Đang tải... (xem toàn văn)
... (Kcal) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 44 suất tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp SVTH:Nguyễn Văn Thịnh GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương Thiết kế bình phản ứng sản. .. vào bình phản ứng Dịch giấm chín trước vào bình phản ứng có nồng độ 5%V = 2,23% khối lượng Nhiệt độ sôi tương ứng nồng độ là: ts = 93,84 0C Trước vào bình phản ứng, giấm hâm nóng đến 70 0C thiết. .. Phương Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 46 suất tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương CHƯƠNG : TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1 Các thiết bị sản
Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Mục Lục LỜI NÓI ĐẦU Đã từ rất lâu, dầu mỏ luôn giữ một vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế của mỗi quốc gia. Hơn 90% lượng dầu mỏ khai thác được phục vụ cho nhu cầu năng lượng như xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lò… Có thể nói dầu mỏ là nền tảng của sự tăng trưởng và phát triển kinh tế của bất kì một quốc gia nào.Trong những năm gần đây, với sự leo thang của giá xăng dầu gây nhiều tác động tiêu cực đến nền kinh tế thế giới. Vì vậy việc tìm kiếm những nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để thay thế một phần xăng dầu trở thành một vấn đề cấp thiết và được nhiều quốc gia quan tâm. Một trong những hướng đi hiệu quả là sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng chỉ số octane, vừa làm giảm ô nhiễm môi trường nên xăng pha cồn ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế giới. Ngày nay thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng về năng lượng. Theo dự báo của các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng lượng hóa thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 40 – 50 năm nữa. Để đảm bảo an ninh năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và khí nhà kính, góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp, các nghiên cứu về sản xuất các nhiênliệu thay thế, trong đó có nhiên liệu sinh học đang được phát triển mạnh mẽ. Bio–ethanol hay còn SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 1 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương gọi là cồn sinh học, một dạng nhiên liệu được sản xuất bằng con đường sinh học, chủ yếu bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn. Ngoài ra, ethanol sinh học còn được sản xuất từ cây cỏ có chứa hợp chất từ cellulose (celluloic ethanol). Việt nam là một nước nông nghiệp có nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol là rất phong phú và đa dạng. ở nước ta sở hữu hai đồng bằng rộng lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng bằng Sông Cửu Long. Đây là vùng sản xuất nguyên liệu lí tưởng, là tiền đề cho sự ra đời của nhà máy sản xuất ethanol từ tinh bột và cellulose (tinh bột sắn, gạo, rơm rạ…).Với những cấp thiết của việc phát triển nguồn nguyên liệu sinh học, cũng như nhu cầu sử dụng nguồn nguyên liệu sinh học hiện nay. Từ những cơ sở đó, em được giao đề tài “ Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn, năng suất 1 tấn tinh bột/ ngày”. CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ- KỸ THUẬT 1.1. Tình hình phát triển của nhiên liệu sinh học 1.1.1. Vài nét về lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol sinh học. Trong thời gian đầu khi ethanol được sản xuất thì chủ yếu dùng trong y tế, trong mỹ phẩm, dùng làm dung môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu sử dụng cho động cơ đốt trong và được sử dụng phổ biến ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada, Brazil… Ethanol là cấu tử phối trộn trong xăng để làm tăng chỉ số octane của xăng và giúp tránh hiện tượng cháy nổ của nhiên liệu. Trước đây, để tăng chỉ số octane, người ta thường dùng Tetra etyl chì nhưng hiện nay nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn thương cho hệ thần kinh trung ương, gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu cho chúng ta thấy dùng nhóm phụ gia là hợp chất hữu cơ chứa oxy như: methanol, ethanol… Khi pha vào xăng sẽ làm tăng chỉ số octane của xăng, làm xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm. Mặt khác, công nghệ sản xuất cũng không phức tạp, giá thành tương đối rẻ, thị trường dễ chấp nhận Ngày nay có thể thấy ethanol sinh học hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch. Ethanol đựơc dùng 2 dạng cụ thể sau: + Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15%. Với tỉ lệ này thì không cần thay đổi hay hiệu chỉnh gì động cơ xăng. Tuổi thọ, độ bền của động cơ không hề thay đổi. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 2 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương + Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ đốt trong có cải tiến về mặt kỹ thuật của một số động cơ.[1] 1.1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol hiện nay trên thế giới. 1.1.2.1. Tình hình sản xuất Hiện nay ethanol được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, đi từ các nguồn nguyên liệu khác nhau và khá là phong phú. Trong đó phải kể đến một số công nghệ sản xuất phổ biến sau. + Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: ethanol được tổng hợp bằng phương pháp hoá học, thời gian sản xuất nhanh. + Công nghệ tổng hợp ethanol hóa dầu bằng phương pháp hydrat hóa hoặc cacbonyl hoá. Hydrat hoá sử dụng đối với khí etylen: CH2=CH2 + H2O → C2H5OH Cacbonyl hóa sử dụng đối với methanol: CH3OH + CO + 2H2 → C2H5OH + H2O + Công nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trong tự nhiên như: nước ép quả, nước thải men bia, ngô, sắn, mùn, gỗ... (C6H10O5)n + n H2O → nC6H12O6 + 2C2H5OH + 2CO2 + Q Trong quá trình sản xuất ethanol sinh học có thể phân thành hai công đoạn là công đoạn lên men nhằm sản xuất ethanol có nồng độ thấp và công đoạn làm khan để sản xuất ethanol có nồng độ cao để phối trộn vào xăng. 1.1.2.2. Tình hình sử dụng ethanol trên thế giới Hiện nay, tình hình sử dụng ethanol trên thế giới đang có nhu cầu tăng nhanh và phát triển rất mạnh mẽ, tiêu biểu ở một số quốc gia + Ở Brazil: sản lượng tiêu thụ ethanol đạt tới 14-15 triệu tấn/năm và đứng đầu thế giới. + Tại Mỹ: Hình thành vành đai nông nghiệp gồm nhiều ban chuyên sản xuất ngô, làm nhiêu liệu cho hơn 50 nhà máy sản xuất ethanol sinh học với sản lượng tiêu thụ 13 triệu tấn/năm. + Ở Các nước như: Canada, Mexico, Pháp, Thụy Điển, Úc, Nam Phi, Trung Quốc... đều đã có từng bước phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học mạnh mẽ, chủ yếu là nhiên liệu hóa thạch pha ethanol sinh học. + Tại Đông Nam Á, Thái Lan là nước đứng đầu về sản xuất và sử dụng ethanol làm nhiên liệu, khoảng 1,5-1,6 triệu tấn/năm.[2] 1.1.3. Tình hình sản xuất và khả năng sử dụng ethanol nhiên liệu ở nước ta. Ở nước ta, công nghệ sản xuất ethanol sinh học còn rất đơn giản và lạc hậu. Ngành sản xuất ethanol sinh học mà nguồn nguyên liệu chủ yếu đi từ tinh bột (sắn, ngô, khoai…) và từ rỉ đường. Hoàn toàn chưa có nhà máy sản xuất ethanol từ các nguồn nguyên liệu chứa SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 3 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cây cỏ…). Sản phẩm chủ yếu là ethanol thực phẩm (nồng độ 40% đến 45%) và cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến 96%), một lượng nhỏ được làm khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%). Ngày 09/03/2007 Petrosetco (thuộc PetroVietnam) ký kết thỏa thuận hợp tác thành lập liên doanh xây dựng nhà máy sản xuất ethanol sinh học đầu tiên tại Việt Nam với tập đoàn Itochu của Nhật Bản. Toàn bộ sản phẩm của nhà máy là cồn 99,8% sẽ cung ứng cho thị trường trong nước để pha vào xăng, phục vụ cho các hoạt động công nghiệp và giao thông vận tải. Với công suất 100 triệu lít ethanol/năm, liên doanh giữa Petrosetco & Itochu mới đáp ứng được 1/7 nhu cầu hiện tại. Trong tương lai Petrovietnam sẽ xây dựng ít nhất 6 nhà máy nữa với nguồn nguyên liệu đầu vào không chỉ là sắn lát mà còn từ mật rỉ, ngô và gạo. Có thể nói việc ra đời liên doanh giữa Petrosetco & Itochu trong dự án này là bước ngoặt quan trọng mở đường cho sự phát triển của xăng pha cồn nói riêng và nhiên liệu sinh học nói chung ở Việt Nam . Không lâu sau lễ ký liên doanh giữa Petrosetco & Itochu, Việt Nam đã có thêm một nhà máy sản xuất ethanol khan nữa.[3] Ngày 20/11/2007, Thủ Tướng Chính Phủ đã chính thức phê duyệt “Đề án phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, trong đó đưa ra mục tiêu đến 2010 sản xuất 100.000 tấn xăng E5/năm và 50.000 tấn B5/năm, đảm bảo 0,4% nhu cầu nhiên liệu cả nước và đến năm 2025 sẽ có sản lượng hai loại sản phẩm này đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị trường nội địa. Đề án cũng đưa ra 6 giải pháp quan trọng nhằm phát triển năng lượng sinh học và kiến lập thị trường để đưa ngành này từng bước hội nhập với thế giới. Để thực hiện chiến lược này, PetroVietNam dự kiến từ 2011 đến 2015 sẽ đưa 3 nhà máy ethanol sinh học ở Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước vào hoạt động với tổng công suất 230.000 tấn/năm và từ sản phẩm này sẽ pha thành nhiên liệu E5-E10, đáp ứng khoảng 20% tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học cả nước. Từ năm 2008 đến nay Việt Nam đã có 4 dự án sản xuất ethanol sinh học từ sắn lát hoặc rỉ đường để trộn với xăng thành gasohol. Mẻ cồn SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 4 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương đầu tiên của Công ty cổ phần Đồng Xanh (Quảng Nam) đạt 120.000 lit/ngày đã ra lò vào tháng 10/2009, góp phần đưa tổng sản lượng cồn của Việt Nam trong năm này đạt 50 triệu lit/năm. Tuy nhiên giá cồn trên thị trường trong nước đã tăng từ 5000 đồng/lit năm 2001 lên 13.000 đồng/lit năm 2010, trở thành cao hơn giá bán trong khu vực. Sở dĩ có tình trạng này vì quy mô sản xuất nhỏ, công nghệ lạc hậu, chưa sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác rẻ hơn, chưa tận dụng các phụ phẩm đẻ hạ giá thành sản phẩm.[4] Ngày 12/04/2007 vừa qua, công ty Đồng Xanh hợp tác với UBNN tỉnh Quảng Nam tiến hành khởi công xây dựng nhà máy sản xuất ethanol 99,5% tại Đại Tân, Đại Lộc, Quảng Nam.[5] 1.2. lợi ích và hạn chế của việc sử dụng ethanol sinh học. 1.2.1. lợi ích Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp tình thế nhằm làm tăng chỉ số octane của xăng, thay thế cho những phụ gia gây ô nhiễm môi trường sinh thái, mà còn đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồn năng lượng có khả năng tái tạo được (Energie renouvelable). • Lợi ích về kinh tế: Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển vì ethanol được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuất ethanol là tinh bột của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây là nguồn nguyên liệu dồi dào trong tự nhiên, tạo ra nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao động ở nông thôn, giải quyết được lượng lương thực bị tù đọng và đặc biệt khuyến khích được tinh thần lao động sản xuất của người dân. - Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như gasohol nói riêng giúp cho các quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình. Nước nào càng có nhiều xăng sinh học thì càng ít phụ thuộc vào nước khác và từ đó có thể phát triển nền kinh tế của • mình một cách bền vững. Lợi ích về môi trường. Việc dùng ethanol làm nhiên liệu, có tác dụng ngăn chặn hiệu ứng nhà kính. Vì vậy nó được mệnh danh là “xăng xanh”. Theo các tính toán cho thấy: nếu thay thế việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol thì sẽ giảm 40% lượng phát sinh khí CO2 vào khí quyển giúp môi SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 5 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương trường được xanh, sạch hơn. Khi đốt ethanol sự cháy xảy ra hoàn toàn hơn so với khi đốt xăng. Ta thường thấy trong các động cơ xăng thường xuất hiện các bụi bẩn chính là do các hydrocacbon cháy không hết. Điều đó phải tốn thời gian lau chùi, sửa chữa động cơ. Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, ethanol được điều chế từ sản phẩm nông nghiệp sẽ làm tăng diện tích đất trồng cây. Điều này có nghĩa làm tăng diện tích lá phổi xanh của trái đất lên [6]. 1.2.2. Hạn chế khi sử dụng nhiên liệu ethanol. Hạn chế cơ bản của ethanol nhiên liệu là tính hút nước của nó. Ethanol có khả năng hút ẩm và hoà tan vô hạn trong nước. Do đó gasohol phải được tồn trữ và bảo quản trong hệ thống bồn chứa đặt biệt. Về hiện tượng gây ô nhiễm: tuy giảm các hàm luợng các chất gây ô nhiễm như HC, CO nhưng lại gây ra một số hợp phần khác như các andehyt, NOx cũng là những chất gây ô nhiễm. Do nhiệt trị của ethanol nói riêng (PCIethanol =26,8 MJ/kg) và các loại ancol khác nói chung đều thấp hơn so với xăng (PCIxăng =42,5 MJ/kg) nên khi dùng ethanol để pha trộn vào xăng sẽ làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng. Tuy nhiên sự giảm công suất này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít . Tóm lại, việc sử dụng gasohol có nhiều ưu điểm nhưng cũng có những mặt hạn chế. Tuy nhiên khi phân tích tương quan giữa các mặt lợi và hại người ta vẫn thấy mặt lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược hơn.[7] SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 6 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT 2.1.Tổng quan về tinh bột, tinh bột sắn 2.1.1.Tổng quan về tinh bột 2.1.1.1.Đặc điểm của tinh bột . • Tinh bột là một polysacrit màu trắng, thường tồn tại ở trạng thái rắn, không tan trong nước ở nhiệt độ thường. Tan được trong nước nóng tạo thành dung dịch keo. Thường tập trung chủ yếu trong hạt, củ, thân cây và lá cây. • Tinh bột có công thức hóa học là: (C6H10O5)n. Là một polysacarit carbohydrates chứa hỗn hợp amyloza và amylopectin. * Amyloza. - Amyloza là polime có mạch không phân nhánh, phân tử khối khoảng 3x105- 106 đvC. - Trong amyloza các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kiết 1-4. - Amy loza có mạch dài, liên kiết với nhau rất chặt chẽ nên khó bị phá vỡ và trương ra. Hình 2.1. Cấu tạo của mạch amylose SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 7 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương * Amylopectin - Amylopectin cũng là polime nhưng có mạch phân nhánh, phân tử khối khoảng 5 x104- 106 đvC. - Trong amylopectin các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết 1-4 và liên kết 1-6. - Amylopectin có cấu tạo mạch nhánh ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu, do đó độ bền vững trong phân tử yếu. Hình 2.2. Cấu tạo của mạch amylopectin • Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học khác nhau. Chúng đều là các polymercarbohydrat phức tạp của glucose (công thức phân tử là (C6H12O6). Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ như: ngũ cốc. Tinh bột, cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài sử dụng làm thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó xương. Tinh bột được tách ra từ hạt như lúa, ngô, lúa mì, từ rễ và củ như: sắn, khoai tây, dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp. 2.1.1.2.Hình dạng, kích thước hạt tinh bột • Hình dạng, kích thước. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 8 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Tinh bột tồn tại trong cây và các loại củ dưới dạng hạt với hình dạng và kích thước khác nhau. Tùy theo loài cây và tùy theo độ trưởng thành của cây mà hình dáng và kích thước thay đổi, về hình dáng thì có thể có dạng hình cầu, hình trứng, hình nhiều góc… Kích thước của hạt tinh bột có thể từ 1-100µm. • Các loại hạt tinh bột hay gặp - Hạt hình trứng hay hình thận Tinh bột khoai tây chế từ củ cây khoai tây - Solanum tuberosumL, thuộc họ Cà Solanaceae. Hạt tinh bột hình trứng, kích thước trung bình 50µm nhưng có hạt lớn đến 80-100µm. Tinh bột đậu, chế từ hạt của nhiều loại đậu - Phaseolus spp, họ Đậu - Fabaceae. Hạt hình trứng hay hình thận, kích thước trung bình 35µm. - Hạt hình đĩa hay hình thấu kính : Tinh bột mì chế từ hạt của cây lúa mì - Triticum vulgareL., họ Lúa - Poaceae, kích thước hạt lớn đến 30µm, hạt bé 6-7µm. Tùy theo vị trí nhìn mà thấy hình tròn hoặc hình thấu kính lồi 2 mặt - Hạt hình nhiều góc + Tinh bột gạo chế từ hạt cây lúa - Oriza sativaL, họ Lúa - Poaceae. Hạt nhiều góc nhỏ, kích thước từ 4-6µm, thường được kết thành đám. + Tinh bột ngô ( bắp), chế từ hạt cây ngô - Zea maysL, họ Lúa - Poaceae. Hạt nhiều góc, rốn hạt ở giữa rất rõ, kích thước 15-30µm. 2.1.2 Tổng quan về tinh bột sắn 2.1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây sắn Thân: thuộc loại cây gỗ có chiều cao trung bình 1,5m, có khi cao 2 - 3m, giữa thân có lõi trắng và xốp nên rất yếu. Đường kính ở gốc thân biến động từ 2÷6cm. Thân có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ vào giống. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 9 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Hình 2.3. Hình ảnh thân cây sắn và cấu tạo của thân sắn • Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau. Thông thường thân non có màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổi thành màu vàng tro hay xám lục. • Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại. Chiều dài lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân. • Cấu tạo của thân gồm các phần chính: - Tầng biểu bì (lớp bần): mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, có nhiệm vụ bảo vệ các phần trong thân. - Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ. - Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): cứng, ở giữa có lõi thẳng giúp cây sắn cứng và đứng thẳng được. - Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa thân, chứa nhiều khí và nước. 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 đến 20cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 10 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Hình 2.4. Lá sắn và cấu tạo của lá sắn 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 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 cuả hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ. Củ khoai mì hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25-200 cm, trung bình khoảng 40-50 cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2-25 cm, trung bình 5-7cm. Nhìn chung, kích thước cũng như trọng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất. Hình 2.5. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn • Cấu tạo của củ sắn bao gồm: - Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 11 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương + Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn. Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàng sẫm hay nâu tùy thuộc loại giống. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cenlulloza và hemicenlulloza, hầu như không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho củ ít bị tác động từ bên ngoài. Vỏ gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5÷3% khối lượng toàn củ. + Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi mềm, ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụng lượng bột này khi chế biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi. Trong mủ chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,… - Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. - Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở thịt củ tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng vẫn gây trở ngại khi chế biến như làm biến màu. 2.1.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột sắn - Tinh bột là thành phần quan trọng của củ sắn, nó quyết định đến giá trị sử dụng của của sắn. Hạt tinh bột sắn có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ. Có đường kính 35 micormet. - Ngoài ra trong tinh bột sắn còn chứa các chất khác như: chất đạm, muối khoáng, lipit, chất xơ và một số vitamin nhóm B như B1, B2... Dưới đây là bảng tổng hợp thành các chất có trong 100g tinh bột sắn. Nước protein lipit Tinh bột 60-62 g 0.8-2.5 g 0.20.3 g 18-25 1.1-1.7 g g Vitamin và muối khoáng cellulose Ca(mg) 18.822.5 P(mg) 22.525.4 B1(mg) 0.02 B2(mg) 0.02 2.2. Giá trị sử dụng, giá trị dinh dưỡng của tinh bột sắn 2.2.1. Giá trị sử dụng. Trước hết, tinh bột sắn được chế biến từ khoai mì có khả năng thay thế trực tiếp một phần khẩu phần gạo của nhân dân ta. Đó là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo quản cũng tương đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 12 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương khác như khoai mì lát, miếng khoai mì… Với nhu cầu của công nghệ, khoai mì là nguồn nguyên liệu trong các ngành kỹ nghệ nhẹ, ngành làm giấy, ngành làm đường dùng hóa chất hay men thực vật để chuyển hoá tinh bột khoai mì thành đường mạch nha hay glucoza. Rượu và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Khoai mì còn là nguồn thức ăn tốt để cung cấp cho gia súc 2.2.2. Giá trị dinh dưỡng Khoai mì và tinh bột chế biến từ khoai mì có giá trị dinh dưỡng cao như khoai tây, khoai môn, khoai lang…do hàm lượng protein thấp nhưng nó chứa nhiều cacbonhydrat là nguồn cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể. Nó còn là một nguồn tốt để cung cấp Kali và chất xơ. Khoai mì giúp duy trì quá trình cân bằng hàm lượng nước trong máu. Chất xơ giúp ngừa táo bón, làm hàm lượng Cholesterol trong máu, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch. Vì củ mì chứa ít protein và chất béo nên khi dùng khoai mì trong khẩu phần ăn nên bổ sung thêm các loại thực phẩm giàu protein và lipit để khẩu phần được cân đối CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ 3.1. Sơ đồ công nghệ Nguyên liệu (tinh bột sắn) Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ (To = 80-85oC) Enzyme Termamyl Enzyme spirit Đường hóa (To= 60-62 OC) Làm nguội (To=30-32oC) H2SO4; Na2SiF6 SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Lên men Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 13 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Thu hồi CO2 Men giống PTN Men giống sản xuất Giấm chín Chưng cất, tinh chế Cồn công nghiệp Tách nước Cồn khan(ethanol) 3.2. Thuyết minh sơ đồ công nghệ 3.2.1 Làm sạch 3.2.1.1. Mục đích Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất, thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 3.2.1.2. Tiến hành làm sạch Nguyên liệu sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém… Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn rung thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung và được đưa ra ngoài. Phần nguyên liệu có kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ lưới nên được giữ lại trên sàng rung. Cuối sàng rung đặt một nam châm điện để tách bỏ kim loại lẫn trong nguyên liệu. Hình 3.1. Sàng rung SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 14 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Hình 3.1. Sàng rung 3.2.2. Nghiền nguyên liệu 3.2.2.1. Mục đích Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa, hồ hóa. 3.2.2.2. Các phương pháp nghiền Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau như máy nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc… • Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa. Hình 3.2. Máy nghiền búa 3.2.2.3. Hoạt động của máy nghiền búa SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 15 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Sắn lát đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1). Sắn lát được nghiền nát nhờ lực va đập của sắn và búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền và do sự cọ xát giữa các lát sắn với nhau. Búa được lắp trên đĩa treo búa (4) gắn trên trục quay (5), các búa được treo cách đều nhau. Sắn lát sau khi được nghiền đạt kích thước yêu cầu lọt qua lưới (3) ra ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, với những phần nghiền chưa đạt yêu cầu nằm trên lưới và tiếp tục được búa nghiền cho đến khi có kích thước đủ nhỏ lọt lưới ra ngoài. Sau khi nghiền kích thước của bột sắn khoảng 1,5 mm. 3.2.3. Nấu 3.2.3.1. Mục đích Mục đích của quá trình nấu la nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trong nội nhũ của hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ emzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đường hóa, biến tinh bột thành đường lên men càng triệt để càng tốt. 3.2.3.2. Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu a) Sự trương nở và hòa tan tinh bột Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối lượng. Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa. b) Sự biến đổi Xenluloza và Hemixenluloza Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân. Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C 5) một phần có thể bị thủy phân. Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác dụng của men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động của ion H +) tạo ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza, arabinoza). c) Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 16 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu. Khi nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành dextrin và đường maltoza. Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao đường sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,…gây sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu. Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi trong quá trình nấu. 3.2.3.3 Các phương pháp nấu 3.2.3.3.1 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 lâu ở áp suất và nhiệt độ cao nên gây tổn thất đường nhiều. 3.2.3.3.2. 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 đến 7 lít cồn/tấn tinh bột. Nhờ sử dụng hơi thứ vào nấu sơ bộ nên tiết kiệm 15 đến 30% lượng hơi dùng cho nấu. Nhược điểm của phương pháp này là tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. 3.2.3.3.3. 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 ảnh hưởng tới khả năng làm việc của thiết bị. Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian nấu ngắn nên giảm được tổn thất đường do cháy. Nhờ đó hiệu suất rượu tăng 5 lít so với nấu bán liên tục và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn. - Năng suất riêng của 1 m3 thiết bị tăng 7 lần.Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm 50% so với bán liên tục. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 17 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương - 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 thật nhỏ, 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. 3.2.4. Đường hóa 3.2.4.1. Mục đích Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa trong quá trình nấu thành đường lên men được, quyết định hiệu suất lên men, khâu này là khâu then chốt trong sản xuất cồn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa. 3.2.4.2. Tiến hành Quá trình đường hoá dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục. - Ta chọn phương pháp đường hóa liên tục tác nhân đường hóa enzyme amylaza. - Dịch cháo từ nồi nấu theo ống dẫn cháo vào thiết bị làm nguội ống lồng ống. Ở đây dịch cháo đi trong ống còn nước làm nguội đi bên ngoài ống thực hiện quá trình trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ của dịch cháo giảm xuống t o=60÷620C. Sau đó dịch cháo liên tục đưa vào thùng đường hóa. Quá trình đường hóa có bổ sung dịch enzyme Spirit và H 2SO4 nhờ bộ phận phân phối. Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút, sau đó dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men. Quá trình làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được thực hiện trong thiết bị làm nguội ống lồng ống. Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì 10% dịch đường được đưa sang phân xưởng nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa vào thùng lên men. 3.2.5. Lên men 3.2.5.1. Mục đích Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrin thấp phân tử trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ 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. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 18 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 3.2.5.2. Tiến hành Chuẩn bị giống: Ống giống gốc ống nghiệm 10mL bình nuôi 100mL bình cầu 1000mL bình 10L thùng 100L thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu + 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: Men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, ta tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10 ml. 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 ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp tục, chuyển sang nuối cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn. -Tiến hành lên men: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 19 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Sử dụng phương pháp lên men liên tục: Hình 3.3. Sơ đồ lên men liên tục Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính, luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dung dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giống nấm men cấp 2, một thùng lên men chính và có khoảng 6÷8 thùng lên men tiếp theo. Thùng nhân giống cấp 1 được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp 2 cũng được đặt cao hơn so với thùng lên men chính. Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở 2 thùng cấp 1 lệch nhau khoảng 3÷4 giờ. Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầu thì tháo xuống thùng cấp 2. Thùng vừa giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó thanh trùng ở 750C rồi axit hoá tới độ chua 1,8÷2,4g H 2SO4/l. Sau đó làm lạnh đến nhiệt độ nhân giống rồi cho 25÷30% lượng nấm men giống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 20 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương lên men đến độ biểu kiến 5÷6%. Lượng nấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết xuống thùng cấp 2. Sau khi vệ sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác. Ở thùng nhân giống nấm men cấp 2 tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hoá tới độ chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới độ lên men biểu kiến còn 5÷6%. Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp 2 vào thùng lên men chính rồi liên tục cho dịch đường vào. Dịch lên men sẽ tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng bên cạnh và đến thùng cuối cùng ta thu được giấm chín. Tổng thời gian lên men là 70÷72 giờ, nhiệt độ lên men ở thùng lên men chính ( 25÷270C), hai thùng tiếp theo (27÷300C), các thùng còn lại ( 27÷280C). - Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men này là dùng một lượng men giống lớn ở thùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế sự tạp nhiễm. - Nhược điểm: Yêu cầu công nghệ cao, ổn định các điều kiện sản xuất như dịch đường, men giống, kĩ thuật thao tác cao. Phương pháp lên men này dễ nhiễm khuẩn hoàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men. 3.2.6. Chưng cất và tinh chế 3.2.6.1. Mục đích Chưng cất: Chưng cất là quá trình tách cồn cùng các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn thô và bã rượu. Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối cùng nhận được cồn tinh chế. 3.2.6.2. Tiến hành. Tiến hành chưng cất và tinh chế theo sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 21 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Hình 3.4. Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng 1.Thùng chứa dấm chín. 7.Bình làm lạnh ruột gà. 2.Bình hâm dấm. 8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt). 3.Bình tách CO2 9,10.Bình ngưng tụ. 4.Tháp thô. 11.Tháp tinh chế. 5.Bình chống phụt giấm. 12. Bình ngưng tụ hồi lưu. 6.Bình ngưng tụ cồn thô. 13.Bình làm lạnh sản phẩm. * Thuyết minh qui trình chưng cất và tinh chế: Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bình hâm giấm (2). Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70÷80 0C rồi chảy qua bình tách CO2 số (3) rồi vào tháp (4). Khí CO 2 và hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài. Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua (7) ra ngoài. Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷ 0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta phải ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng. Hơi ngưng tụ có nồng độ 0,4÷0,6% là đạt yêu cầu. Nhiệt độ của tháp thô 103 ÷ 1050C. Phần lớn rượu thô (90 ÷ 95%) liên tục đi vào tháp aldehyt số (8). Tháp này cũng dùng hơi trực tiếp, hơi ruợu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 90%, chỉ điều chỉnh lượng SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 22 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3 ÷ 5% gọi là cồn đầu. Một phần rượu thô (5 ÷ 10%) ở (6) hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất. Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt số (8) liên tục đi vào tháp tinh (11) với nồng độ 35 ÷ 40%V. Tháp tinh chế (11) cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp (có thể gián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở (12) rồi hồi lưu lại tháp. Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1,5÷2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh (8). Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 đến 5 đĩa và được làm lạnh ở (13). Nhiệt độ đáy tháp aldehyt duy trì ở nhiệt độ 78÷79 0C. Nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu 3÷4 đĩa về phía trên khống chế ở 82÷830C. Sơ đồ trên được gọi là gián tiếp một dòng vì sản phẩm đi vào các tháp chỉ có một dòng chất lỏng duy nhất. Còn gọi là gián tiếp vì bản thân dòng chất lỏng không chứa ẩn nhiệt bay hơi.Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là đễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi. Sau quá trình chưng cất và tinh chế, sản phẩm chúng ta thu được là cồn công nghiệp.Trong cồn công nghiệp ngoài cồn còn chứa một lượng nước nhất định, để thu được cồn khan (ethanol) ta phải trải qua công đoạn tách nước ra khỏi hỗn hợp. CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT- NHIỆT LƯỢNG 4.1.Tính toán cân bằng vật chất. • Các thông số ban đầu - Năng suất: 1 tấn tinh bột/1 ngày SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 23 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương - Thành phần nguyên liệu: 100% sắn tươi - Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%. - Hiệu suất đường hoá: 98%. - Hiệu suất lên men: 98%. - Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%. - Hiệu suất thu hồi: η = η dh × η lm × η cc = 0,98 × 0,98 × 0,97 = 0,931 = 93,1% Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Công đoạn Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi Làm nguội Đường hóa Làm lạnh Lên men Bình phản ứng Tinh chế Hao hụt và tổn thất 2% 0,5% 1% 0,5% 1% 0,5% 0,5% 2% 0,5% 2% 1% 1% Bảng 4.2. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Sắn Độ ẩm 13% Chất khô Tinh bột 87% 73% 4.1.1. Công đoạn làm sạch SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 24 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: 1000 (kg) Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch: m1 = 1000 × (100 − 2) = 980 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: mCK 1 = m1 × 87 98 x1000 × 87 = = 853 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: mTB1 = m1 × 73 980 × 1000 × 73 = = 715 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: m H 2O (1) = m1 × 13 980 × 1000 × 13 = = 127 100 100 (kg) 4.1.2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 0,5) 980 × 1000 × 99,5 = = 975 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mCK 2 = m2 × 87 975 × 1000 × 87 = = 848 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mTB 2 = m2 × 73 975 × 1000 × 73 = = 712 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 25 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương m H 2O ( 2 ) = m 2 × 13 975 × 1000 × 13 = = 126 100 100 (kg) 4.1.3. Công đoạn nấu sơ bộ X Gọi là lượng nước tại công đoạn nấu sơ bộ mà ta cần bổ sung để sau khi nấu chín nồng độ chất khô đạt 18%. Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: mE = mTB 2 712 × 1000 = = 0.712 10000 10000 (kg) Trong quá trình nấu sơ bộ ta bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa: m E ( 3) = 30 30 × mE = × 71,2 × 1000 = 21,36 100 100 (kg) Do lượng enzyme bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua. Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là: m3 = ( m 2 + X ) × (100 − 1) 99 = (975 × 1000 + X ) × 100 100 = 965 + X (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mCK 3 = mCK 2 × (100 − 1) 848 × 1000 × 99 = = 840 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 26 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương mTB 3 = mTB 2 × (100 − 1) 712 × 1000 × 99 = = 705 100 100 (kg) Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ: m H 2O ( 3) = ( m H 2 O ( 2 ) + X ) × =125 + X (100 − 1) 99 = (126 × 1000 + X ) × 100 100 (kg) 4.1.4. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: m 4 = m3 × (100 − 0,5) 99,5 = (965 × 1000 + 0,99 × X ) × 100 100 = 960 xX (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK 4 = mCK 3 × (100 − 0,5) 840 × 1000 × 99,5 = = 836 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mTB 4 = mTB 3 × (100 − 0,5) 705 × 1000 × 99,5 = = 702 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: m H 2O ( 4 ) = m H 2O ( 3) × = 124 × X (100 − 0,5) 99,5 = (125 × 1000 + 0,99 × X ) × 100 100 (kg) 4.1.5. Công đoạn nấu chín Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi và lượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào. Vậy khối lượng nước ngưng tụ SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 27 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương sau khi nấu: m H 2O ( N ) = 50 × 2 × m2 = m2 = 975 100 (kg) Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = ( m 4 + m H 2 O ( N ) ) × (100 − 1) 99 = (960 × 1000 + 985 × X + 975 × 1000) × 100 100 = 1,926 × X (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mCK 5 = mCK 4 × (100 − 1) 836 × 1000 × 99 = = 828 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mTB 5 = mTB 4 × (100 − 1) 702 × 1000 × 99 = = 695 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5 ) = ( m H 2O ( 4 ) + m H 2O ( N ) ) × (100 − 1) 100 = (124 × 1000 + 985 × X + 975 × 1000) × = 1,090 × X 99 100 (kg) Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên ta có: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 28 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp C 00 = GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương mct mCK 5 18 828 × 1000 = ⇔ = m dd mCK 5 + m H 2O ( 5) 100 828 × 1000 + 1,090 × 1000 + 975 × X ⇒ X = 2,690 (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O (5) = 1,088 × M + 0,975 × X = 1,090 × 1000 + 975 × 2,690 × 1000 = 2,623 (kg) Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = 1,926 × 1000 + 975 × 2,690 × 1000 = 2,887 (kg) 4.1.6. Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu sau khi nghiền để hòa nước. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chiếm 30% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín: mH = 30 30 × 2 × m2 = × 2 × 975 × 1000 = 585 100 100 (kg) Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: m 6 = m5 × (100 − 0,5) 99,5 = 2,887 × 1000 × = 2,872 100 100 (kg) Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: mCK 6 = mCK 5 × (100 − 0,5) 828 × 1000 × 99,5 = = 824 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB 6 = mTB 5 × (100 − 0,5) 695 × 1000 × 99,5 = = 692 100 100 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 29 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương m H 2O ( 6 ) = m H 2O ( 5) × (100 − 0,5) 99,5 = 2.623 × 1000 × = 2,609 100 100 (kg) 4.1.7. Công đoạn làm nguội. Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m7 = m6 × (100 − 0,5) 99,5 = 2,872 × 1000 × = 2,857 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 0,5) 824 × 1000 × 99,5 = = 820 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: mTB 7 = mTB 6 × (100 − 0,5) 692 × 1000 × 99,5 = = 689 100 100 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 2,609 × 1000 × = 2596 100 100 (kg) 4.1.8. Công đoạn đường hóa. Trong quá trình đường hóa ta bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme này bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. m E (8) = 70 70 × mE = × 71,2 × 1000 = 49,84 100 100 (kg) Lượng axit H2SO4 300Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa sử dụng cho 100 lít cồn 100%V là 1,5÷2 kg. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 30 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 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 30oBe. Vậy lượng axit H2SO4 300Be bổ sung cho quá trình nấu chín là: m H 2 SO4 = Gọi Y mTB 7 × 1,08 689 × 1000 × 1,08 = = 7,44 100 100 (kg) là lượng nước trong quá trình đường hóa ta cần bổ sung. Lượng enzyme và lượng axit H 2SO4 có khối lượng rất thấp so với khối lượng chất khô của khối nguyên liệu nên ta có thể bỏ qua. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: m8 = (m7 + Y ) × (100 − 2) 98 = (2,857 × 1000 + Y ) × = 2,799 + Y 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mCK 8 = Ta có: mCK 7 × (100 − 2) 0,820 × M × 98 = = 0,804 × M (kg ) 100 100 (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (1) 162 180 Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% nên dựa vào phương trình (1) ta có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: m Đuong = mTB 7 × 180 × 98 689 × 1000 × 180 × 98 = = 750 162 × 100 162 × 100 (kg) Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: m Đuong(8) = SVTH:Nguyễn Văn Thịnh m Đuong × (100 − 2) 100 = 750 × 1000 × 98 = 735 100 (kg) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 31 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là: m H 2O ( 8 ) = ( m H 2 O ( 7 ) + Y ) × = 2,543 + Y (100 − 2) 98 = (2,595 × 1000 + Y ) × 100 100 (kg) 4.1.9. Công đoạn làm lạnh. Khối lượng dịch đường sau làm lạnh là: m9 = m8 × (100 − 0,5) 99,5 = (2,799 × 1000 + 0,98 × Y ) × 100 100 = 2.799 × Y (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm lạnh là: mCK 9 = mCK 8 × (100 − 0,5) 804 × 1000 × 99,5 = = 800 100 100 (kg) Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm lạnh: m Đuong(9 ) = m Đuong(8) × (100 − 0,5) 100 = 735 × 1000 × 99,5 = 731 100 (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: m H 2O ( 9 ) = m H 2O (8 ) × = 2,543× Y (100 − 0,5) 99,5 = (2,543 × 1000 + 0,98 × Y ) × 100 100 (kg) Nồng độ chất khô của dịch đường sau đem lên men là 16% nên ta có: C 00 = mct mdd = mCK 9 800 × 1000 16 ⇔ = mCK 9 + m H 2O (9) 800 × 1000 + 2,543 × 1000 + 975 × Y 100 Y = 1,776 SVTH:Nguyễn Văn Thịnh (kg) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 32 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: m H 2O ( 9) = 2,543 × Y = 2,543× 1000 × 1,776 = 4,516 (kg) Khối lượng của dịch đường sau làm lạnh: m9 = 2,799 × Y = 2,799 × 1000 × 1,776 = 4,971 (kg) 4.1.10. Công đoạn lên men Trong quá trình lên men ta bổ sung một lượng Na 2SiF6 bằng 0,25% so với khối lượng dịch cháo sau đường hóa đem làm lạnh: m Na 2 SiF6 = 0,25 × m9 100 = 0,25 × 4,971 × 1000 = 12,427 100 (kg) Na2SiF6 có khối lượng thấp so với chất khô nguyên liệu nên có thể bỏ qua. Lượng chất khô không đường có tỉ lệ rất thấp so với lượng đường trong dịch lên men. Nên thể tích dịch đường lên men với ρđương 16% = 1,065 ( kg/lít) m9 ρ đuong = 4,971 × 1000 = 4,667 1,065 VDịchđường= (lit) Thể tích men giống sử dụng bằng 10% so với thể tích dịch đường đem lên men: Vmen giống= 10 × 4,667 × 1000 = 466,7 100 (lit). Dịch đường sau khi làm lạnh thì 90%V sẽ được đem đi lên men. Vậy lượng dịch đường đem đi lên men là VDịchlênmen= VDịch đường x 90%= 90 × 4,667 × 1000 = 4,200 100 (lit). Sau khi nhân giống xong thì dịch nhân giống sẽ được bơm trở lại thùng lên men, vây thể tích của dịch đường đi lên men: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 33 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương V= VDịch đường+ Vmen giống = 470,9 (lit). Sau khi nhân giống xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường nên nồng độ đường còn lại là 16 × 90 = 14,4% 100 C%= ρđương 14,4% = 1,056 ( kg/lít) Khối lượng của dịch trước lên men là: m10 = ρ đuong × V = 1,056 × 470,9 = 497,2 (kg) Dựa vào phương trình lên men (2): C 6 H 12O6 C2 H 5OH CO2 → 2 + 2 (2) 180,2 92,1 88 Cứ 100kg đường glucose tạo thành 51,16 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ 731 kg đường với hiệu suất lên men là 98% là: = 731 × 1000 × 51,16 100 × 98 = 366,5 100 mcồnkhan Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: 366,5 × 1000 × mcồn khan= 100 − 2 = 359,1 100 Thể tích cồn khan thu được sau lên men với = (kg) (kg) ρ conkhan = 0,78927( kg/lít) [8, tr 9] mconkhan 359,1 × 1000 = = 455 ρ conkhan 0,78927 Vcồn khan (lit) Dựa vào phương trình lên men ta suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: mCO2 = mconkhan × 88 92,1 = 359,1 × 1000 × 88 = 343,1 92,1 (kg) Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: m Dam = (m10 − mCO2 ) × SVTH:Nguyễn Văn Thịnh 98 100 = (497,2 − 343,1) × 98 = 161 100 (kg) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 34 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương mconkhan Nồng độ ethanol trong giấm : m Dam = khốilượng=5%V Vconkhan 8 Thể tích giấm chín: Vgiấm chín = 359,1 = 2,23% 161 × 100 = 455 × 100 = 910 5 (lit) 4.1.11. công đoạn đưa vào bình phản ứng. Dịch giấm chín trước khi vào bình phản ứng có nồng độ 5%V = 2,23% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,84 0C Trước khi vào bình phản ứng, giấm được hâm nóng đến 70 0C ở thiết bị hâm giấm. Sau đó đưa vào bình phản ứng để nâng nhiệt độ đến t = 93,84oC. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 70 0C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg giấm: Q = 100 × C D × ρ D × (t S − t D ) Trong đó: 100: Khối lượng giấm vào tháp. × CD = 1,019 – 0,0095 B: Nhiệt dung riêng của giấm. (Kcal/kg.độ) B = 2,23 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%). Suy ra : Nên C D = 1,019 − 0,0095 × 2,23% = 1 (kcal/kg.độ) Q = 100 × 1 × (93,84 − 70) = 2384 (Kcal) Ta có nồng độ etanol trong bình phản ứng x = 5 % khối lượng bằng 2.23 % mol. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là t s = 92,6 oC. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 47,6 % khối lượng bằng 26,21 % mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi bình phản ứng, ứng với 100kg giấm là: 100 × x đ 100 × 2,23 = = 4.684 (kg ) y 47,6 G = Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = G × β = 4,684 × 1,05 = 4,9182 (kg ) SVTH:Nguyễn Văn Thịnh (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ). Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 35 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 2,23 4,9182 Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y= = 45,34 (% khối lượng). Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng rượu trontg bã là không đáng kể: P + 100 = R + GT Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h R – Lượng bã rượu, kg/h GT – Lượng hơi rượu đi ra bình phản ứng. Suy ra : 100 + P = R + 4,9182 P + 95,081 = R. Bảng 4.3. Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín Khối Vào Ra Thành phần nhiệt lượng Giấm chín (kg) 100 (KJ/kg) (KJ) 297 100×297=29700 P 2680 2680P 4,9182 95,081+P 2010 420 4,9182×2010=9885,582 (95,081+P) ×420 840 Hơi nước Hơi nước - rượu Bã Nhiệt làm mát. Nhiệt lượng riêng Tính toán nhiệt Phương trình cân bằng nhiệt: × × 29700+2680 P=9885,582+(95,081+P) 420+ 840 ⇒ P =9,259(Kg) ⇒ R = 104,34 (Kg). Ta có 100 kg giấm chín cần 9,259 kg hơi và bã thu được là 104,34 (kg) Hơi đốt cần cung cấp cho 161 (kg) giấm là : SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 36 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương = mhơi 161 × 9,259 = 15 100 (kg) Lượng bã từ 161 kg giấm chín: mbã = 161 × 104,34 = 168 100 (kg) 161 × 2,23 = 7,542 47,6 Hơi trong tháp ứng với 161 kg giấm: G = (kg) Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: GT = G × β = 7,542 × 1,05 = 8 (kg) Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi bình phản ứng được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là 8 (kg). Hao hụt ở bình phản ứng là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: = mrượu thô 8 × 99 = 7,92 100 (kg) 4.1.12. Tinh chế. Nếu ta xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì ta có: Với: x x x x V D × x = C × xC – Nồng độ cồn trong giấm chín. = 5 %V VD – Lượng giấm chín. VD = 910 (lit) c – Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. C= Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh 910 × 5 = 47,894 95 = 95%V. (lit) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 37 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: V = 98 98 ×C = × 47,894 = 47 100 100 (lit) Ta có lượng cồn khan có trong giấm chín sau lên men là 47 (lit). Lượng cồn khan bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là: VTT (1) = 2 2 × Vconkhan = × 47 = 0,94 100 100 (lit) Tương đương với cồn 95% VTT = VTT (1) × 100 96 = 0,94 × 100 = 0,989 95 (lit) Nên lượng cồn 95% thu được là: VC (12) = 47 − 0,989 = 46,011 (lit) Năng suất bình phản ứng là 1000 (kg/ngày) nên ta có : = 46,011 => Vcồn95% (lit) 4.2. Tính nhiệt lượng 4.2.1. Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ 4.2.1.1. Lượng nhiệt dùng để đun nóng khối nấu từ 400C đến 850C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) G1: Lượng nguyên liệu đi nấu sơ bộ. G1 = 975 (kg). C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4186 × (1 – x) = 3432,52 (J/kg.độ). x = 18%: Nồng độ chất hòa tan. Q1= 975 × 3432,52 × (85 – 40) = 150601815(KJ) = 35865,831 (Kcal). 4.2.1.2. Lượng nhiệt dùng để giữ khối nấu ở 850C trong 15 phút Q2 = F × T 2 × α α × (tbm – tkk) : Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh. α = 9,3 + 0,058 × tbm (W/m2.độ) [10, tr 41] SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 38 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương t bm = 85 + 25 = 55 0 C 2 tbm: Nhiệt độ bề mặt của thiết bị, α = 9,3 + 0,058 × 55 = 12,49 (W/m2.độ) T2: Thời gian giữ nhiệt. T2 = 15 × 60 = 900 (s) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. F = 2 × π × R × H + π × R × h ×sin450 = 2×3,14×2,04×4,16+3,14 ×2,04×0,91×sin450 =41,3868 (m2) Q2 =41,3868 × 900 × 12,49 × (55 – 25) = 13956871(J) = 3333,541 (Kcal). 4.2.1.3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q3 = G3 × C3 × (t2 – t1) G3 = F × δ × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép f = 7850 (kg/m2): Khối lượng riêng của thép. G3 = 41,3868 × 0,003 × 7850 = 974,66 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C là: 0,12 kcal/kg.độ Q3 = 974,66 × 0,12 × (133 – 25) = 12631,59 (Kcal) 4.2.1.4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh α Q4 = F × T4 × × (tbm – tkk) T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = T1 + T2 T1: Thời gian nâng nhiệt khối nấu từ 400C đến 850C, T1=10 phút. T2: Thời gian giữ nhiệt khối nấu ở 850C, T2 = 15 phút. Suy ra: T4 = 25 (phút) SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 39 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp t bm = GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,882 (W/m2.độ). Q4=41,3868 × 1500 × 13,882 × (79 – 25) = 46537056,17(J) = 1111,518(Kcal) 4.2.1.5. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước khi nâng nhiệt Qbh = W × r t= r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 100 + 25 = 62,5 0 C 2 , r = 576 (Kcal/kg) W: Lượng ẩm bốc hơi. W= k × F × (P – P’ × ϕ) × T k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036 Diện tích bốc hơi: D F = π × R 2 = π × bh 2 2 Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. S bh = Diện tích bốc hơi lớn nhất: Dbh = Đường kính ống thoát hơi: F= 1 D2 1 22 ×π × = ×π × = 0,062 50 4 50 4 4 × S bh 4 × 0,062 = = 0,08 π 3,14 3,14 × 0,08 2 = 0,005 4 (m2) (m) (m2) P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C. P = 174,08 mmHg ϕ: Độ ẩm tương đối của không khí. ϕ = 80% SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 40 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương P’: Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh. P’=24,94 mmHg. T: Thời gian nấu. T = 15 phút = 0,25 giờ. W = 0,036 × 0,005 × (174,08 – 24,94 × 0,8) × 0,25 = 0,007 (kg) Qbh = 0,007 × 576 = 4,03 (Kcal) Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho nồi nấu sơ bộ là: 5 Qh = ∑ Q I + Qbh i =1 = 52946,573 (Kcal) 4.2.2. 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 . 4.2.2.1. Lượng nhiệt làm đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C Q1 = G × C × (t1 – t2) G: Lượng nguyên liệu đem phun dịch hóa. G = 840(kg). C: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C = 4186 × (1 – x) = 3432,52 (J/kg.độ). x = 18%: Nồng độ chất hòa tan. Q1= 840×3432,52× (94 – 85) = 25949851,2(KJ) = 6198(Kcal). 4.2.2.2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường chiếm khoảng 20% lượng nhiệt dùng để đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C: Q2 = 20% × Q1 = 123960 (Kcal). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho phun dịch hóa là: Q2 = Q1 + Q2 = 6198 + 123960 = 130158 (Kcal). Tính chi phí hơi: D = SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Qh i − iKK Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 41 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Ở t = 1330C thì i = 651,6 (Kcal/kg), iKK = 133,4 (Kcal/kg) Suy ra: D = 102,174 (kg/) 4.2.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín 4.2.3.1. Lượng nhiệt đun nóng khối nấu từ 940C đến 1050C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) G1: Lượng nguyên liệu đem đi nấu chín. G1 = 836 kg. C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4186 × (1 – x) = 3432,52 (J/kg.độ). x = 18%: Nồng độ chất hòa tan. Q1 =836×3432,52×(105– 94) = 31565454(KJ) = 7539(Kcal). 4.2.3.2. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C Q2 = F × Tg × α × (t0bm – t0kk) (Kcal). tokk: Nhiệt độ không khí ở môi trường xung quanh. (oC). tobm: Nhiệt độ bề mặt thiết bị. tbm = 1 0 (t g + tkk ) 2 = 65(oC). tgo: Nhiệt độ cần giữ cho khối nấu, (oC). α: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh α = 9,3 + 0,058 × tbm , (W/m2. độ). α = 13,07 (W/m2. độ). F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2) × × F1 = 2 × П × R × H = 2 3,14×1,645 4,96 = 51,24 (m2) F2: Diện tích đáy chỏm cầu F 2= π π × ( D 2 + 4 × h 2 ) = × (3,29 2 + 4 × 0,329 2 ) = 11,7 4 4 (m2) F = F1 + F2 = 51,24 + 11,7 = 63 (m2) Tg : Thời gian giữ nhiệt ở một nồi Tg = (30 phút) = 1800(giây). SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 42 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Hệ thống gồm 6 nồi nấu chín nên thời gian giữ nhiệt: 6× 1800 = 10800 (giây) Q2=6×63×10800×13,07×(65–25)=2134278720(KJ) = 50976,3715(Kcal) 4.2.3.3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q 3 = G3 × C3 × (t2 – t1) δ Trong đó: G3 = F × × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép f = 7850 kg/m2: Khối lượng riêng của thép. G3 = 6 × 63× 0,003 × 7850 = 8902 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C, C3 = 0,12 kcal/kg.độ Q3 = 8902 × 0,12 × (133 – 25) = 115370(Kcal) 4.2.3.4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh α Q4 = F × T4 × × (tbm – tkk) T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = T1 + T2 T1: Thời gian nâng nhiệt khối nấu từ 940C đến 1050C, T1=15 phút. T2: Thời gian giữ nhiệt khối nấu ở 1050C, T2 = 180 phút. t bm = 133 + 25 = 79 0 C 2 Suy ra : T4 = 195 (phút) = 11700 (giây) ; α × = 9,3 + 0,058 79 =13,882 (W/m2.độ) Q4=6×63×11700×13,882×(79–25)=3315304793(KJ)=79185 (Kcal). 4.2.3.5. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước Qbh= W × r SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 43 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương t= r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 100 + 25 = 62,5 0 C 2 , r = 576 (kcal/kg) W: Lượng ẩm bốc hơi. W = k × F × (P – P’ × ϕ) × T k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036. D F = π × R = δ × π × bh 2 2 2 Diện tích bốc hơi: (m2) Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. S bh = Diện tích bốc hơi lớn nhất: Dbh = Đường kính ống thoát hơi: F= 1 D2 1 22 ×π × = ×π × = 0,062 50 4 50 4 4 × S bh 4 × 0,062 = = 0,08 π 3,14 3,14 × 0,08 2 = 0,005 4 (m2) (m) (m2) P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C. P = 174,08 (mmHg) ϕ: Độ ẩm tương đối của không khí. ϕ = 80% P’: Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh. P’=24,94 mmHg. T: Thời gian nấu ở một nồi. T = 30 phút = 0,5giờ. W = 0,036 × 0,005 × (174,08 – 24,94 × 0,8) × 0,5 = 0,014 (kg) Qbh = 0,014 × 576 = 8,06 (kcal) 5 Qh = ∑ QI + Qbh Vậy tổng lượng nhiệt dùng nấu chín là: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh i =1 = 718076,432 (Kcal) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 44 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp SVTH:Nguyễn Văn Thịnh GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 45 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp SVTH:Nguyễn Văn Thịnh GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 46 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương CHƯƠNG 5 : TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Các thiết bị sản xuất chính 5.1.1. Sàng làm sạch ta có lượng sắn cần làm sạch trong một giờ ( Nc): Nc = 100 (kg/h) =0.1 (tấn/h). Chọn sàng rung model 2D - 198 do nhà máy cơ khí Hoàng Liệt chế tạo với các đặc tính : - Năng suất: 1 tấn/h. - Kích thước máy (d×r×c): 1860×1760×998 (mm). Số lượng: n = Nc N = 0 .1 = 0,1 1 Hình 5.1. Sàng rung → Chọn 1 máy. 5.1.2. Máy nghiền ta có lượng sắn đem nghiền trong một giờ: Nc = 100 (kg/h) = 0.1(tấn /h) Chọn máy nghiền búa modell TTP - 1000 do công ty Tân Thiên Phú sản xuất với các đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 1 tấn/h. - Kích thước (d×r×c): 2000×1050×2600 (mm). Số lượng thiết bị:n = Nc N = 0 .1 = 0,1 1 Hình 5.2. Máy nghiền búa → Chọn 1 thiết bị. 5.1.3. Cân định lượng Chọn cân tự động model HS [12] với các đặc tính kỹ thuật : - Trọng lượng cân tối đa: 20 (tấn/h). - Kích thước (d×r×c): 1660×1270×2540 (mm) - Số lần cân trong một mẻ: 1 lần. Số lượng thiết bị : chọn 1 cân. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Hình 5.3. Cân định lượng Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 47 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 5.1.4. Thùng hòa trộn Thùng hòa trộn dùng để trộn nước với bột sắn có thân hình trụ tròn, đáy hình nón góc nghiêng 45oC, trên nắp có gắn động cơ có cánh khuấy, bột và sắn nguyên liệu, enzym cho vào trên thùng, còn nguyên liệu được rút ra ở đáy thùng và có cửa vệ sinh. Lượng bột sắn đưa vào hòa trộn trong 1h là: 100 (kg/h) = Thể tích sắn chiếm chổ: VS G S 100 = ρ S 76.2 = 1,312(m3) ρ Khối lượng riêng của nước là: = 100 (kg/m3) Khối lượng nước hòa trộn trong 1 h là: 126 (kg/h) Thể tích nước hòa trộn trong 1 mẻ: Vnước = Thể tích nguyên liệu: mN ρN = 126 100 = 1,26 (m3/h). V=VS+Vnước=1.312 + 1,26 = 2,572(m3 /h). Chọn hệ số chứa đầy: = 0,85 Tiến thành phối trộn trong 1/2 giờ. Vậy thể tích của nồi: VN = 2,572 0,85 × 2 = 1,512 (m3) Tính kích thước nồi hòa trộn: VN = Vtrụ + Vnón = π D2 π ( D3 − d 3 ) ×H + × tgα 4 24 Trong đó: Chiều cao phần nón: h = D-d × tgα 2 (*) 0 ; α = 45 nên Chọn: H = 1,5D: Chiều cao phần trụ, với D: Đường kính thùng. d = 0,1m: Đường kính ống dịch ra ở đáy SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 48 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Thay vào (*): ta tính được D theo công thức sau: ⇒D=3 V N + 0,00013 1,512 + 0,00013 =3 1,308 1,308 =0,887(m) Chiều cao phần trụ: H = 1,5×D = 1,5 × 0,887 = 1,33 (m) Chiều cao phần nón: h = 0,3935 (m) Chọn: h1 = 0,6m: Chiều cao nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h2 = 0,15m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Vậy tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = H + h + h1 + h2 = 1,33 + 0,3935 + 0,6 + 0,15 = 2,4735(m) Tốc độ cánh khuấy trong thời gian hòa bột là: 45 - 50 (v/phút). Vậy ta chọn 1 thùng hòa trộn. 5.1.5. Nồi nấu sơ bộ Lượng bột sắn nấu sơ bộ: GS = 712(kg) Thể tích sắn chiếm chỗ: = VS GS 712 = ρ S 76.2 = 9,343(m3) Khối lượng nước nấu sơ bộ : 126 (kg). Khối lượng riêng của nước ở 250, p = 760 mmHg, ρ = 100 (kg/m3) [9, tr 9] Hình 5.4. Nồi nấu sơ bộ Thể tích nước chiếm chỗ: Vnước = mN ρN = 126 100 = 1,26 (m3). Thể tích nguyên liệu mỗi nồi: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 49 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương V=VS+Vnước=9,343+ 1,26 = 98,33(m3). Vậy thể tích cần chứa của nồi nấu sơ bộ với hệ số chứa đầy ϕ = 0,85 là: 10,603 = 12,474 0,85 (m3). VN = Nồi nấu có dạng hình trụ, đáy nón, góc nghiêng ở đáy 450 × Chọn h = 2 D, d = Chiều cao đáy nồi: h0 = D 8 D−d D−d × tgα = 2 2 Thể tích đáy: VĐ = π × h0 D 2 + d 2 + D × d π (D − d ) D 2 + d 2 + d × D ×( )= × ×( ) 3 4 3 2 4 VT = Thể tích thân nồi: π × D 2 × h2 4 VN = 6655 × π × D 3 12288 ⇒D=3 Với VN = 12,474 (m3) Suy ra: , V N = VT + V Đ (m), d = D − d 2,08 − 0,26 = = 0,91 2 2 SVTH:Nguyễn Văn Thịnh 12288 × V N 6655 × π 12288 × 12,474 = 2,08 6655 × π h = 2 × D = 2 × 2,08 = 4,16 h0 = ⇒D=3 (m) D 2,08 = = 0,26 8 8 (m) (m) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 50 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Chiều cao thiết bị: H = h + h0 = 4,16 + 0,91 = 5,07 (m). Vậy chọn một nồi nấu sơ bộ với D = 2,08m), d = 0,26 (m), H = 5,07 (m). 5.1.6. Nồi nấu chín Nồi nấu chín được nấu chín ở áp suất thường, nhiệt độ cao nên chọn thiết bị được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ tròn, có lớp bảo ôn, nắp và đáy hình elip. Ở giữa có vách ngăn để dịch cháo chảy chuyền từ ngăn này sang ngăn kia rồi qua nồi khác. Ngoài ra trong quá trình nấu chín có một lượng nước ngưng tụ lại do hơi mang vào. Hệ thống gồm 6 nồi nấu chín.Nồi nấu chín có dung tích bằng ¾ so với dung tích của nồi nấu sơ bộ, nguyên liệu chứa 2/3 nồi còn 1/3 chứa hơi. Thể tích nồi nấu chín là: 3 V = × 12,474 = 9,355 4 (m3) Hình 5.5. Nồi nấu chín D: Đường kính nồi nấu. × × Chiều cao thân nồi: h1 = 3 D, chiều cao nắp: h2 = 0,1 D. π × D 2 × h1 Thể tích thân trụ: Vtrụ = 4 = Thể tích phần nắp thiết bị: Vnắp π 3D 2 2 × h2 × (h2 + ) 6 4 ( m3). Thể tích thùng: π × D 2 × h1 V = Vtrụ + 2Vnắp , V= ⇒ ⇒ V= 4 × +2 1163 × π × D 3 = 86 ,762 1500 π 3D 2 2 × h2 × ( h2 + ) 6 4 . (m3). D = 1,55 (m), h1 = 4,65 (m), h2 = 0.155 (m). SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 51 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 2× 0,155 × Chiều cao thiết bị : H = h1 + 2 h2 = 4,65+ = 4,96 (m). Vậy ta chọn 6 nồi nấu chín có đường kính D = 1,55 (m), chiều cao trụ h1 = 4,65 (m), chiều cao đáy và nắp h2 = 0,155 (m), chiều cao thiết bị H = 4,96 (m). 5.1.7. Thùng đường hóa lượng dịch cháo đường hóa : 689 kg. Thể tích dịch cháo sau làm lạnh với VC = GC 689 = = 4 .2 ρ c 164 ρc = 164 (kg/m3 ) [7, tr 178]: (m3). Thể tích nước thêm vào khi đường hóa chiếm chỗ: VN = G N 2596 = = 2,596 ρ 1000 (m3). Thể tích chứa của nồi : V= VC + V N 4,2 + 2,596 = = 8(m 3 ) 0,85 0,85 Nồi đường hóa có cấu tạo giống nồi nấu sơ bộ có Hình 5.6. Nồi đường hóa dạng hình trụ, đáy nón, góc nghiêng ở đáy 450. × Chọn h = 2 D, d = D 8 (m), chiều cao đáy nồi: h0 = D−d D−d × tgα = 2 2 Thể tích đáy: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 52 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 1 D2 + d 2 + D × d π (D − d ) D 2 + d 2 + d × D V Đ = π × h0 × ( )= × ×( ) 3 4 3 2 4 VT = Thể tích thân nồi: V = ⇒D =3 Với V = 8 m3 π × D 2 × h2 4 V = VT + V Đ , 6655 × π × D 3 12288 ⇒D =3 12288 × 8 = 2,453 6655 × π ,d= h0 = 6655 × π (m) h = 2 × D = 2 × 2,453 = 4,906(m) Suy ra: 12288 × V D 2,453 = 8 8 = 0,306 (m) D − d 2,453 − 0,306 = = 1,0735(m) 2 2 Chiều cao thiết bị: H = h + h0 = 4,906 + 1,0735 = 3,8325 (m) . Chọn một thùng đường hóa có đường kính trụ D = 2,453(m), chiều cao trụ h = 4,906(m), chiều cao đáy h0 = 1,0735(m), chiều cao thiết bị H = 3,8325(m). 5.1.8. Tank 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. Chọn 8 thùng lên men, 7 thùng làm việc, 1thùng dự trữ. Thời gian làm việc liên tục là 62 giờ. Thể tích tank lên men chính: Vtb = V n ×ϕ x 62 24 (m3). V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày. n: Số tank lên men trong 1 ngày. φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Hình 5.7. Tank lên men Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 53 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Lượng dịch đường sau làm lạnh trong 1 ngày: m =731(kg)=7,31 m 3 Thể tích chứa của tank lên men: Vtb = 7,31× 62 = 2 × 0,85 × 24 11,1083 (m3). Quan hệ các kích thước cơ bản của tank lên men × × × H = (1,2 ÷ 1,5) D, h1 = (0,15 ÷ 0,3) D, h2 = (0,1 ÷ 0,1125) D. Trong đó: + D: Đường kính tank lên men chính. × + H: Chiều cao phần hình trụ của tank, chọn H = 1,3 D. × + h1: Chiều cao đáy tank, chọn h1 = 0,2 D. × + h2: Chiều cao nắp tank, chọn h2 = 0,1 D. Chọn thiết bị có thân trụ, đáy và nắp tank hình côn, được làm từ thép CT 3. Thể tích: 0,785 × D 2 × ( H + Vlênmen= h1 h2 0,3 + ) = 0,785 × D 2 × (1,3 × D + × D) 3 3 3 Vlênmen = 1,099 × D3 h1 = 0,2 × 2,16 = 0,432 ⇒ 3 11,1083 1,099 D= (m), h2 = 0,1 × 2,16 = 2,16 (m) = 0,216 (m), H = 1,3 × 2,16 = 2,808 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 + h2 = 3,456 (m). Vậy ta chọn 8 tank lên men có đường kính D = 2,16(m), chiều cao đáy tank h 1= 0,432(m) , chiều cao phần nắp h2 = 0,216(m), chiều cao thiết bị H = 2,808(m). 5.1.9. Tank nhân giống cấp 2 = n× Số tank nhân giống cấp 2 là: N ∑τ 20 +1 = + 1 = 1,83 24 24 Chọn một tank làm việc và một tank để dự bị. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 54 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Tank nhân giống cấp 2 có thể tích bằng 30% so với thể tích tank lên men. VC 2 = 30 30 × VLM = × 11,1083 = 3,332 100 100 (m3) Tỉ lệ kích thước, hình dáng và cấu tạo tank nhân giống cấp 2 tương tự như tank lên men nên ta có: VC2 = 1,099 × D h1=0,2 × 1,447 = 0,2894 3 ⇒ 3 3,332 1,099 D= (m),h2=0,1 = 1,447 (m). × 1,447 =0,1447(m), H= 1,3 × 2,162 = 1,8811 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1+ h2 = 2,3152 (m). Ta chọn 2 tank nhân giống cấp 2 có đường kính D = 1,447(m), chiều cao đáy tank h 1= 0,2894(m) , chiều cao phần nắp h2 = 0,1447(m), chiều cao thiết bị H = 2,3152(m). 5.1.10. Tank nhân giống cấp 1 = n× Số tank nhân giống cấp 1 là: N ∑τ 20 +1 = + 1 = 1,83 24 24 Chọn một tank làm việc và một tank để dự bị. Tank nhân giống cấp 1 có thể tích bằng 30% so với thể tích của tank nhân giống cấp 2 nên VC1 = ta có: 30 30 × VC 2 = × 3,332 = 1 100 100 (m3). Tỉ lệ các kích thước, hình dáng và cấu tạo của tank nhân giống cấp 1 tương tự như tank lên men nên ta có: VC1 = 1,099 × D3 h1 =0,2 × 0,9 = 0,18 (m),h2=0,1 ⇒ × 0,9 3 1 1,099 D= =0,9 (m). = 0,09 (m), H = 1,3 × 3,21 = 1,17 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 + h2 = 1,44 (m). SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 55 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Ta chọn 2 tank nhân giống cấp 1 có đường kính D = 0,9(m), chiều cao đáy tank h 1 = 0,18(m), chiều cao phần nắp h2 = 0,09(m), chiều cao thiết bị H = 1,44(m). 5.1.11. Bình phản ứng Thời gian thực hiện trong bình phản ứng là 48h. Thể tích bình phản ứng: Vpư = V n ×ϕ x 48 24 (m3). V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày. n: Số bình phản ứng trong 1 ngày. φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85 Lượng giấm chín sau lên men trong 1 ngày,m= 910(lit)= 9,10(m3) =>Thể tích của bình phản ứng: Vpư= 9.10 × 48 = 21,4 1× 0,85 × 24 (m3) Quan hệ các kích thước cơ bản của bình phản ứng × × × H = (1,2 ÷ 1,5) D, h1 = (0,15 ÷ 0,3) D, h2 = (0,1 ÷ 0,1125) D. Trong đó: + D: Đường kính tank lên men chính. × + H: Chiều cao phần hình trụ của bình phản ứng, chọn H = 1,3 D. × + h1: Chiều cao đáy của bình phản ứng, chọn h1 = 0,2 D. × + h2: Chiều cao nắp của bình phản ứng, chọn h2 = 0,1 D. 0,785 × D 2 × ( H + Thể tích: Vtb= SVTH:Nguyễn Văn Thịnh h1 h2 0,3 + ) = 0,785 × D 2 × (1,3 × D + × D) 3 3 3 Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 56 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Vtb = 1,099 × D3 h1 = 0,2 × 2,526 = 0,5052 ⇒ 3 21,4 1,099 D= (m), h2 = 0,1 × 2,526 = 2,526(m) = 0,2526 (m), H = 1,3 × 2,526 = 3,283 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 + h2 = 4,0408 (m). CHƯƠNG 6: AN TOÀN LAO ĐỘNG – VỆ SINH CÔNG NGHIỆP 6.1. An toàn lao động An toàn lao động trong nhà máy đóng vai trò rất quan trọng. Nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất, sức khoẻ và tính mạng của công nhân cũng như tình trạng máy móc, thiết bị. Vì vậy cần phải được quan tâm đúng mức, phổ biến rộng rãi để công nhân hiểu được tầm quan trọng của nó. Nhà máy phải đề ra nội quy, biện pháp chặt chẽ để đề phòng. 6.1.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn - Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ. - Các thiết bị bảo hộ lao động còn thiếu hoặc không đảm bảo an toàn. - Ý thức tổ chức kỷ luật lao động của công nhân chưa cao. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 57 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương - Vận hành máy móc, thiết bị không đúng theo quy trình kỹ thuật. - Trình độ công nhân còn yếu và các máy móc thiết bị được trang bị chưa tốt. 6.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động - Tại các bộ phận phải có biển báo an toàn và quy trình sử dụng từng thiết bị. - Bố trí, lắp đặt các thiết bị phù hợp với quy trình sản xuất. - Các đường ống hơi nhiệt phải có lớp bảo ôn, áp kế. - Kho xăng dầu phải đặt xa nguồn nhiệt, phải có các bình CO 2 chống cháy, không được hút thuốc. - Người công nhân vận hành phải thực hiện đúng chức năng của mình, phải chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu máy móc hư hỏng do quy trình vận hành của mình. - Kỷ luật của nhà máy phải thực hiện nghiêm để xử lí các trường hợp vi phạm. 6.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 6.1.3.1. Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc Phải đảm bảo độ sáng tối thiểu trong nhà sản xuất. Ban ngày cần tận dụng ánh sáng tự nhiên, ban đêm sử dụng ánh sáng nhân tạo phải đảm bảo đủ ánh sáng. 6.1.3.2. Thông gió Nhà sản xuất và làm việc phải được thông gió tốt. 6.1.3.3. An toàn về điện Các thiết bị điện phải có hệ thống báo động khi có sự cố, phải có rơle đề phòng khi quá tải, các mạch điện phải kín, đặt nơi khô ráo. 6.1.3.4. 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. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 58 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương - Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc, có chế độ vệ sinh, sát trùng vô dầu mỡ thiết bị. 6.1.3.5. Phòng chống cháy nổ Đối với nhà máy rượu việc phòng chống chảy nổ là rất quan trọng do sản phẩm nhà máy là cồn rất dễ cháy nổ, phải có đủ nước và thiết bị chữa cháy. 6.1.3.6. 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. 6.1.3.7. 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. 6.2. Vệ sinh công nghiệp 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. 6.2.1. 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. 6.2.2. 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. 6.2.3. Vệ sinh xí nghiệp Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 59 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương 6.2.4. Xử lí phế liệu trong quá trình sản xuất Phế liệu trong quá trình sản xuất như bã hèm là phế liệu dễ gây nhiễm bẩn. Sau mỗi mẻ sản xuất cần chứa đúng quy định và xử lí để sản xuất phân bón vi sinh, hoặc thức ăn gia súc. 6.2.5. 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. 6.2.6. 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+. KẾT LUẬN Sau hơn 4 tháng dưới sự hướng dẫn tận tình của cô Nguyễn Thị Đông Phương, với những kiến thức đã học cùng với sự nghiên cứu, tham khảo một số tài liệu sách báo, tài liệu mạng, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn, năng suất 1 tấn tinh bột/ngày”. Qua đồ án, giúp em hiếu thêm về các vấn đề: Những điều kiện cần thiết để thiết kế một bình phản ứng. Quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật nước ta. Tính và chọn thiết bị phù hợp với dây chuyền công nghệ. Những phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 60 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương Cách bố trí các thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính. Trong quá trình thực hiện đồ án, em đã nắm bắt được nhiều kiến thức công việc thiết kế một bình phản ứng để sản xuất ethanol. Tuy nhiên do kiến thức, kinh nghiệm thực tế và thời gian còn hạn chế nên khó tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp của quý thầy cô và các bạn để em được hoàn thiện đồ án này hơn. Đà Nẵng, tháng 6 năm 2015 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Thịnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] F.O. Licht; Thị trường etanol thế giới viễn cảnh đến năm 2012 [2] Tài liệu của trung tâm nghiên cứu và phát triển dầu khí. [3] Ethanol Việt Nam, Nhandan.com.vn. [4] [5] Lễ khởi công xây dựng nhà máy cồn Đại Tân, tuoitre.com.vn [6] Nhiên liệu sinh học có thay xăng dầu? Vietnamnet.com.vn. [7] ADEME/DIRME Rapport technique: Bilans énergétiques et gaz à effet de serre des filières de production de biocarburants SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 61 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS. Nguyễn Thị Đông Phương PHỤ LỤC Các bảng biểu, hình ảnh. Hình 2.1. SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 62 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày [...]... Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 21 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương Hình 3.4 Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng 1.Thùng chứa dấm chín 7 .Bình làm lạnh ruột gà 2 .Bình hâm dấm 8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt) 3 .Bình tách CO2 9,10 .Bình ngưng tụ 4.Tháp thô 11.Tháp tinh chế 5 .Bình chống phụt giấm 12 Bình ngưng... 100 (kg) Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 34 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương mconkhan Nồng độ ethanol trong giấm : m Dam = khốilượng=5%V Vconkhan 8 Thể tích giấm chín: Vgiấm chín = 359,1 = 2,23% 161 × 100 = 455 × 100 = 910 5 (lit) 4.1.11 công đoạn đưa vào bình phản ứng Dịch giấm chín trước khi vào bình phản ứng có nồng... lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 18 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương 3.2.5.2 Tiến hành Chuẩn bị giống: Ống giống gốc ống nghiệm 10mL bình nuôi 100mL bình cầu 1000mL bình 10L thùng 100L... Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi Làm nguội Đường hóa Làm lạnh Lên men Bình phản ứng Tinh chế Hao hụt và tổn thất 2% 0,5% 1% 0,5% 1% 0,5% 0,5% 2% 0,5% 2% 1% 1% Bảng 4.2 Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Sắn Độ ẩm 13% Chất khô Tinh bột 87% 73% 4.1.1 Công đoạn làm sạch SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 24 năng suất 1 tấn... với nấu gián đoạn - Năng suất riêng của 1 m3 thiết bị tăng 7 lần.Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm 50% so với bán liên tục SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 17 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương - Dễ cơ khí hóa và tự động hóa - Tốn ít diện tích đặt thiết bị - Tuy nấu liên tục có nhiều ưu điểm... 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ Tiếp tục, chuyển sang nuối cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn -Tiến hành lên men: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 19 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương Sử... nhọn, chiều dài biến động từ 25-200 cm, trung bình khoảng 40-50 cm Đuờng kính củ thay đổi từ 2-25 cm, trung bình 5-7cm Nhìn chung, kích thước cũng như trọng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất Hình 2.5 Củ sắn và cấu tạo của củ sắn • Cấu tạo của củ sắn bao gồm: - Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi: SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang... 4.1.11 công đoạn đưa vào bình phản ứng Dịch giấm chín trước khi vào bình phản ứng có nồng độ 5%V = 2,23% khối lượng Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,84 0C Trước khi vào bình phản ứng, giấm được hâm nóng đến 70 0C ở thiết bị hâm giấm Sau đó đưa vào bình phản ứng để nâng nhiệt độ đến t = 93,84oC Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 70 0C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg giấm: Q = 100 × C D × ρ... 0,0095 × 2,23% = 1 (kcal/kg.độ) Q = 100 × 1 × (93,84 − 70) = 2384 (Kcal) Ta có nồng độ etanol trong bình phản ứng x = 5 % khối lượng bằng 2.23 % mol Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là t s = 92,6 oC Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 47,6 % khối lượng bằng 26,21 % mol Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi bình phản ứng, ứng với 100kg giấm là: 100 × x đ 100 × 2,23 = = 4.684 (kg ) y 47,6 G = Thực tế lượng hơi thường... H2SO4 300Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa sử dụng cho 100 lít cồn 100%V là 1,5÷2 kg SVTH:Nguyễn Văn Thịnh Thiết kế bình phản ứng sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn Trang 30 năng suất 1 tấn tinh bột/1 ngày Đồ Án Tổng Hợp GVHD:TS Nguyễn Thị Đông Phương 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 30oBe Vậy lượng axit H2SO4 300Be bổ