Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ sắn lát khô năng suất 145 tấn nguyên liệungày

161 1.3K 6
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ sắn lát khô năng suất 145 tấn nguyên liệungày

Đang tải... (xem toàn văn)

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

Thông tin tài liệu

Ngành công nghệ thực phẩm là ngành đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và giải quyết nhu cầu cần thiết về đời sống của con người. Ngày nay, ngành công nghệ thực phẩm đang phát triển mạnh mẽ góp phần làm giàu nguồn thực phẩm cho xã hội đồng thời làm nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Trong đó ngành công nghệ sản xuất cồn etylic có đóng góp đáng kể. Rượu etylic có tên khoa học là spiritus vini có công thức phân tử là C2H6O, được sản xuất chủ yếu theo phương pháp lên men từ các nguồn nguyên liệu chứa gluxit. Rượu etylic có vai trò quan trọng đối với các ngành công nghiệp như: Trong công nghiệp thực phẩm dùng để pha chế thành các loại rượu mùi, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả. Trong y tế cồn dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm,… Đặc biệt cồn etylic còn dùng để pha chế làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải vì vậy trong tương lai nhu cầu về cồn etylic là rất cao. Ngoài việc ứng dụng sản phẩm rượu etylic thì các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất như CO2, bã rượu, dầu fusel cũng mang lại những lợi ích rất to lớn. Do đó mà sản xuất cồn etylic sẽ càng phát triển mạnh trong tương lai và chiếm vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Để sản xuất cồn có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu chứa đường lên men được như rỉ đường, nước quả,… chứa tinh bột như gạo, ngô, lúa mì, khoai, sắn,… và các loại có chứa xenluloza như gỗ, mùn cưa,… Nói chung là các nguyên liệu có hàm lượng hydrat cacbon cao. Ở Việt Nam sắn là loại cây lương thực quan trọng chứa nhiều tinh bột nên việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn từ sắn lát khô với năng suất cao là hoàn toàn phù hợp. Sắn tươi thuộc loại nguyên liệu khó bảo quản. Vì vậy được sử dụng dưới dạng sắn khô: Dễ bảo quản, thuận lợi cho quá trình vận chuyển, đảm bảo quá trình sản xuất liên tục, giảm đáng kể hàm lượng HCN. Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 0 từ sắn lát khô năng suất 145 tấn nguyên liệungày”.

Đồ án tốt nghiệp -1- ÐẠI HỌC ÐÀ NẴNG GVHD: KS. Bùi Viết Cường CỘNG HÒA Xà HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ÐẠI HỌC BÁCH KHOA Ðộc lập - Tự do - Hạnh phúc -----   ----- KHOA: HOÁ BỘ MÔN: CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ÐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: HOÀNG THỊ THÙY Lớp: 12H2LT Ngành: Công Nghệ thực phẩm 1. Nội dung Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu/ngày. 2. Số liệu ban đầu Năng suất: 145 tấn nguyên liệu/ngày. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ VÀ KỸ THUẬT CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC CHƯƠNG 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG CHƯƠNG 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY CHƯƠNG 9: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -2- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 4. Các bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ và kích thước bản vẽ) BẢN 1:SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ (A0, A3) BẢN 2: MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHÍNH (A0, A3) BẢN 3: MẶT CẮT PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHÍNH (A 0, A3) BẢN 4: ĐƯỜNG ỐNG HƠI - NƯỚC (A0, A3) BẢN 5: TỔNG MẶT BẰNG NHÀ MÁY (A0, A3) 5. Cán bộ hướng dẫn Phần Họ và tên cán bộ ..............Toàn phần........... KS. BÙI VIẾT CƯỜNG 6. Ngày giao nhiệm vụ: 7. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: Thông qua bộ môn Ngày............ tháng .... năm 2014 TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (ký tên ) PGS.TS. ĐẶNG MINH NHẬT KS. BÙI VIẾT CƯỜNG Kết quả điểm đánh giá: Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ bản báo cáo cho bộ môn Ngày….tháng…..năm 2014 Ngày.... tháng .... năm 2014 HOÀNG THỊ THÙY CHỦ TỊCH HỘI ÐỒNG (Ký và ghi rõ họ tên) Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -3- GVHD: KS. Bùi Viết Cường LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp là sản phẩm cuối cùng của sinh viên trước khi rời khỏi trường đại học. Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp sinh viên phải áp dụng tất cả những kiến thức đã được học và tích lũy trong suốt những năm ngồi trên ghế nhà trường. Chính vì vậy những kiến thức đã được tiếp thu trong suốt quá trình học tại trường đại học Bách Khoa là nền tảng vững chắc giúp tôi hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này, và còn là hành trang quý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa hóa và các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường. Tôi xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Viết Cường là người đã chỉ bảo tận tình cho tôi những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu tạo điều kiện thuận lợi cho tôi có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này. Tôi cũng xin cảm ơn bạn bè và người thân đã luôn đồng hành và là chỗ dựa vững chắc giúp đỡ tôi trong mọi việc. Sinh viên thực hiện Hoàng Thị Thùy Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -4- GVHD: KS. Bùi Viết Cường MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU..............................................................................................................9 Chương 1.....................................................................................................................10 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT..........................................................................10 1.1. Vị trí xây dựng [11].............................................................................................10 1.2. Khí hậu.................................................................................................................11 1.3. Nguồn nguyên liệu..............................................................................................11 1.4. Nguồn cung cấp điện...........................................................................................12 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lí nước.......................................................12 1.6. Thoát nước...........................................................................................................12 1.7. Hệ thống giao thông............................................................................................12 1.8. Nguồn nhân lực....................................................................................................13 1.9. Nguồn cung cấp hơi.............................................................................................13 1.10. Khả năng tiêu thụ sản phẩm..............................................................................13 1.11. Năng suất nhà máy............................................................................................13 Chương 2.....................................................................................................................13 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT.........................................................................................................................13 2.1. Tổng quan về nguyên liệu...................................................................................14 2.1.1. Sắn....................................................................................................................14 2.1.2. Nước [4, tr 41-44].............................................................................................17 2.1.3. Nấm men...........................................................................................................18 2.2. Tổng quan về sản phẩm.......................................................................................21 2.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình sản xuất cồn...........................................................23 2.3.1. Các biến đổi trong quá trình nấu......................................................................23 2.3.2. Phương pháp nấu nguyên liệu..........................................................................24 2.3.3. Các phương pháp đường hóa............................................................................25 2.3.4. Cơ chế, động học và phương pháp của quá trình lên men rượu......................26 Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -5- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.3.5. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất và tinh chế........................................29 Chương 3.....................................................................................................................33 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH..............................................................33 CÔNG NGHỆ.............................................................................................................33 3.1. Chọn quy trình công nghệ...................................................................................33 3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ.......................................................................34 3.2.1. Làm sạch...........................................................................................................34 3.2.2. Nghiền nguyên liệu...........................................................................................34 3.2.3. Nấu nguyên liệu................................................................................................35 3.2.4. Làm nguội.........................................................................................................38 3.2.5. Đường hoá........................................................................................................38 3.2.6. Lên men............................................................................................................39 3.2.7. Chưng cất, tinh chế...........................................................................................41 Chương 4.....................................................................................................................42 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT...............................................................................43 4.1. Biểu đồ nhập liệu.................................................................................................43 4.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy.............................................................................43 4.3. Tính cân bằng sản phẩm......................................................................................43 4.3.1. Các thông số ban đầu........................................................................................43 4.3.2. Tính toán cân bằng vật chất..............................................................................44 Chương 5.....................................................................................................................56 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ......................................................................................56 5.1. Các thiết bị sản xuất chính..................................................................................56 5.1.1. Sàng làm sạch...................................................................................................56 5.1.2. Máy nghiền.......................................................................................................57 5.1.3. Bunke chứa nguyên liệu sau khi nghiền cho 1 ca............................................57 5.1.4. Cân định lượng.................................................................................................58 5.1.5. Thùng hòa trộn..................................................................................................59 Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -6- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 5.1.6. Nồi nấu sơ bộ....................................................................................................61 5.1.7. Thiết bị phun dịch hóa......................................................................................62 5.1.8. Thiết bị nồi nấu chín.........................................................................................62 5.1.9. Thiết bị tách hơi................................................................................................64 5.1.10. Phao điều chỉnh mức......................................................................................65 5.1.11. Thiết bị làm nguội sau tách hơi......................................................................65 5.1.12. Thùng đường hóa............................................................................................66 5.1.13. Thiết bị làm nguội sau đường hóa..................................................................68 5.1.14. Công đoạn lên men.........................................................................................69 5.1.15. Thùng nhân giống cấp I, II.............................................................................70 5.1.16. Thiết bị tách CO2...........................................................................................71 5.1.17. Thùng chứa dấm chín.....................................................................................72 5.1.18. Tính tháp thô...................................................................................................73 5.1.19. Tháp tinh chế..................................................................................................73 5.1.20. Các thiết bị phụ trợ cho tháp thô....................................................................74 5.1.21. Các thiết bị phụ trợ cho tháp tinh...................................................................79 5.1.22. Các thùng chứa...............................................................................................85 Chương 6.....................................................................................................................93 TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC...................................................................................93 6.1. Tính hơi................................................................................................................93 6.1.1. Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ............................................................................93 6.1.2. Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa..............................................................95 6.1.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín..............................................................................95 6.1.4. Tính hơi cho quá trình chưng cất - tinh chế.....................................................98 6.1.5. Tính và chọn lò hơi...........................................................................................99 6.1.6. Tính nhiên liệu..................................................................................................99 6.2. Tính nước...........................................................................................................100 6.2.1. Nước dùng cho phân xưởng nấu....................................................................100 6.2.2. Nước dùng cho đường hóa.............................................................................100 Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -7- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.2.3. Nước dùng cho 4 thiết bị làm nguội ống lồng ống........................................101 6.2.4. Nước dùng cho phân xưởng lên men.............................................................101 6.2.5. Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất tinh chế...........................102 6.2.6. Nước cho lò hơi..............................................................................................104 6.2.7. Nước rửa thiết bị.............................................................................................104 6.2.8. Lượng nước dùng cho sinh hoạt.....................................................................104 6.2.9. Bơm cao áp để cấp nước cho toàn nhà máy...................................................105 Chương 7...................................................................................................................106 TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG........................................................................106 7.1. Tổ chức của nhà máy.........................................................................................106 7.1.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy....................................................................106 7.1.2. Tổ chức lao động............................................................................................106 7.2. Tính các công trình xây dựng............................................................................107 7.2.1. Khu sản xuất chính.........................................................................................107 7.2.2. Phân xưởng cơ điện........................................................................................108 7.2.3. Kho nguyên liệu.............................................................................................108 7.2.4. Kho thành phẩm.............................................................................................108 7.2.5. Phân xưởng lò hơi..........................................................................................109 7.2.6. Nhà hành chính...............................................................................................109 7.2.7. Trạm xử lí nước..............................................................................................109 7.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm......................................................................................110 7.2.9. Nhà ăn, căn tin................................................................................................110 7.2.10. Nhà chứa máy phát điện dự phòng..............................................................110 7.2.11. Trạm biến áp.................................................................................................110 7.2.12. Gara ôtô........................................................................................................110 7.2.13. Nhà để xe......................................................................................................111 7.2.14. Phòng thường trực và bảo vệ.......................................................................111 7.2.15. Khu xử lý bã và nước thải............................................................................111 7.2.16. Kho nhiên liệu..............................................................................................111 Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -8- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.2.17. Trạm bơm.....................................................................................................111 7.2.18. Trạm máy nén và thu hồi CO2.....................................................................111 7.3. Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy......................................................112 7.3.1. Khu đất mở rộng.............................................................................................112 7.3.2. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy.............................................................112 7.3.3. Tính hệ số sử dụng.........................................................................................113 Chương 8...................................................................................................................114 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY..............................................114 8.1. An toàn lao động...............................................................................................114 8.1.1. Những nuyên nhân gây ra tai nạn..................................................................114 8.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động....................................................114 8.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động....................................................115 8.2. Vệ sinh nhà máy................................................................................................116 8.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân......................................................................117 8.2.2. Vệ sinh máy móc thiết bị................................................................................117 8.2.3. Vệ sinh xí nghiệp............................................................................................117 8.2.4. Xử lí phế liệu trong quá trình sản xuất...........................................................117 8.2.5. Xử lí nước thải................................................................................................117 8.2.6. Xử lí nước dùng cho sản xuất........................................................................117 Chương 9...................................................................................................................118 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU.......................................................118 VÀ SẢN PHẨM......................................................................................................118 9.1. Kiểm tra nguyên liệu.........................................................................................118 9.1.1. Xác định độ ẩm [5, tr 213-214]......................................................................118 9.1.2. Xác định hàm lượng tinh bột [5, tr 215-216].................................................118 9.1.3. Xác định hàm lượng protein trong nguyên liệu [5,tr225-227]......................119 9.2. Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hoá tinh bột.....119 9.3. Kiểm tra dịch đường hoá và dấm chín sau lên men..........................................119 Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -9- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 9.3.1. Độ rượu trong dấm chín [5, tr 240-242]........................................................119 9.3.2. Đường và tinh bột sót trong dấm chín...........................................................120 9.3.3. Xác định nồng độ chất hoà tan của dịch đường và dấm chín........................120 9.4. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm....................................................................120 9.4.1. Nồng độ rượu..................................................................................................120 9.4.2. Hàm lượng axit và este trong cồn [5, tr 255-256]..........................................120 9.4.3. Xác định hàm lượng aldehyt theo phương pháp iốt [5, tr 257].....................121 9.4.4. Xác định hàm lượng ancol cao phân tử [5, tr 259]........................................121 9.4.5. Xác định hàm lượng ancol metylic................................................................121 9.4.6. Xác định hàm lượng furfurol..........................................................................122 KẾT LUẬN...............................................................................................................123 TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................124 PHỤ LỤC.................................................................................................................127 LỜI NÓI ĐẦU Ngành công nghệ thực phẩm là ngành đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và giải quyết nhu cầu cần thiết về đời sống của con người. Ngày nay, Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -10- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ngành công nghệ thực phẩm đang phát triển mạnh mẽ góp phần làm giàu nguồn thực phẩm cho xã hội đồng thời làm nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Trong đó ngành công nghệ sản xuất cồn etylic có đóng góp đáng kể. Rượu etylic có tên khoa học là spiritus vini có công thức phân tử là C2H6O, được sản xuất chủ yếu theo phương pháp lên men từ các nguồn nguyên liệu chứa gluxit. Rượu etylic có vai trò quan trọng đối với các ngành công nghiệp như: Trong công nghiệp thực phẩm dùng để pha chế thành các loại rượu mùi, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả. Trong y tế cồn dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm,… Đặc biệt cồn etylic còn dùng để pha chế làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải vì vậy trong tương lai nhu cầu về cồn etylic là rất cao. Ngoài việc ứng dụng sản phẩm rượu etylic thì các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất như CO2, bã rượu, dầu fusel cũng mang lại những lợi ích rất to lớn. Do đó mà sản xuất cồn etylic sẽ càng phát triển mạnh trong tương lai và chiếm vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Để sản xuất cồn có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu chứa đường lên men được như rỉ đường, nước quả,… chứa tinh bột như gạo, ngô, lúa mì, khoai, sắn,… và các loại có chứa xenluloza như gỗ, mùn cưa,… Nói chung là các nguyên liệu có hàm lượng hydrat cacbon cao. Ở Việt Nam sắn là loại cây lương thực quan trọng chứa nhiều tinh bột nên việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn từ sắn lát khô với năng suất cao là hoàn toàn phù hợp. Sắn tươi thuộc loại nguyên liệu khó bảo quản. Vì vậy được sử dụng dưới dạng sắn khô: Dễ bảo quản, thuận lợi cho quá trình vận chuyển, đảm bảo quá trình sản xuất liên tục, giảm đáng kể hàm lượng HCN. Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 0 từ sắn lát khô năng suất 145 tấn nguyên liệu/ngày”. Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Vị trí xây dựng [11] Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -11- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Địa điểm chọn để xây dựng nhà máy là khu công nghiệp Tâm Thắng, huyện Cư Jút, tỉnh Đăk Nông. Khu công nghiệp Tâm Thắng là khu công nghiệp đầu tiên, duy nhất của tỉnh Đắk Nông nằm tại xã Tâm Thắng, huyện Cư Jút, cách trung tâm tỉnh lỵ 110km về phía Đông Nam, nằm trên tuyến quốc lộ 14 nối liền các tỉnh miền Đông Nam Bộ với Tây Nguyên, cách thành phố Buôn Ma Thuột 20km và cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 300km. Khu công nghiệp Tâm Thắng có tổng diện tích là 179.2ha. 1.2. Khí hậu Vùng Cư Jút chịu sự chi phối bởi kiến tạo địa chất của cao nguyên, địa hình tương đối bằng phẳng, thấp dần từ tây sang đông, từ nam đến bắc, độ cao trung bình khoảng 330m. Cư Jút mang đặc điểm khí hậu của miền cao nguyên nhiệt đới gió mùa, quanh năm mát mẻ, có hai mùa mưa nắng rõ rệt: mùa mưa từ tháng 5÷10, tập trung 90% lượng mưa hàng năm, là thời tiết phát triển mạnh của các loại cây trồng; mùa khô từ tháng 11÷4 năm sau, lượng mưa không đáng kể. - Nhiệt độ trung bình 21 ÷ 23,40C, - Lượng mưa trung bình trong năm là từ 1700 ÷ 1800mm, - Độ ẩm trung bình trong năm khoảng 85%, - Hướng gió chính là hướng gió Tây Nam. [12] 1.3. Nguồn nguyên liệu Nguyên liệu chính sử dụng cho sản xuất cồn là sắn và nước. Sắn có thể trồng trên các vùng đồi, gò, nên đây là điều thích hợp với địa lý của tỉnh. Hiện nay sản lượng sắn trên địa bàn tỉnh khá lớn. Nhìn chung việc xây dựng nhà máy tại đây có ý nghĩa trong vấn đề tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có ở địa phương và các huyện lân cận. Ngoài ra có thể nhập nguyên liệu từ các tỉnh lân cận như Đăk lăk, Gia lai, Lâm đồng, Phú Yên,… Mặt khác do các điều kiện canh tác và lai tạo giống mà hiện nay ở tỉnh đã có những giống sắn ngắn ngày cho năng suất cao tạo điều kiện cho nhà máy hoạt động liên tục quanh năm. Hơn nữa việc thu mua nguyên liệu tại địa bàn tỉnh là rất rẻ, giảm được chi phí cho sản xuất, khi đó giá thành sản phẩm sẽ giảm mang lại hiệu Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: KS. Bùi Viết Cường quả kinh tế cao. 1.4. Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp riêng, bên cạnh đó nhà máy còn nằm gần nhà máy thuỷ điện Buônkuôp. Dòng điện nhà máy sử dụng có hiệu điện thế 220V/380V. Ngoài ra để đảm bảo quá trình sản xuất hoạt động liên tục, nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phòng khi có sự cố. 1.5. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lí nước Huyện Cư Jút có mạng lưới sông suối khá dày, với mật độ 0,4 ÷ 0,6km/km2, các sông suối trong vùng chủ yếu thuộc lưu vực sông Sêrêpok nên đã tạo ra hệ thống nước mặt phong phú. Phần lưu vực sông Sêrêpok qua huyện dài khoảng 40km là đoạn đầu của hợp lưu hai nhánh Krông Nô và Krông Na chảy dọc theo ranh giới phía đông theo hướng Nam Bắc. Nước sử dụng trong nhà máy rất nhiều với nhiều mục đích khác nhau. Nhà máy chủ yếu lấy nước từ lưu vực sông Sêrêpok. Dù nước được lấy từ sông, hồ hay giếng cũng đều được qua hệ thống xử lí trước khi đưa vào sản xuất để đảm bảo được các yêu cầu về chất lượng nước (chỉ số coli, độ cứng, hỗn hợp vô cơ và hữu cơ có trong nước,…). 1.6. 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 lí nước thải của nhà máy trước khi thải ra ngoài môi trường. Còn các chất thải rắn nên xử lý bằng cách đào hố để chôn tránh gây ô nhiễm cho môi trường. 1.7. Hệ thống giao thông Nhà máy sản xuất cồn cần vận chuyển một lượng nguyên liệu lớn cho nên khi thiết kế nhà máy cần có một hệ thống đường giao thông thuận lợi cho quá trình vận chuyển. Vì vậy việc đặt nhà tại khu công nghiệp Tâm Thắng, huyện Cư Jút gần đường quốc lộ 14 là rất thuận tiện cho việc tập trung nguyên liệu, nhiên liệu và tiêu Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -13- GVHD: KS. Bùi Viết Cường thụ sản phẩm cho nhà máy. Mặt khác vấn đề giao thông không chỉ là mục đích xây dựng nhà máy nhanh mà còn là sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai. 1.8. Nguồn nhân lực Việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn đáp ứng nhu cầu việc làm cho người dân trong huyện và các huyện khác ở trong tỉnh. Vì vậy công nhân của nhà máy chủ yếu là người địa phương, cán bộ quản lý và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận từ các trường đại học và từ các tỉnh thành lân cận. 1.9. Nguồn cung cấp hơi Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu FO được mua từ các trạm xăng địa phương, nhà máy có kho dự trữ để đảm bảo cho quá trình sản xuất. Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất, áp lực hơi dao động từ 3÷13at. 1.10. Khả năng tiêu thụ sản phẩm Cồn sản xuất ra nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước, chính vì thế mà nguồn tiêu thụ chính là các tỉnh Tây Nguyên và các vùng lân cận. Ngoài ra cồn có thể xuất khẩu ra nước ngoài. 1.11. Năng suất nhà máy Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại và thị trường tiêu thụ sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96 0 với năng suất 145 tấn nguyên liệu/ngày là hoàn toàn có tính khả thi cao. Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -14- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 utilissima Pohl, là cây lương thực quan trọng được trồng nhiều ở Việt Nam và miền nhiệt đới trên thế giới. Giới (regnum): Plantae Ngành (divisio): Magnoliophyta Lớp (class): Magnoliopsida Bộ (ordo): Malpighiales Họ (familia): Euphorbiaceae Phân họ (subfamilia): Crotonoideae Tông (tribus): Manihoteae Chi (genus): Manihot Loài (species): M. esculenta Hình 2.1. Cây sắn [26] Cây sắn cũng được bắt đầu trồng ở Việt Nam từ khoảng thế kỷ XIX. Củ sắn nhiều tinh bột nên sản lượng tinh bột trên một đơn vị diện tích canh tác khá lớn so với nhiều loại cây trồng khác. Ở Việt Nam, sắn được trồng ở khắp nơi từ Bắc tới Nam, được trồng nhiều ở vùng đồi núi trung du, thượng du hơn là đồng bằng. Miền Bắc gọi là sắn còn miền Nam gọi là khoai mì (hoặc củ khoai mì). Có nhiều cách phân loại sắn: Phân loại theo đặc điểm củ: Có sắn trắng và sắn vàng. Phân loại theo hàm lượng độc tố có trong sắn: Sắn đắng và sắn ngọt.[13] 2.1.1.2. Đặc điểm sinh học Thân thuộc loại cây gỗ cao từ 2÷3m, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất yếu. Lá thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen kẽ, xếp trên thân theo chiều xoắn ốc. Cuống lá dài từ 9÷20cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím. Hoa là hoa đơn tính có hoa đực và hoa cái trên cùng một chùm hoa. Hoa cái không nhiều, mọc ở phía dưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây luôn luôn được Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -15- GVHD: KS. Bùi Viết Cường thụ phấn của cây khác nhờ gió và côn trùng. Quả là loại quả nang, có màu nâu nhạt đến đỏ tía, có hình lục giác, chia thành ba ngăn, mỗi ngăn có một hạt, khi chín quả tự khai. Rễ 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. 2.1.1.3. Cấu tạo của củ sắn Củ sắn có kích thước trung bình dài 25 ÷ 38cm, đường kính 3 ÷ 6cm. Đường kính không đều theo chiều dài củ, phần gần cuống to nhưng càng gần chuôi càng nhỏ. Càng gần chuôi củ càng mềm vì ít xơ và do phát triển sau. Do đó khi thu hoạch khó có thể giữ củ nguyên vẹn, đó là một khó khăn khi bảo quản tươi. Hình 2.2. Củ sắn và cấu tạo củ sắn [27], [28] Cấu tạo của củ sắn gồm có (nếu cắt ngang củ sắn): - Vỏ gỗ: Chiếm 0,5 ÷ 3% khối lượng củ. Gồm các tế bào có cấu tạo từ xenluloza và hemixenluloza. Trong vỏ gỗ hoàn toàn không có tinh bột nên chế biến phải tách hoàn toàn nhưng trong bảo quản phải cố gắng giữ, hạn chế tróc vỏ. Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ khỏi bị ảnh hưởng bên ngoài, phòng mất nước của củ. - Vỏ cùi: Vỏ cùi chiếm khoảng 8 ÷ 10% khối lượng củ, vỏ cùi có một lượng nhỏ tinh bột 5 ÷ 6% và đường 2 ÷ 3%. Cấu tạo của lớp vỏ cùi gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài thành phần chủ yếu là xenluloza, hầu như không có tinh bột nhưng có nhiều dịch bào (mủ). Nó cũng giữ vai trò chống mất nước của củ đồng thời phòng tác động khác bên ngoài. Tiếp lớp tế bào mô dịch cứng là các tế bào mô mềm. Trong các tế bào này chứa dịch bào khoảng 5% tinh bột. Những hạt tinh bột trong hạt rất nhỏ đường kính khoảng 5 ÷ 8%cm. Những hạt tinh bột trong vỏ rất nhỏ nên Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -16- GVHD: KS. Bùi Viết Cường tổn thất theo nước thải. Các polyphenol, enzyme linamarin có tác dụng bảo vệ cho củ phát triển bình thường khi chưa thu hoạch nhưng sau khi đào lại gây trở ngại rất lớn trong việc bảo quản và chế biến. Tổng lượng chất polyphenol trong củ sắn khoảng 0,1 ÷ 0,3% trong đó 85 ÷ 90% tập trung trong vỏ cùi. Tiếp vỏ cùi là khe mủ, nơi tập trung mủ là giữa vỏ cùi và thịt sắn. - Thịt cùi: Là phần chủ yếu của củ sắn, bao gồm các tế bào nhu mô. Thành phần vỏ tế bào nhu mô là xenluloza, pentoza bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất. Đây là phần dự trữ chất dinh dưỡng chủ yếu ở củ. Lượng tinh bột sắn phân bố không đều nhiều nhất ở lớp ngoài rồi giảm dần vào trong. Kích thước hạt tinh bột sắn khoảng 15 ÷ 80µm. - Lõi: Lõi thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ, chiếm từ 0,3 ÷ 1% khối lượng củ, thành phần cấu tạo chính là xenluloza và hemixenluloza. Lõi có chức năng vận chuyển nước và thức ăn cho củ. Lõi là một bộ phận giữ chức năng lưu thông nước và chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. [14] 2.1.1.4. Thành phần hóa học của sắn Chất không đạm trong sắn tươi gồm khoảng 21% là tinh bột, 5% là đường và các chất khác. Trong sắn khô có 73,3% là tinh bột, 1,3% là đường và các chất khác. Lượng axit xyanhydric trong sắn khoảng 0,007÷0,24% thường tập trung ở vỏ. Hàm lượng amyloza trong tinh bột sắn chiếm tới 30% và trọng lượng phân tử của amylopectin gần bằng trọng lượng phân tử của amyloza. Chính do cấu tạo hai thành phần trong tinh bột sắn có tỷ lệ amyloza cao và phân tử lượng amylopectin không lớn, hàm lượng tinh bột trong sắn cao, chất béo ít, nên sắn dùng trong sản xuất rượu bằng phương pháp mycomalt là rất tốt, năng suất và hiệu suất thu hồi cao, lượng hơi nhiệt giảm 15÷20% so với ngô. Tuy nhiên do sắn thiếu dinh dưỡng nên trong quá trình lên men phải bổ sung thêm nguồn đạm và lân ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ. Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Sắn lát khô thường có các loại: Sắn lát khô có vỏ, sắn lát khô không vỏ, sắn lát cục,... Hàm lượng tinh bột: 70÷75%, độ ẩm 12÷14 %. [4, tr 36-37] Hình 2.3. Sắn lát khô [29], [30] 2.1.2. Nước [4, tr 41-44] Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích như nước dùng để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi,… Ngoài ra, nước còn dùng cho sinh hoạt, chữa cháy trong khu vực sản xuất. Thành phần, tính chất hóa lý và chất lượng của nước sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi. Trong công nghiệp sản xuất cồn yêu cầu chất lượng của nước giống như nước sinh hoạt. Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu : - Trong suốt, không màu, không mùi, độ cứng không quá 7mg- E/l, - Độ oxy hóa: ≤ 2ml KMnO4 0,01N/l, - Chất cặn: ≤ 1mg/l, - Không có kim loại nặng. - Hàm lượng các muối không vượt quá các yêu cầu (mg/l): Cl- (0,5); SO42- (80); Asen (0,05); Pb2+ (0,1); F- (3); Zn2+ (5); Cu (3); NO3- (40). + NH3 và muối của axit nitric: Không cho phép có + Không có hoặc chỉ có vết của các muối kim loại nặng như: Hg, Ba,… Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -18- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.1.3. Nấm men Nấm men (Yeast, levure) là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sản bằng cách nảy chồi. Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân bố rộng rãi trong tự nhiên như trong đất, thực phẩm, lương thực, hoa quả,… Nấm men xuất hiện nha bào chỉ khi môi trường quá nghèo hoặc trong điều kiện nuôi cấy không thuận lợi. - Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có tính chất cơ bản sau: + Tốc độ phát triển nhanh, + Có đặc tính sinh lý, sinh hóa ổn định trong thời gian dài, + Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít, + Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh, + Chịu được áp suất thẩm thấu lớn tức là chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên men, tức là lên men đạt nồng độ rượu cao, + Thích nghi với điều kiện không thuận lợi của môi trường, đặc biệt là đối với chất sát trùng. Với Việt Nam, đòi hỏi lên men ở nhiệt độ tương đối cao (≥350C). Để có được một chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên đây, thường phải trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép,… lâu dài công phu và phức tạp. Để sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột có thể dùng các chủng nấm men sau: Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rasse II): Sinh sản trong môi trường nước đường thường tụ lại thành đám, sau một thời gian ngắn lắng xuống. Đặc điểm của loại này trong tế bào có chứa nhiều hạt glycogen, không bào lớn, hình thành bào tử nội sinh ít và chậm, sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ axit thấp có sức kháng cồn cao. Không lên men được đường lactoza. Kích thước tế bào 5,6 ÷ 7µm. Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rasse XII): Phân lập được ở Đức năm 1902, tốc độ phát triển nhanh sau 24 giờ 1 tế bào có thể phát triển được 55 tế bào mới. Không bào nhỏ, ít sinh bọt, tế bào hình trứng hoặc tròn, kích thước vào khoảng 5÷8µm. Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được các đường glucoza, Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -19- GVHD: KS. Bùi Viết Cường fructoza, galactoza, saccaroza, maltoza và 1/3 đường raffinoza, không lên men đường galactoza. Có thể lên men đạt 13% rượu trong môi trường. Nấm men Rasse XII thuộc loại men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng. Nấm men MTB Việt Nam (Men thuốc bắc): Được phân lập tại nhà máy rượu Hà Nội từ men thuốc bắc, tế bào hình bầu dục, kích thước 3÷5×5÷8µm. Là những nấm men đa bội nên có thể hình thành 2÷4 bào tử trong một tế bào. Có khả năng lên men được đường glucoza, fructoza, galactoza, saccaroza, maltoza, galactoza. Lên men được ở nhiệt độ cao (39÷40 0C) chịu được độ axit tương đối cao 1÷1,50 nồng độ có thể đạt từ 12÷14%. Đặc biệt qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường có 0,02÷0,025% chất sát trùng Na2SiF6 [4, Tr 206-227]. Hình 2.4. Saccharomyces cerevisiae [31], [32] 2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật 2.1.4.1. Các hóa chất - Axit sunfuric có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ trong quá trình đường hóa - Ure cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo ra nhiều rượu - Nhóm các hóa chất xử lý nước như: Than hoạt tính, hạt nhựa,… - Hóa chất sát trùng như Na 2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa. 2.1.4.2. Các enzyme - Chế phẩm enzyme amylaza Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Trong công nghệ sản xuất alcol, enzyme xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men là khá quan trọng, các enzyme này thuộc loại amylaza. + Novo amylaza: Novo amylaza, termamyl 60L, fugamyl 800L và spiritamylaza Novo 150L được sản xuất từ các vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các Novo amylaza này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt độ cao. Các enzyme này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặt tính trong điều kiện bảo quản không lớn hơn 250C. + Termamyl 60L: Termamyl 60L là một enzyme α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng. Hoạt động của nó là thủy phân tinh bột thành dextrin giống như α-amylaza của malt. Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong quá trình thủy phân ở pH = 5.0. Nhiệt độ thích hợp 900C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó. + Fungamyl 800L: Fungamyl 800L là một α-amylaza cô đặc dạng lỏng. Nhiệt độ tối thích 60÷650C. Fungamyl 800L xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các α-amylaza khác. Tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành. Fungamyl 800L có thể hoạt động ở pH = 4.5 và không đòi hỏi điều kiện có muối canxi cho sự ổn định của nó. + Spiritamylaza Novo 150L: Spiritamylaza Novo 150L là một glucoamylaza lỏng cô đặc, được sử dụng để xúc tác quá trình thủy phân tinh bột trong công nghệ lên men rượu. Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các đường lên men glucoza không có các dextrin trong sản phẩm thủy phân. Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là pH = 3 tại 600C. Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của ion canxi (Ca2+). Trong sản xuất cồn, enzyme này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa. Chế phẩm enzyme được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các enzyme này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt động cao, chịu được nhiệt độ cao. Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -21- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.2. Tổng quan về sản phẩm - Phương pháp sản xuất cồn etanol [5, tr 122-124] Cồn còn được biết đến như etanol hay rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn. + Hydrat hóa etylen Etanol thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydat hóa etylen với chất xúc tác là axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen hợp nước ở 300C áp suất 70÷80atm với chất xúc tác là axit photphoric: H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH + 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 (thường dùng loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm khí, phản ứng hóa học tổng quát: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + Q Quá trình nuôi cấy men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết đường rồi lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ etanol. - Tính chất vật lý [4, tr 12-13] Etanol là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và có mùi thơm đặc trưng, vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi. Etanol hòa tan trong nước ở bất cứ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích. Etanol hòa tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH, … và nhiều chất khí: H 2, N2, O2, NO, SO2, H2S, CO,… nhưng không hòa tan được tinh bột và disaccarit… Các thông số vật lý của etanol nguyên chất: + Tỷ trọng: d420 = 0.7894, d415 = 0.7942… + Phân tử lượng: 46,03 + Nhiệt độ sôi 78,32 0C ở áp suất 760mmHg, nhiệt độ bắt lửa 1200C + Nhiệt dung 0,548 KJ/kg.độ (ở 200C) và 0,769 KJ/kg.độ (ở 600C) Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -22- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + Năng suất tỏa nhiệt: 6642 ÷ 7100KJ/kg.độ. Nhiệt độ đóng băng – 1170C. Khi chưng cất hỗn hợp dung dịch có nồng độ 95,57% etanol và 4,43% nước thì điểm sôi chung là 78,150C và gọi là điểm đẳng phí. Điều đó cũng có nghĩa là biện pháp chưng cất không thể thu được rượu có nồng độ cao hơn 95,57%V. - Tính chất hóa học [4, tr 13-14] Công thức hóa học của nó là C2H5OH hay CH3CH2OH, viết tóm tắt là C2H6O. Do cấu trúc phân tử rượu gồm hai thành phần: Gốc etyl và nhóm hydroxyl nên tính chất hóa học của rượu etylic phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần hóa học đó. + Tác dụng với oxi: Tùy theo cường độ tác dụng với rượu mà cho sản phẩm khác nhau. 2C2H5OH + O2 2CH3CHO + H2O (nhẹ) C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O (đủ) C2H5OH + O2 2CO2 + 3H2O + 326 kcal (mạnh) + Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ Trong trường hợp này etanol được coi như là một axit yếu và có phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo muối alcolat. C2H5OH + M  C2H5OM + 1/2H2  (alcolat kiềm) + Tác dụng với NH3 Ở nhiệt độ 2500C và có xúc tác, etanol tác dụng với NH3 tạo thành amin. C2H5OH + NH3  C2H5NH2 + H2O. + Tác dụng với axit Etanol tác dụng với axit tạo thành este phức tạp. Tùy theo từng loại axit khác nhau tạo thành este khác nhau, trong trường hợp này rượu đóng vai trò là kiềm yếu. C2H5OH + CH3COOH  CH3COOC2H5 + H2O C2H5OH + H2SO4  (C2H5)2SO4 + 2H2O - Tính chất sinh học [4, tr 15] Cồn có tính chất sát trùng mạnh vì cồn hút nước sinh lý của các tế bào làm khô chất albumin. Cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ cồn, nhưng tác dụng sát trùng mạnh nhất của cồn là dung dịch có nồng độ 70%. Vì ở nồng độ này cồn có Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: KS. Bùi Viết Cường khả năng thấm qua màng tế bào lớn hơn so với cồn cao độ. Cồn có tác dụng ức chế sự phát triển và làm yếu sự hoạt động của nấm men, nấm mốc. 2.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình sản xuất cồn 2.3.1. Các biến đổi trong quá trình nấu 2.3.1.1. Sự trương nở và hòa tan tinh bột [5, Tr 37-41] Tinh bột sắn là chất keo háo nước điển hình, cấu tạo từ amyloza – mạch thẳng và amylopectin. Tỷ số amyloza và amylopectin trong tinh bột thường khoảng 1:4. Tinh bột không hòa tan trong nước lạnh, trong rượu và ete. Amyloza dễ hòa tan trong nước nóng và tạo nên độ nhớt của dung dịch. Amylopectin khi hòa tan trong nước nóng tạo dung dịch có độ nhớt rất lớn. Trong nước nóng tinh bột sẽ hút nước trương nở và tạo dạng gel. Mức độ trương nở của tinh bột phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi tăng nhiệt độ thì áp suất thẩm thấu, sự hút nước và độ trương nở sẽ tăng, hạt tinh bột sẽ hút nước khoảng 25÷30 lần nhiều hơn so với thể tích hạt. Amyloza dễ hòa tan trong nước nóng và bắt đầu khuếch tán vào môi trường xung quanh. Nếu tiếp tục tăng nhiệt độ tới giới hạn xác định thì dưới tác dụng của lực thẩm thấu (lực trương nở) các hạt tinh bột sẽ hút nước và tăng thể tích, có thể từ 50 đến 100 lần. Do đó các mối liên kết giữa các phân tử sẽ yếu dần và bị đứt, lúc đó hạt tinh bột sẽ được giải phóng sẽ biến thành dạng keo và gọi là hồ tinh bột và xảy ra hiện tượng hồ hóa. Nhiệt độ làm cho hồ tinh bột có độ nhớt cực đại được gọi là nhiệt độ hồ hóa của tinh bột. 2.3.1.2. Những biến đổi của hemixenluloza, xenluloza, pectin [5, tr 41-42] Trong quá trình nấu nguyên liệu, ở điều kiện môi trường axit yếu xenluloza không bị thủy phân. Hemixenluloza cấu tạo chủ yếu từ pentozan có bị thủy phân ít nhiều. Sự thủy phân này bắt đầu từ khi chuẩn bị dịch bột do tác dụng của xitaza chứa trong nguyên liệu và được tiếp tục trong quá trình nấu do tác dụng của ion H + và nhiệt độ cao. Kết quả là tạo ra dextrin và các hợp chất có phân tử thấp, kể cả đường 5 cacbon – arabinoza và xiloza. Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -24- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.3.1.3. Những biến đổi của tinh bột và đường Khi nấu có một lượng nhỏ tinh bột biến thành đường và dextrin do tác dụng của amylaza chứa trong nguyên liệu. Sự có mặt của các chất đường trong dịch bột chưa nấu là điều không mong muốn vì sẽ gây tổn thất khi đun đến nhiệt độ cao. Do đó khi nấu sơ bộ cần tăng nhanh nhiệt độ trong giới hạn từ 50÷600C nhằm rút ngắn thời gian để hạn chế hoạt động của amylaza. Đường chứa trong nguyên liệu chủ yếu là saccaroza, glucoza, fructoza và một ít maltoza được tạo thành trong thời gian nấu. Ở nhiệt độ cao các đường sẽ bị phân hủy và mất nước để tạo thành caramen, furfurol, oxymetyl, melanoidin. Mức tạo các chất được sắp xếp theo thứ tự: Tạo melanoidin > furfurol > caramen [5, tr 4246] 2.3.2. Phương pháp nấu nguyên liệu Các phương pháp nấu nguyên liệu: [3, tr 107-112] - Nấu gián đoạn: Đặc điểm của phương pháp này là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong một nồi. Phương pháp này có ưu điểm là tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, nhưng có nhược điểm là tốn hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu ở áp suất và nhiệt độ cao, thời gian dài nên gây tổn thất nhiều đường. - Nấu bán liên tục: Đặc điểm của phương pháp là nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm. Phương pháp có ưu điểm là giảm được thời gian nấu, áp suất, nhiệt độ do đó giảm được tổn thất và tăng hiệu suất. Nhờ sử dụng hơi thứ và nấu sơ bộ nên tiết kiệm được lượng hơi dùng cho nấu rất nhiều. Tuy nhiên phương pháp nấu này có nhược điểm là: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. - Nấu liên tục: Trong ba phương thức nấu trên, nấu liên tục ngày càng phổ biến vì có nhiều ưu điểm hơn cả như: Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao mà không Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -25- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ảnh hưởng tới khả năng làm việc của thiết bị. Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm được tổn thất đường do cháy. Nhờ đó hiệu suất tăng so với nấu bán liên tục và nấu gián đoạn. Năng suất riêng của 1m3 thiết bị tăng 7 lần. Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm 50% so với bán liên tục. Dễ cơ khí hóa và tự động hóa. Tốn ít diện tích đặt thiết bị. Tuy nấu liên tục có nhiều ưu điểm nhưng đòi hỏi các điều kiện nghiêm ngặt: Nguyên liệu phải nghiền phải có kích thước theo yêu cầu, bột nằm trên mặt rây có đường kính d=3mm không vượt quá 10%. Bột lọt qua rây có đường kính d=1mm lớn hơn 40%. Việc cung cấp điện nước yêu cầu phải ổn định. 2.3.3. Các phương pháp đường hóa Đường hóa dịch cháo sau nấu có thể tiến hành theo phương pháp liên tục, gián đoạn. [3, tr 112] - Đường hóa gián đoạn: Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong một nồi duy nhất. Ưu điểm: Thiết bị đơn giản dễ chế tạo, dễ thao tác, vận hành, sữa chữa, hoạt độ enzyme ít bị giảm do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao. Nhược điểm: Không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch bột ở 700C. Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao). Khó cơ giới hóa tự động hóa, năng suất thấp. Chất lượng dịch đường không ổn định, dễ bị nhiễm trùng hơn so với phương pháp liên tục. - Đường hóa liên tục: Quá trình đường hóa được thực hiện trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và enzyme amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men. Ưu điểm: Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị. Dịch cháo ít bị lão hóa vì dịch cháo được làm nguội tức thời. Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn. Dễ cơ khí và tự động hóa, cho phép tăng năng suất lao động. Năng lượng sử dụng giảm do thời gian đường hóa giảm. Tiết kiệm được diện tích nhà xưởng. Giảm được khả năng nhiễm trùng do Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -26- GVHD: KS. Bùi Viết Cường dịch đường hóa đi trong hệ thống kín. Chất lượng dịch đường ổn định. Khi kết hợp việc làm nguội bằng chân không phương pháp này cho phép nấu cháo ở nồng độ loãng hơn do đó giảm được tổn thất đường khi nấu. Nhược điểm: Thiết bị phức tạp. Yêu cầu về điện, nước đầy đủ và ổn định. Yêu cầu cao về kỷ thuật vận hành thiết bị. Vệ sinh, sữa chữa cần có kế hoạch cụ thể. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là tác nhân đường hóa: [5, tr 62] − 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 cồn. − Dùng amylaza thu được từ nấm mốc: Ở Việt Nam đa số các nhà máy cồn đều dùng phương pháp này, mấy năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch. 2.3.4. Cơ chế, động học và phương pháp của quá trình lên men rượu 2.3.4.1. Cơ chế của quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình yếm khí, chuyển hoá đường thành rượu, giải phóng CO2 và toả nhiệt. [4, tr 243-244] zymaza C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào, nhờ hoạt động của ezyme zymaza chuyển hóa đường thành rượu và CO 2. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ nào nên khuyếch tán rất nhanh. CO2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan không lớn. Khi bão hoà, CO2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO 2 và tế bào nấm men thường dính liền nhau. Bọt khí CO 2 lớn đến mức độ nhất định thì lôi kéo bọt khí và tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -27- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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. 2.3.4.2. Động học của quá trình lên men rượu Tốc độ lên men rượu có thể xác định trực tiếp bằng lượng đường lên men hoặc gián tiếp xác định lượng rượu được tạo thành và lượng CO 2 thoát ra trong một đơn vị thời gian từ đó cũng có thể xác định nhanh tốc độ lên men bằng cách đo nồng độ biểu kiến của dịch lên men. [5, tr 145-149] Hình 2.5. Đường cong lên men (theo Lêbêdep) Theo hình 2.5, nhận thấy lên men được chia làm ba giai đoạn: Lên men sơ bộ, lên men chính và lên men phụ. Lên men sơ bộ 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. Lên men chính 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 dụng nhiều sinh nhiều cồn và CO2, 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. Lên men phụ là giai đoạn lên men phụ biểu hiện đường cong lên men là sự đi Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -28- GVHD: KS. Bùi Viết Cường xuống tiệm cận trục hoành. Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch ít. 2.3.4.3. Các phương pháp lên men - Phương pháp 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, sữa chữa. Nếu có thì chỉ xảy ra trong phạm vi của thùng lên men đó, không ảnh hưởng đến thùng lên men khác, xử lý đơn giản hơn. + Nhược điểm: Chất lượng lên men không đồng đều, hiệu suất lên men thấp, thời gian lên men dài so với phương pháp khác. - Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kỳ) + 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 hoặc trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết. + Ưu điểm: Đơn giản, rút ngắn được chu kỳ lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men. Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng nấm men giống thường xuyên. + Nhược điểm: Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng dấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặc biệt là các thùng đầu dây. - Phương pháp lên men liên tục: + Đặc điểm: Dịch đường và nấm men giống liên tục đi vào và dịch dấm 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 giới hóa và tự động hóa, thời gian lên men được rút ngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng nấm men giống ban đầu cao, chất lượng dấm chín là ổn định. Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -29- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + Nhược điểm: Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đòi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sữa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể, yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định [4, tr 251-260]. 2.3.5. Cơ sở lý thuyết của quá trình chưng cất và tinh chế 2.3.5.1. Lý thuyết chưng cất Dấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như: Rượu, este, aldehyt và một số alcol có cacbon lớn hơn hai. Các alcol này được gọi là các alcol cao phân tử hay còn gọi là dầu fusel hay dầu khét. Ngoài ra trong dấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của dấm chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước. Vì thế khi nghiên cứu xem dấm chín như hỗn hợp hai cấu tử. Khi nghiên cứu về chưng cất hỗn hợp rượu nước. Conovalop và vrepski đưa ra các định luật sau: % C2H5OH y, %mol %H2O Hình 2.6. Độ bay hơi đẳng nhiệt của dung dịch rượu nước x, %mol Hình 2.7. Đường cong cân bằng hỗn hợp rượu nước ở áp suất khí quyển Định luật 1: Ở trạng thái cân bằng lỏng, cấu tử dễ bốc hơi thì ở thể hơi thường chứa một lượng nhiều hơn ở thể lỏng. Tức là khi thêm cấu tử dễ bốc hơi vào dung dịch, ở nhiệt độ không đổi thì áp suất hơi bão hòa sẽ tăng hay nhiệt độ sôi của hỗn hợp sẽ giảm. Định luật 1 của Conovalop có thể biểu thị bằng đồ thị hình 2.6. Qua đồ thị hình 2.6 chứng tỏ rằng áp suất hơi bão hòa tăng cùng với nồng độ rượu ở thể lỏng và tăng tới điểm cực đại a trên áp suất hơi bảo hòa ứng với nồng độ rượu là c. Nếu tiếp tục tăng nồng độ lên nữa thì áp suất hơi bảo hòa sẽ giảm. Như Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -30- GVHD: KS. Bùi Viết Cường vậy định luật 1 của Conovalop chỉ đúng ở khoảng nồng độ từ 0 đến c. Định luật 2: Trên đường cong áp suất hơi bão hòa, a là điểm sôi chung của hỗn hợp rượu - nước, tại đó thành phần rượu trong pha hơi và pha lỏng bằng nhau. C là nồng độ hỗn hợp đẳng phí. Khi chưng cất không đến điểm cực đại thì tiến hành theo định luật 1 của Conovalop. Khi tới điểm cực đại thì quá trình chưng cất tiến hành theo định luật 2 của Conovalop. Dựa vào lý thuyết trên, biểu diễn đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu nước bằng đồ thị hình 2.7. Điểm đẳng phí là giao điểm của đường cong cân bằng với đường chéo ob. Tại điểm đẳng phí a nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi bằng 95.57% khối lượng tương đương 89.41% theo mol, tương ứng với điểm sôi là 78.150C. Vì vậy các phương pháp chưng cất rượu thông thường không thể đạt tới nồng độ trên 95.57% theo khối lượng. Muốn có nồng độ rượu cao hơn phải dùng các phương pháp chưng cất đặc biệt. [5, tr 170-172] 2.3.5.2. Cơ sở lý thuyết tinh chế - Mục đích của tinh chế rượu là tách các tạp chất trong rượu thô ra khỏi rượu etylic và nâng cao độ rượu đạt tiêu chuẩn chất lượng quy định mặt khác cũng nâng cao nồng độ tạp chất và thu hồi để sử dụng. [5, tr 173-178] Căn cứ vào nhiệt độ sôi của các tạp chất 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,... Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -31- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 vào nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất và thiết bị,... - Các phương pháp chưng cất – tinh chế: [5, tr 178-193] a. Chưng luyện gián đoạn Ưu điểm: Đơn giản, dễ thao tác, tốn ít thiết bị. Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều. Tốn hơi do dấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn thô. Thời gian cất kéo dài. b. Phương pháp chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục) Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạn nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao. c. Phương pháp chưng luyện liên tục Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm trên của chưng cất gián đoạn và bảo đảm 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. Từ đó chia thành chưng luyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp và vừa trực tiếp). - Sơ đồ hai tháp gián tiếp một dòng: Hệ thống này tuy có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu lấy ra. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi. - Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp. Hệ thống cho phép nhận 70 ÷ 80% cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN 71, 20 ÷ 30% cồn loại II, 3 ÷ 5% cồn đầu. Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơi Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -32- GVHD: KS. Bùi Viết Cường nhưng đòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác. - Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và một tháp fusel Hệ thống này khác với hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel. Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách dầu fusel triệt để hơn, nhưng có nhược điểm là có tổn thất rượu trong dầu. - Sơ đồ chưng luyện 4 tháp ( thêm một tháp làm sạch) Cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm nguội mà được đưa vào tháp làm sạch để tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao. Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn quy trình công nghệ Nguyên liệu (sắn) Làm sạch Nghiền Nước nóng Hơi Bunke chứa Enzyme Termamyl Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Hơi Nấu chín Hơi Tách hơi Enzyme amylaza Làm nguội Nấm men phòng thí nghiệm Đường hóa H2SO4, Na2SiF6 Nhân giống nấm men Làm nguội Lên men Tách bã Tháp chưng cất Hơi Cồn đầu Tháp tinh chế Dầu fusel NaOH Ngưng tụ, làm nguội Thùng chứa cồn 96 Bốc hơi, quá nhiệt Ngưng tụ, làm nguội 0 Thùng chứa dầu fusel 3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ 3.2.1. Làm sạch 3.2.1.1. Mục đích Sắn được làm sạch đất, cát sau đó được bảo quản trong kho khô ráo chống mối mọt, sâu bọ. Trước khi đem nghiền, sắn được làm sạch bằng phương pháp sàng và sức gió, dùng máy khử từ để tách những kim loại. Nhằm tách các tạp chất bụi bẩn, các chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên liệu, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. Cửa nạp liệu Nam châm Lưới sàng 1 Lưới sàng 2 Tạp chất bé Nguyên liệu đạt yêu cầu Tạp chất lớn Ống dẫn bụi ra Hình 3.1. Sàng rung 3.2.1.2. Tiến hành Nguyên liệu sắn lát khô được băng tải chuyển đến phểu nạp liệu, nguyên liệu sẽ đi qua nam châm để tách kim loại sau đó được chuyển đến sàng rung để làm sạch. Nguyên liệu sắn đưa vào máy làm sạch qua cửa nạp liệu (1). Trước khi xuống lưới sàng (3), nguyên liệu được tách kim loại bằng nam châm (2), sau đó nguyên liệu rơi xuống lưới sàng (4). Tại đây, kích thước lỗ lưới lớn hơn nguyên liệu và dưới tác động của chuyển động rung nên tạp chất lớn được giữ lại, còn nguyên liệu và tạp chất bé sẽ lọt qua lưới (3) và xuống lưới sàng (4). Do lưới sàng (4) có kích thước nhỏ hơn nguyên liệu nên ở đây nguyên liệu đạt yêu cầu được giữ lại, tạp chất bé sẽ lọt qua lưới sàng (4) và xuống ngăn cuối, đưa ra ngoài qua cửa số (5). Bụi lơ lững được quạt hút ra ngoài qua đường ống (8). Nguyên liệu đạt yêu cầu đưa đi nghiền. 3.2.2. Nghiền nguyên liệu 3.2.2.1. Mục đích Công đoạn nghiền để phá vỡ cấu trúc thực vật của sắn lát, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột ra khỏi các mô, nói cách khác nghiền là quá trình phân chia vật rắn thành nhiều phần tử nhỏ, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn. Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu và đường hóa, tiết kiệm hơi và nâng cao hiệu suất thu hồi cồn. [4, tr 33] 3.2.2.2. Tiến hành Đối với nguyên liệu sắn lát khô thì dùng máy nghiền búa để nghiền. Nguyên liệu cần nghiền cho vào bên trong máy qua cửa nạp liệu. Do sự va đập của vật liệu với các cánh búa đang quay và với thành trong của máy, vật liệu sẽ biến dạng rồi vỡ ra thành các thành phần có kích thước nhỏ hơn. Ngoài ra khi nguyên liệu ban đầu có kích thước lớn, còn có thêm sự chà xát của vật liệu với thành trong của máy. Do bị va đập nhiều lần giữa cánh búa và vỏ máy, nguyên liệu giảm kích thước đến khi nhỏ hơn lỗ lưới, hạt sẽ theo lỗ lưới ra ngoài. Các hạt vật liệu nhỏ lọt qua lưới tự thoát ra ngoài hay được quạt hút ra khỏi máy, các hạt vật liệu to chưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ. Ðể nghiền được, Hình 3.2. Máy nghiền búa động năng của búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu. 3.2.3. Nấu nguyên liệu 3.2.3.1. Mục đích Nấu nguyên liệu nhằm phá vỡ màng của hạt dự trữ tinh bột, tạo điều kiện biến chúng hành trạng thái hòa tan trong nước, khi đường hóa enzyme amylaza tác dụng tốt hơn. Nấu nguyên liệu quá trình ban đầu nhưng rất quan trọng trong quá trình sản xuất cồn. Các quá trình sau tốt hay xấu đều phụ thuộc rất nhiều vào kết quả nấu nguyên liệu. [3, tr 36] 3.2.3.2. Tiến hành Nấu nguyên liệu theo phương pháp nấu liên tục: 1 Thùng hòa bột 2 Bơm 3 Nồi nấu sơ bộ 4 Bơm 5 Thiết bị phun dịch hóa 6 Nồi nấu chín 7 Điều chỉnh mức khối nấu 8 Thiết bị tách hơi Hình 3.3. Sơ đồ nấu liên tục Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại thùng hòa bột (1) rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ (3). Trong quá trình nấu có bổ sung enzyme Termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột. Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được nâng lên 80÷850C trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột. Tiếp đó khối nấu nhờ bơm ly tâm (4) bơm sang thiết bị phun dịch hóa (5), tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷960C. Sau đó khối nấu tiếp tục được bơm sang nồi nấu chín (6), theo đó dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức độ cần thiết. Ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu sẽ được giữ ở nhiệt độ 100÷105 0C trong khoảng thời gian từ 25÷30 phút. [5, tr 53-54] Việc điều chỉnh mức khối nấu nhờ phao điều chỉnh (7). Hơi thứ tách ra ở nồi nấu chín được tách ở thiết bị tách hơi (8) được thu hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ. Dịch được bơm lên thiết bị phun dịch hóa, qua khe hẹp. Hơi vào từ phía trên, được điều chỉnh lượng vào bằng bộ điều khiển tự động. Dịch qua khe hẹp dưới tác dụng của nhiệt độ cao, độ lớn của khe hẹp được điều chỉnh bởi van chắn. Nhiệt độ hơi cao làm tăng áp suất và sự thay đổi vận tốc làm cho mạch tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo được mịn hơn. Qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96 0C. Hệ điều khiển tự động Hơi vào Nguyên liệu vào Nguyên liệu ra Hình 3.1. Thiết bị phun dịch hóa Cửa vệ sinh Dịch vào Thông khí Dịch ra Xả đáy Thân bồn Tấm vách ngăn than bồn Tấm đáy bồn hình côn elip Tấm bạ đáy bồn chân đế Chân đế Tấm nắp bồn hình côn elip Tấm ga chân đế Tấm bản mã Hình 3.5. Nồi nấu chín Đối với nồi nấu chín, dịch hòa trộn từ nồi nấu sơ bộ sau khi qua thiết bị phun dịch hóa được bơm vào nồi nấu chín tại cửa (b). Nhiệt độ dịch cháo lúc này được nâng lên 100÷1050C. Ở giữa nồi nấu chín có tấm ngăn cách thân bồn (2) dịch cháo chảy dích dắc từ ngăn này sang ngăn kia cho tới khi đầy nồi nấu. Khi đó dịch từ nồi (1) chảy chuyền sang nồi (2) và cứ thế tiếp tục cho đến nồi cuối cùng. Sau đó dịch cháo được đưa ra thiết bị tách hơi tại cửa (d). Phía dưới nồi nấu có van xả đáy (e) để xả khi nồi nấu có sự cố. 3.2.4. Làm nguội 3.2.4.1. Mục đích Hạ nhiệt độ của dịch cháo sau nấu chín từ nhiệt độ 100÷105 0C xuống 58÷600C tạo điều kiện cho quá trình đường hóa xảy ra dễ dàng. Và hạ nhiệt độ của dịch đường sau đường hóa từ 600C xuống 300C để tạo thuận tiện cho quá trình lên men. 3.2.4.2. Tiến hành Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống với dịch cháo đi bên trong ống và nước làm nguội đi bên ngoài ống. Dịch cháo trong ống và nước ở phần ống hình vành khăn sẽ tiến hành trao đổi nhiệt với nhau để thu được dịch cháo đi ra có nhiệt độ 58÷600C và đưa dịch đường sau đường hóa xuống nhiệt độ 300C. 1. Cửa sản phẩm vào 4. Cửa nước vào 2. Cửa sản phẩm ra 5. Khoảng không 3. Ống truyền nhiệt 6. Xả nước ngưng Hình 3.6. Thiết bị làm nguội 3.2.5. Đường hoá 3.2.5.1. Mục đích Là quá trình chuyển tinh bột thành đường lên men dưới sự xúc tác của enzyme amylaza. Cần phải qua công đoạn đường hóa, do sau khi nấu xong tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp để chuyển hóa thành rượu được. Đây là quá trình quan trọng, nó đóng vai trò quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu. [4, tr 62] 3.2.5.2. Tiến hành Đường hóa dịch cháo tiến hành theo phương pháp liên tục. Dịch cháo từ thiết bị làm nguội được đưa vào thiết bị đường hóa ở nhiệt độ 50÷62 0C được cấp vào cửa (a) từ trên xuống, khi dịch cháo ngập đến cánh khuấy thì cánh khuấy hoạt động, sau đó bổ sung enzyme glucoamylaza theo cửa (b), H 2SO4 cho vào theo cửa (c). Khống chế pH=3.8÷4.2 thì ngừng cấp H2SO4. [5, tr 95-97] a. Dịch vào b. Cấp enzim c. Cấp axit d. Cấp hơi e. Dịch ra 1. Tấm đáy bồn hình nón 2. Chân đế 3. Giá chân đế 4. Tấm lót chân đế 5. Thân bồn 6. Cầu thang vệ sinh 7. Giá nắp bồn 8. Cửa vệ sinh 9. Mô tơ cánh khuấy 10. Hộp giảm tốc 11. Gối đỡ 12. Giá đỡ 13. Nắp bồn 14. Trục cánh khuấy 16. Khớp nối trục với gối đỡ 15. Cánh khuấy 17. Gối đỡ trục cánh khuấy 3.2.6. Lên men 3.2.6.1. Mục đích Hình 3.7. Thiết bị đường hóa Quá trình lên men rượu là quá trình chuyển hóa đường trong dịch đường lên men thành rượu, CO 2 cùng một số chất khác nhờ hoạt động của nấm men,... Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin,… hoà tan vào dịch lên men. [4, tr 107] 3.2.6.2. Tiến hành a. Chuẩn bị giống Ống giống gốc ống nghiệm 10mL thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu thùng 100L bình nuôi 100mL bình 10L bình cầu 1000mL - Từ ống gốc đến 10L thường thực hiện trong phòng thí nghiệm. - Môi trường nuôi cấy ở 10mL, 100mL: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn này thường dùng malt đại mạch. - Từ 10L thực hiện trong phân xưởng sản xuất Thao tác thực hiện: Nấm men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có nấm men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, 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÷320C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ. Sau thời gian đó thì tiến hành 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. b. Lên men Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa dấm chín. [4, tr 152-154] Sơ đồ bố trí lên men liên tục như sau: Hình 3.8. Sơ đồ nhân giống và lên men Có 2 thùng nhân liên tục giống nấm men cấp I có dung tích bằng 30% so với thùng nhân giống nấm men cấp II. Thùng cấp II có dung tích bằng 30% thùng lên men chính. Các thùng lên men tiếp theo gồm 8÷10 thùng. Thùng nhân giống cấp I được đặt phía trên thùng cấp II để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp II đặt cao hơn thùng lên men chính. Khi bắt đầu sản xuất nấm men giống ở 2 thùng cấp I lệch nhau khoảng 3÷4 giờ. Khi giống đạt yêu cầu tháo xuống thùng cấp II. Thùng I vừa được giải phóng cần phải được vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới tiếp tục chu kì nhân giống khác. Tiếp đó thanh trùng dịch ở 750C rồi axit hóa tới độ chua 1,8÷2,4g H2SO4/l. Sau đó làm nguội tới nhiệt độ nhân giống nấm men rồi cho 25÷30% lượng nấm men giống ở thùng cấp I còn lại vào và để cho lên men tới độ biếu kiến 5÷6%. Ở thùng nhân giống cấp II tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hóa tơi độ chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới khi độ lên men biểu kiến còn 5÷6%. Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp II vào một trong hai thùng lên men chính rồi tiếp tục cho dịch đường vào. Dịch lên men tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng lên men phụ cho tới thùng cuối cùng thì lên men kết thúc, thu dấm chín. Tổng thời gian lên men 60÷62 giờ. [5, tr 152-153] 3.2.7. Chưng cất, tinh chế 3.2.7.1. Mục đích Chưng cất là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín và cuối cùng nhận 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. [5, tr 169] 3.2.7.2. Tiến hành Sử dụng hệ thống chưng cất, tinh chế hai tháp gồm một tháp thô và một tháp tinh. Dấm chín được bơm qua bình hâm dấm (2), thiết bị này được gia nhiệt bằng hơi cồn thô đến nhiệt độ 70÷80 0C rồi đưa qua bình tách CO2 và khí không ngưng (3) rồi vào đĩa tiếp liệu của tháp thô (4). Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi đi từ dưới lên, dấm chín chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp ngưng tụ và được đưa sang tháp tinh (8) ở đĩa tiếp liệu, còn dấm khi chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong dấm còn khoảng 0,015÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Tại tháp tinh cũng được cấp nhiệt bằng hơi nước trực tiếp, hơi rượu bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ (9) và được hồi lưu trở lại tháp tinh. Một phần nhỏ chưa ngưng kịp còn chứa nhiều tạp chất đầu được đưa sang ngưng tụ tiếp ở thiết bị ngưng tụ làm nguội ruột gà (7) và lấy ra ở dạng cồn đầu. Cồn tinh chế được lấy ra cách đĩa hồi lưu 3÷6 đĩa qua thiết bị làm nguội được cồn tinh chế. Dầu fusel được lấy ra ở dạng hơi từ đĩa 6÷11 tính từ dưới lên được làm nguội, phân ly được dầu fusel thành phẩm. Nhiệt độ đáy của hai tháp luôn bảo đảm 103÷1050C; nhiệt độ đỉnh tháp thô phụ thuộc vào nồng độ cồn trong dấm và thường vào khoảng 93÷970C; nhiệt độ đỉnh tháp tinh vào khoảng 78,3÷78,5 0C; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khống chế ở 82÷830C. [5, tr 183-185] 1 Thùng cao vị chứa dấm chín 2 Bình hâm dấm 3 Bình tách CO2 và khí không ngưng 4 Tháp thô 5 Bình chống phụt dấm 6 Bình ngưng tụ cồn thô 7 Bình làm nguội ruột gà 8 Tháp tinh chế 9 Bình ngưng tụ hồi lưu 10 Bình làm nguội cồn sản phẩm 11 Bình ngưng và làm nguội dầu fusel Hình 3.9 Hệ thống chưng cất tinh chế 2 tháp liên tục Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Biểu đồ nhập liệu Tháng Nguyên liệu 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 0 7 x 8 x 9 x 10 x 11 x 12 x Nhà máy làm việc 11 tháng trong năm, tháng 6 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. 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 Ngày sản xuất Ca sản xuất 30 24 90 72 3 4 5 31 93 29 87 31 93 6 0 0 7 8 9 10 11 12 31 93 31 93 29 87 31 93 30 90 31 93 Tổng số ngày sản xuất: 328 ngày Tổng số ca sản xuất: 984 ca 4.3. Tính cân bằng sản phẩm 4.3.1. Các thông số ban đầu − Năng suất : 145 tấn nguyên liệu/ngày − Thành phần nguyên liệu : 100% sắn lát khô − Nồng độ chất khô của dịch cháo sau khi nấu: 18% − Nồng độ dịch lên men: 16% − Hiệu suất đường hóa: 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 = 93,159% Hao hụt và tổn thất của nguyên liệu qua từng công đoạn: Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT Công đoạn 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 15 Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi Làm nguội Đường hóa Làm nguội Nhân giống cấp 1 Nhân giống cấp 2 Lên men Chưng cất Tinh chế Ngưng tụ và làm nguội Tổn hao khác Hao hụt và tổn thất (%) 1 2 1 1 2 0,5 0,5 2 0,5 1 1 2 1 1 0,5 2 Bảng 4.2. Độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Độ ẩm Chất khô phi tinh bột Sắn 13% 14% 4.3.2. Tính toán cân bằng vật chất Tinh bột 73% 4.3.2.1. Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch trong một ngày: X (kg) Lượng nguyên liệu thu được sau công đoạn làm sạch: m1 = X × (100 − 1) = 0,99 × X (kg) 100 Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: mCK(1) = m1 × 87 0,99 × X × 87 = = 0,861 × X (kg) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: mtb(1) = m1 × 73 100 = 0,99 × X × 73 = 0,723 × X 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: m1 × 13 0,99 × X × 13 = = 0,129 × X 100 100 (kg) mH 2 O (1) = 4.3.2.2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 2) 0,99 × X × 98 = = 0,970 × X 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: m2 × 87 0,970 × X × 87 = = 0,844 × X (kg) 100 100 mCK ( 2) = Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mTB ( 2) = m2 × 73 0,979 × X × 73 = = 0,708 × X (kg) 100 100 Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mH 2 O ( 2 ) = m2 × 13 0,970 × X × 13 = = 0,126 × X (kg) 100 100 4.3.2.4. Công đoạn nấu sơ bộ Gọi A là lượng nước cần bổ sung và lượng hơi ngưng tụ tại công đoạn nấu sơ bộ để sau khi nấu chín nồng độ chất khô đạt 18%. Lượng enzyme bổ sung trong quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: mE = mTB ( 2 ) 1000 = 0,708 × X = 7,08 × 10 −4 × X (kg) 1000 Trong quá trình nấu bổ sung thêm lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung trong quá trình nấu và đường hóa: mE 3 = 30 30 × mE = × 7,08 × 10 − 4 × X = 2,13 × 10 − 4 × X (kg) 100 100 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. Khối lượng dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: m3 = (m2 + A) × (100 − 1) 99 = (0,970 × X + A) × = 0,960 × X + 0,99 × A (kg) 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mCK ( 2 ) × (100 − 1) mCK ( 3) = 100 = 0,844 × X × 99 = 0,836 × X (kg) 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mTB (3) = mTB ( 2 ) × (100 − 1) 100 = 0,708 × X × 99 = 0,701 × X (kg) 100 Khối lượng nước có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mH 2 O (3) = (mH 2 O ( 2 ) + A) × (100 − 1) 99 = 0,125 × X + 0,99 × A (kg) = (0,126 × X + A) × 100 100 4.3.2.5. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: m4 = m3 × (100 − 1) 99 = (0,960 × X + 0,99 × A) × = 0,950 × X + 0,980 × A (kg) 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK ( 3) × (100 − 1) 0,836 × X × 99 (kg) = = 0,828 × X 100 100 mCK ( 4 ) = Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mTB ( 4) = mTB (3) × (100 − 1) 0,701 × X × 99 = = 0,694 × X (kg) 100 100 Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mH 2 O ( 4 ) = mH 2 O ( 3 ) × (100 − 1) 99 = 0,124 × X + 0,980 × A (kg) = (0,125 × X + 0,99 × A) × 100 100 4.3.2.6. Công đoạn nấu chín Sau công đoạn nấu chín nồng độ chất khô đạt được là 18% nên: C 00 = mCK mCK 5 = mdd mCK 5 + mH 2O (5) (*) Trong đó: Khối lượng chất khô trong dịch cháo sau khi nấu chín là: mCK ( 5) = mCK ( 4 ) × (100 − 2) 0,828 × X × 98 = = 0,811 × X (kg) 100 100 Khối lượng nước có trong dịch cháo sau nấu chín ( mH O (5) ) chính là lượng nước 2 trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa và lượng hơi ngưng tụ trong quá trình nấu chín ( mH 2 O ( nt ) ). 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 sau khi nấu : m H 2O ( nt ) = 50 × 2 × m2 = 0,970 × X (kg) 100 m H 2O ( 5) = (m H 2O ( 4 ) + m H 2O ( nt ) ) × (100 − 2) (100 − 2) = (0,124 × X + 0,980 × A + 0,970 × X ) × 100 100 = 1,072 × X + 0,960 × A (kg) Vậy theo (*): C % = mCK 5 mCK 0,811 × X 18 = = = mdd mCK 5 + m H 2O ( 5) 0,811 × X + 1,094 × X + 0,980 × A 100 ⇒ A = 2,654 × X (kg) Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín là: m5 = (m4 + mH 2 O ( nt ) ) × (100 − 2) 98 = (0,950 × X + 0,980 × A + 0,970 × X ) × 100 100 = (0,950 × X + 0,980 × 2,654 × X + 0,970 × X ) × 98 = 4,431 × X (kg) 100 Khối lượng nước trong dịch cháo sau khi nấu chín là: m H 2O ( 5) = 1,072 × X + 0,960 × A = 1,072 × X + 0,960 × 2,654 × X = 3,620 × X (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau nấu chín là: mTB (5) = mTB ( 4) × 98 = 0,694 × X × 0,98 = 0,680 × X (kg) 100 4.3.2.7. Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu đã nghiền chưa hòa nước. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chính là lượng hơi chưa hoặc không ngưng tụ trong quá trình nấu chín. mH = m × 100 50 50 0,828 × X × 100 × 2 × CK ( 4 ) = × 2× = 0,952 × X (kg) 100 87 100 87 Khối lượng dịch cháo sau khi tách hơi: m 6 = m5 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,431 × X × = 4,409 × X (kg) 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mCK ( 6 ) = mCK ( 5) × (100 − 0,5) 100 = 0,811 × X × 99,5 = 0,807 × X (kg) 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB ( 6 ) = mTB ( 5) × (100 − 0,5) 100 = 0,680 × X × 99,5 = 0,677 × X (kg) 100 Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: m H 2O ( 6 ) = m H 2 O ( 5 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,620 × X × = 3,602 × X (kg) 100 100 4.3.2.8. Công đoạn làm nguội sau tách hơi Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m 7 = m6 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,409 × X × = 4,387 × X (kg) 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 0,5) 0,807 × X × 99,5 = = 0,803 × X (kg) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau làm nguội: mTB ( 7 ) = mTB ( 6 ) × (100 − 0,5) 0,677 × X × 99,5 = = 0,674 × X (kg) 100 100 Khối lượng nước có trong tinh bột sau làm nguội: m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,602 × X × = 3,584 × X (kg) 100 100 4.3.2.9. Công đoạn đường hóa Trong quá trình đường hóa bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme này bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. mE ( 8 ) = 70 70 × mE = × 7,08 × 10 − 4 × X = 4,956 × X × 10 − 4 (kg) 100 100 Lượng chất sát trùng: Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hoá, lấy 0,25% so với khối lượng dịch trước khi đường hoá: m st = 0,25 × m7 0,25 × 4,387 × X = = 0,011 × X (kg) 100 100 Lượng axit bổ sung khi đường hóa: 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. maxit = mTB ( 7 ) × 1,08 100 = 0,674 × X × 1,08 = 7,279 × 10 −3 × X (kg) 100 Gọi Y là lượng nước bổ sung trong quá trình đường hóa: Khối lượng dịch đường sau đường hóa.(do lượng enzyme bổ sung vào quá nhỏ so với hàm lượng chất khô nên có thể bỏ qua) m 8 = (m 7 + m st + m axit + Y) × 100 − 2 100 = (4,387 × X + 0,011 × X + 7,279 × 10 −3 × X + Y) × 0,98 = 4,317 × X + 0,98 × Y (kg) Lượng tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% và hao hụt 2% là. Có: 6 10 5 n 2 6 12 (C H O ) + nH O → nC H O 162n 18n 6 180n Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mCK 8 = ( mCK ( 7 ) + mTB ( 7 ) × 18n = (0,803 × X + mĐ ( 8 ) = 162n × 98 98 )× (kg) 100 100 0,674 × X × 18n 98 98 × )× = 0,859 × X 162n 100 100 mTB ( 7 ) × 180 × 98 × 98 0,674 × X × 180 × 98 × 98 = = 0,719 × X (kg) 162 × 100 × 100 162 × 100 × 100 Khối lượng nước có trong dịch đường sau khi đường hóa: m H 2O ( 8 ) = ( m H 2 O ( 7 ) − = (3,584 × X − mTB ( 7 ) × 18n 162n × 98 (100 − 2) +Y)× 100 100 0,674 × X × 18n 98 (100 − 2) = 3,440 × X + 0,98 × Y (kg) × +Y)× 162n 100 100 4.3.2.10. Công đoạn làm nguội sau đường hóa Khối lượng dịch đường sau làm nguội là: m 9 = m8 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,295 × X + 0,975 × Y (kg) = (4,317 × X + 0,98 × Y ) × 100 100 Khối lượng đường sau làm nguội: mĐ ( 9 ) = mĐ ( 8 ) × (100 − 0,5) = 0,719 × X × 0,995 = 0,715 × X (kg) 100 Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm nguội: mCK ( 9 ) = mCK (8) × (100 − 0,5) 100 = 0,859 × X × 99,5 = 0,855 × X (kg) 100 Lượng nước có trong trong dịch đường sau làm nguội: mH 2 O ( 9 ) = m H 2 O ( 8 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,423 × X + 0,975 × Y (kg) = (3,440 × X + 0,98 × Y ) × 100 100 Nồng độ chất khô của dịch đường đem nhân giống là 16% nên ta có: C% = mct mCK 9 0,855 × X 16 = = = mdd mCK 9 + mH 2 O ( 9 ) 0,855 × X + 3,423 × X + 0,975 × Y 100 ⇒ Y = 1,093 × X (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: mH 2 O ( 9) = 3,423 × X + 0,975 × Y = 3,423 × X + 0,975 × 1,093 × X = 4,489 × X (kg) Khối lượng của dịch đường sau làm nguội: m9 = 4,295 × X + 0,975 × Y = 4,295 × X + 0,975 × 1,093 × X = 5,361 × X (kg) 4.3.2.11. Công đoạn lên men Xem lượng chất khô không đường có khối lượng thấp hơn rất nhiều so với lượng đường sau đường hóa. Nên nồng độ chất khô của dịch đường đem đi nhân giống là 16% nên ρdịch đường 16% = ρđường16%. Thể tích dịch đường: VDịch đường = ρĐ16% = 1,0626 ( kg/lít) [7, tr 64] m9 5,361 × X = = 5,045 × X (lít) ρĐ 1,0626 Dịch đường sau khi ra khỏi thiết bị làm nguội: 10% đem đi nhân giống nấm men giống, 90% còn lại đưa vào thùng lên men. Quá trình nhân giống nấm men gồm quá trình nhân giống cấp 1 và quá trình nhân giống cấp 2. Thể tích dịch đường đem đi lên men: VDịch đường lên men= VDịch đường × 90% = 5,045 × X × 90 = 4,541 × X (lít) 100 Thể tích dịch đường đem đi nhân giống ( lấy 10% dịch đường) : Vnấm men= VDịch đường × 10% = 5,045 × X × 10 = 0,505 × X (lít) 100 a. Nhân giống cấp 1 Thể tích dịch nấm men sau nhân giống cấp 1: Vnhângiống 1 = V Nâmmen × (100 − 1) 0,505 × X × 99 = = 0,50 × X (lít) 100 100 b. Nhân giống cấp 2 Thể tích dịch nấm men sau nhân giống cấp 2: Vnhângiống 2 = VNhângiông1 × (100 − 1) 100 = 0,5 × X × 99 = 0,495 × X (lít) 100 Thể tích dịch đường trước lên men: Vthể dịch đường lên men= VDịch đường + Vnhân giống 2 = 4,541×X+0,495×X = 5,036×X (lít) Xem như trong quá trình nhân giống nấm men sử dụng toàn bộ lượng đường có trong dịch đường đem đi nhân giống. Nên nồng độ chất khô của dịch đường đưa đi lên men là 16%. Nồng độ dịch đường khi đem đi lên men là: C% dịch lên men = C % × 90 16% × 90 = = 14,4% 100 100 ρĐ14,4%=1,05588(kg/lít) ) [7, tr 64] Khối lượng của dịch trước lên men là: m10 = ρ Đ × Vthể dịch đường lên men=1,05588 × 5,036 × X = 5,317 × X (kg) Khối lượng đường có trong dịch lên men: mĐ (10 ) = mĐ (9 ) × 14,4 16 = 0,715 × X × 14,4 = 0,644 × X (kg) 16 Dựa vào phương trình lên men: C6 H 12 O6 → 2 C2H5OH + 2 180,2 92,1 CO2 (1) 88 Vậy cứ 100 kg glucoza tạo ra B kg cồn khan: B = 100 × 92,1 = 51,11 ( kg) 180,2 Cứ 100kg đường glucoza tạo thành 51,11kg cồn khan [5, tr 205-206], nên lượng cồn etylic thu được tạo ra từ mĐ (9 ) = 0,715 × X (kg) đường với hiệu suất lên men là 98%, hao hụt 2% là: mcồn khan = Cồn khan: mĐ (10 ) × B 0,644 × X × 51,11 98 98 = × × = 0,316 × X 100 100 100 100 Thể tích cồn khan thu được sau lên men với Vcồn khan = ρ Cồn= 0,789 ( kg/lít) ) [7, tr 9] mConkhan 0,316 × X = = 0,401 × X (lít) ρ Con 0,789 Từ (1) suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: mCO2 = mConkhan × 88 0,316 × X × 88 = = 0,302 × X (kg) 92,1 92,1 Khối lượng dấm chín thu được sau lên men: m Dâm = ( m10 × 98 98 ) − mCO2 = (5,317 × X × ) − 0,302 × X = 4,909 × X (kg) 100 100 Độ rượu trong dấm: mConkhan 0,316 × X = = 6,437%m = 8,052%V [4, tr 391] mDam 4,909 × X Xem dấm chín là một hỗn hợp bao gồm rượu và nước nên: Thể tích dấm chín sau lên men: VDam = VConkhan 0,401 × X × 100 = × 100 = 4,980 × X (lít) 8,052 8,052 4.3.2.12. Công đoạn chưng cất Dịch dấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,052%V. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,8000C [4, tr 391] Trước khi vào tháp dấm được hâm nóng đến 70 0C ở thiết bị hâm dấm sau đó đưa vào tháp thô để nâng nhiệt độ đến t=93,8000C Nhiệt lượng cần để đun nóng dấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100kg dấm: Q = 100 × CD × (t S − t D ) [8, tr113] Trong đó: 100: Khối lượng dấm vào tháp. CD = 1,019 – 0,0095 ×B: Nhiệt dung riêng của dấm. (kcal/kg.độ) B = 6,437%: Nồng độ % chất khô trong dấm theo khối lượng Suy ra : Nên CD = 1,019 − 0,0095 × 6,437% = 1,018 (kcal/kg.độ) Q = 100 × 1,018 × (93,800 − 70) = 2422,84 (kcal) Theo [4,tr 391] nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x=6,437% khối lượng 2,618% mol nhiệt độ sôi tương ứng tại nồng độ đó là 93,800 0C, nồng độ rượu ở pha hơi: y=42,630% khối lượng bằng 22,547% mol. Xd – Nồng độ rượu trong dấm, xd = 6,437 % khối lượng. Y – Nồng độ rượu trong pha hơi đi ra khỏi tháp dấm, y = 42,630% khối lượng. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg dấm là: G= 100 × xđ 100 × 6,437 = = 15,100 (kg) y 42,630 Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = G × β = 15,100 × 1,05 = 15,855 (kg) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ) Nồng độ thực của rượu trong pha hơi: y = 6,437 = 40,599% (% khối lượng). 15,855 Phương trình đường cân bằng cho tháp thô ứng với 100kg dấm chín giả định rằng lượng rượu trong bả là không đáng kể: : P + 100 = R + GT [5, tr 195] Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h; R – Lượng bã rượu, kg/h GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Suy ra : 100 + P = R + 15,855  P + 84,145 = R Bảng 4.3.Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg dấm chín Thành phần nhiệt Vào Ra Dấm chín Hơi nước Hơi nước – rượu Bã Nhiệt làm mát. Khối lượng (kg) Nhiệt lượng Riêng (KJ/kg) 100 P 15,855 84,145 +P 279 2680 2010 420 Tính toán nhiệt (KJ) 100×279=27900 2680 × P 15,855×2010=31868,55 (84,145 +P) ×420 840 Phương trình cân bằng nhiệt: 27900+2680 ×P = 31868,55+(84,145 +P) ×420+ 840 ⇒ P =17,765(Kg) ⇒ R = 101,910(Kg). Ta có 100 kg dấm chín cần 17,765(kg) hơi và lượng bã thu được là 101,910(kg) Hơi đốt cần cung cấp cho 4,909 × X (kg ) dấm chín là: mhơi = 4,909 × X × 17,765 = 0,872 × X (kg) 100 Lượng bã từ 4,909 × X (kg) dấm chín là: mBã = 4,909 × X × 101,910 = 5,003 × X (kg) 100 Lượng hơi ứng với 4,909 × X (kg) dấm chín là: G = 4,909 × X × 6,437 = 0,741 × X (kg) 42,630 Lượng hơi thực tế đi ra khỏi thấp thô vào thiết bị ngưng tụ: GT = G × β = 0,741 × X × 1,05 = 0,778 × X (kg) Có lượng hơi thu được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là : 0,778 × X (kg) Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thực tế thu được là: mrượu thô = 0,778 × X × (100 − 1) = 0,770 × X (kg) 100 4.3.2.13. Công đoạn tinh chế Xem lượng rượu tổn thất ở bã không đáng kể. Có : VD × x = C × xC Với: x – Nồng độ cồn trong dấm chín. x = 8,042 %V VD – Lượng dấm chín đã tính hao hụt ở tháp chưng cất với tổn thất là 1,5%. VD = 98,5 ×VDấm = 0,985× 4,980 × X = 4,905×X (lít). 100 x- Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x = 96% V Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: C = 4,905 × X × 8,052 = 0,411 × X (lít) 96 Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 97% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: V = 97 97 ×C = × 0,411 × X = 0,399 × X (lít) 100 100 Lượng cồn có trong dấm chín sau lên men qua chưng cất, tinh chế là 0,399×M(lít). Lượng cồn bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là 2%. Vậy lượng cồn thu được là: VTT (1) = 2 2 ×V = × 0,399 × X = 0,008 × X (lít) 100 100 Nên lượng cồn 96% thu được là: VC (12 ) = 0,399 × X − 0,008 × X = 0,391 × X (lít) Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn 96 0có trong dấm chín: VCĐ = 3 3 × 0,391 × X × VC (12 ) = = 0,012 × X (lít) 100 100 Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong dấm chín: VFuzel = 3 3 × 0,391 × X × VC (12 ) = = 0,012 × X (lít) 100 100 4.3.2.14. Ngưng tụ và làm nguội Lượng cồn sau khan ngưng tụ và làm nguội: VCôn = mC (12) × (100 − 0,5) (100 − 0,5) = 0,391 × X × = 0,371 × X (lít) 100 100 4.3.2.15. Cồn sản phẩm thu được Các tiêu hao khác do vận chuyển nguyên liệu, bán sản phẩm và sản phẩm là 2% nên: V = (100 − 2) × VCon = 0,98 × 0,371 × X = 0,364 × X (lít) 100 Thay X vào giá trị bán thành phẩm ở các công đoạn được kết quả như bảng sau: Bảng 4.4. Bảng tổng kết cân bằng vật chất STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm Nguyên liệu Lượng nguyên liệu sau khi làm sạch Lượng nguyên liệu sau khi nghiền Khối lượng hỗn hợp sau nấu sơ bộ Khối lượng hỗn hợp sau phun dịch hóa Khối lượng hỗn hợp sau nấu chín Khối lượng dịch cháo sau tách hơi Khối lượng dịch cháo sau làm nguội Khối lượng dịch đường sau đường hóa Khối lượng dịch đường sau làm nguội Khối lượng dấm chín sau lên men Khối lượng cồn thô sau chưng cất Lượng cồn thu được sau tinh chế Lượng cồn thu được sau ngưng tụ và làm nguội Lượng sản phẩm cồn thu được Chương 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Các thiết bị sản xuất chính 5.1.1. Sàng làm sạch Tính cho 1 ngày 145 (tấn) 143,550 (tấn) 140,650 (tấn) 520,182 (tấn) 514,883 (tấn) 642,495 (tấn) 639,305 (tấn) 636,115 (tấn) 781,280 (tấn) 777,345 (tấn) 711,805 (tấn) 111,650 (tấn) 56695 (lít) 53795(lít) 52780 (lít) Dựa vào bảng 4.4 ta có lượng sắn cần làm sạch trong một giờ: N1 =6041,667 (kg/h) ≈ 6,042 (tấn/h). Chọn sàng rung model 2D - 198 do nhà máy cơ khí Hoàng Liệt chế tạo với các đặc tính : - Năng suất: 10 tấn/h. - Kích thước máy (d×r×c): 1860×1760×998 (mm). Số lượng: n = N c 6,042 = 0,604 → Chọn 1 máy. = N 10 Hình 5.1. Sàng rung[15] 5.1.2. Máy nghiền Dựa vào bảng 4.4 ta có lượng sắn đem nghiền trong một giờ: Nc = 5981,25 (kg/h) ≈ 6,0 (tấn /h) Chọn máy nghiền búa modell TTP - 10000 do công ty Tân Thiên Phú sản xuất với các đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 10 tấn/h. - Kích thước (d×r×c): 2000×1050×2600 (mm). Hình 5.2. Máy nghiền búa[16] N 6,0 = 0,60 → Chọn 1 thiết bị. Số lượng thiết bị: n = c = N 10 5.1.3. Bunke chứa nguyên liệu sau khi nghiền cho 1 ca Bunke có kích thước đủ để chứa nguyên liệu sản xuất một ca. Bunke có dạng hình trụ, đáy hình nón cụt, góc nghiêng α = 600, được chế tạo bằng thép, có hệ số chứa đầy φ = 0,85. Thể tích của bunke: VB = VT + VN = m ρ ×ϕ Trong đó: V: Là thể tích bunke, m3 VT: Là thể tích phần hình trụ, m3 VN: Là thể tích phần hình nón cụt, m3 m: Là khối lượng nguyên liệu sau nghiền, kg ρ : Là khối lượng riêng của bột sắn nguyên liệu, kg/ m3 ϕ : Hệ số chứa đầy, ϕ = 0,85 Thể tích hình nón là: VNón 1 D2 d 2 D d 1 = × π × H1 × ( + + × ) = × π × H1 × ( D 2 + d 2 + D × d ) 3 4 4 2 2 12 ⇒ VNón = Với: H1 = 1 × π × tgα × ( D 3 − d 3 ) 24 D H D−d × tgα 2 3 − Thể tích hình trụ là: V = π × D × H T 2 2 H 4 − Chọn đường kính ống tháo liệu : d= 0,15(m) 600 H 2 − Chiều cao cửa tháo liệu: h=0,15(m) d Hình 15.3.Bunke chứa bột sắn − Chiều cao phần trụ: H2=1,5D 3 Vậy VBunke = VNón + VT = 1,404 D − 0,00076 ⇔ D = 3 Lượng bột sắn dùng trong 1ca: N 3 = VB + 0,00076 (1) 1,404 m2 140650 = = 46883 (kg) 3 3 Khối lượng riêng của bột sắn là 357 (kg/m3) [10, tr 8] Ở đây chọn 1 bunke sắn sau khi nghiền. Thể tích bunke chứa bột sắn đủ để nấu trong 1 ca là. VB = N3 46883 = = 154,500 (m3) ρ × 0,85 357 × 0,85 Từ (1) ta có: D = 3 VB + 0,00076 = 3 154,500 + 0,00076 = 4,792 (m) 1,404 Chiều cao phần đáy nón cụt: 1,404 H1 = D−d 4,792 − 0,15 × tg 600 = × 3 = 4,020 (m) 2 2 Chiều cao thân trụ: H2 = 1,5 × 4,792 = 7,188 (m) Chiều cao của bunke là: H = H1 + H2 + h = 4,020 + 7,188+ 0,15 = 11,358 (m) Vậy chọn 1 bunke chứa sắn sau khi nghiền có kích thước như sau: D (m) 4,792 d(m) 0,15 5.1.4. Cân định lượng α (0) 60 H1(m) H2(m) 4,020 7,188 h(m) 0,15 H (m) SL(cái) 11,358 1 Lượng sắn cần cân đem nấu trong 1 giờ : N4 = m2 140650 = = 5860,417 (kg/h) = 5,860 (tấn/h) 24 24 Chọn cân tự động model AW240 của công ty Lamico [17] với các đặc tính kỹ thuật : Trọng lượng cân tối đa: N = 14,4 (tấn/h). Kích thước (d×r×c): 1500×1200×2010 (mm) Số lượng thiết bị : n = N 4 = 5,860 = 0,407  chọn 1 cân. N Hình 5.4. Cân định lượng[17] 14,4 5.1.5. Thùng hòa trộn Thùng hòa trộn dùng để trộn nước với bột sắn có thân hình trụ tròn, đáy hình nón góc nghiêng 45 0C, bột sắn nguyên liệu, enzym cho vào trên thùng, còn nguyên liệu được rút ra ở đáy thùng và có cửa vệ sinh. Theo bảng 4.4 lượng sắn vào thùng hòa trộn trong 1 giờ là: N5 = 140650 = 5860 (kg/h) 24 Thể tích sắn chiếm chỗ trong thùng hòa trộn là: Hình 5.5. Thiết bị hòa trộn N 5860 Vs = 5 = = 16,415 (m3) ρ 357 với nước [2, tr 183] Khối lượng riêng của nước ở 450 và áp suất khí quyển là: ρ = 989,75(kg/m3) [7, tr9] Khối lượng nước cần đưa vào hòa trộn trong 1 giờ: mnuoc = A − mnuoc ( Nt ) 24 = 384830 − 140650 = 10174,167 (kg/h) 24 Thể tích nước hòa trộn trong 1 giờ: Vnước = mnuoc 10174,167 = = 10,279 (m3/h) ρ nuoc 989,75 Thể tích nguyên liệu: VN=Vs+Vnước= 16,415 + 10,279 = Hình 5.6.Thùng hòa trộn 26,694 (m3/h) Chọn 1 thiết bị hòa trộn, với hệ số chứa đầy  = 0,85 Thời gian hòa trộn là 1 giờ, thể tích thùng hòa trộn: 2 VN = 3 VN 26,694 = = 15,702 (m ) 0,85 × 2 0,85 × 2 Tính kích thước thùng hòa trộn. VN = Vtrụ + Vnón = π × D2 π × ( D3 − d 3 ) ×H + × tgα (2) 4 24 Trong đó: Chiều cao phần nón: h = Chọn: D−d × tgα , với α=45o 2 H = 1,5D: Chiều cao phần trụ, với D: Đường kính thùng. d = 0,1m: Đường kính ống dịch ra ở đáy Thay vào (2): tính được D theo công thức sau: D=3 VN + 0,00013 15,702 + 0,0003 =3 = 2,289 (m) 1,308 1,308 Chiều cao phần trụ: H = 1,5×D = 1,5 × 2,289 = 3,434 (m) Chiều cao phần nón: h = 2,289 − 0,1 × tg 450 = 1,095 (m) 2 Chọn h1 = 0,15m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Vậy tổng chiều cao của nồi: Hnồi = H + h + h1 = 3,434 +1,095+0,15 = 4,679 (m) Vậy chọn 1 thùng hòa trộn có các thông số sau: D (m) 2,289 d (m) 0,1 α (o) 45 H(m) 3,434 h(m) 1,095 h1 (m) SL(cái) 0,15 1 5.1.6. Nồi nấu sơ bộ Theo bảng 4.4: Lượng bột sắn đưa vào nấu trong 1 giờ là: NS = h 1 m2 140650 = = 5860,417 (kg/h) 24 24 D Thể tích sắn chiếm chỗ: N S 5860,417 = = 16,416 (m3/h) ρS 357 VS ( 5 ) = H h h Thể tích nước: + Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 850C, áp suất 2 Hình 5.7. Nồi nấu sơ bộ P = 3at là: ρH 2O = 968,5 (kg/m3) [7, tr 9] + Khối lượng nước dùng hòa trộn cùng với lượng nước ngưng cho 1 giờ: N H 2 O ( 5) = m H 2O ( 3 ) × → Vnước = 100 100 − m H 2O ( 2 ) 399106,7 × − 18270 99 99 = = 16036,170 (kg/h) 24 24 N H 2O ρ H 2O = 16036,170 = 16,558 (m3/h) 968,5 Thể tích nguyên liệu: V = Vs(5) + Vnước = 16,416 + 16,588= 33,004 (m3/h) Chọn 1 thiết bị nấu sơ bộ, hệ số chứa đầy:  = 0,85, tiến hành nấu sơ bộ trong giờ. Vậy thể tích của nồi: V = V × τ = N ϕ 33,004 × 0,85 Tính kích thước nồi: VN = Vtrụ + Vnón = Trong đó: Chiều cao phần nón: h = Chọn: 1 4 = 9,707 (m3) π D2 π ( D3 − d 3 ) ×H+ × tgα (3) 4 24 D−d × tgα α = 450 ; 2 H = 1,5D: Chiều cao phần trụ, với D: Đường kính thùng. d = 0,1: Đường kính ống dịch ra ở đáy. Thay vào (3) tính được D: D = 3 VN + 0,00013 9,707 + 0,00013 =3 = 1,951 (m) 1,308 1,308 1 4 Vậy: H = 1,5×D = 1,5×1,951= 2,927 (m) h= D−d 1,951 − 0,1 × tgα = × tg 450 = 0,926 (m) 2 2 Chọn: h1 = 0,6 m: Chiều cao của nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h2 = 0,15 m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = H + h + h1 + h2 = 2,927 +0,926 + 0,6 + 0,15 = 4,603 (m) Vậy chọn 1 nồi nấu sơ bộ, mỗi nồi tiến hành nấu trong D (m) 1,951 d(m) 0,1 α (o) 45 H(m) 2,927 h(m) 0,926 1 giờ với các thông số sau. 4 h1(m) 0,6 h2 (m) SL(cái) 0,15 1 5.1.7. Thiết bị phun dịch hóa Dựa vào bảng 4.4 lượng nguyên liệu được bơm đi để phun dịch hóa trong một ngày: 520,182(kg/ngày). Lượng dịch hóa cần phun trong 1 giờ là: N7 = m3 520,182 = = 21,674 (kg/giờ) 24 24 Chọn thiết bị phun dịch hóa model Q-jet DSI do Mỹ sản xuất [18] với các đặc tính kỹ thuật: - Chiều cao: 820 (mm). - Đường kính: 80 (mm). Hình 5.8. Thiết bi phun dịch hóa[18] - Áp suất: >5 (kg/cm2) Số lượng: 1 thiết bị. 5.1.8. Thiết bị nồi nấu chín Nồi nấu chín được nấu chín ở áp suất thường, nhiệt độ cao nhất 1050C. Trong quá trình nấu chín có một lượng nước ngưng tụ lại do hơi mang vào. Lượng bột sắn đưa vào nấu trong 1 giờ là: N S ( 8) = 100 100 117595 × 87 = 87 = 5631,944 (kg/h) 24 24 mCK 5 × Thể tích sắn chiếm chỗ: VS (8) = N S (8) ρS = 5631,944 = 15,776 (m3/h) 357 Thể tích nước: + Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 1050C, áp suất P = 1atm là: ρ = 954,25 (kg/m3) [7, tr 9] + Khối lượng nước dùng hòa trộn cùng với lượng nước ngưng cho 1 giờ: N H 2 O ( 8) = ( m5 100 642495 100 − N S ( 8) ) × =( − 5631,944) × = 21352,203 (kg/h) 24 99 24 99 →Vnước(8)= N H 2 O (8 ) ρH 2O = 21325,203 = 22,376 (m3/h) 954,25 Thể tích nguyên liệu: V = VS(8) + Vnước = 15,776 + 22,376= 38,152 (m3/h) Quá trình nấu chín được thực hiên trong 30 phút. Chọn 2 nồi nấu chín. Trong quá trình nấu chín, nguyên liệu chứa 2 1 nồi còn nồi chứa hơi. 3 3 Chọn hệ số chứa đầy ϕ = 0,85. Vậy thể tích của nồi: VN = 38,152 = 33,664 3 2 (m ) × 2 × 0,85 3 h 2 h 1 Kích thước của một nồi nấu:  2 3D 2  π π D2 × h × h2 + .h1 + VN = Vtrụ + 2 Vnắp = = 4,061D3 2   3 4  4  Với: Vtrụ =  2 3D 2  π π D2 × h1 ; Vnắp = × h2 ×  h2 + 6 4  4  Chọn: h1 = 5 × D: Chiều cao phần thân trụ. h2 = => D = 3 h Hình 5.9. Thiết bị nồi nấu chín D : Chiều cao nắp và đáy hình elip. [5, tr 54] 6 VN 33,664 =3 = 2,024 (m) 4,061 4,061 Chiều cao phần trụ: h1 = 5×2,024 = 10,12 (m) Chiều cao phần nắp : h2 = D = 0,337 (m) 6 2 Chiều cao của nồi nấu chín là HNồi = 10,12 + 0,337 × 2 = 10,794 (m) Vậy chọn 2 thiết bị nồi nấu chín với các thông số sau. D (m) 2,024 h1(m) 10,12 h2 (m) SL(cái) 0,337 2 5.1.9. Thiết bị tách hơi Thiết bị tách hơi được tính toán sao cho khi khối nấu vào thiết bị 20 phút có thể tách được toàn bộ hơi thứ. Dịch chiếm 30% thể tích thiết bị. [4, tr 101-102]. Lượng hỗn hợp đưa vào nấu trong 1 giờ. N hh (9 ) = 642495 = 26770,625 (kg/h) 24 Thể tích hỗn hợp chiếm chổ: Biết khối lượng riêng của dịch cháo là 1062,6 (kg/m3) [7, Tr 64]: Vhh ( 9 ) = N hh ( 9 ) ρ hh = 26770,625 = 25,194 (m3/h) 1062,6 Thể tích thực của thiết bị là: VN = Hình 5.10. Thiết bị tách hơi (Vhh ( 9 ) ×100 20 25,194 ×100 20 × = × = 27,993 (m3) 30 60 30 60 [4, tr 102] π ( D3 − d 3 ) π D2 Tính kích thước nồi: VN = Vtrụ + Vnón = ×H + × tgα (4) 4 24 Với: h1 = D−d × tgα α = 600 ; 2 Chọn: h2 = 1,5D: Chiều cao phần trụ. D: Đường kính thùng. d = 0,1m: là đường kính ống dịch ra. Thay vào (4) tính được D: D = 3 Vậy: VN + 0,00023 27,993 + 0,00023 =3 = 2,712 (m) 1,404 1,404 h2 = 1,5D = 1,5× 2,712 = 4,067 (m) h1 = D−d 2,712 − 0,1 × tgα = × tg 600 = 2,262 (m). 2 2 Chiều cao của đỉnh trên nắp thùng: h3 = 1m. Chiều cao của ống dịch ra là: h4=0,1m Tổng chiều cao của thiết bị là: H = h2 +h1 + h3 = 4,067 + 2,262 + 1= 7,329 (m) Vậy chọn 1 thiết bị tách hơi có các thông số như sau: D (m) d(m) α (o) 2,712 0,1 60 5.1.10. Phao điều chỉnh mức h1 (m) h2(m) 2,262 4,067 h3(m) 1 h4 (m) SL(cái) 0,1 1 Chọn phao điều chỉnh mức có các thông số kỹ thuật [4, tr 101]: - Đường kính: 1200 mm 1: Thân hình trụ - Chiều cao: 2060 mm. 2: Phao Vậy chọn 1 phao điều 3: Cánh tay đòn chỉnh mức. 5: Van 6: Ống thoát hỗn hợp Hình 5.11. Phao điều chỉnh mức[4, tr101] 5.1.11. Thiết bị làm nguội sau tách hơi Thiết bị ống lồng ống gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm nguội đi bên ngoài. Ở đây, dịch cháo được làm nguội từ 950C xuống còn 600C và đưa đi đường hóa. Theo bảng 4.4: Lượng dịch vào ống trong N10 = 1 giờ: 2 Hình 5.12. Thiết bị làm nguội m7 636115 = = 13252,396 (kg/h) 2 × 24 2 × 24 Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q = m×c×( t1 – t2 ) = 13252,396×0,977×(95 – 60) = 453165,681 (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% × 453165,681 = 45316,568 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 453165,681 - 45316,568 = 407849,113 (kcal/h) Q” = m’ × CN × (t1 – t2), CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [7, tr 165] Q" Khối lượng nước làm nguội: m’ = C × (t − t ) N 1 2 Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước Q" 407849,113 = 11652,832 (kg/h) m’ = C × ( t − t ) = 1 × (95 - 60) N 1 2 Với: ρ nước = 1000 (kg/m3) [8, tr 9] Vậy: Vnước = Vn = m' 11652,832 3 = = 11,653 (m ) ρ 1000 Q '' 407849,113 = = 58,264 (m2) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = K × ∆t 200 × (95 − 60) Trong đó: K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. [5, tr 97] Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ => Chiều dài đường ống: L = F 58,264 = = 185,554 (m) π × d 3,14 × 0,1 Trong đó: dt = 0,1m là đường kính ống trong Do chiều dài ống làm nguội tương đối lớn do đó chọn 2 thiết bị làm nguội ống lồng ống để giảm kích thước thiết bị, nên chiều dài ống của một thiết bị: Ltb = L 185,554 = 92,777 (m) = 2 2 Chọn chiều dài mỗi đoạn ống dx = 6 m, số vòng xoắn. n= Ltb 92,777 = = 15,463 ≈ 16 (vòng) 6 6 Chọn khoảng cách giữa 2 ống là 0,1 m và đường kính ống ngoài là 0,2 m. Chiều cao thiết bị: H = 16×0,2 + (16-1)×0,1 = 4,7 (m). Vậy chọn 2 thiết bị làm nguội có các thông số như sau: Chiều dài thiết bị là dx=6m, chiều cao thiết bị H= 4,7 m, chiều rộng thiết bị là 0,2m. 5.1.12. Thùng đường hóa Thể tích thùng đường hóa được tính trên cơ sơ dịch đường hóa lưu lại trong thùng 30 phút, hệ số chứa đầy 0,85. Lượng dịch cháo vào nồi đường hóa trong 1 giờ là: N11 = m8 781280 = = 32553,333 (kg/h) 24 24 Khối lượng riêng của dịch cháo sau làm nguội là ρ = 1062,6 (kg/giờ) và thời gian đường hóa là 30 phút: Thể tích dịch sau đường hóa trong 1 giờ: V11 = Vậy thể tích của nồi: V N (11) = N11 32553,333 = = 30,636 (m3/h) ρ 1062,6 V11 30,636 = = 18,021 (m3) ϕ × 2 0,85 × 2 π D2 π ( D3 − d 3 ) × H + × tgα (5) Tính kích thước nồi: VN = Vtrụ + Vnón = 4 24 h1 Trong đó: Chiều cao phần nón h = Chọn: D−d × tgα α = 300 ; 2 D H H = 1,5D: Chiều cao phần trụ. [4, Tr 201] D: Đường kính thùng. d = 0,2: Đường kính ống dịch ra ở đáy Thay vào (5): tính được D theo công thức sau: V − 0,0006 18,021 − 0,0006 D=3 N =3 = 2,372 (m) 1,351 1,351 d Hình 5.13. Thiết bị đường hóa Vậy: Chiều cao phần trụ: H = 1,5D = 1,5 × 2,372 = 3,558(m) Chiều cao phần nón: h = D−d 2,372 − 0,2 × tgα = × tg 300 = 0,627 (m) 2 2 Chọn: h1 = 0,3 m: Chiều cao của nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h2 = 0,2 m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Vậy tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = H + h + h1 + h2 = 3,558 + 0,627 + 0,3 + 0,2 = 4,685 (m) Tốc độ cánh khuấy trong thời gian đường hóa là: 970 vòng/phút. Vậy chọn 1 thiết bị đường hóa đường hóa trong h h2 1 giờ với các thông số như sau: 2 D (m) d(m) α (o) H(m) h(m) 2,372 0,2 30 3,558 0,627 5.1.13. Thiết bị làm nguội sau đường hóa h1(m) 0,3 h2 (m) SL(cái) 0,2 1 Thiết bị ống lồng ống gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm nguội đi bên ngoài. Ở đây nước làm nguội dịch đường từ 60 0C xuống còn 300C và đưa đi lên men. 1 m8 781280 = = 16276,667 (kg/h) giờ: N12 = 2 2 × 24 2 × 24 Lượng dịch vào ống trong Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q = N12 ×c×( t1 – t2 ) = 16276,667 × 0,977 × (60 – 30) = 477069,110(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% × 477069,110 = 47706,911 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 477069,110 – 47706,911 = 429362,199 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Áp dụng công thức: Q” = N12 ' ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [7, tr 165] N12 ' = ρ nước Q" 429362,199 = 14312,073 (kg/h) = CN × (t1 − t2 ) 1 × (60 - 30) = 1000 kg/m3 [9 tr 9] nên Vnước = Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: 14312,073 = 14,312 (m3/h) 1000 Q '' 429362,199 = = 71,560 (m2) K × ∆t 200 × (60 − 30) + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [5, tr 97] Chiều dài đường ống: L = F 71,560 = = 227,899 (m) π × d 3,14 × 0,1 Trong đó: dt = 0,1m là đường kính ống trong Do chiều dài đường ống trao đổi nhiệt quá dài do đó chọn 2 thiết bị để giảm kích thước thiết bị, nên chiều dài ống của 1 thiết bị là: Ltb = L 227,899 = = 113,950 (m) 2 2 Chọn chiều dài mỗi đoạn ống dx = 6 m, số vòng xoắn: n= Ltb 113,950 = = 18,992 ≈ 19 (vòng) 6 6 Chọn khoảng cách giữa 2 ống là 0,1 m và đường kính ống ngoài là 0,2 m. Chiều cao thiết bị: H = 19×0,2 + (19-1)×0,1 = 5,6(m). Vậy chọn 3 thiết bị làm nguội sau công đoạn đường hóa có các thông số như sau: Chiều dài thiết bị dx = 6 m, chiều rộng thiết bị 0,2 m, chiều cao thiết bị, 5,6 m. 5.1.14. Công đoạn lên men 5.1.14.1. Số lượng thùng lên men Hệ thống thùng lên men trong lên men liên tục thường 8 – 10 thùng được nối với nhau bằng các ống chảy chuyền [3, tr 133]. Chọn 8 thùng lên men, trong đó 7 thùng làm việc, 1 thùng dự trữ. Thời gian lên men liên tục là 62 giờ. 5.1.14.2. Thể tích thùng lên men h2 Thể tích thùng lên men chính: Vlên men = V 62 × (m3) n × ϕ 24 [4, tr 272] V: Tổng số dịch lên men trong 1 chu kỳ H n: Số thùng lên men D φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85 Thời gian lên men liên tục là 62 giờ. Vdịch đường = 731525 (lít) = 731,525 m3 => Vlên men = 731,525 62 × = 317,609 m3 7 × 0,85 24 h1 Hình 5.14. Thiết bị lên men 5.1.14.3. Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men [4, tr 272] H = (1,2 ÷ 1,5)×D; h1 = (0,15 ÷ 0,3)×D; h2 = (0,1 ÷ 0,1125)×D Trong đó: + D là đường kính thùng lên men chính. + 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 ⇒D =3 317,609 = 6,461 (m) 1,1775 h1 = 0,2 × 6,461 = 1,292 (m); h2 = 0,1 × 6,461 = 0,646(m) Vậy: H = 1,4 × 6,461 = 9,045 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1+ h2 = 9,045 + 1,292 + 0,646 = 10,983 (m) Vậy chọn 8 thiết bị lên men có kích thước như sau: D (m) H(m) h1(m) 6,461 9,045 1,292 5.1.15. Thùng nhân giống cấp I, II h2 (m) SL(cái) Htb(m) 0,646 8 10,983 5.1.15.1. Thùng nhân giống cấp II Chọn số lượng thùng nhân giống cấp II là 1 thùng, thùng nhân giống cấp II có dung tích bằng 30 % thùng lên men chính. VII = 30% × Vlênmen = 30% × 317,609 = 95,282 (m3) Thùng có dạng đáy, nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính. VII = 0,785 × DII2 × (HII + 1/3hII1 + 1/3hII2) = 1,1775 × D3II ⇒ DII = 3 VII 95,283 =3 = 4,300 (m) 1,1775 1,1775 Suy ra: HII =1,4×4,300= 6,020 (m); hII1 = 0,2× 4,300 = 0,860 (m); hII2 = 0,1× 4,300 = 0,430 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = HII + hII1+ hII2 = 6,020 + 0,860 + 0,430 = 7,310 (m) Vậy chọn thiết bị nhân giống cấp II có các thông số sau: D (m) 4,300 H(m) 6,020 h1(m) 0,860 h2 (m) SL(cái) 0,430 1 Htb(m) 7,310 5.1.15.2. Thùng nhân giống cấp I Chọn số lượng thùng nhân giống I là 2 thùng. Thùng nhân giống cấp I có dung tích bằng 30% thùng nhân giống 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 = 30% × 95,283 = 28,585 (m3) VI = 0,785 × DI2 × (HI + 1/3hI1 + 1/3hI2) = 1,1775 × D3I ⇒ DI = 3 VI 28,585 =3 = 2,896 (m) 1,1775 1,1775 HI =1,4× 2,896 = 4,054 (m); hI1 = 0,2× 2,896 = 0,579 (m); hI2 = 0,1× 2,896 = 0,29 (m) Chiều cao thiết bị là: HItb = HI + hI1+ hI2 = 4,054 + 0,579 + 0,29 = 4,923 (m) Vậy chọn thùng nhân giống cấp I có các thông số sau: D (m) 2,896 H(m) 4,054 h1(m) 0,579 h2 (m) 0,29 SL(cái) 2 Htb(m) 4,923 5.1.16. Thiết bị tách CO2 Chọn thiết bị tách CO2 gồm hai phần: Phần hấp thụ và phần ngưng tụ. Kích thước của thiết bị phụ thuộc năng suất nhà máy. [4, tr 270-274] Lượng CO2 thoát ra trong quá trình lên men: V CO = 2 Trong đó: P × ρ × K × K1 24 × ρ 1 [4, Tr 273] P: Năng suất nhà máy, P = 52,780 lít/ngày. ρ: Khối lượng riêng của rượu, ρ = 790 (kg/m3). K: Lượng khí CO2 nhận được từ 1kg rượu có tính đến lượng CO 2 hoà tan vào dịch lên men, K = 0,94 kg/kg. K1: Hệ số biểu thị sự tăng thể tích của CO2, K1 = 1,1. ρ1: Khối lượng riêng của khí CO2, ở nhiệt độ 260C, ρ1 = 1,81 (kg/m3).[4, tr 273] VCO2 = 52780 × 790 × 0,94 × 1,1 = 992492,423 (lít/h) = 992,492 (m3/h) 24 × 1,81 Đường kính của thiết bị: D = 4 × VCO2 3600 × π × ω Trong đó: ω: Tốc độ chuyển động của khí CO2 qua tiết diện tự do của thiết bị. Với ω = 0,9 m/sec. ⇒D = 0,625 m. Số lượng ống trong phần ngưng tụ: Z = Trong đó: 4 × VCO2 3600 × π × d 2 × ω1 [4, tr 274] d: Đường kính trong của ống, chọn d = 20 mm = 0,02 m. ω1 : Tốc độ chuyển động của khí CO2 trong ống, ω1 = 9 m/sec. ⇒Z = 97,556 ≈ 98 (cái) Các thông số của 1 thiết bị là: + Đường kính trong của thiết bị: 0,625 m. + Chiều cao toàn bộ: 5,25 m + Đường kính lỗ sàng: 0,004 m + Số lượng ống φ = 20mm trong phần ngưng tụ: 98 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. Hình 5.15. Thiết bị thu hồi CO2 [4, tr 270] Để đảm bảo hấp thụ hoàn toàn CO2 khi lên men → chọn 2 thiết bị 5.1.17. Thùng chứa dấm chín Lượng dấm chín trong một ngày là: 722,10 (m3/ngày) Thùng chứa dấm làm bằng thép không gỉ có dạng hình trụ đáy hình côn. Chọn 2 thùng chứa dấm chín, thể tích chứa của thùng là: VT = VGiam 722,10 = = 424,765 (m3/ngày) ϕ × 2 2 × 0,85 Chọn: h2=1,5 × D, d = D (m). 8 Chiều cao đáy nồi: h1 = 1 3 Thể tích đáy: Vd = × π × h1 × ( D−d × tgα 2 Hình 5.16. Thùng chứa dấm chín π (D − d ) D2 + d 2 + d × D D2 + d 2 + D × d )= × ×( ) 4 3 2 4 Thể tích thân nồi: VT = π × D 2 × h2 4 Thể tích nồi: V = VT + Vd V = 4783 × π × D 3 12288 × V ⇒D =3 12288 4783 × π V = 424,765 (m3). ⇒D =3 12288 × 424,765 = 7,031 (m) 4783 × 3,14 Chọn h2 = 1,5 × D = 1,5 × 7,031 = 10,546(m) d= D 7,031 D−d 7,031 − 0,879 = = 0,879 (m), h1 = × tg 450 = × 1 = 3,076 (m) 8 8 2 2 Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 = 3,076 + 10,546 = 13,622 (m). Vậy chọn thùng chứa dấm chín có các thông số như sau: D (m) h1(m) 7,031 3,076 5.1.18. Tính tháp thô h2 (m) SL(cái) Htb(m) 10,546 2 13,622 h 1 5.1.18.1. Xác định số đĩa lý thuyết Theo phụ lục 2, số đĩa lý thuyết là: 25 đĩa 5.1.18.2. Tính đường kính h Theo phụ lục 2, đường kính tháp là: D= 1,319 (m) D 5.1.18.2. Chiều cao tháp thô Chiều cao tháp thô: H = (n-1) × h + h1 +h2 [8, tr 160] n – Số đĩa thực tế của tháp, n = 25 h – Khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,4 h1, h2 – Chiều cao phần đáy và nắp tháp, h1 = h2 = 0,6 h 2 Hình 5.17. Tháp thô h1 => H = (n-1) × h + h1 +h2 = (25 – 1)×0,4 + 0,6 + 0,6 = 10,8 (m) Vậy chọn 1 tháp thô có kích thước như sau: D (m) 1,319 5.1.19. Tháp tinh chế H(m) 10,8 h1(m) 0,6 h2 (m) SL(cái) 0,6 1 h D 5.1.19.1. Xác định số đĩa Theo phụ lục 3, số đĩa đoạn luyện là: 53 (đĩa) h2 Hình 5.18. Tháp tinh 5.1.19.2. Tính đường kính tháp tinh Đường kính đoạn luyện: DL = 0,0188 × Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188 × Đường kính tháp tinh là : D = 4973,441 = 1,235 (m) 1,153 3150,330 = 1,062 (m) 0,987 DL + DC 1,062 + 1,235 = = 1,148 (m) 2 2 5.1.19.3. Tính chiều cao tháp H = (53 - 1)×h + h1 + h2 n: số đĩa tháp tinh chế, n = 53 ho: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h0 = 0,3 (m) h: chiều cao thân tháp, h=(N – 1) × 0,3= (53 - 1) x 0,3 = 15,6 (m) h1, h2: chiều cao đỉnh và đáy tháp, h1 = h2 = 0,6 (m) Vậy H = 15,6 + 0,6 +0,6 = 16,8 (m) Vậy chọn 1 tháp tinh có kích thước như sau: D (m) h(m) h1(m) h2 (m) 1,148 15,6 0,600 0,600 5.1.20. Các thiết bị phụ trợ cho tháp thô H(m) 16,8 SL(cái) 1 5.1.20.1. Thiết bị hâm dấm Đây là kiểu thiết bị ống chùm đặt nằm ngang, dấm đi trong ống, hơi rượu nước đi ngoài ống. Dấm đi vào thiết bị có nhiệt độ 300C, ra khỏi thiết bị có nhiệt độ 700C. Nhiệt dung riêng của dấm: C = 0,948 kcal/kg. Hỗn hợp hơi rượu - nước đi ra khỏi có n dấm hiệt độ 93,800 0C. Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị tính theo công thức: F = Q , m2 K .∆ t Q – Nhiệt trao đổi giữa dấm và hơi rượu nước: Q = D×C×(t2 – t1 ). D – Năng suất dấm vào thiết bị, D = mDam 711805 = = 29658,542 (kg/h). 24 24 => Q = 29658,542 × 0,95×(70 –30) = 1127024,583 (kcal/h) ∆t – Hiệu số nhiệt độ giữa dấm và hơi rượu-nước: ∆t = t0 – tTB = 93,80 – 50 = 43,80 0C.Với t TB = K – Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: K= 70 + 30 = 50 0 C . 2 1 1 δ 1 + + α 1` λ α 2 δ - Chiều dày ống, chọn loại ống có φ = 40mm, δ = 2,5mm. α1 – Hệ số cấp nhiệt từ dấm đến bề mặt ống, α1 = 600 kcal/m2.h.0C. α2 – Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt: α2 = 2350 kcal/m2.h.0C. λ - Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh có λ = 55,8 w/m.h.0C = 50 kcal/m.h.0C . => K= 1 = 466,83 1 0,0025 1 + + 600 50 2350 1127024,583 = 55,119 (m2) => F = 466,83 × 43,80 Hình 5.19. thiết bị hâm dấm Kích thước thiết bị hâm dấm: Phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 17, tổng số ống n = 217 ống [8, tr 48] Bước ống: t = 1,5×d, với d = 0,04m. Đường kính thiết bị: D = t×(b-1) + 4×d = 1,5×d×(b-1) +4×d =1,5×0,04×(17 - 1) + 4×0,04 = 1,12 (m) Chiều dài ống truyền nhiệt: l 0 = Với: F ,m π × n × d tb F = 55,119 m2, n = 217 (ống) dtb = d + δ = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m), F 55,119 => l0 = 3,14 × n × d = 3,14 × 217 × 0,0425 = 1,903 (m) tb l1,l2 chiều dài 2 đầu tháp: l1 = l2 = 0,15 (m) Chiều dài toàn bộ thiết bị kể cả 2 đầu phân phối: L = lo + l1 + l2 = 1,903 + 0,15 + 0,15 = 2,203 (m). Vậy chọn thiết bị hâm dấm có kích thước như sau: D (m) 1,12 l0(m) 1,903 l1(m) 0,15 l2 (m) 0,15 L(m) 2,203 SL(cái) 1 5.1.20.2. Thiết bị tách bọt Lượng dấm chín trong một giờ. N20= VDam 72210 = = 30087,5 (lít/giờ)=30,088(m3/ giờ) 24 24 Chọn thùng thân trụ, đáy hình côn, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất. Hình 5.20. Thiết bị tách bọt Thời gian lưu của dấm chín trong thiết bị là 1 phút do đó. Thể tích thùng là: V = N 20 30,088 = = 0,590 (m3) 0,85 × 60 0,85 × 60 Chọn kích thước của thiết bị tách bọt: + D: Đường kính của thiết bị (m) + H: Chiều cao phần trụ của thiết bị. 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 1 h1+ h2) =1,0205 ×D3 3 3 0,590 = 0,833 (m) 1,0205 ⇒ D= 3 ⇒ H = 1,2 ×D = 1,2 × 0,833 = 1 (m), h1 = 0,2 ×D = 0,2 × 0,833 = 0,167 (m), h2 =0,1 ×D=0,1 × 0,833 =0,083 (m). Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 1 + 0,167 + 0,083 = 1,25 (m) Vậy chọn thiết bị tách bọt có kích thước như sau: D (m) H(m) 0,833 1 5.1.20.3. Bình chống phụt dấm h1(m) 0,167 h2 (m) 0,083 Htb(m) 1,25 SL(cái) 1 Theo kinh nghiệm và thực tế chọn bình chống phụt dấm có các thông số sau: H=600mm, D=300mm. 5.1.20.4. Thiết bị ngưng tụ cồn thô. Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg dấm là 15,855 (kg) Giả sử lượng hơi được ngưng tụ ở thiết bị hâm dấm 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: 15,855 – [(15,855 × 4 1 1 )+(15,855 × × )] = 2,378 (kg) 5 4 5 Theo bảng 4.4. Lượng dấm đi vào tháp thô là: DDam = mDam 711805 = = 29658,542 (kg/h) 24 24 Năng suất tính theo lít/ngày: N = 24×1000×G ρ Trong đó: + Năng suất dấm vào: 29658,542 G= × 2,378 = 705,280 (kg/h) 100 Hình 5.21. Thiết bị ngưng tụ cồn thô + Khối lượng riêng của nước ngưng ở nồng độ rượu trong pha lỏng 42,630% khối lượng có ρ = 897,320 (kg/m3) [7, tr 9] Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr (1 dal = 10 lit ; cyr = 24h) là: → N= 24 × 1000 × 705,280 = 18863,638 (lít/ngày) = 1886,364 dal/cyr 897,320 Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị: F = 0,02×N = 0,02× 1886,364 = 37,727 (m2) Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính ống trong d t=40mm, đường kính ống ngoài dn = 44mm, đường kính ống trung bình dtb=42mm. Giả sử với chiều dài của ống là: l = 3 m. Số ống của thiết bị: n = F 37,727 = = 95,358 (ống) π × d tb × l 3,14 × 0,042 × 3 Theo bảng V.11 [8, tr 48]: Phân bố các ống theo hình lục giác, quy chuẩn được tổng số ống là 127, số lượng ống trên đường chéo chính b = 13. Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,044 m. Đường kính trong thiết bị: D = 1,5×dn×(b - 1) + 4×dn = 1,5×0,044×(13 - 1) + 4×0,044 = 0,968 (m). Chiều dài thực của ống truyền nhiệt sau khi quy chuẩn: h2 = F 37,727 = = 2,253 3,14 × n × d tb 3,14 ×127 × 0,042 (m) Chiều dài chung thiết bị: H = 2,253 + 2×0,15 = 2,553 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ cồn thô có kích thước như sau: D (m) h2(m) h1(m) h3 (m) 0,968 2,253 0,15 0,15 5.1.20.5. Thiết bị làm nguội ruột gà ở tháp thô H(m) 2,553 SL(cái) 1 Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt : Lượng hơi bốc lên trong 1h bằng thô là : G = 1 năng suất hơi đi vào thiết bị ngưng tụ cồn 3 1 × 705,280= 235,093 (kg/h). 3 Lượng nhiệt cần lấy đi để ngưng tụ hơi là Q = G × r Trong đó r = 396,890 kcal/kg ẩn nhiệt hóa hơi của rượu ở nồng độ 42,630% khối lượng [4, tr370] → Q = 235,093 × 396,890 = 93306,061 (kcal/h) Nhiệt tổn thất ra môi trường: Qm =0,1×Q= 0,05×93306,061 =9930,606 (kcal/h) Lượng nhiệt thực tế cần phải lấy đi để hơi ngưng tụ là : Q’= Q – Qm= 93306,061 - 9930,606 = 83975,455 (kcal/h) Hệ số truyền nhiệt của ống là : K = B 3 ω 2 =700 3 12 = 700 (kcal/m2 độ) Với: ω = 1m/s là vận tốc nước làm nguội đi trong ống. Thực tế hệ số truyền nhiệt của ống chỉ là: Kt= 0,5×700=350 (kcal/m2độ) Nhiệt độ ngưng tụ ở 42,630% khối lượng là 80,3oC Nhiệt độ nước làm nguội vào là 25oC và ra là 45oC ∆t = ∆t d − ∆t N (80,3 − 45) − ( 45 − 25) = = 26,93 ∆t d 80,3 − 45 ln ln 45 − 25 ∆t N Q' 83975,455 = 8,909 m2. F= = K t × ∆t 350 × 26,93 Hình 5.22. Thiết bị ống xoắn ruột gà Chọn ống truyền nhiệt làm từ đồng hợp kim có các kích thước sau: Đường kích trong: Dt = 48 mm, đường kích ngoài: Dn = 50 mm Tổng chiều dài ống truyền nhiệt: F 8,909 = 56,745 (m) L = π ×D = n 3,14 × 0,05 Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,2 m; bước xoắn ống ruột gà: t = 0,08m; đường kính vòng xoắn: dx = 0,8m. Chiều dài một vòng xoắn: lv = (π × d x ) 2 + t 2 = (π × 0,8) 2 + 0,082 = 2,513 (m) Số vòng xoắn: n = l 56,745 = = 22,581 → Chọn 23 vòng. lv 2,513 Chiều cao phần ruột gà: h = n t = 23 × 0,08 = 1,84 m. Chiều cao bình làm nguội: H = h + 2ho = 1,84 + 2 × 0,2 = 2,24 m. Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,8+ 2 0,08 = 0,96 m. Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà có các thông số sau: Chiều cao nắp ho = 0,2 m; đường kính ống trong 15mm; đường kính vòng xoắn d x = 0,8m; chiều cao bình H = 2,24 m; đường kính bình D = 0,96 m. 5.1.21. Các thiết bị phụ trợ cho tháp tinh 5.1.21.1. Thiết bị ngưng tụ và hồi lưu ở tháp tinh Lượng hơi đi ra khỏi tháp tinh luyện là 22,380 kg/100kg dấm. Nhiệt độ rượu nước là 78,30C, nồng độ 93,841% khối lượng, khối lượng riêng 748,964(kg/m3). Bộ ngưng tụ ở tháp tinh gồm một thiết bị nằm ngang để ngưng tụ hầu hết cồn hồi lưu, còn thiết bị đặt thẳng đứng để ngưng tụ một phần cồn hồi lưu. Giả sử ở thiết bị nằm ngang ngưng tụ 85% cồn hồi lưu, còn ở thiết bị thẳng đứng ngưng tụ 15% cồn hồi lưu. a. Thiết bị ngưng tụ và hồi lưu kiểu nằm ngang ở tháp tinh 1 Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 85%. Lượng rượu ngưng tụ: m= DDam 29658,542 × H × 0,85 = × 22,380 × 0,85 = 5641,944 (kg/h) 100 100 Năng suất tính theo lít/ngày: N tb = 24 × 1000 × 5641,944 = 180791,942 (lít/ngày) 748,964 Bề mặt truyền nhiệt: F= 0,014 × N tb 0,014 × 180791,942 = = 253,109 (m2) 10 10 Hình 5.23. Thiết bị ngưng tụ kiểu nằm ngang Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính trong ống dt=48mm, đường kính ngoài ống dn = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm. − Giả sử chiều dài ống: l = 5m. Số ống của thiết bị: n = F 253,109 = = 329,012 (ống) π × dtb × l 3,14 × 0,049 × 5 Quy chuẩn thành 397 ống. Theo bảng V.11 [8, tr 48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b = 23 ống. Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,05m Đường kính thiết bị: D = 1,5×dn×(b - 1) + 4×dn = 1,5×0,05×(23 - 1) + 4×0,05 = 1,85 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = F 253,109 = = 4,341 (m) π × d tb × n 3,14 × 0,049 × 397 l1,l2 chiều dài 2 đầu thiết bị: l1 = l2 = 0,3 (m) Chiều dài toàn bộ thiết bị: L = 4,341+ 2×0,3 = 4,941 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ tháp tinh dạng nằm ngang có kích thước như sau: D (m) 1,85 l0(m) 4,341 l1(m) 0,3 l2 (m) 0,3 L(m) 4,941 SL(cái) 1 b. Thiết bị ngưng tụ và hồi lưu kiểu thẳng đứng ở tháp tinh 2 Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 15%. Lượng rượu ngưng tụ: m= DDam 29658,542 × H × 0,15 = × 22,380 × 0,15 = 995,637 (kg/h) 100 100 Năng suất tính theo lít/ngày: N = Bề mặt truyền nhiệt: F = 24 × 1000 × 995,637 = 31904,463 (lít/ngày) 748,964 0,014 × N tb 0,014 × 31904,463 = = 44,666 (m2) 10 10 Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính trong ống d t=48mm, đường kính ngoài ống dn = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm. Giả sử chiều dài ống: l = 3 m. Số ống của thiết bị: n= F 44,666 = = 97,768 (ống) π × dtb × l 3,14 × 0,049 × 3 Quy chuẩn thành 127 ống. Theo bảng V.11 [8, tr 48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b = 13 ống. Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,05 m Đường kính thiết bị:D =1,5×dn×(b-1) + 4×dn = 1,5×0,05×(13 - 1) + 4×0,05 = 1,1(m) Chiều dài ống truyền nhiệt của thiết bị. h0 = F 44,666 = = 2,286 (m) π × d tb × n 3,14 × 0,049 × 127 h1,h2 là chiều cao hai đầu tháp : h1 = h2 = 0,15 (m) Chiều dài toàn bộ thiết bị: H= 2,286 + 2×0,15 = 2,586 (m) Vậy chọn thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng có kích thước như sau: D (m) h0(m) h1(m) 1,1 2,286 0,15 5.1.21.2. Thiết bị làm nguội dầu fuzel h2 (m) 0,15 H(m) 2,586 Hình 5.24.Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng SL(cái) 1 Lượng dầu fuzel cần làm nguội: N = 1740 lít/ngày Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị: F= 0,02 × N 0,02 × 1740 = = 3,480 (m2) 10 10 Chọn ống truyền nhiệt có các thông số: Bảng V11[8, tr 48] Đường kính trong có dt=30mm, đường kính ngoài dn=32mm, đường kính trung bình dtb = 31mm, số ống trên đường chéo chính: b = 9, tổng số ống n = 61, bước ống: t = 1,2×dn. Đường kính thiết bị: D = t×(b -1) + 4×dn = 1,2×0,032 ×(9 – 1) + 4 × 0,032 = 0,435 (m) Chiều dài ống truyền nhiệt: ho = F 3,480 = = 0,606 (m) π × n × d tb 3,14 × 61 × 0,03 Chiều dài thiết bị: H = ho + 2 × 0,2 = 0,606 + 0,4 = 1,006 (m) Vậy chọn thiết bị ngưng tụ dầu fuzel có các thông số sau: D (m) h0 (m) h1(m) h2 (m) H(m) 0,435 0,606 0,2 0,2 1,006 5.1.21.3. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn sản phẩm SL(cái) 1 Lượng cồn 960 vào ống trong 1giờ: N Con = VCon × ρ 52780 × 0,77545 = = 1705,344 (kg/h) 24 24 Khối lượng riêng của cồn = 0,77545 [7, tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q = N12 ×c×( t1 – t2 ) = 1705,344 × 0,7394 × (70– 30) = 50437,248 (kcal/h) Trong đó: + c = 0,7394 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu Hình 5.26. Thiết bị ngưng tụ cồn sản phẩm Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q’ = 10%×Q = 10% × 50437,248 = 5043,725 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q”= Q – Q’= 50437,248 – 5043,725= 45393,523 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Áp dụng công thức: Q” = N12 ' ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [7, tr 165] N12 ' = N conthanhpham = Q" 45393,523 = 1134,838 (kg/h) = C N × (t1 − t 2 ) 1 × (70 − 30) Với: ρ nước = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước = VConthanhpham ρ Nuoc = 1134,838 = 1,135 (m3/h) 1000 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: 45393,523 Q" = 5,674 (m2) = K × ∆t 200 × (70 − 30) + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [4, tr 97] Chiều dài đường ống: L = 5,674 F = 18,070 (m) = π × d 3,14 × 0,1 Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,25 m Đường kính ống trong: do = 0,1 m Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,06m Đường kính vòng xoắn: dx = 0,6m  Chiều dài một vòng xoắn: lv= (πd x ) 2 + t 2 = (3,14 × 0,6) + 0,06 2 = 1,777 (m) Số vòng xoắn: n = L 18,070 = = 10,169 quy tròn thành 11 ống lv 1,777 Chiều cao phần ruột gà: h = n t = 11 0,06 = 0,66 (m) Chiều cao bình làm nguội: H = h + 2ho = 0,66 + 2 0,25 = 1,16 (m) Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,6 + 2 0,1 = 0,8 (m) Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ cồn thành phẩm có các thông số sau: Chiều cao nắp ho=0,25m; đường kính ống do=0,1m; đường kính vòng xoắn dx = 0,6m; chiều cao bình H =1,16 m; đường kính bình D = 0,8 m. 5.1.21.4. Thiết bị làm nguội cồn đầu Sử dụng thiết bị làm nguội ruột gà Gồm 3% so với cồn thành phẩm: N = VCD = 1740 (lít/ngày) 1 Lượng cồn đầu vào ống trong 1giờ: 1740 × 0,7755 = 56,224 (kg/h) 24 Khối lượng riêng của cồn 960 ở 700C: = 0,7755 [7, tr 9] Hình 5.27.Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn đầu Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q = N12 ×c×( t1 – t2 ) = 56,224 × 0,7394 × (70–30) = 1374,852 (kcal/h) Trong đó: + c = 0,7394 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% × 1374,852 = 137,485 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 1374,852 – 137,485 = 1237,367 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Áp dụng công thức: Q” = N12 ' ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165] N conthanhpham = Q" 1237,367 = 61,868 (kg/h) = C N × (t1 − t2 ) 1 × (70 - 30) ρ nước = 1000 kg/m3 [7, tr 11] nên Vnước = Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: VConthanhpham ρ Nuoc = 61,868 = 0,062 (m3/h) 1000 1237,367 Q" = 0,155 (m2) = K × ∆t 200 × (70 - 30) + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [4, tr 97] Chiều dài đường ống: L = 0,155 F = 0,494 (m) = π × d 3,14 × 0,1 Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,15 m Đường kính ống: do = 0,05 m Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,03m Đường kính vòng xoắn: dx = 0,3m Chiều dài một vòng xoắn: lv= Số vòng xoắn: n = = =0,444 m 0,494 = 1,113 = 0,444 lấy 2 vòng Chiều cao phần ruột gà: h = (n do)+((n-1) t) = 2 0,05+1 0,03 = 0,13 (m) Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,5 0,13=0,195 (m) Chiều cao toàn bộ bình: Htoàn bộ = H + 2ho = 0,195 + 2 0,15 =0,495 (m) Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,3 + 2 0,05 = 0,4 (m) Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà có các thông số sau: Chiều cao nắp ho = 0,15m; đường kính ống d o = 0,05m; đường kính vòng xoắn dx=0,3m; Chiều cao thân bình H = 0,195m, chiều cao toàn bộ bình H toàn bộ=0,495m; đường kính bình D = 0,4m. 5.1.22. Các thùng chứa 5.1.22.1. Thùng chứa cồn sản phẩm Lượng cồn thành phẩm là: 52780 lít/ngày = 17,593 (m3/ca sản xuất) 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: V= 17,593 = 20,698 (m3) 0,85 Với V = 20,698 m3 ⇒ D = 3 12288 × 20,698 = 2,568 (m). 4783 × π Suy ra: h2 = 1,5 × D = 1,5 × 2,568 = 3,852 (m), d= D 2,568 = = 0,321 (m), 8 8 h1 = D−d 2,568 − 0,321 × tg 450 = × 1 = 1,124 (m) 2 2 Hình 5.28. Thùng chứa cồn sản phẩm Chiều cao thiết bị: H = h1 + h2 = 1,124 + 3,852 = 4,976 (m). Vậy chọn một thùng chứa cồn có đường kính đoạn trụ D = 2,568 m, chiều cao đoạn trụ h2 = 3,852 m, đường kính đáy d = 0,321m, chiều cao đáy h1 = 1,124 m, chiều cao thiết bị H = 4,976 m. 5.1.22 2. Thùng chứa dầu fuzel Lượng dầu và rượu fuzel trong một ngày: 1740 (l/ngày)=1,740 (m3/ngày) Chọn thùng thân trụ, đáy hình côn, hình dáng, cấu tạo và tỉ lệ kích thước giống thùng chứa cồn thành phẩm, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất. Thể tích thùng là: V = Suy ra: 1,740 = 2,047 (m3) ⇒ D = 3 12288 × 2,047 = 1,188 (m) 0,85 4783 × π h2 = 1,5 × D = 1,5 × 1,188 = 1,782 (m), d= h1 = D 1,188 = = 0,149 (m). 8 8 D−d 1,188 − 0,15 × tg 450 = × 1 = 0,519 (m) 2 2 Chiều cao thiết bị: H = h1 + h2 = 0,519 + 1,782 = 2,301 (m). Vậy chọn thùng chưa dầu fuzel có các thông số sau: D (m) 1,188 H (m) 2,301 h1(m) 0,519 h2 (m) 1,782 SL(cái) 1 5.2. Tính thiết bị vận chuyển 5.2.1. Băng tải vận chuyển sắn từ kho tới sàng rung Lượng sắn cần vận chuyển lên bunke chứa là: 6,042 tấn/h. Chọn băng tải có các thông số sau: - Năng suất vận chuyển hạt: 10 tấn/h. - Chiều rộng băng tải: 600 mm. - Chiều dài băng tải : 24185 mm. 5.2.2. Gàu tải vận chuyển sắn đi nghiền Hình 5.29. Gàu tải Theo bảng 4.4 lượng sắn cần đem đi nghiền: 143550 (kg) = 5,981 (tấn/h) Chọn gàu tải có đặc tính kỹ thuật : - Năng suất vận chuyển hạt: 10 tấn/h. - Chiều rộng tấm băng: 300 mm. Công suất động cơ truyền động: Nđc= Q×H , Kw 367 × η Trong đó: Q là năng suất gàu tải, Q = 10 tấn/h. H là chiều cao nâng của gàu tải, H = 4,044 m. η là hiệu suất của gàu tải, η = 0,7 ⇒ Nđc = Số lượng: 10 × 4,044 = 0,147 (Kw) 367 × 0,7 5,981 = 0,598 → Chọn 1 gàu tải 10 5.2.3. Gàu tải vận chuyển sắn sau khi nghiền lên bunke chứa Theo bảng 4.4 và mục 5.1.2 ta có lượng sắn cần vận chuyển lên bunke chứa là: 5,891 tấn/h. Chọn gàu tải có đặc tính kỹ thuật : - Năng suất vận chuyển hạt: 10 tấn/h. - Chiều rộng tấm băng: 300 mm. Công suất động cơ truyền động: Nđc= Q×H ,Kw 367 × η Trong đó:Q: năng suất gàu tải, Q = 10 tấn/h H: chiều cao nâng của gàu tải, H = 13,970 m η: ⇒ Nđc = hiệu suất của gàu tải, η = 0,7 Hình 5.30. Gàu tải 10 × 13,970 6,042 = 0,544 (Kw). Số lượng: = 0,604 → 367 × 0,7 10 Chọn 1 gàu tải 5.2.4. Gàu tải vận chuyển sắn từ bunke chứa lên cân định lượng Lượng sắn sau khi nghiền cần vận chuyển lên cân định lượng: 6,042 tấn/h. Chọn gàu tải có đặc tính kỹ thuật giống với gàu tải vận chuyển sắn đi nghiền. Công suất động cơ truyền động: Nđc= Q× H ,Kw 367 × η Trong đó: Q: năng suất gàu tải, Q = 10 tấn/h H: chiều cao nâng của gàu tải, H = 8,630 m η: hiệu suất của gàu tải, η =0,7 ⇒ Nđc = 10 × 8,630 = 0,336 (Kw). Số lượng: 6,042 = 0,604 → Chọn 1 gàu tải 367 × 0,7 10 5.2.5. Bơm nước cho nồi nấu sơ bộ Theo mục 5.1.6, lượng nước cần cấp cho các nồi nấu là 10,174(m 3/h). Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu ВЦН-20 với các thông số kỹ thuật sau: [9, tr. 372] - Năng suất: 20 m3/h - Áp suất làm việc: 0,3MPa - Tốc độ quay: 2900v/phút - Công suất động cơ: 4W - Chiều cao bơm lên: 1055x410x738 m - Ðường kính ống hút / đẩy: 48/48 mm Hình 5.31. Bơm ly tâm - Kích thước: (1055 x 410 x 738) mm - Khối lượng: 100 kg - Số lượng: 10,174 = 0,509 → chọn 1 bơm 20 5.2.6. Bơm dịch cháo đi phun dịch hóa Theo mục 5.1.6 lượng dịch cháo bơm phun dịch hóa trong một giờ là: 21,674(m3/giờ). Chọn bơm ly tâm có nhãn hiệu BЦП-40 [9, tr 372], đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 40 m3/h. - Kích thước cơ bản của bơm: 1385x510x907 (mm). Số lượng: 24,674 = 0,542 → chọn 1 bơm 40 5.2.7. Bơm hỗn hợp sau khi hòa trộn đi nấu sơ bộ Theo mục 5.1.5. thể tích hỗn hợp sau khi hòa trộn là: 26,694 (m3/h) Chọn bơm ly tâm có nhãn hiệu BЦП-40 [9, tr 372], đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 40 m3/h. - Kích thước: (1385 × 510 × 907) mm. - Số lượng: 1 bơm 5.2.8. Bơm dịch nấm men sau nhân giống cấp I đi nhân giống cấp II và bơm dịch nấm men sau nhân giống cấp II sang các thiết bị lên men Lượng dịch nấm men sau khi nhân giống ở thùng nhân giống cấp II cần bơm lên thùng lên men chính là: V = VN 2 24 = 71775 = 2990,625 (lít/h) = 2,991 (m3/h). 24 Lượng dịch nấm men sau khi nhân giống ở thùng nhân giống cấp I cần bơm lên thùng nhân giống cấp II là: V = V N1 24 = 72500 = 3020,833 (lít/h) = 3,021 (m3/h).Chọn 24 3 bơm ly tâm nhãn hiệu ВЦН-10 với các thông số kỹ thuật: [9, tr 372] - Năng suất : 10m3/h. - Kích thước : (1307 x 380 x 740) mm - Số lượng : 3 (do có 3 thiết bị nhân giống). 5.2.9. Bơm dấm chín sau khi lên men sang thùng chứa dấm chín Thể tích của mỗi thùng lên men là: 722,1(m 3), lượng dịch lên men ở mỗi thùng cần bơm dịch chuyển sang các thùng lên men khác: 103,157 = 4,298 (m3/h). 24 Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu ВЦН-20 với các thông số kỹ thuật sau: [9, tr. 372] - Năng suất: 20 m3/h - Kích thước: 1055x410x738 mm - Số lượng: 8 n= 12,127 = 0,606 →chọn 1 bơm, có 8 thùng lên men nên chọn 8 bơm. 20 5.2.10. Bơm dấm chín từ thùng chứa dấm chín đi chưng cất Theo bảng 4.5. lượng dấm chín đem chưng cất trong 1 giờ là 29658,542(kg/h). Chọn bơm ly tâm có nhãn hiệu BЦП-40 [9, tr 372], đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 40 m3/h. - Kích thước: (1385 × 510 × 907) mm - Số lượng: 1 bơm 5.2.11. Bơm cồn thành phẩm đi ngưng tụ và làm nguội Theo bảng 4.5. lượng cồn đem ngưng tụ và làm nguội trong 1giờ là: 2241,458(m3/h) Chọn bơm ly tâm có nhãn hiệu BЦП-10 [9, tr 372], đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 10 m3/h. - Kích thước: (1307 x 380 x 740) mm. - Số lượng: 1 bơm Bảng 5.1. Bảng tổng kết các thiết bị Bảng 5.5. Bảng tổng kết các thiết bị STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 Tên thiết bị Băng tải vận chuyển sắn từ kho Sàng làm sạch Gàu tải sắn vào máy nghiền Máy nghiền Gàu tải sắn lên bunke chứa Bunke Gàu tải lên cân định lượng Cân Thùng hòa trộn Nồi nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nồi nấu chín Thiết bị tách hơi Phao điều chỉnh mức Thiết bị làm nguội sau tách hơi Thùng đường hóa Thiết bị làm nguội sau đường hóa Thiết bị lên men Thùng nhân giống cấp 2 Thùng nhân giống cấp 1 Thùng chứa dấm chín Tách CO2 và khí không ngưng Tháp thô Tháp tinh Kích thước 24185x600x300 1860× 1760 × 998 H= 4044 2000×1050×2600 H=13970 H = 11358, D = 4792 110x125x12515 1500x1200x2010 H=4679, D=2289 H=4603, D=1951 H=820, D=80 H=10794, D=2024 H=7329, D=2712 H=2060, D=1200 3000×200×4700 H= 4685, D= 2372 3000×200×5600 H=10983, D=6461 H=7310, D=4300 H=4923, D=2896 H=13622, D=7031 L=5250, D=625 H=10800, D=1319 H=16800, D=1148 Số lượng 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 2 1 2 8 1 2 2 1 1 1 STT Tên thiết bị 25 26 27 28 29 30 31 Thiết bị hâm dấm Thiết bị tách bọt Ngưng tụ cồn thô Ngưng tụ và hồi lưu ở tháp tinh 1 Ngưng tụ và hồi lưu ở tháp tinh 2 Làm nguội dầu fuzel Thùng chứa dầu fuzel Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn sản phẩm Thùng chứa cồn sản phẩm Bơm nước cho nồi nấu Bơm dịch nấm men Phao điều chỉnh mức Thiết bị làm nguội ruột gà Bình chống phụt dấm Thiết bị làm nguội cồn đầu Bơm dịch cháo đi phun dịch hóa H=2203, D=1120 H=1250, D=833 H=2553, D=968 L=4941, D=1850 H=2586, D=1100 H=1006, D=435 H=2301, D=1188 Số lượng 1 1 1 1 1 1 1 H=1160, D=800 1 H=4976, D=2568 1055x410x738 1307x380x740 H=2060, D=1200 H=2240, D=960 H=600, D=300 H=495, D=400 1385x510x907 1 2 8 1 1 1 1 1 Bơm dấm chín sau lên men Bơm hỗn hợp sau hòa trộn đi nấu Bơm dấm chín đi chưng cất Bơm cồn thành phẩm đi ngưng tụ và làm nguội 1055x410x738 1385x510x907 1385x510x907 8 1 1 1307x380x740 1 32 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 Kích thước Chương 6 TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 6.1. Tính hơi 6.1.1. Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ 6.1.1.1. Lượng nhiệt dùng để đun nóng khối nấu từ 400C đến 850C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) [8, tr 58] G1: Lượng nguyên liệu đi nấu sơ bộ trong một ngày: G1=Gnguyênliệu+ Gnước G1 = 140650 + 244180,008 = 384830,008 (kg/ngày). C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. [7, tr 152] C1 = 4186 × (1 – x) = 4186 × (1-0,381) = 2854,808 (J/kg.độ). Trong đó: x : Nồng độ chất hòa tan phần khối lượng, x = mCK 2 122380 = 0,318 = G1 384830,008 Q1=384830,008×2854,808×(85–40)=4,944× 1010(J/ngày)=11810250,36(kcal/ngày) 6.1.1.2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong quá trình nâng nhiệt Q2= 20%×Q1 =20%× 11810250,36= 2362050,072 (kcal/ngày) 6.1.1.3. Lượng nhiệt dùng để giữ khối nấu ở 850C Q3 = F × T2 × α × (tbm – tkk) α : Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh. α = 9,3 + 0,058 × tbm (W/m2.độ) [8, tr 41] tbm: Nhiệt độ bề mặt của thiết bị, t bm = 85 + 25 = 55 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 55 = 12,49 (W/m2.độ) Thời gian nấu sơ bộ là 15 phút gồm 2 phút để nâng nhiệt từ 40 oC lên 85oC và 13 phút giữ ở 85oC. Vậy thời gian giữ nhiệt trong một ngày(86400 giây) là: T2 - Thời gian giữ nhiệt: T2=86400× 13 = 74880 (s) 15 Trong đó h = 2,927 m, D =1,951 m →R=0,9755 m h0=0,926 F= 2×3,14×0,9755×2,927 + 3,14×0,9755×0,926× 2 =19,937 (m2) 2 Q3=19,937×74880×12,49×(55-25)=55938095,2(J/ngày)=113631,891(kcal/ngày). 6.1.1.4. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q4 = G4 × C4 × (t2 – t1) [8, tr 58] G4 = F × δ × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. F = 2 × π × R × H + π × R × h ×sin450=19,937 (m2) δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép, f = 7850 (kg/m2): Khối lượng riêng của thép.[7, tr 8] G4 = 19,937 × 0,003 × 7850 = 469,516(kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 132,90C ≈ 1330C C4: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C là: 0,12 kcal/kg.độ [7, tr 315] Q4 = 469,516 × 0,12 × (133 – 25) = 6084,932 (kcal/ngày) 6.1.1.5. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong quá trình nấu Q4 = F × T4 × α × (tbm – tkk) [8, tr 58] T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = 1 ngày=60×60×24× tbm = 133 + 25 = 79(0C) 2 13 = 74880 (s) 15 α = 9,3 + 0,058×79 = 13,882 (W/m2.độ)[8, tr 41] Q5=19,937×74880×13,882 ×(79 – 25) = 1119106568 (J/ngày) = 267345,095 (kcal/ngày) Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho nồi nấu sơ bộ trong một ngày: 5 Qh = ∑ Q = 14318751,35 (kcal/ ngày) i =1 i 6.1.1.6. Tính chi phí hơi Qh Di = i − i hn n (kg/ngày) [8, tr 31] Nhiệt lượng riêng của hơi nước ihn ở 1330C: ihn = 651,62 (kcal/kg) [7, tr 313] Nhiệt lượng riêng của nước in ở 1330C: in = 133,56 (kcal/kg) [7, tr 313] Q 14318751,35 h = 27639,176 (kg/ngày) D1 = i − i = 651,62 − 133,56 hn n 6.1.2. 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 . 6.1.2.1. Lượng nhiệt làm đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C Q1 = G × C × (t1 – t2) [8, tr 58] G: Lượng nguyên liệu đem phun dịch hóa trong một ngày: G =520181,7(kg/ngày) C: Nhiệt dung riêng của khối nấu x: Nồng độ chất hòa tan mCK 3 C = 4186 × (1 – x) = 4186 ×(1- m ) 3 =4186 ×(1- 0,836 × M 0,836 × 145000 ) =4186×(1)=975,480 (J/kg.độ) m3 520181,7 Q1= 520181,7×975,480× (94 –85) =7103975826(J/ngày) = 1697079,748(kcal/ngày) 6.1.2.2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh trong quá trình nấu 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× 1697079,748=339415,950 (kcal/ngày). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho phun dịch hóa là: Qh = Q1+ Q2 =1697079,748 + 339415,950 = 2036495,698 (kcal/ngày). Tính chi phí hơi: Di = Qh (kg/ngày) [8, tr 31] ihn − in Ở t = 1330C có: Nhiệt lượng riêng của hơi nước ihn: ihn = 651,62 (kcal/kg) Nhiệt lượng riêng của nước in: in = 133,56 (kcal/kg) [7, tr 313] Q 2036495,698 h = 3931,004 (kg/ngày) Suy ra: D2 = i − i = 651,62 − 133,56 hn n 6.1.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín 6.1.3.1. Lượng nhiệt đun nóng khối nấu từ 940C đến 1050C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) [8, tr 58] G1: Lượng nguyên liệu đem đi nấu chín trong một ngày: G1 = m4 = 514883,4 (kg/ngày) C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4186 × (1 – x) = 3432,52 (J/kg.độ) x = 18%: Nồng độ chất hòa tan phần khối lượng. Q1=514883,4×3432,52×(105–94)=1,944×1010(J/ngày)= 4644248,268(kcal/ngày). 6.1.3.2. Lượng nhiết tổn thất ra môi trường xung quanh trong quá trình nâng nhiệt Q 2= 20% × Q1 = 20% × 4644248,268 = 928849,654 (kcal/ngày) 6.1.3.3. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C Q3 = F×T3× α ×(tbm - tkk) (kcal/ngày) [8, tr 58] t0kk: Nhiệt độ không khí ở môi trường xung quanh. (0C) tbm - Nhiệt độ bề mặt của thiết bị , tbm = 105 + 25 = 65 (0C) 2 α - hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra không khí xung quanh α = 9,3 + 0,058 × tbm (W/m2.độ) [8, tr 41] α = 9,3 + 0,058 × 65 = 13,07 (W/m2.độ) Thời gian nấu chín là 30 phút gồm 5 phút để nâng nhiệt từ 94 oC lên 105oC và 25 phút giữ ở 105oC. Vậy thời gian giữ nhiệt trong một ngày(86400 giây) là T3 - Thời gian giữ nhiệt: T3=86400× 25 = 72000 (s) 30 F = F1 + F2: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2) F1: Diện tích phần thân trụ F1 = 2 × D × π × h1 = 2 × 1,012× 3,14×10,12= 64,316 (m2) Trong đó: Đường kính D = 1,012 (m), chiều cao trụ h1 = 10,12 (m). F2: Diện tích đáy chỏm cầu F2 = 2× π π ×(D2 +4× h22) =2× ×( 2,0242 + 4 × 0,3372)= 7,145 (m2) 4 4 Trong đó: Đường kính D = 2,024 (m), chiều cao đáy và nắp h2 = 0,337 (m). F = F1 + F2 = 64,316 + 7,145 = 71,461 (m2) Q3 = n×F×T3× α ×(t0bm – t0kk) = 2×71,461 ×72000×13,07×(65 – 25 ) = 5379812756(J/ngày)= 1285191,772 (kcal/ngày) 6.1.3.4. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q 4 = G4 × C3 × (t2 – t1) [9, tr 58] Trong đó: G4 = F × δ × f : Khối lượng vỏ thép F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi : F=71,461 (m2) δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép f = 7850 kg/m2: Khối lượng riêng của thép. [7, tr 8] G4 = 71,461 × 0,003 × 7850 = 1682,907(kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C.[7, tr 315] C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C, C3 = 0,12 kcal/kg.độ [7, tr 163] Q’4 = 1682,907 × 0,12 × (133 – 25) = 21810,469(kcal/ngày) Có 2 nồi nấu chín do đó lượng nhiệt đun nóng vỏ nồi cho 2 nồi là : Q4 = 2×Q’4= 2×21810,469 = 43620,938(kcal/ ngày) 6.1.3.5. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q5 = F × T4 × α × (t0bm – t0kk) [8, tr 58] F =Ftb ×n = 71,461×2=142,922 (m2) (n: số nồi nấu chín) T5 - thời gian tổn thất nhiệt T5 = 60×60×24× t bm = 25 = 72000 (s) 30 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 79 =13,882 (W/m2.độ) Q5=142,922×7200×13,882×(79-25)= 7713959,977(J/ngày)=1842799,803 (kcal/ngày) 6.1.3.6. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước Qbh= W × r [8, tr 58] r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở t = 100 + 25 = 62,5 0C, r = 576,5 (kcal/kg) [7,tr 254] 2 W: Lượng ẩm bốc hơi. W = k × F × (P – P’ × ϕ) × T k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036 2 D  Diện tích bốc hơi: F = π × R 2 = δ × π ×  bh  (m2)  2  Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1 50 Diện tích bốc hơi lớn nhất: S bh = 1 D2 1 22 ×π × = ×π × = 0,062 (m2) 50 4 50 4 Đường kính ống thoát hơi: Dbh = 4 × S bh 4 × 0,062 = = 0,08 (m) π 3,14 3,14 × 0,08 2 F= = 0,005 (m2) 4 P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C. P = 174,08 mmHg [7, tr 312] 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 ở một nồi: T = 24 giờ W = 0,036 × 0,005 × (174,08 – 24,55 × 0,8) × 1 = 0,667 (kg) 2 Qbh = 0 0,667 × 576,5 = 384,526 (kcal/ngày) Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho quá trình nấu chín trong một ngàylà: 5 Qh = ∑ Q I + Qbh = 8745094,961 (kcal/ngày) i =1 6.1.3.7. Tính chi phí hơi Di = Qh ihn − i n (kg/ngày) [8, tr 31] Nhiệt lượng riêng của hơi nước ihn ở t = 1330C: ihn = 651,62 (kcal/kg) Nhiệt lượng riêng của nước in ở t = 1330C in = 133,56 (kcal/kg) [7, tr 313] D3 = Qh 8745094,961 = = 16880,467 (kg/ngày) i hn − in 651,62 − 133,56 Vậy lượng hơi dùng cho phân xưởng nấu trong 1 ngày: Dnấu=D1+D2+D3= 27639,176+3931,004 + 16880,467 = 70174,740(kg/ngày) 6.1.4. Tính hơi cho quá trình chưng cất - tinh chế 6.1.4.1. Tháp thô Lượng hơi cần cho tháp thô là: P = 17,765 (kg/100kg dấm). Lượng hơi dùng trong 1 ngày: Dtho= P × m giam 100 = 17,765 × 711805 = 126452,158 (kg/ngày) 100 6.1.4.2. Tháp tinh chế Lượng hơi cần cho tháp tinh chế trong 100kg dấm: P= 9,286 (kg/100kg dấm) Lượng hơi cần dùng trong quá trình chưng cất – tinh chế trong một ngày: Dtinh = Pt × m giam 100 = 9,286 × 711805 = 66098,212 (kg/ngày) 100 Vậy lượng hơi tiêu hao trong quá trình chưng cất - tinh chế là: Dchưng cất – tinh chế = Dthô+ Dtinh = 126452,158+ 66098,212 = 192550,37(kg/ngày) Tổng lượng hơi cần là : D = Dnấu+ Dchưng cất – tinh chế = 70174,740+192550,37= 262725,11 (kg/ngày) 6.1.5. Tính và chọn lò hơi Lượng hơi thực tế dùng: Dtt = D 262725,11 = = 309088,365 (kg/ngày) η 0,85 Với η =0,85: Hệ số tổn thất nhiệt độ, mất mát do bảo ôn đường ống, thiết bị,… Chọn lò hơi có: Kiểu ống lò, ống lửa nằm ngang Năng suất :35.000 kg/h Mã hiệu: LD 15/10 Năng xuất sinh hơi: 15.000(kg/h) Áp suất làm việc: 10 (kg/cm2) Nhiệt độ hơi bão hòa: < 1800C Hiệu suất: 89 ÷ 90% Điều khiển: hoàn toàn tự động Nhiên liệu đốt: dầu DO, dầu FO, gas,… Số lò hơi cần dùng là: n= Dtt = Dtt 309088,365 . Vậy chọn một lò hơi = = 0,368 N 35000 × 24 35000 × 24 6.1.6. Tính nhiên liệu 6.1.6.1. Dầu F.O Nhiên liệu sử dụng chính cho lò hơi: D = Dtt × (ih − in ) Q ×η Q: Nhiệt lượng của dầu, Q = 6728,2 (kcal/kg) Dtt: Năng suất hơi . Dtt = 309088,365 (kg/ngày) η : Hiệu suất lò hơi, η = 85%. ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 657,3 (kcal/kg) [8, tr 213] in: Nhiệt hàm của nước ở áp làm việc, in = 152,2 (kcal/kg) [8, tr 214] Suy ra: D = Dtt × (i h − i n ) 309088,365 × (657,3 − 152,2) = = 27298,715 (kg/ngày) Q ×η 6728,2 × 0,85 6.1.6.2. Xăng Sử dụng cho các loại xe ở nhà máy. Lượng xăng sử dụng: 200 (lít/ngày) Như vậy 1 năm cần: 200 × 328 = 65600(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 × 328 = 1640 (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= 244180 (kg/ngày) Khối lượng riêng nước ở 25oC, p=1 atm là ρn = 997,08 (kg/m3) [7, tr12] Thể tích nước cần dùng để nấu: V1 = m1 244180 = = 244,895 (m3/ngày) ρn 997,08 6.2.1.2. Nước vệ sinh thiết bị nấu V2 = 15% × V1 = 0,15 × 244,895= 36,734 (m3/ngày) 6.2.1.3. Nước dùng cho phân xưởng nấu V = V1 + V2 = 244,895 + 36,734 = 281,629 (m3/ngày) 6.2.2. Nước dùng cho đường hóa Lượng nước cần dùng trong 1 ngày: m2 = 158485 (kg/ngày) Khối lượng riêng nước ở 25oC, p=1 atm là ρn = 997,08 (kg/m3) [7, tr12] Thể tích nước dùng cho đường hóa: Vdh = m2 158485 = = 158,949 (m3/ngày) ρn 997,08 Nước dùng cho nấu và đường hóa: V’=V+Vdh=281,629 + 158,949 = 440,578(m3/ngày) 6.2.3. Nước dùng cho 4 thiết bị làm nguội ống lồng ống Theo mục 5.1.11. lượng nước cần cho 2 thiết bị làm nguội sau tách hơi là: 11,653 (m3/h) = 279,672 (m3/ ngày) Theo mục 5.1.13. lượng nước cần cho 2 thiết bị làm nguội sau đường hóa là: 14,312 (m3/h) = 343,488 (m3/ ngày) Lượng nước cần cho 4 thiết bị làm nguội ống lồng ống trong một ngày là: V= 279,672 + 343,488 = 641,16 (m3/ ngày) 6.2.4. Nước dùng cho phân xưởng lên men Theo phụ lục 3 đã có lượng nước cần dùng cho 7 thùng lên men chính là: 3136,908(m3/ngày) Tính nhiệt cho thùng nhân giống Thùng nhân giống cấp II: Lượng dịch sử dụng cho 1 ngày: 71775 (lít/ngày) Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ:QII =71775 × 1,13 = 81105,75(kcal/h). Thùng nhân giống cấp I: Lượng dịch chứa trong thùng bằng 30% so với lượng dịch trong thùng gây men cấp II: 71775 × 0,3 = 21532,5 (lít/ngày) Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: QI=21532,5 × 1,13 = 24331,725(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 = 24331,725 × 0,85 = 20681,966 (kcal/h) QIIC = 81105,75 × 0,85 = 68939,888 (kcal/h) Diện tích truyền nhiệt cho ống xoắn ruột gà: F = Q k × ∆t Nước cấp cho nhân giống cấp I: mI = QIC 20681,966 = = 2068,197 (kg/h) C n × (t 2 − t1 ) 1 × (30 − 20) Suy ra thể tích nước: VI = m I 2068,197 = = 2,07 (m3/h)=49,782(m3/ngày) ρn 997,08 Nước cấp cho nhân giống cấp II: m II = QIIC 68939,888 = = 6893,989 (kg/h) C n × (t 2 − t1 ) 1 × (30 − 20) Suy ra thể tích nước: VII = m II 6893,989 = = 6,914 (m3/h)=165,940 (m3/ngày). ρn 997,08 Lượng nước cần cho phân xưởng lên men: VLM=VC+VI+VII= 3136,908+ 49,782 + 165,940 = 3352,63 (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) [8, tr 32] G × C × (t1 – t2) = Gn × Cn × (t’n – tn) Hay : 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: Nhiệt độ đầu và cuối của chất cần làm nguội Gn: Lượng nước dùng làm nguội (kg) Cn: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.độ). tn,t’n: Nhiệt độ đầu và cuối của nước (0C) 6.2.5.1. Bộ ngưng tụ tháp thô và ống xoắn ruột gà 1. Bộ ngưng tụ tháp thô Lượng hơi rượu ra khỏi tháp thô đi vào bộ ngưng tụ tháp thô là: 705,280(kg/h) Hơi cồn thô có nồng độ 42,630%V→r1 = rE × 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 × 0,426+ 540 × (1 – 0,426) = 443,724 (kcal/kg) . t’n = 450C , tn = 250C , Cn = 1 (kcal/kg.độ) G1 × r1 = Gn1 × Cn × (t’n-tn) Gn1= G1 × r1 705,280 × 443,724 = = 15647,483 (kg/h)=375,540(m3/ngày). Cn × (t 'n −tn ) 1 × (45 − 25) 2. Ống xoắn ruột gà Theo mục 5.1.20.5, lượng nhiệt thực tế cần phải lấy đi để hơi ngưng tụ là :Q’= 83975,455(kcal/h) Nước cấp cho nhân giống cấp II: m = Q' 83975,455 = = 4198,773 (kg/h) Cn × (t2 − t1 ) 1× (45 − 25) Suy ra thể tích nước: V1 = m ρn = 4198,773 = 4,211 (m3/h) = 101,066 (m3/ngày). 997,08 6.2.5.2. Bộ ngưng tụ và hồi lưu tháp tinh chế Phương trình cân bằng: G2 × r2 = Gn2 × Cn × (t’n – tn) [8, tr 32] Gn2 - Lượng rượu ra khỏi tháp tinh Lượng hơi rượu ra khỏi tháp tinh là 22,380 (kg / 100 kg dấm). Lượng hơi rượu ra khỏi tháp tinh ứng với 29658,542(kg dấm /h) là G2 = 29658,542 × 22,380 = 6637,582 (kg/h). 100 Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nồng độ: 93,841 % khối lượng r2 = 314×0,93841+ 540×(1– 0,93841) = 327,919 (kcal/kg) t’n = 450C , tn = 250C , Cn = 1 (kcal/kg.độ) G2 × r2 = Gn2 × Cn × (t’n-tn) Gn2= G2 × r2 6637,582 × 327,919 = = 108829,463 (kg/h) Cn × (t 'n −tn ) 1 × (45 − 25) = 2611907,102(kg/ngày) = 2611,907 (m3/ngày) Với (ρ= 997,08 kg/m3) 6.2.5.3. Lượng nước cần làm nguội dầu fusel Phương trình cân bằng: Gf × Cf × (t2 – t1) = Gn 3 × Cn × (t’n – tn) [9, tr 32] Gf : Lượng dầu fusel. Gf = 1740 (lít/ngày) =72,5(lít/h) Dầu fusel ra khỏi tháp tinh nồng độ 83,1 % khối lượng → ρ = 0,841 (Kg/lit) Khối lương dầu fuzel là mf= Gf ×ρ= 72,5×0,841= 60,973 (kg/h) t2 = 80 (0C) , t1 = 30 (0C) , t’n = 70 (0C) , tn = 20 (0C), Cf = 0,883 kcal/kg.độ, Gn3=60,973 G f × C f × (t2 − t1 ) 60,973 × 0,883 × (80 − 30) = = 134,597 (kg/h)=0,135(m3/h) Cn × (t 'n − tn ) 1 × (45 − 25) = 3,24(m3/ngày ) 6.2.5.4. Lượng nước cần ngưng tụ làm nguội cồn thành phẩm Theo mục 5.1.21.3. lượng nước cần dùng là: Gn4= 1,135(m3/h) = 27,24(m3/ngày) 6.2.5.5. Lượng nước cần làm nguội cồn đầu Theo mục 5.1.21.4. lượng nước cần dùng là Gn5= 0,062 (m3/h) = 1,488(m3/ngày) 6.2.5.6. Lượng nước ở thiết bị thu hồi rượu Công thức tính: Gn6 = m.C.(t1 − t 2 ) C N (t ' 2 −t '1 ) m: Lượng CO2 qua thiết bị. Theo mục 4.2.2.10: m = 0,302×M=43790 (kg/ngày) C: Nhiệt dung riêng của CO2, C = 0,21 kcal/kg.độ t1: Nhiệt độ đầu của CO2 khi thu rượu, t1 = 350C t2: Nhiệt độ cuối của CO2 khi thu rượu, t2 = 250C CN: Nhiệt dung riêng của nước ở điều kiện thường, CN = 1 kcal/kgđộ t’1: Nhiệt độ đầu của nước làm nguội, t’1 =250C t’2:Nhiệt độ cuối của nước làm nguội, t’2 = 300C Vậy Gn6 = 43790 × 0,21 × (35 − 25) = 18391,8 (kg/ngày) = 33,76 (m3/ngày) 1 × (30 − 25) Vậy lượng nước cần dùng trong phân xưởng chưng cất – tinh chế là : 6 Gn= ∑ G ni = 3314,854 (m3/ngày) i =1 6.2.6. Nước cho lò hơi Lượng hơi dùng cho lò hơi trong 1 ngày: 309088,365 (kg/ngày). Nếu cho 1 lít nước sẽ tạo ra 1 kg hơi và giả sử tổn thất là 10% thì lượng nước dùng cho 1 ngày: 309088,365 × 1,1 = 339997,202 (kg/ngày)= 339,997 (m3/ngày). 6.2.7. Nước rửa thiết bị Lấy bằng 5% lượng nước dùng cho sản xuất ở phân xưởng lên men và chưng cất tinh chế: G = 0,05×(3352,63 +3314,854) = 333,374(m3/ngày). 6.2.8. Lượng nước dùng cho sinh hoạt 6.2.8.1. Nước dùng cho bể tắm Tính cho 60% công nhân lao động trực tiếp, dùng 25 lít trong 1 ngày cho 1 người. Vậy lượng nước dùng trong 1 ngày là: 3 × 25 × 30 × 0,6 = 1350 (lít/ngày). Nên thể tích nước cần cung cấp cho bể tắm: V = m 1350 = = 1,354 (m3/ngày) ρ 997,08 6.2.8.2. Nước dùng cho nhà ăn Tính 20 lít cho 1 người trong 1 ngày, lượng nước cần: 20 ×38+20×30=853,333 (lít/ngày)=0,853 m3/ ngày. 3 6.2.8.3. Nước dùng rửa xe Sử dụng : 4 (m3/ngày). 6.2.8.4. Nước dùng các mục đích khác Sử dụng 2 m3/h = 48 (m3/ngày). Tổng lượng nước dùng cho sinh hoạt cần cấp cho nhà máy: 54,207(m 3/ngày). Bảng 6.1. Lượng nước dùng trong nhà máy Khu vực dùng nước Lượng nước (m3/ngày) Nấu và đường hóa 440,578 6 thiết bị làm nguội ống lồng ống 641,16 Phân xưởng lên men 3352,63 Phân xưởng chưng cất – tinh chế 3314,854 Lò hơi 339,997 Rửa thiết bị 333,374 Sinh hoạt 54,207 →Tổng lượng nước cần cấp cho nhà máy trong một ngày 8476,8 (m3/ngày). 6.2.9. Bơm cao áp để cấp nước cho toàn nhà máy Theo tài liệu [7, tr446] chọn bơm li tâm 1 cấp nằm ngang (loại bơm ЦH100220), có các thông số kỹ thuật : Năng suất 1000 m3/h, áp suất toàn phần 220 m, số vòng quay 2975 vòng/phút. Chiều cao hút 15 m, nhiệt độ chất lỏng nhỏ hơn 1000C. Thể tích nước cần bơm trong 1 giờ là : 8476,8 (m3/ngày).= 353,2 m3/ h Số lượng bơm: 353,2 = 0,353 → chọn 1 bơm. 1000 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 Phòng kinh doanh Phòng tài vụ Phòng kế toán Phòng TCHC PGĐ kỹ thuật Phòng y tế bảo vệ Phòng kỹ thuật Phòng KCS Phòng cơ điện 7.1.2. Tổ chức lao động Nhà máy làm việc 1 ngày 3 ca, mỗi ca 8 giờ, mỗi năm làm việc 328 ngày/năm. Mỗi ngày làm việc 3 ca: Ca 1 từ 6h – 14h, ca 2 từ 14h – 22h, ca 3 từ 22h – 6h. Khối hành chính làm việc 8h/ngày: sáng từ 7h – 11h30, chiều từ 13h30 – 17h. 7.1.2.1. Nhân lực lao động gián tiếp - Giám đốc: 1 - Phòng kinh doanh: 3 - Phòng KCS: 3 - Phó giám đốc: 2 - Phòng TC-HC : 3 - Nhà ăn, căn tin: 4 - Phòng kế toán : 5 - Phòng y tế: 2 - Nhà vệ sinh: 2 - Phòng tài vụ: 3 - Phòng kỹ thuật: 4 - Phòng bảo vệ: 6 Tổng cộng : 38 người. 7.1.2.2. Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp Bảng 7.1. Nhân lực lao động cho sản xuất trong nhà máy TT 01 02 03 Chức năng Trưởng ca Xử lý nguyên liệu Nấu nguyên liệu Số người 1 2 2 Số ca 3 3 3 Tổng 3 6 6 04 Đường hoá, làm nguội 2 3 05 Phân xưởng lên men 2 3 06 Phân xưởng chưng cất – tinh chế 3 3 07 Phân xưởng cơ điện 4 3 08 Thu hồi CO2 1 3 09 Lò hơi 2 3 10 Xử lý nước 2 3 11 Kho nguyên liệu 1 3 12 Kho thành phẩm 1 3 13 Kho nhiên liệu 1 3 14 Tổ bơm 2 3 15 Tổ lái xe 2 3 16 Lái xe lãnh đạo nhà máy 1 17 Trạm máy nén 1 3 Tổng 30 Tổng nhân lực lao động nhà máy là: 38 + 88 = 126 người. 6 6 9 12 3 6 6 3 3 3 6 6 1 3 88 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: 38 + 30 = 68 người. 7.2. Tính các công trình xây dựng 7.2.1. Khu sản xuất chính Khu sản xuất chính bao gồm 2 khu: Khu xử lý nguyên liệu, nấu đường hoá và nhân giống, khu lên men và 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 bán thành phẩm giảm chi phí năng lượng cho vận chuyển: Tầng 1: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 24 × 18 × 7,2 (m) Tầng 2: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 24 × 18 × 7,2 (m) Diện tích của khu nấu – đường hóa: 432 (m2) 7.2.1.2. Khu lên men và chưng cất tinh chế Ở khu lên men và chưng cất tinh chế có các thùng lên men, thùng chứa dấm chín, tháp tinh và tháp thô đặt ngoài trời. Đặt gần nhau để tiết kiệm đường ống và giảm hao hụt trong quá trình vận chuyển. Chưng cât – tinh chế và lên men được bố trí trong một khu để tiết kiệm đường ống cũng như giảm sự hao hụt trong quá trình vận chuyển dấm chín. Đây là khu chứa thiết bị có chiều cao, tải trọng lớn nên đặt ở ngoài trời. Khu lên men và chưng cất – tinh chế có chiều cao 24 (m). Diện tích khu lên men và chưng cất – tinh chế: 935,821 (m2). Như vậy khu sản xuất ngoài trời (khu lên men và chưng cất – tinh chế) có chiều dài 40 (m), chiều rộng 24 (m). Khu chứa sản phẩm tạm thời của chưng cất tinh chế đặt trong phân xưởng, đặt ở tầng 1 của nhà máy. Đặt trong một phòng có kích thước là: 7,543 × 6 × 6,890 (m). 7.2.2. Phân xưởng cơ điện Phân xưởng này là nơi đặt các thiết bị sửa chữa cơ khí, điện. Phân xưởng là nhà một tầng kích thước 18 × 9 × 6 (m). Diện tích: 162m 2 7.2.3. Kho nguyên liệu Đây là nơi dự trữ nguyên liệu sắn lát khô 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 xếp chồng nhau tạo thành khối. Theo bảng 4.4: Lượng sắn cần sản xuất trong một ngày: 145000(kg) Lượng sắn dùng trong 20 ngày là: 145000× 20= 2900000 (kg) Thể tích một bao nguyên liệu chiếm chỗ: V = h × π × R 2 = 0,8 × 3,14 × 0,25 2 = 0,157 (m3) Thể tích nguyên liệu chiếm chỗ: V1= 2900000 × 0,157 = 9106 (m3) 50 Chọn hệ số chứa đầy của kho là 0,8 thể tích thực nguyên liệu chiếm chổ VTT= 9106 = 11382,5 (m3) 0,8 Kích thước kho: 50 × 24 × 7,2 (m), diện tích của kho: 1200 (m2). 7.2.4. Kho thành phẩm Thành phẩm là cồn 960 là một chất dễ cháy, do đó kho thành phẩm được xây dựng cách nhà sản xuất chính một khoảng thích hợp và phải nằm cuối hướng gió để đề phòng hoả hoạn xảy ra, những ảnh hưởng của phân xưởng sản xuất chính đến chất lượng sản phẩm và nếu có hỏa hoạn xảy ra sẽ giảm thiểu được sự ảnh hưởng đến phân xưởng 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 52780 (lít) = 52,780 (m 3). Kho thành phẩm xây dựng có kích thước chứa lượng thành phẩm sản xuất trong 10 ngày: 527,8m3. Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 2,8 (m), chiều cao thùng 4,6 (m). Thể tích của mỗi thùng là V = π × R 2 × h =3,14 × 1,42 × 4,6 = 29,5 (m3) Số thùng cần dùng là: 527,8 = 17,892 . Chọn 18 thùng. 29,5 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: 24 × 12 × 6 (m), diện tích kho: 288(m 2) 7.2.5. Phân xưởng lò hơi Phân xưởng lò hơi do có đặc điểm dễ cháy nổ nên đặt ở cuối hướng gió. Phân xưởng này chứa các thiết bị lò hơi, các bộ phận của hệ thống tạo hơi đốt cho nhà máy và cung cấp hơi cho phân xưởng sản xuất chính. Xây dựng phân xưởng kích thước: 12 × 6 × 6 (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: 4 × 4 = 16 (m2) Xây dựng phân xưởng có kích thước: 24× 6×6 (m), diện tích: 288 (m 2) 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), diện tích của trạm nước: 36 (m 2) 7.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm Tính cho 60 % của ca đông nhất: 0,6 × 68 = 40,8 ≈ 41(người). Xây dựng nhà tắm và vệ sinh riêng cho khu nam và nữ, nhà máy có tỉ lệ nam khoảng 65%, tỉ lệ nữ khoảng 35%. Số phòng tắm tính trung bình: 7 (người/phòng). Vậy cần xây dựng 6 phòng, trong đó có 4 phòng nam và 2 phòng nữ. Số nam là 0,65×41= 27 người; số nữ là 0,35×41= 15 người Số phòng tắm tính trung bình: 7 (người/phòng). Vậy cần xây dựng 6 phòng, trong đó có 4 phòng nam và 2 phòng nữ. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Phòng vệ sinh tính bằng 1 1 nhà tắm. Nên số phòng của nam: 3× = 1 phòng; 4 4 1 4 số phòng nữ là: 2 × = 1 phòng. Kích thước mỗi phòng là 2×1,5×3 (m). Vậy kích thước nhà vệ sinh và nhà tắm là 6 × 4 ×3 (m). Diện tích: 24 (m 2). 7.2.9. Nhà ăn, căn tin Tính cho 2 2 số lượng công nhân của ca đông nhất: × 68 = 46 người 3 3 Diện tích cho mỗi người là 2,25 (m2), diện tích nhà ăn cho 46 người: 46 × 2,25 = 103,5 (m2). Kích thước nhà ăn: 12 × 9 × 4 (m), diện tích của nhà ăn, căn tin: 108 (m 2) 7.2.10. 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) 7.2.11. Trạm biến áp Trạm biến 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) 7.2.12. 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: 1 xe lãnh đạo nhà máy, 3 xe đưa đón công nhân, 6 xe chở hàng. Kích thước gara: ( 24 × 6 × 6) m, diện tích Gara ôtô: 144 (m2) 7.2.13. Nhà để xe Tính 80 % công nhân ở ca đông nhất: 0,8×68 = 55 (người). 1,5 m2 cho 1 xe máy nên diện tích là: 1,5×55= 82,5 (m2) Kích thước là: 12 × 7 × 3 (m), diện tích của nhà để xe : 84 (m2) 7.2.14. 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 1 phòng: 16 (m2), diện tích 2 phòng: 32 (m2) 7.2.15. Khu xử lý bã và nước thải Kích thước khu xử lý bã và nước thải: 15 × 6 × 6 (m), diện tích: 90 (m 2) 7.2.16. 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) 7.2.17. Trạm bơm Kích thước của trạm bơm: 6 × 6 × 6 (m), diện tích trạm bơm: 36 (m 2) 7.2.18. Trạm máy nén và thu hồi CO2 Kích thước: 12 × 6 × 6 (m), diện tích trạm máy nén và thu hồi CO2: 72 (m2). Bảng 7.2. Bảng tổng kết các công trình STT Tên công trình 1 Khu nấu, đường hóa, nhân giống 2 Khu sản xuất ở ngoài trời 3 Phân xưởng cơ điện 4 Kích thước (m) Diện tích (m2) 24 × 12 × 14,4 432 40 × 24 × 24 960 9 × 18 × 6 162 Kho nguyên liệu 50 × 24 × 7,2 1200 5 Kho thành phẩm 24 × 12 × 6 288 6 Phân xưởng lò hơi 12 × 6 × 6 72 7 Kho vật tư 12 × 6 × 6 72 8 Nhà hành chính 24 × 6 × 6 288 9 Nhà xử lý nước 6×6×6 36 10 Nhà vệ sinh – nhà tắm 6 × 4× 3 24 STT Tên công trình Kích thước (m) Diện tích (m2) 11 Nhà ăn – căn tin 12 × 9 × 4 108 12 Trạm biến áp 4×4×6 16 13 Trạm bơm 6×6×6 36 14 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 6×6×4 36 15 Gara ôtô 24 × 6 × 6 144 16 Nhà để xe 12 × 7 × 3 84 17 Phòng thường trực bảo vệ 2 × (4 × 4 × 4) 32 18 Kho nhiên liệu 12 × 6 × 5 72 19 Bể xử lý bã và nước thải 15 × 6 × 6 90 20 Trạm máy nén và thu hồi CO2 12 × 6 × 6 72 21 Tổng cộng 4224 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, thông thường khu đất dùng để dự trữ cho việc mở rộng nhà máy có thể chiếm từ a = 30-50% diện tích khu sản xuất chính, chọn a = 50%. Diện tích khu đất mở rộng: F mr = 50% × 1392= 696 (m2). Kích thước của khu đất là: 38 × 19 (m). 7.3.2. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy FKD = FXD [6, tr 44] K XD FKD: Diện tích khu đất. FXD: Diện tích xây dựng công trình. FXD = 4224 (m2). KXD: Hệ số xây dựng. Nhà máy thực phẩm KXD = 33÷50%. Chọn Kxd = 35%. FKD= 4224 = 12068,571 (m2). Diện tích khu đất: 130x98 (m) 0,35 Suy ra FKD =12740 (m2) 7.3.3. Tính hệ số sử dụng KSD = FSD [6, tr 44] FKD KSD: Hệ số sử dụng. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tổng mặt bằng. FSD: Diện tích sử dụng khu đất, FSD = FCX + FGT + Fhè, rãnh + FXD. Trong đó: FCX: Diện tích trồng cây xanh: FCX = 0,1 × FKD = 1911 (m2). FGT: Diện tích giao thông: FGT = 0,15 × FKD = 1911 (m2). Fhè, rãnh: Diện tích hè rãnh: Fhè, rãnh = 0,05×FKD = 637 (m2). Fhành lang : Diện tích hành lang: Fhành lang = 0,05×FKD = 637 (m2). FSD = 1911 + 1911 + 637+ 637+4224 = 9320 (m2). Nên: KSD= K SD = FSD 8241 = = 0,717 . Vậy Kxd = 35%, KSD = 0,717 FKD 11486 FSD 9320 = = 0,73 FKD 12740 Vậy Kxd = 35%, KSD = 0,73 Chương 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 8.1. 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, 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 tai nạn lao động, đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. 8.1.1. Những nuyên nhân gây ra tai nạn - Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ, - Các phương tiện và dụng cụ bảo hộ lao động còn thiếu hoặc không đảm bảo an toàn, - Các thiết bị, máy móc được trang bị không tốt hoặc chưa hợp lý, - Thiếu hoặc không có hoặc hỏng hoặc không đảm bảo an toàn các bộ phận rào, che chắn, bảo hiểm, - Điều kiện làm việc không được cải thiện, vị trí làm việc không hợp lý, thiếu những điều kiện ổn định trong quá trình làm việc, - Ý thức chấp hành 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. 8.1.2. 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, - Điều kiện làm việc trong nhà máy sản xuất cồn là sản xuất liên tục, thiết bị máy móc lớn, bố trí phức tạp, vì thế phải trang bị rào, che chắn, các bộ phận bảo hiểm hợp lý. Cần quan tâm hơn những vùng nguy hiểm. Thường xuyên theo dõi thay thế những bộ phận này theo quy định sử dụng, − Công tác tổ chức quản lý của nhà máy: Có nội qui, qui chế làm việc cụ thể cho từng bộ phận, phân xưởng sản xuất. Máy móc thiết bị phải có bản hướng dẫn vận hành và sử dụng cụ thể. Phải bố trí công việc cho người lao động một cách hợp lý phù hợp với trình độ kỹ thuật, điều kiện sức khoẻ của từng người, − Công nhân và nhân viên phải thường xuyên học tập và thực hành công tác phòng chống cháy nổ. Mỗi năm nhà máy tổ chức thi nâng bậc để công nhân cán bộ kỹ thuật trong nhà máy nắm vững và nâng cao trình độ, - 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 của mình, - Kỷ luật của nhà máy phải nghiêm để xử lí các trường hợp vi phạm. 8.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 8.1.3.1. Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc Phải đảm bảo độ sáng tối thiểu trong nhà sản xuất. Các phòng, phân xưởng sản xuất phải có đủ ánh sáng và thích hợp với từng công việc. Ban ngày cần tận dụng ánh sáng tự nhiên, ban đêm sử dụng ánh sáng nhân tạo phải đảm bảo đủ ánh sáng. 8.1.3.2. Thông gió Tận dụng tối đa sự lưu thông không khí trong nhà máy, bằng cách xây dựng các cửa sổ, cửa trời trên mái. Bảo đảm sự chênh lệch nhiệt độ trong phân xưởng và môi trường không quá 3 ÷ 50C. Tại các bộ phận sinh nhiệt như: Nấu sơ bộ, nấu chín, làm nguội, có bố trí quạt gió để tăng cường sự phân tán nhiệt. Tạo điều kiện thoải mái cho công nhân làm việc. 8.1.3.3. An toàn về điện Hệ thống điều khiển phải được tập trung vào bảng điện, có hệ thống chuông điện báo và đèn màu báo động. Các đường dây dẫn điện được cách điện an toàn và bố trí dọc tường hay đi ngầm dưới mặt đất. Các thiết bị điện phải được che chắn bảo hiểm. Phải có phương tiện bảo vệ cá nhân và biện pháp cấp cứu người bị nạn. Phòng chống sự phát sinh tĩnh điện trong vận hành. Phải có rơ le để đề phòng khi quá tải. 8.1.3.4. An toàn sử dụng thiết bị - Thiết bị, máy móc phải sử dụng đúng chức năng đúng công suất. - Mỗi loại thiết bị phải có hồ sơ rõ ràng, sau mỗi ca làm việc phải có sự bàn giao máy móc, nêu rõ tình trạng để ca sau xử lí. - Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc, có chế độ vệ sinh, sát trùng, cho dầu vào dầu mỡ thiết bị. 8.1.3.5. Phòng chống cháy nổ Đối với nhà máy rượu việc phòng chống chảy nổ là rất quan trọng do các nguyên nhân như sản phẩm nhà máy là cồn rất dễ cháy nổ, chập mạch điện, nhiên liệu dễ bắt lửa, các thiết bị đóng cặn, bị ăn mòn lâu ngày bị nổ, các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình sản xuất. Để hạn chế cháy nổ cần có biện pháp sau: - Không hút thuốc tại kho nhiên liệu, xăng dầu, gara ôtô, - Bố trí sản xuất có khoảng cách thích hợp để tránh lây lan, - Các bộ phận gây cháy nổ như: Kho chứa thành phẩm, lò hơi phải được đặt cuối hướng gió. Những thiết bị dùng điện phải có vỏ an toàn. - Có bể chứa nước chữa cháy, thiết bị chữa cháy phải được trang bị đầy đủ. 8.1.3.6. An 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. 8.1.3.7. Chống 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. 8.1.3.8. Giao thông trong nhà máy Nhà máy cần thiết kế các lối đi lại có chiều rộng hợp lý, các cầu thang rộng và chịu lực, dễ dàng đi lại. Ngoài ra bố trí các cửa ra vào hợp lý để khi có sự cố dễ dàng thoát hiểm. 8.2. 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. 8.2.1. 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. 8.2.2. 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. 8.2.3. Vệ sinh xí nghiệp Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc. 8.2.4. 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. 8.2.5. 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. 8.2.6. 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+. Chương 9 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 9.1. Kiểm tra nguyên liệu Trong công nghệ lên men nói chung và sản xuất rượu nói riêng, việc kiểm tra hay xác định hàm ẩm, % tinh bột có ý nghĩa rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng nguyên liệu đưa vào sản xuất. 9.1.1. Xác định độ ẩm [5, tr 213-214] Thông thường độ ẩm trong nguyên liệu được xác định theo phương pháp sấy và chỉ cho kết quả gần đúng. Vì sấy ở nhiệt độ cao, một số chất hữu cơ trong nguyên liệu sẽ bị phân hủy và bay hơi cùng nước, khi đó lại có một lượng nhỏ nước liên kết không bay hơi hết. Để hạn chế sai số chỉ sấy ở 100÷1050C và kéo dài trong 3÷4giờ. Đôi khi muốn rút ngắn thời gian sấy thực hiện ở 1300C trong 140phút. Cách tiến hành: (phụ lục 5) Độ ẩm của nguyên liệu tính theo công thức sau: 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. 9.1.2. Xác định hàm lượng tinh bột [5, tr 215-216] Xác định theo phương pháp hóa học. Cách tiến hành: (phụ lục 5) Hàm lượng tinh bột được xác định: TB = a × 250 × 100 × 0,9% b×m a: số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua Kali K3Fe(CN)6. b: số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân. m: số gam bột sắn ở mẫu thí nghiệm. 0,9: hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. 9.1.3. Xác định hàm lượng protein trong nguyên liệu [5,tr225-227] Xác định hàm lượng protein thường được theo phương pháp Kjeldal: Cách tiến hành: (phụ lục 5) Hàm lượng nitơ tính theo công thức: Trong đó: ( a − b ) × 0,0014 % m 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. 9.2. Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hoá tinh bột Xác định hoạt độ đường hoá chung theo Linơ [5, tr 238-239] Cách tiến hành: (phụ lục 5) Giả sử số ml dịch thuỷ phân chuẩn hết là a, dịch enzim hết là b. Hệ số Linơ: Li = 100 100 − × 0,1 (0,1: tỉ số pha loãng dịch enzim trong thí nghiệm) a b 9.3. Kiểm tra dịch đường hoá và dấm chín sau lên men 9.3.1. Độ rượu trong dấm chín [5, tr 240-242] Sau khi lên men trước hết cần kiểm tra nồng độ rượu trong dấm chín, đồng thời đôi khi còn phải kiểm tra rượu sót ở đáy tháp thô và tháp tinh. Muốn xác định phải chưng cất để tách rượu ra khỏi các chất hoà tan. Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 5) Độ rượu trong dấm: ( A − A 0 ) × 1,15 20 × 100 (mg/100ml) 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 9.3.2. Đường và tinh bột sót trong dấm chín Xác định tổng hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp thủy phân bằng axit. [5, tr 243–246] Cách tiến hành: (phụ lục 5) Hàm lượng đướng sót trong dấm chín được tính: Tổng lượng tinh bột và đường trong dấm chín: 18,9 × (D1 − D 2 ) × n (%) 1000 18,9 × (D 3 − D 4 ) × n (%) 1000 Trong đó : n là hệ số pha loãng của dấm chín 9.3.3. Xác định nồng độ chất hoà tan của dịch đường và dấm 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 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 200C. 9.4. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 9.4.1. Nồng độ rượu Xác định theo TCVN 9637 - 6:2003. 9.4.2. Hàm lượng axit và este trong cồn [5, tr 255-256] Cách tiến hành: (phụ lục 5) Hàm lượng axit tính theo công thức: V × 6 × 10 × 100 (mg/l) C 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%.s C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích. Hàm lượng este trong cồn: E = V × 8,8 × 10 × 100 (mg/l) c V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư. 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 9.4.3. Xác định hàm lượng aldehyt theo phương pháp iốt [5, tr 257] Cách tiến hành: (phụ lục 5) Hàm lượng andehyt được xác định: (V − V0 ) × 0,22 × 1000 50 × C % (mg/l) V, V0: số ml dung dịch I2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng. 0,22: số mg andehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I2 0,01N. C: số ml rượu mẫu lấy để phân tích. 9.4.4. Xác định hàm lượng ancol cao phân tử [5, tr 259] Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 5) Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: a × 100 (mg/l hay %) C a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu. C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. 9.4.5. Xác định hàm lượng ancol metylic Cơ sở: (phụ lục 5) Tiến hành: Lấy ống nghiệm t0(18x180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn hoặc rượu cộng thêm 5ml KMnO4 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 KMnO 4 dư. 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5(COOH)2 10CO2 + K2SO4 + MnSO4 + 8H2O Khi dung dịch có màu vàng, thêm vào 1ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc, khi mất màu dùng ống hút cho vào 5ml dung dịch fucxin lắc nhẹ và để 25÷30 phút. Song song tiến hành thí nghiệm với mẫu chứa ancol metylic đã biết trước. Sau 25÷30 phút nếu màu của ống 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. 9.4.6. Xác định hàm lượng furfurol - Cơ sở: (phụ lục 5) - Tiến hành: Lấy ống nghiệm 25ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt aniline và 3 giọt HCl vào ống nghiệm. Tiếp theo cho 10 ml cồn rồi lắc đều và để yên. Nếu sau 10 phút hỗn hợp vẫn không màu thì cồn là đạt tiêu chuẩn, nếu xuất hiện màu hồng thì xem như cồn không đạt tiêu chuẩn do có chứa nhiều furfurol. 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 96 0 từ sắn lát khô năng suất 145 tấn nguyên liệu/ngày”. Qua đồ án tôi đã có một cách nhìn toàn diện về sản xuất cồn, những điều cần thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất cồn, hiểu biết rõ hơn về cách bố trí máy móc, thiết bị trong phân xưởng, bố trí mặt bằng nhà máy sao cho hợp lý, cách tính toán, lựa chọn phương án lắp đặt, thiết kế nhà máy một cách kinh tế nhất. Và những phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm. Đây là một dịp tốt để ôn lại những kiến thức đã học, vận dụng kết hợp giữa lý thuyết và thực tế để hình thành một cách nhìn tổng quan về thiết kế một nhà máy thực phẩm nói chung và nhà máy cồn nói riêng. Tuy nhiên đồ án này vẫn còn mang tính lý thuyết, giả định, vẫn chưa sát với thực tế. Do hạn chế về mặt kiến thức thực tế, kinh nghiệm và thời gian có hạn nên những sai sót trong đồ án là điều khó tránh khỏi vẫn còn có thiếu sót nhiều. Rất mong được sự góp ý của thầy cô và các bạn để đồ án này của tôi được hoàn thiện hơn. Đà Nẵng, ngày tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt: [1]. PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh (2012), “Thiết bị thực phẩm”, Trường ĐH Bách Khoa Đà Nẵng. [2]. GS. TS. Nguyễn Thị Hiền (chủ biên) và tập thể tác giả (2009), “Khoa học – công nghệ malt và bia”, NXB Khoa Học & Kỹ Thuật Hà Nội. [3]. Trương Hồng Linh (2011), “Công nghệ sản xuất bia”, Trường Cao Đẳng Lương Thực Thực Phẩm, Đà Nẵng. [4]. KS. Nguyễn Văn Phước (1979), “Kỹ thuật sản xuất rượu etylic”, Trường trung học NN – CN thực phẩm Đà Nẵng. [5]. PGS. TS. Nguyễn Đình Thưởng, TS. Nguyễn Thanh Hằng (2005), “Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn Etylic”, NXB Khoa Học Và Kỹ Thuật, Hà Nội. [6]. Trần Thế Truyền (1999), “Cơ sở thiết kế nhà máy”, Khoa Hóa – Trường Đại học Kỹ Thuật, Đà Nẵng. [7]. PTS. Trần Xoa, PTS. Nguyễn Trọng Khuông, KS. Hồ Lê Viên (1992), “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập I”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. [8]. PTS. Trần Xoa, PTS. Nguyễn Trọng Khuông, KS.Hồ Lê Viên (1992), “Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất tập II”, NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Tài liệu Tiếng nước ngoài: [9]. Ц.P.3aйчиk (1977), OБOPYДOBAHИE ПPEДПPИЯTИЙ BИHOДE- ΛЬЧECKOЙ ПPOMЬIШΛEHHOCTИ, MOCKBA. [10]. O.O. Oladunmoye, R. Akinoso and A.A. Olapade (2010), Evalution of some physical-chemical properties of wheat, cassava, maize and cowpea flour for break making. Tài liệu mạng: [11].http://khucongnghiep.com.vn/xuctien/tabid/67/articleType/ArticleView/articleI d/705/KCN-Tm-Thng-mi-gi-u-t.aspx (5/3/2014) [12]. http://daknong.gov.vn/gioithieu/Pages/ubndhcj-gtc.aspx (5/3/2014) [13].http://dntu.edu.vn/congnghe/Resource/Upload/file/ThucPham/thi%20nghiem %20chuyn%20nganh%20thuc%20pham%20bai1,2,3,4.pdf (6/3/2014) [14].http://www.foodnk.com/tim-hieu-ve-khoai-mi-cu-san-trong-cong-nghe-thucpham.html (6/3/2014) [15].http://www.sieuthimayvietnam.vn/sanpham/May-sang-rungZD198/26485.html (10/3/2014) [16]. http://vn.sbmchina.com/hammer_crusher.html (10/3/2014) [17].http://www.sieuthimayvietnam.vn/sanpham/May-sang-rungZD198/26485.html (11/3/2014) [18]. http://www.slideshare.net/lanhnguyen564/n-tt-nghip-sn-xut-cn-96-t-tinh-bt-sn (11/3/2014) [19]. http://doc.edu.vn/tai-lieu/de-tai-tim-hieu-cong-nghe-san-xuat-ruou-con-congnghiep-9674/ (15/3/2014) [20]. http://nguyenthithuhuyen.wordpress.com/2011/07/21/cong-ngh%E1%BB%87s%E1%BA%A3n-xu%E1%BA%A5t-c%E1%BB%93n/ (15/3/2014) [21]. http://congnghethucpham.com/su-khac-nhau-giua-cong-nghe-san-xuat-con- thuc-pham-va-con-nhien-lieu (17/3/2014) [22]. http://luanvan.co/luan-van/cong-nghe-san-xuat-con-etylic-1966/ (17/3/2014) [23]. http://www.doko.vn/luan-van/quy-trinh-cong-nghe-san-xuat-con-tai-cong-tyruou-ha-noi-307359 (20/3/2014) [24].http://www.vietnamseed.com.vn/webui/web/master/default.aspx? TabID=ScienceDetail&ItemID=72&IDNHOM=2 (25/04/2014) [25].http://noihoi-thietbiapluc.vn/6324/product/928156/noi-hoi-dot-da-nhienlieu.html (02/05/2014) [25]. http://nguyenthuyquynh.vnweblogs.com/print/1580/143306 (7/3/2014) [27]. http://tmviethan.com/san_pham/chi_tiet_san_pham/503/san-cu (7/3/2014) [28].http://www.foodnk.com/tim-hieu-ve-khoai-mi-cu-san-trong-cong-nghe-thucpham.html (7/3/2014) [29]. http://tongwei.vn/chung-loai-nguyen-lieu-pg2610.html (7/3/2014) [30].http://nongsantoanthang.com/chi-tiet-san-pham/can-ban-khoai-mi-lat-va-tinhbot-khoai-mi-627.html (7/3/2014) [31]. http://archives.microbeworld.org/resources/gallery_06_sacc.htm [32].http://www.visualphotos.com/image/1x3740053/saccharomyces_cerevisiae_sc anning_electron Đồ án tốt nghiệp -127- GVHD: KS. Bùi Viết Cường PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tính cân bằng vật chất cho một ngày 1. Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch trong một ngày: 145000(kg) Lượng nguyên liệu thu được sau công đoạn làm sạch: m1 = 0,99 × X = 0,99 × 145000 = 143550 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: m1 × 87 0,99 × X × 87 = = 0,861 × X = 0,86 ×145000 = 124700 (kg) 100 100 mCK(1) = Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: mtb(1) = m1 × 73 100 = 0,99 × X × 73 = 0,723 × X = 0,723 × 145000 = 104835 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: mH 2O (1) = m1 × 13 0,99 × X × 13 = = 0,129 × X = 0,129 × 145000 = 18705 100 100 (kg) 2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 2) 0,99 × X × 98 = = 0,970 × X = 0,970 ×145000 = 140650 (kg) 100 100 Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: m2 × 87 0,970 × X × 87 = = 0,844 × X = 0,844 × 145000 = 12238 (kg) 100 100 mCK ( 2 ) = Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mTB ( 2 ) = m2 × 73 0,979 × X × 73 = = 0,708 × X = 0,708 × 145000 = 102660 (kg) 100 100 Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: m H 2O ( 2 ) = m2 × 13 0,970 × X × 13 = = 0,126 × X = 0,126 × 145000 = 18270 (kg) 100 100 3. Công đoạn nấu sơ bộ Khối lượng dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: Đồ án tốt nghiệp -128- m3 = (m2 + A) × GVHD: KS. Bùi Viết Cường (100 − 1) 99 = (0,970 × X + A) × = 0,960 × X + 0,99 × A 100 100 = 0,960 × 145000 + 0,99 × 2,654 × 145000 = 520182 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mCK (3) = mCK ( 2 ) × (100 − 1) 100 = 0,844 × X × 99 = 0,836 × X 100 = 0,836 × 145000 = 121220 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mTB (3) = mTB ( 2 ) × (100 − 1) 0,708 × X × 99 = = 0,701 × X 100 100 = 0,701× 145000 = 101645 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo của nồi nấu sơ bộ: mH 2 O (3) = (mH 2 O ( 2 ) + A) × (100 − 1) 99 = (0,126 × X + A) × 100 100 = 0,125 × X + 0,99 × A = 0,125 × 145000 + 0,99 × 2,645 × 145000 = 397814,750 (kg) 4. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: m4 = m3 × (100 − 1) 99 = (0,960 × X + 0,99 × A) × = 0,950 × X + 0,980 × A 100 100 = 0,950 × 145000 + 0,980 × 145000 × 2,654 = 514883,40 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK ( 4 ) = mCK ( 3) × (100 − 1) 0,836 × X × 99 = = 0,828 × X 100 100 = 0,828 × 145000 = 120060 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mTB ( 4) = mTB (3) × (100 − 1) 0,701 × X × 99 = = 0,694 × X 100 100 = 0,694 × 145000 = 100630 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: Đồ án tốt nghiệp -129- mH 2 O ( 4 ) = mH 2 O ( 3 ) × GVHD: KS. Bùi Viết Cường (100 − 1) 99 = (0,125 × X + 0,99 × A) × 100 100 = 0,124 × 145000 + 0,980 × 2,654 × 145000 = 395113,40 (kg) 5. Công đoạn nấu chín Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín là: m5 = (m4 + mH 2 O ( nt ) ) × (100 − 2) 98 = (0,950 × X + 0,980 × A + 0,970 × X ) × 100 100 = (0,950 × X + 0,980 × 2,654 × X + 0,970 × X ) × 98 = 4,431 × X 100 = 4,431× 145000 = 642495 (kg) Khối lượng nước trong dịch cháo sau khi nấu chín là: m H 2O ( 5) = 1,072 × X + 0,960 × A = 1,072 × X + 0,960 × 2,654 × X = 3,620 × X = 3,062 × 145000 = 443990 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau nấu chín: mTB ( 5) = mTB ( 4 ) × 98 = 0,694 × X × 0,98 = 0,680 × X 100 = 0,680 × 145000 = 98600 (kg) Khối lượng chất khô trong dịch cháo sau khi nấu chín là mCK ( 5) = mCK ( 4 ) × (100 − 2) 0,828 × X × 98 = = 0,811 × X 100 100 = 0,811 × 145000 = 117595 (kg) 6. Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu có trong dịch cháo sau phun dịch hóa. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chính là lượng hơi không ngưng tụ trong quá trình nấu chín. mH = m × 100 50 50 0,828 × X × 100 × 2 × CK ( 4 ) = × 2× = 0,952 × X 100 87 100 87 = 0,952 × 145000 = 138040 Khối lượng dịch cháo sau khi tách hơi: Đồ án tốt nghiệp m 6 = m5 × -130- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (100 − 0,5) 99,5 = 4,431 × X × = 4,409 × X 100 100 = 4,409 × 145000 = 639305 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mCK ( 6 ) = mCK ( 5) × (100 − 0,5) 100 = 0,811 × X × 99,5 = 0,807 × X 100 = 0,807 × 145000 = 117015 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB ( 6 ) = mTB ( 5) × (100 − 0,5) 100 = 0,680 × X × 99,5 = 0,677 × X 100 = 0,677 × 145000 = 98165 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: m H 2O ( 6 ) = m H 2 O ( 5 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,620 × X × = 3,602 × X 100 100 = 3,602 × 145000 = 522290 (kg) 7. Công đoạn làm nguội sau tách hơi Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m 7 = m6 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,409 × X × = 4,387 × X 100 100 = 4,387 × 145000 = 636115 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 0,5) 0,807 × X × 99,5 = = 0,803 × X 100 100 = 0,803 × 145000 = 116435 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau làm nguội mTB ( 7 ) = mTB ( 6 ) × (100 − 0,5) 100 = 0,677 × X × 99,5 = 0,674 × X 100 = 0,674 × 145000 = 97730 (kg) Khối lượng nước có trong tinh bột sau làm nguội m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,602 × X × = 3,584 × X 100 100 Đồ án tốt nghiệp -131- GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 3,584 × 145000 = 519680 (kg) 8. Công đoạn đường hóa Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mCK 8 = ( mCK ( 7 ) + mTB ( 7 ) × 18n 162n = (0,803 × X + × 98 98 )× (kg) 100 100 0,674 × X × 18n 98 98 × )× = 0,859 × X 162n 100 100 = 0,859 × 145000 = 124555 (kg) Gọi Y là lượng nước bổ sung trong quá trình đường hóa Khối lượng dịch đường sau đường hóa: m 8 = (m 7 + m st + m axit + Y) × 100 − 2 100 = (4,387 × X + 0,011 × X + 7,279 × 10 −3 × X + Y) × 0,98 = 4,317 × X + 0,98 × Y = 4,317 × 145000 + 0,98 × 145000 × 1,093 = 781280,30 (kg) Lượng tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% và hao hụt 2% là. Có: 6 10 5 n 162n mĐ ( 8 ) = 2 6 12 (C H O ) + nH O → nC H O 18n 6 180n mTB ( 7 ) × 180 × 98 × 98 0,674 × X × 180 × 98 × 98 = = 0,719 × X 162 × 100 × 100 162 × 100 × 100 = 0,719 × 145000 = 104255 (kg) Khối lượng nước có trong dịch đường sau khi đường hóa: m H 2O ( 8 ) = ( m H 2 O ( 7 ) − mTB ( 7 ) × 18n = (3,584 × X − 162n × 98 (100 − 2) +Y)× 100 100 0,674 × X × 18n 98 (100 − 2) = 3,440 × X + 0,98 × Y × +Y)× 162n 100 100 = 3,440 × 145000 + 0,98 × 1,093 × 145000 = 654115,3 (kg) 9. Công đoạn làm nguội sau đường hóa Khối lượng đường sau làm nguội: Đồ án tốt nghiệp mĐ ( 9 ) = mĐ ( 8 ) × -132- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (100 − 0,5) = 0,719 × X × 0,995 = 0,715 × X 100 = 0,715 × 145000 = 103675 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm nguội: mCK ( 9 ) = mCK (8) × (100 − 0,5) 100 = 0,859 × X × 99,5 = 0,855 × X 100 = 0,855 × 145000 = 123975 (kg) Lượng nước có trong trong dịch đường sau làm nguội: mH 2 O ( 9 ) = m H 2 O ( 8 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,423 × X + 0,975 × Y = (3,440 × X + 0,98 × Y ) × 100 100 = 3,423 × 145000 + 0,975 × 1,093 × 145000 = 650857,875 (kg) Khối lượng dịch đường sau làm nguội: m9 = 4,295 × X + 0,975 × Y = 4,295 × X + 0,975 × 1,093 × X = 5,361 × X = 5,361 × 145000 = 777345 (kg) 10. Công đoạn lên men Lượng chất khô không đường có tỷ lệ thấp so với lượng đường trong dịch đường lên men. Vậy nồng độ chất khô của dịch đường đem đi nhân giống và là 16%. ρĐ16% = 1,0626 ( kg/lít) [7, tr 64] Thể tích dịch đường: VDịch đường = m9 5,361 × X = = 5,045 × X = 5,045 × 145000 = 731525 (lít) ρĐ 1,0626 Thể tích dịch đường đem đi lên men: VDịch đường lên men= VDịch đường × 90% = 5,045 × X × 90 = 4,541 × X 100 = 4,541 × 145000 = 658445 (lít) Thể tích dich đường đem đi nhân giống ( lấy 10% dịch đường) Vnấm men= VDịch đường × 10% = 5,045 × X × 10 = 0,505 × X 100 = 0,505 × 145000 = 73225 (lít) a . Nhân giống cấp Đồ án tốt nghiệp -133- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Thể tích dịch nấm men sau nhân giống cấp 1 Vnhângiống 1 = V Nâmmen × (100 − 1) 0,505 × X × 99 = = 0,50 × X 100 100 = 0,50 × 145000 = 72500 (lít) b. Nhân giống cấp 2 Thể tích dịch nấm men sau nhân giống cấp 2 Vnhângiống 2 = VNhângiông1 × (100 − 1) 100 = 0,5 × X × 99 = 0,495 × X 100 = 0495 × 145000 = 71775 (lít) Thể tích dịch đường trước lên men: Vthể dịch đường lên men= VDịch đường + Vnhân giống 2 = 4,541×X+0,495×X = 5,036×X = 5,036 × 145000 = 730220 (lít) Xem như trong quá trình nhân giống nấm men sử dụng toàn bộ lượng đường có trong dịch đường đem đi nhân giống. Nồng độ dịch đường khi đem đi lên men là C% dịch lên men = C % × 90 16% × 90 = = 14,4% 100 100 ρĐ14,4%=1,05588(kg/lít) [7, tr 64] Khối lượng của dịch trước lên men là: m10 = ρ Đ × Vthể dịch đường lên men=1,05588 × 5,036 × X = 5,317 × X = 5,317 × 145000 = 770965 (kg) Khối lượng đường có trong dịch lên men mĐ (10 ) = mĐ ( 9 ) × 14,4 0,715 × X × 14,4 = = 0,644 × X 16 16 = 0644 × 145000 = 93380 (kg) Dựa vào phương trình lên men C6 H 12 O6 180,2 → 2 C2 H 5OH + 2 92,1 CO2 (1) 88 Vậy cứ 100 kg glucoza tạo ra B kg cồn khan B = 100 × 92,1 = 51,11 180,2 Đồ án tốt nghiệp -134- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Cứ 100kg đường glucoza tạo thành 51,11kg cồn khan [5, tr 205-206], nên lượng cồn etylic thu được tạo ra từ mĐ (9 ) = 0,715 × X (kg) đường với hiệu suất lên men là 98%, hao hụt 2% là: Cồn khan: mcồn khan = mĐ (10 ) × B 100 = 0,644 × X × 51,11 98 98 × × = 0,316 × X 100 100 100 = 0,316 × 145000 = 45820 (kg) Thể tích cồn khan thu được sau lên men: với ρ Cồn= 0,789 ( kg/lít) ) [7, tr 9] Vcồn khan = mConkhan 0,316 × X = = 0,401 × X (lít) = 0,401 × 145000 = 58145 (lít) ρ Con 0,789 Từ (1) suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: mCO2 = mConkhan × 88 0,316 × X × 88 = = 0,302 × X = 0,302 × 145000 = 43790 (kg) 92,1 92,1 Khối lượng dấm chín thu được sau lên men: m Dâm = (m10 × 98 98 ) − mCO2 = (5,317 × X × ) − 0,302 × X = 4,909 × X 100 100 = 4,909 × 145000 = 711805 (kg) Độ rượu trong dấm : mConkhan 0,316 × X = = 6,437%m = 8,052%V [4, tr 391] mDam 4,909 × X Thể tích dấm chín sau lên men: VDam = VConkhan 0,401 × X × 100 = × 100 = 4,980 × X = 4,980 × 145000 = 722100 (lít) 8,052 8,052 11. Công đoạn chưng cất Dịch dấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,052%V. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,800oC [4, tr 391] Trước khi vào tháp dấm được hâm nóng đến 70 oC ở thiết bị hâm dấm sau đó đưa vào tháp thô để nâng nhiệt độ đến t=93,8000C Nhiệt lượng cần để đun nóng dấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100kg dấm: Q = 100 × CD × (tS − t D ) [10, tr113] Trong đó: 100: Khối lượng dấm vào tháp. Đồ án tốt nghiệp -135- GVHD: KS. Bùi Viết Cường CD = 1,019 – 0,0095 ×B: Nhiệt dung riêng của dấm. (kcal/kg.độ) B = 6,437%: Nồng độ % chất khô trong dấm theo khối lượng Suy ra : CD = 1,019 − 0,0095 × 6,437% = 1,018 (kcal/kg.độ) Nên: Q = 100 × 1,018 × (93,800 − 70) = 2422,84 (kcal) Theo [4,tr 391] nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x=6,437% khối lượng 2,618% mol nhiệt độ sôi tương ứng tại nồng độ đó là 93,800 0C, nồng độ rượu ở pha hơi: y=42,630% khối lượng bằng 22,547% mol. Xd – Nồng độ rượu trong dấm, xd = 6,437 % khối lượng. Y – Nồng độ rượu trong pha hơi đi ra khỏi tháp dấm, y = 42,630% khối lượng. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg dấm là: G= 100 × xđ 100 × 6,437 = = 15,100 (kg) y 42,630 Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = G × β = 15,100 × 1,05 = 15,855 (kg) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ) Nồng độ thực của rượu trong pha hơi: y = 6,437 = 40,599% (% khối lượng). 15,855 Phương trình đường cân bằng cho tháp thô ứng với 100kg dấm chín giả định rằng lượng rượu trong bả là không đáng kể: : P + 100 = R + GT [5, tr 195] Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h; R – Lượng bã rượu, kg/h GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Suy ra : 100 + P = R + 15,855  P + 84,145 = R Bảng 4.6.Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg dấm chín[11, tr 188] Thành phần Khối lượng Nhiệt lượng Tính toán nhiệt nhiệt (kg) Riêng (KJ/kg) (KJ) 279 2680 2010 420 100×279=27900 2680 × P 15,855×2010=31868,55 (84,145 +P) ×420 840 Dấm chín 100 Hơi nước P Hơi nước – rượu 15,855 Ra Bã 84,145 +P Nhiệt làm mát. Phương trình cân bằng nhiệt: Vào 27900+2680 ×P = 31868,55+(84,145 +P) ×420+ 840 Đồ án tốt nghiệp -136- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ⇒ P =17,765(Kg) ⇒ R = 101,910(Kg). Ta có 100 kg dấm chín cần 17,765(kg) hơi và lượng bã thu được là:101,910(kg) Hơi đốt cần cung cấp cho 4,909 × X (kg ) dấm chín là: mhơi = 4,909 × X × 17,765 = 0,872 × X = 0,872 × 145000 = 126440 (kg) 100 Lượng bã từ 4,909 × X (kg) dấm chín là: mBã = 4,909 × X × 101,910 = 5,003 × X = 5,003 × 145000 = 725435 (kg) 100 Lượng hơi ứng với 4,909 × X (kg) dấm chín là: G= 4,909 × X × 6,437 = 0,741 × X = 0,741 × 145000 = 107445 (kg) 42,630 Lượng hơi thực tế đi ra khỏi thấp thô vào thiết bị ngưng tụ: GT = G × β = 0,741 × X × 1,05 = 0,778 × X = 0,778 × 145000 = 112810 (kg) Có lượng hơi thu được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là : 0,778 × X = 0,778 × 145000 = 112810 (kg) Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thực tế thu được là: mrượu thô = 0,778 × X × (100 − 1) = 0,770 × X = 0,770 × 145000 = 111650 (kg) 100 12. Công đoạn tinh chế Xem lượng rượu tổn thất ở bã không đáng kể. Có : VD × x = C × xC Với: x – Nồng độ cồn trong dấm chín. x = 8,042 %V VD – Lượng dấm chín đã tính hao hụt ở tháp chưng cất với tổn thất là 1,5%. VD= 98,5 ×VDấm=0,985× 4,980 × X = 4,905×X = 4,905 × 145000 = 711225 (lít). 100 x- Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x = 96% V Lượng cồn sản phẩm lấy ra là. C= 4,905 × X × 8,052 = 0,411 × X = 0,411 × 145000 = 59595 (lít) 96 Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 97% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: Đồ án tốt nghiệp V = -137- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 97 97 ×C = × 0,411 × X = 0,399 × X = 0,399 × 145000 = 57855 (lít) 100 100 Lượng cồn có trong dấm chín sau lên men qua chưng cất, tinh chế là 0,399×M (lít). Lượng cồn bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là 2%. Vậy lượng cồn thu được là: VTT (1) = 2 2 ×V = × 0,399 × X = 0,008 × X = 0,008 × 145000 = 1160 (lít) 100 100 Nên lượng cồn 96% thu được là: VC (12 ) = 0,399 × X − 0,008 × X = 0,391 × X = 0,391 × 145000 = 56695 (lít) Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn 960có trong dấm chín: VCĐ = 3 3 × 0,391 × X × VC (12 ) = = 0,012 × X = 0,012 × 145000 = 1740 (lít) 100 100 Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong dấm chín: V Fuzel = 3 3 × 0,391 × X × VC (12 ) = = 0,012 × X = 0,012 × 145000 = 1740 (lít) 100 100 13. Ngưng tụ và làm nguội Lượng cồn sau khan ngưng tụ và làm nguội: VCôn = mC (12) × (100 − 0,5) (100 − 0,5) = 0,391 × X × = 0,371 × X 100 100 = 0,371 × 145000 = 53795 (lít) 14. Cồn sản phẩm thu được Các tiêu hao khác do vận chuyển nguyên liệu, bán sản phẩm và sản phẩm là 2%: nên: V= (100 − 2) × VCon = 0,98 ×0,371 × X = 0,364 × X 100 = 0,364 × 145000 = 52780 (lít) Đồ án tốt nghiệp -138- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Phụ lục 2: Tính tháp thô Trước khi vào tháp thô dấm được gia nhiệt với hơi cồn thô đến 70 0C. Độ cồn trong dấm trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,052%V = 6,437% khối lượng [4, tr 391], khối lượng riêng của rượu ρrượu = 0,789(kg/lít) [4 ,tr349] 1. Xác định số đĩa lý thuyết Với tháp thô nồng độ cồn vào tháp là 8,052%V = 6,437% khối lượng, có nhiệt độ sôi của nó ở nhiệt độ thường là: ts = 93,8000C [3, tr 391 ], áp suất hơi đốt 1,5 (kg/cm2). Nhiệt lượng cần để đun nóng dấm từ 70OC đến nhiệt độ sôi tính cho 100kg dấm là : Q = 100 × CD × (t S − t D ) [10, tr113] Trong đó: 100: Khối lượng dấm vào tháp. CD = 1,019 – 0,0095 ×B: Nhiệt dung riêng của dấm. (kcal/kg.độ) B = 6,437%: Nồng độ % chất khô trong dấm theo khối lượng Suy ra : CD = 1,019 − 0,0095 × 6,437% = 1,018 (kcal/kg.độ) Nên: Q = 100 × 1,018 × (93,800 − 70) = 2422,84 (kcal) Theo [4,tr 391] nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x=6,437% khối lượng 2,618% mol nhiệt độ sôi tương ứng tại nồng độ đó là 93,800 oC, nồng độ rượu ở pha hơi: y=42,630% khối lượng bằng 22,547% mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg dấm là: G= 100 × xđ 100 × 6,437 = = 15,100 (kg) y 42,630 xd – Nồng độ rượu trong dấm, xd = 6,437 % khối lượng. y – Nồng độ rượu trong pha hơi đi ra khỏi tháp dấm, y = 42,630% khối lượng. ⇒G= 100 × x đ 100 × 6,429 = = 15,091 (kg) y 42,602 Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = G × β = 15,100 × 1,05 = 15,855 (kg) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ) Nồng độ thực của rượu trong pha hơi: : Đồ án tốt nghiệp y= -139- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6,437 = 40,599% (% khối lượng). 15,855 Phương trình đường cân bằng cho tháp thô ứng với 100kg dấm chín giả định rằng lượng rượu trong bả là không đáng kể: : P + 100 = R + GT [5, tr 195] Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h R – Lượng bã rượu, kg/h GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. 100 + P = R + 15,855  P + 84,145 = R Suy ra : Bảng 5.7. Bảng cân bằng nhiệt lượng cho tháp dấm tính cho 100 kg dấm Thành phần Khối lượng Nhiệt lượng Tính toán nhiệt nhiệt (kg) Riêng (KJ/kg) (KJ) 279 2680 2010 420 100×279=27900 2680 × P 15,855×2010=31868,55 (84,145 +P) ×420 840 Dấm chín 100 Hơi nước P Hơi nước - rượu 15,855 Ra Bã 84,145 +P Nhiệt làm mát. Phương trình cân bằng nhiệt: Vào 27900+2680 ×P = 31868,55+(84,145 +P) ×420+ 840 P =17,765(Kg) ⇒ R = 101,910(Kg). Ta có 100 kg dấm chín cần 17,765(kg) hơi và lượng bã thu được là 101,910(kg). Phương trình đường làm việc có dạng: y= L (x − xR ) G xR – Nồng độ rượu trong bã, xR = 0,004%mol G – Lượng hơi (mol) đi trong tháp ứng với 100 kg dấm: G= P 17,765 (kmol) = = 0,987 18 18 L – Dòng chất lỏng tổng cộng từ dấm chín và hơi ngưng tụ: L = L1 + L2 L1 – Lượng dấm đưa vào: L1 = 6,437 100 − 6,437 + = 5,338 ( kmol) 46 18 Đồ án tốt nghiệp -140- GVHD: KS. Bùi Viết Cường L2 – Lượng lỏng hình thành do ngưng tụ hơi nước khi cấp nhiệt cho dấm: L2 = Q E ×18 Q - Lượng nhiệt cung cấp cho 100 kg dấm đến nhiệt độ sôi: Q = 2422,84 (kcal) = 10143,946(kj) E – Nhiệt lượng riêng của hơi áp suất 1,5kg/cm 2, E = 2680 (kj/kg) => L1 = 10143,946 = 0,210 (kmol) 2680 × 18 => L = L1 + L2 = 5,338 + 0,210 = 5,548 (kmol). x,y – Nồng độ phần mol của pha lỏng và hơi ở vị trí bất kỳ trong tháp. Phương trình làm việc: y= 5,548 ( x − 0,004) = 5,604 x − 0,0224 1,005 Số đĩa lý thuyết của đĩa được xác định từ hai khoảng nồng độ: Từ 0,2 đến 2,618 % mol được xác định theo phương pháp đồ thị ( phụ lục 6), trên cùng một hệ trục toạ độ x – y biểu diễn đường làm việc và đường cân bằng rồi xác định số bậc thay đổi nồng độ, giá trị thay đổi số bậc nồng độ chính là số đĩa lý thuyết. Theo đồ thị số đĩa lý thuyết là n1 = 5,5 đĩa. Đồ án tốt nghiệp -141- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Trong khoảng nồng độ từ 0,004 đến 0,2% mol được xác định theo phương trình Coperr- Xapuha : x0 G (K −1)] xw 2 K ×G lg( ) L lg[1 + n2 = n - Số đĩa lý thuyết x0 = 0,2% mol , xw = 0,004% mol , K – Hệ số bay hơi đối với rượu etylic, ở khoảng nồng độ thấp: 0,004 0,2 % mol có thể lấy bằng 13. => n2 = lg[1 + 0,2 0,987 (13 × − 1)] 0,004 2 = 6,685 13 × 0,987 lg( ) 5,548 Tổng số đĩa lý thuyết của tháp dấm: n = n1 + n2 = 5,5+ 6,685 = 12,185 đĩa. Số đĩa thực tế của tháp dấm: 12,185 = 24,37 ≈ 25 đĩa. Với: Trong thực tế hiệu 0,5 suất đĩa : µ = 0,2÷0,9. Chọn µ = 0,5. 2. Tính đường kính tháp thô Đường kính tháp dấm: D = 0,0188 g tb ( ρ y wy ) tb [8, tr 181] gtb – Lượng hơi trung bình đi trong tháp, kg/h (ρywy)tb = 0,065× φ[δ ] × h × ρ xtb × ρ ytb [8, tr 184] [δ] – Hệ số tính đến sức căng bề mặt. [8, tr 184] Khi δ < 20dyn/cm (N/s) thì [δ] = 0,8 Khi δ > 20dyn/cm (N/s) thì [δ] = 1. Khi nồng độ càng nhỏ thì δ càng lớn, ứng với nồng độ rượu pha lỏng trong tháp 6,329 % khối lượng thì sức căng bề mặt luôn luôn lớn 20 dyn/cm, nên [δ] = 1. ρxtb – Khối lượng riêng trung bình của pha lỏng, kg/m3: a 1 − a tbl 1 = tbl + ρ xtb ρ R ρN ρR, ρN –Khối lưọng riêng trung bình của rượu và nước của pha lỏng lấy theo Đồ án tốt nghiệp -142- GVHD: KS. Bùi Viết Cường nhiệt độ trung bình trong tháp, kg/m3 Nhiệt độ đỉnh tháp 93,800 0C, nhiệt độ đáy tháp 105 0, nhiệt độ trung bình là 99,400C. Khối lượng riêng của rượu, nước ở 99,400C. ρR = 716,570kg/m3, ρN = 958,420kg/m3 [7, tr 9] atbl – Nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng. Nồng độ % khối lượng của rượu ở đáy tháp rất bé, có thể lấy nồng độ trung bình của rượu ở pha lỏng như sau: atbl = 6,437 = 3,219 % khối lượng = 0,032 phần khối lượng 2 => 1 0,032 1 − 0,032 = + ρ xtb 716,570 958,420 => ρxtb = 948,179 kg/m3. Khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρ ytb = [y×M R + (1 − y ) × M N ] × 273 22,4 × T MR = 46, MN = 18 T = 273 + 99,40 = 372,40 0K –Nhiệt độ tuyệt đối trung bình. y- Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi: y = y1 + y 2 2 y1 – Nồng độ phần mol ở đỉnh tháp: y1 = 22,547 %mol y2 – Nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 2,618 %mol. => y = 12,583 %mol = 0,126 phần mol => ρ xtb = = [ y × M R + (1 − y ) × M N ] × 273 22,4 × T 3 [0,126 × 46 + (1 − 0,126 ) × 18] × 273 = 0,705 (kg/m ). 22,4 × 372,40 Do đó: ( ρ y w y ) tb = 0,065 × 1 × 0,4 × 948,179 × 0,705 = 1,063 (kg/m3.s) Lượng hơi trung bình đi trong tháp: g tb = DV .P 100 (kg/h) P = 17,765 kg/h – Lượng hơi tính cho 100 kg dấm. Đồ án tốt nghiệp -143- Lượng dấm vào tháp trong 1 giờ: DV = => gtb = GVHD: KS. Bùi Viết Cường 711805 = 29658,542 (kg/h) 24 29658,542 × 17,765 = 5268,840 (kg/h) 100 Đường kính tháp: D = 0,0188 × 5268,840 = 1,319 (m). 1,07 Phụ lục 3 : Tính tháp tinh Bảng 5.8. các yêu cầu cơ bản đối với tháp tinh chế Hiệu suất so Nồng độ sánh với lượng STT %khối Thành phần %V 1 2 3 4 5 6 Rượu tinh chế Dầu fusel Cồn đầu Rượu hồi lưu Sản phẩm đáy Rượu vào đĩa tiếp liệu lượng 96 93,841 88 83,1 95,0 93,1 96 93,841 0,006 0,005 44,602 cồn tuyệt đối % mol 85,627 66,1 84,0 85,627 0,002 22,283 chứa trong dấm (%) 96 3 3 3 1. Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt cho tháp tinh (tính cho 100kg dấm) Tính toán thành phẩm và các bán thành phẩm: Cồn tuyệt đối chứa trong 100kg dấm là 8,052%V hay 6,437 %khối lượng, tức là 6,437 kg. Rượu tinh chế: D1 = 6,437 × 96 100 × = 6,585 (kg) 100 93,841 Lượng dầu fusel thành phẩm trong 100 kg dấm : MD = 6,437 × 3 100 × = 0,232 (kg) 100 83,1 Đồ án tốt nghiệp -144- Dầu fusel nguyên chất: M fusel = 6,437 × GVHD: KS. Bùi Viết Cường 3 = 0,193 (kg) 100 Lượng hơi fusel trước khi ngưng tụ: 0,193 × 100 = 0,965 (kg) 20 Lượng nước rửa thu được sau khi thu rửa dầu fusel là 0,3 kg Lượng cồn đầu: D2 = 6,437 × 3 100 × = 0,207 (kg) 100 93,1 Lượng sản phẩm ở tháp thô được đưa vào tinh luyện: M= 15,855 (kg) Sản phẩm đỉnh: D = D1 + D2 = 6,585 + 0,207 = 6,792 (kg) Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tinh luyện: H = φ + D = (Rx + 1) Với: ×D φ: Lượng lỏng hồi lưu Rx: Chỉ số hồi lưu. xP − yF* Xác định Rx: Rxmin = * y F − xF [8, tr 158] xF: nồng độ % mol của rượu trong hỗn hợp đầu, xF = 22,547 % mol xP: nồng độ %mol của rượu trong sản phẩm đỉnh, xP = 85,627% mol yF*: nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha lỏng, yF* = 55,307%. => Rxmin = 85,627 − 55,307 = 0,926 55,307 − 22,547 Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = b.Rxmin b: hệ số dư, b = 1,1 ÷ 2,5. Chọn b = 2,5 [ 8, tr 158] Ta có: Rx = 2,5× 0,926 = 2,314 ⇒ Lượng hơi ra khỏi tháp là: H = (2,314 + 1)×6,792 = 22,509 (kg) φ = H - D = 22,509 – 6,792 = 15,717 (kg) Gọi: Lượng hơi đốt cần cung cấp là P (kg) Lượng nước thải ở tháp tinh là W (kg) Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp là: P + 15,717 + 0,3 = 6,792 + 0,965 + W Đồ án tốt nghiệp -145- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ⇒ W = P + 8,260 2. Cân bằng nhiệt Bảng 5.9. Bảng nhiệt lượng của các thành phần STT Khối lượng Nhiệt lượng (kg) riêng(kj/kg) Thành phần Nhiệt vào 15,855 1 Cồn đưa vào tinh luyện 2 Lỏng hồi lưu + rựợu tinh chế 22,509 từ bộ ngưng tụ hồi lưu 3 Hơi đốt 4 Nước phân ly dầu Fusel Tổng cộng: P 0,3 Nhiệt lượng Q (kj) 363 5755,365 226 5087,034 2680 380 2.680×P 114 10956,399+2680×P Nhiệt ra 6,792 22,509 0,965 P + 8,260 0,207 5 Rượu tinh chế 226 1534,992 6 Hơi hồi lưu và cồn tinh chế 1170 26335,53 7 Hơi dầu Fusel 1930 1862,45 8 Sản phẩm đáy 436 436×P + 3601,36 9 Cồn đầu 1180 244,26 10 Tổn thất nhiệt 5%Qra Tổng cộng: (33578,592+436×P)×1,05 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: tổng nhiệt vào = tổng nhiệt ra 10956,399+2680×P = (33578,592+436×P)×1,05 10956,399+2680×P = 35257,522 + 457,8×1,05 ⇒ P = 11,049 (kg) W = P + 8,260= 9,286 + 8,131 = 19,309 (kg) 3. Xác định số đĩa − Số đĩa phần luyện: Phương trình làm việc: y = Rx xP x+ R x +1 R x +1 + Rx: chỉ số hồi lưu, Rx = 2,314 + xP: nồng độ phần mol của rượu (pha lỏng) ở đỉnh tháp, xP = 85,627 %mol Đồ án tốt nghiệp -146- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + x, y: nồng độ % mol của pha lỏng và pha hơi. y= 2,314 85,627 ×x+ = 0,698 x + 25,880 2,314 + 1 2,314 + 1 Trong khoảng nồng độ 22,547% mol đến 85,627 % mol, số đĩa lý thuyết được xác định theo đồ thị. Dựa vào đồ thị ta có bậc thay đổi nồng độ là: 21,5 Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5. Số đĩa thực tế đoạn luyện là: n1 = 21,5 = 43 (đĩa), lấy n1=43 đĩa 0,5 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 dấm. G= 11,049 = 0,614 (Kmol) 18 L: Lượng lỏng đi trong tháp: L = L1 + L2 L1: Lượng lỏng từ tháp thô với: 15,855 kg và 44,602% khối lượng L1 = 15,855 44,602 (100 − 44,602) × 15,855 × + = 0,642 Kmol) 46 100 18 × 100 Đồ án tốt nghiệp L2: lượng lỏng hồi lưu, L2 = -147- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Rx × D MD Rx = 2,314 D = 6,792 (kg) MD = 46×y + 18×(1- y) y: nồng độ phần mol của lỏng hồi lưu, y = 0,856 phần mol MD = 46×0,856 + 18×(1 - 0,856) = 41,968(g) L2 = 2,314 × 6,792 = 0,374 (Kmol) 41,968 L = L1 + L2 = 0,642 + 0,374 = 1,016 (Kmol) xw: nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 0,002 % mol y= 1,016 ( x − 0,002) = 1,655 x − 0,00331 0,614 Khoảng nồng độ 0,2 % mol đến 22,547% mol, số đĩa được xác định theo đồ thị. Từ kết quả trên đồ thị ở (phụ lục 7), ta có số đĩa lý thuyết: n1 = 2,7 Khoảng nồng độ từ 0,002% đến 0,2% số đĩa được xác định theo công thức: n2 =  x K .G  lg 1 + 0 ( − 1)  xw L  −1 KG lg( ) L K: Hệ số bay hơi của rượu, K = 13 G: Lượng hơi đi trong tháp, G = 0,614 Kmol L: Lượng lỏng đi trong tháp, L = 1,016 Kmol xo = 0,2 % mol xw = 0,002 % mol 0,2 13 × 0,614   lg 1 + ( − 1) 1,016  0,002  − 1 = 2,168 → n2 =  13 × 0,614  lg   1,016  n = n1 + n2 = 2,7 + 2,168 = 4,868 Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5 Đồ án tốt nghiệp -148- Số đĩa thực tế: N = GVHD: KS. Bùi Viết Cường n2 4,868 = = 9,736 Lấy n2 = 10 đĩa η 0,5 Số đĩa của toàn tháp: N = 43 + 10 = 53 (đĩa) 4. Đường kính tháp tinh Bảng: Bảng nồng độ cấu tử etylic ở pha lỏng hơi từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu: Vị trí Đỉnh Tiếp liệu Đáy Pha lỏng % khối lượng Nồng độ Pha hơi % mol % khối lượng % mol 93,841 44,602 0,005 85,627 22,283 0,002 85,627 53,912 0,002 93,841 74,918 0,005 Nhiệt độ sôi (0C) 78,3 83,012 105 Công thức tính đường kính: g tb D = 0,0188 ( P W ) ϕ g tb (m) [8, tr 181] Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng: a 1 − atb 1 = tb + ρ xtb ρ R ρN ρR, ρN: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong tháp. ttb = 78,3 + 83,012 = 80,656 0 C 2 Ứng với nhiệt độ đó: ρR = 746,98 kg/m3, ρN = 971,64 kg/ m3 [7, tr 11] a: Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng ở đoạn đỉnh tháp và đĩa tiếp liệu. h atb = 1 0,938 + 0,446 = 0,692 phần khối lượng 2 1 0,692 1 − 0,692 = + ρ x 746,98 971,64 h ⇒ ρxtb = 804,255 (kg/m3) D Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi h 2 Hình 5. 1. Tháp tinh Đồ án tốt nghiệp ρ ytb = -149- GVHD: KS. Bùi Viết Cường y × M R + (1 − y ) × M N × 273 [8, tr 183] 22, 4 × T Với: MR, MN: Khối lượng mol của rượu và nước. MR = 46; MN = 18 T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi trong đoạn đỉnh tháp và đáy tháp T = 80,656 + 273 = 353,656 (0K) y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi ở đoạn đỉnh tháp và đoạn tiếp liệu yt + yd 2 y= yt: Nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu, yt = 0,557 phần mol yd: Nồng độ phần mol của hơi ở đỉnh, yd = 0,856 phần mol y= 0,557 + 0,856 = 0, 707 2 ρy = 3 0,707 × 46 + (1 − 0,707) × 18 × 273 = 1,303 (kg/m ) 22,4 × 353,656 Vận tốc hơi đi trong phần luyện: (ρyWy)tb = 0,065ϕ σ h× ρx × ρy [8,Tr 313] h: Khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 m ϕσ : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng bởi sức căng bề mặt σ Với atb = 0,707 phần khối lượng nên ta có σ > 20 dyn/cm → ϕσ  = 1 ( pyWy)tb = 0,065 × 1 × 0,3 × 804,255 × 1,303 = 1,153 (kg/m2.s) Tính lượng hơi đi trong tháp (đoạn luyện): g = gt + g d 2 gd: Lượng hơi của đỉnh tháp, gd = 22,509 (kg) gt: Lượng hơi đi vào đĩa thứ nhất của đoạn luyện: gt = Gt + D yt×gt = Gt×xt + D×xp [8 ,Tr 182] gt×rt = gd×rd + xp: Nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, xp = 0,938 phần khối lượng Đồ án tốt nghiệp -150- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + xt: Nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,446 phần khối lượng. + D: Sản phẩm đỉnh, D = 6,792 kg + yt: Nồng độ pha hơi tại đĩa tiếp liệu, yt = 0,749 phần khối lượng + rt , rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đĩa tiếp liệu và đỉnh rt = rRt × yt + (1 - yt) × rNt [8, tr 182] rd = rRd × yd + (1 - yd) × rNd Ở đĩa tiếp liệu( t0s = 83,0120C): rRt =205,494 (kcal/kg), rNt =555,988 (kcal/kg) [7, tr 257] Ở đỉnh (t0s = 78,30C): rRd = 207,68 kcal/kg, rNd=560,7 kcal/kg [7, tr 254] yd = 0,9384 phần khối lượng → rd = 207,68 × 0,9384+(1–0,9384) × 560,7=243,158 (kcal/kg) Giải hệ phương trình trên được: gt = D( x p − xt ) ( y t − xt ) = 6,792 × (0,938 − 0,446) = 11,029 .(kg) (0,749 − 0,446) Thay số vào được: g= g t + g d 11,029 + 22,509 = = 16,769 (kg) 2 2 5. Tính đường kính đoạn luyện DL = 0,0188 g' ( ρ y .W y ) tb [8, tr 181] g’: Lượng hơi đi qua tháp tính theo năng suất dấm vào: g’ = mDâm × g = 711805 × 16,769 = 4973,441 kg/h 24 × 100 24 × 100 ⇒ DL = 0,0188 × 4973,441 = 1,235 (m) 1,153 g tb − Đường kính đoạn chưng: D = 0,0188 ( P W ) ϕ g tb 1 a (m) 1− a tb tb Tính khối lượng riêng pha lỏng: ρ = ρ + ρ xtb R N Đồ án tốt nghiệp -151- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + ρR, ρN: Khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo nhiệt độ trung bình ttb = 83,012 + 105 = 94,0060 C 2 →ρR = 747,567 kg/m3; ρN = 962,291 (kg/m3) + a: nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng. a= 0,446 + 0,00005 = 0,223 phần khối lượng 2 1 0,223 1 − 0,223 = + ⇒ ρ x = 904,364 ρ x 747,567 962,291 +Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi: ρ y = (kg/m3) y × 46 + (1 − y ) × 18 × 273 22,4 × T T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi T=ttb +273=94,006 + 273 = 367,0060K y: Nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong đoạn chưng: y = 0,539 + 0,0002 = 0,270 (phần mol) 2 ρy = 3 0,270 × 46 + (1 − 0,270) × 18 × 273 = 0,849 (kg/m ) 22,4 × 367,006 Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: (ρyWy)tb = 0, 065φσ h.ρxtb .ρytb h: Khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h = 0,3m ϕσ : Hệ số xét đến ảnh hưởng của sức căng bề mặt. Với a = 0,223 và ở nhiệt độ ttb = 94,0060C, thì: σ > 20 dyn/cm → ϕσ  = 1 ⇒ (pyWy)tb = 0,065 ×1 × 0,3 ×904,364 ×0,849 = 0,987 (m) − Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp: g = g t + g w 2 + gt: Lương hơi ra khỏi đoạn chưng, gt = 11,029 (kg) + gw:Lượng hơi vào đoạn chưng được xác định theo phương trình: gw.rw = gd.rd + gd : Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd = 22,509 kg/100 kg dấm Đồ án tốt nghiệp -152- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp: rd = 243,158 (kcal/kg) + rw: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp: rw = yw.rRw + (1 - yw).rNw + rR, rN: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp (1050C) rRw = 191 (kcal/kg) [7, tr 254] + rNw = 535,75 (kcal/kg). + yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đỉnh tháp, yw = 0,00005 phần khối lượng gw = = g d rd g d × rd = rw yw × rR + (1 − yw ) × rN 22,509 × 243,158 = 10,216 (kg) 0,00005 × 191 + (1 − 0,00005) × 535,75 => g tb = 10,216 + 11,029 = 10,622 (kg/100kg dấm) 2 Lượng hơi đi trong tháp tinh theo năng suất dấm vào: g, = mDâm × g tb 711805 × 10,622 = = 3150,330 (kg/h) 24 × 100 24 × 100 Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188 × D= 3150,330 = 1,062 (m) 0,987 DL + DC 1,062 + 1,235 = = 1,148 (m) 2 2 Phụ lục 4: Tính nhiệt cho thùng lên men chính Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men: Cứ 1 lít dịch lên men trong thùng lên men chính sau mỗi giờ sẽ giải phóng ra 1,13 kcal nhiệt. Theo mục 5.1.14.2, dịch đường lên men 1 ngày: V=731525 (lít/ngày). Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ trong 1 thùng: Q= V 731525 × 1,13 = × 1,13 = 118089,036 (kcal/ngày). n 7 V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày, n =7 số thùng lên men. Đồ án tốt nghiệp -153- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Nhiệt tổn thất do hơi rượu và CO2 mang ra: Lấy 10% so nhiệt lượng sinh ra: Q1 = 10% × Q = 0,1×118089,036= 11808,904 (kcal/ngày). Để lấy lượng còn lại ta sử dụng hệ thống làm nguội dạng ống xoắn ruột gà. Lượng nhiệt do hệ thống làm nguội lấy đi: Q2 = F × k × ∆t (W) [8, tr 3] F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt F=π×D×H= 3,14×6,461×9,045=183,501(m2) k: Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: k= 1 1 δ 1 + + α 1 λt α 2 [8, tr 3] α1: Hệ số cấp nhiệt từ thùng lên men đến thành thiết bị, α1 = 699 W/m2.độ. δ: Chiều dày thành thiết bị, δ = 0,006 (m). λt : Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị, λt =50 W/m.độ. α2: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị đến nước dội, α 2 = Nu × λN [8, tr 21]. HT λN = 52,3 × 10-2 kcal/m.h.độ) = 60,8 × 10-2(W/m.độ). HT: Chiều cao phần thân hình trụ, HT = 9,045m. Nu: Chuẩn số Nuyxen nó đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt phân giới và phụ thuộc vào chuẩn số Raynon: Re = V: Mật độ tưới , V = 4 ×V [8, tr 21]. µ G ,(kg/m.s) . DT DT: Diện tích bề mặt truyền nhiệt thân thiết bị, DT = F = 183,501 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) [9, tr 94]. Re = 4 ×V 4×G 4 × 1,5 = = = 36,587 µ µ × DT 0,8937 × 10 -3 × 183,501 Re = 36,587< 2000. Nuyxen tính: Nu = 0,67 × (Ga2 × Pr3 × Re)1/9 [8, tr 21] Đồ án tốt nghiệp Trong đó: -154- GVHD: KS. Bùi Viết Cường H 3 × ρ 2 × g 9,045 3 × 997,08 2 × 9,8 Ga = = = 9,027 × 1015 2 −3 2 µ (0,8937 × 10 ) Pr = CP × µ [8, tr 21] λ µ - Độ nhớt nước ở 250C, µ = 0,8937 × 10-3 N.s/m2 λ - Hệ số dẫn nhiệt của nước ở 250C, λ = 60,8 × 10-2 W/m.độ. CP- Nhiệt dung riêng của nước ở 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ. Pr = 0,99892 × 0,8937 × 10 −3 = 0,00147 60,8 × 10 −2 Nu=0,67×[(9,027 × 1015)2 × (0,00147)3 × 36,587]1/9 = 399,233 α2 = K= Nu × λ N 399,233 × 60,8 × 10 −2 = = 26,836 (N/m2.0C) H 9,045 1 = 25,764 1 0,006 1 (W/m2.0C) + + 699 50 26,836 ∆t: Hiệu số nhiệt độ trung bình, ∆t = ∆t1 − ∆t 2 ∆t ln 1 [9, tr 21], ∆t1 = T – t1, ∆t2 = T- t2 ∆t 2 5− 2 = 3,270 C 5 T = 32 C, t1 = 20 C, t2 = 30 C, ∆t1 = 5 C, ∆t2 = 2 C, ∆t =. ln 2 0 0 0 0 0 Vậy nhiệt lượng do nước dội lấy đi: Q2=K× F × ∆t =25,764×183,501 × 3,27=15459,715(W)=13292,962(kcal/h). Lượng nước dội cho 1 thùng lên men chính: m = 3600 × 1,5 = 5400 (kg/h) . Lượng nhiệt lượng do hệ thống làm nguội ống xoắn ruột gà lấy đi: Q3=Q – Q1 – Q2=118089,036– 11808,904– 13292,926 = 92987,206(kcal/h) Lượng nước cung cấp cho ống xoắn ruột gà: Q = G × C × ∆t [8, tr 58] G= Q3 92987,206 = = 18617,548 (kg/h) C P × ∆t 0,99892 × (30 − 25) Lượng nước cấp cho 1 thùng lên men chính: 18617,548 (kg/h). Lượng nước cấp cho 7 thùng lên men chính: 7×18617,548= 130322,837(kg/h). Đồ án tốt nghiệp -155- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Thể tích nước cần cấp cho 7 thùng lên men chính: VC = mn 130322,837 = = 130,704 (m3/h)=3136,908 (m3/ngày) ρn 997,08 Phụ lục 5: Kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm 1. Kiểm tra nguyên liệu 1.1. Xác định độ ẩm [5, tr 213-214] Cách tiến hành: Cân khoảng 5 gam bột sắn đã nghiền nhỏ trong hộp nhôm đã biết trọng lượng. Sau đó đặt hộp nhôm vào tủ sấy có nhiệt độ 105 0C, sau 3 giờ đậy hộp nhôm và đem làm nguội ở bình hút ẩm, sau đó đem cân lại, ghi lại số cân rồi đặt hộp nhôm vào tủ, sấy tiếp 30÷60 phút. Sau đó đem làm nguội và cân lại lần 2. Nếu sai số hai lần không quá 0,001 gam thì xem như quá trình sấy kết thúc. Phương pháp này gọi là phương pháp sấy đến khối lượng không đổi. 1.2. Xác định hàm lượng tinh bột [5, tr 215-216] Cách tiến hành: Cân khoảng 2g bột sắn 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. 1.3. Xác định hàm lượng protein thô và nitơ hoà tan trong nguyên liệu Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Kjeldal [5, tr 225-227] Cơ sở: 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 oxy hóa tạo ra SO2, CO2 và NH3. Đồ án tốt nghiệp -156- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 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 CuSO 4 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. 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 [5, tr 238-239] Tiến hành: Đầu tiên 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 enzim. Lắc đều và tính thời gian, sau 30 phút giữ ở 30 0C lấy bình tam giác ra và nhúng vào nước đang sôi để vô hoạt enzim, 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 Đồ án tốt nghiệp -157- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ferixyanua. Lấy 20ml dung dịch ferixyanua kali 1% cho vào bình tam giác 250ml, cộng 5ml KOH 2,5N và 2÷3 giọt xanh metylen, đem đun sôi rồi dùng dịch thủy phân tinh bột chuẩn cho tới mất màu xanh. Làm thí nghiệm khác tương tự nhưng dịch dùng để chuẩn là dịch enzim. Giả sử số ml dịch thuỷ phân chuẩn hết là a, dịch enzim hết là b. Hệ số Linơ: Li = 100 100 − × 0,1 (0,1: tỉ số pha loãng dịch enzim trong thí nghiệm) a b 3. Kiểm tra dịch đường hoá và dấm chín sau lên men 3.1. Độ rượu trong dấm chín [5, tr 240-242] Sau khi lên men trước hết cần kiểm tra nồng độ rượu trong dấm chín, đồng thời đôi khi còn phải kiểm tra rượu sót ở đáy tháp thô và tháp tinh. Muốn xác định phải chưng cất để tách rượu ra khỏi các chất hoà tan. Lấy 100ml dung dịch lọc dấm chín có nhiệt độ khoảng 200C cho vào bình định mức 100ml, rót dịch dấm 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 cất 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 đem xác định rượu theo phương pháp hoá học và dựa trên cơ sở phản ứng: 3C2H5OH+2K2Cr2O7+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 Lượng I2 giải phóng ra được định phân bằng Na2S2O3 Na2S2O3+ I2 = 2 NaI + Na2S2O6 Tiến hành: Lấy 20ml dung dịch bicromat kali cho vào bình cầu 500ml, 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 rượu hay nước thải, lắc đều và để phản ứng 15 phút. Cân khoảng 1÷2g KI hoà với 1 ít nước cho vào bình phản ứng, lắc đều và để vào chổ tối. Đồ án tốt nghiệp -158- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Sau khoảng 10 phút thêm vào 100ml cất rồi định phân I 2 vừa được tạo thành bằng dung dịch Na2S2O3 0,1N với chỉ thị là dung dịch tinh bột 0,5% cho đến khi xuất hiện màu xanh da trời ( màu của Cr2(SO4)3) [5, tr 240-242] Song song với mẫu thí nghiệm làm với mẫu trắng thay rượu bằng nước cất. Căn cứ vào hiệu số giữa lượng Na 2S2O3 mẫu thí nghiệm và mẫu trắng suy ra lượng rượu chứa trong mẫu thí nghiệm và % rượu sót ( A − A 0 ) × 1,15 20 × 100 (mg/100ml) 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 3.2. Đường và tinh bột sót trong dấm chín [5, tr 243–246] Xác định tổng hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp thủy phân bằng axit Lấy 50ml dấm chín cho vào bình tam giác 250ml, thêm 6ml HCl đậm đặc và nối bình với ống sinh hàn dài 50cm. Mặt khác lấy 50ml dịch lọc dấm chín cho vào bình khác, cũng thêm nước và axit như mẫu dấm chưa lọc. Sau khi nối ống sinh hàn khí, đặt cả 2 bình vào nồi cách thủy và đun trong 2 giờ. Tiếp đó làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi trung hòa bằng NaOH 10% tới khi màu của giấy quỳ chuyển sang xanh lơ. Chuyển toàn bộ dịch vào 2 bình định mức 250ml rồi thêm nước tới ngấn bình, đem lọc qua giấy vào 2 bình khô khác nhau. Hút 10ml dịch lọc cho vào bình định mức 100ml và thêm nước cất đến ngấn bình. Lấy ít nhất 2 ống nghiệm có nút mài đã sấy khô đặt vào giá sau đó hút 10ml dung dịch antron cho vào các ống nghiệm. Nhỏ từ từ vào ống nghiệm thứ nhất 5ml nước cất (mẫu kiểm chứng), các ống nghiệm khác cho 5ml dịch đường loãng. Đậy kín bằng nút mài và cột bằng dây cao su nhỏ. Lắc đều và cho vào nước đang sôi sao cho 0,5phút thì sôi trở lại và giữ thêm 5,5÷6phút nữa, lấy ống nghiệm ra nhúng ngay vào nước lạnh. Đo mật độ quang của các dung dịch trên máy so màu quang điện với với chiều dày lớp chất lỏng 5mm với 2 kính lọc khác nhau. Kết quả khi dùng kính lọc màu da Đồ án tốt nghiệp -159- GVHD: KS. Bùi Viết Cường cam( λ = 610nm) có D1, sau đó với kính lọc sáng màu tím ( λ = 413nm) có D2. Hàm lượng đướng sót trong dấm chín được tính: 18,9 × (D1 − D 2 ) × n (%) 1000 Mẫu dấm thứ 2 để xác định tổng cả tinh bột và đường, vì vậy cần chuyển tinh bột sang trạng thái hòa tan bằng cách chuyển toàn bộ 20g dấm vào bình định mức 250ml rồi cho thêm 80ml dung dịch H 2SO4 0,5% để rửa tráng cốc. Nồng độ H 2SO4 trong dung dịch sẽ là 0,4%. Đặt bình vào nước đang sôi và cho sôi 15 phút. Sau đó làm nguội, thêm nước tới ngấn bình, đem lọc trong. Dung dịch trong đem pha loãng và tiến hành cho phản ứng với antron như trên, cũng đo mật độ quang D3 và D4. Tổng lượng tinh bột và đường trong dấm chín: 18,9 × (D 3 − D 4 ) × n (%) 1000 Trong đó : n là hệ số pha loãng của dấm chín 4. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 4.1. Nồng độ rượu Xác định theo TCVN 9637 - 6:2003. 4.2. Hàm lượng axit và este trong cồn [5, tr 255-256] 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 [5, tr 255-256]. Hàm lượng axit tính theo công thức: V × 6 × 10 × 100 (mg/l) C 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%.s C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích. Sau khi chuẩn hàm lượng axit thêm vào hỗn hợp 5ml NaOH 0,1N rồi nối với hệ thống làm lạnh và đun sôi trong 1 giờ để tạo điều kiện cho phản ứng: CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH. Đồ án tốt nghiệp -160- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Đun xong, đem làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi cho đúng 5ml H 2SO4 0,1N vào bình. Sau đó chuẩn lại H2SO4 dư bằng NaOH 0,1N tới xuất hiện màu hồng nhạt. Hàm lượng este trong cồn: E = V × 8,8 × 10 × 100 (mg/l). [6, tr 256] c V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư. 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 4.3. Xác định hàm lượng aldehyt theo phương pháp iốt [5, tr 257] 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 NaHSO3 để giải phóng lượng NaHSO3 và andehyt. Sau 1 phút dùng dung dịch I2 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, 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) V, V0: số ml dung dịch I2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng. 0,22: số mg andehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I2 0,01N. C: số ml rượu mẫu lấy để phân tích. 4.4. Xác định hàm lượng ancol cao phân tử [5, tr 259] 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 vàng, nếu trong rượu chứa ancol cao phân tử thì màu hỗn 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 Đồ án tốt nghiệp -161- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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: a× 100 (mg/l hay %) C a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu. C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. 4.5. Xác định hàm lượng ancol metylic - Cơ sở: Trong môi trường axit, dưới tác dụng của KMnO 4, ancol metylic bị oxi hóa tạo aldehyt fomic, aldehyt fomic tác dụng với sunsfit fucxin tạo phản ứng màu. 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. [...]... cồn có thể xuất khẩu ra nước ngoài 1.11 Năng suất nhà máy Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại và thị trường tiêu thụ sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96 0 với năng suất 145 tấn nguyên liệu/ngày là hoàn toàn có tính khả thi cao Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô. .. dịch có nồng độ 70% Vì ở nồng độ này cồn có Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: KS Bùi Viết Cường khả năng thấm qua màng tế bào lớn hơn so với cồn cao độ Cồn có tác dụng ức chế sự phát triển và làm yếu sự hoạt động của nấm men, nấm mốc 2.3 Cơ sở lý thuyết về quá trình sản xuất cồn 2.3.1 Các... lượng tinh bột trong sắn cao, chất béo ít, nên sắn dùng trong sản xuất rượu bằng phương pháp mycomalt là rất tốt, năng suất và hiệu suất thu hồi cao, lượng hơi nhiệt giảm 15÷20% so với ngô Tuy nhiên do sắn thiếu dinh dưỡng nên trong quá trình lên men phải bổ sung thêm nguồn đạm và lân ở dạng vô cơ hoặc hữu cơ Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH:... đặt nhà tại khu công nghiệp Tâm Thắng, huyện Cư Jút gần đường quốc lộ 14 là rất thuận tiện cho việc tập trung nguyên liệu, nhiên liệu và tiêu Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -13- GVHD: KS Bùi Viết Cường thụ sản phẩm cho nhà máy Mặt khác vấn đề giao thông không chỉ là mục đích xây dựng nhà máy. .. tới nhiệt độ cao mà không Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -25- GVHD: KS Bùi Viết Cường ảnh hưởng tới khả năng làm việc của thiết bị Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm được tổn thất đường do cháy Nhờ đó hiệu suất tăng so với nấu bán liên tục và nấu gián đoạn Năng suất riêng... NO, SO2, H2S, CO,… nhưng không hòa tan được tinh bột và disaccarit… Các thông số vật lý của etanol nguyên chất: + Tỷ trọng: d420 = 0.7894, d415 = 0.7942… + Phân tử lượng: 46,03 + Nhiệt độ sôi 78,32 0C ở áp suất 760mmHg, nhiệt độ bắt lửa 1200C + Nhiệt dung 0,548 KJ/kg .độ (ở 200C) và 0,769 KJ/kg .độ (ở 600C) Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH:... mang lại hiệu Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: KS Bùi Viết Cường quả kinh tế cao 1.4 Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia thông qua trạm biến áp riêng, bên cạnh đó nhà máy còn nằm gần nhà máy thuỷ điện Buônkuôp Dòng điện nhà máy sử dụng có hiệu điện... biểu thị bằng đồ thị hình 2.6 Qua đồ thị hình 2.6 chứng tỏ rằng áp suất hơi bão hòa tăng cùng với nồng độ rượu ở thể lỏng và tăng tới điểm cực đại a trên áp suất hơi bảo hòa ứng với nồng độ rượu là c Nếu tiếp tục tăng nồng độ lên nữa thì áp suất hơi bảo hòa sẽ giảm Như Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp... Viết Cường Sắn lát khô thường có các loại: Sắn lát khô có vỏ, sắn lát khô không vỏ, sắn lát cục, Hàm lượng tinh bột: 70÷75%, độ ẩm 12÷14 % [4, tr 36-37] Hình 2.3 Sắn lát khô [29], [30] 2.1.2 Nước [4, tr 41-44] 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... kiệm được diện tích nhà xưởng Giảm được khả năng nhiễm trùng do Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với năng suất 145 tấn nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -26- GVHD: KS Bùi Viết Cường dịch đường hóa đi trong hệ thống kín Chất lượng dịch đường ổn định Khi kết hợp việc làm nguội bằng chân không phương pháp này cho phép nấu cháo ở nồng độ loãng hơn do đó ... sản xuất cồn 96 từ sắn lát khô suất 145 nguyên liệu/ngày” Chương LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Vị trí xây dựng [11] Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với suất 145 nguyên liệu / ngày... hữu Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với suất 145 nguyên liệu / ngày SVTH: Hoàng Thị Thùy Lớp: 12H2LT Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: KS Bùi Viết Cường Sắn lát khô thường có loại: Sắn. .. tới điểm cực đại a áp suất bảo hòa ứng với nồng độ rượu c Nếu tiếp tục tăng nồng độ lên áp suất bảo hòa giảm Như Thiết kế nhà máy sản suất cồn 960 từ sắn lát khô với suất 145 nguyên liệu / ngày

Ngày đăng: 23/10/2015, 19:55

Từ khóa liên quan

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan