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng rượu no

đơn chức có cơng thức phân tử C2H5OH hay C2H6O, còn được gọi
bằng các tên khác như rượu Etylic, cồn, ethyl alcohol, ethyl hydrate,
hydroxyethane.
Ethanol có thể được tổng hợp bằng phương pháp hóa học
hoặc phương pháp sinh học. Bioethanol là ethanol được sản xuất
theo phương pháp sinh học.
b.

Lịch sử phát triển:

c.

Ứng dụng:

1.2.

Tình hình sản xuất, tiêu thụ bioethanol trên thế giới và ở

Việt Nam
1.2.1.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới

1.2.2.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol ở Việt Nam

a.

Thực trạng tình hình sản xuất và tiêu thụ hiện nay

b.

Triển vọng về phát triển nhiên liệu sinh học ở nước ta

1.3.

Nguyên liệu sắn để sản xuất bioethanol
Bioethanol có thể sản xuất từ nhiều nguồn nguyên liệu tinh

bột ( sắn, ngô...), từ rỉ đường, từ nguyên liệu có nguồn gốc
lignocellulose. Hiện nay sắn và ngô là hai loại nguyên liệu phổ biến
nhất, ở nước ta thì sắn được trồng với quy mơ lớn và sử dụng làm
nguyên liệu nhiều hơn.


5
1.3.1.

Thành phần hóa học của sắn

1.3.2.

Thành phần và tính chất của tinh bột sắn

1.3.3.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn

1.4.

Công nghệ sản xuất bioethanol

1.4.1.

Công nghệ sản xuất truyền thống
Công nghệ này áp dụng với đa phần các nhà máy sản xuất

cồn thực phẩm sử dụng nguyên liệu là gạo, rỉ đường, sắn. Quy trình
sản xuất truyền thống gồm các cơng đoạn chính là: nghiền ngun
liệu, nấu và dịch hóa, đường hóa, lên men, chưng cất và tinh chế.
1.4.2.

Cơng nghệ sản xuất cồn đã cải tiến
Các công nghệ mới chủ yếu được cải tiến dựa trên sự ra đời

của các chủng nấm men và enzym có nhiều ưu điểm. Ví dụ như
enzym cho phép thực hiện q trình hồ hóa, dịch hóa ở nhiệt độ thấp
hơn hay enzym cho phép thực hiện q trình đường hóa khơng cần
qua giai đoạn nấu [9], [10], [11]. Ưu điểm này không những giúp
giảm được thời gian sản xuất, tiết kiệm năng lượng và chi phí cho
thiết bị, tạo điều kiện cho đường hóa và lên men đồng thời...

6
CHƯƠNG 2 – GIỚI THIỆU NHÀ MÁY
BIOETHANOL DUNG QUẤT
2.1. Tổng quan cơng nghệ sản xuất bioethanol Dung Quất

Hình 2.1: Sơ đồ công nghệ tổng quan của Nhà máy
2.2. Nguyên liệu sản xuất
Nguyên liệu của Phân xưởng Bio-ethanol Dung Quất là sắn
khơ có chiều dày 20-30mm, đường kính 30-70mm với các chỉ tiêu
chính như sau:
-

Hàm lượng tinh bột: 70 – 75 %wt

-

Độ ẩm: 12 – 14 %wt

-

Hàm lượng chất xơ: 2,1 – 5 %wt

-

Protein: 1,5 – 1,8 %wt

-

Tro: 1,8 – 3 %wt

-

Lipit: 0,5 – 0,9 %wt

-

Tạp chất khác: nhỏ hơn 3 %wt


7
2.3. Các phân xưởng công nghệ
2.3.1. Kho chứa, nhà nghiền
2.3.2. Tách cát
2.3.3. Hồ hóa và nấu
2.3.4. Lên men
2.3.5. Chưng cất
Ethanol trong dịch sau lên men được tách ra khỏi bã hèm
bằng một hệ thống 3 tháp chưng cất hoạt động ở các áp suất khác
nhau, bao gồm 2 tháp chưng cất thơ và 1 tháp chưng cất tinh.

Hình 2.6: Sơ đồ quá trình chưng cất


8
2.3.6. Tách nước

Hình 2.7: Sơ đồ quá trình tách nước
2.3.7. Phân xưởng thu hồi và nén khí CO2

2.3.8. Phân xưởng tách, sấy và tồn chứa bã
2.3.9. Phân xưởng xử lý nước thải


9
CHƯƠNG 3 – MÔ PHỎNG
CÔNG ĐOẠN CHƯNG CẤT VÀ TÁCH NƯỚC
CỦA NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT
3.1. Giới thiệu phần mềm HYSYS
3.1.1. Giới thiệu chung:
3.1.1.1. Các phần mềm mô phỏng trong cơng nghệ hóa học:
3.1.1.2. Phần mềm HYSYS
31.2. Các bước mơ phỏng bằng phần mềm Hysys v10
Để bắt đầu tiến hành thiết kế mơ phỏng cho một quy trình
cơng nghệ, sau khi khởi động phần mềm ứng dụng Hysys ta thực
hiện các bước sau:
 Bước 1: Thiết lập hệ đơn vị sử dụng: Từ Menu Bar,
chọn Home, và sau đó lựa chọn Unit Sets
 Bước 2: Lựa chọn cấu tử trong hệ:
 Bước 3: Lựa chọn mơ hình nhiệt động:
3.2. Tiến hành mô phỏng
3.2.1. Cơ sở dữ liệu:
a. Nguyên liệu:
Bảng 3.1: Lưu lượng và thành phần nguyên liệu
Dòng 3022
Lưu lượng (kg/h)
Thành phần khối lượng
H2O
82921.2
0.8855

CO2
101.3
0.0011
Ethanol
10572.7
0.1129
3-M-1-C4ol
50.6
0.0005
Inositol
0.0
0.0000
Tổng
93645.9
1.0000
b. Sản phẩm:


10
Sản phẩm của công đoạn chưng cất và tách nước là ethanol
đạt 99%
c. Tính tốn cân bằng vật chất:
Bảng 3.2. Cân bằng vật chất chưng cất và tách nước
Lưu lượng
(kg/h)

Dòng

Nguyên
liệu

Sản
phẩm

3046

H2O
từ
scrubber

CO2

7013

Nước ngưng từ hệ
233
thống chân khơng

3022

Beer well

93646.9

4091

Ethanol sản phẩm

10872

4058

Dịng sản phẩm
đáy của tháp chưng 22791
cất C-4201

4059

Dòng sản phẩm
đáy của 2 tháp
73181.2
chưng cất thơ qua
xử lý bã

4033

Dịng khí khơng
ngưng đến hệ thống 176.9
chân khơng

9011

Dịng khí khơng
ngưng từ bình tách 14
VS-4303

Tổng

13155
107034,9

107035,1


11
d. Sơ đồ công nghệ
e. Khai thác số liệu từ các bản vẽ và tài liệu liên quan:
3.2.2. Nhập thông số cho các dịng cơng nghệ và thiết bị
3.2.2.1. Cơng đoạn chưng cất ethanol:
* Đối với Cụm tháp C-4102:
- Dòng beer well (4002) với lưu lượng 47765 kg/h đi vào từ
đỉnh tháp chưng cất C-4102 ở 76.7 0C, 7.4 bara, sản phẩm đỉnh tháp
là hơi ethanol 50%wt

Hình 3.6.Thơng số hoạt động của tháp chưng cất C-4102


12
- Tháp C-4102 hoạt động với 1 tiêu chuẩn ràng buộc là thành
phần ethanol của dòng sản phẩm đỉnh đạt 51%, hiệu suất đĩa: 100%

Hình 3.7. Thơng số ràng buộc cho tháp C-4102
* Đối với Cụm tháp C-4101:
- Dòng beer well (4003) với lưu lượng 45880.9 kg/h được
gia nhiệt lên đến 87.8 0C trong thiết bị trao đổi nhiệt E-4105 trước
khi đi vào đỉnh tháp chưng cất C-4101. Sản phẩm của cụm tháp C4101 là dòng ethanol 50%wt.


13

Hình 3.12 Thơng số hoạt động của tháp C-4101
- Tháp C-4101 hoạt động với một tiêu chuẩn ràng buộc là
thành phần ethanol của dòng sản phẩm đỉnh đạt 52,3%, hiệu suất đĩa
100%.
- Sau khi mô phỏng, ta so sánh thành phần dòng ethanol
trước khi đi qua cụm tháp tách tinh Rectifier Column:
Bảng 3.3: So sánh thành phần dòng ethanol 4036 mơ phỏng và PFD
Dịng 4036
Mơ phỏng (kg/h)
PFD (kg/h)
Sai số (%)
H2O
9940.2
9950.5
0.1
CO2
9.7
6.28
3-M-1-C4ol
50.6
52.4
3.95
Ethanol
10957.9
10936.9
0.19
Inositol
0
0
Kết quả bảng 2.3 cho thấy sau khi mô phỏng 2 cụm tháp tách

thô, kết quả mô phỏng của các cấu tử chính trong dịng 4036 có sai
số so với PFD dưới 5 %, kết quả trên cho phép tiếp tục mô phỏng
tháp tách tinh Rectifier Column.


14

Hình 3.14. Sơ đồ mơ phỏng cụm chưng cất thơ
* Đối với Cụm tháp Rectifier Column C-4201
- Tháp tinh luyện rectifier column là tháp chưng cất quan
trọng nhất trong công đoạn chưng cất, tháp được sử dụng để cô đặc
nồng độ của dịng ethanol đến gần điểm đẳng phí của hỗn hợp
ethanol và nước. Sản phẩm ethanol sau khi đi qua tháp chưng cất tinh
luyện sẽ đạt nồng độ hơn 90%wt.
- Tháp rectifier column C-4201 sử dụng 59 đĩa thực tế, tháp
sử dụng 3 dòng nguyên liệu nạp liệu tại 3 đĩa khác nhau, 1 dòng hồi
lưu đỉnh tháp và có rút dịng sản phẩm heavy alcohols (3-M-1-C4ol)
từ thân tháp vì vậy việc xây dựng mơ hình mơ phỏng cho tháp
rectifier column phức tạp và khó khăn hơn nhiều so với 2 tháp chưng
cất thô.
- Khai thác số liệu công nghệ trong nhà máy bioethanol
Dung Quất cho biết tháp C-4201 hoạt động ở áp suất cao với áp suất
đỉnh và đáy lần lượt là 3.4 và 3.7 bara, nhiệt độ ở đỉnh tháp là


15
112.30C và ở đáy tháp là 1410C. Vị trí các đĩa nạp liệu và đĩa rút sản
phẩm được thể hiện ở bảng 3.4
Bảng 3.4. Vị trí đĩa nạp liệu, đĩa rút sản phẩm trong tháp
Rectifier Column C-4201

Dòng
Recycle 4050
4070
Dòng nạp liệu
Ethanol 50%wt 4038
H2O từ CO2 scrubber 3046
Dòng rút sản phẩm thân
Heavy alcohols 4041
tháp

Vị trí đĩa
1
45
47
55
54

Bảng 3.5. Áp suất và nhiệt độ các dòng nguyên liệu cho tháp C-4201
Dòng
Recycle 4050
4070
4038
3046

Nhiệt độ (oC)
110.9
118.3
116.7
126.7

Áp suất (bara)
7.2
4.2
4.5
4.3

- Ta tiến hành nhập thông số vận hành cho tháp C-4201, tháp
vận hành với 59 đĩa thực tế, khơng có condenser mà chỉ có reboiler ở
đáy tháp.
- Sản phẩm heavy alcohols (3-M-1-C4ol) được rút ra tại đĩa số
54 ở pha hơi. Để xác định đây là vị trí phù hợp để rút sản phẩm
heavy alcohols ta dựa vào số liệu dự đoán thành phần cấu tử pha hơi
trên từng đĩa. Kết quả số liệu dự đoán thành phần mol pha hơi ở đĩa
số 54 trùng với số liệu trong bản vẽ của dòng sản phẩm heavy
alcohols (4041) từ đó chúng ta biết được đây là đĩa thích hợp để rút
sản phẩm thân tháp Rectifier Column.`


16

Hình 3.20. Thơng số vận hành của tháp Rectifier Column C4201
- Ta tiến hành thiết lập các tiêu chuẩn ràng buộc cho tháp:
+ Phần khối lượng của ethanol trong sản phẩm thân tháp là
0.42
+ Lưu lượng sản phẩm thân tháp heavy alcohols 544 kg/h
- Đối với tháp Rectifier Column phân tách hỗn hợp ethanol và
nước ta thiết lập chỉ số Damping Factor bằng 0.25 để tăng tốc độ hội
tụ cho tháp, hiệu suất đĩa 80%.
- Trước khi tiếp tục tiến hành mơ phỏng cụm tách nước trong
dịng ethanol, chúng ta so sánh thành phần lưu lượng các dòng sản

phẩm của công đoạn chưng cất giữa mô phỏng và số liệu.


17
Bảng 3.6. So sánh thành phần của dòng sản phẩm ethanol 90%wt
của cơng đoạn chưng cất
Dịng 4044
Ethanol 90%wt
H2O
CO2
3-M-1-C4ol
Ethanol
Inositol

Mơ phỏng (kg/h)
1223.7
8
58.5
12432.5
0

Sai số
(%)

PFD (kg/h)
1247.5
6.9
59
12410.6
0

1.9
0.85
0.018
-

Kết quả từ bảng 3.6 cho thấy số liệu mơ phỏng thành phần
lưu lượng các cấu tử chính trong dịng ethanol 90%wt sau cơng đoạn
chưng cất đều có sai số nhỏ hơn 5% so với số liệu trong bản vẽ. Điều
này cho phép chúng ta tiếp tục tiến hành mơ phỏng cơng đoạn tách
nước cho dịng ethanol trong nhà máy bioethanol Dung Quất.
Sơ đồ mô phỏng cụm tháp chưng cất tinh ở hình sau:

Hình 3.24. Sơ đồ mơ phỏng cụm tháp chưng cất tinh


18
3.2.2.2. Cụm tách nước:
Để loại bỏ phần lớn nước còn sót lại trong dịng ethanol sau
cơng đoạn chưng cất, nhà máy bioethanol Dung Quất sử dụng
phương pháp tách nước bằng rây phân tử với 2 tháp hấp phụ hoạt
động luân phiên. Sau khi ra khỏi cụm tách nước, nồng độ ethanol
được nâng lên đến 99%wt. Tuy nhiên phần mềm Aspen Hysys chưa
hỗ trợ công cụ mô phỏng tháp hấp phụ vì vậy trong bài mơ phỏng
này chúng ta sử dụng cơng cụ Component Splitter thay cho tháp hấp
Dịng ethanol 90%wt (4044) được nâng nhiệt độ đến 135 0C
trong thiết bị trao đổi nhiệt E-4301 sau đó sẽ đi vào cơng cụ
Component Splitter. Để chạy công cụ Component Splitter, ta tiến
hành kết nối các dịng cơng nghệ và nhập tỷ lệ các cấu tử trong các
dịng sản phẩm.

Hình 3.25: Kết nối các dịng cơng nghệ của Component Splitter VS4301


19

Hình 3.26. Tỷ lệ phân tách cấu tử theo khối lượng của VS-4301
Đi ra khỏi công cụ Component Splitter VS-4301 là hai dịng
cơng nghệ, đầu tiên là dịng ethanol 99%wt sẽ đi qua các thiết bị tiếp
theo để trở thành dịng sản phẩm chính bioethanol của nhà máy, cịn
lại là dịng nước bị hấp phụ cịn lẫn một ít ethanol sẽ được thu hồi
trong giai đoạn giải hấp phụ.
Trong mô phỏng này, lượng nước thu được trong quá trình
giải hấp được thể hiện bằng dịng cơng nghệ ký hiệu H2O from
desorption
CHƯƠNG 4 - KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
4.1. Phân tích kết quả mơ phỏng
Để đánh giá mức độ chính xác của bài mơ phỏng, ta thực
hiện phân tích kết quả mô phỏng và đem so sánh với số liệu trong
bản vẽ PFD. Phần dưới sẽ trình bày kết quả mơ phỏng của các thiết
bị chính trong cụm tháp chưng cất và cụm tách nước.
3.1.1.

Kết quả mô phỏng cụm chưng cất:

4.1.1. Kết quả mô phỏng cụm chưng cất:


20
4.1.1.1. Lưu lượng:

Bảng 4.1. Lưu lượng các dòng sản phẩm đỉnh và đáy của
các tháp chưng cất
Tháp
C-4101
C-4102
Rectifier
Column
C-4201

Sản phẩm

Lưu lượng (kg/h)
PFD
Mô phỏng

Sai số
(%)

Đỉnh-4015

9904.2

9890

0.14

Đáy-4008

35976.6

35998

0.06

Đỉnh-4026

10573.9

10579

0.85

Đáy-4020

37191

37184.8

0.06

Đỉnh-4042

37505.1

37548

0.11

Thân-4041

543.8

544

0.04

Đáy-4053

22862.8

22791

0.31

Kết quả trong bảng 4.1 cho thấy số liệu mô phỏng lưu lượng
sản phẩm đi ra khỏi các tháp chưng cất đều gần với số liệu trong bản
vẽ, đều có sai số dưới 5%. Điều này cho phép kết luận q trình xây
dựng mơ hình mơ phỏng các tháp chưng cất đã đảm bảo được lưu
lượng của các dòng sản phẩm đi ra khỏi tháp. Ta tiếp tục tiến hành
phân tích kết quả mơ phỏng thành phần các dịng sản phẩm của cụm
chưng cất
4.1.1.2. Thành phần:
a. Tháp C-4101:
b. Tháp C-4102:
c. Tháp Rectifier Column C-4201:
Các kết quả so sánh số liệu mơ phỏng thành phần của các
cấu tử chính trong các dòng sản phẩm trong cụm tháp chưng cất cho
thấy các số liệu mô phỏng đều gần với số liệu thành phần trong bản
vẽ, đều có sai số dưới 5%.

21
Cùng với kết quả so sánh số liệu mô phỏng về lưu lượng ở
trên chúng ta có thể kết luận đã mô phỏng được thành công cụm tháp
chưng cất ethanol trong nhà máy bioethanol Dung Quất.
4.1.2. Kết quả phân tích cụm tách nước:
Kết quả phân tích số liệu mơ phỏng cụm tách nước cho thấy
các số liệu mô phỏng về thành phần và lưu lượng của các dòng sản
phẩm đều gần giống với số liệu trong bản vẽ, có sai số dưới 5%.
Điều này cho thấy việc mô phỏng công đoạn tách nước cho dòng
ethanol trong nhà máy bioethanol Dung Quất đã thành công.
4.2. Nghiên cứu thay đổi điều kiện vận hành cụm tháp chưng cất
để đảm bảo chất lượng sản phẩm ethanol khi nguyên liệu từ công
đoạn lên men biến động
Trong vận hành thực tế có nhiều trường hợp hàm lượng
ethanol trong dòng nguyên liệu beer well từ quá trình lên men bị thay
đổi. Sự thay đổi này có thể vì các lý do như thiếu hụt nguyên liệu,
thay đổi chất lượng nguyên liệu sắn hay quá trình lên men khơng
đảm bảo, khi đó nhà máy cần thay đổi các điều kiện vận hành để đảm
bảo chất lượng của ethanol thương phẩm không thay đổi. Xuất phát
từ ý tưởng đó, trong bài mơ phỏng này tác giả thực hiện thay đổi
thành phần ethanol trong dòng nguyên liệu beer well (3022) từ công
đoạn lên men và tiến hành thay đổi điều kiện vận hành các tháp trong
cụm chưng cất để đảm bảo chất lượng của dịng ethanol trước khi
qua cơng đoạn tách nước.
Trong trường hợp này, thành phần ethanol trong nguyên liệu
từ công đoạn lên men được thay đổi tăng/giảm 2%wt ethanol trong
khi lưu lượng dòng beerwell được giữ nguyên. Dòng nguyên liệu
beerwell sau khi được thay đổi thành phần ethanol được thể hiện ở
bảng 4.12:

22
Bảng 4.12. Thành phần dịng beer well từ cơng đoạn lên men trong
điều kiện vận hành bình thường và khi tăng/giảm 2%wt
Dịng 3022
Ethanol
Ethanol -2%wt
Ethanol
(kg/h)
+2%wt (kg/h)
Beer well
(kg/h)
H2O
82921.2
84864.3
81161.2
CO2
101.3
103.6
99.1
3-M-1-C4ol
50.6
51.8
49.6
Ethanol
10572.7
8625.6
12335.5
Inositol

0
0
0
Tiến hành mơ phỏng 2 tháp C-4101, C-4102 trong cụm
chưng cất với 2 dòng nguyên liệu beer well mới sau khi đã thay đổi
thành phần ethanol như ở trên. Khi đó điều kiện mơ phỏng ở các tháp
như sau:
4.2.1. Tháp C-4101:
4.2.1. Tháp C-4102:
Dòng sản phẩm ethanol từ 2 tháp chưng cất thô C-4101, C4102 hợp thành dòng 4038 là nguyên liệu cho tháp rectifier column
C-4201. Kết quả so sánh lưu lượng và thành phần của dòng 4038
trong bảng 4.15 cho thấy so với điều kiện vận hành bình thường khi
ethanol trong nguyên liệu giảm 2%wt lưu lượng dòng 4038 giảm
12%wt, thành phần ethanol giảm xuống dưới 50%wt (48.8%).
Ngược lại khi ethanol trong nguyên liệu tăng 2%wt, lưu lượng dòng
4038 tăng 9%wt đồng thời thành phần ethanol tăng lên đến 55.4%wt.
Như vậy việc thành phần dòng nguyên liệu beer well thay đổi đã
khiến dòng nguyên liệu cho tháp rectifier column C-4201 thay đổi
dẫn đến điều kiện vận hành của tháp C-4201 cần được thay đổi để
giữ chất lượng sản phẩm ethanol không đổi (> 90%wt).
4.2.3. Tháp rectifier column C-4201
Kết quả so sánh điều kiện vận hành tháp rectifier column C-


23
4201 trong điều kiện bình thường và thay đổi thành phần nguyên liệu
ethanol cho thấy: để đảm bảo chất lượng sản phẩm ethanol thì phải thay
đổi điều kiện vận hành của tháp rectifier column C-4201. Cụ thể, trong
trường hợp ethanol nguyên liệu tăng 2%wt dẫn đến lưu lượng dòng sản
phẩm đỉnh tháp tăng 17%wt, lưu lượng dòng hồi lưu 4050 tăng 1.5%wt

so với điều kiện vận hành bình thường. Ngược lại, lưu lượng sản phẩm
đỉnh sẽ giảm 13.3%wt đồng thời lưu lượng dòng hồi lưu giảm mạnh đến
23.9%wt khi ethanol nguyên liệu giảm 2%wt.
Với việc thay đổi điều kiện vận hành tháp rectifier column
C-4201 ở trên tác giả đã thành cơng trong việc bảo đảm thành phần
dịng sản phẩm của cụm chưng cất không thay đổi. Kết quả cho thấy
trong cả hai trường hợp thành phần ethanol trong nguyên liệu
tăng/giảm 2%wt, thành phần ethanol ở sản phẩm đỉnh đều đạt hơn
92%wt, thành phần heavy alcohols trong sản phẩm thân tháp được
giữ ổn định ở mức 10%wt.
Đánh giá về năng suất, kết quả cho thấy dòng sản phẩm ra khỏi
cụm chưng cất đều đạt hơn 90%wt (đạt yêu cầu về chất lượng) trong cả
2 trường hợp thay đổi nguyên liệu, tuy nhiên, năng suất của nhà máy sẽ
có sự thay đổi, cụ thể năng suất của nhà máy sẽ giảm 12,8% khi lượng
ethanol nguyên liệu giảm 2%wt, và ngược lại năng suất nhà máy sẽ tăng
16,4% khi lượng ethanol trong nguyên liệu tăng 2%.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Nhiện liệu sinh học nói chung và Bioethanol nói riêng có 1
vị trí quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế xã hội, trong tình
hình thế giới đã, đang phải đối diện với những vấn đề mang tính
sống cịn: sự cạn kiệt nhiên liệu hóa thạch, sự biến đổi khí hậu tồn
cầu. Do đó vấn đề đặt ra là phải nghiên cứu, cải tiến quá trình sản