Đang tải... (xem toàn văn)
Rượu etylic có vai trò quan trọng trong xã hội và đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Vì vậy, công nghệ sản xuất rượu luôn được cải tiến. Rượu etylic có thể sản xuất từ dầu mỏ hoặc các nguyên liệu chứa đường hoặc các polysaccarit có thể thủy phân thành đường lên men được. Hiện nay, nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần. Tuy nhiên, nguyên liệu giàu xenluloza để thủy phân thành đường lại hiệu quả kinh tế không cao. Vì vậy, nguyên liệu chủ yếu chứa đường được sử dụng là mật rỉ và tinh bột. Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới. Bên cạnh đó các ngành trồng trọt như rau, củ, quả cũng phát triển không ngừng. Tất cả những yếu tố trên cho thấy, nguồn nguyên liệu ở Việt Nam rất dồi dào và phong phú, đặc biệt là các loại cây lương thực chứa hàm lượng tinh bột cao như lúa, ngô, sắn... Tuy nhiên, ngô, lúa là hai cây lương thực chính của Việt Nam và theo khuyến cáo thế giới là không nên sản xuất rượu từ hai loại này. Hơn nữa, sắn có hàm lượng tinh bột cao; là loại cây thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, đặc biệt là vùng trung du. Vì vậy, sắn là nguyên liệu chủ yếu. Có thể dùng sắn tươi hoặc sắn lát khô nhưng sắn lát khô giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc và thuận lợi trong vận chuyển, bảo quản. Xuất phát từ đề tài đó, tôi được giao nhiệm vụ“ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô với năng suất 100.000 lít sản phẩm ngày. ”
Đồ án tốt nghiệp -1- GVHD: KS. Bùi Viết Cường MỞ ĐẦU Rượu là một trong những sản phẩm truyền thống có từ lâu đời. Trên thế giới có nhiều loại rượu nổi tiếng như vang, Brandy, Whisky, Rhum và Vodka… Ở Việt Nam, nghề nấu rượu cũng có từ lâu đời tạo ra nhiều sản phẩm truyền thống như rượu Bầu Đá, Kim Long,… Cùng với sự phát triển của công nghệ lên men, công nghệ sản xuất rượu đã nâng cao được năng suất và chất lượng. Không chỉ dừng lại ở đồ uống, rượu etylic còn được dùng trong nhiều lĩnh vực như dung môi trong công nghệ; quốc phòng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn trong quốc phòng; làm chất sát trùng hoặc pha thuốc; sản xuất thuốc trừ sâu... Đặc biệt, rượu etylic được sử dụng như một nhiên liệu cồn sinh học. Rượu etylic có vai trò quan trọng trong xã hội và đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Vì vậy, công nghệ sản xuất rượu luôn được cải tiến. Rượu etylic có thể sản xuất từ dầu mỏ hoặc các nguyên liệu chứa đường hoặc các polysaccarit có thể thủy phân thành đường lên men được. Hiện nay, nguồn dầu mỏ đang cạn kiệt dần. Tuy nhiên, nguyên liệu giàu xenluloza để thủy phân thành đường lại hiệu quả kinh tế không cao. Vì vậy, nguyên liệu chủ yếu chứa đường được sử dụng là mật rỉ và tinh bột. Việt Nam là một nước có nền nông nghiệp xuất khẩu gạo đứng thứ hai trên thế giới. Bên cạnh đó các ngành trồng trọt như rau, củ, quả cũng phát triển không ngừng. Tất cả những yếu tố trên cho thấy, nguồn nguyên liệu ở Việt Nam rất dồi dào và phong phú, đặc biệt là các loại cây lương thực chứa hàm lượng tinh bột cao như lúa, ngô, sắn... Tuy nhiên, ngô, lúa là hai cây lương thực chính của Việt Nam và theo khuyến cáo thế giới là không nên sản xuất rượu từ hai loại này. Hơn nữa, sắn có hàm lượng tinh bột cao; là loại cây thích hợp với điều kiện khí hậu Việt Nam, đặc biệt là vùng trung du. Vì vậy, sắn là nguyên liệu chủ yếu. Có thể dùng sắn tươi hoặc sắn lát khô nhưng sắn lát khô giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây độc và thuận lợi trong vận chuyển, bảo quản. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -2- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Xuất phát từ đề tài đó, tôi được giao nhiệm vụ“ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô với năng suất 100.000 lít sản phẩm / ngày. ” Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Vị trí xây dựng Địa điểm chọn để xây dựng nhà máy là khu công nghiệp Điện Nam – Điện Ngọc thuộc địa phận xã Điện Nam và xã Điện Ngọc, huyện Điện Bàn, tỉnh Quảng Nam; nằm kề tỉnh lộ 607 nối thành phố Đà Nẵng với phố cổ Hội An; Cách sân bay quốc tế Đà Nẵng 20km, cảng Tiên Sa 29 km về phía Bắc; cách sân bay Chu Lai, cảng Kỳ Hà, khu lọc hóa dầu Dung Quất 100km. Khu công nghiệp có tổng diện tích quy hoạch 418 ha, giai đoạn I là 145 ha.[11] 1.2. Đặc điểm tự nhiên • Quảng Namcó khí hậu nhiệt đới gió mùa; • Nhiệt độ trung bình từ 22oC÷23oC; • Lượng mưa trung bình trong năm là từ 1600÷2500 mm /năm; • Độ ẩm trung bình trong năm khoảng 84%. • Hướng gió chủ đạo là hướng Đông Nam. [12] 1.3. Nguồn nguyên liệu Tính đến 15/06/2013 diện tích trồng sắn của tỉnh Quảng Nam đạt12.000 ha và sẽ còn được mở rộng trong thời gian sắp tới. Với vùng nguyên liệu lớn có thể đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho nhà máy hoạt động ổn định. Ngoài ra, có thể mua ở các tỉnh lân cận như Quảng Ngãi, Bình Định… 1.4. Hợp tác hóa Nhà máy được xây dựng ở khu công nghiệp Điện Nam – Điện Ngọc. Đây là khu công nghiệp cũng được hình thành lâu, vì vậy có nhiều nhà máy hình thành trước như nhà máy chế biến thức ăn chăn nuôi và trong tương lai thì sẽ xây dựng các nhà máy chế biến phân vi sinh. Các nhà máy này sẽ liên hợp với nhau tạo điều kiện phát triển cùng nhau. Về nguồn nguyên liệu thì sự hợp tác hoá chặt chẽ để phân vùng nguồn nguyên liệu giúp thu hoạch đúng thời gian và đạt hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra, nhà máy phải kết hợp chặt chẽ với trung tâm nghiên cứu giống cây trồng, sở nông nghiệp và Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -3- GVHD: KS. Bùi Viết Cường phát triển nông thôn để kịp thời cung cấp cho nông dân các loại giống cho năng suất cao đảm bảo chất lượng. Đồng thời, nguồn phế thải của nhà máy như bã rượu... sẽ là nguồn thức ăn cho các loại chăn nuôi heo, bò và sản xuất thức ăn nuôi tôm. 1.5. Nguồn cung cấp điện Điện sử dụng từ hệ thống lưới điện quốc gia 500KV truyền tải về khu công nghiệp bằng đường dây 110KV. Tại chân khu công nghiệp, có trạm biến áp 40MVA (110/22), mạng 22KV trong khu công nghiệp. Tuy vậy, để đảm bảo an toàn cho quá trình sản xuất được liên tục và an toàn về điện, nhà máy cần phải có máy phát điện 1.6. dự phòng khi có sự cố. [11] Nguồn cung cấp hơi Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất. Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. 1.7. Nguồn cung cấp nước Trong khu công nghiệp có nhà máy nước công suất 5.000 m 3/24h cung cấp cho nhà máy. Khu công nghiệp có hệ thống thoát nước và xử lý nước thải hoàn chỉnh. Tuy nhiên, nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu. Vì vậy, nước thải cần được xử lý sơ bộ trong nhà máy để đạt tiêu chuẩn rồi mới đưa vào đường ống 1.8. xử lý nước thải chung của khu công nghiệp. [11] Giao thông Giao thông: đường trục chính rộng 51m, dài 300m; đường 15m dài 5.000m; đường 10,5m dài 4.300m. Nằm trên trục đường ĐT607A và ĐT607B nên kết nối đến mạng lưới giao thông thành phố Đà Nẵng, thành phố Hội An và quốc lộ 1A. Khu công nghiệp có vị trí thuận tiện, nằm sát tỉnh lộ, cách quốc lộ 1A khoảng 3km, hạ tầng tốt, đầy đủ các dịch vụ phục vụ nhu cầu của các doanh nghiệp trong khu công nghiệp: điện, nước, xử lý thải rắn, ngân hàng, viễn thông. Vì vậy, hiện đã có nhiều doanh nghiệp đang hoạt động rất tốt. Ngoài ra, còn thuận tiện vận chuyển hàng hóa về cảng Dung Quất, cảng Đà Nẵng, sân bay, đường bộ. [11] 1.9. Nguồn nhân lực Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -4- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Quảng Nam có lực lượng lao động dồi dào, với trên 887.000 người 2010 (chiếm 62% dân số toàn tỉnh). Chất lượng nguồn lao động đang được cải thiện đáng kể. Tỷ lệ lao động được đào tạo nghề chiếm 30% tổng số lao động, trong đó nguồn nhân lực chất lượng cao là gần 18.000 người. Là một tỉnh với qui mô dân số trung bình, nhưng cơ cấu dân số trẻ và đa phần trong độ tuổi lao động. [12] 1.10. Thị trường tiêu thụ Cồn 96o có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như công nghiệp hóa chất, trong y tế hay trong chế biến thuốc trừ sâu nên nguồn tiêu thụ chính là trong tỉnh Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi… 1.11. Năng suất nhà máy Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại, và thị trường tiêu thụ sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96o năng suất 100.000 lít/ngày là hoàn toàn có tính khả thi cao. Mặt khác, nhà máy cũng tạo điều kiện cho người nông dân trên địa bàn tỉnh Quảng Nam và các tỉnh lân cận có công ăn việc làm và đầu ra ổn định cho sản phẩm sắn lát khô. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -5- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Sắn 2.1.1.1. Giới thiệu về cây sắn Sắn có tên khoa học: Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỉ XVI được trồng ở châu Á và châu Phi. Sắn dễ trồng, ít vốn đầu tư, dễ chế biến xuất khẩu đạt lợi nhuận và lợi thế cạnh tranh cao. Vì vậy, sắn được trồng ở khắp nơi từ Nam tới Bắc, đặc biệt là các tỉnh trung du và thượng du là những nơi có điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. [4, tr 36] Hình 2.1. Cây sắn Sắn gồm nhiều giống khác nhau. Thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá mà phân loại: sắn dù, sắn đỏ, sắn trắng. Ngoài ra, sắn còn được phân Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -6- GVHD: KS. Bùi Viết Cường thành sắn đắng và sắn ngọt. [2, tr 10] 2.1.1.2. Đặc điểm sinh học a. Thân Thân có chiều cao trung bình 1,5m; có khi cao 2÷3m. Đường kính ở gốc thân biến động từ 2÷6 cm. Thân có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ vào giống. Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau. Thông thường thân non có màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổi thành màu vàng tro hay xám lục. Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại. Chiều dài lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân. Cấu tạo của thân gồm các phần chính: Tầng biểu bì (lớp bần), tầng nhu mô vỏ, tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin) và lõi (ruột rỗng). [3, tr 11] Hình 2.2. Thân sắn và cấu tạo các lớp của thân sắn b.Lá Có gân lá nổi rõ ở mặt sau. Lá mọc so le, xếp trên thân theo đường xoắn ốc. Lá non ở ngọn sắn có màu xanh hay tím. Lá già màu xanh, chiều dài từ 8÷20cm, chiều rộng 1÷6 cm. Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới có màu xanh nhạt. Cuống lá dài khoảng 9÷20cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím tùy giống. c. Rễ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -7- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Mọc từ mắt và mô sẹo của hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ. d. Củ Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài từ 25÷200 cm, trung bình khoảng 40÷50cm. Đuờng kính củ từ 2÷25 cm, trung bình 5÷7 cm. Nhìn chung, kích thước và trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất. Hình 2.3. Củ sắn và các lớp trong củ sắn Cấu tạo của củ sắn bao gồm: • Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn. Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàng sẫm hay nâu tùy thuộc loại giống.Thành phần cấu tạo chủ yếu là xenlulloza và hemixenlulloza, hầu như không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho củ ít bị tác động từ bên ngoài. Vỏ gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5÷3% khối lượng toàn củ. • Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi mềm, ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụng lượng bột này khi chế biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi. Trong mủ chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,… • Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là xenlulose. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. • Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -8- GVHD: KS. Bùi Viết Cường chứa ở thịt củ tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng vẫn gây trở ngại khi chế biến như làm biến màu. [3, tr 12] 2.1.1.3. Thành phần hoá học của củ sắn Thành phần hóa học của củ sắn nằm trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào loại, thời vụ thu hoạch… Bảng 2.1. Thành phần hóa học của sắn (tính theo % trọng lượng) [3, tr 15] Thành phần Nước Tinh bột Hàm lượng 70,25 21,45 protein Chất béo Xenlulozo Đườn g 1,12 0,40 1,11 5,13 Tro 0,54 Ngoài ra các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin và độc tố. Trong các vitamin thì vitamin B 1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, còn B 6 chiếm 0,06 mg%. Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu. Chất độc có trong sắn ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ đó chính là HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucozit linamarin(C10H17O6N) và lotaustralin (C11H19O6N). Bình thường phazeolunatin không độc nhưng quá trình thủy phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN gây độc. Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và ở vỏ củ. [4, tr 23] C10H17O6N+ H2O C6H12O6 + C3H6O + HCN 2.1.1.4. Sắn lát khô Củ sắn được thái lát bằng bàn thái lát quay tay rồi phơi khô. Sau đó, để nguội rồi đem bảo quản. Có hai loại: sắn lát khô có vỏ và sắn lát khô không vỏ. Sắn lát khô có vỏ bao gồm: vỏ thịt, thịt sắn, lõi sắn và có thể là một phần vỏ gỗ. Sắn lát khô không vỏ chỉ bao gồm thịt sắn và lõi sắn. Bảng 2.2. Thành phần hóa học [2, tr 364] Độ ẩm Hàm lượng (%) 12,8 Gluxit Protein 91,9 2,1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày Xenluloz a 3,5 Tro Chất béo 1,4 1,1 SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -9- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chú ý, độ ẩm tính theo khối lượng sắn lát, còn các thành phần khác thì tính theo khối lượng chất khô. Trong sắn khô có 73,3% là tinh bột, 1,3% là đường và các chất khác. 2.1.2. Nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích như nước dùng để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi… Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu: [4, tr 42] − Trong suốt, không màu, không mùi; − Độ cứng: không quá 7 mg-E/l; − Độ oxy hóa: ≤ 2ml KMnO4/l; − Chất cặn: ≤ 1 mg/l; − Không có kim loại nặng; − Hàm lượng các muối phải đảm bảo các yêu cầu sau (mg/l): Cl - : 0,5; F- : 3; SO42-: 80; Zn2+: 5; As : 0,05; Cu2+: 3; Fe2+,Fe3+: 0,3; NO3- : 40; Pb2+: 0,1. Không cho phép có NH3 và muối của axit nitric 2.1.3. Nấm men − Chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có đặc tính sau: + Tốc độ phát triển nhanh. + Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh. Chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên men, tức là lên men đạt nồng độ rượu cao. + Thích nghi với điều kiện không thuận lợi của môi trường, đặc biệt là chất sát trùng. Riêng đối với Việt Nam, đòi hỏi lên men ở nhiệt độ tương đối cao (≥35oC). Để sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột có thể dùng các chủng nấm men sau: Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rasse II): sinh sản trong môi trường nước đường thường tụ lại thành đám, sau một thời gian ngắn lắng xuống. Đặc điểm của loại này trong tế bào có chứa nhiều hạt glycogen, không bào lớn, hình thành bào tử nội sinh ít và chậm, sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ axit thấp có sức kháng cồn cao. Không lên men được đường lactose. Kích thước tế bào 5,6÷7 µm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -10- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rasse XII) phân lập được ở Đức năm 1902, tốc độ phát triển nhanh sau 24 giờ 1 tế bào có thể phát triển được 55 tế bào mới. Không bào nhỏ, ít sinh bọt, tế bào hình trứng hoặc tròn, kích thước vào khoảng 5÷8 µm. Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được các đường glucose, fructose, galactose, saccarose, maltose và 1/3 đường raffinose, không lên men đường galactose. Có thể lên men đạt 13% rượu trong môi trường. Nấm men Rasse XII thuộc loại nấm men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng. Nấm men MTB Việt Nam(Men thuốc bắc): được phân lập tại nhà máy rượu Hà Nội từ nấm men thuốc bắc, tế bào hình bầu dục, kích thước 3÷5 × 5÷8µm. Là những nấm men đa bội nên có thể hình thành 2 ÷ 4 bào tử trong một tế bào. Có khả năng lên men được đường glucose, fructose, galactose, saccarose, maltose, galactose. Lên men được ở nhiệt độ cao (39 ÷ 40 oC) chịu được độ axit tương đối cao 1 ÷1,5o nồng độ có thể đạt từ 12÷14 %. Đặc biệt qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường có 0,02 ÷ 0,025 % chất sát trùng Na2SiF6. [4, tr 209, 210] Hình 2.4. Saccharomyces cerevisiae 2.1.4. Chất hỗ trợ kỹ thuật 2.1.4.1. Các hóa chất Acid sunfuric có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ trong quá trình đường hóa. Urê cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo ra nhiều rượu. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -11- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Nhóm các hóa chất xử lý nước như: Than hoạt tính, đá sỏi… Hóa chất sát trùng như Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa . 2.1.4.2. Các chế phẩm enzyme Trong công nghệ sản xuất cồn, enzyme xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men là khá quan trọng, các enzyme này thuộc loại amylaza. − Novo amylaza, termamyl 60L, fugamyl 800L và spiritamylaza Novo 150L được sản xuất từ các vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các Novo amylaza này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt độ cao. Các enzyme này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặt tính trong điều kiện bảo quản không lớn hơn 250C. − Termamyl 60L là một enzyme α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng hoạt động ổn định độ cao. Hoạt động của nó là xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin giống như α-amylaza của malt. Termamyl 60L có thể hoạt động tốt ở pH = 5,0. Nhiệt độ thích hợp 900C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó. − Fungamyl 800L là một α-amylaza cô đặc dạng lỏng. Nhiệt độ tối thích 60÷65 0C. Fungamyl 800L hoạt động xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin. Tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành. Fungamyl 800L có thể hoạt động ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện có muối Ca cho sự ổn định của nó. − Spiritamylaza Novo 150L là một glucoamylaza lỏng cô đặc, được sử dụng xúc tác quá trình thủy phân tinh bột trong công nghệ lên men rượu. Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các đường lên men glucoza không có các dextrin trong sản phẩm thủy phân. Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là pH = 3 tại 60 oC. Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của ion Caxi (Ca2+). [1, tr110] Trong sản xuất cồn, enzyme này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa. Chế phẩm enzym được được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các chế phẩm enzyme này thường được Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: KS. Bùi Viết Cường tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt động cao. Enzyme này chịu được nhiệt độ cao. 2.2. Tổng quan về sản phẩm 2.2.1. Etanol 2.2.1.1. Tổng quan về etanol Etanol, còn được biết đến như rượu etylic, cồn hay rượu ngũ cốc, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic. Etanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học là C2H6O. [13] Hình 2.5. Công thức cấu tạo của etanol Etanol là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống có cồn. Trong cách nói thông thường, etanol được nhắc đến một cách đơn giản là rượu. 2.2.1.2. Tính chất vật lý của etanol [13] Rượu etylic là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15oC), dễ bay hơi (sôi ở nhiệt độ 78,39oC), hóa rắn ở -114,15oC, tan trong nước vô hạn, tan trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. Etanol có tính khúc xạ hơi cao hơn nước, hệ số khúc xạ là 1,36242 (ở λ=589,3 nm và 18,35°C). Điểm trạng thái ba pha là 150 K ở áp suất 4,3 × 10−4 Pa. [13] 2.2.1.3. Tính chất hóa học − Tác dụng với oxi, tùy theo cường độ tác dụng với rượu mà cho sản phẩm khác nhau. 2C2H5OH + O2 2CH3CHO + H2O (nhẹ) C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O (đủ) C2H5OH + O2 2CO2 + 3H2O + 326 Kcal (mạnh) − Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ, etanol được coi như là một axit yếu và có phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo muối alcolat. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -13- GVHD: KS. Bùi Viết Cường C2H5OM + 1/2H2 (alcolat kiềm) C2H5OH + M − Tác dụng với NH3, ở nhiệt độ 250oC và có xúc tác, etanol tác dụng với NH 3 tạo thành amin.C2H5OH + NH3 C2H5NH2 + H2O. − Tác dụng với axit, etanol tác dụng với axit tạo thành este phức tạp. [4, tr 13 ] C2H5OH + CH3COOH C2H5OH + H2SO4 CH3COOC2H5 + H2O (C2H5)2SO4+ 2H2O 2.2.1.4. Điều chế Hydrat hóa etylen: Etanol thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydat hóa etylen trên xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen hợp nước ở 300 oC áp suất 70÷80 atm với xúc tác là axit photphoric. H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH Phương pháp lên men: là quá trình chuyển hóa đường thành etanol nhờ nấm men (thường dùng loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy, phản ứng hóa học tổng quát được viết như sau: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + Q Quá trình nuôi cấy nấm men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết đường rồi lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ etanol. [13] 2.2.1.5. Ứng dụng − Đồ uống có cồn: Etanol là thành phần chính của đồ uống có cồn, khi uống, etanol chuyển hóa như một năng lượng cung cấp chất dinh dưỡng. − Nguyên liệu: Etanol là thành phần quan trọng trong công nghiệp và sử dụng rộng rãi như một hợp chất hữu cơ khác: etyl halogenua, etyl ester, dietyl ete, acid acetic, etylamin ,… − Thuốc sát trùng: Etanol được sử dụng trong y tế và chống vi khuẩn. − Làm dung môi: tan trong nước và các dung môi khác. Etanol có trong sơn, cồn thuốc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân như nước hoa và chất khử mùi… − Dược: Về mặt y dược, etanol là thuốc ngủ, mặc dù nó ít độc hại hơn so vớicác rượu khác, cái chết thường xảy ra nếu nồng độ cồn trong máu vượt quá khoảng 5%. Có thể giảm thị lực, bất tỉnh sẽ xảy ra ở nồng độ thấp hơn. [16] 2.2.2. Cồn 96O Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -14- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.2.2.1. Định nghĩa Độ rượu là số ml rượu nguyên chất có trong 100ml hỗn hợp rượu và nước. Cồn 96O là hỗn hợp của 96 ml etanol có trong 100ml hỗn hợp rượu và nước. 2.2.2.2. Ứng dụng Có 2 loại cồn đó là cồn thực phẩm và cồn công nghiệp. Cồn thực phẩm: sản xuất rượu, đồ uống có cồn, nước ướp gia vị, chiết xuất dược liệu, pha chế thuốc, vệ sinh, sát trùng, mỹ phẩm,… Cồn công nghiệp dùng trong công nghiệp in, công nghiệp điện tử, dệt may, sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm… 2.3. Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất cồn 96o 2.3.1. Quá trình nấu 2.3.1.1. Các biến đổi lý hóa trong quá trình nấu a. Sự trương nở và hòa tan tinh bột Hạt tinh bột sắn không đồng nhất mà cấu tạo từ hai polysaccarits với tỉ lệ là 30% amylose và 70% amylopectin. Trong dung dịch, hạt tinh bột tương tự những lỗ thẩm thấu, trong đó amylopectin đóng vai trò là màng bán thấm. Khi tăng nhiệt độ thì áp suất thẩm thấu, độ trương nở sẽ tăng, hạt tinh bột sẽ hút nước khoảng 25 đến 30 lần nhiều hơn so với thể tích hạt. Amylose dễ hòa tan trong nước nóng và bắt đầu khuếch tán vào môi trường xung quanh. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ tới giới hạn xác định thì dưới tác dụng của lực thẩm thấu (lực trương nở) các hạt tinh bột sẽ hút nước và tăng thể tích, có thể từ 50 đến 100 lần. Do đó các nối liên kết giữ phân tử sẽ yếu dần và bị đứt, lúc đó hạt tinh bột sẽ được giải phóng và xảy ra hiện tượng hồ hóa. Nhiệt độ hồ hóa tinh bột sắn là 50 ÷ 1150C. [5, tr 37] b. Biến đổi của tinh bột và đường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -15- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Khi nấu có một lượng nhỏ tinh bột biến thành đường và dextrin do tác dụng của amylaza chứa trong nguyên liệu. Sự có mặt của các chất đường trong dịch bột chưa nấu là điều không mong muốn vì sẽ gây tổn thất khi đun đến nhiệt độ cao. Do đó khi nấu sơ bộ cần tăng nhanh nhiệt độ trong giới hạn từ 50 ÷ 60oC nhằm rút ngắn thời gian để hạn chế hoạt động của amylaza. Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccarose, glucose, fructose và một ít maltose được tạo thành trong thời gian nấu. Ở nhiệt độ cao các đường sẽ bị phân hủy và mất nước để tạo thành caramen, furfurol, oxymetyl, melanoidin. Mức tạo các chất được sắp xếp theo thứ tự: tạo melanoidin > furfurol> caramen. [5, tr 42] 2.3.1.2.Các phương pháp nấu [5, tr 47] Phương Gián đoạn Bán liên tục pháp Đặc Toàn bộ quá trình Tiến hành ba nồi khác điểm nấu được thực hiện nhau. Nấu sơ bộ, nấu trong cùng một nồi. chín là gián đoạn, nấu chín thêm là liên tục. Ưu Đơn giản - Giảm thời gian nấu điểm ở áp suất và nhiệt độ cao. - Tiết kiệm lượng hơi. Nhược điểm Liên tục Trong nhiều nồi khác nhau. Tất cả đều là liên tục. -Tận dụng hơi thứ. -Nấu ở nhiệt độ thấp hoặc thời gian ngắn. -Tiêu hao vật liệu giảm so bán liên tục. -Dễ cơ giới hóa, tự động hóa; ít tốn diện tích đặt thiết bị. Tốn hơi, nấu lâu ở Tốn nhiều kim loại để Các điều kiện nghiêm áp suất và nhiệt độ chế tạo thiết bị. ngặt như kích thước bột; cao gây tổn thất điện, hơi, nước cung cấp đường. phải ổn định. 2.3.2. Quá trình đường hóa 2.3.2.1. Tác nhân của quá trình đường hóa Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp − -16- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Quá trình thủy phân bằng axit có bản chất là liên kết axetal bị dừng dưới tác dụng của nước. Thường sử dụng các axit như HCl, H 2SO4... Tác nhân này có nhược điểm là: làm tốc độ phản ứng thấp mặc dù nhiệt độ phản ứng cao. − Quá trình thủy phân bằng enzyme có ưu điểm là tốc độ cao ở nhiệt độ bình thường, đạt hiệu quả cao. 2.3.2.2. Các phương pháp đường hóa Đường hóa gián đoạn: thực hiện trong một thiết bị. Đường hóa liên tục: tiến hành trong nhiều thiết bị khác nhau; dịch cháo và dịch amylaza liên tục đi vào, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men. Đường hóa liên tục có ưu điểm dịch cháo ít bị lão hóa khi làm nguội tới nhiệt độ đường hóa; thời gian đường hóa ngắn; hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt. [3, tr 95] 2.3.3. Quá trình lên men 2.3.3.1. Cơ chế của quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình yếm khí, chuyển hoá đường thành rượu, giải phóng CO2 và toả nhiệt. C6H12O6 Lên men 2C2H5OH + 2CO2 + Q Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào nhờ hoạt động của ezyme zymaza chuyển hóa đường thành rượu và CO2. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ nào nên khuyếch tán rất nhanh. CO2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan không lớn. Khi bão hoà, CO 2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO2 và tế bào nấm men thường dính liền nhau. Bọt khí CO 2 lớn đến mức độ nhất định thì bọt khí và tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề mặt của dung dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO 2 thoát ra ngoài, tế bào nấm men lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên đã làm tế bào nấm men từ trạng thái không chuyển động sang trạng thái chuyển động làm tăng quá trình tiếp xúc giữa nấm men và cơ chất nên quá trình lên men tăng nhanh. [5, tr 242] 2.3.3.2. Động học của quá trình lên men rượu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Tốc độ lên men rượu có thể xác định trực tiếp bằng lượng đường lên men hoặc gián tiếp bằng lượng rượu tạo thành và CO 2 thoát ra ngoài trong một đơn vị thời gian hoặc xác định nhanh tốc độ lên men bằng cách đo nồng độ biểu kiến của dịch lên men. Theo hình 2.6, nhận thấy lên men được chia làm ba giai đoạn: lên men sơ bộ, lên men chính và lên men phụ. Hình 2.6. Đường cong lên men (theo Lêbêdep) [5, tr 245] 2.3.3.3. Các phương pháp lên men a. Lên men gián đoạn Đặc điểm: Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gian lên men kéo dài. Ưu điểm: Thao tác của công nhân đơn giản, thiết bị dễ vệ sinh, sửa chữa. Nhược điểm: Chất lượng lên men không đồng đều; hiệu suất lên men thấp; thời gian lên men dài so với các phương pháp khác. b. Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì) Lên men chính là liên tục còn lên men giai đoạn cuối là gián đoạn. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -18- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Ưu điểm: đơn giản, rút ngắn được chu kì lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men. Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên. Nhược điểm: Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặt biệt là các thùng đầu dãy. c. Lên men liên tục Dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra. Dịch đường phải đi qua các thùng lên men: thùng lên men chính, các thùng lên men tiếp theo là lên men phụ. Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn. Ưu điểm: Hiệu suất lên men tăng, dễ cơ khí và tự động hóa, thời gian lên men được rút ngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng nấm men giống ban đầu cao, chất lượng giấm chín là ổn định. Nhược điểm: Khi nhiễm tạp rất khó xử lý nên đòi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sửa chữa thiết bị có kế hoạch cụ thể, yêu cầu kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ và ổn định. [4, tr 251 ] 2.3.4. Quá trình chưng cất và tinh chế 2.3.4.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất, tinh chế Giấm chín là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước. Vì thế khi nghiên cứu xem như hệ hai cấu tử. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp Hình 2.7. Độ bay hơi đẳng nhiệt của dung dịch rượu nước -19- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hình 2.8. Đường cong cân bằng hỗn hợp rượu nước ở áp suất khí quyển Khi nghiên cứu về chưng cất hỗn hợp rượu nước, Conovalop và Vrepski đưa ra các định luật sau: Định luật I: Thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi. Ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng. Nếu thêm cấu tử dễ bay hơi vào dung dịch thì điều đó sẽ dẫn đến làm tăng độ bay hơi của hỗn hợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho. Tuy nhiên, độ bay hơi của hỗn hợp chỉ tăng theo nồng độ rượu trong pha lỏng tới một nồng độ C% nào đó. Sau đó nếu tiếp tục thêm rượu vào pha lỏng thì độ bay hơi không tăng nữa mà giảm đi. Lúc này định luật I không còn đúng nữa. Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, chỉ có thể nhận được cồn có nồng độ 97, 2% V. Thành phần hơi thoát ra từ dung dịch phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng phí. Do đó khi chưng cất rượu trong chân không thì có lợi hơn và có thể thu được rượu với nồng độ cao hơn 97, 2%V phụ thuộc vào độ chân không. [5, tr 152] 2.3.4.2. Tinh chế cồn Căn cứ vào nhiệt độ sôi của các tạp chất, chia làm 3 loại: - Tạp chất đầu là tạp chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở nồng độ bất kỳ, nhiệt độ sôi nhỏ hơn nhiệt sôi của rượu etylic. Tạp chất đầu gồm: aldehyt axetic (CH3CHO), axetat metyl (CH3COOCH3). Tạp chất này lấy ở sản phẩm đầu nên gọi là cồn đầu. - Tạp chất trung gian có 2 tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là tạp chất cuối. Ở nồng độ cao của rượu etylic, nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp nó là tạp chất đầu. Vì vậy tạp chất trung gian khó tách khỏi rượu eytlic khi tinh chế, tạp chất trung gian bao gồm: etylizobutylrat, etylizovalianat... - Tạp chất cuối là tạp chất khó bay hơi và khi chưng cất nó tồn tại ở phía dưới tháp, nó có nhiệt độ sôi cao hơn rượu etylic. Nồng độ của nó trong pha hơi nhỏ hơn trong pha lỏng ở cùng một nhiệt độ. Tạp chất này dễ tách gồm: este cao phân tử, Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD: KS. Bùi Viết Cường axit hữu cơ phân tử lượng lớn (propylic, izopropylic, izobutylic, amylic). Nếu gọi A% của rượu trong pha hơi, a% là trọng lượng rượu trong pha lỏng thì A/a=Kr gọi là hệ số bay hơi của rượu. Tương tự nếu gọi B là khối lượng của tạp chất trong pha hơi, b là % của tạp chất trong pha lỏng thì B/b=K tc gọi là hệ số bay hơi của tạp chất. Thực nghiệm cho thấy khi tăng nồng độ cồn etylic trong khoảng 1 –Trong hơi chứa nhiều tạp chất đầu. K =1 – Trong hơi nhiều tạp chất trung gian. K 20 dyn/cm →ϕσ = 1→ (pyWy)tb = 0,065 × 1 × 0,3 × 909,273 × 0,847 = 0,988 Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp: g = (m) gt + g w 2 gt: Lượng hơi ra khỏi đoạn chưng bằng hơi đi vào đoạn luyện, gt = 14,87 kg gw: Lượng hơi vào đoạn chưng đựơc xác định theo phương trình: gw × r w = gd × rd gd: Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd =20,087 kg/100kg giấm, rd=243,158 Kcal/kg × rw: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp: rw = yw rR + (1– yw) × rN rR, rN: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp (1050C) rR = 191 (Kcal/kg), rN = 535,75 (Kcal/kg). [7, tr 254] yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đỉnh tháp, yw = 0,0005 phần khối lượng gw= g d × rd g d × rd 20,087 × 243,158 = = = 9,12 rw yw × rR + (1 − yw ) × rN 0,0005 × 191 + (1 − 0,0005) × 535,75 g tb = 14,87 + 9,12 = 12 2 (kg/100kg giấm) Lượng hơi đi trong tháp tính theo năng suất giấm vào: g’ = m10 × g 1302610,967 × 12 = = 6513,055 24 × 100 24 × 100 DC = 0,0188 (kg/h) 6513,055 = 1,53 0,988 Đường kính đoạn chưng: (m). DC DL Đường kính của tháp tinh là: D= ( + )/2=(1,71+1,53)/2= 1,62 (m) Phụ lục 6: Đồ thị xác định số đĩa tháp tinh. kg y 0,2 14 25,736 85,627 x Phụ lục 7: Tính nhiệt cho thùng lên men chính Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men: Cứ 1 lít dịch lên men trong thùng lên men chính sau mỗi giờ sẽ giải phóng ra 1,13 kcalo nhiệt. Theo mục 5.1.14, dịch đường lên men 1 ngày:V=1332637,077 (lít/ngày). Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ trong 1 thùng: Q= V 1332637,077 × 1,13 = × 1,13 = 215125,7 n 7 (Kcal/h)=5163016,8 (Kcal/ngày) V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày, n =7 số thùng lên men. Nhiệt tổn thất do hơi rượu và CO2 mang ra: Lấy 10% so nhiệt lượng sinh ra: Q1 = 10% × Q = 0,1 × 5163016,8= 516301,68 (Kcal/ngày). Để lấy lượng còn lại ta sử dụng hệ thống làm nguội dạng ống xoắn ruột gà. Lượng nhiệt do hệ thống làm nguội lấy đi:Q2 = F × k × ∆t (W), [8, tr 3] F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt.F=π×D×H=3,14×7,66×11,49 = 276,362 (m2). K= K: Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: 1 1 δ 1 + + α1 λt α 2 [8, tr 3] α1: Hệ số cấp nhiệt từ thùng lên men đến thành thiết bị, α1 = 699 W/m2.độ. δ: Chiều dày thành thiết bị, δ = 0,006 (m). λt : Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị, λt =50 W/m.độ. α 2 = Nu × α2: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị đến nước dội, × λN = 52,3 10-2 (Kcal/m.h.độ) = 60,8 × λN HT [8, tr 21] 10-2(W/m.độ) HT: Chiều cao phần thân hình trụ, HT = 11,49 m. Nu: Chuẩn số Nuyxen nó đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt phân giới Re = và phụ thuộc vào chuẩn số Raynon: V = V: Mật độ tưới , G DT 4 ×V µ [8, tr 21] , (kg/m.s) . DT: Diện tích bề mặt truyền nhiệt thân thiết bị, DT = F = 276,362 m2. G : Khối lượng chất lỏng chảy trên bề mặt thành. G = 1,5 kg/s. Nhiệt độ trung bình nước dội: 250C (Nhiệt độ đầu: 200C, nhiệt độ cuối: 300C ) × Ở 250C, độ nhớt của nước là µ = 0,8937 10-3 (N.s/m2) [7, tr 94] Re = 4 ×V 4×G 4 × 1,5 = = = 24,293 µ µ × DT 0,8937 × 10−3 × 276,362 Re = 24,293< 2000. Nuyxen tính: Nu = 0,67 × (Ga2 ×Pr3 × Re)1/9 [8, tr 21] Trong đó: H 3 × ρ 2 × g 11,493 × 997,082 × 9,8 Ga = = = 18503,387 × 1012 2 −3 2 µ (0,8937 × 10 ) Pr = CP × µ λ [8, tr 21] µ - Độ nhớt nước ở 250C, µ = 0,8937 × 10-3 N.s/m2 λ - Hệ số dẫn nhiệt của nước ở 250C, λ = 60,8 × 10-2 W/m.độ. CP- Nhiệt dung riêng của nước ở 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ. Pr = 0,99892 × 0,8937 × 10 −3 = 0,00147 60,8 × 10 − 2 Nu=0,67×[(18503,387× 1012)2 × (0,00147)3 × 24,293]1/9= 667,820. α2 = K = Nu × λN 667,820 × 60,8 × 10−2 = = 35,338 H 11,49 1 = 33,502 1 0,006 1 + + 699 50 35,338 (W/m2.0C) ∆t = ∆t – Hiệu số nhiệt độ trung bình, (N/m2.0C) ∆t1 − ∆t 2 ∆t ln 1 ∆t 2 [8, tr 21], ∆t1 = T – t1, ∆t2 = T- t2 T = 320C, t1 = 250C, t2 = 300C, ∆t1 = 50C, ∆t2 = 20C, ∆t = Vậy nhiệt lượng do nước dội lấy đi: 5−2 = 3,27 0 C 5 ln 2 . × Q2=K×F×∆t=33,502×276,362 3,27=30275,883 (W)=26038,793(Kcal/h). × Lượng nước dội cho 1 thùng lên men chính: m = 3600 1,5 = 5400 (kg/h) . Lượng nhiệt lượng do hệ thống làm nguội ống xoắn ruột gà lấy đi: Q3=Q – Q1 – Q2= 0,9×Q+ Q2= 0,9×215125,7– 26038,793 =167574,337 (Kcal/h) × × Lượng nước cung cấp cho ống xoắn ruột gà: Q3 = G C ∆t [10, tr 58] G= Q3 167574,337 = CP × ∆t 0,99892 × (30 − 25) = 33551,103 (kg/h) Lượng nước cấp cho 1 thùng lên men chính: 33551,103 (kg/h). Lượng nước cấp cho 7 thùng lên men chính: 7×33551,103= 234857,721(kg/h). Thể tích nước cần cấp cho 7 thùng lên men chính: VC = mn 234857,721 = = 235,55 ρn 997,08 (m3/h)=5653,2 (m3/ngày) MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC BẢNG BIẾU [...]... 93 0 93 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -31- GVHD: KS Bùi Viết Cường Tổng số ngày sản xuất: 326 ngày Tổng số ca sản xuất: 978 ca 4.2 Tính cân bằng vật chất 4.2.1 Các thông số ban đầu − − − − − − − − Năng suất: 100.000 lít sản phẩm / ngày Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô Nồng độ chất khô của... nghiền (2 ) vào thành trong của máy nghiền và do sự cọ xát giữa các lát sắn với nhau Búa được lắp trên đĩa treo búa (4 ) gắn trên trục quay (5 ), các búa được treo cách đều nhau Sắn lát sau khi được nghiền đạt kích thước yêu cầu lọt qua lưới (3 ) ra ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, với Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp:... fusel Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -30- GVHD: KS Bùi Viết Cường Giấm chín được bơm lên thùng cao vị ở vị trí (1 ) sau đó đi vào bình hâm giấm (2 ) Ở đây giấm chín được hâm nóng tới 70÷80 oC bằng nhiệt của hơi cồn thô, sau đó qua bình tách CO2 (3 ) rồi vào tháp (4 ) Hơi cồn bay lên ngưng tụ ở (2 ), phần... sơ bộ: − 1) = ( 0,970 × M + X 100 = 0 ,960 × M + 0,99 × X ( kg ) m3 = ( m2 + X ) × (1 00 ) × 0,99 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mCK 3 = mCK 2 × (1 00 − 1) 0,846 × M × 99 = = 0,838 × M ( kg ) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B... nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột Tiếp đó khối nấu nhờ bơm li tâm (4 ) bơm sang thiết bị phun dịch hóa (5 ), tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96oC Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản. .. liệu sắn đưa vào máy làm sạch qua cửa nạp liệu (1 ) Đầu tiên, nguyên liệu được tách kim loại bằng nam châm (2 ) Sau đó, nguyên liệu rơi xuống lưới sàng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: KS Bùi Viết Cường 1 tại (3 ) Tại đây, với kích thước lỗ lưới bằng nguyên liệu và dưới tác động của chuyển động... 0,985 × X (kg) 4.2.2.5 Công đoạn nấu chín Sau công đoạn nấu chín nồng độ chất khô đạt được là 18% C 00 = mCK mCK 5 = mdd mCK 5 + mH 2O (5 ) (* ) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -35- GVHD: KS Bùi Viết Cường Trong đó:Khối lượng chất khô trong dịch cháo sau khi nấu chín là: mCK 5 = mCK 4 × (1 00 − 1) 0,834... trong sơn, cồn thuốc, các sản phẩm chăm sóc cá nhân như nước hoa và chất khử mùi… − Dược: Về mặt y dược, etanol là thuốc ngủ, mặc dù nó ít độc hại hơn so vớicác rượu khác, cái chết thường xảy ra nếu nồng độ cồn trong máu vượt quá khoảng 5% Có thể giảm thị lực, bất tỉnh sẽ xảy ra ở nồng độ thấp hơn [16] 2.2.2 Cồn 96O Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH:... nấu là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án tốt nghiệp -36- GVHD: KS Bùi Viết Cường 99 100 = (1 ,081 × M + 0,985 × 2,723 × M ) × 0,99 = 3,726 × M ( kg ) mH 2 O ( 5 ) = (1 ,081 × M + 0,985 × X ) × Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau nấu chín: mTB 5 = mTB 4 × 99 = 0,7005 × M × 0,99 = 0,693 × M 100 (kg) 4.2.2.6... × 12,8 = = 0,125 × M 100 100 (kg) 4.2.2.2 Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (1 00 − 1) 0,98 × M × 99 = = 0,970 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mCK 2 = m2 × 87 ,2 0,970 × M × 87 ,2 = = 0,846 × M 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 100.000 lít sản phẩm /ngày (kg) SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: ... 139,102 3000 (m 3) Suy ra: D = 4,7 (m), H = 7,05 (m), d = 0,94(m) Chọn chiều cao ống tháo liệu: h0 = 0,2 m Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô suất 100.000 lít sản phẩm /ngày SVTH:... 100 (kg) Lượng bã từ 4,989× M (kg) giấm chín là: mbã = 4,989 × M × 101,908 = 5,084 × M 100 (kg) Lượng ứng với 4,989× M (kg) giấm chín là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô suất 100.000. .. 2,74 6655 × π ⇒ h = × D = × 2,74 = 5,48 (m), d = (m) D 2,74 = = 0,34 8 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô suất 100.000 lít sản phẩm /ngày (m) SVTH: Nguyễn Thị Lành Lớp: 09H2B Đồ án