Mô phỏng công nghệ sản xuất Ethanol của Nhà máy Bioethanol Dung Quất

MỞ ĐẦU

1. Lý do chọn đề tài:

Nhiên liệu hóa thạch đã và đang đóng vai trò 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: không 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 toán 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 công 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, vận hành ở các nhà máy nhằm giảm thiểu những khó khăn này. Phần mềm mô phỏng hỗ trợ cho việc thiết kế quá trình không chỉ đảm bảo tính thân thiện với môi trường và sản xuất an toàn mà còn 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 yêu cầu đó cần sử dụng các phần mềm mô phỏng công nghiệp để xây dựng mô 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 thông 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“.

1. 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 thông 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

– Công nghệ sản xuất của Nhà máy Bioethanol Dung Quất (gồm: nguyên liệu, công nghệ, các thông số kỹ thuật,…)

1. Nội dung nghiên cứu:
   • Tìm hiểu quy trình công nghệ của Nhà máy, nguyên liệu sản xuất, đặc tính của sản phẩm
   • Nghiên cứu các tính năng của phần mềm mô 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
2. 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 thông số phục vụ cho quá trình mô phỏng.
   • Nghiên cứu các tính năng của phần mềm mô 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.
3. 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 mô phỏng trong công nghệ hóa học.
   • Tiết kiệm chi phí thực nghiệm trên mô 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.
4. Cấu trúc luận văn.

CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN

• 1. Tổng quan về nhiên liệu sinh học, bioethanol
     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. Bioethanol

1. Định nghĩa:

Ethanol là hợp chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng rượu no đơn chức có công 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.

1. Lịch sử phát triển:
2. Ứng dụng:
   1. Tình hình sản xuất, tiêu thụ bioethanol trên thế giới và ở Việt Nam
      1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol trên thế giới
      2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ bioethanol ở Việt Nam
   2. Thực trạng tình hình sản xuất và tiêu thụ hiện nay
   3. Triển vọng về phát triển nhiên liệu sinh học ở nước ta
   4. 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 mô lớn và sử dụng làm nguyên liệu nhiều hơn.

• • 1. Thành phần hóa học của sắn
    2. Thành phần và tính chất của tinh bột sắn
    3. Tình hình sản xuất và tiêu thụ sắn
  1. Công nghệ sản xuất bioethanol
     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 công đoạn chính là: nghiền nguyên liệu, nấu và dịch hóa, đường hóa, lên men, chưng cất và tinh chế.

• • 1. Công 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 quá trình hồ hóa, dịch hóa ở nhiệt độ thấp hơn hay enzym cho phép thực hiện quá trình đường hóa không 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…

CHƯƠNG 2 – GIỚI THIỆU NHÀ MÁY BIOETHANOL DUNG QUẤT

2.1. Tổng quan công 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 khô 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

2.3. Các phân xưởng công nghệ

2.3.1. Kho chứa, nhà nghiền

2.3.2. Tách cát

LIÊN HỆ:

SĐT+ZALO: 0935568275

F:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\KY THUAT HOA HOC\KHOA 35\(R)20. Tran Minh Triet\26. Tran Minh Triet\TOM TAT