Đang tải... (xem toàn văn)
Theo các chuyên gia, thế giới đang phải đối mặt với nhiều vấn đề rất cấp bách trong đó năng lượng và ô nhiễm là hai vấn đề quan trọng cần giải quyết nhanh chóng. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền đại công nghiệp thì lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất lớn. Trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, theo như dự báo của các nhà khoa học thì trữ lượng xăng dầu của toàn thế giới chỉ đủ cho khoảng 50 năm nữa. Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng thay thế và thân thiện với môi trường rất quan trọng và cần thiết. Trong nhiều loại nhiên liệu được nghiên cứu thì bio – etanol nổi lên như là một điểm sáng vì nó đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn như dễ sản xuất, giá thành thấp và thân thiện với môi trường. Bio – etanol được sử dụng như một phụ gia để pha vào xăng tạo thành một loại nhiên liệu được gọi là “gasohol”. Ngoài ra bio – etanol còn được ứng dụng trong nhiều ngành khác như dược phẩm, hóa chất, mỹ phẩm, … và nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày, đem lại nhiều lợi ích kinh tế góp phần vào nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ. Ngành công nghiệp thực phẩm là ngành khoa học kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và nó giải quyết những nhu cầu cần thiết về cuộc sống của con người. Những năm gần đây, ngành công nghiệp thực phẩm đã có nhiều khởi sắc và đặc biệt Việt Nam là nước nông nghiệp, có thế mạnh về trồng trọt trồng cây lương thực như lúa, ngô, khoai, sắn, … chính là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bio – etanol. Nắm bắt được tình hình, xu hướng phát triển và nhu cầu ngày càng lớn về nguồn nhiên liệu sinh học này, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất Bio etanol từ sắn lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu ngày”
Đồ án tốt nghiệp -1- GVHD: KS Bùi Viết Cường MỞ ĐẦU Theo các chuyên gia, thế giới đang phải đối mặt với nhiều vấn đề rất cấp bách trong đó năng lượng và ô nhiễm là hai vấn đề quan trọng cần giải quyết nhanh chóng Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của nền đại công nghiệp thì lượng năng lượng cần cho nó cũng tăng lên rất lớn Trong khi đó nguồn năng lượng hóa thạch đang ngày càng cạn kiệt, theo như dự báo của các nhà khoa học thì trữ lượng xăng dầu của toàn thế giới chỉ đủ cho khoảng 50 năm nữa Vì vậy việc tìm ra nguồn năng lượng thay thế và thân thiện với môi trường rất quan trọng và cần thiết Trong nhiều loại nhiên liệu được nghiên cứu thì bio – etanol nổi lên như là một điểm sáng vì nó đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn như dễ sản xuất, giá thành thấp và thân thiện với môi trường Bio – etanol được sử dụng như một phụ gia để pha vào xăng tạo thành một loại nhiên liệu được gọi là “gasohol” Ngoài ra bio – etanol còn được ứng dụng trong nhiều ngành khác như dược phẩm, hóa chất, mỹ phẩm, … và nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày, đem lại nhiều lợi ích kinh tế góp phần vào nền công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ Ngành công nghiệp thực phẩm là ngành khoa học kĩ thuật đóng một vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và nó giải quyết những nhu cầu cần thiết về cuộc sống của con người Những năm gần đây, ngành công nghiệp thực phẩm đã có nhiều khởi sắc và đặc biệt Việt Nam là nước nông nghiệp, có thế mạnh về trồng trọt trồng cây lương thực như lúa, ngô, khoai, sắn, … chính là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất bio – etanol Nắm bắt được tình hình, xu hướng phát triển và nhu cầu ngày càng lớn về nguồn nhiên liệu sinh học này, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất Bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu /ngày” Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -2- GVHD: KS Bùi Viết Cường Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1 Đặt vấn đề Nếu trước đây cồn được sử dụng với mục đích cồn pha với nước thành rượu để uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả, trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, thì hiện nay cồn tuyệt đối (≥ 99,5%V) còn dùng để thay thế một phần nhiên liệu cho các động cơ Để sản xuất cồn nhiên liệu đòi hỏi công nghệ và thiết bị hiện đại do đó khi thiết kế một nhà máy cần phải chú ý đến việc lựa chọn công nghệ, trang thiết bị và địa điểm xây dựng thích hợp 2 Tính khả thi Cồn có thể thay thế 20÷22% trong tổng lượng xăng thành "gasohol" sử dụng trong các phương tiện dùng động cơ xăng, hạn chế sự ô nhiễm, mặt khác nguồn nguyên liệu sản xuất cồn dồi dào Từ đó cho thấy việc xây dựng thêm một nhà máy sản xuất bio-etanol với quy mô công nghiệp, hiện đại là có tính khả thi 3 Vị trí xây dựng Địa điểm chọn để xây dựng nhà máy thuộc địa phận xã Quế Cường, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam gần với các tỉnh Quảng Ngãi, Kon Tum, … Cách quốc lộ 1A khoảng 2km về phía Tây, cách thành phố Tam Kỳ 30km về phía Tây Bắc, cách thành phố Đà Nẵng 40km về phía Tây Nam, cách sân bay Chu Lai, cảng Kỳ Hà 70km về phía Bắc rất thuận lợi cho việc vận chuyển hàng hóa qua đường hàng không, đường thủy, đường sắt và đường bộ Huyện Quế Sơn phía Đông giáp huyện Thăng Bình; phía Tây giáp huyện Nông Sơn; phía Nam giáp huyện Hiệp Đức; phía Bắc giáp huyện Duy Xuyên [11] 4 Đặc điểm tự nhiên Quảng Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, chỉ có 2 mùa là mùa mưa và mùa khô, chịu ảnh hưởng của mùa đông lạnh miền Bắc Nhiệt độ trung bình năm 25,40C Độ ẩm trung bình trong không khí đạt 84% Lượng mưa trung bình 2.000÷2.500mm Hướng gió chủ đạo là hướng Đông Nam [11] Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp 5 -3- GVHD: KS Bùi Viết Cường Nguồn nguyên liệu và nguồn nhân lực Cồn được sản xuất bằng nguyên liệu là tinh bột hay rỉ đường để đảm bảo về giá thành sản phẩm Quảng Nam là vùng nông nghiệp chủ đạo, trong đó cây sắn luôn có sản lượng cao với nguồn nguyên liệu dồi dào Bên cạnh đó, giá thành của sắn lại rẻ hơn nhiều so với các loại tinh bột khác như ngô, gạo, Bởi vậy khi dùng sắn làm nguyên liệu cho nhà máy sản xuất là hợp lý Khi dùng sắn để sản xuất, để đảm bảo nguyên liệu cho nhà máy làm việc liên tục thì dùng sắn lát khô, vì dùng sắn lát khô có thể chủ động dự trữ nguyên liệu khi vào mùa sắn để cung cấp cho những vụ trái mùa Nguyên liệu cung cấp chính cho nhà máy ở xã Quế Cường, ngoài ra còn có các vùng lân cận ở huyện Quế Sơn, Đại Lộc, Thăng Bình, Nông Sơn, tỉnh Kon Tum, tỉnh Quảng Ngãi, Diện tích đất nông nghiệp lớn và phần lớn lao động làm trong lĩnh vực nông nghiệp, bên cạnh đó các chính sách của ủy ban nhân dân tỉnh tập trung vùng nguyên liệu chuyên canh, tăng cường thâm canh, canh tác (huy động đội ngũ cán bộ, kĩ thuật lớn) Ở đây chắc chắn sẽ trở thành nguồn nguyên liệu ổn định và vững mạnh Quảng Nam có lực lượng lao động dồi dào, với trên 887.000 người (chiếm 62% dân số toàn tỉnh), trong đó lao động ngành nông nghiệp chiếm 61,57%, ngành công nghiệp và xây dựng là 16,48% và ngành dịch vụ là 21,95% [11] 6 Giao thông Giao thông vận tải là vấn đề quan trọng, là phương tiện dùng để vận chuyển một khối lượng lớn nguyên vật liệu xây dựng nhà máy, vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy đảm bảo cho nhà máy hoạt động thuận lợi, liên tục Quảng Nam là đầu mối giao thông quan trọng giữa các vùng, nhà máy sử dụng tuyến quốc lộ 1A và đường giao thông nông thôn đã được phát triển và nâng cấp 7 Nguồn cung cấp điện - nước Nguồn cung cấp điện cho nhà máy sản xuất lấy từ lưới điện quốc gia Ngoài ra còn sử dụng nguồn điện từ trạm điện của nhà máy (máy phát điện dự phòng) nhằm đảm bảo sản xuất liên tục khi không sử dụng được lưới điện quốc gia Trong quá trình sản xuất nhà máy cồn sử dụng rất nhiều nước cung cấp lò hơi, Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -4- GVHD: KS Bùi Viết Cường làm nguội máy móc, vệ sinh thiết bị, sinh hoạt, … lượng nước nhà máy sử dụng lớn Sử dụng nguồn nước từ mạch nước ngầm qua các giếng khoan và nước máy từ thành phố Nước này qua hệ thống xử lý, kiểm tra các chỉ tiêu như vi sinh vật, độ cứng, nồng độ chất hữu cơ, vô cơ, … đạt yêu cầu mới đưa vào sử dụng 8 Xử lý nước Trong nhà máy cồn có một lượng lớn nước thải: nước thải trong quá trình sản xuất, nước vệ sinh các thiết bị, nước thải sinh hoạt, … có độ nhiễm bẩn lớn bao gồm rất nhiều chất tồn tại dưới các dạng khác nhau, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, nếu thải ra môi trường mà không qua xử lý sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, môi trường khu dân cư xung quanh nhà máy Do đó nước thải của nhà máy phải tập trung lại và xử lý trước khi đổ ra sông theo đường cống riêng của nhà máy 9 Thị trường tiêu thụ Quảng Nam cách thủ đô Hà Nội 860km về phía Bắc, cách thành phố Hồ Chí Minh 865km về phía Nam Phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế và thành phố Đà Nẵng; phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi; phía Tây giáp tỉnh Kon Tum và nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào; phía Đông giáp biển Đông Với vị trí thuận lợi trên, lượng cồn sản xuất ra sẽ được phân bố trên khắp cả nước, làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp thực phẩm, cho hầu hết người tiêu dùng trên cả nước và cho xuất khẩu sang các nước khác Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -5- GVHD: KS Bùi Viết Cường Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT 1 1 1 Tổng quan về nguyên liệu Sắn Giới thiệu về sắn Sắn có tên khoa học là Manihot utilissima Pohl, một cây lương thực quý của các nước ở vùng nhiệt đới Châu Á, Châu Phi, Châu Mỹ Sắn là một cây dễ trồng có thể thích hợp với đất đồi gò, sản lượng sắn tương đối cao và ổn định, năng suất trung bình đạt 8÷10 tấn/ha, có nơi đạt 30÷40 tấn/ha Củ sắn nhiều tinh bột nên sản lượng tinh bột trên một đơn vị diện tích canh tác khá lớn so với nhiều loại cây trồng khác Ở Việt Nam, sắn được trồng ở khắp nơi từ Bắc tới Nam, được trồng nhiều ở vùng đồi núi trung du, thượng du hơn là đồng bằng [3, tr 36] Trong công nghệ sản xuất tinh bột, phân thành là sắn đắng và sắn ngọt Sắn đắng có hàm lượng axit xyanuahydric cao, ăn bị ngộ độc, hàm lượng tinh bột cũng cao, không dùng ăn tươi màHình chỉ2.1 để Cây sảnsắn xuất bộtsắn và[12] sắn lát Sắn ngọt có hàm lượng và củ axit xyanuahydric thấp, hàm lượng bột cũng thấp hơn, dễ chế biến và sử dụng 2 Cấu tạo của sắn Cấu tạo của sắn gồm có (nếu cắt ngang củ sắn): + Vỏ bao (vỏ gỗ) cấu tạo chủ yếu là xenluloza Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ khỏi tác động của bên ngoài và hạn chế mất nước của củ Bản thân vỏ củ cứng nhưng liên kết không bền với vỏ cùi, do đó dễ mất khi thu hoạch, vận chuyển Tỷ lệ vỏ phụ thuộc vào giống sắn, độ già và khối lượng củ - thường vào khoảng 1,5÷2% Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -6- GVHD: KS Bùi Viết Cường + Vỏ cùi dày khoảng 1÷3mm và chiếm khoảng 8÷15% khối lượng củ Vỏ cùi gồm tế bào mô cứng phủ ngoài Thành phần lớp này cũng chủ yếu là xenluloza, hầu như không chứa tinh bột nhưng chứa nhiều dịch bào (mủ sắn) Trong thành phần dịch bào có chứa các polyphenol Tiếp theo là lớp tế bào mô mềm, lớp này ngoài dịch bào còn chứa khoảng 5% tinh bột Các polyphenol, enzim và linamarin có tác dụng bảo vệ củ phát triển bình thường trước thu hoạch, nhưng khi đào bới củ khỏi đất chúng lại gây trở ngại cho quá trình bảo quản và chế biến Tổng lượng polyphenol trong sắn chiếm 0,1÷ 0,3%, trong đó có đến 85÷90% tập trung ở vỏ củ + Thịt sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ Các chất polyphenol, độc tố và enzyme 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, sắn bị chảy mủ sẽ khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô + Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ Thành phần chủ yếu là xenluloza 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 [5, tr 21-22] 3 Thành phần hóa học của sắn Thành phần của củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20÷34%, protein 0,8÷1,2%, chất béo 0,3÷0,4%, xenluloza 1÷3,1%, polyphenol 0,1÷0,3%, chất tro 0,54% và nước 60÷74,2% Ngoài các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin, độc tố Trong các vitamin thì vitamin B 1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03mg%, còn B6 chiếm 0,06mg% Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu [5, tr 22-23] 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 C 10H17NO16 gồm hai glucozit linamarin và lotaustralin Bình thường phazeolunatin không độc nhưng khi thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN gây độc Trong sắn khô có 73,3% là tinh bột; 13,12% là nước và còn lại là các chất khác Lượng axit xyanhydric trong sắn khoảng 0,007÷0,24% thường tập trung ở vỏ Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -7- GVHD: KS Bùi Viết Cường [3, tr 36] Hàm lượng amyloza trong tinh bột chiếm sắn chiếm tới 30% và trọng lượng phân tử của amylopectin gần bằng trọng lượng phân tử của amyloza Chính do cấu tạo hai thành phần trong tinh bột sắn có tỷ lệ amyloza cao và phân tử lượng amylopectin không lớn, hàm lượng tinh bột trong sắn cao, chất béo ít, nên sắn dùng trong sản xuất cồn bằng phương pháp mycomalt là rất tốt, năng suất và hiệu suất thu hồi cao, lượng hơi nhiệt giảm 15÷20% so với ngô Tuy nhiên do sắn thiếu dinh dưỡng nên trong quá trình lên men phải bổ sung thêm nguồn đạm và lân ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ 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, … Ngoài ra, nước còn dùng cho sinh hoạt, chữa cháy trong khu vực sản xuất Nguồn nước cung cấp cho 3 1 - nhà máy sản xuất cồn là nước ngầm hay nước máy từ thành phố [3, tr 41-44] Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu: Trong suốt, không màu, không mùi, độ cứng không quá 7mgЭ/l Khả năng oxy hóa 1 lít nước không quá 2ml KMnO4 0,01N Chất cặn không vượt quá 1000mg/lít, không có muối kim loại nặng Hg, Ba, Hàm lượng các muối không vượt quá yêu cầu (mg/l): Cl - ≤ 0,5mg/l; SO42- ≤ 80mg/l; - NO3- ≤40mg/l Không cho phép có NH3 và muối của axit nitric (HNO3) Nấm men Đặc tính chung của nấm men Nấm men (Yeast, levure) là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sản bằng cách nảy chồi Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân bố rộng rãi trong tự nhiên như trong đất, thực phẩm, lương thực, hoa quả, … Nấm men xuất hiện nha bào chỉ khi môi trường quá nghèo hoặc trong điều kiện nuôi cấy không thuận lợi [3, tr 206] Trong thực tế sản xuất có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành, già và chết bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -8- GVHD: KS Bùi Viết Cường Nấm men sử dụng trong thùng lên men lúc tế bào đang thời kì trưởng thành Trong một thị trường (vòng kính) thường gồm tất cả các loại tế bào, nên phương pháp nhanh và tương đối chính xác là nhuộm màu bằng phương pháp xanh metylen Tế bào trẻ không bắt màu trong sáng, tế bào già màu xanh nhạt đều từ nguyên sinh chất đến màng tế bào, tế bào chết bắt màu xanh đậm và màng tế bào rõ nét hơn 2 Chọn chủng nấm men Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có tính chất cơ bản sau: Hình 2.2 Nấm men Saccharomyces cerevisiae + Tốc độ phát triển nhanh Lên men được nhiều loại đường khác nhau 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 đối với chất sát trùng Với Việt Nam, đòi hỏi lên men ở nhiệt độ tương đối cao (≥35oC) Để có được một chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên, thường phải trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép, lâu dài, công phu và phức tạp 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 lactoza Kích thước tế bào 5,6÷7µm Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rasse XII): 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÷8µm Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được các đường glucoza, fructoza, saccaroza, maltoza và 1/3 đường raffinoza, không lên men đường galactoza Có thể lên men đạt 13% rượu Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -9- GVHD: KS Bùi Viết Cường trong môi trường Thuộc loại men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng Nấm men men thuốc bắc Việt Nam: phân lập từ 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 glucoza, fructoza, galactoza, saccaroza, maltoza Lên men được ở nhiệt độ cao (39÷40 0C), chịu được độ axit tương đối cao 1÷1,50 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 [3, tr 209-210] 4 Chất hỗ trợ kĩ thuật 1 Các hóa chất − Axit sunfuric có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ trong quá trình đường hóa − Ure: đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo ra nhiều rượu − Nhóm các hóa chất xử lý nước như: Than hoạt tính, hạt nhựa,… − Hóa chất sát trùng như Na2SiF6 bổ sung trong quá trình lên men để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình lên men 2 Chế phẩm enzim amylaza Trong công nghệ sản xuất cồn, enzim xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men khá quan trọng, các enzim này thuộc loại amylaza Enzim amylaza của hãng Novo (Đan Mạch): 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 enzim này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặt tính trong điều kiện bảo quản nhỏ hơn 250C Enzim này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa + Termamyl 60L: enzim α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng hoạt động ổn định cao, thủy phân tinh bột thành dextrin giống như α-amylaza của malt Termamyl 60L xúc tác tốt trong quá trình thủy phân ở pH = 5 Nhiệt độ thích hợp 900C + Fungamyl 800L: enzim α-amylaza cô đặc dạng lỏng Nhiệt độ tối thích 60÷65 0C, Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -10- GVHD: KS Bùi Viết Cường hoạt động ở pH = 4,5, nó xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các α-amylaza khác nhưng có một lượng lớn mantoza tạo thành + Spiritamylaza Novo 150L: glucoamylaza lỏng cô đặc, sử dụng thủy phân tinh bột Enzim này thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các đường lên men không có các dextrin trong sản phẩm thủy phân Nó giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp pH = 3 tại 600C 2 1 1 Tổng quan về sản phẩm bio – etanol Tính chất của etanol Tính chất vật lý Etanol là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và có mùi thơm đặc trưng, vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi Etanol hòa tan trong nước ở bất cứ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích Etanol hòa tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH, … và nhiều chất khí: H2, N2, O2, NO, SO2, H2S, CO, … nhưng không hòa tan được tinh bột, disaccarit, … Các thông số vật lý của etanol nguyên chất: tỷ trọng d420–0,7894, d415–0,79425, d40–0,806, phân tử lượng 46,03, nhiệt độ sôi 78,32 0C ở áp suất 760mmHg, nhiệt độ bắt lửa 120C, nhiệt dung 0,548 (ở 00C), 0,615 (ở 200C) và 0,769 (ở 600C) Năng suất tỏa nhiệt 6642÷7100 kcal/kg Nhiệt độ đóng băng – 1170C Khi chưng cất hỗn hợp dung dịch có nồng độ 95,57% etanol và 4,43% nước thì điểm sôi chung là 78,150C và gọi là điểm đẳng phí Điều đó cũng có nghĩa là biện pháp chưng cất không thể thu được rượu có nồng độ cao hơn 95,57 %V [3, tr 12] 2 Tính chất hóa học − Tác dụng với oxi, tùy theo cường độ tác dụng với rượu mà 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, trong trường hợp này etanol được coi như là axit yếu và có phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo muối alcolat 2C2H5OH + 2M 2 C2H5OM + H2á (alcolat kiềm) − Tác dụng với NH3, ở nhiệt độ 2500C và có xúc tác, etanol tác dụng với NH 3 tạo thành amin: C2H5OH + NH3 C2H5NH2 + H2O Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp 2 -113- GVHD: KS Bùi Viết Cường Phân xưởng cơ điện Phân xưởng này là nhà một tầng, nơi đặt các thiết bị sửa chữa cơ khí, điện Phân xưởng có kích thước 12 × 9 × 6 (m) Diện tích: 108m2 3 Kho nguyên liệu Đây là nơi dự trữ sắn lát khô Lượng nguyên liệu trong kho xếp chồng nhau thành khối, đủ để sản xuất trong 15 ngày Nguyên liệu cho vào bao 50kg, bao có chiều dài 0,8m và đường kính 0,5m Lượng sắn lát khô cần sản xuất trong một ngày: 160.000 (kg) Lượng nguyên liệu dùng trong 15 ngày: 160000 × 15 = 2.400.000 (kg) Thể tích một bao sắn chiếm chỗ: V = h×π× R2 = 0,8×3,14×0,252 = 0,157(m3) Thể tích sắn dùng trong 15 ngày chiếm chỗ: V1= 2.400.000 × 0,157 = 7536 50 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của kho là 0,85 nên thể tích thực nguyên liệu chiếm chỗ: VTT = 7.536 = 8.865,9 0,85 (m3) Kích thước kho: 54 × 24 × 7,2 (m) Diện tích: 1.296m2 4 Kho thành phẩm Lượng cồn sản xuất trong một ngày là 58643,2 (lít) = 58,643 (m 3) Kho thành phẩm có kích thước chứa thành phẩm trong 10 ngày: 58,643 × 10 = 586,43 (m 3) Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 3m, chiều cao thùng 5 m Thể tích của mỗi thùng là V = 3,14 × 1,52 × 5 = 35,325 (m3) 586,43 = 16,6 35,325 Số thùng cần dùng là: Chọn 17 thùng Chọn bốn dãy thùng chứa song song nhau, mỗi dãy thùng cách nhau 1m Kích thước của kho chứa cồn thành phẩm là: 24 x 18 x 6 (m) Diện tích kho: 432(m 2) 5 Phân xưởng lò hơi Xây dựng phân xưởng có kích thước: 12 × 6 × 6 (m), diện tích: 72 (m2) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp 6 -114- GVHD: KS Bùi Viết Cường Nhà hành chính Phòng giám đốc: 6 × 4 = 24 (m2) Phòng hành chính: 6 × 4 = 24(m2) 2 Phòng phó giám đốc: 2 × (6 × 4) = 48 (m ) Phòng y tế: 4 × 4 = 16 (m2) Phòng kế toán: 6 × 4 = 24 (m2) Phòng kỹ thuật: 6 × 4 = 24 (m2) Phòng tài vụ: 6 × 4 = 24 (m2) Phòng KCS: 6 × 4 = 24 (m2) Phòng kinh doanh: 6 × 4 = 24(m2) Hội trường: 18 × 6 = 108 (m2) 2 Diện tích: 340m Xây dựng nhà hai tầng, kích thước mỗi tầng: (36 × 6 × 4) m 7 Trạm xử lý nước Dùng để xử lí nước dùng cung cấp cho lò hơi, nấu, đường hóa, lên men, chưng cất, sinh hoạt, vệ sinh thiết bị Kích thước 6 × 6 × 6 (m), diện tích: 36m2 8 Phòng vệ sinh, phòng tắm Tính cho 60% của ca đông nhất: 60% × 74 = 45 (người) Xây dựng phòng tắm và vệ sinh riêng cho khu nam và nữ, nhà máy có tỉ lệ nam khoảng 65%, tỉ lệ nữ khoảng 35% Số phòng tính trung bình: 8 (người/phòng) Xây dựng 6 phòng tắm, có 4 phòng nam và 2 phòng nữ Kích thước mỗi phòng: 0,9 × 0,9 × 3 (m) Phòng vệ sinh tương tự là 6 phòng Kích thước mỗi phòng: 0,9 × 1,2 × 3 (m) Vậy kích thước phòng vệ sinh và phòng tắm: 5,4 × 5,4 × 3 (m) và 5,4 × 7,2 × 3 (m) Diện tích: 68,04(m2) 9 Nhà ăn, căn tin Tính cho 2/3 số lượng công nhân của ca đông nhất: 2 × 74 ≈ 50 3 người Diện tích cho mỗi người là 2,25 (m2), diện tích nhà ăn: 50 × 2,25 = 112,5 (m2) Kích thước 12 × 12 × 4 (m) nên diện tích của nhà ăn, căn tin: 144 (m 2) 10 Nhà chứa máy phát điện dự phòng Để đảm bảo cho nhà máy sản xuất liên tục khi mất điện đột ngột, nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng Kích thước: 6 11 × 6 × 4 (m) Diện tích: 36 (m2) Trạm biến áp Trạm biến áp để hạ thế đường cao áp xuống lưới điện nhà máy sử dụng Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -115- Kích thước trạm: 4 12 × 4 × GVHD: KS Bùi Viết Cường 6 (m), diện tích: 16 (m2) Trạm bơm Kích thước của trạm bơm: 6 × 6 × 6 (m), diện tích trạm bơm: 36 (m 2) 13 Gara ôtô Đây là nơi để xe của nhà máy và cũng là trạm bảo quản và sửa chữa xe Số xe của nhà máy: 1 xe lãnh đạo nhà máy, 3 xe đưa đón công nhân, 6 xe chở hàng Kích thước gara: 24 × 6 × 6 m, diện tích gara ôtô: 144 (m2) 14 Nhà để xe Tính 30% công nhân ở ca đông nhất: 74 x 30% = 23 người và 1m 2 cho 1 xe máy nên diện tích là: 23 (m2) Kích thước là: 12 × 2 × 3 (m), diện tích của nhà để xe : 24 (m2) 15 Phòng thường trực và bảo vệ Xây dựng 2 phòng gần cổng ra vào nhà máy, 1 phòng ở cổng trước và 1 phòng ở cổng sau Kích thước mỗi phòng: 4 × 4 × 4 (m), diện tích hai phòng: 32 (m2) 16 Khu xử lý bã và nước thải Kích thước khu xử lý bã và nước thải: 15 × 6 × 6 (m), diện tích: 90 (m 2) 17 Kho nhiên liệu Dùng để chứa dầu đốt cho lò hơi, xăng xe Kích thước: 12 × 6 × 5 (m), diện tích kho nhiên liệu: 72 (m2) 18 Trạm máy nén và thu hồi CO2 Kích thước: 12 × 6 × 6 (m), diện tích trạm máy nén và thu hồi CO2: 72 (m2) Bảng 7.3 Bảng tổng kết các công trình STT Tên công trình 1 2 3 Khu nấu - đường hóa - nhân giống Khu lên men, chưng cất - tinh chế, hấp phụ - giải hấp ngoài trời Khu chứa cồn – dầu fusel tạm thời Kích thước (m) Diện tích 24 × 24 × 14,4 5762) (m 36 × 30 × 25 1080 24 × 6 × 14,4 144 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -116- 4 Phân xưởng cơ điện 5 GVHD: KS Bùi Viết Cường 12 × 9 × 6 108 Kho nguyên liệu 54× 24 × 7,2 1296 6 Kho thành phẩm 18 × 24 × 6 432 7 Phân xưởng lò hơi 12 × 6 × 6 72 8 Kho vật tư 12 × 6 × 6 72 9 Nhà hành chính 36 × 6 × 8 216 10 Trạm xử lý nước 6×6×6 36 11 Phòng vệ sinh – phòng tắm 12,6 × 5,4 × 3 68,040 12 Nhà ăn – căn tin 12 × 12 × 4 144 13 Trạm biến áp 4×4×6 16 14 Trạm bơm 6×4×4 24 15 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 6×6×4 36 16 Gara ôtô 24 × 6 × 6 144 17 Nhà để xe 6×4×3 24 18 Phòng thường trực bảo vệ 2 × (4 × 4 × 4) 32 19 Bể xử lý bã và nước thải 15 × 6 × 6 90 20 Kho nhiên liệu 12 × 6 × 5 72 21 Trạm máy nén và thu hồi CO2 12 × 6 × 6 72 Tổng cộng 3 1 4754,040 Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy Khu đất mở rộng Trong thực tế do năng suất của nhà máy chưa lớn nên việc quy hoạch từ ban đầu để có khu đất mở rộng là hết sức cần thiết, thường khu đất dùng để dự trữ cho việc mở rộng nhà máy chiếm từ 30÷100% diện tích đất xây dựng phân xưởng sản xuất chính Chọn 50% Diện tích khu đất mở rộng: Fmr = 50% × 1800 = 900 (m2) Kích thước của khu đất mở rộng là: 30 × 30 (m) 2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy FKD = FXD K XD [7, tr 44] FKD: Diện tích khu đất Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -117- GVHD: KS Bùi Viết Cường FXD: Diện tích xây dựng nhà máy FXD = 4.754,040 (m2) KXD: Hệ số xây dựng Nhà máy thực phẩm KXD = 33÷50% Chọn Kxd = 35% 4.754,040 = 13.582,971 0,35 (m2) FKD = Chọn diện tích khu đất là : 140 x 98 (m) 3 Tính hệ số sử dụng FKD = FSD K SD [7, tr 44] KSD: Hệ số sử dụng, đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tổng mặt bằng FSD: Diện tích sử dụng khu đất, FSD = FCX + FGT + Fhè, rãnh + FXD Trong đó: FCX: Diện tích trồng cây xanh: FCX = 0,3 × 4754,040 = 1426,212 (m2) FGT: Diện tích giao thông: FGT = 0,4 × 4754,040 = 1901,616 (m2) Fhè rãnh: Diện tích hè rãnh: Fhè rãnh = 0,3 × 4754,040 = 1426,212 (m2) Nên: FSD = 1426,212 + 1901,616 + 1426,212 + 4754,040= 9508,08 (m2) KSD = FSD 9.508,08 = = 0,70 FKD 13.582,971 Vậy KXD = 35%, KSD = 0,70 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -118- GVHD: KS Bùi Viết Cường Chương 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 1 1 An toàn lao động Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động − Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ − Do các thiết bị, máy móc được trang bị không tốt hoặc chưa hợp lý − Do thiếu hoặc không có hoặc hỏng hoặc không đảm bảo an toàn các bộ phận rào, che chắn, bảo hiểm Thiếu phương tiện và dụng cụ bảo hộ lao động − Do ý thức chấp hành kỷ luật của công nhân chưa cao − Vận hành thiết bị, máy móc không đúng quy trình kỹ thuật − Do điều kiện làm việc không được cải thiện, vị trí làm việc không hợp lý 2 − − − Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động Bố trí lắp đặt thiết bị phù hợp với quá trình sản xuất Các đường ống hơi nhiệt phải có lớp bảo ôn, áp kế Kho xăng dầu phải đặt xa nguồn nhiệt, phải có các bình CO 2 chống cháy, không được hút thuốc − Điều kiện làm việc trong nhà máy là liên tục, thiết bị máy móc lớn, bố trí phức tạp, vì thế phải trang bị rào, che chắn, các bộ phận bảo hiểm hợp lý − Công tác tổ chức quản lý của nhà máy: có nội qui, qui chế làm việc cụ thể cho từng bộ phận, phân xưởng sản xuất Máy móc thiết bị phải có bản hướng dẫn vận hành và sử dụng cụ thể Phải bố trí công việc cho người lao động một cách hợp lý phù hợp với trình độ kỹ thuật, điều kiện sức khoẻ của từng người Công nhân và nhân viên phải thường xuyên học tập và thực hành công tác phòng chống cháy nổ − Kỷ luật nhà máy phải thực hiện nghiêm để xử lý các trường hợp vi phạm 3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 1 Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc Các phòng, phân xưởng sản xuất phải có đủ ánh sáng và thích hợp với từng công việc Ban ngày tận dụng ánh sáng tự nhiên qua các cửa sổ, cửa mái để tiết kiệm năng lượng điện Ban đêm sử dụng đèn chiếu sáng phải đảm bảo đủ độ sáng 2 An toàn về điện Hệ thống điều khiển phải được tập trung vào bảng điện, có hệ thống chuông Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -119- GVHD: KS Bùi Viết Cường điện báo và đèn màu báo động Các đường dây dẫn điện được cách điện an toàn và bố trí dọc tường hay đi ngầm dưới mặt đất Các thiết bị điện phải được che chắn bảo hiểm Phải có phương tiện bảo vệ cá nhân và biện pháp cấp cứu người bị nạn 3 An toàn sử dụng thiết bị Thiết bị, máy móc phải sử dụng đúng chức năng đúng công suất Mỗi loại thiết bị phải có hồ sơ rõ ràng, sau mỗi ca làm việc phải có sự bàn giao máy móc, nêu rõ tình trạng để ca sau xử lí Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc, có chế độ vệ sinh, sát trùng vô dầu mỡ thiết bị 4 - Phòng chống cháy nổ Nguyên nhân cháy nổ do: Chập mạch điện, nhiên liệu dễ bắt lửa, các thiết bị đóng cặn, bị ăn mòn lâu ngày nổ, phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình sản xuất - Ðể hạn chế cháy nổ cần có biện pháp sau: + Không hút thuốc tại kho nguyên liệu, xăng dầu, gara ôtô + Bố trí sản xuất có khoảng cách thích hợp để tránh lây lan + Các bộ phận dễ cháy nổ như lò hơi, … đặt cuối hướng gió + Những thiết bị dùng điện phải có vỏ an toàn + Có bể chứa nước chữa cháy, thiết bị chữa cháy phải được trang bị đầy đủ 5 Giao thông trong nhà máy Nhà máy cần thiết kế các lối đi lại có chiều rộng hợp lý, các cầu thang rộng và chịu lực, dễ dàng đi lại Ngoài ra bố trí các cửa ra vào hợp lý để khi có sự cố dễ dàng thoát hiểm 2 Vệ sinh nhà máy 1 Vệ sinh cá nhân của công nhân − Công nhân phải mặc áo quần sạch sẽ, đội mũ, đeo khẩu trang, đi ủng và mang găng tay, khi cần thiết phải bịt tai − Không được ăn uống trong khu sản xuất − Thực hiện tốt chế độ khám sức khoẻ cho công nhân 2 Vệ sinh máy móc thiết bị Máy móc, thiết bị phải được vệ sinh sạch sẽ Đặc biệt các thùng lên men phải được vệ sinh, sát trùng kỹ để chuẩn bị lên men lượng dịch tiếp theo, nhằm hạn chế Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -120- GVHD: KS Bùi Viết Cường tối đa sự nhiễm tạp khuẩn làm giảm hiệu suất lên men 3 Vệ sinh xí nghiệp Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc 4 Xử lý phế liệu trong nhà máy Phế liệu trong quá trình sản xuất như bã hèm là phế liệu dễ gây nhiễm bẩn Sau mỗi mẻ sản xuất cần chứa đúng quy định và xử lí để sản xuất phân bón vi sinh hoặc thức ăn gia súc 5 Xử lý nước thải Nước thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ nên vi sinh vật dễ phát triển gây ô nhiễm môi trường sống của con người Vì vậy vấn đề xử lí nước thải rất quan trọng đối với nhà máy Nhà máy sử dụng phương pháp sinh học để xử lí nước thải Nguyên tắc làm việc hệ thống như sau: nước thải chảy xuống bể lắng và đi ra ngoài Do sự tiếp xúc của nước thải và vi sinh vật trên bề mặt vật liệu xốp nên quá trình xử lý được tiến hành khá nhanh Vật liệu xốp ở đây có thể là gốm, sứ, đá dăm với độ xốp cao Ưu điểm của bể lắng sinh học là quá trình làm sạch nhanh, liên tục thiết bị đơn giản, dễ làm, rẻ tiền và dễ ứng dụng 6 Xử lý nước dùng trong sản xuât Các nguồn nước đều không đạt tiêu chuẩn về chất lượng để sản xuất cồn Do đó cần phải xử lý nước trước khi đưa vào sản xuất Nhà máy sử dụng phương pháp kết tủa các ion Ca2+, Mg2+ để làm mềm nước cứng trong quá trình sản xuất Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -121- GVHD: KS Bùi Viết Cường Chương 9 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 1 Kiểm tra nguyên liệu 1 Xác định độ ẩm Cách tiến hành: (phụ lục 7) ω= Độ ẩm nguyên liệu % được tính: Với: G1 - G 2 × 100 G1 - G 0 , % [5, tr 214] G1: khối lượng của hộp và bột trước khi sấy, g G2: khối lượng của hộp và bột sau khi sấy, g G0: khối lượng của hộp không, g 2 Xác định hàm lượng tinh bột Xác định theo phương pháp hóa học.Cách tiến hành: (phụ lục 7) TB = Hàm lượng tinh bột: a × 250 × 100 × 0,9% b×m [5, tr 215-216] Trong đó: a: Số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua kali K3Fe(CN)6 b: Số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân m: Số gam bột ở mẫu thí nghiệm 0,9: Hệ số chuyển glucoza thành tinh bột 3 Xác định lượng protein thô và nitơ hòa tan trong nguyên liệu Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Kjeldal [5, tr 225-227] Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 7) ( a − b) × 0,0014 % Hàm lượng nitơ trong mẫu thí nghiệm được tính: Trong đó: m a: Số ml H2SO4 0,1N cho vào bình dung dịch chưng b: Số ml NaOH 0,1N định phân lượng axit dư Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -122- GVHD: KS Bùi Viết Cường 0,0014: Hàm lượng nitơ tương ứng với dung dịch H2SO4 0,1N m: Lượng bột sắn 2 Xác định hoạt độ của chế phẩm enzim trong nấu và đường hóa tinh bột Xác định hoạt độ đường hoá chung theo Linơ [5, tr 238-239]: Cách tiến hành: (phụ lục 7) Giả sử số ml dịch thuỷ phân chuẩn hết là a, dịch enzim hết là b Hệ số Linơ: Li = 100 100 − × 0,1 a b (0,1: tỉ số pha loãng dịch enzim trong thí nghiệm) 3 Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín sau lên men 1 Độ rượu trong giấm Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 7) ( A − A 0 ) ×1,15 ×100 Độ rượu trong giấm: 20 (mg/100ml) [5, tr 240-242] A: số ml Na2S2O3 tiêu hao trong thí nghiệm A0: số ml Na2S2O3 tiêu hao trong mẫu trắng 1,15: lượng rượu tương ứng với 1ml Na2S2O3 0,1N 2 Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín Xác định tổng hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp thủy phân bằng acid [5, tr 243 – 246] Cách tiến hành: (phụ lục 7) Hàm lượng đướng sót trong giấm chín được tính: Tổng lượng tinh bột và đường trong giấm chín: 18,9 × (D1 − D 2 ) × n (%) 1000 18,9× (D 3 − D 4 ) × n (%) 1000 Trong đó : n là hệ số pha loãng của giấm chín 3 Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường trong giấm chín Nồng độ chất hòa tan sau lên men đo bằng đường kế ở nhiệt độ 200C Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -123- GVHD: KS Bùi Viết Cường Lấy dịch lọc giấm chín cho vào ống đong 250ml rồi dùng đường kế đo và đọc kết quả trên vạch chia độ sau đó quy về 20oC bằng cách tra bảng [5, tr 250] 4 Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 1 Nồng độ cồn Dùng cồn kế Gayluytsac chia độ 0 - 1000, nhiệt kế đo được đến 500C Tiến hành: Ống đong và cồn kế phải sạch, khô Rót cồn mẫu vào ngấn đầy ống đong đặt thẳng đứng (chiều cao ống phải lớn hơn chiều dài của cồn kế), từ từ thả cồn kế vào và buông tay cho cồn kế dao động đến khi dừng lại ở vị trí cân bằng rồi đọc độ cồn và dùng nhiệt kế xác định nhiệt độ của cồn Đọc 2 đến 3 lần để lấy kết quả trung bình Khi đọc phải đặt mắt ngang tầm mức cồn Sau đó tra bảng [4, tr 47] 2 Hàm lượng axit và este trong cồn Cách tiến hành: (phụ lục 7) Hàm lượng axit tính theo công thức: Trong đó: V × 6 × 10 × 100 C (mg/l) [5, tr 255-256] V: Số dung dịch NaOH 0,1N tiêu hao khi định phân 6: Số mg acid axetic ứng với 1ml NaOH 0,1N 10: Hệ số chuyển thành 1 lít 100: Hệ số chuyển thành cồn 100% C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích Hàm lượng este trong cồn được xác định: E = V × × 8,8 10 × 100/C, mg/l V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N 3 Xác định lượng aldehyt theo phương pháp Iốt Cách tiến hành: (phụ lục 7) ( V − V0 ) × 0,22×1000 % Hàm lượng andehyt được xác định: 50 × C (mg/l) [5, tr 257] V, V0: số ml dung dịch I2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -124- GVHD: KS Bùi Viết Cường 0,22: số mg aldehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I2 0,01N C: số ml cồn mẫu lấy để phân tích 4 Xác định hàm lượng ancol cao phân tử Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 7) Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: a × 100 C (mg/l hay %) [5, tr 259] a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu, C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm 5 - Xác định lượng ancol metylic Cơ sở: (phụ lục 7) Tiến hành: Lấy ống nghiệm to (18 x 180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn cộng thêm 5ml KMnO4 1N và 0,4ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc Lắc nhẹ và để yên, sau 3 phút thêm vào đó 1ml axit oxalic bão hòa để khử lượng KMnO4 dư 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5(COOH)2à 10CO2 + K2SO4 + MnSO4 + 8H2O Khi dung dịch có màu vàng, thêm vào 1ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc, khi mất màu dùng ống hút cho vào 5ml dung dịch fucxin lắc nhẹ và để 25÷30 phút Song song tiến hành thí nghiệm với mẫu chứa ancol metylic đã biết trước Sau 25÷30 phút nếu màu của ống chứa cồn thí nghiệm nhạt hoặc bằng màu của dung dịch mẫu thì xem như là đạt tiêu chuẩn về hàm lượng ancol metylic, nếu màu của thí nghiệm đậm hơn là không đạt [5, tr 261] 6 - Xác định hàm lượng furfurol Cơ sở: (phụ lục 7) Tiến hành: Lấy ống nghiệm 25ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt aniline và 3 giọt HCl vào ống nghiệm Tiếp theo cho 10 ml cồn rồi lắc đều và để yên Nếu sau 10 phút hỗn hợp vẫn không màu thì cồn là đạt tiêu chuẩn, nếu xuất hiện màu hồng thì xem như cồn không đạt tiêu chuẩn do có chứa nhiều furfurol [5, tr 262] 7 Xác định thời gian oxy hóa Dùng ống đong 50ml có nút nhám cho vào 50ml cồn thí nghiệm rồi đặt vào nồi giữ nhiệt ở 200C, sau 15 phút dùng ống hút cho vào 1ml dung dịch KMnO 4 0,02% Đậy nút nhám và lắc đều rồi đặt vào nồi giữ tiếp ở 20 0C Màu của KMnO4 sẽ Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -125- GVHD: KS Bùi Viết Cường dần dần thay đổi cho tới khi đạt tới màu của dung dịch mẫu cùng rót đầy vào một ống đong khác Thời gian từ khi cho KMnO 4 vào cho tới khi kết thúc được xem là thời gian oxy hóa Thời gian càng dài chứng tỏ cồn có chất lượng càng tốt Dung dịch mẫu: Cân chính xác 0,25g CoCl 2 và 0,28g UO2(NO2)2 hòa tan thành 100ml Nên dùng mẫu của cục Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng Việt Nam [5, tr 262] Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -126- GVHD: KS Bùi Viết Cường KẾT LUẬN Ngày nay nền kinh tế đang trên đà phát triển nhưng nguồn năng lượng thì đang dần dần cạn kiệt, việc tìm ra nguồn năng lượng thay thế là vấn đề cấp thiết Vì vậy, thiết kế nhà máy sản xuất bio – etanol hiện nay sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu năng lượng cũng như ứng dụng trong các ngành khác, góp phần thúc đẩy nền kinh tế phát triển Dưới sự hướng dẫn hết sức tận tình của thầy Bùi Viết Cường cùng với những kiến thức đã được học ở trường, sau thời gian hơn ba tháng tôi đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp với đề tài “thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô với năng suất 160 tấn nguyên liệu/ ngày” Trong quá trình thiết kế tôi đã có thêm được nhiều kiến thức về công nghệ sản xuất bio - etanol nói riêng và việc xây dựng nhà máy thực phẩm nói chung, cố gắng tìm ra phương án xây dựng nhà máy bio - etanol hợp lý và tối ưu nhất Đồ án náy đã đưa ra được : Những điều kiện cần thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất bio-etanol Quy trình công nghệ hợp lý, cách bố trí hệ thống thiết bị trong phân xưởng Tính tổ chức xây dựng, tính nhiệt – hơi –nước, chế độ an toàn lao động và vệ sinh công nghiệp Các phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm Mặc dù đã cố gắng hết sức để hoàn thành tốt đồ án nhưng với thời gian có hạn cùng với những hạn chế về kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn nên đồ án không tránh khỏi sai sót Kính mong sự góp ý của thầy cô để cuốn đồ án tốt nghiệp được hoàn thiện hơn Đà Nẵng, ngày 26 tháng 05 năm 2014 Sinh viên thực hiên Trương Thị Thúy Nghĩa Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -127- GVHD: KS Bùi Viết Cường MỤC LỤC PHỤ LỤC Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô năng suất 160 tấn nguyên liệu/ngày Lớp: 12H2LT ... 0,374 × M 100 (lít) Năng suất nhà máy 160 (tấn nguyên liệu/ ngày) nên ta có : Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô suất 160 nguyên liệu/ ngày Lớp: 12H2LT... pháp đại dùng để sản xuất cồn tuyệt đối nói chung bio- etanol nói riêng Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô suất 160 nguyên liệu/ ngày Lớp: 12H2LT... độ cao thấp, áp suất thường, áp suất dư áp suất thấp (trong chân không) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn SVTH: Trương Thị Thúy Nghĩa lát khô suất 160 nguyên liệu/ ngày Lớp: 12H2LT