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

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

-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

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

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

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

[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

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

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

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

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

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

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

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

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

- 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)

- 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

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