Luận án tiến sĩ tối ưu hóa hệ thống tách hỗn hợp nhiều cấu tử etanol nước và các tạp chất nhận được

TR

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
NG
I H C BÁCH KHOA HÀ N I
-----------------

Cao Th Mai Duyên

T I

U HOÁ H TH NG TÁCH H N H P NHI U

C UT
NH N

ETANOL - N
C B NG PH

C VÀ CÁC T P CH T
NG PHÁP LÊN MEN

LU N ÁN TI N S K THU T

Hà N i – 2010


TR

B GIÁO D C VÀ ÀO T O
NG

I H C BÁCH KHOA HÀ N I
-----------------

Cao Th Mai Duyên

T I

U HOÁ H TH NG TÁCH H N H P NHI U

C UT
NH N

ETANOL - N

C VÀ CÁC T P CH T

C B NG PH

NG PHÁP LÊN MEN

Chuyên ngành: Quá trình và Thi t b Cơng ngh Hố h c
Mã s : 62.52.77.01

LU N ÁN TI N S K THU T

NG

IH

NG D N KHOA H C

PGS. TS Nguy n H u Tùng

Hà N i - 2010


L I CAM OAN
Tôi xin cam oan ây là công trình nghiên c u c a riêng tơi. Các s li u, k t
qu

c nêu trong lu n án là trung th c và ch a t ng

c cá nhân hay t ch c

khoa h c nào công b trong b t k cơng trình nào khác trong và ngồi n

c.

Cao Th Mai Duyên


L IC M

N

Tr

c tiên, tôi xin chân thành c m n PGS. TS Nguy n H u Tùng, Th y ã

t n tình h

ng d n, giúp ! tơi trong su t q trình nghiên c u và hồn thi n lu n

án.
Xin chân thành c m n các Th y Cô " Vi n ào t#o sau #i h c, các Th y
Cô và các $ng nghi p trong B% mơn Q trình – Thi t b Cơng ngh Hóa và Th c
ph&m ã óng góp các ý ki n chuyên môn, ã t#o m i i'u ki n thu n l i và nhi t
tình giúp ! tơi hồn thành các n%i dung nghiên c u.
Tơi c(ng xin c m n Trung tâm giáo d)c và phát tri*n S+c ký – Tr ,ng #i
h c Bách Khoa Hà N%i, Công ty c ph n c$n r
máy r

u và các s n ph&m t nhiên, Nhà

u L#c H$ng ã giúp ! tôi r t nhi'u trong vi c ti n hành các thí nghi m và

phân tích s li u.
Cu i cùng, tơi xin c m n gia ình và b#n bè ã luôn %ng viên, giúp ! tôi
v

t qua m i khó kh-n, hồn thành cơng vi c nghiên c u.

Cao Th Mai Duyên.


M CL C
Trang ph bìa
L i cam oan
M cl c
Danh m c các ký hi u, các ch vi t t t

Danh m c các b ng
Danh m c các hình v ,
th
M
u
Ch ng 1 – T NG QUAN
1.1. H dung d ch nhi u c u t
1.2. K thu t tách dung d ch nhi u c u t
1.3. T i u hố q trình tách dung d ch nhi u c u t
1.3.1. L a ch n ch tiêu t i u hố
1.3.2. Phân tích ch tiêu t i u hoá v n ng l ng tiêu hao trong quá trình tách
h n h p nhi u c u t
Ch ng 2 – PH NG PHÁP NGHIÊN C U
2.1. Xây d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n nhi u c u t
2.1.1.Xác nh cân b"ng pha l#ng - h i c!a h dung d ch nhi u c u t
2.1.1.1. Xác nh cân b"ng pha c!a h dung d ch nhi u c u t b"ng ph ng pháp
th c nghi m
2.1.1.2. Xác nh cân b"ng pha c!a h dung d ch nhi u c u t b"ng ph ng pháp
l p mơ hình
2.1.1.2.1. L a ch n mơ hình
!
"
!
#
$ % & '
! ( ! )
* + ,
2.1.2. Các mơ hình g n úng c!a tháp ch ng luy n nhi u c u t và ph ng pháp
gi i mơ hình
2.1.3.Mơ hình t ng quát c!a tháp ch ng luy n

2.1.4 . Các ph ng pháp gi i các ph ng trình MESH
2.1.4.1. Các ph ng pháp chia nh# bài tốn
2.1.4.1.1. Ph ng pháp tính l n l t t$ %a sang %a
2.1.4.1.2. Các ph ng pháp chia nh# bài toán có s d ng ma tr n ba
ng
chéo
2.1.4.2. Ph ng pháp tính t$ trong ra ngồi
2.2. Ki&m ch'ng s phù h p c!a mơ hình tháp ch ng luy n nhi u c u t b"ng th c
nghi m
2.2.1. Quá trình l y m(u và các ph ng pháp phân tích
2.2.1.1. Xác nh n ng ) etanol b"ng ph ng pháp t* tr ng
2.2.1.2. Xác nh n ng ) các t+p ch t trong m(u c n b"ng ph ng pháp s c ký
khí
2.2.2. Xác nh n ng ) etanol, nhi t ), n ng ) c!a m)t s c u t t+p ch t trên
các %a c!a tháp ch ng luy n th c t .
2.2.2.1. Các k t qu xác nh phân b n ng ) c n và nhi t ) d c theo chi u
cao c!a tháp
2.2.2.2. So sánh các k t qu phân b n ng ) m)t s t+p ch t trong tháp
Ch ng 3 – K,T QU- NGHIÊN C U
3.1. Nghiên c'u phân lo+i các c u t có trong dung d ch etanol - n .c s n xu t b"ng
ph ng pháp lên men
3.1.1. Nghiên c'u hành vi c!a các t+p ch t c!a h b"ng ph ng pháp th c nghi m
3.1.1.1. Xác nh thành ph n t+p ch t
3.1.1.2. Phân b n ng ) c!a các t+p ch t theo chi u cao c!a tháp ch ng luy n

1
2
2
5
7

7
9
18
18
19
20
21
21
27
30
31
32
40
41
41
43
54
56
56
56
57
59
60
62
68
68
68
68
70

trong quá trình tinh ch
3.1.1.2.1. Phân b n ng ) c!a các t+p ch t trong quá trình tinh ch c n trong
các tháp thí nghi m t$ nguyên li u r
ng
3.1.1.2.2. Phân b n ng ) c!a các c u t t+p ch t trong quá trình tinh ch
c n t$ nguyên li u tinh b)t
3.1.2. Nghiên c'u hành vi c!a các c u t t+p ch t b"ng ph ng pháp mơ hình:
3.1.2.1. Nghiên c'u các y u t nh h ng n hành vi c!a etyl axetat và al ehyt

69
70
73
73

axetic:
3.1.2.2. Nghiên c'u các y u t nh h ng n hành vi c!a axit axetic
3.1.2.3. Nghiên c'u các y u t nh h ng n hành vi c!a các c u t n-propanol,
iso-propanol, iso-butanol, iso amyl alcohol (h n h p d u fusel) trong tháp ch ng luy n
3.1.2.4. Nghiên c'u các y u t nh h ng n hành vi c!a metanol trong tháp
3.2. Nguyên t c chung & tách h n h p nhi u c u t
3.3. ng d ng mơ hình t ng quát c!a tháp ch ng luy n
3.3.1. Phân tích s
tinh ch c b n g m 3 tháp
3.3.2. ng d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n & t ng h p các s
tinh ch
3.3.2.1. S
tinh ch 4 tháp có k t n i thêm tháp tinh ch l+i COL4 & tách
metanol
3.3.2.2. S

tinh ch c n 5 tháp có k t n i thêm tháp fusel COL5
3.3.3. T ng h p s
tinh ch g m 6 tháp, có dịng tu n hồn
3.4. ng d ng mơ hình t ng qt c!a tháp ch ng luy n, t ng h p s
tách có k t
n i dòng nhi t gi m n ng l ng tiêu hao
3.4.1. Nguyên t c t ng h p s
tách có k t n i dịng nhi t
3.4.2. Thu t toán gi i h l.n
3.4.3. ng d ng thu t toán gi i h l.n & nghiên c'u t ng h p các s
tinh ch
có k t n i nhi t gi a các tháp
3.4.3.1. Tính tốn ki&m tra s
tinh ch c n có k t n i nhi t t+i Cơng ty c
ph n mía
ng Lam S n

3.4.3.2. T ng h p m)t s s

tách v.i hi u su t s d ng n ng l

76
77
82
89
90
90
100
100
102

104
107
107
108
109
109

ng 122

cao
3.4.3.2.1. Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp thô COL1
3.4.3.2.2. Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp andehyt COL2
3.4.3.2.3. Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp COL3 và COL5
3.4.3.2.4. Nghiên c'u l a ch n áp su t làm vi c cho tháp COL4
3.4.3.2.5. Nghiên c'u ch n áp su t làm vi c cho tháp thu h i c n COL6
3.4.3.2.6. S
tinh ch g m 6 tháp làm vi c các áp su t khác nhau
K,T LU/N
Các cơng trình ã cơng b
Tài li u tham kh o
Ph l c

122
124
125
129
130
130
135
137

138


DANH M C CÁC KÝ HI U, CÁC CH

VI T T T

TCVN
P
V
i
x
y
H
R
L
G
RL
RG
W
E
T
QR
QC
α
r
ϕ
γ
n
N

Tiêu chu0n Vi t Nam
áp su t
th& tích
c ut
n ng ) ph n mol trong pha l#ng
n ng ) ph n mol trong pha h i
entalpy
ch s h i l u
dòng l#ng trong tháp
dòng h i trong tháp
ch s h i l u l#ng
ch s h i l u h i
công
execgy
nhi t )
nhi t un sôi áy tháp
nhi t ng ng t
nh tháp
h s bay h i t ng i
hàm nhi t
h s fugat
h s ho+t )
s c u t trong h
s b c lý thuy t c!a tháp ch ng luy n

Trong các s
COL
F
D

B
HS
H2O
MIX
P
DEC
HX
P1ST
P2ST
FUSEL

tinh ch :
tháp ch ng luy n
h n h p u vào tháp.
dòng nh tháp
dòng áy tháp
dòng h i t
dòng n .c
thi t b tr)n dòng
b m
thi t b phân l.p
thi t b gia nhi t
dòng s n ph0m c n sau tháp tinh ch
dòng s n ph0m c n ch t l ng cao sau tháp tinh ch l+i
dòng s n ph0m d u fusel


DANH M C CÁC B NG
-. ! /
!

-. ! /
!
-. ! /$
!
-. ! /;

0

'

' !' 1
! ( !/ ) 2 & '
!
' !'
3
4
5 6 5 47 44 8 ' '
+ 9 '
0 '
' !' 1
! ( !/ ) 2 & '
!
' !'
3
4
/ 4 7 :4 / 6 8
!
( !.
0 '
' !' 1

! ( !/ ) 2 & '
!
' !'
3
4
5 4
/
/ 6
% & '
! ( ! )
6 < = / 4
< = / 4
<$=
/ <;= 5
/ <>= 5
7
B ng 2-5. So sánh n ng ) c!a etanol trên các %a c!a tháp ch ng luy n theo th
nghi m v.i k t qu tính tốn t$ mơ hình.
B ng 2-6. N ng ) c!a m)t s t+p ch t trên các %a c!a tháp ch ng luy n theo th

1
1
1
/
c
c

nghi m v.i k t qu tính tốn t$ mơ hình.
B ng 3-1. N ng ) các t+p ch t trên các %a c!a tháp tinh ch c n s n xu t t$ nguyên

li u tinh b)t và r
ng
B ng 3-2. Thành ph n c!a h n h p u
B ng 3-3. Thành ph n c!a d u fusel t+i %a 38, %a 28 khi l y d .i d+ng l#ng, d+ng h i
B ng 3-4. Thơng s c!a các dịng v t li u vào và ra kh#i tháp thô COL1
B ng 3-5. Thơng s c!a các dịng vào và ra kh#i tháp COL2
B ng 3-6. Thông s c!a các dòng v t li u vào tháp tinh ch COL3
B ng 3-7. Thơng s c!a các dịng v t li u ra kh#i tháp tinh ch COL3
B ng 3-8. Thông s c!a các dòng v t li u vào và ra kh#i thi t b phân ly tách d u
B ng 3-9. Thành ph n c!a các dòng vào và ra kh#i tháp COL4
B ng 3-10. Thông s c!a các dịng vào và ra kh#i tháp COL5
B ng 3-11. Thơng s c!a các dòng vào và ra kh#i tháp COL6
B ng 3-12. Thành ph n các dòng v t li u chính trong s
tinh ch g m 6 tháp , làm
vi c áp su t th ng, có k t n i dịng tu n hồn.
B ng 3-13. Mơ hình và các thông s làm vi c c!a tháp nâng cao n ng ) T533
B ng 3-14. Thông s các dòng vào và ra kh#i tháp nâng cao n ng ) T533 theo mơ
hình
B ng 3-15. Mơ hình và các thơng s làm vi c c!a tháp pha lỗng T552
B ng 3-16. Thơng s c!a các dịng vào và ra kh#i tháp pha lỗng T552 theo mơ hình
B ng 3-17. Mơ hình và các thơng s làm vi c c!a tháp tinh ch T557
B ng 3-18. Thông s c!a các dòng vào và ra kh#i tháp tinh ch T557
B ng 3-19. Mơ hình và các thơng s làm vi c c!a tháp T566
B ng 3-20. Thơng s c!a các dịng v t li u vào và ra kh#i tháp metanol T566


B ng 3-21. Thơng s c!a dịng gi m tr .c khi vào tinh ch và thơng s c!a dịng s n
ph0m sau s
tinh ch
B ng 3-22. M)t s thông s nhi t c!a các tháp tinh ch trong s

c!a Cơng ty c
ph n mía
ng Lam S n Thanh Hố
B ng 3-23. Thay i áp su t làm vi c trong tháp COL1
B ng 3-24. Thành ph n c!a dòng nh D1 khi thay i áp su t và l ng h i t trong
tháp COL1
B ng 3-25. Thành ph n c!a dòng 2B2 khi thay i áp su t trong tháp COL2
B ng 3-26. K t qu c!a tháp COL5 khi thay i áp su t làm vi c
B ng 3-27. K t qu dòng fusel 9 khi thay i áp su t làm vi c c!a tháp COL2
B ng 3-28. K t qu dòng fusel 9 khi thay i áp su t làm vi c c!a tháp COL3
B ng 3-29. -nh h ng c!a áp su t làm vi c c!a tháp tinh ch l+i COL4 n tiêu hao
n ng l ng trong tháp COL4
B ng 3-30. K t qu các dịng s n ph0m trong s
hình 3-65
B ng 3-31. T ng k t các thông s làm vi c c!a các tháp trong s
hình 3-65 theo các
áp su t làm vi c ã ch n trong ph ng án 1
B ng 3-32. T ng k t các thơng s làm vi c c!a các tháp trong s
hình 3-66 theo các
áp su t làm vi c ã ch n trong ph ng án 2
B ng 3-33. Ch t l ng các dòng s n ph0m trong s
3-66


DANH M C CÁC HÌNH V ,

TH

Hình 1-1. H etanol - n .c - iso amyl alcohol
Hình 1-2. H etanol - n .c - iso propanol

Hình 1-3. H etanol - n .c - metanol
Hình 1-4. H etanol - n .c - etyl axetat
Hình 1-5. S l) trình tách c!a h n h p 3 c u t
Hình 1-6. -nh h ng tr+ng thái nhi t )ng h n h p u qF t.i l ng nhi t t i thi&u c n
c p cho quá trình ch ng luy n h n h p hai c u t lý t ng.
Hình 1-7. Gi m execgy trong ch ng luy n
Hình 1-8 A, B, C. L ng nhi t tiêu hao t i thi&u là hàm s c!a n ng ) h n h p u
trong ch ng luy n h n h p ba c u t 2,2 imetyl butan (a) / 2 metyl pentan (b) / hexan
(c).
Hình 1-9. So sánh n ng l ng tiêu hao t i thi&u QRmin/F.r cho ba l) trình tách h n h p
ba c u t .
Hình 2-1. Cân b"ng pha l#ng – h i c!a h nhi u c u t
Hình 2-2. S
thi t b xác nh cân b"ng l#ng – h i
@
/$ 0) &A 9
B ' 2 & '
!
( !5 )
* + ,
@
/; CA 1
'
' !' 1
! ( !/ ) 2 & '
!
'
!' 1
!
3

4
5 6 8 ' '
+ 9 '
Hình 2-5. S
nguyên lý c!a m)t b c cân b"ng pha
Hình 2-6. Mơ hình tháp ch ng luy n liên t c
Hình 2-7. S
tháp ch ng luy n quy mơ pilot
Hình 2-8. Phân b n ng ) etanol theo chi u cao tháp
Hình 2-9. Phân b nhi t ) theo chi u cao tháp
Hình 2-10. 1 th bi&u di2n phân b n ng ) c!a metanol theo chi u cao c!a tháp
ch ng luy n
c xác nh b"ng th c nghi m và
c xác nh d a vào mơ hình
Hình 2-11. 1 th bi&u di2n phân b n ng ) c!a iso propanol theo chi u cao c!a tháp
ch ng luy n
c xác nh b"ng th c nghi m và
c xác nh d a vào mơ hình
Hình 2-12. 1 th bi&u di2n phân b n ng ) c!a etyl axetat theo chi u cao c!a tháp
ch ng luy n
c xác nh b"ng th c nghi m và
c xác nh d a vào mơ hình
Hình 3-1. K t qu phân tích etanol s n xu t t$ nguyên li u tinh b)t
Hình 3-2. K t qu phân tích etanol s n xu t t$ nguyên li u r
ng
Hình 3-3. Các
th bi&u di2n hành vi c!a các c u t theo chi u cao c!a tháp
Hình 3-4. 1 th bi&u di2n phân b n ng ) metanol khi tinh ch c n t$ tinh b)t trên
tháp thí nghi m
ng kính 200mm.

Hình 3-5. Mơ hình tháp ch ng luy n nghiên c'u hành vi c!a các c u t trong dung
d ch etanol - n .c s n xu t b"ng ph ng pháp lên men


Hình 3-6. -nh h ng c!a n ng ) etanol trong dòng vào n hành vi c!a etyl axetat
D/F=0,02 , R=10
Hình 3-7. -nh h ng c!a n ng ) etanol trong dòng vào n hành vi c!a al ehyt
axetic D/F=0,02, R=10
Hình 3-8. -nh h ng ch s h i l u n phân b etyl axetat, D/F=0,02, xFetanol = 0,2
Hình 3-9. -nh h ng ch s h i l u n phân b al ehyt axetic, D/F=0,02, xFetanol =
0,2
Hình 3-10. -nh h ng ch s h i l u n n ng ) t+p trong dịng nh, D/F=0,02,
xFetanol = 0,2
Hình 3-11. -nh h ng ch s h i l u n phân n ng ) t+p trong dòng áy, D/F=0,02 ,
xFetanol = 0,2
Hình 3-12. -nh h ng v trí ti p li u n n ng ) t+p trong dòng
nh, D/F=0,02;
xFetanol = 0,2 ; R=3,5
Hình 3-13. -nh h ng v trí ti p li u n n ng ) t+p trong dịng áy, D/F=0,02 ,
xFetanol = 0,2; R=3,5
Hình 3-14. -nh h ng n ng ) etyl axetat trong dòng vào t.i phân b trong tháp tinh
ch , D/F=0,02 ; R=3,5; xFetanol = 0,2
Hình 3-15. -nh h ng c!a n ng ) etanol trong h n h p u t.i phân b axit axetic
D/F =0,025 ; R =3,5
Hình 3-16. -nh h ng ch s h i l u t.i n ng ) axit axetic trong các dịng s n ph0m
Hình 3-17. -nh h ng c!a n ng ) etanol trong h n h p u t.i phân b n ng ) các
t+p, t+i i u ki n: R=4.
Hình 3-18. S
ch ng luy n có l y d u Fusel
Hình 3-19. -nh h ng c!a ch s h i l u t.i n ng ) n-propanol trong d u fusel

Hình 3-20. -nh h ng c!a ch s h i l u t.i n ng ) c!a iso-butanol trong d u fusel
Hình 3-21. -nh h ng c!a ch s h i l u t.i n ng ) iso-propanol trong d u fusel
Hình 3-22. -nh h ng c!a ch s h i l u t.i n ng ) iso amyl alcohol trong d u fusel
Hình 3-23. -nh h ng c!a v trí l y d u fusel t.i n ng ) các t+p ch t trong d u fusel
Hình 3-24. -nh h ng c!a l u l ng d u fusel t.i n ng ) c!a t+p trong d u fusel
Hình 3-25. -nh h ng c!a l u l ng dòng fusel t.i n ng ) c!a n-propanol trong s n
ph0m etanol tinh ch
Hình 3-26. -nh h ng c!a l u l ng d u fusel t.i n ng ) c!a iso-butanol trong s n
ph0m etanol tinh ch
Hình 3-27a. Phân b n ng ) metanol t+i R = 3,5; XF(metanol) = 7.10-5 và t+i các n ng )
etanol trong h n h p u khác nhau
Hình 3-27b. Phân b n ng ) c!a t+p metanol trong tháp tinh ch .


Hình 3-28. Quan h gi a n ng ) metanol
nh tháp và n ng ) etanol trong h n
-5
h p u. T+i t* l D/F=5%; XF(metanol)=7.10
Hình 3-29. N ng ) metanol trong s n ph0m nh t+i i u ki n D/F=5%, XF(metanol)=
7.10-5
Hình 3-30. N ng ) metanol trong s n ph0m áy t+i i u ki n D/F=5%, XF(metanol)=
7.10-5
Hình 3-31. -nh h ng c!a các t+p ch t khác n phân b n ng ) metanol trong tháp
Hình 3-32. -nh h ng c!a n ng ) metanol trong h n h p u t.i phân b n ng )
c!a nó XF(Etanol)=0,05 ph n mol; R=4; T* l : D/F=5%.
Hình 3-33. S
h th ng ch ng luy n 3 tháp, làm vi c áp su t th ng
Hình 3-34. Phân b n ng ) c!a etanol và n .c trong tháp ch ng luy n thơ COL1
Hình 3-35. Phân b n ng ) c!a các t+p ch t trong tháp ch ng luy n thơ COL1
Hình 3-36. Phân b n ng ) c!a etanol và n .c trong tháp COL2

Hình 3-37. Phân b n ng ) c!a các t+p ch t trong tháp COL2
Hình 3-38. Phân b n ng ) c!a t+p ch t iso propanol trong tháp COL2
Hình 3-39. Phân b n ng ) etanol và n .c trong tháp tinh ch COL3
Hình 3-40. Phân b n ng ) c!a các t+p ch t chính trong d u fusel trong tháp tinh ch
COL3
Hình 3-41. Phân b n ng ) c!a t+p metanol trong tháp tinh ch COL3
Hình 3-42. S
tinh ch g m 4 tháp,làm vi c áp su t th ng
Hình 3-43. S
tinh ch c n g m 5 tháp, làm vi c áp su t th ng
Hình 3-44. S
tinh ch c n 6 tháp, có dịng thu h i h i l u, làm vi c áp su t
th ng
Hình 3-45. S
kh i thu t tốn gi i h l.n
Hình 3-46. Mơ hình s
tinh ch 5 tháp theo s
c!a Cơng ty c ph n mía
ng
Lam S n Thanh Hố
Hình 3-47. S
làm vi c th c t c!a tháp thơ T507
Hình 3-48. S
làm vi c th c t c!a tháp nâng cao n ng ) T533
Hình 3-49. Phân b n ng ) etanol, n .c trong tháp nâng cao n ng ) T533 theo mơ
hình
Hình 3-50. Phân b n ng ) n-butanol, iso butanol, iso amyl alcohol, n propanol trong
tháp nâng cao n ng ) T533 theo mơ hình
Hình 3-51. S
làm vi c c!a tháp pha lỗng T552

Hình 3-52. Phân b n ng ) etanol, n .c trong tháp T552 theo mơ hình
Hình 3-53. Phân b n ng ) al ehyt axetic, etyl axetat trong tháp pha loãng T552 theo
mơ hình
Hình 3-54. S
làm vi c c!a tháp tinh ch T557


Hình 3-55. Phân b n ng ) c!a etanol và n .c trong tháp tinh ch T557 theo mơ hình
Hình 3-56. Phân b n ng ) c!a iso amyl alcohol trong tháp tinh ch T557 theo mơ
hình
Hình 3-57. Phân b n ng ) c!a n-propanol trong tháp tinh ch T557 theo mơ hình
Hình 3-58. Phân b n ng ) c!a metanol trong tháp tinh ch T557 theo mơ hình
Hình 3-59. Phân b etanol và n .c trong tháp metanol T566 theo mơ hình
Hình 3-60. Phân b metanol trong tháp metanol T566 theo mơ hình
Hình 3-61. S
ngun lý c!a tháp thơ COL1
Hình 3-62. S
nguyên lý c!a tháp andehyt COL2
Hình 3-63. S
nguyên lý k t n i các tháp COL1, COL2, COL3, DEC và COL5
Hình 3-64. S
k t n i tháp COL1, COL2, COL3, COL4, COL5
Hình 3-65. S
tinh ch g m 6 tháp làm vi c các áp su t khác nhau
Hình 3-66. S
6 tháp làm vi c các áp su t khác nhau và k t n i nhi t gi a các
tháp theo ph ng án k t n i nhi t 2.


1

M
Trong th c t s n xu t th

U

ng g p các h dung d ch nhi u c u t ph c t p

nh h d u m , các s n ph m lên men, các ch ph m sinh h c, các h n h p khí hố
l ng…

thu

c s n ph m có

các c u t trong h . Thông th
t trong h l n, nh h
t

tinh khi t cao c n thi t ph i phân tách riêng

ng các h nhi u c u t khá ph c t p, s l

ng c u

ng l n nhau gi a các c u t không tuân theo các quy lu t lý

ng, các c u t trong h cịn có kh n ng t o v i nhau các h n h p

ng phí hai

c u t , ba c u t và có th xu t hi n các vùng d th hai pha l ng. Do v y, phân tách
các h này b ng ph !ng pháp ch ng luy n th
+ Khó tách tri t

các c u t ,

ng g p nhi u khó kh n:

i v i các h n h p

ng phí ph i dùng k t

h p nhi u ph !ng pháp.
+ H th ng thi t b ph c t p, cho h n c u t ph i c n ít nh t (n-1) tháp
ch ng luy n và 2(n-1) thi t b trao "i nhi t.
+ S l trình tách l n, v i h 4 c u t s l trình tách là 22, cho h n h p 5
c u t s l trình tách s# là 119 l trình, nên vi c
th

a ra

c l trình tách h p lý

ng g p nhi u khó kh n.
+ Tiêu hao n ng l

ng cho quá trình phân tách l n.

Vì v y, vi c nghiên c u t i u hố q trình phân tách h nhi u c u t nh m

nâng cao hi u qu phân tách, gi m s l

ng thi t b , l a ch n m t l trình tách h p

lý, gi m tiêu hao nguyên v t li u và n ng l
hi n nay.

ng là v n

thi t th c và c p bách


2

CH

NG 1 - T NG QUAN

1.1- H$ DUNG D%CH NHI&U C'U T(
Trong th c t s n xu t, h u h t các h n h p th c thông th
h n h p nhi u c u t nh h n h p d u m , h n h p r

ng

u là các

u c)n, các h n h p sau lên

men, các h n h p hoá ch t... Tách các h n h p nhi u c u t có th dùng các ph !ng
pháp nh h p ph*, h p th*, trích ly, ch ng luy n,... ho c k t h p các ph !ng pháp

ó tu+ thu c vào tính ch t c,a h c n tách. [2]
c i m chung c,a các h dung d ch nhi u c u t là r t ph c t p do chúng
th

ng có s l

ng c u t l n, các c u t tan l n hồn tồn vào nhau ho c khơng

tan m t ph n hay hoàn toàn t o thành hai pha l ng và c-ng có th g p các i m
ng phí trong h n h p này.
M t h n h p nhi u c u t th
etanol - n

ng g p trong th c t s n xu t là dung d ch

c và các t p ch t s n xu t b ng ph !ng pháp lên men. ây là dung d ch

th c nhi u c u t r t i n hình. Các c u t trong h có nh h

ng l n nhau h t s c

ph c t p gây nhi u khó kh n cho vi c phân tách các c u t t p ch t, nh m thu
s n ph m c)n th c ph m ch t l

ng cao,

m b o s c kho. c,a ng

Trong công nghi p, vi c s n xu t etanol th c ph m
trình lên men các nguyên li u ch a

quá trình này

c

i s d*ng.

c ti n hành nh quá

ng ho c tinh b t, và dung d ch thu

c sau

c g i là gi m. Tác nhân xúc tác cho quá trình lên men này là các

ch,ng n m men.
Tùy thu c vào nguyên li u s n xu t ban

u (tinh b t g o, s/n, … ho c r0

ng…), ch,ng n m men và quá trình lên men mà s l
c,a chúng trong h dung d ch etanol - n

ng c u t c-ng nh n)ng

c và các c u t t p ch t sau lên men là

khác nhau. Nh ng nhìn chung, ây là h dung d ch có r t nhi u t p ch t và r t ph c
t p.
Ngoài hai c u t chính là n

c và etanol, s c u t có trong h có th lên

kho ng h!n 50 c u t [3], g)m ch, y u là các c u t sau:

n


3

- Các an ehyt: an ehyt axetic, an ehyt propylic, an ehyt butyric, akrolein,
metyl axetat, etyl axetat, an ehyt n maslianic,

iaxetin, trietyl amin, an ehyt

crotonic, trimetyl amin ,…
- Các este: este c,a axit axetic, este c,a axit propylic, ietyl este, etyl muravic
este, etyl iso maslianat (este), este c,a axit iso valeric, etyl propyonat (este), este
c,a axit axetic - iso amylic, este iso valerat amylic,...
- Các axit: axit axetic, axit butyric,...
- Các r

u b c cao: iso amyl ancohol, iso butanol, n butanol, n propanol, iso

propanol, fufurol, glyxerol,…
Trong gi m, thành ph n etanol chi m 6 - 7% th tích, ph n còn l i ch, y u là
n

c (89 - 90% th tích) và các t p ch t (< 5% th tích). [5]
Trong h dung d ch r t ph c t p này, hai c u t chính là etanol và n

nhau m t i m
nhi t

ng phí

n)ng

ct ov i

c,a etanol là 96% th tích [8]. H!n th n a,

sôi c,a các c u t n m trong m t kho ng khá h1p nên trong h này d2 t o

thành các h n h p

ng phí hai c u t , h n h p

ng phí ba c u t và có kh n ng

t o thành các vùng d th hai pha l ng.
Kh o sát các h dung d ch ba c u t g)m etanol - n
ch t ã cho th y rõ

c i m ph c t p này c,a h . Ví d*:

+ H etanol - n

c - iso amyl ancohol: hình 1-1 cho th y xu t hi n vùng d

th hai pha l ng và hai i m

ancohol và m t

ng phí c c ti u gi a etanol - n

ng biên gi i ch ng c t n i hai i m

+ H etanol - n
i m

c v i m t vài c u t t p

c và n

c - iso amyl

ng phí.

c - iso propanol: hình 1-2 cho th y h ba c u t này có hai

ng phí c c ti u gi a etanol - n

c và n

c - iso propanol và m t

ng biên

gi i ch ng c t.
+ H etanol - n
ti u gi a etanol - n

c và

+ H etanol - n
l ng - l ng, ba i m
c u t v i ba

c - metanol: hình 1-3 cho th y h có m t i m

ng phí c c

ng biên gi i ch ng c t n i 0nh metanol v i i m này.
c - etyl axetat: trên hình 1-4 xu t hi n m t vùng hai pha

ng phí c c ti u hai c u t và m t i m

ng biên gi i ch ng c t.

ng phí c c ti u ba


4

etanol (78,31oTernary
C)
Map (Mole Basis)
o
T erna
etanol (78,31
C)ry M a p (M ole B a si s)

ETHAN-0 1 (78.31 C )

0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2

n c
WATER
(100.02
(100,02Co)C)

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

Hình 1-1. H etanol - n

c - iso amyl ancohol

0.1

3-MET-01
iso
amyl
(130.91 C )
ancohol
(130,91oC)

0.8

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0.9

ETHAN-01 (78.31 C )

n WATER
c
o C)
(100.02
(100,02
C)

0.2

0.3

0.4

0.5

Hình 1-2. H etanol - n

0.6

0.7

0.8

propanol 2
(82,35 C)

ISO PR-01
(82.3 5 C ) o

0.9

c – propanol 2

etyl axetat Ternary Map (Mole Basis)
o
(77,2
ETHYL-01
C)(77.2 0 C )

o Map (Mole Basis)
Ternary
metanol (64,53
C)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Hình 1-3. H etanol - n

0.7

0.8

0.9

c – metanol

0.2

etanol
(78,31oC)

ETHAN-0 1
(78.3 1 C )

0.1

0.1

0.2

0.3

0.3

0.4

0.4

0.5

0.5

0.6

0.6

0.7

0.7

0.8

0.8

0.9

0.9

METHA-01 (64.53 C)

n WATER
c

o C)
(100.02
(100,02
C)

0.1

n WATER
c
o C)
(100.02
(100,02
C)

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Hình 1-4. H etanol - n

Tính ch t ph c t p c,a h etanol - n

c ã

0.6

0.7

0.8

0.9

etanol
(78,31 C)

ETHAN-0 1
(78.3 1 C ) o

c - etyl axetat

c th y rõ trong các ví d* trên.

Qua ó có th th y quá trình tách các c u t trong h n h p này s# g p nhi u khó
kh n do có th g p các i m
th tách tri t

ng phí ho c các vùng hai pha l ng. Khi ó khó có

h n h p n u ch0 s d*ng ph !ng pháp ch ng luy n thông th

ng

mà s# ph i k t h p nhi u ph !ng pháp, h th ng thi t b tinh ch ph c t p, tiêu hao
n ng l

ng cho quá trình tách s# l n làm t ng chi phí cho q trình do ó làm t ng

giá thành s n ph m.


5

1.2- PHÂN TÁCH DUNG D%CH NHI&U C'U T(

V i các h n h p nhi u c u t
chính,

d ng dung d ch, ph !ng pháp phân tách

c ng d*ng r ng rãi nh t là ph !ng pháp ch ng luy n.

Quá trình ch ng

c ng d*ng r ng rãi trong s n xu t

-

D um

-

Khơng khí hố l ng

c ch ng c t

tách các h n h p:

-190oC

nhi t

s n xu t O2 và

N2.
-

Các s n ph m c,a quá trình t"ng h p h u c! th

ng

d ng h p ch t l ng.

Ví d* s n xu t metanol, etylen, propylen, buta ien…
-

Các s n ph m c,a công ngh sinh h c, th
etanol - n

ng là h n h p ch t l ng nh

c t3 quá trình lên men.

V i h hai c u t , quá trình phân tách s# ch0 c n ti n hành trong m t tháp.
V i các thông s nhi t

s# hoàn toàn xác

, áp su t xác

nh cho s n ph m 0nh thì ch

nh. Nh ng h n c u t có n b c t do nên khi xác

áp su t cho m t c u t thì v n ch a th xác

nh

làm vi c
nh nhi t

c thành ph n, nhi t

,

sôi c,a

các c u t khác do v n còn (n-2) b c t do. Tách h n h p nhi u c u t khó kh n
h!n r t nhi u so v i h n h p hai c u t

c bi t là v i các h th c khi nh h

c,a các c u t trong h không tuân theo các quan h lý t

ng

ng, h có nhi u i m

ng phí, có vùng hai pha l ng ...
Phân tách h dung d ch nhi u c u t b ng ph !ng pháp ch ng luy n không th
s d*ng m t tháp ch ng luy n mà ph i s d*ng nhi u tháp. S l
luy n ph i s d*ng trong s! ) phân tách tu+ thu c vào s l
V m t lý thuy t,

ng tháp ch ng

ng c u t trong h .

tách các h dung d ch g)m n c u t s# ph i có (n-1) tháp

ch ng luy n và t !ng ng là (n-1) thi t b
t* 0nh tháp. Khi ó, ngồi s l

un sơi áy tháp và (n-1) thi t b ng ng

ng thi t b ph i s d*ng là r t l n thì n ng l

ng

tiêu t n trong các thi t b gia nhi t c-ng s# vô cùng l n. H!n n a, tách h n h p
nhi u c u t b ng ch ng luy n có th th c hi n theo nhi u l trình (trình t ) tách
khác nhau.


6

Theo các quan ni m tr

c ây [9], v i h n h p g)m n c u t thì s l trình

[2(n − 1)]!

tách s# là:

n!(n − 1)!

S c u t trong h

S tháp ch ng luy n

S l trình tách

3

2

2

4

3

5

5

4

14

Theo quan ni m m i hi n nay [23], s l
tính

n các c u t có nhi t

ng l trình tách t ng lên áng k do

sơi trung gian trong h n h p.

Theo ó, m t h dung d ch g)m 3 c u t ABC thì s# ph i có s! ) tách g)m ít
nh t là 2 tháp và l trình tách s# có 3 ph !ng án nh sau:
+ Ph !ng án a: ABC – AB/C – A/B/C
+ Ph !ng án b: ABC – A/BC – A/B/C
+ Ph !ng án c: ABC – AB/BC – A/B/C v i B là c u t trung gian.
Các s! ) tách c* th nh sau:
A

A

A

AB
AB

ABC

B
ABC

ABC

B

B

B

BC
BC

C

C
C

A

B

Hình 1-5. S l trình tách c a h n h p 3 c u t
Khi ó cho h n h p 4 c u t ABCD, s l trình tách s# là:

C


7

Th t tách

C u t trung gian

S l trình tách

A/BCD

Khơng có

3

AB/CD

Khơng có

1

ABC/D

Khơng có

3

ABCD

B

3

ABCD

C

3

ABCD

BC

9

T"ng s l trình tách

22

Nh v y cho h n h p b n c u t s l trình tách là 22, cho h n h p 5 c u t ,
s l trình tách lên

n 119 l trình [23]. Khi h có nhi u c u t , s l

ng các l

trình tách s# r t l n, nh v y q trình tính tốn và t i u hoá h th ng tách s# r t
ph c t p.
1.3- T4I 5U HỐ Q TRÌNH PHÂN TÁCH H$ NHI&U C'U T(
1.3.1. L a ch n ch tiêu t i u hoá trong t ng h p h th ng:
i v i m i h nhi u c u t , ph* thu c vào tính ch t hoá lý c,a h , yêu c u
ch t l

ng s n ph m, n ng su t c,a h th ng, mà c n thi t ph i phân tích

ra l

trình tách c* th .
Nhi m v* t i u hố

ch0 ra l trình c* th mang l i hi u qu kinh t cao

nh t là m t bài tốn khơng !n gi n, v i m*c ích là ph i gi m s l

ng các thi t b

s d*ng trong s! ) và các ph !ng án c,a l trình tách, gi m chi phí s n xu t mà
không gây nh h

ng

n ch t l

ng c,a s n ph m.

Do v y, khi tách h n h p nhi u c u t tách riêng t3ng c u t là quá khó và t n
kém và trong r t nhi u tr

ng h p không nh t thi t ph i tách riêng t3ng c u t mà

có th tách t3ng phân o n d a trên c! s v yêu c u ch t l
hố lý c,a h .

ng s n ph m, tính ch t

i u ó ịi h i ph i có các nghiên c u c* th v hành vi c,a t3ng

c u t trong h , t3 ó có th phân nhóm các c u t có

c i m chung v

bay h!i


8

t !ng

i

tách theo t3ng nhóm c u t , l a ch n

c l trình tách h p lý

iv i

h dung d ch kh o sát.
Trong nhi u tr

ng h p s! ) h th ng tách theo nhóm là s! ) t i u ho c

g n v i t i u theo ch0 tiêu tiêu hao n ng l

ng.

T3 l trình tách ã ch n, ti n hành tính tốn t i u cho q trình phân tách.
Ch0 tiêu t i u t t nh t cho m t quá trình s n xu t là giá thành s n ph m. Tuy nhiên,
tính tốn giá thành s n ph m c n thi t ph i tính
kh u hao thi t b ,
l

u t nhà x

c giá thành ch t o thi t b ,

ng, giá nguyên v t li u, nhân công lao

ng, n ng

ng tiêu hao..., ây là m t bài toán r t ph c t p.
Trong i u ki n giá n ng l

ng ang leo thang nh hi n nay thì n ng l

ng

tiêu hao trên m t !n v s n ph m ang là m t m*c tiêu t i u hóa có ý ngh6a r t
l n trong s n xu t.
Vì v y, các nghiên c u trong báo cáo này s# t p trung gi i quy t v n
hoá v n ng l
ki m n ng l
nh n

t i u

ng tiêu t n cho quá trình phân tách h nhi u c u t , c* th là ti t
ng trong quá trình tinh ch h dung d ch etanol - n

c sau khi lên men

thu

c c)n th c ph m có ch t l

c và các t p ch t
ng cao,

t các

yêu c u ch0 tiêu cho phép theo TCVN (TCVN 1051 – 71).
Kh o sát th c tr ng s n xu t c)n th c ph m t i m t s nhà máy
hi n nay cho th y k t qu tiêu hao n ng l
Công ty c" ph n c)n - r
vào kho ng 8 - 9 kg h!i
hi n

i m i nh p t3 n

Vi t Nam

ng tính trên m t !n v c)n s n ph m

u Hà N i trên h th ng ch ng c t g)m 3 tháp trên th c t
t 10at/1kg c)n s n ph m, còn trên m t s dây chuy n
c ngoài h th ng ch ng c t g)m 6 tháp nh t i Nhà máy

c)n Lam S!n - Thanh Hoá là 4,5 kg h!i 10at/1kg c)n ch t l
V i giá thành c,a 1 kg h!i

ng cao.

t là kho ng 0,7 USD [18] thì vi c ti t ki m

c

1 kg h!i/ 1kg c)n s n ph m mang l i ý ngh6a áng k cho vi c gi m giá thành c,a
s n ph m.
Vi c phân tích tiêu hao n ng l
luy n nhi u c u t có ý ngh6a r t l n

ng t i các công o n trong h th ng ch ng
ti n hành t"ng h p h th ng và l a ch n l


9

trình tách t i u, có l i v m t n ng l
ch t l

ng nh t )ng th i c-ng không làm gi m

ng s n ph m.

1.3.2. Phân tích ch tiêu t i u hố v n ng l

ng tiêu hao trong quá trình tách

h n h p nhi u c u t :
N ng l

ng riêng c n thi t W

tách m t h n h p thành các c u t tinh khi t

có th tính theo cơng th c c,a King:
W = - RT xFi ln(γi xFi)

(1.1)

Ph !ng trình trên khơng ph* thu c vào ph !ng pháp tách h n h p và h u
nh mơ t q trình ng
N ng l

c l i v i quá trình tr n các c u t thành h n h p.

ng c p cho quá trình ch ng luy n ch, y u

n ng chuy n "i nhi t n ng sang công

c

c tr ng b ng

d ng nhi t l
il

ng. Kh

ng execgy E:

E = Q (T1 – T0)/T1
7 ây:

Công W

Q-l

ng nhi t

T1 - nhi t

c,a ngu)n nhi t

T0 - nhi t

c,a môi tr

ng

c t o thành có th tính d a vào s khác nhau gi a nhi t

vào T1 và nhi t

Nh v y, n ng l

1 1
− )
T2 T1

(1.3)

ng riêng c n thi t W ph* thu c không nh ng vào l

nhi t Q mà còn ph* thu c vào m c nhi t

ng

T1 và T2.

Trong tháp ch ng luy n dòng nhi t QR
nhi t

u

u ra T2 c,a ngu)n nhi t.
W = QT0 (

tháp t i nhi t

(1.2)

c c p cho thi t b

un bay h!i áy

TR và dòng nhi t QC l y i t i thi t b ng ng t* trên 0nh tháp t i

TC.
Cho tháp ch ng luy n có th vi t ph !ng trình g n úng sau:
QR + QC ≈ 0
Hi u s nhi t

mát execgy th
trình th

(TR - TC) th

v i TR >TC
ng n m trong kho ng t3 5

ng là nh . Tuy nhiên trong ch ng luy n l

ng do dịng nhi t có nhi t

(1.4)

T1 > TR và l

n 20oC nên m t

ng nhi t c p cho quá

ng nhi t l y i trong thi t b


10

ng ng t* do dòng n

c làm ngu i th

ng có nhi t

T2 < TC cho nên m t l

ng

l n h!n so v i nhu c u c n thi t execgy ã b m t i trong quá trình tách. ây chính
là m t trong nh ng ngun nhân chính làm t ng l
ch ng luy n. Do v y, ti t ki m nhi t l

ng

Các m*c tiêu c,a ti t ki m n ng l
l

ng nhi t c p cho quá trình QR và gi m

ng nhi t tiêu hao cho quá trình

ây th c ch t là ti t ki m execgy.
ng trong ch ng luy n chính là làm gi m

n m c có th hi u s nhi t

(T1 - T2)

c,a dòng nhi t vào và dòng nhi t ra.
i v i tháp !n, ph !ng pháp t t nh t

gi m nhi t l

ng c n c p cho

ch ng luy n QR là s d*ng các thi t b trao "i nhi t hi u qu gi a các s n ph m
nóng (có nhi t

cao) v i h n h p

u có nhi t

th p và s d*ng l p cách nhi t

cho tháp. Thêm vào ó, ch0 s h)i l u làm vi c RL ch n
s h)i l u t i u th

ng n m trong kho ng RL = (1,05 ÷ 1,1)Rmin.

Tr ng thái nhi t c,a h n h p
nh h

ng r t l n

m c nh nh t có th . Ch0

u(

c

c tr ng b ng y u t calo qF) có

n tiêu hao nhi t c,a tháp. Giá tr lý thuy t nh nh t c,a n ng

ng c n thi t cho quá trình ch ng luy n QRmin/F.r cho h n h p lý t

l

ng hai c u t

xem trên hình 1-6.
QC
1
= −( x Fa +
)
Fr
α −1

QC
1
= −(1 +
)
Fr
α −1

xDa = 1

QC
1
= −( y Fa +
)
Fr
α −1

xDa = 1

QC

xDa = 1

QC

F xFa

F yFa

qF = 1

qF = 0

QC
1
= −(1 +
)

Fr
α −1
xDa = 1

QC
F yFa

F
xFa
QR2

QR

A

QR

B

xBa = 0

QR
1
= x Fa +
Fr
α −1

Hình 1-6. nh h

xBa = 0

QR
1
=
Fr α − 1

ng tr ng thái nhi t

QR1

QR

C

D
xBa = 0

QR
1
= y Fa +
−1
Fr
α −1

ng h n h p

u qF t i l

c n c p cho quá trình ch ng luy n h n h p hai c u t lý t

xBa = 0

QR
1
= 1+
Fr
α −1

ng nhi t t i thi u
ng.


11

V i: A - h n h p

u

d ng l ng sôi (qF = 1);

B-h nh p

u

d ng h i bão hòa (qF = 0);

C-h nh p

u

d ng h i bão hòa ng ng t trong thi t b

D-h nh p
t

ng

u

c cho bay h i tr

un bay h i áy tháp;

c khi vào tháp. Trong ó α - h s bay h i

ic ac ut .

Khi h n h p

u vào tháp

quá trình l n h!n m t l

d ng l ng sôi (qF = 1), l

ng b ng xFa so v i tr

tr ng thái h!i (qF = 0). Tuy nhiên khi h n h p
ng ng t* ch0

ng nhi t tiêu hao cho

ng h p h n h p
u vào tháp

d ng h!i, thì n nhi t

c s d*ng trong o n luy n. Chính vì v y, tr

h!i c,a h n h p

u dùng

un nóng dung d ch

c khi i vào tháp,

áy tháp sau ó h!i ng ng t*

m i i vào tháp (hình 1-6C). B ng cách này, n nhi t ng ng t* s#
o n ch ng và o n luy n c,a tháp và vì v y, l
gi m th p h!n. Trong tr

c,a h n h p

ng

ng nhi t c n c p cho tháp QR s#

yFa th p và h s bay h!i α t !ng

c s d*ng trong các quá trình nhi t

i cao. Ph !ng án
th p nh ng áp su t

u ph i cao h!n so v i áp su t làm vi c c,a tháp. Vì v y, h n h p

tr ng thái h!i h p lý h!n so v i h n h p
th c hi n vi c hóa h!i h n h p l ng
l

c dùng cho c

ng h p này, tháp có th làm vi c mà khơng c n có ngu)n

nhi t trong tháp n u n)ng
làm vi c này th

u vào tháp

u tr

u

d ng l ng. Tuy nhiên không nên

c khi

ng tiêu hao t"ng c ng s# cao h!n so v i tr

u

a vào tháp (hình 1-6D) vì n ng

ng h p h n h p

u vào tháp

d ng

l ng.
Trong tr

ng h p tháp có nhi u

nhau thì vi c ch n các v trí

u vào v i n)ng

c,a các

u vào t i u và i u khi n s ho t

c,a tháp là r t quan tr ng và có nh h

ng l n

nl

u vào khác
ng chính xác

ng nhi t tiêu hao trong tháp.

gi m m t mát kh n ng chuy n "i nhi t sang execgy, trong các tháp
th

ng

t các thi t b

un bay h!i và thi t b ng ng t* trung gian.

gi i pháp này không gi m

cl

m t ph n l

cc p

ng nhi t này

!ng nhiên

ng nhi t c n cung c p cho quá trình, nh ng do
nhi t

th p và

h!n và vì v y s# làm gi m i ph n m t mát execgy.

c l y i t i nhi t

cao


12

Ph !ng pháp này ch0 có l i th khi có các ngu)n nhi t có áp su t khác nhau,
ho c có nhi u

it

ng s d*ng nhi t khác nhau, ho c có s d*ng liên k t nhi t.

M t mát execgy c-ng có th
0nh tháp
D

c gi m b ng cách s d*ng nhi t th i

trên

t o dịng h!i có áp su t th p (hình 1-7A).
D

H!i áp su t th p

D

PC
F

F

van h áp

F

Pd

A

B

B

H!i áp su t cao

B

H!i áp su t cao

C

B

Hình 1-7. Gi m execgy trong ch ng luy n.

A - t o dòng h i áp su t th p t n c ng ng. B - nén h i có áp su t th p và
cho quay v m ng l i h i. C - dùng b m nhi t.
Nh v y s# khơng có l
ch0 có h!i áp su t cao

ng h!i nào

c “tiêu th*” trong ch ng luy n mà

c chuy n sang h!i có áp su t th p. Nh v y, tiêu hao

ây không ph i là tiêu hao nhi t l

ng mà là tiêu hao execgy. N u nh khơng có

m ng h!i có áp su t th p thì dịng h!i sau khi

c nén có th s#

c

a quay l i

m ng h!i áp su t cao (hình 1-7B).
Tách h n h p nhi u c u t b ng ch ng luy n có th th c hi n theo nhi u th
t khác nhau (l trình tách). Kinh phí

u t cho h th ng tách và chi phí v n hành

q trình tách ph* thu c vào l trình tách. Chi phí tiêu hao cho q trình tách trong

ch ng luy n ph* thu c ch, y u vào giá n ng l
phí

u t vì n u l

ng h!i tiêu hao càng l n thì

i v i h ba c u t , l

ng.

i u này c-ng úng cho kinh

ng kính tháp s# càng l n.

ng nhi t nh nh t Qmin c n cho quá trình tách h n

h p lý t

ng ba c u t a - b- c thành các c u t tinh khi t theo l trình a- , c- và a-c

có th

c khái qt hóa b ng các cơng th c và

c minh h a trên hình 1-8.