Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệungày ( full bản vẽ )

163 2.7K 8
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệungày ( full bản vẽ )

Đang tải... (xem toàn văn)

Tài liệu hạn chế xem trước, để xem đầy đủ mời bạn chọn Tải xuống

Thông tin tài liệu

Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu etylic nói riêng đã phát triển và ngày càng lớn mạnh. Với việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao và đa dạng của con người. Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon và đắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân: rượu Hoa Mai, Bầu Đá, Kim Long…. Để có các sản phẩm rượu pha chế ngon cần phải có cồn chất lượng tốt. Ngoài ra, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghệ hoá chất, làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu. Đối với quốc phòng rượu etylic được dùng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn. Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ. Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất rượu etylic, với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho sản xuất cồn, đặc biệt là sắn lát khô. Trên cơ sở đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệungày”.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH LỜI MỞ ĐẦU Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu etylic nói riêng đã phát triển và ngày càng lớn mạnh. Với việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao và đa dạng của con người. Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon và đắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân: rượu Hoa Mai, Bầu Đá, Kim Long…. Để có các sản phẩm rượu pha chế ngon cần phải có cồn chất lượng tốt. Ngoài ra, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghệ hoá chất, làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu. Đối với quốc phòng rượu etylic được dùng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn. Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ. Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất rượu etylic, với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho sản xuất cồn, đặc biệt là sắn lát khô. Trên cơ sở đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày”. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 2 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỶ THUẬT 1.1 Đặt vấn đề Cồn được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả, trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm nhưng chủ yếu vẫn là dùng để pha chế thức uống. Để sản xuất cồn có chất lượng cao 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. 1.2 Vị trí địa lý Kỳ Anh là huyện phía nam của tỉnh Hà Tĩnh, duyên hải Bắc Trung bộ của nước ta; phía đông giáp biển Đông, phía nam giáp tỉnh Quảng Bình và phía tây giáp nước bạn Lào. Kỳ Anh có đường quốc lộ 1A chạy qua và nằm trên hành lang của các tuyến hàng hải quốc tế. Đây là khu vực có vị trí địa lý thuận lợi cho giao lưu quốc tế, từ khu kinh tế Vũng Áng theo đường quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, đường sắt Bắc Nam có thể giao lưu kinh tế với mọi vùng trong cả nước, và theo đường Quốc lộ 8A và 12A kết nối với đường Hồ Chí Minh đi qua cửa khẩu Cầu Treo và Cha Lo. Đây cũng là tuyến đường ngắn nhất từ cảng biển Việt Nam đến các vùng Trung Lào và các tỉnh Đông Bắc Thái Lan, là điều kiện rất thuận lợi cho mở rộng hợp tác phát triển kinh tế khu vực. Từ thuận lợi về giao lưu đối ngoại, Kỳ Anh đã phát triển khu kinh tế Vũng Áng, góp phần quan trọng thúc đẩy tăng trưởng kinh tế của tỉnh Hà Tĩnh. [14] 1.3 Đặc điểm tự nhiên Khu kinh tế Vũng Áng nằm ở phía nam của huyện Kỳ Anh, với hạt nhân phát triển là cụm cảng biển nước sâu Vũng Áng – Sơn Dương. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Với đặc điểm vùng đất cát và có khí hậu nóng khô, chỉ thích hợp để phát triển các loại cây như lạc và sắn, bên cạnh đó có vùng đất rừng rộng nên diện tích trồng sắn là rất lớn. Qua khảo sát thực tế trong địa bàn huyện, nhận thấykhu kinh tế Vũng Áng, huyện Kỳ Anh là rất thích hợp để xây dựng một nhà máy sản xuất cồn etylic từ nguyên liệu sắn. Hình 1.1 Bản đồ khu công nghiệp Vũng Áng Về khí hậu, Hà Tĩnh nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 4 mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu, đông và chịu ảnh hưởng sâu sắc của hai loại gió mùa: gió mùa Đông Bắc hoạt động từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau và gió mùa Tây Nam hoạt động từ tháng 3 đến tháng 9. • • • 1.4 Hướng gió chính là hướng Tây – Nam. Nhiệt độ trung bình hàng năm: 26 - 34oC. Độ ẩm tương đối trung bình năm: 80 – 85%. [14] Vùng nguyên liệu Huyện Kỳ Anh có diện tích trồng sắn rất lớn với bạt ngàn những cánh rừng sắn. Vụ sắn 2011 diện tích sắn của huyện trồng lên 3.100 ha. Sắn được trồng tận dụng diện tích đất vườn, khoanh vùng các khu đất trống. Vị trí đặt nhà máy không những thuận lợi với nguồn nguyên liệu được cung cấp ở địa phương, mà còn các huyện lân cận trong địa bàn tỉnh như huyện Hương Khê, Cẩm Xuyên và các huyện tỉnh bạn như Quảng Trạch, Bố Trạch thuộc tỉnh Quảng Bình. Đặc điểm hệ thống giao thông liên hệ trực tiếp với quốc lộ 1A, khoảng cách các địa điểm thu mua nguyên liệu đến nhà máy không xa nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển sắn. Song song với việc xây dựng cơ sở hạ tầng, chúng ta Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 4 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH cần khuyến khích nông dân mở rộng thêm vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư vốn cho nông dân, đầu tư xe chuyên chở khi thu mua và phát triển các giống sắn mới cho hàm lượng tinh bột đạt chất lượng cao nhất. 1.5 Hợp tác hóa và liên hợp hóa Nhà máy được xây dựng ở KCN Vũng Áng và trong tương lai không xa sẽ xây dựng thêm các nhà máy sản xuất nước giải khát, phân vi sinh và khí đốt Biogas, khi đó rất thuận tiện cho việc liên kết hóa những nhà máy này lại với 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. Bên cạnh đó, nhà máy phải kết hợp chặt chẽ với trung tâm nghiên cứu giống cây trồng, sở nông nghiệp và 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... cũng sẽ được tận dụng là phân bón hữu cơ hoặc khí đốt Biogas. 1.6 Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụngnguồn điện do nhà máy nhiệt điện Vũng Áng cung cấp với công suất 1200 MW. Ngoài ra nhà máy còn có dự phòng các máy phát điện công suất nhỏ chạy bằng nhiên liệu dầu diezen để phòng khi mất điện. 1.7 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 các phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. 1.8 Nhiên liệu Nhiên liệu đốt sử dụng cho phân xưởng lò hơi, nhà máy thường dùng các loại nhiên liệu là dầu DO, dầu FO và khí Gas. 1.9 Nguồn cung cấp nước và xử lý nước Nước dùng trong nhà máy chủ yếu là nước để sản xuất, sinh hoạt, tưới cây,phòng cháy chữa cháy, để vệ sinh thiết bị và nhà xưởng. Vì thế nước được lấy Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH trực tiếp từ nhà máy nước của khu công nghiệp. Sau đó qua trạm bơm của nhà máy trước khi đi phân phối phục vụ cho quá trình sản xuất và sinh hoạt của công nhân. Ngoài ra có thêm đài phun nước và hệ thống xử lý nước trong nhà máy. 1.10 Giao thông vận tải Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các nhà máy. Hàng ngày, tại nhà máy có rất nhiều chuyến xe đến và đi để chở nguyên liệu vào sản xuất, và chở sản phẩm đi tiêu thụ. Khu công nghiệp Vũng Áng nằm trên quốc lộ 1A, cách trung tâm thị trấn Kỳ Anh 7 km, cách cửa khẩu quốc tế Cầu Treo 145 km, cách cảng Vũng Áng – Sơn Dương2 km, nằm gần trục đường hành lang kinh tế Đông - Tây sẽ là lợi thế để giảm chi phí vận chuyển, lưu thông hoạt động dễ dàng. 1.11 Nguồn nhân lực Tỉnh Hà Tĩnh là một tỉnh còn rất nghèo, dân số đông, cuộc sống nhân dân còn nhiều cơ cực và đặc biệt có các huyện miền núi đông dân cư. Nên việc xây dựng nhà máy sẽ giải quyết phần nào việc làm cho lao động trong khu vực, tạo điều kiện cho nền kinh tế tỉnh nhà ngày càng phát triển. Vị trí cảng Vũng Áng ở huyện Kỳ anh có nguồn nhân lực dồi dào, ngoài ra còn có một lượng lớn lao động từ các nơi khác đến, sẽ giải quyết việc làm tại chỗ cho người dân. Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý nhà máy sẽ tiếp nhận của các trường đại học khu vực miền Trung. 1.12 Thoát nước Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các hợp chất hữu cơ, đây là môi trường thích hợp cho vi sinh vật phát triển, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Vì vậy, nước từ các phân xưởng sản xuất chảy ra sẽ được đưa qua hệ thống xử lý nước thải của nhà máy trước khi ra ngoài.  Kết luận: Qua những phân tích trên đây thì việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn Etylic năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày đặt ở KCN Vũng Áng, huyện Kỳ anh, tỉnh Hà Tĩnh là phù hợp với các yêu cầu của một nhà máy thực phẩm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 2 TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan về nguyên liệu. 2.1.1 Sắn 2.1.1.1 Giới thiệu về 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. Ở nước ta, sắn được trồng ở khắp nơi từ Nam tới Bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát triển của sắn kéo dài, sắn giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình… là những nơi có điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. [6 – trang 36] Hình 2.1 Cây và củ sắn Sắn gồm nhiều giống khác nhau. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá mà phân loại: • Sắn dù: cây thấp (không quá 1,2m), đốt ngắn, thân cây khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá màu hơi trắng, lá xòe như cái ô. Vỏ gỗ nâu sẫm, vỏ cùi và thịt sắn đều trắng. Hàm lượng axit xyanuahydric cao ăn bị ngộ độc, hàm lượng tinh bột cao. • Sắn vàng: khi còn non thân cây màu xanh sẫm, cuống lá màu đỏ, có sọc Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 7 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH nhạt. Củ sắn dài, to, vỏ gỗ màu vàng nâu, vỏ cùi màu trắng, thịt sắn màu vàng nhạt, khi luộc màu vàng rõ rệt hơn, mềm, ít xơ, ít nhựa, ăn dẻo thơm, không gây ngộ độc. • Sắn đỏ: thân cây cao (3m), khi non màu xanh thẫm, đốt dài, cuống và gân lá màu đỏ thẫm. Củ dài, to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày màu hơi đỏ, thịt trắng. • Sắn trắng: thân cây cao, khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá đỏ. Củ ngắn, mập, vỏ gỗ màu xám nhạt, thịt trắng. Khi luộc bở, thơm, ít nhựa. Trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại 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 để ăn tươi mà chỉ để sản xuất bột và sắn lát. Sắn ngọt có hàm lượng axit xyanuahydric thấp, hàm lượng bột cũng thấp hơn, dễ chế biến và sử dụng. 2.1.1.2. Đặc điểm sinh học 1. Thân Thân có chiều cao trung bình 1,5 m; có khi cao 2 – 3m. Đường kính ở gốc thân biến động từ 2 – 6cm. 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): mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, có nhiệm vụ bảo vệ các phần trong thân. • Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ. • Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): cứng, ở giữa có lõi thẳng giúp cây sắn cứng và đứng thẳng được. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 8 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH • Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa thân, chứa nhiều khí và nước. [1 – trang 21] 2. Lá Hình 2.2. Thân sắn và cấu tạo của thân cây sắn 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 – 6cm. Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới có màu xanh nhạt. Cuống lá dài khoảng 9 – 20 cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím tùy giống. 3. Rễ Hình 2.3. Lá sắn 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. 4. Củ Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25 – 200 cm, trung bình khoảng 40 – 50 cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2 – 25 cm, trung bình 5 – 7cm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 9 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Nhìn chung, kích thước và trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất. Cấu tạo của củ sắn bao gồm: • Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi: o 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. o 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,… • 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 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. • Lõi sắn: 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. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 10 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Hình 2.4. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 11 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 2.1.1.3. Thành phần hoá học của củ sắn Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20 – 34%; protein 0,8 – 1,2%; chất béo 0,3 – 0,4%; xenlulose 1 – 3,1%; chất tro 0,54%; polyphenol 0,1 – 0,3% và nước 60 – 74,2%. [3, trang 23] Sắn khô: nước 13,12%; protit 0,205%; gluxit 74,74%; chấtbéo 0,41%; xenlulose 1,11%; tro 1,69%. 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 0,03mg%, còn B 6 chiếm 0,06mg%. 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 C 10H17NO16 gồm hai glucozit linamarin và lotaustralin. Bình thường phazeolunatin không độc nhưng khi thủy phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN gây độc. C10H17NO6 + H2O C6H12O6 + C3H6O + HCN Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và ở vỏ củ. 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… [4 – trang 71] Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu:       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 ion, kim loại phải thỏa yêu cầu sau: • Hàm lượng Clo ≤ 0,5 mg - E / lít • H2SO4≤ 80 mg - E / lít • Hàm lượng Asen ≤ 0,05 mg - E / lít • Hàm lượng Pb ≤ 0,1 mg - E / lít • Hàm lượng F ≤ 3 mg - E / lít Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • • • Hàm lượng Zn ≤ 5 Hàm lượng Cu ≤ 3 NH3: không có 12 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH mg - E / lít mg - E / lít 2.1.3 Nấm men 2.1.3.1 Chọn chủng nấm men Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần đảm bảo các yêu cầu sau:  Có tốc độ phát triển nhanh trên môi trường sản xuất.  Có đặc tính sinh lý, sinh hoá ổn định trong thời gian dài.  Có khả năng chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường. Đặc biệt là các chất sát trùng, độ pH thấp và lên men được ở nhiệt độ tương đối cao.  Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên men lớn, đồng thời nấm men ít bị ức chế bởi các sản phẩm của sự lên men.  Lên men nhiều loại đường như: glucose, fructose, saccharose, maltose…  Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít. Để được chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên phải trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hoá, gây đột biến. Đồng thời để duy trì được lâu dài các đặc tính tốt của chủng nấm men cần phải giữ giống, cấy chuyền cẩn thận. Để sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột người ta sử dụng các loài sau:  Chủng Saccharomyces cerevisiae N012 (tách từ nhà máy lên men bánh mì 1902). Tế bào hình tròn, hình trứng, sinh sản bằng cách nảy chồi ở 25 0C trong một ngày có thể hình thành bào tử (từ 1 – 4 bào tử). Nấm men chủng N012 sinh sản mạnh ở 12 giờ đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên men rất nhanh. Chúng có khả năng lên men glucoza, fructoza, galactoza, cazarona, mantoza và 1/3 rafinoza. Khi lên men có thể tích lũy trong môi trường 13% rượu.  Chủng Saccharomyces cerevisiae N02 (tách ra năm 1889 từ Linder trong một nhà máy rượu). Đây là chủng được ứng dụng trong sản xuất rượu và các ngành sản xuất khác. Tế bào của nó dài, hình trứng, kích thước lớn và sinh sản bằng cách nảy chồi. Ở 25 0C trong 30 giờ nuôi cấy có thể tạo thành Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 13 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH bào tử (thường trong tế bào có 3 bào tử) lên men được các loại đường như chủng 12 nhưng khả năng sinh sản kém hơn. [6, trang 206 – 227]. Hình 2.5. Saccharomyces cerevisiae 2.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm men Saccharomyces cerevisiae N012  Nhiệt độ: nấm men chủng Saccharomyces cerevisiae N012 phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 – 330C. Nhiệt độ tối đa 380C, tối thiểu 50C.  pH: nấm men có thể phát triển trong môi trương có pH = 2 – 8, nhưng thích hợp nhất là 4,5 – 5. Vi khuẩn bắt đầu phát triên ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấm men phát triển. Vì vậy trong lên men rượu để ngăn ngừa hiện tượng nhiễm khuẩn, người ta thực hiện trong giới hạn pH = 3,8 – 4. Tuy nhiên các loài vi khuẩn cũng quen dần với pH thấp, nên còn kết hợp các chất sát trùng.  Nồng độ rượu: thường trong dịch nấm men có chừng 4 – 6% rượu. Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men. Nồng độ rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phụ thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và nguyên liệu chuẩn bị môi trường nuôi cấy.  Sự thông khí và đảo trộn: thông không khí tức là cung cấp oxy cho quá trình hô hấp của nấm men. Việc thông khí và đảo trộn có tác dụng làm cho môi trường luôn ở trạng thái động, tăng cường sự tiếp xúc giữa các tế bào nấm men với môi trường dinh dưỡng, do đó rút ngắn được thời gian nuôi cấy. Thiếu không khí tức là điều kiện yếm khí, làm cho nấm men thực hiện Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH quá trình lên men, nồng độ rượu trong môi trường tăng lên nhanh chóng, có tác dụng kìm hãm sự phát triển của nấm men.  Ngoài các yếu tố trên các chất sát trùng, các muối kim loại, tia cực tím đều ảnh hưởng đến hoạt động sống của nấm men. 2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật. Các chất phụ gia hỗ trợ sản xuất được sử dụng dưới dạng nguyên liệu phụ nhằm giúp điều chỉnh các thông số kỹ thuật đạt đến mức cần thiết hơn, giúp quá trình sản xuất diễn ra thuận lợi hơn. Ở nhà máy ta dùng các phụ gia chủ yếu sau. 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. • Nhóm các chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa,… • Hóa chất sát trùng: 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 Chế phẩm enzym Nhà máy dùng chế phẩm Novo amylaza của Đan Mạch. 2.2 Tổng quan về sản phẩm 2.2.1 Các phương pháp sản xuất etanol 2.2.1.1 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 0C áp suất 70 – 80atm với xúc tác là axit photphoric: H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH 2.2.1.2 Phương pháp lên men Etanol sử dụng trong đồ uống chứa cồn, cũng như phần lớn etanol sử dụng trong công nghiệp, nhiên liệu… được sản xuất theo phương pháp lên men, đây là quá trình chuyển hóa đường thành etanol nhờ nấm men (người ta thường dùng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm khí, phản ứng hóa học tổng quát được viết như sau: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + Q Quá trình nuôi cấy men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết đường người ta lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ etanol. [6 – trang 35]. 2.3 Các cơ chế và biến đổi xảy ra trong quá trình sản xuất cồn 2.3.1 Những biến đổi trong quá trình nấu 2.3.1.1 Sự trương nở và hoà tan tinh bột Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt mà hạt tinh bột hút nước rất nhanh làm cho hạt tinh bột trương nở. Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. 2.3.1.2 Sự biến đổi của xenluloza và hemixenluloza Sự thuỷ phân này xảy ra khi nấu nguyên liệu dưới tác dụng của mixen xitaza và ion H+ tạo ra dextrin, đường pentoza và rất ít hợp chất cao phân tử. 2.3.1.3. Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác Khi nấu, một phần tinh bột bị thuỷ phân dưới tác động của enzyme amylaza có sẵn trong bản thân nguyên liệu. Đường glucoza, fructoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng nhiệt độ cao đường bị thuỷ phân tạo melanoidin và các sản phẩm caramen hoá… gây sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu, protein và chất béo hầu như không bị thay đổi trong khi nấu. [3, trang 36] 2.3.2 Cơ chế và động học của quá trình lên men rượu 2.3.2.1 Cơ chế quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình lên men yếm khí, chuyển hoá đường thành rượu, giải phóng CO2và toả nhiệt. C6H12O6 amylaza 2C2H5OH + 2CO2 + Q Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào nhờ hoạt động của men zymaza chuyển hóa đường thành rượu và CO 2. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 16 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH môi trường bên ngoài qua màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ nào nên khuyếch tán rất nhanh. CO 2 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 và khối lượng CO 2 rất bé so với khối lượng của tế bào nấm men 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. [3, trang 120] 2.3.2.2 Động học quá trình lên men rượu Hình 2.6. Đường cong lên men Qua đường cong ta có thể xác định được các thời kì lên men như sau: • Thời kì 1 kéo dài khoảng 60 giờ sự sinh trưởng của nấm men rất chậm, bởi do sống trong môi trường mới nên đây có thể gọi là giai đoạn thích nghi. Trong giai đoạn này cơ chất sử dụng ít nên sinh tổng hợp ít cồn và CO2. • Thời kì 2 là giai đoạn lên men chính kéo dài trong khoảng thời gian từ 60 ÷ 120 giờ, nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 17 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH dụng nhiều sinh nhiều cồn và CO 2, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh. Cuối giai đoạn này tế bào nấm men già nên lên men chậm lại. Thời kì này có sự biến đổi sâu sắc về thành phần trong môi trường, ảnh hưởng đến kết quả lên men. • Thời kì 3 là giai đoạn lên men phụ biểu hiện đường cong lên men là sự đi xuống tiệm cận trục hoành. Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch ít. [3, trang145] 2.3.3 Nguyên lý chưng cất và tinh chế. 2.3.3.1 Nguyên lý chưng cất Chưng cất là quá trình tách lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau. Hơi của chất lỏng có nhiệt độ nhác nhau, có áp suất riêng phần khác nhau. Hơi của chất lỏng nào có áp suất riêng phần lớn hơn thì chất lỏng đó sôi ở áp suất thấp hơn và dễ bay hơi hơn. Ở áp suất thường nhiệt độ sôi của rượu etylic là 78,3 0C và của nước là 1000C nên rượu dễ bay hơi hơn nước. Vì vậy khi chưng cất hỗn hợp rượu – nước, ở thể hơi chứa nhiều rượu hơn ở thể lỏng. Giấm chín thường bao gồm nhiều hợp chất dễ bay hơi như rượu etylic, ester, aldehyt và alcol cao phân tử. Ngoài các chất kể trên, trong giấm chín còn chứa tinh bột xót, dextrin, protein, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước. [3, trang170] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 18 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Hình 2.7. Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường . Điểm đẳng phí là giao của đường cân bằng với đường chéo Ob. Điểm đẳng phí có nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi. Điểm này ứng với nồng độ sau: 95,57% khối lượng; 97,2% thể tích; 89,41 mol (phân tử) tương ứng nhiệt độ sôi là 78,15 0C. Với phương pháp chưng cất thông thường khó có thể đạt được nồng độ rượu trên 95,57% theo khối lượng. Tuy nhiên quá trình chưng cất còn phụ thuộc vào lượng chất không bay hơi, các tạp chất trong giấm chín. Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường, phần đường cong ở trên đường chéo Ob nồng độ rượu trong thể hơi nhỏ hơn thể lỏng. 2.3.3.2. Nguyên lý tinh chế Mục đích của tinh chế là tách các tạp chất như este, aldehyt, rượu cao phân tử, axit hữu cơ dựa vào nhiệt độ sôi của các tạp chất đó có trong cồn thô. Căn cứ vào nhiệt độ sôi của các tạp chất ta chia làm 3 loại: tạp chất đầu, tạp chất cuối, tạp chất trung gian. 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 có: aldehyt axetic (CH3CHO), axetat metyl (CH3COOCH3). Tạp chất này lấy ra 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, axit hữu cơ phân tử lượng lớn (propylic, izopropylic, izobutylic, amylic). Tuy nhiên đặc tính và hàm lượng của tạp chất trong rượu còn phụ thuộc Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH vào nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất và thiết bị. [3, trang173] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 3.1.1 Chọn quy trình công nghệ. Các phương pháp nấu 3.1.1.1 Nấu gián đoạn:  Đặc điểm:  Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi.  Nấu được tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài.  Ưu điểm:  Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị.  Thao tác vận hành đơn giản.  Dễ vệ sinh và sửa chữa.  Nhược điểm:  Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ.  Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ (caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và nấm men.  Khi dùng acid thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm ăn mòn thiết bị, nếu nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt độ của enzyme amylaza.  Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn. 3.1.1.2 Nấu bán liên tục  Đặc điểm:  Quá trình được tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín (làm việc gián đoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục).  Áp suất và thời gian ít hơn nấu gián đoạn.  Ưu điểm:  Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất      đường tăng hiệu suất lên 7 lít cồn/tấn tinh bột. Dùng được hơi thứ nên giảm được 15 – 30% lượng hơi dùng cho nấu. Năng suất thiết bị tăng so với nấu gián đoạn.  Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích. Nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn.  Khó vệ sinh do nhiều thiết bị và thiết bị nấu chín thêm có cấu tạo phức tạp. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1.1.3 21 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Nấu liên tục  Đặc điểm: quá trình nấu liên tục chia ra làm 3 giai đoạn: nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nấu chín thêm còn gọi là thiết bị tách hơi. Thời gian nấu được rút ngắn.  Ưu điểm:  Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu.  Thời gian nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm tổn thất đường do cháy và tạo melanoidin. Nhờ đó hiệu suất cồn tăng lên 5 lít so với nấu      bán liên tục và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn. Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần. Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục. Dễ cơ khí và tự động hóa. Tốn ít diện tích đặt thiết bị. Năng suất cao cho chất lượng dịch cháo ổn định vì thế cho chất lượng cồn ổn định.  Tốn ít nhân lực do tự động hóa cao.  Nhược điểm:  Yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây d = 3 mm không quá 10 % và lọt rây d = 1 mm phải nhiều hơn 40 %.  Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao.  Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định. 3.1.1.4 Nấu có sử dụng enzyme  Đặc điểm:  Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100 oC.  Sử dụng enzyme α - Amylase chịu nhiệt. Enzyme này thu nhận từ vi khuẩn B.Lichenigermis có pH khoảng 5 – 6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có     thể 90 – 93oC. Tất cả quá trình nấu thực hiện trong 1 nồi nấu.  Ưu điểm: Cấu tạo thiết bị đơn giản dễ chế tạo, không đòi hỏi thiết bị chịu áp lực cao. Dễ thao tác, vận hành, dễ vệ sinh, sửa chữa khi cần. Nhiệt độ, áp suất, thời gian nấu giảm do đó rất ít tổn thất đường, tinh bột vì vậy nâng cao năng suất cồn.  Năng lượng giảm do quá trình nấu thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thấp.  Tránh được hiện tượng lão hóa tinh bột (do amyloza và amylopectin đã được thủy phân thành các dextrin). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 22 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH  Năng suất quá trình chuyển hóa thành đường lên men cao.  Nhược điểm:  Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1mm.  Dễ cơ khí và tự động hóa. .[3 – trang 47 – 61] 3.1.2 Các phương pháp đường hóa Đường hóa dịch cháo có thể tiến hành theo phương pháp liên tục, gián đoạn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là tác nhân đường hóa: • Dùng axit HCl hoặc H2SO4: phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất thu hồi thấp. • Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): một số nước Châu Âu vẫn còn dùng phương pháp này. • Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: đây là phương pháp được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn. • Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc, mấy năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch. 3.1.2.1 Đường hóa liên tục. Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men.  Ưu điểm:  Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa.  Thời gian đường hóa ngắn, tăng được công suất của thiết bị và do đó tiết kiệm được diện tích của nhà xưởng.  Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được        rút ngắn. Dễ cơ khí hóa và tự động hóa, cho phép tăng năng suất lao động. Năng lượng sử dụng giảm do thời gian đường hóa giảm. Giảm được nguy cơ bị nhiễm trùng do dịch đường đi trong hệ thống kín. Chất lượng dịch đường ổn định. Giảm được tổn thất đường khi nấu.  Nhược điểm: Yêu cầu người vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. Yêu cầu các yêu cầu đúng kỹ thuật và ổn định. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 23 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH  Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể. 3.1.2.2 Đường hóa gián đoạn Phương pháp đường hóa gián đoạn được tiến hành trong một thiết bị riêng biệt.  Ưu điểm:  Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo.  Dễ thao tác, vận hành, sửa chữa.  Hoạt độ enzyme ít bị mất do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao.  Nhược điểm:  Không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch tịnh bột      3.1.3 ở 70 0C. Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở và thời gian dài. Khó cơ khí hóa và tự động hóa. Năng suất thấp. Chất lượng dịch đường không ổn định. Dễ bị nhiễm trùng so với phương pháp liên tục. [3 – trang 62, 95 – 104] Các phương pháp lên men. 3.1.3.1 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.  Nếu có sự cố( nhiễm khuẩn, nấm mem kém, tình trạng lên men không bình thường…) thì chỉ xảy ra trong phạm vi của thùng lên men đó, không ảnh hưởng đến thùng lên men khác, xử lý nhẹ nhàng hơn.  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. 3.1.3.2 Lên men bán liên tục.  Đặc điểm: lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạn cuối. Đây là phương pháp cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặc trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết.  Ưu điểm: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 24 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH  Giai đoạn lên men đầu hầu như không có, do đó tăng nhanh quá trình lên men, rút ngắn được quá trình lên men.  Hệ số sử dụng thiết bị được nâng cao do lên men liên tục trong giai đoạn chính.  Tế bào nấm men liên tục phát triển trong giai đoạn lên men chính.  Nhược điểm:  Thao tác phức tạp, yêu cầu theo dõi chặt chẽ.  Các thiết bị lắp đặt phức tạp, yêu cầu kỹ thuật thao tác cao hơn. 3.1.3.3 Lên men liên tục.  Đặc điểm: dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra. Dịch đường phải đi qua nhiều 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 men giống ban đầu cao, chất lượng giấm chín là ổn định.  Nhược điểm:  Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao.  Vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể.  Yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định. [6 – trang 251 – 266] 3.1.4 Phương pháp chưng luyện 3.1.4.1 Chưng luyện gián đoạn.  Ưu điểm:  Đơn giản, dễ thao tác.  Tốn ít thiết bị.  Nhược điểm:  Hiệu suất thu hồi cồn thấp do cồn còn lại trong bã nhiều.  Tốn hơi do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn thô.  Thời gian cất kéo dài. 3.1.4.2 Chưng luyện bán liên tục. Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng luyện gián đoạn nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.1.4.3 25 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chưng luyện liên tục. Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm của chưng cất gián đoạn và đảm bảo hiệu quả kinh tế cao hơn. Chưng luyện liên tục có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Trên các sơ đồ người ta lại chia thành chưng luyện theo hệ thống 1 dòng hoặc 2 dòng. • Sơ đồ 2 tháp gián tiếp 1 dòng: hệ thống này có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao, muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu. • Hệ thống 3 tháp làm việc gián tiếp: hệ thống này cho phép thu nhận 70 – 80% cồn loại I theo TCVN 71, 20 – 30% cồn loại II và 3 – 5% cồn đầu. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định, nhưng lại tốn hơi. Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơi nhưng đòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác. • Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và 1 tháp fusel: hệ thống này khác với các hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn (khoảng 10%) rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel. Chưng luyện theo phương pháp này có ưu điểm là tách dầu triệt để hơn nhưng có nhược điểm là tổn thất rượu etylic • trong dầu. Sơ đồ chưng luyện 4 tháp (thêm một tháp làm sạch): cồn thu được khi qua 3 tháp đầu không được đưa vào tháp làm lạnh mà đi qua tháp làm sạch để tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao. • Ngoài ra, ở một số nước người ta thiết kế hệ thống chưng luyện gồm 5 hoặc 6 tháp. Hệ thống có ưu điểm là tách được nhiều tạp chất và nhận được cồn có chất lượng cao và ổn định hơn. Tuy nhiên, sơ đồ nhiều tháp gây nhiều tốn kém: vật liệu chế tạo thiết bị, tốn hơi, tổn thất rượu nhiều. 3.2 Thuyết minh quy trình công nghệ. Qua phân tích đặc điểm và ưu nhược điểm của những phương pháp trên, để phù hợp với nội dung đề tài, tôi chọn sản xuất rượu theo phương pháp: nấu liên tục, đường hóa liên tục, lên men liên tục, chưng luyện 3 tháp. Nguyên liệu sắn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Làm sạch Nghiền nguyên liệu Nấu sơ bộ (t o = 80 – 850C) Enzyme Termamyl Phun dịch hóa (94 – 960C) Hơi Nấu chín ( 100 – 1050C) Hơi Tách hơi Làm nguội Enzyme amylaza Đường hoá ( 60 – 620C) H2SO4, Na2SiF6 Nấm men phòng thí nghiệm Làm nguội ( 28 – 32 0C) Nấm men sản xuất Lên men ( 30 – 320C) Giấm chín ( 9 – 13%V ) Hơi Tháp thô Bã rượu Làm lạnh cồn thô Hơi Tháp trung gian Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày Cồn đầu SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Cồn đã tách cồn đầu Hơi Làm lạnh cồn đầu Tháp tinh chế Dầu fusel Cồn 960. Làm lạnh 3.2.1 Làm sạch 3.2.1.1 Mục đích: nguyên liệu trước khi đưa vào dây chuyền sản xuất phải được làm sạch để tách tạp chất như đất, đá, kim loại,… nhằm tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Nguyên liệu được làm sạch trong sàng rung, dùng máy khử từ để loại bỏ kim loại. [3 – trang 31] 3.2.1.2 Thực hiện:(phụ lục 1)sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém… Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn rung thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung và được đưa ra ngoài. Phần nguyên liệu có kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ lưới nên được giữ lại trên sàng rung. Cuối sàng rung đặt một nam châm điện để tách bỏ Hình 3.1. Sàng rung kim loại lẫn trong nguyên liệu. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 28 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 3.2.2 Nghiền nguyên liệu 3.2.2.1 Mục đích: phá vỡ cấu trúc màng tế bào tạo điều kiện để giải phóng các hạt tinh bột ra khỏi mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc giữa các hạt tinh bột và nước, giúp cho quá trình trương nở và hòa tan tốt hơn. Do đó rút ngắn thời gian đường hóa, tiết kiệm hơi, nâng cao hiệu suất thu hồi rượu. [3, trang 33] 3.2.2.2 Phương pháp nghiền: dựa vào đặc tính nguyên liệu chọn dùng máy nghiền búa. (Phụ lục 2) 3.2.2.3 Yêu cầu bột sắn sau nghiền:  Bột nghiền càng mịn càng tốt, kích thước đồng đều, tối thiểu phải có 60% bột mịn lọt qua rây có đường kính 1mm và nhỏ hơn 10% nằm trên rây có đường kính 2mm.  Hàm lượng tinh bột: ≥ 63%.  Độ ẩm: ≤ 14%.  Đạt chỉ tiêu chất lượng cảm quan: có màu trắng và mịn, có mùi thơm đặc trưng của sắn. Không lẫn tạp chất, mối mọt. 3.2.3 Nấu bột 3.2.3.1 Mục đích:phá vỡ tế bào tinh bột và chuyển tinh bột của nguyên liệu sang trạng thái hoà tan giúp cho quá trình lên men đạt hiệu quả cao hơn và hiệu suất thu hồi cao hơn. Vì hạt tinh bột có màng bảo vệ tế bào nên men amylaza không thể tác dụng trực tiếp được. Khi nghiền nguyên liệu chỉ một phần tế bào tinh bột bị phá vỡ. Hơn nữa, tinh bột sống không hoà tan trong nước do đó khi đường hoá men amylaza tác dụng rất chậm. [3, trang 36] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 29 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 3.2.3.2 Cách tiến hành: Hình 3.3 Sơ đồ nấu liên tục 2. Gàu tải 11. Bơm 3. Khử kim loại 12. Ống góp hơi chính 4. Phểu chứa 13. Phun dịch hóa 5. Vít tải 14. Nấu chín 6. Van điều chỉnh mức 15. Nấu chín thêm 7. Máy nghiền búa 16. Phao điều chỉnh mức 10. Nấu sơ bộ 17. Thiết bị tách hơi. Sắn được làm sạch tạp chất, khử kim loại ở (3), sau đó qua cân định lượng (4) và nghiền nhỏ bằng máy nghiền búa (7). Sự chuẩn bị và gia nhiệt khối nấu tiến hành trong thiết nấu sơ bộ (10). Hỗn hợp được chuẩn bị trong (10) được chuyển đến bộ phận phun dịch hóa (13) nhờ bơm (11) rồi đi qua thiết bị nấu chín (14), sau đó qua thiết bị nấu chín thêm (15). Điều chỉnh mức khối nấu trong các thiết bị nhờ phao điều chỉnh (16), chuyển khối nấu đến thiết bị tách hơi (17), hơi tách ra dùng để gia nhiệt cho thiết bị nấu sơ bộ. Khối nấu giữ mức quy định ở thiết bị (17) chuyển đến bộ phận làm nguội và đường hóa. Enzyme Termamyl SC có các đặc tính:  Mô tả: chế phẩm Enzyme lỏng, dung môi nước.  Màu sắc, trạng thái: chất lỏng màu nâu. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 30 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH  Mùi, pH, điểm sôi, điểm nóng chảy, nhiệt độ tự bốc cháy, áp suất hơi, tỉ trọng và khả năng hòa tan không liên quan đến sự an toàn.  Bản chất hóa học của thành phần hoạt động: Enzyme protein.  Bản chất hóa học: Alpha – amylase. 3.2.4 Đường hóa 3.2.4.1 Mục đích: chuyển tinh bột thành glucose dưới tác dụng của enzyme amylaza. Sau khi nấu, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng không thể tiến hành lên men được mà phải có quá trình chuyển hóa tinh bột thành đường glucose, gọi là quá trình đường hóa. Công đoạn đường hóa có ý nghĩa quan trọng trong quá trình sản xuất cồn, quyết định lớn đến hiệu suất thu hồi. [3, trang 62] 3.2.4.2 Cách tiến hành: Chọn phương pháp đường hóa liên tục tác nhân đường hóa là chế phẩm enzyme amylaza. Khối nấu từ thùng tách hơi (1) qua van (2) vào bộ phận bốc hơi (3), tại đây có độ chân không khoảng 600 – 610 mmHg, độ chân không tương đương với nhiệt độ bốc hơi khối nấu 62 – 63 0C ; trong ống (4) độ chân không được tạo ra tương đương với trong bộ phận bốc hơi (3). Khối nấu được chuyền theo ống (4). Trong ống tạo ra một hỗn hợp dung dịch nhũ tương hơi và khối nấu. Thể tích hơi trong hỗn hợp vào khoảng 95%. Tốc độ của dung dịch nhũ tương chuyển động trong ống đạt 30 – 40 cm/s. Để loại trừ sự tạo bọt của khối nấu, một phần sản phẩm theo ống (5) trở về thùng đường hóa. Trong bộ phận bốc hơi, xảy ra sự phân tách hơi khối nấu đạt nhiệt độ 62 – 63 0C và theo ống (6) chảy xuống thùng đường hóa (7). Thời gian đường hóa tiến hành trong 5 phút. Để đảo trộn đều dịch đường hóa, có lắp thêm cánh khuấy (8). Hơi cùng một số khí không ngưng đến bơm chân không (9) ; hơi được ngưng tụ bằng nước trong thiết bị (10). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 31 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Hình 3.4 sơ đồ làm nguội chân không, đường hóa liên tục. 1. Thùng tách hơi. 8. Cánh khuấy 2. Van điều chỉnh 9. Bơm chân không 3. Bộ phận bốc hơi 10. Thiết bị ngưng tụ 4. Ống tạo chân không 11. Thùng chứa enzyme 5. Ống dẫn khối nấu ở trạng thái sủi bọt 12. Van định lượng 6. Ống dẫn khối nấu đã đạt nhiệt độ 62 – 62 0C 13. Phao chỉ mức 7. Thùng đường hóa 14. Bơm dịch đường hóa 15. Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống. Enzyme được chứa ở (11) qua bơm định lượng (12) trước khi vào thùng đường hóa. Mức dung dịch trong thùng được điều chỉnh bằng phao (12). Dịch đường hóa được bơm (14) đưa qua bộ phận làm nguội ống lồng ống, và chuyển qua xưởng lên men. 3.2.5 Lên men 3.2.5.1 Mục đích: chuyển đường glucose thành rượu, khí CO 2 dưới tác dụng của nấm men. [6 – trang 215 – 221] 3.2.5.2 Cách tiến hành: 1. Chuẩn bị giống: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ống giống gốc 1000mL 32 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH ống nghiệm 10mL bình 10L bình nuôi 100mL thùng 100L bình cầu thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu. • • Từ ống gốc 10L thực hiện trong phòng thí nghiệm. Từ 10l thực hiện trong phân xưởng sản xuất. Thao tác thực hiện: men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, ta tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10ml. Sau đó nuôi trong tủ ấm, duy trì nhiệt độ 28 – 32 0C và giữ trong thời gian 20 – 24 giờ. Sau thời gian đó thì ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp tục, chuyển sang nuôi cấy ở bình 10l, sau 10 – 12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn. 2. Tiến hành Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính, luôn chứa một lượng lớn tế bào. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giống nấm men cấp 2, thùng lên men chính và các thùng lên men tiếp theo. Thùng nhân giống cấp 1 được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp 2 cũng được đặt cao hơn so với thùng lên men chính. Hình 3.5 Sơ đồ hệ thống lên men Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 33 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính, luôn chứa một lượng lớn tế bào. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở 2 thùng cấp 1 lệch nhau khoảng 3 – 4 giờ. Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầu thì tháo xuống thùng cấp 2. Thùng vừa giải phóng được vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó thanh trùng ở 75 0C rồi axit hoá tới độ chua 1,8 – 2,4g H2SO4/l. Sau đó làm lạnh đến nhiệt độ nhân giống rồi cho 25 – 30% lượng nấm men giống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho lên men đến độ biểu kiến 5 – 6%. Lượng nấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết xuống thùng cấp 2. Sau khi vệ sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác. Ở thùng nhân giống nấm men cấp 2 tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hoá tới độ chua 1 – 1,25g H 2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới độ lên men biểu kiến còn 5 – 6%. Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp 2 vào thùng lên men chính rồi liên tục cho dịch đường vào. Dịch lên men sẽ tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng bên cạnh và đến thùng cuối cùng ta thu được giấm chín. Tổng thời gian lên men là 70 – 72 giờ, nhiệt độ lên men ở thùng lên men chính ( 25 – 27 0C), hai thùng tiếp theo (27 – 300C), các thùng còn lại ( 27 – 280C). [3 – trang 152] 3.2.6 Chưng luyện 3.2.6.1 Mục đích  Chưng cất: là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn thô.  Tinh chế: là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối cùng nhận được cồn tinh chế. [3 – trang 169] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 34 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 3.2.6.2 Cách tiến hành Hình 3.6 Sơ đồ chưng liên tục ba tháp một dòng. 1. Thùng chứa dấm chín. 7. Bình làm lạnh ruột gà. 2. Bình hâm dấm. 8. Tháp trung gian. 3. Bình tách CO2 9. Bình ngưng tụ. 4. Tháp thô. 10. Ngưng tụ hồi lưu 5. Bình chống phụt giấm. 11. Tháp tinh chế. 6. Bình ngưng tụ cồn thô. 12. Bình ngưng tụ hồi lưu. 13. Bình làm lạnh sản phẩm. Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bình hâm giấm (2). Ở đây giấm chín được hâm nóng đến nhiệt độ 70 – 80 0C rồi chảy qua bình tách CO 2 số (3) rồi vào tháp (4). Khí CO 2 và hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài. Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua (7) ra ngoài. Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 – 0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 35 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH phải ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng. Hơi ngưng tụ có nồng độ 0,4 – 0,6% là đạt yêu cầu. Nhiệt độ của tháp thô 103 – 105 0C. Phần lớn rượu thô (90 – 95%) liên tục đi vào tháp trung gian số (8). Tháp này cũng dùng hơi trực tiếp, hơi rượu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 90%, chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra 3 – 5% gọi là cồn đầu. Một phần rượu thô (5 – 10%) ở (6) hồi lưu vào đỉnh tháp trung gian vì chứa nhiều tạp chất. Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp trung gian số (8) liên tục đi vào tháp tinh (11) với nồng độ 35 – 40%V. Tháp tinh chế (11) cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp, hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở (12) rồi hồi lưu lại tháp. Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1,5 – 2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh (8). Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 đến 5 đĩa và được làm lạnh ở (13). Nhiệt độ đáy tháp trung gian duy trì ở nhiệt độ 78 – 79 0C. Nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu 3 – 4 đĩa về phía trên khống chế ở 82 – 83 0C. [ 1 – trang 183] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 36 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Biểu đồ nhập liệu Tháng 1 2 3 4 5 6 7 Nguyên liệu x x x x x x x 8 9 10 x x 11 12 x x Nhà máy làm việc 11 tháng trong năm, tháng 8 ngừng hoạt động để vệ sinh, sửa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác nhằm làm cho quá trình sản xuất được hiệu quả hơn. Trong năm nghỉ các ngày chủ nhật và các ngày lễ lớn. 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết. Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 Số ngày sản xuất 26 28 31 29 30 30 31 0 29 31 30 2 3 Số ca sản xuất 78 84 93 87 90 90 93 0 87 93 90 1 9 3 Tổng số ngày sản xuất: 326 ngày, tổng số ca sản xuất: 978 ca. 4.3 4.3.1 • • • • • • • • Tính cân bằng sản phẩm Các thông số ban đầu Năng suất: 50 tấn nguyên liệu/ngày. Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô. Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%. Nồng độ dịch lên men: 16%. Hiệu suất đường hoá: 98%. Hiệu suất lên men: 98%. Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%. Hiệu suất thu hồi: η = η dh × η lm × η cc = 0,98 × 0,98 × 0,97 = 0,931 = 93,1% • Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 37 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Hao hụt và tổn thất 2.0% 0.5% 1.0% 0.5% 1.0% 0.5% 0.5% 2.0% 0.5% 2.0% 1.0% 1.0% Công đoạn Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi Làm nguội Đường hóa Làm lạnh Lên men Chưng cất Tinh chế Bảng 4.2. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Sắn Độ ẩm 13% Chất khô 87% Tinh bột 73% 4.3.2 Tính toán cân bằng vật chất 4.3.2.1 Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: M = 50000 (kg). Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch: m1 = M × (100 − 2) = 0,98 × M = 49000 100 (kg). Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: mCK 1 = m1 × 87 49000 × 87 = = 42630 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: mTB1 = m1 × 73 49000 × 73 = = 35770 100 100 (kg) Khối lượng ẩm có trong nguyên liệu sau làm sạch: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 38 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH m H 2O (1) = 49000 − 43500 = 5500 (kg). 4.3.2.2 Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 0,5) 0,98 × M × 99,5 = = 0,975 × M = 48755 100 100 (kg). Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mCK 2 = m2 × 87 0,975 × M × 87 = = 0,848 × M = 42400 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mTB 2 = m2 × 73 0,975 × M × 73 = = 0,712 × M = 35600 100 100 (kg). Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: m H 2O ( 2 ) = 0,975 × M − 0,848 × M = 0,127 × M = 6350 (kg). 4.3.2.3 Công đoạn nấu sơ bộ Gọi X là lượng nước tại công đoạn nấu sơ bộ mà ta cần bổ sung để sau khi nấu chín nồng độ chất khô đạt 18%. Khối lượng của dịch cháo trước khi nấu là: m3 ' = (m2 + X ) = (0,975 × M + X ) (kg). Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: mE = mTB 2 0,712 × M = = 7,12 × 10 −4 × M = 35,6 1000 1000 (kg). Trong quá trình nấu sơ bộ ta bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP m E ( 3) = 39 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 30 30 × mE = × 7,12 × 10 − 4 × M = 2,135 × M × 10 −4 = 10,68 100 100 (kg). Do lượng enzyme bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua. Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là: m3 = ( m2 + X ) × (100 − 1) 99 = (0,975 × M + X ) × 100 100 = 0,965 × M + 0,99 × X (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mCK 3 = mCK 2 × (100 − 1) 0,848 × M × 99 = = 0,840 × M = 42000 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mTB 3 = mTB 2 × (100 − 1) 0,712 × M × 99 = = 0,705 × M = 35250 100 100 (kg). Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ: m H 2O ( 3 ) = ( m H 2 O ( 2 ) + X ) × (100 − 1) 99 = (0,127 × M + X ) × 100 100 = 0,126 × M + 0,99 × X (kg). 4.3.2.4 Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: m 4 = m3 × (100 − 0,5) 99,5 = (0,965 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,960 × M + 0,985 × X . Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK 4 = mCK 3 × (100 − 0,5) 0,840 × M × 99,5 = = 0,836 × M = 41800 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh (kg) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP mTB 4 = 40 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH mTB 3 × (100 − 0,5) 0,705 × M × 99,5 = = 0,701 × M = 35050 100 100 (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: m H 2O ( 4 ) = m H 2 O ( 3) × (100 − 0,5) 99,5 = (0,126 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,125 × M + 0,985 × X (kg). 4.3.2.5 Công đoạn nấu chín Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi và lượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào. Vậy khối lượng nước ngưng tụ sau khi nấu: mH 2O ( NT ) = 50 × 2 × m2 = m2 = 0,975 × M = 48750 100 (kg). Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = ( m 4 + m H 2 O ( N ) ) × (100 − 1) 99 = (0,96 × M + 0,985 × X + 0,975 × M ) × 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mCK 5 = mCK 4 × (100 − 1) 0,836 × M × 99 = = 0,828 × M = 41400 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mTB 5 = mTB 4 × (100 − 1) 0,701 × M × 99 = = 0,694 × M = 34700 100 100 (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5) = (m H 2O ( 4 ) + m H 2O ( NT ) ) × (100 − 1) 100 = (0,125 × M + 0,985 × X + 0,975 × M ) × Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày 99 100 SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 41 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH = 1,089 × M + 0,975 × X (kg). Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên ta có: C 00 = mct mCK 5 18 0,828 × M = ⇔ = mdd mCK 5 + m H 2O (5) 100 0,828 × M + 1,089 × M + 0,975 × X ⇒ X = 2,752 × M = 137600 (kg). Thay vào các phương trình ta được: Khối lượng của dịch cháo trước khi nấu là: m3 ' = ( m2 + X ) = (0,975 × 50000 + 137600) = 186355 (kg). Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ: m H 2O ( 3 ) = ( m H 2 O ( 2 ) + X ) × (100 − 1) 99 = (0,127 × M + X ) × 100 100 = 0,126 × M + 0,99 × X = 142524 (kg). Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: m 4 = m3 × (100 − 0,5) 99,5 = (0,965 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,960 × M + 0,985 × X = 183568 ,99 (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: m H 2O ( 4 ) = m H 2 O ( 3) × (100 − 0,5) 99,5 = (0,126 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,125 × M + 0,985 × X = 141786 (kg). m H 2O (5) = 1,089 × M + 0,975 × X = 1,089 × M + 0,975 × 2,752 × M = 3,772 × M = 188610 kg. Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = 1,916 × M + 0,975 × 2,752 × M = 4,599 × M = 229995,803 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (kg). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 42 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 4.3.2.6 Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu sau khi nghiền để hòa nước. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chiếm 30% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín: mH = 30 30 × 2 × m2 = × 2 × 0,975 × M = 0,585 × M = 29250 100 100 (kg). Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: m 6 = m5 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,599 × M × = 4,576 × M = 228845,824 100 100 (kg). Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: mCK 6 = mCK 5 × (100 − 0,5) 0,828 × M × 99,5 = = 0,824 × M = 41200 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB 6 = mTB 5 × (100 − 0,5) 0,694 × M × 99,5 = = 0,691 × M = 34550 100 100 (kg). Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: m H 2O ( 6 ) = m H 2O ( 5 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,772 × M × = 3,753 × M = 187666 ,95 100 100 (kg). 4.3.2.7 Công đoạn làm nguội: Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m7 = m6 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,576 × M × = 4,553 × M = 227701,595 100 100 (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 0,5) 0,824 × M × 99,5 = = 0,82 × M = 41000 100 100 (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP mTB 7 = 43 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH mTB 6 × (100 − 0,5) 0,691 × M × 99,5 = = 0,688 × M = 34400 100 100 (kg). Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,753 × M × = 3,734 × M = 186728,615 100 100 (kg). 4.3.2.8 Công đoạn đường hóa: Trong quá trình đường hóa ta bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme này bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. m E (8) = 70 70 × mE = × 7,12 × 10 − 4 × M = 4,984 × M × 10 − 4 = 24.92 100 100 (kg). Lượng axit H2SO4 300Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa sử dụng cho 100 lít cồn 100%V là 1,5 – 2 kg. Theo lý thuyết 100 kg tinh bột sản xuất được 72 lít cồn 100%V. Nên 100kg tinh bột cần bổ sung 1,08kg H2SO4 300Be. Vậy lượng axit H2SO4 300Be bổ sung cho quá trình nấu chín là: m H 2 SO4 = Gọi Y mTB 7 × 1,08 0,689 × M × 1,08 = = 7,43 × M × 10 −3 = 372,06 100 100 (kg). là lượng nước trong quá trình đường hóa ta cần bổ sung. Lượng enzyme và lượng axit H 2SO4 có khối lượng rất thấp so với khối lượng chất khô của khối nguyên liệu nên ta có thể bỏ qua. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: m8 = (m7 + Y ) × (100 − 2) 98 = (4,553 × M + Y ) × = 4,462 × M + 0,98 × Y 100 100 (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mCK 8 = mCK 7 × (100 − 2,0) 0,82 × M × 98 = = 0,804 × M = 40200 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Ta có: 44 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 162 (1) 180 Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% nên dựa vào phương trình (1) ta có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: m Đuong = mTB 7 × 180 × 98 0,688 × M × 180 × 98 = = 0,749 × M = 37450 162 × 100 162 × 100 (kg). Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: m Đuong(8) = m Đuong × (100 − 2) 100 = 0,749 × M × 98 = 0,734 × M = 36700 100 (kg). Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là: m H 2O (8 ) = ( m H 2O ( 7 ) + Y ) × = 3,659 × M + 0,98 × Y (100 − 2) 98 = (3,734 × M + Y ) × 100 100 (kg) 4.3.2.9 Công đoạn làm lạnh Khối lượng dịch đường sau làm lạnh là: m9 = m8 × (100 − 0,5) 99,5 = ( 4,462 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 = 4,44 × M + 0,975 × Y (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm lạnh là: mCK 9 = mCK 8 × (100 − 0,5) 0,804 × M × 99,5 = = 0,8 × M = 40000 100 100 (kg) Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm lạnh: m Đuong(9 ) = m Đuong(8) × (100 − 0,5) 100 = 0,734 × M × 99,5 = 0,73 × M = 36500 100 (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: m H 2O ( 9 ) = m H 2O ( 8 ) × (100 − 0,5) 99,5 = (3,659 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 45 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH = 3,641× M + 0,975 × Y (kg) Nồng độ chất khô của dịch đường sau đem lên men là 16% nên ta có: C 00 = mct mdd = mCK 9 0,80 × M 16 mCK 9 + m H 2O (9) ⇔ 0,80 × M + 3,641× M + 0,975 × Y = 100 Y = 0,573 × M = 28650 (kg) Thay vào các phương trình, ta có: Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: 251224,563 (kg). Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là: 211071,595 (kg). Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: 210015,688 (kg). mH 2O ( 9) = 3,641× M + 0,975 × Y = 3,641× M + 0,975 × 0,573 × M = 4,2 × M = 210000 (kg) Khối lượng của dịch đường sau làm lạnh: m9 = 4,44 × M + 0,975 × 0,573 × M = 4,999 × M = 249950 (kg) 4.3.2.10 Công đoạn lên men Trong quá trình lên men ta bổ sung một lượng Na 2SiF6 bằng 0,25% so với khối lượng dịch cháo sau đường hóa đem làm lạnh: m Na2 SiF6 = 0,25 × m9 100 = 0,25 × 4,999 × M = 0,012 × M = 600 100 (kg) Na2SiF6 có khối lượng thấp so với chất khô nguyên liệu nên có thể bỏ qua. Lượng chất khô không đường có tỉ lệ rất thấp so với lượng đường trong dịch lên men. Nên thể tích dịch đường lên men với ρđương 16% = 1,0626 ( kg/lít) [10 – trang 58]. m9 VDịchđường= ρ đuong = 4,999 × M = 4,694 × M = 234700 1,065 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (lit). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 46 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Thể tích men giống sử dụng bằng 10% so với thể tích dịch đường đem lên men: 10 × 4,694 × M = 0,469 × M = 23450 100 Vmen giống= (lit). Dịch đường sau khi làm lạnh thì 90%V sẽ được đem đi lên men. Vậy lượng dịch đường đem đi lên men là VDịchlênmen= VDịch đường x 90%= 90 × 4,694 × M = 4,224 × M = 211200 100 (lit). Sau khi nhân giống xong thì dịch nhân giống sẽ được bơm trở lại thùng lên men, vây thể tích của dịch đường đi lên men: V= VDịch đường+ Vmen giống = 4,694 × M = 234700 (lit). Sau khi nhân giống xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường nên nồng độ đường còn lại là: C%= 16 × 90 = 14,4% 100 ρđương 14,4% = 1,056 ( kg/lít) [3 – trang 58] Khối lượng của dịch trước lên men là: m10 = ρ đuong × V = 1,056 × 4,694 × M = 4.956 × M = 247800 (kg) Dựa vào phương trình lên men (2): C 6 H 12O6 → 2 C2 H 5OH + 2 CO2 (2) 180,2 92,1 88 Cứ 100kg đường glucose tạo thành 51,16 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ 0,659 x M (kg) đường với hiệu suất lên men là 98% là: = mcồnkhan 0,73 × M × 51,16 100 × 98 = 0,366 × M = 18673,4 100 (kg). Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 47 0,366 × M × mcồn khan= GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 100 − 2 = 0,359 × M = 18299 ,932 100 Thể tích cồn khan thu được sau lên men với ρ conkhan (kg). = 0,78927( kg/lít) [10 – trang 9]. = Vcồn khan mconkhan 0,359 × M = = 0,454 × M = 23185,896 ρ conkhan 0,78927 (lit). Dựa vào phương trình lên men ta suy ra lượng CO 2 thu được sau lên men: mCO2 = mconkhan × 88 92,1 = 0,359 × M × 88 = 0,343× M = 17485,277 92,1 (kg).  VC = 17485,277 × 22,4 = 8901,596(lit ) 44 Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: m Dam = (m10 − mCO2 ) × 98 100 = (4,956 × M − 0,343 × M ) × 98 = 4,614 × M = 230370,754 100 (kg). mconkhan Độ rượu trong giấm : m Dam = 0,359 = 7,02% 4,614 khối lượng = 8,62%V [3 – trang 248]. Thể tích giấm chín: Vconkhan Vgiấm chín = 8,62 × 100 = 0,454 × M × 100 = 5,177 × M = 268977 ,91 8,62 (lit). 4.3.2.11 Công đoạn chưng cất Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,62%V = 6,9% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: t s = 93,18 0C [3 – trang 272]. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 48 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Trước khi vào tháp, giấm được hâm nóng đến 700C ở thiết bị hâm giấm. Sau đó đưa vào tháp thô để nâng nhiệt độ đến t = 93,18oC. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg Q = 100 × C D × ρ D × (t S − t D ) giấm: Trong đó: 100: Khối lượng giấm vào tháp. × CD = 1,019 – 0,0095 B: Nhiệt dung riêng của giấm (Kcal/kg.độ). B = 7,02 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%). C D = 1,019 − 0,0095 × 6,9% = 1,018 Suy ra: (kcal/kg.độ). Q = 100 × 0,952 × (93,18 − 70) = 2206,736 Nên: (Kcal) Theo đồ thị X – 3, nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x = 6,9 % khối lượng bằng 2,8 % mol. Từ đó theo bảng X – 1 [3 – trang 272] nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là ts = 93,29 oC. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 44,7 % khối lượng bằng 24,032 % mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg giấm là: 100 × x đ y = 100 × 6,9 = 15,436(kg ) 44,7 G = Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = G × β = 15,436 × 1,05 = 16,208(kg ) Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y = (Với β = 1,05: hệ số hơi thừa). 6,9 16,208 = 42,571 (% khối lượng). Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + G T Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 49 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH R – Lượng bã rượu, kg/h. GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Suy ra : 100 + P = R + 14,245  P + 85,755 = R. Bảng 4.3. Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín Vào Ra Thành phần Khối lượng Nhiệt lượng riêng Tính toán nhiệt nhiệt (kg) (KJ/kg) (KJ) Giấm chín Hơi nước Hơi nước Bã rượu Nhiệt làm mát. 100 P 16,208 85,755+P 297 2680 2010 420 100×297=29700 2680P 16,208×2010=325 (85,755+P) 78,188×420 840 Phương trình cân bằng nhiệt: × × 29700+2680 P=32578,188+(85,755+P) 420+ 840  P =17,582(kg) ⇒ R = 103,337 (kg). Ta có 100 kg giấm chín cần 17,582 kg hơi và bã thu được là 103,337 (kg). × Hơi đốt cần cung cấp cho 4,614 M (kg) giấm chín là : = mhơi 4,614 × M × 17,582 = 0,811 × M = 40561,674 100 (kg). × Lượng bã từ 4,614 M kg giấm chín: mbã = 4,614 × M × 103,337 = 4,303 × M = 215147,634 100 (kg). × Hơi trong tháp ứng với 4,614 M kg giấm: G= 4,614 × M × 6,9 = 0,712 × M = 35611,41 44,7 (kg). Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 50 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH GT = G × β = 0,712 × M × 1,05 = 0,748 × M = 37391,98 (kg). Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi tháp thô được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là 37391,98 (kg). Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: = mrượu thô 37391,98 × 99 = 0,741× M = 37018,06 100 (kg). 4.3.2.12. Tinh chế Nếu ta xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì ta có: V D × x = C × xC Với: x – Nồng độ cồn trong giấm chín. x= 8,62 %V × VD – Lượng giấm chín. VD = 4,614 M (lit) xc – Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x= 96%V. C= Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: 4,614 × M × 8,62 = 0,414 × M = 20714,94 96 (lit). Hiệu suất chưng cất – tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: V = 98 98 ×C = × 0,414 × M = 0,406 × M = 20300,64 100 100 (lit). × Ta có lượng cồn khan có trong giấm chín sau lên men là 0,406 M (lit). Lượng cồn khan bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là: VTT (1) = 2 2 × Vconkhan = × 20300,64 = 406,013 100 100 (lit). Tương đương với cồn 96%: VTT = VTT (1) × 100 96 = 406,013 × 100 = 422,93 96 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (lit). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 51 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Nên lượng cồn 96% thu được là: VC (12) = 20300,64 − 422,93 = 19877 ,71 (lit). Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp trung gian bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [5 – trang 200]: VCĐ = 3 × 19877 ,71 = 596,33 100 (lit). Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [2, tr 201] : V fuzel = 3 × 19877 ,71 = 596,33 100 %C = (lit). 20300,64 = 7,55% 268977 ,91 Độ cồn trong giấm chín: 50000 = 2,463 20300,64 Lượng nguyên liệu kg sắn/lít cồn 100% : Bảng 4.4. Bảng tổng kết cân bằng vật chất Nguyên liệu, thành STT 01 02 03 04 phẩm, bán thành phẩm Lượng nguyên liệu Lượng nguyên liệu sau khi làm sạch Lượng nguyên liệu sau khi nghiền Lượng nước cho vào nấu sơ bộ Tính cho 1 Tính cho 1mẻ Tính cho 1h 50000 (kg) 8333,33 (kg) 2083,33 (kg) 49000 (kg) 8166,67 (kg) 2041,67 (kg) 48750 (kg) 8125 (kg) 2031,25 (kg) 137600 (kg) 22933,33 (kg) 5733,33(kg) ngày Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyên liệu, thành STT 05 06 07 phẩm, bán thành phẩm Khối lượng hỗn hợp trước khi nấu Khối lượng dịch cháo sau khi nấu sơ bộ Lượng chế phẩm Enzym amylaza ở 52 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tính cho 1 Tính cho 1mẻ Tính cho 1h 186355 (kg) 31059,17 (kg) 7764,79 (kg) 184491 (kg) 30748,5 (kg) 7687,12(kg) 10,68 (kg) 1,78 (kg) 0,45 (kg) 24,92 (kg) 4,15 (kg) 1,04 (kg) ngày công đoạn nấu Lượng chế phẩm 08 Enzym amylaza ở đường hóa Lượng Na2SiF6 bổ 09 sung trong quá trình 600 (kg) 100 (kg) 25 (kg) 10 lên men Lượng H2S04 300Be Khối lượng dịch cháo 372,06 (kg) 62,01 (kg) 15,5 (kg) 11 thu được sau khi 30589,83 (kg) 7648,71 (kg) 229995 (kg) 38322,5 (kg) 9683,13 (kg) thu được sau khi tách 228845 (kg) 38140,83 (kg) 9535,21 (kg) hơi Khối lượng dịch cháo 227601,59 37933,598 (kg) (kg) 12 13 14 15 16 phun dịch hóa Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội Lượng dịch đường sau công đoạn đường hóa Khối lượng dịch đường sau làm lạnh 183568,99 (kg) 251224,56 (kg) 249968,44 (kg) 41870,76 (kg) 41661,41 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày 9483,4 (kg) 1046769 (kg) 10415,35 (kg) SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Nguyên liệu, thành STT 17 phẩm, bán thành phẩm Thể tích dịch đi lên 18 men Lượng dịch nấm men Khối lượng giấm chín 19 trước chưng cất – tinh chế Lượng cồn 96% thu 20 21 22 23 24 25 26 27 được sau chưng cất 53 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tính cho 1 ngày 234712,15 (lít) 23471,22 (lít) 268977,91 (lít) 19877,71 (lít) và tinh chế Lượng cồn đầu 596,331 (lít) Lượng dầu fusel 596,331 (lít) Rượu trong giấm chín 20300,64 (lít) 215147,63 Lượng bã rượu (kg) Lượng CO2 thu hồi 8901,6 (kg) Độ cồn trong giấm 7,55% chín Lượng nguyên liệu kg 2,46 sắn/lít cồn 100%. Tính cho 1mẻ Tính cho 1h 39118,69 (lít) 9779,67 (lít) 3911,87 (lít) 977,97 (lít) 44829,65 (lít) 11207,41 (lít) 3312,95 (lít) 828,24 (lít) 99,39 (lit) 99,39 (lit) 3383,33 (lít) 24,85 (lit) 24,85 (lit) 845,83 (lít) 35857,94 (kg) 8964,49 (kg) 1483,6 (lít) 370,9 (lít) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 54 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Thiết bị ở phân xưởng nấu và đường hóa 5.1.1 Sàng làm sạch Dựa vào bảng 4.4 ta có lượng sắn cần làm sạch trong một giờ là : N = 50000(kg/ngày) = 2083,33 (kg/h).  Chọn máy làm sạch: (Phụ lục 3) • Năng suất: 5000 kg/h; • Tổng diện tích sàng: 7 m2; • Kích thước: 3450 x 1700 x 3180 mm.  Số lượng (n) máy cần chọn sẽ là: n= Nc N = 2083,33 = 0,416 5000 Nhà máy sử dụng 1 máy làm sạch sắn với thông số kỹ thuật như trên. 5.1.2 Máy nghiền búa Dựa vào bảng 4.4 ta có lượng sắn cần nghiền trong một giờ là: N = 49000 (kg/ngày) = 2041,67 (kg/h).  Chọn máy nghiền búa Model TTP – 5000 có các thông số kỹ thuật : • Năng suất : 5 tấn/h • Kích thước: 2000 × 1050 × 2600 mm. (Phụ lục 4).  Số lượng thiết bị: Số lượng máy nghiền cần là: n = 2041,67 = 0,408 5000 Vậy chọn 1 thiết bị nghiền. 5.1.3 Bunke chứa sắn sau khi nghiền Bunke có kích thước đủ để chứa nguyên liệu sản xuất ca sản xuất. Bunke có dạng hình trụ, đáy hình nón và có góc nghiêng α = 60 0, được chế tạo Dbằng thép, có H2 hệ số chứa đầy φ = 0,85. Thể tích của bunke: VB = VT + VN = m ρ ×ϕ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày H1 60 SVTH. Lê Đình Cảnh h d ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 55 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Trong đó: • V: là thể tích bunke, m3 • VT: là thể tích phần hình trụ, m3; • VN: là thể tích phần hình nón, m3; m: là khối lượng nguyên liệu cần xử lý, kg; ρ • : là khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3. • Thể tích hình nón: VN = Hình 5.3: Bunke chứa 1 D2 d 2 D d 1 2 2 × π × H1 ( + + × ) = × π × H1 ( D + d + D × d ) 3 4 4 2 2 12 VN = 1 × π × tgα × ( D 3 − d 3 ) 24  . π× Thể tích phần hình trụ: VT = Với: H1 = D−d × tgα 2 D2 × H2 4 Chọn đường kính ống, chiều cao của tháo liệu: d = 0,15 m; h = 0,15 m; chiều cao phần trụ: H2 = 1,5D. D= 3 VB + 0, 00076 1, 404 Vậy V = 1,404D3 – 0,00076  (1)  Dựa vào bảng 4.4 ta có lượng sắn sau khi nghiền trong một ca sản xuất (8 giờ) là: N = 48750 (kg/ngày) = 16250 (kg/ca). Khối lượng riêng của sắn là 762 (kg/m3). Thể tích bunke chứa sắn là:VB = 3  D= 16250 762 × 0,85 = 25,089 (m3). VB + 0, 00076 1, 404 = = 2,614 (m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 56 Chiều cao phần đáy nón cụt: = Chiều cao phần thân trụ: H2 = GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH D−d 2,614 − 0,15 × tg 60 0 = × 3 = 2,134 2 2 1,5 × 2,134 = 3,201 (m). (m) Chiều cao của bunke là: H = H1 + H2 + h = 2,134 + 3,201 + 0,15 = 5,486 (m). Vậy ta chọn bunke chứa sắn sau khi nghiền có thông số: D = 2,614 m; H= 5,486 m. 5.1.4 Cân định lượng Dựa vào bảng 4.4 ta có lượng sắn cần cân đem nấu theo giờ: N = 48750 (kg/ngày) = 2031,35 (kg/h) . Chọn cân tự động model AW240với các đặc tính kỹ thuật : Trọng lượng cân tối đa: 12 (tấn/h); Kích thước (d×r×c): 1550×1200×2540 (mm); 2031,35 12000 • Số lượng thiết bị: n = = 0,17 • • Vậy số lượng thiết bị cần cho dây chuyền 1. 5.1.5 Hệ thống nấu liên tục Mixsurin Do theo phương án thiết kế ta là nấu liên tục. Nên ở đây ta chọn hệ thống nấu liên tục là bộ thiết bị nấu Mixsurin gồm có: Một thiết bị phối trộn nằm ngang. Một thiết bị nấu sơ bộ. Một thiết bị phun dịch hóa và bơm. Một nồi nấu chín và ba nồi nấu chín thêm. Một thiết bị điều chỉnh mức khối nấu. Một thiết bị tách hơi. Yêu cầu công nghệ:        Do năng suất của nhà máy là 50000 lít/ngày tương đương với 19877,71 lít cồn/ngày. Nên ở đây ta chọn bộ nấu Mixsurin phù hợp theo năng suất. 5.1.5.1 Thiết bị phối trộn Máy trộn là bình hình trụ nằm ngang 1 với mấy khuấy 2, thiết bị được gia Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 57 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH cố trên van 3. Thiết bị được chia làm 2 buồng bởi vách ngăn 4. Nguyên liệu nghiền được chuyển vào buồng thứ nhất qua miệng lỗ 5 , đồng thời nước cũng đi vào qua đây. Sản phẩm trộn đi ra qua ống dẫn phía trên 6; ống dẫn phía dưới 7 dùng để tháo hỗn hợp nhừ khi máy ngừng hoạt động. Để quan sát bên trong máy trộn có lỗ nhìn 8 và cửa 9. [12 – trang 115 – 116] (Phụ lục 6) Trong thiết bị phối trộn, nguyên liệu nghiền được trộn với nước theo tỉ lệ xác định. Để không bị vón cục, nhiệt độ mẻ trộn không quá 30 – 350C, thời gian mẻ trộn không quá 5 phút. Máy khuấy làm việc với tần suất 45 vòng/phút. Dung tích làm việc chiếm 60% dung tích toàn bộ máy. Bảng 5.1. Thông số thiết bị phối trộn theo công suất nhà máy Thông số Thể tích chung, m3 Thể tích làm việc, m3 Đường kính trong, mm Chiều dài, mm Công suất nhà máy (dal/day) (1dal/ngay = 10lit/ngay) 800 – 1000 1500 2000 0,7 1,0 1,4 0,42 0,63 0,9 850 1000 1200 1200 1300 1500 3000 1,9 1,2 1300 1600 Chọn thiết bị phối trộn với đường kính D = 1200 mm; chiều dài L = 1500mm. 5.1.5.2 Thiết bị nấu sơ bộ Thiết bị nấu sơbộ có cấu tạo giống máy trộn, đó là thùng hình trụ nằm ngang có máy khuấy dải xoắn đi kèm. Tần suất máy khuấy 25 – 30 vòng/phút. Phía dưới máy nấu có được thiết kế ống nối để truyền hơi vào. Hỗn hợp nấu được đưa vào theo phần ống nối phía trên và đi ra theo một trong ba ống nối nằm ở các độ cao khác nhau của đáy thiết bị nhắm mục đích điều chỉnh thời gian lưu lại của hỗn hợp trong máy nấu.Khi nung nóng, nhiệt độ hỗn hợp được nâng lên 80 – 850C, thời gian lưu lại của hỗn hợp trong máy giới hạn từ 10 – 15phút, vì nếu thời gian quá lâu thì hỗn hợp sẽ mất đi độ lưu động và làm hỏng các ống dẫn. [13 – trang 98 – 102] (Phụ lục 7) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 58 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Bảng 5.2. Thông số máy nấu sơ bộ theo công suất nhà máy Thông số Công suất nhà máy (dal/day) ( 1 dal/ngay = 10lit/ngay) 800 – 1000 1500 2000 3000 Thể tích chung, m3 0,7 1,0 1,4 2,0 Thể tích làm việc, m3 0,5 0,75 1,0 1,5 Đường kính trong, mm 800 900 1000 1800 Chiều dài, mm 1400 1500 1800 2000 Theo công suất nhà máy ta chọn 1 thiết bị nấu sơ bộ với thông số đường kính D = 1000 mm; chiều dài L = 1800mm. 5.1.5.3 Thiết bị phun dịch hóa Sau khi nấu sơ bộ hỗn hợp cháo sẽ được bơm đưa vào thiết bị phun dịch hóa. Ở đây thiết bị nâng nhiệt của dịch cháo từ 850C lên 940C. Thông số thiết bị phun dịch hóa: [12 – trang 100] (Phụ lục 8) Chiều cao: 1119 mm; Đường kính hỗn hợp vào: 150 mm; Đường kính hỗn hợp ra: 100 mm; Đường kính thiết bị: 350 mm. • • • • Chọn 1 thiết bị phun dịch hóa. 5.1.5.4 Nồi nấu chín Nồi được thiết kế gồm 2 tầng với nắp và đáy hình tròn. Dọc theo chiều cao tháp phân bố 8 vách nghiêng, và chúng tạo thành 10 buồng. Mỗi vách nghiêng có nếp gấp ở phần dưới. Với cấu tạo như thế khi hơi đi vào từ dưới lên, phía dưới vách nghiêng tạo ra các túi hơi, đảm bảo sự trộn đều hỗn hợp nấu với hơi tại các buồng. Hỗn hợp nấu đi từ trên xuống vào tháp nấu qua ống nối và từ từ di chuyển xuống phía đáy. Khí nóng được bơm liên tục từ dưới lên và nung nóng các buồng tháp. Ở nắp tròn của tháp có các ống nối để liên kết với buồng hơi của tháp nấu nhừ cấp 2. Nhiệt độ trong tháp được điều chỉnh bằng các bộ cảm biến chuyên Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 59 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH biệt. Thể tích có ích của tháp nấu chín được tính bằng 25 phút lưu lại của hỗn hợp. Hỗn hợp nóng từ tháp nấu bậc 1 qua ống dẫn vào tháp nấu nhừ bậc 2. [12 – trang 98 – 102] Thông số thiết bị: [5 – trang 13] (Phụ lục 9) • • Đường kính: 1200 mm; Chiều cao: 7255 mm. Vậy theo yêu cầu công nghệ ta chọn 1 thiết bị với thông số như trên. 5.1.5.5 Nồi nấu chín thêm Nồi nấu chín thêm cấu tạo tháp nấu bao gồm 3 tháp con hình trụ thẳng đướng liên kết liên tiếp với nhau. Để đảm bảo chảy tự do, các ống nối đi ra phía trên được bố trí sao cho ống nối tháp thứ nhất thấp hơn mức khối hỗn hợp ở tháp tiếp theo. Sự chênh lệch mức khối hỗn hợp giữa hai tháp phải nằm trong giới hạn 0,8 – 1,0 m. Thông số thiết bị: [5 – trang 13] (Phụ lục 10) • • Đường kính: 1200 mm; Chiều cao: 6880 mm. Theo yêu cầu công nghệ ta chọn 1 bộ gồm 3 thiết bị, mỗi thiết bị có đường kính D = 1200 mm; chiều cao H = 6880 mm. 5.1.5.6 Phao điều chỉnh mức Sử dụng phao điều chỉnh giữ mức trong nồi nấu chín để sao cho thể tích nấu ở mức 2/3 nồi và 1/3 còn lại là lượng hơi thứ đi nấu các nồi nấu trước. Phao được cấu tạo từ lớp thân vỏ 1 với đáy phía dưới hàn liền và nắp trên tháo lắp được. Mức khối nấu đưa ra sẽ được điều chỉnh nhờ sự giúp đỡ của phao tiêu 4 và xupap điều chỉnh 5 phụ thuộc vào khối lượng hỗn hợp nấu đi vào. Hỗn hợp nguội qua ống nối 6 đi vào buồng tách hơi. Ống thông hơi áp lực 2 dùng để liên kết buồng hơi của thiết bị điều chỉnh mức khối với đường cân bằng chung. Qua ống nối 3 xảy ra giải phóng máy khỏi hỗn hợp còn lại khi máy ngừng hoạt động. [16 – trang 20] Thông số thiết bị: (Phụ lục 11) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • • • • 60 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chiều cao thiết bị: 2060 mm; Đường kính cửa hỗn hợp vào: 150 mm; Đường kính cửa hỗn hợp ra: 100 mm; Đương kính thiết bị: 1200 mm. Chọn 1 thiết bị điều chỉnh mức khối nấu với thông số chiều cao H = 2060 mm; đường kính D = 1200 mm 5.1.5.7 Thiết bị tách hơi Thiết bị tách hơi dùng để tách hỗn hợp nấu nhừ khỏi hơi, đươc tạo ra khi làm nguội. Thiết bị có vỏ hình trụ 1 với đáy và nắp hình nón và các ống nối 3 và 4. Hỗn hợp nguội đi vào qua ống nối 2 vuông góc với thân hình trụ của thiết bị. Khi làm nguội hơi thoát ra đi qua ống nối 3 và được dẫn vào mạng lưới hơi thứ cấp. Hỗn hợp nấu nhừ được gom lại ở phần đáy của thiết bị tách hơi, từ đó chúng qua ống nối 4 và chuyển vào quá trình đường hóa. Mức khối nấu trong thiết bị tách hơi được xác định nhờ lưỡi gà điều tiết 5 liên kết với trục, nằm trong hộp 6. Phía cuối của trục này có gắn kim chỉ mức 7, theo độ chênh lệch của kim chỉ ta sẽ biết được khối lượng hỗn hợp trong thiết bị tách hơi. [12 – trang 121] Thông số kỹ thuật: Thể tích sắn chiếm chỗ trong dịch cháo ở 1 giờ là: VS = mCK 5 0,828 × 50000 = 762 × 24 762 × 24 = 2,264 (m3/h). VN = Thể tích nước chiếm chỗ: 3,772 × 50000 1000 × 24 1000 × 24 = = 7,86 (m3/h). m H 2O ( 5 ) Thể tích nguyên liệu: V = VS+Vnước = 2,264+ 7,86= 10,12 (m3/h). Dịch chiếm 30% thể tích thiết bị, thời gian lưu là 20 phút: Thể tích thực của thiết bị là: VN = 10,12 × 20 × 100 60 × 30 =11,249 (m3) Tính kích thước nồi: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VN = Vtrụ + Vnón = 61 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH π ( D3 − d 3 ) π D2 ×H + × tgα 4 24 Với: h= (1) D−d × tgα 2 ; α = 600 Chọn: • • • H = 1,5D: chiều cao phần trụ; D: đường kính thùng; d = 0,1m: là đường kính ống dịch ra. Thay vào (1) ta tính được D theo công thức sau: D = = = 2 (m). Vậy: H = 1,5D = 1,5 × 2 = 3 (m); Hđáy = 1,667 (m). Chiều cao của đỉnh trên nắp thùng: h1 = 1m. Chiều cao của ống dịch ra là: h2 = 0,1m Vậy tổng chiều cao của nồi là: HNồi = H + hđáy + h1 + h2 = 3 + 1,667 + 1 + 0,1 = 5,767 (m). • • Chiều cao thiết bị H = 5,767 m; Đường kính thiết bị D = 2 m. Chọn 1 thiết bị tách hơi với chiều cao H = 5767 mm; đường kính thiết bị D = 2000 mm. (Phụ lục 12) 5.1.6 Thiết bị làm nguội chân không. Do quá trình nấu là liên tục nên dịch cháo sau khi ra khỏi thiết bị tách hơi có nhiệt độ cao, để hạ nhanh nhiệt độ dịch cháo từ 95 0C xuống còn 620C cho quá trình đường hóa thì ta sử dụng hệ thống làm nguội chân không đường hóa liên tục 1 mức. Nó gồm bộ có 3 thiết bị chính: Thiết bị bốc hơi, thiết bị ngưng tụ chân không Baromet và bơm chân không. 5.1.6.1 Thiết bị bốc hơi chân không Dịch cháo sau khi tách hơi được đưa vào thiết bị bốc hơi, hơi bay lên từ hỗn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 62 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH hợp dịch cháo, sau đó đi vào bình ngưng tụ chân không Baromet. Ngoài ra thiết bị bốc hơi có chức năng như bình chứa cho dịch cháo làm nguội, từ đó chuyển vào thiết bị đường hóa. Phần trên hình trụ 1 có cửa nắp để quan sát và làm sạch thùng. Hỗn hợp đi vào theo ống 2. Hơi bay lên được tách bởi ống nối 3, phía trước nó có lắp thiết bị kính phản xạ 6. Hình nón dưới có ống xả 4, theo đó hỗn hợp nguội đi ra và được chuyện vào thiết bị đường hóa. Đường kính của thiết bị ngưng tụ được chọn theo vận tốc hơi, vận tốc đó phải không lớn hơn 1m/s, để cho các thành phần hỗn hợp không mang theo hơi vào trong thiết bị ngưng. Khi làm lạnh chân không 1 tấn hỗn hợp nấu nhừ từ 1000C xuống 620C thì có 57,6 kg hơi thoát ra với dung tích riêng 7,5 m3/kg. [5 – trang 45] Bảng 5.3. Thông số thiết bị bốc hơi theo năng suất nhà máy Thông số 10000 lít/ngày 1000 15000 lít/ngày 1250 20000 lít/ngày 1500 Độ cao phần hình trụ, mm 1600 1900 2300 Độ cao phần hình nón, mm 500 650 750 Đường kính ống vào, mm 125 150 175 Đường kính ống thoát, mm 200 250 300 Đường kính ống hơi, mm 150 175 200 Đường kính trong, mm Năng suất của nhà máy 19877,71 lít/ngày. Nên ở đây ta chọn 1 thiết bị bốc hơi chân không với năng suất 20000 lít cồn/ngày. (Phụ lục 13) Thông số thiết bị: đường kính thiết bị D = 1500mm, chiều cao H = 3050mm. 5.1.6.2 Bình ngưng chân không Bên trong là vỏ kim loại 1 của bình phân bố các ngăn tháo 2, theo đó nước sẽ chảy từ trên xuống đi từ ống nối 6. Hơi từ thùng hơi đi vào theo ống nối 4 và được trộn với nước chảy theo các ngăn, bị ngưng tụ và cùng với nước chảy ra theo ống 5 vào ống khí áp 6. Không khí và khí ngưng tụ đi qua ống nối 7 đi đến bơm chân không. Nước thải trong bình ngưng đi ra từ phía dưới theo ống khí áp, Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 63 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH ống này đồng thời thực hiện chức năng của van thủy lực. Từ đáy ống khí áp đi vào hộp khí áp 8, từ đó nước tự do chảy vào bình đựng chuyên biệt, từ đó chúng sẽ được dẫn đi sử dụng lại. [12 – trang 133] Độ cao của bình ngưng được xác định bằng thực nghiệm. Thường chúng có độ cao từ 2,5 cho đến 4 m. Độ cao của ống Baromet nối với bình ngưng đạt mức sao cho hệ bình nhưng và ống baromet cao từ 10 – 12 m, đường ống được nối xuống bể chứa phía dưới. Tương ứng với 1 thiết bị buồng bốc ta chọn 1 thiết bị buồng ngưng tụ với thông số thiết bị: đường kính D = 1200 mm; chiều cao H = 2500 mm. (Phụ lục 14) 5.1.6.3 Thùng đường hóa Một trong những chức năng quan trọng của thiết bị đường hóa là trộn đều hỗn hợp nấu nhừ với enzyme, để xảy ra quá trình thủy phân của tinh bột thành đường dưới tác dụng của enzyme. Thực tế chỉ ra rằng sự trộn đều này có thể đạt được trong thời gian 5 – 6 phút, cho nên thể tích làm việc của thiết bị được hóa tính cho 5 phút lưu lại của hỗn hợp trong nó. Mức khối hỗn hợp cho vào thiết bị là 65%. Thiết bị đường hóa cỡ nhỏ, thiết bị có thân hình trụ 1 với phần nón phía dưới và nắp phẳng phía trên. Cửa nắp 10 dùng để quan sát và vệ sinh thiết bị đường hóa từ bên trong, ống xả hỗn hợp 2 liên kết với buồng 9. Khi ở trạng thái dừng, người ta giải phóng buồng khỏi hỗn hợp, khi mở van 6. Enzyme đi vào ống xả qua thiết bị định lượng 5, sự di chuyển của hỗn hợp xảy ra nhờ máy trộn 7. Mức hỗn hợp được duy trì với máy điều tiết tự động, được tạo từ phao 3, cần trượt cho phao 11 và thiết bị định lượng 4. Nước cho quá trình đường hóa được chuẩn bị đi đến máy bơm quá ống dẫn 8 có van. Nước khi rửa và vệ sinh thiết bị được vào theo ống dẫn 12, bên cạnh đó ta cũng dẫn hơi vào trong trường hợp khử trùng thiết bị. [12 – trang 132 – 133] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 64 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Bảng 5.4. Thông số thùng đường hóa theo năng suất nhà máy [12 – trang 133] Kích thước 10000 lít/ngày 1000 15000 lít/ngày 1100 Thể tích làm việc, mm 0,63 0,95 1,25 Đường kính trong, mm 1000 1100 1200 Chiều cao, mm 1200 1500 1600 1,0 1,5 1,9 Thể tích toàn thiết bị, m3 Công suất động cơ khuấy, m3 20000 lít/ngày 2,0 Cũng tương tự như bộ thiết bị làm nguội liên tục ta cũng chọn 1 thiết bị đường hóa chân không liên tục với thông số: đường kính D = 1200 mm; chiều cao H = 1600 mm. (Phụ lục 15). 5.1.7 Thùng chứa chế phẩm amylaza Nhà máy có 1 thiết bị đường hóa nên ta chọn 1 thùng chứa chế phẩm enzyme amylaza. Theo bảng 4.4 ta có khối lượng chế phẩm enzyme dùng trong 1 ca là: mchế phẩm = 35,6 3 =11,867(kg). Thể tích thiết bị với hệ số chứa đầy 0,8: V= 11,867 1065 × 0,8 = 0,0139 (m3). Chọn D = 0,15 m, Góc ở đáy 900, d = 0,01 m. Chiều cao của đáy: Hđáy = D−d 90 × tg (90 − )0 2 2 Thể tích đáy thiết bị: Vđáy = = 0,15 − 0, 01 × tg 450 2 = 0,07 (m). 1 × π × H đáy × ( D 2 + d 2 + D × d ) 12 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 65 = GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 1 × 3,14 × 0,07 × (0,152 + 0, 012 + 0,15 × 0, 01) 12 = 0,00044 (m3) Thể tích thân thiết bị: Vthân = V – Vđáy = 0,0139 – 0,00044 = 0,0134(m3). Chiều cao thân thiết bị: Hthân = 4 × Vthân π × D2 = 4 × 0,0134 3,14 × 0,15 2 = 0,573(m) Chiều cao nắp thiết bị: Hnắp = 0,02 m Chiều cao thiết bị: H = Hthân + Hđáy + Hnắp= 0,663(m). Chọn 1 thùng chứa với đường kính D = 150mm; chiều cao H = 0,663 mm. 5.1.8 Thùng chứa axít Lượng axit cần cung cấp cho các nồi đường hóa: 0,202 (m 3/ngày). Chọn hệ số chứa đầy: 0,85; Thể tích bồn chứa: V= 0,202 = 0,253 0,8 (m3). × Chọn bồn chứa đủ trong 10 ngày nên V=0,253 10 = 2,53 (m3). Chọn kích thước của thùng chứa: • D: Đường kính của thùng (m). • H: Chiều cao phần trụ của thùng, H = (1 ÷ 1,2) D. × × Chọn H= 1,2 D. × • h1: Chiều cao đáy thiết bị (m). Chọn h1 = 0,2 D. • h2: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h2 = 0,1 D. × × × Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 ( H + 1/3h1+1/3h2)=1,0205 D3 ×  D = = 1,353 (m).  H = 1,2 1,353 = 1,624 (m), h1= 0,27 (m), h2 = 0,135 (m). Chiều cao thiết bị: Htb= 1,624 + 0,27+ 0,135= 2,03 (m). Vậy ta chọn bể chứa có đường kính D = 1353 mm; chiều cao H = 2029 mm. 5.1.9 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau đường hóa Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 66 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Thiết bị ống lồng ống gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm nguội đi bên ngoài, ở đây nước trao đổi làm nguội dịch đường từ 60 0C xuống còn 300C và đưa đi lên men. Lượng dịch vào ống trong 1 giờ: N = 10467,69 (kg/h). Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q = m×c×( t1 – t2 ) = 10467,69 × 0,977 × (60 – 30) = 306808 (kcal/h) Trong đó: • • c = 0,977 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu. t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q’ = 10%×Q = 10% × 306808 = 30680,8 (kcal/h). Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 90% × 306808 = 276127,2 (kcal/h). Khối lượng nước làm nguội: Q” = m×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. m= Q" C N × (t1 − t2 ) ρ = 276127,2 1 × (60 − 30) = 9204,24 (kg/h). = 1000 kg/m3. [10 – trang 9] nước Vậy: Vnước = 9204,24 1000 = 9,204 (m3/h). Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F= • • Q" K × ∆t = 276127,2 200 × (60 − 30) Hình 5.15. Làm nguội ống lồng ống = 46,021 (m2). Trong đó: K = 150 – 250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ. [2 – trang 97]. Chiều dài đường ống: L= F π ×d = 46,021 3,14 × 0,1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày = 146,564 (m). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 67 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Trong đó: dt = 0,1m là đường kính ống trong. Chọn chiều dài vòng xoắn dx = 6 m, số vòng xoắn : n= 146,564 6 = 24,43(vòng). Ở đây ta lấy 25 vòng ống có chiều dài vòng xoắn là 6m. Chọn 2 thiết bị làm nguội ống lồng ống. Với n1 = 12 (vòng), n2 = 13 (vòng). Chọn khoảng cách giữa 2 ống là 0,1 m và đường kính ống ngoài là 0,2 m. Chiều cao thiết bị: H1 = 12×0,2 + (12 – 1)×0,1 = 3,5 (m). H2 = 13×0,2 + (13 – 1)×0,1 = 3,8 (m). Vậy nhà máy sử dụng 2 thiết bị trao đổi nhiệt sau khi đường hóa với thông số: H1 = 3,5 m, D1 = 6 m. H2 = 3,5 m, D2 = 6 m. 5.2 Thiết bị ở công đoạn lên men 5.2.1 Số lượng thùng lên men ∑τ Số lượng thùng lên men được xác định: N = n× 24 +1 [6 – trang 272]. Trong đó: n: là số lượng thùng lên men trong 1 ngày, n = 3. ∑τ • : Tổng thời gian cần thiết cho 1 chu kỳ lên men 60 giờ. •  N = 3× 60 24 + 1 = 9 (thùng). Thể tích thùng lên men 5.2.1.1 Thể tích thùng lên men chính: Vlên men = • • • • V 60 × n × ϕ 24 (m3). V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày. n: Số thùng lên men sử dụng, n = 3. φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85. Chọn chu kỳ lên men là 60 giờ. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 68 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Thể tích dịch lên men trong 1 ngày: V = 234712,15 lít = 234,712 (m3). Thể tích thùng lên men là:  Vlên men = 5.2.1.2 234,712 60 × 3 × 0,85 24 = 230,11 (m3). Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men H = (1,2 ÷ 1,5) × D; h1 = (0,15 ÷ 0,3) × D; h2 = (0,1 ÷ 0,1125) × D [6 – trang 272]. Trong đó: • • • • D là đường kính thùng lên men. H là chiều cao phần hình trụ của thùng, chọn H = 1,4×D. h1 là chiều cao đáy thùng, chọn h1 = 0,2×D. h2 là chiều cao nắp thùng, chọn h2 = 0,1×D. Chọn thiết bị có đáy và nắp thùng hình côn. Thể tính được tính: Vlênmen = 0,785 × D2 × (H + 1/3h1 + 1/3h2) = 0,785 × D2 × (1,4×D + 0,3/3×D). Vlênmen = 1,1775 × D3. 3  D= Vậy: 230,11 1,1775 = 5,8 (m). h1 = 0,2 × 4,895 = 1,161 (m). h2 = 0,1 × 4,895 = 0,58 (m). H = 1,3 × 4,895 = 7,544 (m). Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1+ h2 = 7,544 + 1,161 + 0,58 = 9,285 (m). 5.2.2 Thùng gây men cấp I, II 5.2.2.1 Thùng gây men cấp II Chọn số lượng thùng gây men cấp II là 2 : 1 thùng là việc và 1 thùng dự trữ, thùng gây men cấp II có dung tích bằng 30 % thùng lên men chính. VII = 30% × Vlênmen = 0,3×138,066 = 41,42 (m3). Thùng có dạng đáy, nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 69 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH VII = 0,785 × DII2 × (HII + 1/3hII1 + 1/3hII2) = 1,1775 × D3II 3 41,42 1,1775  DII = Suy ra: = 3,277 (m). HII = 4,587 m. hII1 = 0,655 m. hII2 = 0,323 m. Vậy chiều cao thiết bị: Htb = 5,57 (m). 5.2.2.2 Thùng gây men cấp I Chọn số lượng thùng gây men cấp I là 2 thùng. Thùng gây men cấp I có dung tích bằng 30% thùng gây men cấp II. Thùng có dạng hình trụ. Đáy và nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính. VI = 30% × VII = 0,3 × 41,42 = 12,43 (m3). VI = 0,785 × DI2 × (HI + 1/3hI1 + 1/3hI2) = 1,1775 × D3I. 3 12,43 1,1775  DI = HI = 3,071 m. = 2,193 (m). hI1 = 0,439 m. hI2 = 0,219 m. Vậy chiều cao thiết bị là: HItb = 3,729 (m). 5.2.3 Thiết bị hấp thụ cồn trong CO2 [5 – trang 273 – 274] Lượng cồn do CO2 mang theo là 0,5 – 1,2%. Chọn giá trị trung bình là 0,8% ta có lượng cồn bay ra theo CO2 là: × Vc’ = 0,8 20300,64 = 162,41 (lít). Lượng CO2 sinh ra trong một ngày là:17485,277(kg/ngày). Vậy lượng CO2 sinh ra trong 1h là: 17485,277 = 728,55 24 (kg/h). Khối lượng riêng của khí CO2 ở nhiệt độ 260C: ρ1 = 1,81 (kg/m3). Thể tích CO2 sinh ra một giờ: = VCO2 728,55 = 402,52 1,81 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (m3). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 70 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 4 × VCO2 Đường kính của thiết bị: 3600 × π × ω D= Trong đó: • ω : tốc độ chuyển động của khí CO 2 qua tiết diện tự do của thiết bị. Với ω = 0,9m/sec.  D = 0,346 m. 4 × VCO2 Số lượng ống trong phần ngưng tụ: Z = 3600 × π × d 2 × ω1 Trong đó: • d: Đường kính trong của ống, chọn d = 15 mm; ω1 • : Tốc độ chuyển động của khí CO2 trong ống,  Z = 70 (cái). ω1 = 9 m/sec. Các thông số của 1 thiết bị là: • • • Đường kính của thiết bị: 0,38 m; Chiều cao toàn bộ: 4,2 m. Đường kính lỗ sàng: 0,004 m. • • • • Số lượng ống 15mm trong phần ngưng tụ: 70 cái; Tốc độ CO2 qua tiết diện tự do: 0,9 m/sec; Tốc độ CO2 qua lỗ sàng: 9 m/sec; Tốc độ CO2 qua ống: 6 m/sec. φ Số lượng thiết bị cần dùng là: N = 0,346 0,38 = 0,91 Vậy ta chọn 1 thiết bị hấp thụ CO2 với thông số chiều cao H = 4200 mm; đường kính thiết bị D = 380 mm. 5.3 Thiết bị công đoạn chưng cất và tinh chế 5.3.1 Thùng chứa giấm chín Lượng giấm chín trong một ngày là: 268,978 (m 3/ngày) = 11,207(m3/h). Thùng chứa giấm làm bằng thép không gỉ có dạng hình trụ đáy hình côn. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 71 VT = Thể chứa của thùng là: = × Chọn h2 = 1,5 D, d D 8 Chiều cao đáy nồi: h1 = GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 11,207 = 14 0,8 (m3). (m). D−d D−d × tg α = 2 2 Thể tích đáy: 1 D2 + d 2 + D × d Vd = × π × h1 × ( ) 3 4 = π (D − d ) D2 + d 2 + d × D × ×( ) 3 2 4 VT = π × D 2 × Thể tích thân nồi: 12288 × V 4783 × π  D =3  . V = 14 12288 × 14 = 2,26 4783 × 3,14 × Hình 5.13. Thùng chứa giấm chín 4783 × π × D 3 V = VT + Vd V = 12288 , Thể tích nồi: D =3 h2 4 × (m3). (m).  h2 = 1,5 D = 1,5 2,26 = 3,39 (m). d=  =  h1 D 2,26 = = 0,28 8 8 (m). D − d 2,26 − 0,26 = = 2 2 1 (m). Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 = 3,39 + 1 = 4,39(m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 72 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Để chủ động trong quá trình bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống chưng cất liên tục thì lượng dấm chín sau khi lên men ta thiết kế thùng chứa dấm chín có kích thước đủ để chứa theo sản xuất ca sản xuất để chủ động trong khâu kiểm soát chất lượng sau khi lên men. Vì vậy chọn 2 thùng chứa dấm chín có đường kính trụ D = 2,26 (m), chiều cao đoạn trụ h 2 = 3,39 (m), chiều cao đáy h2 = 1 (m), chiều cao thiết bị h = 4,39 (m). 5.3.2 Tháp thô Theo phụ lục 16, ta chọn một tháp thô có các thông số kỹ thuật: 27 đĩa, đường kính 0,77 m, chiều cao 12 m. 5.3.3 Tháp tinh Theo phụ lục 17, ta chọn một tháp tinh có các thông số kỹ thuật: 46 đĩa, D = 0,764 (m), H = 14,7 (m). 5.3.4 Tháp trung gian Theo phụ lục 18 ta chọn một tháp trung gian với các thông số kỹ thuật: 27 đĩa, D = 0,62 (m), H = 9 (m). 5.3.5 Thiết bị tách hơi Lượng dịch cháo đem vào tách hơi trong một giờ: 11207,41 (kg /h). Dịch chiếm 30% thể tích thiết bị. Thời gian dịch lưu trong thiết bị 20 phút. Thể tích thiết bị bằng: V= G ×τ = ρ ×ϕ 20 60 = 7,57 1645 × 0,3 11207,41× (m3). Thiết bị chế tạo bằng thép có dạng hình trụ, đáy nón, góc nghiêngở đáy 450. Chọn × h2 = 1,5 D, d = Chiều cao đáy nồi: h1 = D 8 (m). D−d D−d × tgα = 2 2 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày Hình 5.8. Thiết bị tách hơi SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Thể tích đáy nồi: 73 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 1 D2 + d 2 + D × d Vd = × π × h1 × ( ) 3 4 π (D − d ) D 2 + d 2 + d × D = × ×( 3 2 4 VT = π × D 2 × Thể tích thân nồi: V = VT + Vd V = Thể tích nồi: , h2 4 4783 × π × D 3 12288 D =3 12288 × V 4783 × π  Với V = 7,57m3 D=3 12288 × 7,57 = 1,84 (m) 4783 × π  Suy ra: h1 = h2 = 1,5 × D = 1,5 × 2,54 = 2,75(m) ,d= . D 1,84 = = 0,23 8 8 (m). D − d 1,84 − 0,23 = = 0,8 2 2 (m) Chiều cao phần nắp h3 = 0,6 (m). H = h1 + h2 + h3 = 2,75 + 0,8 + 0,6 = 4,16 Chiều cao thiết bị: (m). Vậy ta chọn một thiết bị tách hơi có đường kính thân nồi D = 1,84(m), chiều cao thiết bị H = 4,16 (m). 5.3.6 Các bộ phận truyền nhiệt 5.3.6.1 Thiết bị hâm giấm Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang, giấm đi trong, hơi rượu nước đi ngoài. Giấm đi vào thiết bị có nhiệt độ 300C, ra thiết bị có nhiệt độ 700C. Nhiệt dung riêng C = 0,951 kcal/kg, hỗn hợp hơi rượu nước đi ra khỏi Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 74 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH giấm có nhiệt độ 93,290C. F= Bề mặt truyền nhiệt thiết bị tính theo công thức: Q K × ∆t , (m2) [11 – trang 3]. • Q: nhiệt trao đổi giữa giấm và hơi rượu nước: × × Q = D C (t2 – t1 ) [11 – trang 11]. • D: lượng giấm vào thiết bị: × D = 11207,41 kg/h. × Q = 11207,41 0,951 (70 – 30) = 426329,9 (kcal/h). • ∆t: iệu số nhiệt độ giữa giấm và hơi rượu – nước: ∆t = t0 – tTB = 93,29 – 70 + 30 2 K= • K : hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: = 43,290C. 1 1 δ 1 + + α 1` λ α 2 [11 – trang 160] o chiều dày ống, chọn loại ống có φ = 40mm, δ = 2,5mm; o α1: hệ số cấp nhiệt từ giấm đến bề mặt ống, α1 = 600 (kcal/m2.h.0C); o α2: hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt: α2 = 2350 (kcal/m2.h.0C); o λ: hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh có λ = 55,8 (w/m.h.0)C = 50 (kcal/m.h.0C). [10 – trang 127]. K= 1 = 466,83 1 0,0025 1 + + 600 50 2350 ; Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP F= 75 426329,9 = 21,1 466,83 × 43,29 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH (m2) Hình 5.20. Thiết bị hâm giấm Phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 13, tổng số ống n = 127, số ống ở vòng ngoài cùng 37 ống, tổng số ống là 130. [11 – trang 48] Bước ống t = 1,2 × d với d = 0,04 m. Đường kính thiết bị. D = t × (b – 1) + 4 × d = 1,2 × d × (b –1) + 4 × d = 1,2 × 0,04 × (13 – 1) + 4 × 0,04 = 0,736 (m). l0 = Chiều dài ống truyền nhiệt: F π × n × d tb Với F = 21,1 (m2), n = 127 ống; dtb = d + δ = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m) l0 = 21,1 = 1,25 3,14 × 127 × 0,0425 (m) Chiều dài của thiết bị (kể cả hai đầu phân phối): L = l0 + 2 × 0,15 = 1,25 + 0,3 = 1,55 (m) Chọn một thiết bị đường kính D = 736 mm, chiều dài L = 1550 mm. Thiết bị ngưng tụ ở tháp tinh 5.3.6.2 Chọn thiết bị ngưng tụ dạng đứng kích thước (D × L) : 0,5 × 0,87 (m) (Phụ lục 21) 5.3.6.3 Thiết bị ngưng tụ cồn thô Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg giấm là 16,208 (kg). Giả sử lượng hơi được ngưng tụ ở thiết bị hâm giấm là 4/5 khối lượng hơi, lượng hơi còn lại tiếp tục dẫn qua thiết bị ngưng tụ và được ngưng hoàn toàn với khối lượng: × 16,208– 16,208 4/5 = 3,242 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 76 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Lượng giấm đi vào tháp thô là: m = 11207,4 1(kg/h) Năng suất giấm vào: G = 11207,41 × 3,242 = 363,3 100 Hình 5.21. Thiết (kg/h) bị ngưng tụ cồn thô 24×1000× G N= ρ Năng suất tính theo lit/ngày: Trong đó: • Năng suất giấm vào: G = 363,3 (kg/h); • Khối lượng riêng của nước ngưng ở nồng độ rượu trong pha lỏng 42,571 % khối lượng có  Π × ρ = 852,973 (kg/m3). × = 24 100 363,4 852 ,973 = 1022,21 (dal/cyr). Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị: F = 0,02 × N = 0,02 × 1022,21 = 20,44 (m2). Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính ống trong d t = 30 mm, đường kính ống ngoài dn = 32 mm, đường kính ống trung bình dtb = 31 mm. Theo V.11 [11 – trang 48]: phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 13, tổng số ống là 127, Bước ống: t = 1,2 × dn; với dn = 0,032 m. Đường kính trong thiết bị:  D = 1,2 × dn × (b – 1) + 4 × dn  D = 1,2 × 0,032 × (13 – 1) + 4 × 0,032 = 0,89 (m) Chiều dài chung thiết bị: l= Ta có: F 20,44 = = 1,65 n × π × d tb 3,14 × 0,031 × 127 (m). Nên: L = 1,65 + 2 × 0,1 = 1,85 (m). Vậy ta chọn 1 thiết bị với chiều dài L = 1850 mm; đường kính D = 890 mm. 5.3.6.4 Thiết bị ngưng tụ ở tháp trung gian Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp trung gian là: 15,215 (kg/100 kg dấm). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 77 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr: ( 1 dal = 10 lit; cyr = 24 h). Π = 24×100× G ρ 15,215 × 268977,92 100 × 24 Với : G = = 1705,21 (kg/h). Nồng độ rượu ở pha lỏng có nồng độ 93,1 % khối lượng, t 0 = 78,34 0C ρN: khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3). ρ 3 N = 747 (kg/m ) Π = 5478,58 (dal/cyr). Π Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt F = 0,02 × . Π F = 0,02 × = 0,016 × 5478,58 = 109,57 (m2). Tính kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị:  = 24 × 100 × 1705,21 747 Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính ống trong d t = 30 mm, đường kính ống ngoài dn = 32 mm, đường kính ống trung bình dtb = 31 mm. Tổng số ống: n = 271 Bước ống: t = 1,2 × Dn Đường kính thiết bị:  D = t × (b – 1) + 4 × DN = 1,12 × Dn × (b – 1) + 4 × Dn  D = 1,2 × 0,032 × (19 – 1) + 4 × 0,032 = 0,82 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt : 109,57 271× 3,14 × 0,032 L0 = = 4,024 (m). Chọn thiết bị ngưng tụ ở tháp trung gian. L = L0 + 2 × 0,1 = 4,023 + 2 × 0,1 = 4,232 (m). 5.3.6.5 Thiết bị làm lạnh dầu fusel, cồn đầu. Lượng dầu fuzel cần làm lạnh: 596,331 lít/ngày = 59,633 dal/cyr = Π . Bề mặt truyền nhiệt thiết bị: F = 0,02 × Π = 0,02× 59,633 = 1,19 (m2). Chọn thiết bị có cấu tạo: đường kính trong d t = 28 mm, đường kính ngoài: dn = 32 mm đường kính trung bình: d tb = 30 mm. Số ống trên đường chéo chính: b = 5, tổng số ống 19, có bước ống t = 1,2 × dn. Đường kính thiết bị là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 78 × GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH × D = t (b – 1) + 4 dn = 1,2 × 0,032 × (5 – 1) + 4 × 0,032 = 0,28(m). Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = F 1,19 = = 0,67 π × n × d tb 3,14 × 19 × 0,03 (m). Chiều dài của thiết bị: L = L0 + 0,1× 2 = 0,87 (m) Vậy ta chọn hai thiết bị làm lạnh: 1 làm lạnh dầu fusel và một làm lạnh cồn đầu có L = 870 mm, D = 280 mm. Làm lạnh cồn thành phẩm 5.3.6.6 Lượng dầu fuzel cần làm lạnh: 19877,71 lít/ngày = 1987,77 dal/cyr = Π . Bề mặt truyền nhiệt thiết bị: F = 0,02 × Π = 0,02× 1987,77 = 39,76 (m2). Chọn thiết bị có cấu tạo: đường kính trong d t = 28 mm, đường kính ngoài: dn = 32 mm đường kính trung bình: d tb = 30 mm. Số ống trên đường chéo chính: b = 17, tổng số ống 271, có bước ống t = 1,2 × dn. Đường kính thiết bị là: × × D = t (b – 1) + 4 dn = 1,2 × 0,032 × (17 – 1) + 4 × 0,032 = 0,742 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = F 39,77 = = 1,557 π × n × d tb 3,14 × 271 × 0,03 (m). Chiều dài của thiết bị: L = L0 + 0,1× 2 = 1,757 (m) Vậy ta chọn thiết bị làm lạnh cồn thành phẩm có L = 1757 mm, D = 742 mm. 5.3.7 5.3.7.1 Các thùng chứa sản phẩm chính và phụ Thùng chứa cồn thành phẩm Lượng cồn thành phẩm là: 19877,71 lít/ngày. Chọn thùng thân hình trụ, đáy hình nón, tỉ lệ các kích thước tương tụ nồi nấu sơ bộ, thùng có hệ số chứa đầy 0,85 nên thể tích thùng là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 79 V= GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 19,878 = 23,39 0,85 D =3 (m3) 12288 × 23,39 = 2,675 4783 × π  h2 = 1,5 × D = 1,5 × 2,675 = 4,012  d= D 2,675 = = 0,334 8 8 h1 = Chiều cao thiết bị: (m). Hình 5.22. Thùng chứa (m), thành phẩm (m). D − d 2,675 − 0,334 = = 1,17 2 2 (m) H = h1 + h2 = 4,014 + 1,17 = 5,182 (m). Vậy ta chọn một thùng chứa cồn có đường kính đoạn trụ D = 2675 mm, chiều cao thiết bị H = 5182 mm. 5.3.7.2 Thùng chứa cồn đầu và thùng chứa dầu Fusel Lượng cồn đầu và dầu fusel thu được trong một ngày đều bằng là: V = 596,331 (lít) = 0,596 (m3). Ta chọn thùng thân trụ, đáy hình côn, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất. V= Thể tích thùng là: 0,596 = 0,701 0,85 (m3) Chọn kích thước của thùng chứa: • D: đường kính của thùng (m); • H: chiều cao phần trụ của thùng, H = (1 – 1,2) D. × × Chọn H = 1,2 D; × • h1: chiều cao đáy thiết bị (m). Chọn h1 = 0,2 D; • h2: chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h2 = 0,1 D. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày × SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 80 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH × × Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 ( H + 1/3h1 + 1/3h2) = 1,0205 D3  D == 0,882 (m)  H = 1,059 m; h1 = 0,176 m; h2 = 0,088 (m) nên: Htb= 1,324(m). Vậy ta chọn 1 thùng chứa cồn đầu và 1 thùng chứa dầu fusel với thông số đường kính D = 882 mm; H = 1324 mm. 5.4 Cơ cấu vận chuyển 5.4.1 Gàu tải vận chuyển sắn đi nghiền. Lượng sắn cần đem đi nghiền: 2041,67 kg/h. Chọn gàu tải có đặc tính kỹ thuật : Năng suất vận chuyển hạt: 3 tấn/h. Chiều rộng gàu: 110 mm. Chiều rộng tấm băng: 125 mm. • • • Công suất động cơ truyền động: Nđc= Q×H 367 × η (Kw) Trong đó: Q: năng suất gàu tải, Q = 3 tấn/h H: chiều cao nâng của gàu tải, H = 6 m η η • : hiệu suất của gàu tải, = 0,7 3× 6 = 0,07 367 × 0,7  Nđc = (Kw). • • 5.4.2 Bơm piston. Tùy theo năng suất mỗi thiết bị ta chọn cho phù hợp. Chọn bơm piston nhãn hiệu Pentax – CM có đặc tính sau: [8] • • • • • • Nhãn hiệu: CM50 – 125B; Năng suất: 36 (m3/h); Công suất: 4,4 kW; Đường kính trong ống vào/ra: 50/65; Kích thước: 525 x 250 x 292 mm; Khối lượng: 47 (kg). Để đảm bảo năng suất nhà máy chọn bơm ly tâm để bơm chất lỏng dạng đặc, nhớt và chứa chất lơ lửng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 81 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 5.4.3 Bơm chân không. Chọn bơm chân không cho quá trình làm nguội khối nấu. Chọn máy bơm chân không cánh quay kính dầu dòng SV200 với các thông số như sau: • • • • Nhãn hiệu: SV200 đơn Giai đoạn mẫu 10927. Tốc độ bơm: 180 (m3/h); Áp suất riêng phần cuối cùng (không khí chấn lưu): 8 x 10 – 2 mbar. Áp suất riêng phần cuối cùng (với khí chấn lưu): 0,7 mbar. 5.4.4 Bơm ly tâm Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu Pentax - CM để bơm lên men, dấm chín, cồn sản phẩm, cồn đầu và dầu fusel với các thông số kỹ thuật sau: • • • • • • Nhãn hiệu: CM50 – 125A; Năng suất: 36 (m3/h); Công suất: 5,7 kW; Đường kính trong ống vào/ra: 40/65; Kích thước: 700 x 322 x 405mm; Khối lượng: 50 (kg). 5.4.5 Bơm chân không vòng nước. Chọn chân không vòng nước nhãn hiệu BHB để hút nước và cồn bị hấp phụ. • • • • • • • • Nhãn hiệu: BHB – 8 [3 – trang 513]. Năng suất: tùy theo áp suất khí quyển. Lưu lượng nước: 50 (lít/phút). Độ chân không cực đại: 95%. Số vòng quay: 720 (vòng/phút). Công suất động cơ điện: 55 kW. Kích thước: 1645 x 680 x 1080mm. Khối lượng: 1028 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 82 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Bảng 5.5. Bảng tổng kết thiết bị STT Tên thiết bị Vật liệu Kích thước (mm) Số DxRxC 3450 x 1700 x 3180 2000 × 1050 × 2600 H = 5486, D = 2614 lượng 01 01 01 01 1 2 3 4 Máy sàng Máy nghiền sắn Bunke chứa sắn Cân định lượng Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 5 6 7 8 9 10 11 12 Gàu tải sắn Thùng hòa trộn Nồi nấu sơ bộ Thiết bị phun dịch hóa Nồi nấu chín Nồi nấu chín thêm Thiết bị điều chỉnh mức Thiết bị tách hơi khối Thép CT3 Thép CT3 Thép KR Thép CT3 Thép KR Thép KR Thép CT3 Thép CT3 1660 1270 2540 H = 6000 L = 1500, D = 1200 L = 1800, D = 1000 H = 1119, D = 350 H = 7255, D = 1200 H = 6880, D = 1200 H = 2060, D = 1200 H = 5767, D = 2000 13 nấu Thiết bị bốc hơi chân Thép CT3 H = 3050, D = 1500 01 14 15 16 17 18 không Bình ngưng chân không Thùng đường hóa Thùng chứa chế phẩm Bồn chứa axit Làm nguội ống lồng ống Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 H = 2500, D = 1200 H = 1600, D = 1200 H = 663, D = 150 H = 2029, D = 1353 H1 = 3500, D = 6000; 01 01 01 01 02 19 20 21 22 23 24 25 26 27 sau đường hóa Thùng lên men Thùng gây men cấp I Thùng gây men cấp II Thiết bị hấp thụ CO2 Thùng chứa dấm chín Thùng hâm dấm Thiết bị tách hơi Tháp thô Thiết bị ngưng tụ cồn Thép CA Inox Inox Thép Inox Inox Inox Inox Inox H2 = 3800; D = 6000; H = 9258, D= 5800 H = 3729, D = 2193 H = 5570, D = 3277 H = 5250, D = 380 H = 4390, D = 2260 L = 1550, D = 736 H = 7567, D = 2000 H = 12000,D = 770 H = 1850, D = 890 09 02 02 01 02 01 01 01 01 28 29 thô Tháp trung gian Thiết bị ngưng tụ tháp Inox Inox H = 9000, D =620 L = 4024, D = 820 01 01 × × 01 01 01 01 01 03 01 01 trung gian Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP STT 83 Tên thiết bị GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Vật liệu Kích thước (mm) Số lượng 01 01 28 29 Tháp tinh Ngưng tụ tháp tinh Inox Inox DxRxC H = 14700, D = 764 L = 2680, D = 1050 30 31 32 33 ngang Ngưng tụ tháp tinh đứng Thùng chứa thành phẩm Thùng chứa cồn đầu Thiết bị ngưng tụ dầu Inox Inox Inox Inox H = 870, D = 500 H = 5182, D = 2675 H = 1324, D = 882 H = 870, D = 280 01 01 01 01 34 35 36 37 38 fusel Thùng chứa dầu fusel Bơm pistong khu nấu Bơm chân không Bơm khu chưng luyện Bơm chân không vòng Inox Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 H = 1324, D = 882 525 x 250 x 292 694 x 250 x 292 700 x 322 x 405 1645 x 680 x 1080 01 13 03 14 01 39 nước Thùng chứa chế phẩm Inox H = 663, D = 150 01 40 41 enzyme Thùng chứa acid Làm lạnh cồn thành Inox Inox D = 1353, H = 2029 H = 1757; H = 742 01 01 phẩm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 84 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 6 TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 6.1 Tính nhiệt và hơi cần cung cấp 6.1.1 Tính nhiệt cho nấu sơ bộ Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ 6.1.1.1 1. Lượng nhiệt đun nóng dịch sắn (từ 400C đến 850C). Q 1 = G1×C1×(t1 – t2). [2 – trang 269] • G1 – lượng nguyên liệu đưa vào 1 bộ nấu trong 1 giờ. ` • G1 = Msắn + Mnước = 2031,25 + 5733,33 = 7764,49 (kg/h). C1 – nhiệt dung riêng của khối nấu. 4186 × (1 − C1 = 4186×(n – x) = • 2031,25 × 0,87 ) 7764,59 = 3231,07 (J/kg.độ). X – nồng độ chất hòa tan phần khối lượng. Q1 = 7764,49 × 3131,07 ×(85 – 40) = 1126325,51 (kJ) = 269082,5 (kcal). 2. Lượng nhiệt giữ khối nấu Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 850C trong khoảng 15 phút cho nồi nấu sơ bộ. Q2 = F×T2× α ×(tbm – tkk). • α – hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra không khí xung quanh; α = 9,3 + 0,085×tbm (W/m2.độ) [11 – trang 41] • tbm – nhiệt độ bề mặt của thiết bị, • • tbm = α  = 9,3 + 0,058 × 55 = 12,49 (W/m2.độ); T2 – thời gian giữ nhiệt, T2 = 15 × 60 = 900 (s); F – diện tích bề mặt trao đổi nhiệt: 85 + 25 = 550 C 2 F = 2 × π × R × H = 2 × 3,14 × 0,9 × 1 = 5,652 (m 2). Q2 = 5,652 × 900 × 12,49 × (55 – 25) = 3812,048 (kJ) = 454,898 (kcal). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 85 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q3 = G3 × C3 × (t2 – t1) [11 – trang 58]. δ G3 = F × × f : khối lượng vỏ thép. o F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, F = 11,304 (m 2). o δ = 0,003 m: dề dày vỏ thép. o f = 7850 (kg/m2): khối lượng riêng của thép. • G3 = 11,304 × 0,003 × 7850 = 266,209 (kg). Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C C3: nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 133 0C là: 0,12 kcal/kg.độ[3 – • trang 163]. Q3 = 266,209 × 0,12 × (133 – 25) = 3450,071 (Kcal). 4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q4 = F × T4 × α × (tbm– tkk) [11 – trang 58]. T4: thời gian nấu sơ bộ: T4 = T1 + T2. o T1: thời gian nâng nhiệt khối nấu từ 40 0C đến 850C, T1=10 phút; o T2: thời gian giữ nhiệt khối nấu ở 850C, T2 = 15 phút;  T4 = 25 (phút) = 1500 (s); 133 + 25 t bm = = 79 0 C 2 • • α = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,882 (W/m2.độ). [14,tr 41] • Q4 = 11,304 × 1500 × 13,882 × (79 – 25) = 12710,692(kJ) = 3033,578 (kcal). 5. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước khi nâng nhiệt Qbh1 = W × r [11 – trang 58]. t= • • 100 + 25 = 62,5 0 C 2 r: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở W: lượng ẩm bốc hơi. W = k × F × (P – P’ × ϕ) × T. o k: hệ số bốc hơi. k = 0,036; o diện tích bốc hơi: D  F = π × R = π ×  bh   2  , r = 576 (Kcal) 2 2 Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 86 S bh Diện tích bốc hơi lớn nhất: GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 1 D2 1 12 = ×π × = × π × = 0,0157 50 4 50 4 Dbh = Đường kính ống thoát hơi: F= 4 × S bh 4 × 0,0157 = = 0,02 π 3,14 (m2). (m). 3,14 × 0,02 2 = 0,000314 4 (m2). P: áp suất hơi bão hòa ở 62,5 C, P = 174,08 mmHg. ϕ: độ ẩm tương đối của không khí, ϕ = 80%. P’: áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh, P’ = 24,55 mmHg. T: thời gian nấu, T = 15 phút = 0,25 giờ.  • • • • 0 W = 0,036×0,000314 ×(174,08 – 24,55 × 0,8)×0,25= 4,36.10-4(kg).  Qbh = 4,36.10-4× 576 = 0,25 (Kcal). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho nồi nấu sơ bộ là: 4 Qh = ∑ Q I + Qbh i =1 6.1.1.2 = 276021,29 (Kcal). Tính chi phí hơi nồi nấu sơ bộ Qh D = i − iKK [11 – trang 31]. Ở t = 1330C thì i = 651,6 (Kcal/kg), iKK = 133,4 (Kcal/kg) [11 – trang 313].  D = 511,67(kg/h). Hơi cung cấp cho nồi nấu sơ bộ một phần lấy từ hơi thứ của nồi nấu chín chiếm khoảng 25%, còn lại là hơi cấp chiếm 75%. Nên lượng hơi cho nồi nấu sơ bộ của 1 bộ nấu liên tục là: × 75% 511,67 = 383,753 (kg/h). 6.1.1.3 Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa Nhiệt cung cấp cho thiết bị phun dịch hóa chủ yếu là nhiệt để nâng nhiệt của dịch cháo từ 850C đến 940C và một phần nhiệt tổn thất ra môi trường . Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 87 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 1. Lượng nhiệt làm đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C. Q1 = G × C × (t1 – t2) [11 – trang 58]. • G: lượng nguyên liệu đem phun dịch hóa: G = 7687,12 (kg/h). • C: nhiệt dung riêng của khối nấu, C = 4186 × (1 – x) = 3233,04(J/kg.độ) Q1 = 7687,12× 3233,04 × (94 – 85) = 223675,059 (kJ) = 53436,63 (Kcal). 2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường chiếm khoảng 20% lượng nhiệt dùng để đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C: Q2 = 20% × Q1 = 0,2 × 53436,63 = 10687,32 (Kcal). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho phun dịch hóa là: Qh = Q1 + Q2 = 10687,32 + 53436,63 = 64123,96 (Kcal). Qh Tính chi phí hơi: D = i − iKK [3 – trang 31]. Ở t = 1330C thì i = 651,6 (Kcal/kg), iKK = 133,4 (Kcal/kg) [11 – trang 313].  D = 123,744 (kg/h). 6.1.2 Tính nhiệt cho nồi nấu chín. (Phụ lục 19) 6.1.3 Tính nhiệt cho nồi nấu chín thêm. (Phụ lục 20) 6.1.4 Tính hơi cho quá trình chưng cất – tinh chế Tháp thô 6.1.4.1 Lượng hơi cần cho tháp thô là: P = 17,582 (kg/100kg giấm). Lượng hơi dùng trong 1 giờ là: 17,582 × 268977 ,91 = 100 × 24 1970,487 (kg/h). Tháp tinh chế 6.1.4.2 Lượng hơi cần cho tháp tinh chế trong 1 ngày: P=10,02 kg/100kg giấm Lượng hơi cần dùng trong một giờ là: 10,02 × 268977 ,91 = 1122,983 100 × 24 (kg/h). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6.1.4.3 88 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tháp trung gian. Lượng hơi cần cho tháp trung gian trong 1 ngày: P=6,21 kg/100kg giấm Lượng hơi cần dùng trong một giờ là: 6,21 × 268977 ,91 = 695,98 100 × 24 (kg/h). Vậy lượng hơi tiêu hao ở quá trình chưng cất – tinh chế trong một giờ là : D2 = 1970,487 + 1122,983 + 695,98 = 3789,45 (kg/h). Lượng hơi cung cấp cho nhà máy trong 1h hoạt động: D = D1 + D2 = 3789,45 + 856,676 = 4646,126 (kg/h). 6.1.5 Tính và chọn lò hơi Lượng hơi thực tế dùng: Dtt = D 4646,126 = = η 0,9 5162,362 (kg/h). Với η =0,9: hệ số tổn thất nhiệt độ, mất mát do bảo ôn đường ống, thiết bị. Chọn lò hơi có năng suất 6 (tấn/h), áp suất 7at. 6.1.6 Tính nhiên liệu 6.1.6.1 Dầu F.O D= Nhiên liệu sử dụng chính cho lò hơi: • • • • Dtt × (ih − in ) Q ×η Q: nhiệt lượng của dầu, Q = 6728,2 (Kcal/kg). Dtt: năng suất hơi . Dtt = 5162,362 (kg/h). η : hiệu suất lò hơi, η = 90%. ih: nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, i h = 657,3 (Kcal/kg) [11 – trang 213]. • in: nhiệt hàm của nước ở áp làm việc, i n = 152,2 (Kcal/kg)[14, tr 214]  D = 430,61 (kg/h). Vậy lượng dầu nhà máy sử dụng trong 1 năm là: ∑ D = 2109,279×24×326 = 3369,095 (tấn/năm). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 6.1.6.2 89 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Xăng Sử dụng cho các loại xe ở nhà máy. Lượng xăng sử dụng: 100 (lít/ngày). Như vậy 1 năm cần: 100 × 326 = 32600 (lít/năm). 6.1.6.3 Dầu D.O Dùng để chạy máy phát dự phòng, lấy trung bình 5 kg/ngày. Lượng dầu sử dụng trong 1 năm: 5 × 326 = 1630 (kg/năm) 6.2 Tính nước 6.2.1 Nước dùng cho phân xưởng nấu 6.2.1.1 Nước dùng để nấu nguyên liệu Theo cân bằng vật chất lượng nước nấu 1 ngày: m1 = 137600 (kg/ngày). V1 = Thể tích nước cần dùng để nấu: 6.2.1.2 m1 137600 = = 137,6 ρn 1000 (m3/ngày). Nước vệ sinh thiết bị nấu V2 = 15% × V1 = 0,15 × 137,6 = 20,64 (m3/ngày). 6.2.1.3 Nước dùng cho phân xưởng nấu V = V1 + V2 = 137,6 + 20,64 = 158,24 (m3/ngày). 6.2.2 Nước dùng cho đường hóa Lượng nước cần dùng trong 1 ngày: m2 = 28650 (kg/ngày). Thể tích nước cần dùng cho đường hóa trong một ngày: V = m 28650 = = 28,65 ρn 1000 (m3/ngày). 6.2.3 Nước dùng thiết bị làm nguội ống lồng ống Trong tính thiết bị thì lượng nước cần làm nguội trong một giờ với thiết bị làm nguội ống lồng ống là: 9,204 (m3/h). 6.2.4 Nước dùng cho phân xưởng lên men 6.2.4.1 Tính nhiệt cho thùng lên men chính Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 90 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 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 kcal nhiệt. [11 – trang 172] Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ : Q= V 234712,15 × 1,13 = × 1,13 = 88408 ,24 3 3 (Kcalo). Nhiệt tổn thất do hơi rượu và CO2 mang ra: lấy 10% so nhiệt lượng sinh ra: Q1 = 10% × Q = 0,1 × 88408,24 = 8840,804 (Kcal). 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), [14 – trang 3]. • F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt. F = π× D × H = 3,14 × 5,8 × 9,258 = 168,607 (m2). k= • k: Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: o 1 1 δ 1 + + α 1 λt α 2 [10, tr 3] α1: Hệ số cấp nhiệt từ thùng lên men đến thành thiết bị. α1 = 699 W/m2.độ. o δ: Chiều dày thành thiết bị, δ = 0,006 (m). o λt : Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị, λt =50 W/m.độ. α 2 = Nu × o α2: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị đến nước dội, λN HT [14 – trang 21]. × × - λN = 52,3 10-2 (Kcalo/m.h.độ) = 60,8 - HT: chiều cao phần thân hình trụ, HT = 9,258 m. 10-2 (W/m.độ). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 91 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Nu: chuẩn số Nuyxen nó đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt Re = phân giới và phụ thuộc vào chuẩn số Raynon: 4 ×V µ [14 – trang 21]. V= G DT + V: mật độ tưới , , (kg/m.s) . + DT: diện tích bề mặt truyền nhiệt thân thiết bị, D T = 168,607 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) [14 – trang 94]. Re = 4 ×V 4×G 4 × 1,5 = = = 39,818 µ µ × DT 0,8937 × 10 −3 × 168,607 Re = 32,082 < 2000. Nuyxen tính: Nu = 0,67 × (Ga2 × Pr3 × Re)1/9 [14 – trang 21] Trong đó: H 3 × ρ 2 × g 9,258 3 × 1000 2 × 9,8 Ga = = = 9,736 × 1015 2 −3 2 µ (0,8937 × 10 ) • Pr = • CP × µ λ o Độ nhớt nước ở 250C, µ = 0,8937 × 10-3 N.s/m2. o λ: hệ số dẫn nhiệt của nước ở 250C, λ = 60,8 × 10-2 W/m.độ. o CP: nhiệt dung riêng của nước ở 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 92 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 0,99892 × 0,8937 × 10 −3 Pr = = 0,00147 60,8 × 10 − 2 Nu = 0,67 × [(9,736 × 1015)2 × (0,00147)3 × 39,818]1/9 = 507,143. Nu × λ N 507,143× 60,8 × 10 −2 α2 = = = 33,306 H 9,258  K= (N/m2.0C). 1 = 31,67 1 0,006 1 + + 699 50 33,306 (W/m2.0C). ∆t = • ∆t – Hiệu số nhiệt độ trung bình, ∆t1 − ∆t 2 ∆t ln 1 ∆t 2 [11 – trang 21]. ∆t1 = T – t1, ∆t2 = T – t2 T = 320C, t1 = 200C, t2 = 300C, ∆t1 = 120C, ∆t2 = 20C, ∆t = 12 − 2 = 5,58 0 C ln 6 Vậy nhiệt lượng do nước dội lấy đi: × Q2 = K × F × ∆t = 31,67 × 168,607 5,58 = 29796,359 (W ) = 25620,257 (Kcalo/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 = 88408,24 – 8840,824 – 25620,257 = 53947,16 (Kcal/h). × × Lượng nước cung cấp cho ống xoắn ruột gà: Q = G C ∆t [11 – trang 58] G= Q3 53947,16 = = 5400,55 C P × ∆t 0,99892 × (30 − 20) (kg/h) Lượng nước cấp cho thùng lên men chính: 5400,55(kg/h). Thể tích nước cần cấp cho thùng lên men chính: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP VC = 6.2.4.2 93 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH mn 5400,55 = = 5,4 ρn 1000 (m3/h) = 129,613 (m3/ngày). Tính nhiệt cho thùng nhân giống  Thùng nhân giống cấp II: Lượng dịch sử dụng cho 1 ngày: 23450 lít Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: × QII = 23450 1,13 = 26498,5 (kcal/h). Thùng nhân giống cấp I: lượng dịch chứa trong thùng bằng 30% so với lượng dịch trong thùng gây men cấp II: 7035 (lít). Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: QI = 7035 × 1,13 = 7949,55 (kcal/h). Lượng nhiệt do CO2 mang đi là 10%, toả ra môi trường xung quanh là 5%. Do đó lượng nhiệt còn lại cần giải phóng ở các thùng này là: × QIC = 7949,55 0,85 = 6757,118 (kcal/h). × QIIC = 26498,5 0,85 = 22523,73 (kcal/h). F= Diện tích truyền nhiệt cho ống xoắn ruột gà: Q k × ∆t Nước cấp cho nhân giống cấp I: mI = Q IC 6757,118 = = 675,712 C n × (t 2 − t1 ) 1 × (30 − 20) VI = Suy ra thể tích nước: m I 675,712 = = 0,676 ρn 1000 (kg/h) (m3/h) Nước cấp cho nhân giống cấp II: m II = QIIC 22523,73 = = 2252,373 C n × (t 2 − t1 ) 1 × (30 − 20) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (kg/h) SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 94 V II = Suy ra thể tích nước: GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH m II 2252,273 = = 2,252 ρn 1000 (m3/h) Lượng nước cấp thùng nhân giống cấp 1: 0,676(m3/h) = 16,224 (m3/ngày) Lượng nước cấp thùng nhân giống cấp 2: 2,252 (m3/h) = 54,048(m3/ngày) Lượng nước cần cho phân xưởng lên men: VLM = VC + VI + VI I = 129,613 + 16,224 + 54,048 = 199,885 (m3/ngày). 6.2.5 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất tinh chế Dựa vào phương trình cân bằng: G × r = Gn × Cn × (t’n – tn) [11 – trang 32]. Hay : • • • • • G × C × (t1 – t2) = Gn × Cn × (t’n – tn). G: Lượng sản phẩm ngưng tụ làm nguội, (kg). C: Nhiệt dung riêng của chất cần làm lạnh ngưng tụ(kcal/kg.độ). t1, t2, tn, t’n: Nhiệt độ đầu và cuối của chất cần làm lạnh và của nước . Gn: Lượng nước dùng làm nguội (kg). Cn: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.độ). Bộ ngưng tụ tháp thô 6.2.5.1 Lượng hơi rượu ra khỏi tháp thô là : mc = 17,582 × 268977 ,91 = 47291,7 100 (kg/ngày)= 1970,487 (kg/h). Lượng hơi rượu cần ngưng tụ: G1 = 1970,487 →r1 = rE Hơi cồn thô có nồng độ 42,571 %V • • • 1 ×5 = 394,098 (kg/h). × × a1 + rn (1 – a1). rE : Ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu, rn : Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước . a1 : Thành phần cồn trong hỗn hợp .  r1 = 314 × × 0,4257 + 540 (1 – 0,4257) = 443,792 (kcal/kg) . t’n = 500C , tn = 200C , Cn = 1 (kcal/kg.độ) G1 × r1 = Gn1 × Cn × (t’n-tn) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Gn1= 95 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH G1 × r1 394,098× 443,792 = = 5829 ,907 C n × (t ' n −t n ) 1 × (50 − 20) (kg/h) = 139,918 (m3/ngày). Bộ ngưng tụ hồi lưu tháp tinh chế 6.2.5.2 Phương trình cân bằng: G3 × r3 = Gn3 × C3 × (t’3 – t3) .[11 – trang 32]. G2: Lượng rượu ra khỏi tháp tinh. • G3 = 23,65 × 268977 ,91 = 63613,28 100 (kg/ngày) Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nồng độ: 94,1% khối lượng. R3 = 228×0,941 + 540×(1– 0,941) = 246,408 (kcal/kg). Gn3 = G3 × r3 63613,28 × 246,408 = C n × (t ' 3 −t 3 ) 1 × (70 − 20) = 313495,4 (kg/ngày) = 313,5 (m 3/ngày). Bộ ngưng tụ hồi lưu tháp trung gian 6.2.5.3 × × × Phương trình cân bằng nhiệt: G2 r2 = Gn2 Cn (t’n – tn). G2: Lượng rượu đi ra đỉnh tháp trung gian có nồng độ 93,1%. × r2 = 228 0,931 + 540 = G2 × (1 – 0,931) = 249,53 (kcal/kg). 15,125 × 268977 ,91 = 40682,91 100 Gn2 = G2 .R2 C 2 (t n′ − t n ) (kg/ngày) = 1695,121 (kg/h). 1695,121 × 249,53 = 14099,34 (50 − 20) = (kg/h) = 587,473 (m3/ngày). Lượng nước cần làm lạnh dầu fusel, cồn đầu 6.2.5.4 Phương trình cân bằng: Gf × × Cf (t2 – t1) = Gn3 × Cn × (t’n – tn) [11 – trang 32]. • • Gf : Lượng dầu fusel. Gf = 596,331 (lít/ngày). t2 = 80 (0C); t1 = 30 (0C); t’n = 70 (0C); tn = 20 (0C). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Gn3= 96 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 596,331 × 0,883 × (80 − 30) = 526,56 70 − 20 (lit/ngày) = 0,527 (m3/ngày) Lượng nước cần ngưng tụ làm lạnh cồn thành phẩm 6.2.5.5 Phương trình cân bằng: GTC × CTC × (t2 – t1) = Gn4 × × Cn (t’n – tn) [11 – trang 32]. • • GTC : Lượng cồn tinh chế. GTC = 19877,71 (lít/ngày). t2 = 78 (0C); t1 = 30 (0C); t’n = 70 (0C); tn = 20 (0C). Gn4= 19877,71 × 0,87 × (78 − 30) = 17293,61 70 − 20 (lit/ngày) = 17,294 (m3/ngày) . 6.2.6 Nước cho lò hơi Lượng hơi dùng cho lò hơi trong 1 ngày: 5162,362 (kg/ngày). Nếu 1 lít nước sẽ tạo ra 1 kg hơi và giả sử tổn thất là 10% thì lượng nước dùng cho 1 ngày: 5162,362 × 24 × 1,1 = 1353360 (kg/ngày) = 1253,36 (m 3/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 97 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 7 TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 7.1 Tổ chức của nhà máy 7.1.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy Giám đốc PGĐ kinh doanh PGĐ kỹ thuật Phòng kinh doanh chính kế PhòngPhòng tài tàiPhòng Phòng hoạch y tế - Phòng bảo vệkỹ thuật Phòng KCSPhòng cơ vụ điện 7.1.2 Tổ chức lao động Nhà máy làm việc 326 ngày/năm. Mỗi ngày làm việc 3 ca: Ca 1: Từ 7h30 – 15h30. Ca 2: Từ 15h30 – 23h30. Ca 3: Từ 23h30 – 7h30 sáng hôm sau. Khối hành chính làm việc 8h/ngày Sáng: Từ 7h30 – 12h. Chiều: Từ 13h – 16h30. 7.1.2.1 Nhân lực lao động gián tiếp Bảng 7.1 Bảng nhân lực lao động trực tiếp Chức vụ Giám đốc Phòng hành chính Phòng kinh doanh Phòng y tế Phòng KCS Nhà vệ sinh Số lượng 1 2 3 2 4 2 Tổng cộng Chức vụ Phó giám đốc Phòng tài vụ Phòng kế hoạch Phòng kỹ thuật Nhà ăn – căn tin Phòng bảo vệ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày Số lượng 2 3 4 4 4 6 37 SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 98 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 7.1.2.2 Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp Bảng 7.2 Nhân lực lao động cho sản xuất trong nhà máy STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Tổng Chức năng Trưởng ca Xử lý số liệu Khu nấu nguyên liệu Khu lên men Khu chưng – luyện Cơ điện Thu hồi CO2 Lò hơi Xử lý nước Kho nguyên liệu Kho thành phẩm Kho nhiên liệu Tổ bơm Tổ lái xe Trạm máy nén Số người 1 3 3 2 3 4 1 2 2 1 1 1 2 2 1 29 Tổng số người 3 9 9 6 9 12 3 6 6 3 3 3 6 6 3 87 Tổng nhân lực lao động nhà máy là: 37 + 87 = 124 người. Số người của cùng 1 ca đông nhất sẽ bằng tổng số người lao động gián tiếp và số người lao động trực tiếp của 1 ca: 37 + 29 = 66 người. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 99 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 7.2 Tính các công trình xây dựng 7.2.1 Khu sản xuất chính Khu sản xuất chính bao gồm 3 khu: khu nấu – đường hóa – nhân giống, khu lên men, khu chưng cất – tinh chế. 7.2.1.1 Khu nấu – đường hoá và nhân giống. Khu này được xây dựng 2 tầng để tận dụng được sự chiếu sáng, thông gió và tận dụng sự tự chảy của nguyên liệu giảm năng lượng cho sự vận chuyển. • Tầng 1: bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 42 × 12 × 7,2 (m). • Tầng 2: bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 42 × 12 × 7,2 (m). Diện tích của khu nấu – đường hóa: 504 (m2). 7.2.1.2 Khu lên men Khu lên men và nấu – đường hóa đặt gần nhau để tiết kiệm đường ống và giảm hao hụt dịch đường. Phân xưởng lên men nhà 2 tầng: • Tầng 1: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 36 x 18 x 7,2(m). • Tầng 2: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 36 x 18 x 7,2(m). Diện tích phân xưởng lên men là: 648 (m2). 7.2.1.3 Khu chưng cất – tinh chế. Khu chưng cất – tinh chế được xây dựng gần khu lên men để tiết kiệm đường ống cũng giống như sự hao hụt giấm chín. Đây là khu chứa thiết bị có chiều cao, tải trọng lớn do đó đòi hỏi xây dựng phải đảm bảo tải trọng. Phân xưởng chưng cất –tinh chế là nhà 3 tầng: • Tầng 1: Kích thước: 18 x 9 x 4,8 m. • Tầng 2: Kích thước: 18 x 9 x 4,8 m. • Tầng 3: Kích thước: 18 x 9 x 4,8 m. • Tầng 4: Kích thước: 18 x 9 x 4,8 m. Diện tích phân xưởng chưng cất và tinh chế là: 162 (m 2). 7.2.2 Phân xưởng cơ điện Phân xưởng này là nơi đặt các thiết bị sửa chữa cơ khí, điện. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 100 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phân xưởng là nhà một tầng kích thước 18 × 9 × 6 (m). Diện tích: 162 m2. 7.2.3 Kho nguyên liệu Đây là nơi dự trữ nguyên liệu sắn để cung cấp cho phân xưởng nấu, lượng nguyên liệu trong kho đủ sản xuất trong 20 ngày. Nguyên liệu được cho vào bao 50 kg, kích thước bao: chiều dài bao 0,8 (m), đường kính bao 0,5 (m). Trong kho các nguyên liệu sếp chồng nhau tạo thành khối. Lượng sắn cần sản xuất trong một ngày: 50000 (kg). Lượng sắn dùng trong 10 ngày là: 50000 × 20 = 1.000.000 (kg) Thể tích một bao nguyên liệu chiếm chỗ: V = h × π × R 2 = 0,8 × 3,14 × 0,25 = 0,157 Thể tích nguyên liệu chiếm chỗ: V1= 1000000 × 0,157 = 3140 50 (m3) (m3) Chọn hệ số chứa đầy của kho là 0,6 thể tích thực nguyên liệu chiếm chổ: VTT = 3140 = 5233,333 0,6 (m3) Kích thước kho: 31 × 24 × 7,2 (m). Diện tích của kho: 720 (m2). 7.2.4 Kho thành phẩm Kho thành phẩm được xây dựng cách nhà sản xuất chính một khoảng thích hợp để đề phòng hoả hoạn xảy ra sẽ không ảnh hưởng đến nhà sản xuất chính. Thùng chứa cồn trong kho có dạng hình trụ, được chế tạo bằng thép. Lượng cồn sản xuất trong một ngày là 19877,71 (lít) = 19,878 (m3). Kho thành phẩm xây dựng có kích thước chứa lượng thành phẩm sản xuất trong 15 ngày: 298,177 m3. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 101 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 2,675 (m), chiều cao thùng 5,182 (m). Thể tích của mỗi thùng là V = π × R2 × h = 3,14 × 1,3382 × 5,182 = 29,13 (m3). Số thùng cần dùng là: 298,777 = 10,257 29,13 . Chọn 11 thùng. Chọn ba dãy thùng chứa song song nhau, mỗi dãy thùng cách nhau 1 (m), trong cùng dãy thùng sắp xếp các thùng gần nhau. Kích thước của kho thành phẩm: 18 × 12 × 7,2 (m), diện tích kho: 216 (m 2) 7.2.5 Phân xưởng lò hơi Phân xưởng lò hơi do dễ cháy nổ nên đặt cuối hướng gió. Phân xưởng này chứa các thiết bị lò hơi và các bộ phận của hệ thống tạo hơi đốt cho nhà máy. Xây dựng phân xưởng kích thước: 12 × 6 × 7,2 (m), diện tích: 72(m 2). 7.2.6 Nhà hành chính  Bao gồm các phòng sau : - Phòng giám đốc: 6×4=24 (m2). - Phòng phó giám đốc: 2×( 6×4)= 48(m2). - Phòng tài vụ: 6 × 4 = 24 (m2) - Phòng tổ chức hành chính: 6×4 =24 (m2) - Phòng kỹ thuật: 6 × 4 = 24 (m2) - Phòng kế hoạch kinh doanh: 6×4=24(m2) - Hội trường: 18 × 6 = 108 (m2) - Phòng y tế: 6 × 4 = 24 (m2) - Phòng KCS: 6×4=24 (m2). Tổng diện tích: 288 (m2)  Xây dựng nhà hai tầng với kích thước: • Tầng 1: (30 × 6 × 4) m. • Tầng 2: (30 × 6× 4) m. 7.2.7 Trạm xử lí nước Dùng để xử lí nước dùng cung cấp cho lò hơi, nấu, lên men, chưng cất, sinh hoạt, vệ sinh thiết bị. Kích thước: 6 × 6 × 6 (m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 102 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Diện tích của trạm nước: 36 (m2). 7.2.8 Tháp nước Dùng để chứa nước đã qua xử lý để cung cấp cho các phân xưởng sản xuất trong nhà máy. Kích thước tháp nước: chiều cao 12 (m), đường kính 4(m). Diện tích đài nước là: 16 (m2). 7.2.9 Nhà vệ sinh, nhà tắm Tính cho 60 % của ca đông nhất: 60 × 67/100 = 41 (người). Xây dựng nhà tắm và vệ sinh riêng cho khu nam và nữ, nhà máy có tỉ lệ nam khoảng 50%, tỉ lệ nữ khoảng 50%. Số phòng tắm tính trung bình: 7 (người/phòng). Vậy cần xây dựng 6 phòng, trong đó có 3 phòng nam và 3 phòng nữ. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Phòng WC tương tự là 6 phòng. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Diện tích của các phòng tắm là: 18 (m2). Diện tích của các phòng vệ sinh là: 18 (m 2). Diện tích toàn khu vệ sinh – tắm: 54 (m2). 7.2.10 Nhà ăn, căntin Tính cho 2/3 số lượng công nhân của ca đông nhất: 2 × 67 = 45 3 người Diện tích cho mỗi người là 2,25 (m 2), diện tích nhà ăn: 45 × 2,25 = 102 (m2). Kích thước nhà ăn: 12 × 9 × 4 (m), diện tích của nhà ăn, căn tin: 108 (m 2) 7.2.11 Nhà chứa máy phát điện dự phòng Để đảm bảo cho nhà máy sản xuất liên tục khi điện mất đột ngột, nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng. Kích thước: 6 × 6 × 4 (m). Diện tích: 36 (m2). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 103 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 7.2.12 Trạm biến áp Trạm biên áp để hạ thế đường cao áp xuống lưới điện nhà máy sử dụng. Trạm nằm ở góc nhà máy nơi ít người qua lại. × × Kích thước trạm: 4 4 6(m). Diện tích: 16(m2). 7.2.13 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 bao gồm: • 01 xe lãnh đạo nhà máy. • 03 xe đưa đón công nhân. • 05 xe chở hàng. Kích thước gara: 24 × 6 × 6 m. Diện tích Gara ôtô: 144 (m2). 7.2.14 Nhà để xe Tính 80 % công nhân ở ca đông nhất: 67 (người). 1 m2 cho 1 xe máy nên diện tích là: 67 (m2). Kích thước là: 12 × 6 × 3 (m). Diện tích của nhà để xe : 72 (m2). 7.2.15 Phòng thường trực và bảo vệ Phòng xây dựng gần cổng ra vào nhà máy. Gồm 2 phòng, 1 phòng ở cổng trước và 1 phòng ở cổng sau. Kích thước mỗi phòng: 4 × 4 × 4 (m). Diện tích 2 phòng: 32 (m2). 7.2.16 Khu xử lý bã và nước thải Kích thước khu xử lý bã: 24 × 6 (m). Diện tích: 144 (m2) Khu xử lý nước thải : 12 × 6 (m). Diện tích : 72 (m2). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 104 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 7.2.17 Kho nhiên liệu Dùng để chứa dầu đốt cho lò hơi, xăng xe và máy phát dự phòng. Kích thước: 12 × 6 × 5 (m). Diện tích kho nhiên liệu: 72 (m2). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 105 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 7.2.18 Trạm bơm Kích thước của trạm bơm: 6 × 6 × 4 (m). Diện tích trạm bơm: 36 (m2). 7.2.19 Trạm máy nén và thu hồi CO2 Kích thước: 30 × 18 × 6 (m). Diện tích trạm máy nén và thu hồi CO 2: 540 (m2). 7.2.20 Bàn cân nguyên liệu Kích thước : 6 x 3 (m). Diện tích : 18 (m2). Bảng 7.3. Bảng tổng kết các công trình STT Tên công trình Kích thước (m) Diện tích (m2) 1 Khu nấu - đường hóa 48 × 12 × 17,4 504 2 Khu chưng cất – tinh chế 18 × 9 × 22,2 162 3 Phân xưởng cơ điện 18 × 9 × 6 162 4 Khu lên men 36 × 18 × 17,4 648 5 Kho nguyên liệu 40 × 18 × 7,2 720 6 Kho thành phẩm 18 × 12 × 7,2 216 7 Phân xưởng lò hơi 12 × 6 × 7,2 72 8 Nhà hành chính 30 × 6 × 8 180 9 Trạm xử lý nước 6×6×6 36 10 Tháp nước H = 12 , D = 4 16 11 Nhà vệ sinh – nhà tắm 9×6×3 54 12 Nhà ăn – căn tin 12 × 9 × 4 108 13 Trạm biến áp 4×4×6 16 14 Trạm bơm 6×6×4 36 15 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 6×6×6 36 16 Gara ôtô 24 × 6 × 6 144 17 Nhà để xe máy 12 × 6 × 4 72 18 Phòng thường trực bảo vệ 2 × (4 × 4 × 4) 32 19 Kho nhiên liệu 12 × 6 × 5 72 20 Khu xử lý bã 12 × 6 × 6 144 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP STT 106 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tên công trình Kích thước (m) Diện tích (m2) 21 Xử lý nước thải 12 × 24 × 6 288 22 Trạm máy nén, lạnh và thu hồi CO2 30 × 18 × 6 540 23 Bàn cân nguyên liệu 6×3 18 Tổng cộng 4276 7.3 Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy 7.3.1 Khu đất mở rộng Trong thực tế do năng suất của nhà máy chưa phải là lớn nên việc quy hoạch từ ban đầu để có một khu đất mở rộng là hết sức cần thiết. Diện tích khu đất mở rộng: Fmr = 75% × 1314 = 985,5 (m2). Ta có kích thước của khu đất mở rộng là: 51 × 22 (m). 7.3.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy FKD = FXD K XD [9 – trang 44]. FKD: Diện tích khu đất. FXD: Diện tích xây dựng công trình. FXD = 4276 (m2). KXD: Hệ số xây dựng. Nhà máy thực phẩm KXD = 30 – 50%. Chọn Kxd = 35%. FKD = 4276 = 12217,14 0,35 (m2). Diện tích khu đất: 90 x 135 (m). 7.3.3 Tính hệ số sử dụng KSD = FSD FKD [9 – trang 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 + Fkè, rãnh + FXD. Trong đó: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 107 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH • FCX: Diện tích trồng cây xanh: FCX = 0,35 × FXD = 1496,6 (m2). • FGT: Diện tích giao thông: FGT = 0,4 × FXD = 1710,4 (m2). • Fhè, rãnh: Diện tích kè rãnh: Fhè, rãnh = 0,3×FXD = 1282,8 (m2).  FSD = 1496,6 + 1710,4 + 1282,8 + 4276 = 8225,8 (m2). KSD = FSD 8225,8 = = 0,72 FKD 12217,14 Vậy Kxd = 35%, KSD = 0,72. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 108 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 8 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM Kiểm tra chất lượng sản phẩm là vấn đề hàng đầu của ngành công nghệ thực phẩm và của các ngành công nghiệp khác. Nói chung kiểm tra sản xuất nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm. Trên cơ sở kiểm tra sản xuất ta có thể đánh giá được tình hình sản xuất của nhà máy và đề ra biện pháp, kế hoạch hợp lý. 8.1 Kiểm tra nguyên liệu 8.1.1 Xác định độ ẩm Nguyên tắc : sấy mẫu đến khối lượng không đổi W= a-b ×100% a -c • a: khối lượng hộp nhôm cộng khối lượng nguyên liệu trước khi sấy, • • g. b: khối lượng hộp nhôm chứa nguyên liệu sau sấy, g. c: khối lượng hộp nhôm khô không chứa nguyên liệu, g. 8.1.2 Xác định hàm lượng tinh bột Phương pháp : Bertrand Nguyên tắc : trong môi trường kiềm, các đường khử dễ dàng khử đồng (II) oxit thành đồng (I) oxit, kết tủa có màu đỏ gạch. Cân khoảng 2g trên cân phân tích sau đó chuyển toàn bộ vào bình tam giác có dung tích 250ml, cho vào 100ml HCl 2%. Tiến hành đun cách thuỷ trong 2 giờ. Sau 2 giờ thuỷ phân toàn bộ lượng tinh bột đã biến thành glucoza, làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi thêm 4÷5 giọt metyl da cam. Dùng NaOH 10% để trung hoà axit tới đổi màu rồi chuyển toàn bộ dịch vào bình định mức 250ml, tráng bình thêm nước cất cho đến 250ml rồi lọc. Hàm lượng tinh bột được xác định: TB = • a × 250 × 100 × 0,9% b×m [3 – trang 215] a: số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua Kali K 3Fe(CN)6; Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 109 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH • b: số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân; • m: số gam bột sắn ở mẫu thí nghiệm; • 0,9: hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. 8.1.3 Xác định hàm lượng protein thô và nitơ hoà tan trong nguyên liệu Xác định hàm lượng protein thường được theo phương pháp Kjeldal: Đun nóng các chất hữu cơ trong axit sunfurit đậm đặc, trong điều kiện đun nóng H2SO4 sẽ phân ly thành SO3 và hơi nước. Tiếp theo SO3 tách thành SO2 và O2, O2 vừa giải phóng sẽ oxy hoá các chất hữu cơ để tạo thành CO 2 và H2O, còn NH3 sẽ kết hợp với H2SO4 tạo ra (NH4)HSO4 bền trong môi trường axit, phương trình phản ứng: 2H2SO4  2SO3 +H2O  2SO2 +O2 +H2O Oxy sẽ oxy hoá gluxit, chất béo thành CO 2 + H2O còn axit amin sẽ tạo ra SO 2, CO2 và NH3. NH3 bay ra khi cất sẽ được thu vào bình chứa H 2SO4. Từ đây suy ra lượng nitơ chứa trong mẫu thí nghiệm, sau đó nhân với 6,25 ta thu được protein thô. Tiến hành: lấy 1÷2 gam bột sao cho lượng nitơ trong mẫu khoảng 15÷40 mg. Cân chính xác mẫu thí nghiệm trên cân phân tích trong ống nghiệm sau đó cho vào bình Kjeldal, cân lại ống nghiệm để biết lượng bột của mẫu. Tiếp theo cho vào bình 20ml H2SO4 đậm đặc (d=1,84), 0,5g CuSO4 và 1g K2SO4 lắc nhẹ 5÷7 phút. Đặt bình lên bếp để trong tủ hút khí độc. Đun nhẹ lửa lúc ban đầu để tránh trào bọt, thỉnh thoảng nhỏ vài giọt cồn. Đun kéo dài cho đến khi xuất hiện màu xanh của CuSO4 trong hỗn hợp khoảng 4÷5 giờ. Đun xong, để nguội và chuyển toàn bộ vào bình cầu rồi tiến hành chưng cất. Dùng bình thu dịch chưng cất cho vào chính xác 25ml H2SO4 hoặc HCl 0,1N. Thêm 10÷15 ml nước cất và 3 giọt metyl da cam. Bình cầu chứa dịch cần chưng cất cần thêm vào 15ml NaOH 40% và tiến hành chưng cất. Thời gian chưng cất 30÷60 phút, thử nước ngưng với giấy quỳ nếu không có phản ứng xem như chưng cất kết thúc. Dung dịch chưng được chuẩn bằng NaOH 0,1N để suy ra lượng axit đã tác dụng với NH3. Hàm lượng Nitơ tính theo công thức: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 110 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH ( a − b ) × 0,0014 % m Trong đó: • a: số ml H2SO4 0,1N cho vào bình dung dịch chưng. • b: số ml NaOH 0,1N định phân lượng axit dư. • 0,0014: hàm lượng nitơ tương ứng với dung dịch H 2SO4 0,1N. • m: lượng bột sắn. 8.2 Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hoá tinh bột Xác định hoạt độ đường hoá chung theo Linơ. Thực hiện: Xác định 20ml dung dịch ferixyanua kali 1% tương đương bao nhiêu mg đường. Dùng ống hút lấy 20ml K 3Fe(CN)6 1% cho vào bình tam giác 250ml, sau đó thêm 5ml KOH 2,5N và 2÷3 giọt xanh metylen, 3÷4 ml dịch đường 0,5% tinh khiết. Lắc đều và đun sôi 2÷3 phút. Dùng ống hút nhỏ dung dịch đường vào dung dịch đang sôi cho đến mất màu xanh metylen. Làm thí nghiệm 2÷3 lần lấy kết quả trung bình. Hút 20ml dung dịch tinh bột 2% cho vào bình tam giác 100ml, sau đó đun cách thuỷ bình ở nhiệt độ 300C, sau 15÷20 phút cho vào bình 2ml dung dịch enzyme. Lắc đều tính thời gian, sau 30 phút giữ ở 30 0C ta lấy bình tam giác ra và nhúng vào dung dịch đang sôi để vô hoạt enzyme, đảm bảo thời gian thuỷ phân đúng 30 phút, làm nguội đến nhiệt độ phòng và dung dịch này dùng để chuẩn 20ml dung dịch ferixyanua. Lấy 20ml dung dịch ferixyanua vào bình tam giác 250ml, cộng thêm 5ml KOH 2,5N và 2÷3 giọt xanh metylen đem đun sôi rồi dùng dung dịch đó chuẩn lượng tinh bột đã thuỷ phân tới mất màu xanh. Làm thí nghiệm khác tương tự nhưng dung dịch chuẩn là dung dịch enzyme. Giả sử dịch thuỷ phân chuẩn hết là a ml, dịch enzyme chuẩn hết là b ml. Hệ số Linơ: Li = 100 100 − × 0,1 b a Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 111 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 0,1: tỉ số pha loãng dịch enzyme trong thí nghiệm. 8.3 Kiểm tra dịch đường hoá và giấm chín sau lên men 8.3.1 Độ rượu trong giấm chín Sau khi lên men trước hết ta cần kiểm tra nồng độ rượu trong giấm chín, ngoài ra ta còn phải kiểm tra rượu sót ở đáy tháp thô và tháp tinh. Muốn xác định ta phải chưng cất để tách rượu ra khỏi các chất hoà tan. Lấy 100ml dung dịch lọc giấm chín có nhiệt độ khoảng 20 0C cho vào bình định mức 100ml, rót dịch giấm vào bình rồi tráng bằng 100ml nước cất rồi đổ vào bình cất. Tiến hành chưng cất cho đến khi dịch cất được 97÷98 ml thì ngừng và đặt bình đựng dung dịch cất được vào nồi điều nhiệt và giữ ở 20 0C. Sau 10÷15 phút thêm nước cất đến 100ml, đậy kín và chuẩn bị đo nồng độ rượu. Để kiểm tra rượu sót, sau khi thu được dịch cất ta đem xác định rượu theo phương pháp hoá học và dựa trên cơ sở phản ứng: 3C2H5OH + 2 K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CH3COOH +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O Lượng bicromat kali dư được xác định theo phương trình phản ứng: K2Cr2O7 + 6KI +7H2SO4 = 3I2 +4K2SO4 +2Cr2(SO4)3+ 7H2O I2 giải phóng ra được định phân bằng phươnh trình: Na2S2O3: Na2S2O3+ I2 = 2 NaI + Na2S2O6 Tiến hành: Lấy 20ml dung dịch bicromat kali cho vào bình cầu 500ml cho thêm 5ml H2SO4, tiếp tục cho vào 10ml dung dịch rượu đã pha loãng đến 0,3÷0,6% hay 20ml dịch cất từ bã rươu hay nước thải, lắc đều và để phản ứng 15 phút. Cân khoảng 1÷2 gam KI hoà với 1 ít nước rồi cho vào bình phản ứng, lắc đều và để vào chổ tối. Sau khoảng 10 phút thêm vào 100ml cất rồi định phân I 2 vừa được tạo thành bằng dung dịch Na 2S2O3 0,1N với chỉ thị là dung dịch tinh bột 0,5% cho đến khi xuất hiện màu xanh da trời (màu của Cr 2(SO4)3). Song song với mẫu thí nghiệm ta làm với mẫu trắng thay rượu bằng nước cất. căn cứ vào hiệu số giữa lượng Na 2S2O3 mẫu thí nghiệm và mẫu trắng ta suy ra lượng rượu chứa trong mẫu thí nghiệm và % rượu sót: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 112 ( A − A0 ) × 1,15 20 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH × 100 (mg/100ml) [3 – trang 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. 8.3.2 Đường và tinh bột sót trong giấm chín Xác định hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp dùng antron: ( C6H4COCH2C6H4). Cơ sở phương pháp: Trong dung dịch axit sunfurit đậm đặc antrim sẽ phản ứng với gluxit lên men và tạo chất màu xanh da trời. Tiến hành: Cân 2 mẫu giấm chín, mỗi mẫu 20g trong cốc khô đã biết trướckhối lượng. Lấy 1 mẫu cho vào bình định mức 250ml, tráng sạch bằng nước cất rồi rót vào bình, mẫu này dùng xác định đường chưa lên men còn mẫu thứ 2 xác định tổng lượng tinh bột sót. Ở mẫu thứ nhất ta cho vào bình 2ml dung dịch ZnSO4 30% và giữ 2 ÷3 phút để kết tủa protein. Sau đó cho dung dịch K 3Fe(CN)6 15% rồi thêm nước cất tới nút bình và đem lọc vào cốc khô, dịch lọc ban đầu còn đục bỏ đi, dịch trong để phân tích. Dùng ống hút 10ml dung dịch antron. Tiếp theo cho vào ống 1÷5ml nước cất, mẫu kiểm nghiệm khác cho 5ml dịch đường loãng. Dậy nút, lắc đều và cho vào nước đang sôi sao cho ½ phút thì sôi trở lại và giữ thêm 5÷6 phút nữa, lấy ống nghiệm ra nhúng ngay vào nước lạnh. Mẫu thứ 2 dùng xác định cả tinh bột và đường, cần chuyển tinh bột sang trạng thái hoà tan. Ta chuyển 28g giấm vào bình định mức 250ml rồi cho thêm 80ml dung dịch H2SO4 0,5% để rửa và tráng cốc. Đặt bình vào nước đang sôi và giữ khoảng 15 phút, sau đó làm nguội, thêm nước cất đủ 250ml và đem lọc trong. Dung dịch đem pha loãng và tiến hành phản ứng với antrim như trên. Sau đó đo mật độ quang D3 và D4. Tổng lượng tinh bột và đường trong giấm được xác định: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 113 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 18,9 × ( D3 − D4 ) × n (%) 1000 [3 – trang 245] 8.3.3 Xác định nồng độ chất hoà tan của dịch đường và giấm chín Trong dịch đường hoá chứa một lượng chất hoà tan chủ yếu là tinh bột hoà tan, dextrin, đường có gốc glucoza khác nhau. Ngoài ra còn chứa protein, khoáng. Các chất này mang tên chung là chất khô của dịch đường và đo bằng đường kế ở nhiệt độ 200C. Đường hoá xong ta đem lọc dịch đường rồi lấy dịch trong cho vào ống đong để đo. Nồng độ chất hoà tan sau khi lên men còn gọi là độ lên men hay đường sót cũng được đo bằng đường kế ở điều kiện 20 0C. 8.4 Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 8.4.1 Nồmg độ rượu Đo độ rượu bằng rượu kế. 8.4.2 Hàm lượng axit và este trong cồn Dùng ống hút cho 100ml cồn pha loãng tới 50% vào bình tam giác 250ml. Nối với hệ thống làm lạnh ngược, đun sôi 15 phút để tách CO 2. Tiếp theo làm lạnh đến nhiệt độ phòng, cho 3÷4 giọt phenolftalein, dùng dung dịch NaOH 0,5N chuẩn đến xuất hiện màu hồng nhạt. Hàm lượng axit tính theo công thức: V × 6 × 10 × 100 C (mg/l). [3 – trang 255] Trong đó: • V: Số dung dịch NaOH 0,1N tiêu hao khi điện phân. • 6: Số mg 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. Sau khi chuẩn hàm lượng axit ta thêm vào hỗn hợp 5ml NaOH 0,1N rồi nối Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 114 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH với hệ thống làm lạnh và đun sôi trong 1 giờ để tạo điều kiện cho phản ứng: CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH. Đun xong, đem làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi cho đúng 5ml H 2SO4 0,1N vào bình. Sau đó chuẩn lại H 2SO4 dư bằng NaOH 0,1N tới xuất hiện màu hồng nhạt. Hàm lượng este trong cồn được xác định: E=V × × 8,8 10 × 100/c (mg/l) [3 – trang 256] • V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư. • 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 8.4.3 Xác định hàm lượng aldehyt theo phương pháp Iốt Tiến hành: Lấy 50ml rượu hoặc cồn đã pha loãng xấp xỉ 50% cho vào bình tam giác 250ml. Sau đó thêm vào 25ml NaHSO 3 1,2% lắc đều để 1 giờ. Tiếp tục cho vào 5÷7 ml HCl 0,1N và dung dịch iốt 0,1N để oxy hoá lượng NaHSO 3 dư với chỉ thị dùng là dung dịch tinh bột 0,5%. Lượng dung dịch I 2 0,1N và 0,01N tiêu hao trong giai đoạn này không tính đến. Tiếp theo cho vào bình 25ml dung dịch NaHSO 3 để giải phóng lượng NaHSO3 và andehyt. Sau 1 phút ta dùng dung dịch I 2 0,01N để chuẩn lượng NaHSO3 vừa được giải phóng ra do kết hợp với andehyt ban đầu phản ứng kết thúc khi xuất hiện màu tím nhạt. Song song với mẫu thí nghiệm, ta làm thí nghiệm kiểm chứng bằng cách thay 50ml rượu bằng 50ml nước cất. Hàm lượng andehyt được xác định: (V − V0 ) × 0,22 × 1000 50 × C • % (mg/l). [3 – trang 257] V, V0: số ml dung dịch I 2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng. • 0,22: số mg andehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I 2 0,01N. • C: số ml rượu mẫu lấy để phân tích. 8.4.4 Xác định hàm lượng ancol cao phân tử Cơ sở: dựa vào phản ứng của ancol cao phân tử với andehyt salixilic, trong môi trường axit sunfuric ancol etylic phản ứng với andehyt salixilic và có màu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 115 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH vàng, nếu trong rượu chứa ancol cao phân tử thì màu hổn hợp là màu đỏ (da cam). Tiến hành: dùng một ống đong 50ml hay 25ml có nút nhám đã rửa sạch, sấy khô. Sau đó cho vào ống thứ nhất 10ml cồn, các ống khác chứa 10ml dung dịch mẫu có hàm lượng andehyt axetic tương đương như mẫu thí nghiệm, dùng ống hút cho vào mỗi ống đong 0,4ml dung dịch andehyt salixilic 1% và 20ml axit sunfuric đậm đặc. Nút các ống đong rồi lắc đều, để yên 30 phút. Sau đó đem so màu bằng mắt thường, màu của ống thí nghiệm phù hợp với màu của ống mẫu nào thì hàm lượng ancol cao phân tử trong rượu thí nghiệm là hàm lượng ancol cao phân tử trong mẫu đó. Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: ax100/C (mg/l hay %) [3 – trang 259] • a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu. • C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. 8.4.5 Xác định hàm lượng ancol metylic Tiến hành: Lấy ống nghiệm t0(18x180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn hoặc rượu cộng thêm 5ml KMnO 4 1% 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. 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 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. 8.4.6 Xác định hàm lượng furfurol Cơ sở: Cồn có chứa furfurol thì khi phản ứng với aniline trong môi trường HCl, màu của dung dịch hồng – da cam, cường độ màu tỉ lệ thuận với hàm lượng furfurol. Tiến hành: lấy ống nghiệm 25ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 116 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 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. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 117 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 9 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 9.1 An toàn lao động An toàn lao động trong nhà máy đóng vai trò rất quan trọng. Nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất, sức khoẻ và tính mạng của công nhân cũng như tình trạng máy móc, thiết bị. Vì vậy cần phải được quan tâm đúng mức, phổ biến rộng rãi để công nhân hiểu được tầm quan trọng của nó. Nhà máy phải đề ra nội quy, biện pháp chặt chẽ để đề phòng. 9.1.1 Những nguyên nhân gây ra tai nạn - Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ. - Các thiết bị bảo hộ lao động còn thiếu hoặc không đảm bảo an toàn. - Ý thức tổ chức kỷ luật lao động của công nhân chưa cao. - Vận hành máy móc, thiết bị không đúng theo quy trình kỹ thuật. - Trình độ công nhân còn yếu và các máy móc thiết bị được trang bị chưa tốt. 9.1.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động - Tại các bộ phận phải có biển báo an toàn và quy trình sử dụng từng thiết bị. - Bố trí, lắp đặt các thiết bị phù hợp với quy 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. - Người công nhân vận hành phải thực hiện đúng chức năng của mình, phải chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu máy móc hư hỏng do quy trình vận hành. - Kỷ luật của nhà máy phải thực hiện nghiêm để xử lí các trường hợp vi phạm. 9.1.3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 9.1.3.1Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc Phải đảm bảo độ sáng tối thiểu trong nhà sản xuất. Ban ngày cần tận dụng ánh sáng tự nhiên, ban đêm sử dụng ánh sáng nhân tạo phải đảm bảo đủ ánh sáng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 118 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 9.1.3.2Thông gió Nhà sản xuất và làm việc phải được thông gió tốt. 9.1.3.3An toàn về điện Các thiết bị điện phải có hệ thống báo động khi có sự cố, phải có rơle đề phòng khi quá tải, các mạch điện phải kín, đặt nơi khô ráo. 9.1.3.4An 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. 9.1.3.5Phòng chống cháy nổ Đối với nhà máy rượu việc phòng chống chảy nổ là rất quan trọng do sản phẩm nhà máy là cồn rất dễ cháy nổ, phải có đủ nước và thiết bị chữa cháy. 9.1.3.6An toàn về hoá chất Các hoá chất phải đặt đúng quy định. Khi sử dụng phải tuân theo quy định đề ra tránh gây độc hại, ăn mòn và hư hỏng thiết bị. 9.1.3.7Chống sét Để đảm bảo an toàn cho các công trình nhà máy, phải có cột thu lôi cho các công trình ở vị trí cao. 9.2 Vệ sinh nhà máy Vấn đề vệ sinh xí nghiệp có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với nhà máy sản xuất cồn. Nếu tiêu chuẩn vệ sinh trong nhà máy không đảm bảo sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh phát triển. 9.2.1 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 và phải có bịt tai. - Không được ăn uống trong khu sản xuất. - Thực hiện tốt chế độ khám sức khoẻ định kì cho công nhân. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 119 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 9.2.2 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 tối đa sự nhiễm tạp khuẩn làm giảm hiệu suất lên men. 9.2.3 Vệ sinh xí nghiệp Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc. 9.2.4 Xử lí phế liệu trong quá trình sản xuất 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. 9.2.5 Xử lí 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. 9.2.6 Xử lí nước dùng cho sản xuất Các nguồn nước đều không đạt tiêu chuẩn về chất lượng để sản xuất rượu. 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+. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 120 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH KẾT LUẬN Sau hơn 3 tháng nghiên cứu học hỏi, đến nay tôi đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ nguyên liệu tinh bột với năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày”. Đồ án này đã giúp tôi hiểu thêm về: - Những điều kiện cần thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất thực phẩm - nói chung và nhà máy sản xuất cồn etylic nói riêng. Quy trình công nghệ cơ bản để sản xuất cồn etylic phù hợp với kinh tế, kỹ - thuật nước ta. Những phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản - phẩm. Cách bố trí các thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính. Qua quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã giúp tôi cũng cố thêm kiến thức chuyên môn, kiến thức về thiết kế một nhà máy sản xuất cồn etylic nói riêng và nhà máy thực phẩm nói chung, nắm chắc hơn các kiến thức cơ bản đã học. Tuy nhiên do thời gian ngắn, kiến thức còn hạn hẹp nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. Đà Nẵng, ngày 22 tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiện Lê Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày Đình Cảnh SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 121 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt 1. Đoàn Dụ, Bùi Đức Hợi, Mai Văn Lề, Nguyễn Như Thung (1983), Công nghệ và các máy chế biến lương thực, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa (1992), Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học (2) , Nxb Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 3. Nguyễn Thanh Hằng, Nguyễn Đình Thưởng (2005), Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn Etylic, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 4. Trần Xuân Ngạch, Phan Thị Bích Ngọc (2005), Giáo trình công nghệ lên men rượu, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. 5. Trần Xuân Ngạch (2007), Giáo trình công nghệ lên men rượu, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. 6. Nguyễn Văn Phước (1979), Kỹ thuật sản xuất rượu Etylic, Bộ lương thực và thực phẩm (TL lưu hành nội bộ). 7. Nguyễn Thọ, Lê Văn Hoàng, Lê Thị Liên Thanh, Trần Thế Truyền, Phan Bích Ngọc, Trần Xuân Ngạch (1998), Thí nghiệm công nghệ thực phẩm, Đại Học kỹ thuật Đà Nẵng. 8. Trần Thức (1998), Công nghệ sản xuất rượu etylic, Trường cao đẳng lương thực thực phẩm 9. Trần Thế Truyền (2006), Cơ sở thiết kế nhà máy hóa, Khoa Hóa – Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng. 10. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên (2004), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (1), Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 11. TS Trần Xoa, Pgs. TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản (2004), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (2), Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Tiếng Nga 12. Oборудование спиртовых зоводов, под редакцией Колоскова С.П., Яровенко В.Л. 1975 ст. 13. Оборудование предприятий спиртовой и ликерно-водочной промышленности, Халаим А.Ф., Панченко И.Н. 1976 Trang web Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 14. 122 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH http://kktvungang-hatinh.gov.vn/?x=113/quy-hoach/thuyet-minh- quy-hoach-chung-khu-kinh-te-vung-ang Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 123 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH PHỤ LỤC Phụ Lục 1: Hình 3.1 Máy sàng rung. Phụ lục 2: Hình 3.2 Thiết bị nghiền. 1. Các đĩa kim loại. 2. Trục. 3. Các thanh gắn búa. 4. Búa. 5. Gối đỡ trục. 6. Mặt rây. 7. Quạt hút và đẩy ra ngoài. 8. Ống dẫn bột. 9 – 10. Phễu đổ nguyên liệu và van điều chỉnh. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 124 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phụ lục 3: Hình 5.1 Máy sàng rung. Phụ lục 4: Hình 5.2 Máy nghiền búa. Phụ lục 5: Hình 5.4 Cân định lượng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 125 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phụ lục 6: Hình 5.5 Thiết bị phối trộn Phụ lục 7: Hình 5.6 thiết bị nấu sơ bộ Phụ lục 8: Hình 5.7 thiết bị phun dịch hóa Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 126 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phụ lục 9: Hình 5.8 thiết bị nấu chín Phụ lục 10: Hình 5.9 thiết bị nấu chín thêm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 127 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phụ lục 11: Hình 5.10 phao điều chỉnh mức khối nấu Phụ lục 12: Hình 5.11 thiết bị tách hơi Phụ lục 13: Hình 5.12 thiết bị bốc hơi chân không Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 128 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phụ lục 14: Hình 5.13 bình ngưng tụ chân không Phụ lục 15 Hình 5.14 Thùng đường hóa Phụ lục 16 Tính số đĩa của tháp. 5.4.5.1 y= Phương trình đường làm việc có dạng: • L ( x − xR ) G G : lượng hơi trong tháp ứng với 100 kg giấm (kmol). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 129 G = • GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH P 17,582 = = 0,977 18 18 (Kmol). L: lượng lỏng đi trong tháp (Kmol): L = L 1 + L2. o L1: lượng giấm chín đưa vào có giá trị: L1 = o 6,9 100 − 6,9 + = 5,295 46 18 (Kmol). L2: lượng chất lỏng hình thành do ngưng tụ hơi khi cấp nhiệt cho giấm sôi: L2 = o Q E × m2 . Q: nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 100 kg giấm từ 70 0C. Q = 2206,736 (Kcal) = 9224,156 (kJ). o o E: nhiệt lượng riêng của hơi nước ở áp suất P = 1,5 (kg/cm 2). E = 2680 (KJ/Kg), m2 = 18 (kg). L2 = 9224,156 2680 × 18 = 0,191 (Kmol). L = L1 + L2 = 5,295 + 0,191 = 5,486 (kmol). Ta có x,y: nồng độ % mol của pha lỏng và hơi tại vị trí bất kỳ trong tháp. xR = 0,004 % mol là nồng độ của sản phẩm đáy. Phương trình làm việc: y = 5,486 × ( x − 0,004 ) 0,977 = 5,617 x - 0,022. Số đĩa lý thuyết được xác định từ hai khoảng nồng độ khác nhau. Trong khoảng nồng độ từ 0,2 mol đến 2,8 mol (pha lỏng) được xác đinh theo phương pháp đồ thị. Trên cùng 1 hệ trục toạ độ (x – y): biểu diễn đường làm việc và đường cong cân bằng, rồi xác định số bậc thay đổi nồng độ, giá trị của bậc thay đổi nồng độ chính là số đĩa lý thuyết. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 130 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Theo đồ thị ta xác định số đĩa là n1 = 5,06. Trong khoảng nồng độ từ 0,2 %mol đến 0,004 %mol (pha lỏng) được xác định theo phương trình Coperr- Xapuha : n2 =  0,2  K .G  lg1 + − 1    0,004  2  KG  lg   L  . • K: hệ số bay hơi của rượu, ở nồng độ thấp, K = 13. • G, L: lượng hơi, lỏng đi trong tháp. • G = 0,873 (kmol). • L = 5,549 (kmol).   0,2  13 × 0,977  lg1 + × − 1  0,004  2   n2 = = 7,04  13 × 0,977  lg   5,486  . Vậy số đĩa lý thuyết của tháp là: Nlt = n1 + n2 = 5,06 + 7,04 = 12,1 Trong thực tế hiệu suất đĩa : µ = 0,2 – 0,9 . Chọn µ = 0,45.  Ntt = Nlt/µ = 12,1/0,45 = 26,89. Chọn Ntt = 27 (đĩa). 5.4.5.2 Tính đường kính tháp Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 131 0,0188 D= GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH g tb ( Pϕ × Wg ) tb (m). gtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h). (PϕWg)tb: vận tốc hơi trung bình trong tháp (kg/m2.s). • • (PϕWg)tb = 0,065 ϕ o × ϕ σ × h× ρx × ρy : hệ số tính đến sức căng bề mặt. Khi σ< 20 dyn/cm thì ϕσ= 0,8, khi σ> 20 dyn/cm thì ϕσ = 1. Khi nồng độ rượu càng nhỏ thì σ càng lớn, ứng với nồng độ rượu ở pha lỏng trong tháp (8% khối lượng) thì σ> 20 dyn/cm nên ϕσ= 1. o o h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,4 m. ρx,ρy: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi. Khối lượng riêng của pha lỏng được tính: o 1 a 1− a = + ρx ρR ρN . ρR,ρN: Khối lượng riêng trung bình của rượu, nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong tháp (kg/m3). o a: Nồng độ phần khối lượng trung b ình của tháp ở pha lỏng . Ta có: nhiệt độ đỉnh tháp: 93,290C, nhiệt độ đáy tháp: 1050C. Nhiệt độ trung bình ttb = 92,6 + 105 2 = 99,150C. Từ đó ta có: ρR = 714,45 kg/m3, ρN = 958,84 kg/m3. Nồng độ phần trăm khối lượng ở đáy rất bé, có thể lấy nồng độ phần trăm khối lượng trung bình của rượu ở pha lỏng như sau: xtb= x0 8,62% = = 4,31% 2 2 . 1 0,04 1 − 0,04 = + ρ x 714,45 958,84  Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 132 ρx  GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH = 945,97 kg/m3. Hình 5.15. Tháp thô Khối lượng riêng trung bình pha hơi: ρY = • [ y × m1 + (1 − y ) × m2 ] × 273 22,4 × .T m1, m2: khối lượng mol rượu và nước, m1 = 46; m2 = 18. • T: nhiệt độ tuyệt đối trung bình trong tháp T = 273 + 99,15 = 372,15 0K • y: nồng độ phần mol của hơi lấy giá trị trung bình. y=(y1+y2)/2 • • y1: nồng độ phần mol ở đỉnh tháp, y1 = 0,2274 phần mol. y2: nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 0,0292 phần mol. y= y1 + y 2 0,2274 + 0,0292 = = 0,1283 2 2 phần mol. [ 0,1283 × 46 + (1 − 0,1283 ) × 18] × 273 = 0,707 22,4 × 372,15 ρy = . 0,065 0,4 × 945,47 × 0,707 = 1,005 (kg/m3.s).  (PϕWg)tb = Tính lượng hơi trung bình trong tháp: g tb= D× P 100 . D: Lượng giấm vào tháp, D = 230370,754 ( kg/ngày) = 9613,781 (kg/h). • P: Lượng hơi trong tháp ứng với 100kg giấm, P = 17,582 (kg/h). •  gtb= 9613,781 × 17,582 = 1690,295 100 0,0188 Đường kính tháp: D = (kg/h). g tb 1690,295 = 0,0188 = 0,77 ( Pϕ .Wg ) tb 1,005 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (m). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 133 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tính chiều cao tháp 5.4.5.3 × H = (n – 1) h + h1 + h2. Trong đó: • • • n: số đĩa thực tế của tháp, n = 27 h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,4 (m). h1, h2: chiều cao phần đáy và đỉnh tháp, h1 = h2 = 0,6(m). × H = (27 – 1) 0,4 + 0,6 + 0,6 = 12 (m). Chọn một tháp thô có số đĩa: 27 đĩa, đường kính 0,77 m, chiều cao 12 m. Phụ lục 17 Bảng 5.5. Các yêu cầu cơ bản đối với tháp tinh chế Hiệu suất so với lượng cồn tuyệt Nồng độ STT Thành phần giấm (%) %V 1 2 3 4 5 6 đối chứa trong Rượu tinh chế Cồn đầu Rượu hồi lưu Dầu fusel Rượu vào đĩa Sản phẩm đáy 5.4.5.4 % khối lượng 96 96 88 0,006 % mol 94,1 93,1 93,841 83,1 44,7 0,005 86,24 84 85,627 66,1 24,032 0,002 95 3 3,0 3 Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt cho tháp tinh (tính cho 100kg giấm) 1. Cân bằng vật chất. Cồn tuyệt đối 100kg giấm: 8,62%V hay 6,9 % khối lượng, tức 6,9 kg. Lượng rượu tinh chế trong 100kg giấm: D1 = 6,9 × 95 100 × = 6,96 100 94,1 (kg). Dầu fusel thành phẩm trong 100kg giấm: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 134 M D = 6,9 × GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 3 100 × = 0,249 100 83,1 6,9 × Dầu fusel nguyên chất: (kg). 3 = 0,207 100 (kg). 0,207 × 6,9 = 0,0143 100 Lượng dầu fusel tách ra khỏi các hợp chất bay hơi: 0,0143 × Hơi tách ra từ tháp tinh : 100 = 0,0714 20 0,207 × Lượng hơi fusel trước khi ngưng tụ: (kg). 100 = 1,035 20 (kg). Lượng nước rửa thu được sau khi thu rửa dầu fusel là 0,3 kg 6,9 × Lượng cồn đầu: D2 = 3 100 × = 0,222 100 93,1 (kg). Lượng sản phẩm ở tháp thô được đưa vào tinh luyện: M = 14,245 (kg). Sản phẩm đỉnh: D = D1 + D2 = 6,96 + 0,222 = 7,182 (kg). Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tinh luyện: H = φ + D = (Rx + 1) • • o o o × D φ: Lượng lỏng hồi lưu, Rx: Chỉ số hồi lưu. x P − y F* y *F − x F Xác định Rx: Rxmin = . xF: nồng độ phần mol của rượu trong hỗn hợp đầu, x F = 24,032%. xP: nồng độ phần mol của rượu trong sản phẩm đỉnh, x P = 86,24% yF*: nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha lỏng, yF* =55,184%. R x min = 86 ,24 − 55,184 = 0,996 55,184 − 24,032 × Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = b Rxmin Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • 135 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH b: hệ số dư, b = 1,1 – 2,5. Chọn b = 2,3 ×  Rx = 2,2 0,966 = 2,293 Lượng hơi ra khỏi tháp là: H = (2,293 + 1) × Lượng lỏng hồi lưu: φ = Rx D = 2,293 × × 7,182 = 23,65 (kg). 7,182 = 16,468 (kg). Gọi: lượng hơi đốt cần cấp là P (kg), lượng nước thải ở tháp tinh là W (kg). Do lượng cồn nhạt đưa vào tháp tinh thấp nên ta có thể bỏ qua lượng này. Ta có: phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp là: P + 14,245 + 0,3 = 7,182 + 1,035 + W  W = P + 6,328. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 136 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 2. Cân bằng nhiệt. Bảng 5.6. Bảng nhiệt lượng của các thành phần S T Thành phần T 1 Nhiệt vào 2 Cồn đưa vào tinh luyện Lỏng hồi lưu và rượu tinh 1 chế từ bộ ngưng tụ hồi lưu Hơi đốt Nước phân ly dầu Fusel Tổng Rượu tinh chế Nhiệt 2 Hơi hồi lưu và cồn tinh chế Ra 3 4 5 Hơi dầu Fusel Sản phẩm đáy Tổn thất nhiệt 3 4 Khối Nhiệt Nhiệt lượng lượng lượng Q (Kg) 16,206 (KJ/Kg) 363 (KJ) 5817,438 23,65 226 5344,9 P 0,3 2680 380 7,128 226 2680P 114 2680P+11276 1610,928 23,65 1180 27907 0,071 P+6,328 1930 436 137,03 436P+2759,01 0,05×2680P 570P+32413,9 Tổng 0 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: 2680P + 11276 = 570P + 32413,9  P = 10,02 (kg). W = P + 6,328 = 10,02 + 6,328 =16,35 (kg). 5.4.5.5 Tính số đĩa. 1. Số đĩa đoạn luyện: Rx x y= x+ P Rx + 1 Rx + 1 Phương trình làm việc: • Rx: chỉ số hồi lưu, Rx = 2,235 • xP: nồng độ phần mol của rượu (pha lỏng) ở đỉnh tháp, x P = 86,24 % • x, y: nồng độ % mol của pha lỏng và pha hơi. 2,293 86 ,24 y= x+ = 0,696 x + 26,189 2,293 + 1 2,293 + 1 Trong khoảng nồng độ 24,032 %mol đến 86,24 %mol, số đĩa lý thuyết được xác định theo đồ thị: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 137 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Dựa vào đồ thị ta có bậc thay đổi nồng độ là: 17. Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5. Số đĩa thực tế đoạn luyện là: N1 = 17,2 = 34 0,5 (đĩa). 2. Số đĩa phần chưng Phương trình làm việc có dạng: y = • L G (x – xw). G: Lượng hơi đi trong tháp ứng với 100 kg giấm: 10,02 = 0,557 18 G= (kmol). • L: Lượng lỏng đi trong tháp: L = L1 + L2 • L1: Lượng lỏng từ tháp thô. • xw: Nồng độ phần mol sản phẩm đáy, x w = 0,002 % mol. Ta có: M = 14,245 kg, L1 = XM = 24,032% 14,245 24,032 (100 − 24,032) × 14,245 × + = 0,676 46 100 18 × 100 L2 = L2: Lượng lỏng hồi lưu: Rx × D MD (kmol). , Rx = 2,293, D = 7,182 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • o 138 × GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH × MD = 46 y + 18 (1 – y) y: nồng độ phần mol của lỏng hồi lưu, y = 0,8624. × × MD = 46 0,8624 + 18 (1 – 0,8624) = 42,15 L2 = 2,293 × 7,182 = 0,391 42,15 (kmol).  L = L1 + L2 = 0,676 + 0,391 = 1,066 (kmol).  y= 1,066 ( x − 0,002) = 1,914 x − 0,0038 0,557 Khoảng nồng độ 0,2 % mol đến 24,032 % mol, số đĩa xác định theo đồ thị. Từ kết quả trên đồ thị, ta có số đĩa lý thuyết: n 1 = 3,6. Khoảng nồng độ từ 0,002% đến 0,2% số đĩa được xác định theo công thức:  x K ×G  lg1 + 0 ( − 1) L  xw  −1 K ×G lg( ) L n’ = K: Hệ số bay hơi của rượu, K = 13. G: Lượng hơi đi trong tháp, G = 0,636 kmol. L: Lượng lỏng đi trong tháp, L = 1,031 kmol. xo = 0,2 % mol, xw = 0,002 % mol • • •  n’ = 0,2 13 × 0,557   lg1 + ( − 1)   0,002 1,066  − 1 = 2,322  13 × 0,557  lg   1,066  n2 = n1 + n’1 = 3,6 + 2,322 = 5,922. Hiệu suất η = 0,5; số đĩa thực tế: N2 = n2 5,922 = = 11,843 η 0,5 . Lấy N2 = 12 đĩa. Số đĩa của toàn tháp: N = 34 + 12 = 46 (đĩa). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 139 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tính đường kính 5.4.5.6 Bảng 5.3. Bảng nồng độ pha lỏng, hơi từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu Nồng độ Vị trí Đỉnh Tiếp liệu Đáy Pha lỏng % khối lượng 94,1 45,33 0,005 Pha hơi % khối lượng % mol 94,1 86,25 60,3 54,808 0,05 0,02 % mol 86,24 24,63 0,005 Nhiệt độ sôi (0C) 78,27 82,22 105 1. Đường kính đoạn luyện 0,0188 DL = g tb ( Pϕ Wg ) tb (m) Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng: • 1 a 1− a = + ρx ρR ρN ρR, ρN: khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo giá trị trung bình của t dinh + t đay nhiệt độ trong đoạn luyện: ttb = 2 = 78,27 + 82 ,22 = 80 ,25 0 C 2 . Ứng với nhiệt độ đó, ta có: ρR = 734,77 kg/m3, ρN = 971,83 kg/ m3. • a: Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng. a= 0,941 + 0,4533 = 0,697 2 phần khối lượng. 1 0,697 1 − 0,697 = + ρ x 734,77 971,83  ρx = 793,413 (kg/m3). ρy = Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi: y × 46 + (1 − y ) × 18 × 273 22,4 × T . Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP • 140 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi: T = 80,25 + 273 = 353,25(0K). • y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi: y = yt + y d 2 o yt: Nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu, y t = 0,54808. o yd: Nồng độ phần mol của hơi ở đỉnh, yd = 0,8625. y= 0,548 + 0,863 = 0,705 2 ρy = . 0,705 × 46 + (1 − 0,705) × 18 × 273 = 1,302 22,4 × 353,25 0,065ϕ σ (kg/m3). h × ρx × ρ y Vận tốc hơi đi trong phần luyện: (ρyWy)tb = . • h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3m. • ϕσ: hệ số xét đến sự ảnh hưởng bởi sức căng bề mặt σ. Với a = 0,697 ta có σ> 20 dyn/cm →ϕσ = 1 0,065 0,3 × 793,412 × 1,302 = 1,16 (kg/m2.s) ( pyWy)tb = Tính lượng hơi đi trong tháp (đoạn luyện): g = • gd: Lượng hơi của đỉnh tháp, gd = 23,65 (kg). • gt: Lượng hơi đi vào đoạn luyện gt + gd 2 g t = Gt + D × × × × × y t gt = Gt xt + D xΦ g t rt = g d rd o xΦ: nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, xΦ = 0,941 phần khối lượng. o xt: nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,4533 phần khối lượng. o D: sản phẩm đỉnh, D = 7,182 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 141 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH o yt: nồng độ pha hơi tại đĩa tiếp liệu, yt = 0,5808 phần khối lượng. o rt , rd: ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đĩa tiếp liệu và đỉnh. × × rt = rRt yt + (1 – yt) rNt × rd = rRd yd + (1 – yd) × rNd • Ở đĩa tiếp liệu ( t0s = 82,220C): rRt = 201,11(Kcal/kg), rNt = 556,78 (Kcal/kg). • Ở đỉnh (t0s = 78,270C): rRd = 202,69 Kcal/kg, rNd=560,73 Kcal/kg. o yd = 0,941 phần khối lượng  rd = 202,69 × × 0,941 + (1 – 0,941) 560,73 = 223,8 (Kcal/kg). Giải hệ phương trình trên ta được: g d × rd + D × ( xφ − xt ) × (rNt − rRt ) gt = xt × rRt + (1 − xt ) × rNt Thay số vào ta được: g= . gt = 15,076 g t + g d 23,65 + 15,076 = = 19,363 2 2 DL = 0,0188 (kg) g' ( ρ y × W y ) tb Hình 5.16. Tháp tinh Đường kính đoạn luyện: • g’: lượng hơi đi qua tháp tính theo năng suất giấm vào. g’ = 268977 ,91 × 19,363 = 2170,091 24 × 100 DL = 0,0188 (kg/h) 2170,091 = 0,819 1,144 (m). 2. Đường kính đoạn chưng. 0,0188 DC = g tb ( Pϕ Wg ) tb (m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 142 Tính khối lượng riêng pha lỏng: • GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 1 a 1− a = + ρx ρR ρN ρR, ρN: khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo nhiệt độ trung bình ttb = 82 ,22 + 105 = 93,610 C 2 Ta được: ρR = 721,07 kg/m3; ρN = 962,47 (kg/m3). • a: nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng. a= 0,4533 + 0,00005 = 0,227 2 phần khối lượng. 1 0,227 1 − 0,227 = + ρ x 721,07 962,47 ρ x = 894 ,492  (kg/m3). ρy = Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi : • y × 46 + (1 − y ) × 18 × 273 22,4 × T T: nhiệt độ tuyệt đối trung bình pha hơi: T = ttb + 273 = 93,61 + 273 = 366,610K • y: nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong đoạn chưng. y= ρy = 0,548 + 0,0002 = 0,2741 2 (phần mol). 0,274 × 46 + (1 − 0,274) × 18 × 273 = 0,853 22,4 × 366,61 Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: (kg/m3). (ρyWy)tb = • h: Khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h = 0,3 m. • ϕσ: Hệ số xét đến ảnh hưởng của sức căng bề mặt. 0,065ϕ σ h× ρx × ρy Với a = 0,226 hay 22,6 % khối lượng và ở nhiệt độ ttb = 93,610C. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 143 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH σ> 20 dyn/cm →ϕσ = 1 Thì ta có: 0,065 × 1 × 0,3 × 894 ,492 × 0,853 = 0,983  (pyWy)tb = (m). Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp: g = gw gt + gw 2 • gt: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng, gt = 15,076 kg • gw: lượng hơi vào đoạn chưng đựơc xác định theo phương trình: × • rw = g d × rd gd: lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp: gd = 23,65 kg/100kg giấm, rd = 223,8 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 (105 0C) rR = 191 (Kcal/kg), rN = 535,75 (Kcal/kg). • yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đỉnh tháp, y w = 0,0005 phần khối lượng gw= g d × rd g d × rd 23,65 × 223,8 = = = 9,883 rw y w × rR + (1 − y w ) × rN 0,0005 × 191 + (1 − 0,0005) × 535,75 g tb = 15,076 + 9,883 = 12,479 2 (kg). (kg/100kg giấm). Lượng hơi đi trong tháp tinh theo năng suất giấm vào: g’ = 12,479 × 268977 ,91 = 1398,604 24 × 100 DC = 0,0188 (kg/h). 1398,604 = 0,709 0,983 Đường kính đoạn chưng: (m). Đường kính tháp tinh là: = = = 0,764 (m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 5.4.5.7 144 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tính chiều cao tháp. × H = (n – 1) h + h1 + h2 • n: số đĩa tháp tinh chế, n = 46. • h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 (m). • h1, h2: chiều cao đỉnh và đáy tháp, h1 = h2 = 0,6 (m). Vậy H = (46 – 1) × 0,3 + 0,6 + 0,6 = 14,7 (m). Ta chọn một tháp tinh có số đĩa: 46 đĩa, D = 0,764 (m), H = 14,7 (m). Phụ lục 18 5.4.5.8 Xác định số đĩa. 1. Số đĩa đoạn luyện Phương trình cân bằng vật liệu: R1+ P + R2 = ∃a + ∃n Trong đó: • • R1: hơi ngưng tụ từ tháp thô dẫn đến tháp trung gian, R 1 = 17,582 kg/h. P: lượng hơi cấp nhiệt cho tháp. Lượng hơi đốt chi phí cho 1 lít rượu nguyên chất là 0,7 kg/1kg. Khối lượng riêng của rượu nguyên chất ở nhiệt độ thường là, d = 0,79 kg/lít. Chi phí hơi cho việc sản xuất 1 kg rượu là: t = 0,7 = 0,9 0,79 (kg). Lượng hơi đốt cần 100kg dấm là: R1 = • X d × 100 × 0,9 6,9 × 100 × 0,9 = = 6,21 100 100 (kg/100kg dấm). R2: lượng rượu hồi lưu từ tháp tinh dẫn qua. Chọn R 2 = 3% so với lượng cồn tuyệt đối. 6,9 × 3 = 0,207 100 R2 = (kg/100kg dấm). • ∃a: lượng cồn đầu thu được ở bộ phận ngưng tụ của tháp trung gian. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 145 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chọn ∃a = 5% so với lượng cồn tuyệt đối. ∃a = 0,05x 6,9 = 0,345 (kg/100kg dấm). • ∃n: lượng sản phẩm đáy của tháp trung gian. ∃n = R1 + P + R2 - ∃a = 6,21 + 17,582 + 0,207 – 0,345 = 23,654 Cân bằng nhiệt lượng:  Nhiệt vào từ các thành phần: Rượu ngưng từ các thiết bị hâm dấm: Q1 = m1.E1 • m1: phần rượu ở thiết bị hâm dấm, được lấy bằng 0,8 lượng rượu dẫn từ tháp thô qua tháp trung gian. m1 = 4 5 x 17,582 = 14,066 (kg). E1: nhiệt lượng riêng, E1 = 333 KJ/kg  Q1 = 14,066 x 333 = 4683,845 (kJ). • Rượu ngưng ở thiết bị ngưng tụ : Q 2 = m2.E2 • m2 = P – m1 = 17,582 – 14,066 = 3,516 (kg). • • E2 = 122,5 KJ/kg  Q2 = 3,516 x 122,5 = 430,759 (kJ). Rượu hồi lưu từ tháp tinh: Q3 = m3.E3 m3 = R2 = 0,207 kg, E3 = 88 kJ/kg. • Hơi đốt: Q4 = m4.E4  Q3 = 0,207 x 88 = 18,216 (kJ). m4 = R1 = 6,21 kg, E4 = 2680 kJ/kg.  Q4 = 6,21 x 2680 = 16642,8 (kJ). • Lỏng hồi lưu: Q5 = φ.E5 φ: lượng lỏng hồi lưu. E5 = 285 KJ/kg, Q5 = 285φ. Nhiệt ra từ các phần: • Cồn đầu: Q6 = m6.E6, m6 = ∃a = 0,345, E6 = 1180 kJ/kg.  Q6 = 0,319 x 1180 = 407,1 (kJ). • • Cồn hồi lưu: Q7 = φ.E7 , E7 = 1180 kJ/kg, Sản phẩm đáy dẫn qua tháp tinh: Q8 = m8.E8 , Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày Q7 = 1180.φ (kJ). SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 146 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH m8 = ∃n = 23,654 kg, E8 = 363 KJ/kg.  Q8 = 23,654 x 363 = 8586,402 (kJ). • Nhiệt do hao hụt: Q9 = 419 (kJ). Phương trình cân bằng nhiệt: Q 1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = Q6 + Q7 + Q8 + Q9  4683,845 + 430,759 + 18,216 + 16642,8 + 285.φ = 407,1 + 1180φ + 8586,402 + 419.  φ =13,813 (kg) Chỉ số hồi lưu: Rx = φ 13,813 = = 40,039 ∃a 0,345 Phương trình làm việc có dạng: y= Rx XP 40,039 84 x+ = x+ = 0,976 x + 2,05 Rx + 1 R x + 1 40,039 + 1 40,039 + 1 100 y % mol 80 60 40 20 24.42 % mol 0 20 40 84 % mol 60 80 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày x % mol 100 SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 147 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Vẽ đồ thị ta xác định số đĩa theo lý thuyết. Dựa vào đồ thị ta xác định được n1 = 5,6. Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5. Số đĩa thực tế là N1 = n1 5,6 = η 0,5 = 11,2 . Lấy N1 = 12 2. Số đĩa đoạn chưng. Nồng độ sản phẩm đáy được tính theo phương trình cân bằng : R1.X1 + R2.X2 = ∃a.X∃a + ∃n.X∃n Trong đó: • • • R1 = 17,582 (kg), R2 = 0,207 (kg). ∃a = 0,345 (kg), ∃n = 23,654 (kg). X1: nồng độ cồn thô từ bộ phận ngưng tụ của tháp thô dẫn đến tháp trung gian. • X1 = 24,42 %mol = 45,38 % khối lượng. • X2: nồng độ rượu hồi lưu từ tháp tinh, X 2 = 96 %V = 94,1 % khối lượng • X∃a: nồng độ cồn đầu, X∃a = 84 %mol = 93,1 % khối lượng  X∃n = R1 X 1 + R2 X 2 − ∃aX ∃a 17,582 × 45,38 + 0,207 × 94,1 − 0,345 × 93,1 = ∃n 23,654 = 33,19 % khối lượng. Số đĩa đoạn chưng(lý thuyết) phụ thuộc vào hai đại lượng S o và i: n = f(So,i), • • So = KG L K: hệ số bay hơi aldehyt, ở nồng độ 45,38 % khối lượng ta được K = 4,3. G: lượng hơi đi trong tháp G= 6,21 = 0,345 18 (kmol). L: lượng lỏng đi trong tháp : L = L1 + L2. • • L1: phần lỏng ngưng của hơi nước, L1 = G = 0,319 Kmol. L2: phần lỏng của hơi – rượu ngưng tụ từ tháp thô dẫn đến, L 2 = 17,582 kg, nồng độ 45,38% Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP L2 =  So = GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 45,38 17,582 100 − 45,38 17,582 × + × = 0,71 100 46 100 18 (Kmol) 4,3 × 0,345 = 1,41 0,345 + 0,71 Mặt khác i = • • 148 αd αc biểu thị mức độ làm sạch tạp chất aldehyt. αd: nồng độ aldehyt trong pha lỏng ở đĩa tiếp liệu (αd = 0,04 %). αc: nồng độ aldehyt trong pha lỏng ở sảm phẩm đáy (αc = 0,0005 %).  i = 80 So = 1,41; i = 80 theo giản đồ XII – 8. Số đĩa lý thuyết: n2 = 7,5. Chọn hiệu suất η = 0,5  Số đĩa thực tế: n2 = 15. Số đĩa tháp trung gian là: N = 12 + 15 = 27 đĩa Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 149 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Tính đường kính tháp trung gian 5.4.5.9 Bảng 5.4. Nồng độ của rượu êtylic trong tháp trung gian Nồng độ pha lỏng Nồng độ pha hơi Nhiệt độ % Vị trí Đỉnh Đáy Tiếp liệu khối lượng 93,1 32,36 45,38 mol 4 5,77 4,46 % khối lượng 93,43 72 75,63 mol 4,75 0,15 4,82 sôi ( 0C ) 78,34 84 82,2  Đường kính đoạn luyện: 0,0188 D= g tb ( Pϕ Wg ) tb Tính khối lượng riêng của pha lỏng: (m). 1 a 1− a = + ρx ρR ρN Trong đó: • ρN, ρR: khối lượng riêng của nước, rượu lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong đoạn luyện. Ta có : • • ttb = t1 + t 2 2 t1: nhiệt độ tại đĩa tiếp liệu, t1 = 82,20C t2: nhiệt độ ở dỉnh tháp, t2 = 78,340C  ttb = 82 ,2 + 78,34 = 80 ,27 2 0 C. Ở nhiệt độ trung bình ttb = 80,270C , ρN = 970 (kg/m3); ρR = 732 (kg/m3). a • : nồng độ khối lượng trung bình của rượu trong đoạn luyện . a= 0,931 + 0,4538 = 0,6924 2 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 150 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH 1 0,6924 1 − 0,6924 = + ρx 732 970   ρx = 791,76 (kg/m3). Tính khối lượng riêng trung bình cua pha hơi: • [ y.m1 + (1 − y ) m2 ] 273 ρy = 22,4.T Trong đó: • m1,m2: khối lượng phân tử của rượu và nước . m1 = 46, m2 = 18. • T: nhiệt độ tuyệt đối trung bình: T = ttb + 273 = 80,27 + 273 = 353,270K y1 + y 2 2 y= o y1: nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu y1 = 54,82 %mol = 0,5482 phần mol o y2: nồng độ phần mol ở đỉnh. y2 = 84,75 % mol = 0,8475 phần mol  y= 0,5482 + 0,8475 = 0,69785 2  ρy = phần mol [ 0,69785 × 46 + (1 − 0,69785 ) × 18].273 = 1,295 22,4 × 353,27 (kg/m3) • Vận tốc hơi trong tháp: ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065ϕ σ o o h.ρ x ρ y h: khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h =0,3m ϕσ: hệ số xét đến ảnh hưởng sức căng bề mặt σ Với nồng độ rượu a = 0,6924 phần khối lượng ở nhiệt độ 80,27 0C thì σ = 21dyn/cm →ϕσ = 1 ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065 0,3 × 791,76 × 1,295 = 1,14 (kg/m2.s) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 151 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH • Tính lượng hơi trung bình trong tháp: G= gt + gd 2 gd : lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd = 0,345 + 14,87 = 15,215 (kg/h). o gt : lượng hơi đi vào đoạn luyện o g t = Gt + D yt.gt = Gt.xt + D.xΦ gt.rt = gdrd - xt = 0,4538 nồng độ pha lỏng ở đĩa tiếp liệu. Gt : lượng lỏng đi qua đĩa tiếp liệu. D : lượng sản phẩm đỉnh, D = ∃n = 0,345 (kg/h). yt : nồng độ pha hơi tại đĩa tiếp liệu. xΦ: nồng độ pha hơi ở đỉnh tháp, xΦ = 0,931 phần khối lượng rt , rd : ẩn nhiệt hóa hơi. rt = rRt .yt + (1- yt).rNt rd = rRd .yd + (1 - yd).rNd - rRt , rNt : ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đĩa tiếp liệu. rRd , rNd : ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đỉnh tháp. Tra bảng I - 213 [11 – trang257] ta có: - rRt = 201,112 Kcal/kg; rNt = 556,76 Kcal/kg. rRd = 202 Kcal/kg; rNd = 559 Kcal/kg. yd: nồng độ pha hơi ở đỉnh tháp, yd = 0,9343 phần khối lượng.  rd = 202 x 0,9343 + (1 - 0,9343) x 559 = 225,45. Giải hệ phương trình trên ta được: g d rd + D( xφ − xt )( rNt − rRt ) gt = xt .rRt + (1 − xt )rNt . Thay số vào ta được: gt = 8,84 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP G= 152 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH g t + g d 8,84 + 15,215 = = 12,027 2 2 (kg/100kg dấm). Tính theo năng suất dấm vào: 268977,91 (kg). G’ = 12,027 × 268977 ,91 = 1347,97 100 × 24 (kg/h) Đường kính đoạn luyện : 0,0188 1247,97 = 0,646 1,14 D= (m)  Tính đường kính đoạn chưng : 0,0188 D= g tb ( Pϕ Wg ) tb (m). Tính khối lượng riêng pha lỏng (đoạn chưng): ρx 1 a 1− a = + ρx ρR ρN Trong đó: • ρN , ρR: khối lượng riêng của nước và rượu lấy theo nhiệt độ trung bình. Nhiệt độ đĩa tiếp liệu, t1 = 82,20C Nhiệt độ đáy tháp, tw = 840C ttb = t1 + t 2 82 ,2 + 84 = = 83,10 C 2 2 ρN = 969,78 kg/m3 • a ρR = 732,05 kg/m3 : nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu ở đoạn chưng. Ta có: x1 = 45,38 % khối lượng = 0,4538 phần khối lượng. x2 = 32,36 % khối lượng = 0,3236 phần khối lượng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a = xtb = 153 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH x1 + x 2 0,4538 + 0,3236 = 2 2 = 0,3887 phần khối lượng 1 0,3887 1 − 0,3887 = + ρ x 732,05 969,78  ρx = 861,08 kg/m3 Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi: ρy = • y.46 + (1 − y ).18 × 273 22,4.T T: nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi: T = ttb + 273 = 83,1 + 273 = 356,10K • y: nồng độ phần khối lượng của rượu ở pha hơi. y= ρy = y t + y w 0,5015 + 0,5482 = = 0,52485 2 2 phần mol 0,52485 × 46 + (1 − 0,52485) × 18 × 273 = 1,12 22,4 × 356,1 (kg/m3)  Tính vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: ( ρϕ .W g ) tb = 0,065ϕ σ ρx o o o ρy h.ρ x ρ y = 861,08 kg/m3 = 1,12 kg/m3 h : khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, chọn h = 0,3 m. Nồng độ rượu trung bình xtb = 38,87% khối lượng, ttb = 83,10C thì σ> 20 dyn/cm →ϕσ = 1 ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065 0,3 × 861,08 × 1.12 = 1,1 (kg/m2.s Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 154 g= • • • GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH g t + g 't 2 g: lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng. gt: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng, g’t = 8,84 kg/100kg dấm g’t: lượng hơi vào đoạn chưng. g’t.r’t = gd.rd o r’t, rd: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đỉnh tháp: r’t = rR.yw + (1 - yw).rN rd = 225,45 Kcal/kg • rR, rN: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp với nhiệt độ đáy tháp là 840C. Tra bảng I – 121 [11 – trang 275]. Ta có: rR = 200,43 Kcal/kg. rN = 555,08 Kcal/kg. • yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đáy tháp, yw = 0,72 phần khối lượng Giải hệ phương trình ta được: g’t = g d .rd 15,232 × 225,45 = = 11,46 rR . y w + (1 − y w ).rN 200,45 × 0,72 + (1 − 0,72)555,08 g t + g t ' 8,84 + 11,46 = = 10,15 2 2  g= (kg/100kg dấm). (kg/100kg dấm). Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng ứng với 268977,91 (kg). g’ = 10,15 × 268977 ,91 = 1137,552 100 × 24 (kg/h). Đường kính đoạn chưng: 0,0188 3144,024 = 0,594 1,14 D’ = (m). Đường kính tháp trung gian: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 155 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH = = = 0,62 (m). Tính chiều cao tháp. 5.4.5.10 H = (n – 1).h + h1 + h2. Trong đó: • • • n: số đĩa tháp trung gian. n = 27. h: khoảng cách giữa 2 đĩa gần nhau. h = 0,3 (m). h1, h2: chiều cao đáy và đỉnh tháp. h1 = h2 = 0,6 (m). Vậy chiều cao tháp trung gian là: H = (27 – 1).0,3 + 0,6 + 0,6 = 9 (m). Phụ lục 19 6.2.6.1 Lượng nhiệt đun nóng khối nấu từ 940C đến 1050C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) [7 – trang 58]. • G1: lượng nguyên liệu đem đi nấu chín trong 1h. G = 7648,71 (kg). • C1: nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4186 × (1 – x) = 3432,52 (J/kg.độ). o x = 18%: nồng độ chất hòa tan. Q1 = 7648,71× 3432,52 × (105 – 94) = 288797,47 (kJ) = 68994,57 (Kcal). 6.2.6.2 Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C. Q2 = F × Tg × α × (t0bm – t0kk) (Kcal) [11 – trang 3]. • t0kk: nhiệt độ không khí ở môi trường xung quanh. ( 0C). 1 0 (t g + tkk ) 2 t0bm: nhiệt độ bề mặt thiết bị. tbm = = 65 0C. o tg0: nhiệt độ cần giữ cho khối nấu 1050C. • α: hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh; • α = 9,3 + 0,058 × tbm , (W/m2. độ) [11 – trang 41] α = 13,07 (W/m2. độ). • F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi nấu chín (m 2). × × × F = 2 × П × R × H = 2 3,14 0,6 7,255 = 27,337(m2). • Tg: thời gian giữ nhiệt của hệ thống tháp nấu. Tg = (25phút) = 1500 (giây). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 156 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH  Q2 = 27,337 × 1500 × 13,07 ×(65 – 25) = 21437,675 (kJ) = 5116,39 (Kcal). 6.2.6.3 Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi. Q 3 = G3 × C3 × (t2 – t1) [11 – trang 58]. • δ G3 = F × × f : khối lượng vỏ thép. o F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. o δ = 0,003 m: bề dày vỏ thép. o f = 7850 kg/m2: khối lượng riêng của thép.  G3 = 27,337× 0,003 × 7850 = 643,786 (kg). Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C. • 6.2.6.4 C3: nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C. C3 = 0,12 kcal/kg.độ [11 – trang 163].  Q3 = 643,786 × 0,12 × (133 – 25) = 8343,467 (Kcal). Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Q4 = F × T4 × α × (tbm– tkk) [11 – trang 58]. T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = T1 + T2 o T1: Thời gian nâng nhiệt khối nấu từ 940C đến 1050C, T1=15 phút. o T2: Thời gian giữ nhiệt khối nấu ở 1050C, T2 = 25 phút.  T4 = 40 (phút) = 2400 (giây). 133 + 25 t bm = = 79 0 C 2 • • • × α = 9,3 + 0,058 79 = 13,882 (W/m2.độ).  Q4 = 27,337 × 2400 × 13,882 × (79 – 25). = 49182,194 (kJ) = 11737,994 (Kcal). 6.2.6.5 Lượng nhiệt làm bốc hơi nước. Qbh= W × r [8 – trang 58] t= • • 100 + 25 = 62,50 C 2 r: ẩn nhiệthóa hơi của nước ở , r = 576 (kcal/kg). W: lượng ẩm bốc hơi: W = k × F × (P – P’ × ϕ) × T. o k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036. D  F = π × R = δ × π ×  bh   2  2 2 o Diện tích bốc hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày (m2) SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 157 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. Diện tích bốc hơi lớn nhất: 1 D2 1 1,2 2 S bh = × π × = ×π × = 0,023 50 4 50 4 Dbh = Đường kính ống thoát hơi: F= o o o o 4 × S bh 4 × 0,023 = = 0,0293 π 3,14 3,14 × 0,02932 = 0,0007 4 (m2). (m) (m2) P: áp suất hơi bão hòa ở 62,50C. P = 174,08 (mmHg). ϕ: độ ẩm tương đối của không khí. ϕ = 80%. P’: áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh. P’=24,94 mmHg. T: thời gian nấu ở một nồi. T = 25 phút = 0,42 giờ. W = 0,036 × 0,0007× (174,08 – 24,94 × 0,8) × 0,42 = 0,002 (kg). Qbh = 0,002× 576 = 1,152 (kcal) 4 Qh = ∑ Q I + Qbh i =1 = 94193,57 (Kcal). Vậy tổng lượng nhiệt dùng nấu chín là: 6.2.6.6 Tính chi phí hơi Qh D = i − iKK [7 – trang 31]. Ở t = 1330C thì i = 651,6 (kcal/kg), iKK = 133,4 (kcal/kg) [7 – trang 313].  D = 181,771 (kg/h). Phụ lục 20 6.2.6.7 Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C. Tính toán tương tự như trên ta có: • F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của 1 nồi nấu chín dãy tháp nấu (m 2) × × × F = (2 × П × R × H) = 2 3,14 0,6 6,88 = 25,924(m2). • Tg: Thời gian giữ nhiệt của hệ thống tháp nấu Tg= 75 phút = 4500 giây. Q1 = 25,924 × 4500 × 13,07 × (65 – 25) = 60988,8 (kJ) = 14570,41 (Kcal). 6.2.6.8 Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 158 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Q2 = G2 × C2 × (t2 – t1) [7 – trang 58]. • δ G2 = F × × f : khối lượng vỏ thép. o F: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. o δ = 0,003 m: bề dày vỏ thép. o f = 7850 kg/m2: khối lượng riêng của thép.  G3 = 25,924 × 0,003 × 7850 = 610,51 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C. • 6.2.6.9 C2: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C. C3 = 0,12 kcal/kg.độ [11 – trang 163].  Q2= 610,51× 0,12 × (133 – 25) = 7912,212 (Kcal). Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Q3 = F × T3× α × (tbm– tkk) [11 – trang 58]. • • • Thời gian nấu T3 = 75 (phút) = 4500 (giây) ; t bm = 133 + 25 = 79 0 C 2 × α = 9,3 + 0,058 79 =13,882 (W/m2.độ)  Q3 = 25,924 × 4500 × 13,882 × (79 – 25) = 87450,1 (kJ) = 20892,09 (Kcal). 6.2.6.10 Lượng nhiệt làm bốc hơi nước. Do kích thước đường kính nồi nấu chín và chín thêm giống nhau nên lượng nhiệt làm bốc hơi nước sẽ bằng: Qbh = 0,002× 576= 1,152 (Kcal). 3 Qh = ∑ QI + Qbh i =1 Vậy tổng lượng nhiệt dùng nấu chín là: = 43375,86 (Kcal). 6.2.6.11 Tính chi phí hơi Qh D = i − iKK [3 – trang 31]. Ở t = 1330C thì i = 651,6 (kcal/kg), iKK = 133,4 (kcal/kg) [11 – trang 313].  D = 83,704 (kg/h). Vậy lượng hơi dùng cho phân xưởng nấu trong 1 giờ là: D1 = 83,704 + 383,753 + 123,744 + 181,771 + 83,704 = 856,676 (kg/h). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 159 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Phụ lục 21 Bộ ngưng tụ ở tháp tinh gồm thiết bị nằm ngang để ngưng tụ hầu hết cồn hồi lưu, còn thiết bị đặt thẳng đứng để ngưng tụ cồn đầu. Lượng hơi đi ra tháp tinh luyện là 23,65kg/100kg giấm. Nhiệt độ rượu – nước là 78,270C, nồng độ 94,1 % khối lượng, khối lượng riêng 745,85 (kg/m 3). Giả sử thiết bị nằm ngang ngưng tụ 95% lượng rượu hồi lưu và thiết bị thẳng đứng ngưng tụ 5% còn lại.  Thiết bị nằm ngang: Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tinh là : 23,65 (kg/100kg dấm). Nắng suất thiết bị tính theo dal/cyr (1dal = 10lit, 1cyr = 24h). Π Với  G= Π = 24×100× = 24 × 100 × G ρ × 0,95. 23,65 × 11207,41 = 2650,552 100 2650,552 × 0,95 745,85 (kg/h). = 8102,51 (dal/cyr). Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt : F = 0,014× F = 0,014 ×Π Π [11 – trang 10]. × = 0,014 8102,51 = 113,44 (m2). Tính kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị: Đường kích trong: Dt = 30 mm. Đường kích ngoài: Dn = 32 mm. Đường kích trung bình: Dtb = 31 mm. Phấn bố các ống theo hình sáu cạnh. Số ống trên đường chéo chính: b = 25 Tổng số ống: n = 469 Bước ống: t = 1,2 × Dn[11 – trang 48] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 160 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Đường kính thiết bị: D = t × (b – 1) + 4 × DN = 1,2 × Dn × (b – 1) + 4 × Dn  D = 1,2 × 0,032 (25 – 1) + 4 × 0,032 = 1,05 (m). l0 = Chiều dài ống truyền nhiệt : F 113,44 = = 2,48 n × π × Dtb 469 × 3,14 × 0,031 (m). Chiều dài chung của cả thiết bị: l = l0 + 2 × 0,1 = 2,68 (m). Chọn thiết bị ngưng tụ dạng đứng kích thước (D × l) : 1,05 × 2,68 (m).  Thiết bị thẳng đứng: Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tinh là : 23,65 (kg/100kg dấm). Nắng suất thiết bị tính theo dal/cyr (1dal = 10lit, 1cyr = 24h). Π Với  G= Π = 24×100× = 24 × 100 × G ρ × 0,05. 23,65 × 11207,41 = 2650,552 100 2650,552 × 0,05 745,85 (kg/h). = 426,45 (dal/cyr). Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt : F = 0,014× F = 0,014 ×Π Π [11 – trang 10]. × = 0,014 426,45 = 5,97 (m2). Tính kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị: Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính ống trong d t = 30 mm, đường kính ống ngoài d n = 32 mm, đường kính ống trung bình d tb = 31 mm. Số ống trên đường chéo chính: b = 11 Tổng số ống: n = 91 Bước ống: t = 1,2 × Dn[11 – trang 48] Đường kính thiết bị: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 161 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH D = t × (b – 1) + 4 × DN = 1,2 × Dn × (b – 1) + 4 × Dn  D = 1,2 × 0,032 (11 – 1) + 4 × 0,032 = 0,5 (m). l0 = Chiều dài ống truyền nhiệt : F 5,97 = = 0,67 n × π × Dtb 91 × 3,14 × 0,031 (m). Chiều dài chung của cả thiết bị: L = L0 + 2 × 0,1 = 0,87 (m). Chọn thiết bị ngưng tụ dạng đứng kích thước (D × L) : 0,5 × 0,87 (m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH MỤC LỤC Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH. Lê Đình Cảnh [...]... phòng thí nghiệm Làm nguội ( 28 – 32 0C) Nấm men sản xuất Lên men ( 30 – 320C) Giấm chín ( 9 – 13%V ) Hơi Tháp thô Bã rượu Làm lạnh cồn thô Hơi Tháp trung gian Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày Cồn đầu SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 27 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Cồn đã tách cồn đầu Hơi Làm lạnh cồn đầu Tháp tinh chế Dầu fusel Cồn 960 Làm lạnh 3.2.1 Làm... liên tục, chưng luyện 3 tháp Nguyên liệu sắn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 26 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Làm sạch Nghiền nguyên liệu Nấu sơ bộ (t o = 80 – 850C) Enzyme Termamyl Phun dịch hóa (9 4 – 960C) Hơi Nấu chín ( 100 – 1050C) Hơi Tách hơi Làm nguội Enzyme amylaza Đường hoá ( 60 – 620C) H2SO4, Na2SiF6 Nấm men phòng... hơi khối nấu đạt nhiệt độ 62 – 63 0C và theo ống (6 ) chảy xuống thùng đường hóa (7 ) Thời gian đường hóa tiến hành trong 5 phút Để đảo trộn đều dịch đường hóa, có lắp thêm cánh khuấy (8 ) Hơi cùng một số khí không ngưng đến bơm chân không (9 ) ; hơi được ngưng tụ bằng nước trong thiết bị (1 0) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP... sinh, sửa chữa khi cần Nhiệt độ, áp suất, thời gian nấu giảm do đó rất ít tổn thất đường, tinh bột vì vậy nâng cao năng suất cồn  Năng lượng giảm do quá trình nấu thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thấp  Tránh được hiện tượng lão hóa tinh bột (do amyloza và amylopectin đã được thủy phân thành các dextrin) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh... ở (3 ), sau đó qua cân định lượng (4 ) và nghiền nhỏ bằng máy nghiền búa (7 ) Sự chuẩn bị và gia nhiệt khối nấu tiến hành trong thiết nấu sơ bộ (1 0) Hỗn hợp được chuẩn bị trong (1 0) được chuyển đến bộ phận phun dịch hóa (1 3) nhờ bơm (1 1) rồi đi qua thiết bị nấu chín (1 4), sau đó qua thiết bị nấu chín thêm (1 5) Điều chỉnh mức khối nấu trong các thiết bị nhờ phao điều chỉnh (1 6), chuyển khối nấu đến thiết. .. rượu  Chủng Saccharomyces cerevisiae N02 (tách ra năm 1889 từ Linder trong một nhà máy rượu) Đây là chủng được ứng dụng trong sản xuất rượu và các ngành sản xuất khác Tế bào của nó dài, hình trứng, kích thước lớn và sinh sản bằng cách nảy chồi Ở 25 0C trong 30 giờ nuôi cấy có thể tạo thành Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT... rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2 ) và (6 ) rồi qua (7 ) ra ngoài Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 – 0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình... chuyển khối nấu đến thiết bị tách hơi (1 7), hơi tách ra dùng để gia nhiệt cho thiết bị nấu sơ bộ Khối nấu giữ mức quy định ở thiết bị (1 7) chuyển đến bộ phận làm nguội và đường hóa Enzyme Termamyl SC có các đặc tính:  Mô tả: chế phẩm Enzyme lỏng, dung môi nước  Màu sắc, trạng thái: chất lỏng màu nâu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh... etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 19 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH vào nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất và thiết bị [3, trang173] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 20 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH... trong đồ uống chứa cồn, cũng như phần lớn etanol sử dụng trong công nghiệp, nhiên liệu… được sản xuất theo phương pháp lên men, đây là quá trình chuyển hóa đường thành etanol nhờ nấm men (người ta thường dùng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình Cảnh ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 15 GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện ... nguội ( 28 – 32 0C) Nấm men sản xuất Lên men ( 30 – 320C) Giấm chín ( – 13%V ) Hơi Tháp thô Bã rượu Làm lạnh cồn thô Hơi Tháp trung gian Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, suất 50 nguyên. .. hóa, có lắp thêm cánh khuấy (8 ) Hơi số khí không ngưng đến bơm chân không (9 ) ; ngưng tụ nước thiết bị (1 0) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, suất 50 nguyên liệu/ngày SVTH Lê Đình... Lượng nguyên liệu sau nghiền Lượng nước cho vào nấu sơ Tính cho Tính cho 1mẻ Tính cho 1h 500 00 (kg) 8333,33 (kg) 2083,33 (kg) 49000 (kg) 8166,67 (kg) 2041,67 (kg) 48 750 (kg) 8125 (kg) 2031,25 (kg)

Ngày đăng: 23/10/2015, 20:33

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • LỜI MỞ ĐẦU

  • CHƯƠNG 1

  • LẬP LUẬN KINH TẾ KỶ THUẬT

    • 1.1 Đặt vấn đề

    • 1.2 Vị trí địa lý

    • 1.3 Đặc điểm tự nhiên

    • 1.4 Vùng nguyên liệu

    • 1.5 Hợp tác hóa và liên hợp hóa

    • 1.6 Nguồn cung cấp điện

    • 1.7 Nguồn cung cấp hơi

    • 1.8 Nhiên liệu

    • 1.9 Nguồn cung cấp nước và xử lý nước

    • 1.10 Giao thông vận tải

    • 1.11 Nguồn nhân lực

    • 1.12 Thoát nước

    • Chương 2

    • TỔNG QUAN

      • 2.1 Tổng quan về nguyên liệu.

        • 2.1.1 Sắn

        • 2.1.2 Nước

        • 2.1.3 Nấm men

        • 2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật.

        • 2.1.4.1 Các hóa chất

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan