Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệungày

114 2.1K 2
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ sắn lát khô năng suất 135 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

Trong công nghiệp sản xuất rượu bằng phương pháp lên men, có thể sử dụng rất rộng rãi các loại nguyên liệu chứa đường lên men được như rỉ đường, nước quả... nguyên liệu chứa tinh bột như gạo, ngô, lúa mì, khoai, sắn..., và các loại chứa xenluloza như gỗ, mùn cưa,... nói chung là nguyên liệu có hàm lượng hydrat cacbon cao. Chọn một loại nguyên liệu đưa vào sản xuất ngoài những yêu cầu cơ bản phải đạt: hàm lượng gluxit cao, giá thành rẻ, trữ lượng lớn và tập trung, không ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc dân, bảo quản và sử dụng không phức tạp... thì còn đề cập đến vấn đề: chất lượng rượu sản xuất ra, yêu cầu trang thiết bị, kỹ thuật không phức tạp, cho hiệu suất tổng thu hồi rượu cao. Việt Nam với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời, các sản phẩm ngũ cốc dồi dào, phong phú đã tạo nên sự đa dạng về nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho ngành sản xuất cồn. Trong các loại cây lương thực, cây sắn là cây cho nguồn nguyên liệu có khả năng chế biến phong phú. Với tổng sản lượng sắn hàng năm ngày càng tăng, việc thiết kế và xây dựng thêm nhà máy sản xuất cồn từ sắn với năng suất cao là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệp cồn cũng như nhu cầu của nền kinh tế đất nước. Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệungày”

Đồ án tốt nghiệp -1- GVHD: KS. Bùi Viết Cường MỞ ĐẦU Đất nước đang ngày càng phát triển cùng với sự phát triển vượt bậc của rất nhiều ngành công nghiệp trong đó có ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu etylic nói riêng. Ứng dụng các nghiên cứu khoa học cùng với kinh nghiệm vốn có vào sản xuất đã tạo ra các sản phẩm cồn (rượu) có chất lượng ngày càng cao. Rượu là sản phẩm lên men phổ biến và có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, ở Việt Nam nghề nấu rượu cũng có từ lâu đời và đang ngày càng phát triển. Ngoài mục đích làm đồ uống thì rượu etylic còn đóng góp nhiều vào các ngành công nghiệp khác như trong y học làm chất sát trùng, trong công nghiệp hoá chất, làm nhiên liệu cho giao thông, trong công nghiệp dệt,... Trong công nghiệp sản xuất rượu bằng phương pháp lên men, có thể sử dụng rất rộng rãi các loại nguyên liệu chứa đường lên men được như rỉ đường, nước quả... nguyên liệu chứa tinh bột như gạo, ngô, lúa mì, khoai, sắn..., và các loại chứa xenluloza như gỗ, mùn cưa,... nói chung là nguyên liệu có hàm lượng hydrat cacbon cao. Chọn một loại nguyên liệu đưa vào sản xuất ngoài những yêu cầu cơ bản phải đạt: hàm lượng gluxit cao, giá thành rẻ, trữ lượng lớn và tập trung, không ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc dân, bảo quản và sử dụng không phức tạp... thì còn đề cập đến vấn đề: chất lượng rượu sản xuất ra, yêu cầu trang thiết bị, kỹ thuật không phức tạp, cho hiệu suất tổng thu hồi rượu cao. Việt Nam với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời, các sản phẩm ngũ cốc dồi dào, phong phú đã tạo nên sự đa dạng về nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho ngành sản xuất cồn. Trong các loại cây lương thực, cây sắn là cây cho nguồn nguyên liệu có khả năng chế biến phong phú. Với tổng sản lượng sắn hàng năm ngày càng tăng, việc thiết kế và xây dựng thêm nhà máy sản xuất cồn từ sắn với năng suất cao là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệp cồn cũng như nhu cầu của nền kinh tế đất nước. Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày” Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -2- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Vị trí xây dựng Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện khác, chọn địa điểm xây dựng nhà máy cồn tại khu công nghiệp Sao Mai, vị trí: Xã Hòa Bình - thành phố Kon Tum - tỉnh Kon Tum. Khu công nghiệp có tổng diện tích 150 ha là hợp lý.[10] Việc xây dựng nhà máy tại đây có nhiều thuận lợi như gần nguồn nguyên liệu, điện nước ổn định cho sản xuất, giao thông thuận lợi… 1.2. Đặc điểm tự nhiên Khí hậu Kon Tum có nét chung của khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa của phía Nam Việt Nam, lại mang tính chất của khí hậu cao nguyên. Khí hậu Kon Tum chia thành 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Nhiệt độ trung bình trong năm dao động từ 22oC ÷ 23oC, Lượng mưa trung bình trong năm là từ 2.121 mm/năm, Hướng gió chủ đạo là hướng Tây – Nam. [11] 1.3. Nguồn nguyên liệu Theo Sở Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn tỉnh, tính đến năm 2012 diện tích trồng sắn của tỉnh Kontum đạt hơn 39.000 ha và sẽ còn được mở rộng trong thời gian sắp tới. Với vùng nguyên liệu lớn có thể đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho nhà máy hoạt động ổn đinh. Ngoài ra sắn còn được thu mua ở các tỉnh lân cận như: Gia Lai, Đăk Nông, Phú Yên .... [12] 1.4. Nguồn cung cấp điện Đây là khu công nghiệp có mạng lưới điện quốc gia đi qua nên có thể dùng trạm biến áp riêng để sử dụng cho nhà máy. Ngoài ra, chuẩn bị thêm máy biến áp dự phòng để phòng sự cố khi mất điện để đảm bảo sản xuất liên tục . 1.5. Nguồn cung cấp hơi Sử dụng hơi với nhiều mục đích khác nhau. Lượng hơi đốt cung cấp cho sản Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -3- GVHD: KS. Bùi Viết Cường xuất lấy từ lò hơi của nhà máy. Nhiên liệu sử dụng là dầu FO, thu mua từ các trạm xăng hoặc liên hệ với công ty xăng dầu của tỉnh để được cung cấp. Có thêm kho dự trữ để đảm bảo sản xuất. 1.6. Nguồn cung cấp nước và nước thải Nước dùng để sản xuất chính cho nhà máy là nước giếng khoan (nước ngầm). Nước sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như cho sản xuất, vệ sinh, sinh hoạt. Nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu để thải trực tiếp ra môi trường do vậy cần được xử lý, nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý nước trước khi thải ra ngoài môi trường. Các chất thải rắn xử lý bằng cách đào hố để chôn tránh gây ô nhiễm cho người dân. 1.7. Giao thông Khu công nghiệp Sao Mai nằm ngay bên quốc lộ 14, đi về phía thành phố KonTum khoảng 07 km về phía Bắc, Kon Tum có điều kiện hình thành các cửa khẩu, mở rộng hợp tác quốc tế về phía Tây. Kon Tum có đường Quốc lộ 14 nối với các tỉnh Tây Nguyên và Quảng Nam, đường 40 đi Atôpư (Lào), do đó việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm tương đối thuận lợi. 1.8. Nguồn nhân lực KonTum là tỉnh có dân số tương đối đông, nhà máy đặt gần các trung tâm kinh tế của khu vưc Tây Nguyên nên có nguồn nhân lực đổ về đây bao gồm nguồn nhân lực đã qua đào tạo và chưa qua đào tạo. Cán bộ kỹ thuật, kinh tế và quản lý có thể tuyển dụng từ các trường đại học trong cả nước. 1.9. Thị trường tiêu thụ Nhà máy được xây dựng với tiêu chí là cung cấp cồn thực phẩm và cồn kĩ thuật cho thị trường Việt Nam và các nước lân cận. Thị trường trong nước có rất nhiều sản phẩm chất lượng tốt cạnh tranh, đó là mục tiêu công ty hướng tới. Với sự thuận lợi về giao thông vận tải, nguồn lao động sáng tạo thì sản phẩm sẽ được ưa chuộng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -4- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 1.10. Năng suất nhà máy Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại, và thị trường tiêu thụ sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96o năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày là hoàn toàn có tính khả thi cao. Mặt khác nhà máy cũng tạo điều kiện cho người nông dân trên địa bàn tỉnh Kontum và các tỉnh lân cận có công ăn việc làm và đầu ra ổn định cho sản phẩm sắn lát khô. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -5- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Sắn 2.1.1.1. Giới thiệu về sắn Sắn hay khoai mì có tên khoa học Manihot esculenta, là cây lương thực ăn củ hàng năm, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae. Hình 2.1. Cây sắn Cây sắn cao 2÷3 m, đường kính tán 50÷100 cm. Lá khía thành nhiều thùy, có thể dùng để làm thức ăn chăn nuôi gia súc. Rễ ngang phát triển thành củ và tích luỹ tinh bột. Củ sắn dài 20÷50 cm, khi luộc chín có màu trắng đục, hàm lượng tinh bột cao. Sắn luộc chín có vị dẻo, thơm đặc trưng. Sắn có thời gian sinh trưởng thay đổi từ 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy thuộc giống, vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng. [13] 2.1.1.2. Cấu tạo của củ sắn Củ sắn là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Cấu tạo gồm: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn. + Vỏ gỗ: Chiếm 0,5÷3% khối lượng củ. Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng. Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -6- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + Vỏ cùi: Dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5÷8%). Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố. + Thịt khoai mì (ruột củ): Là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các tế Hình 2.2. Cấu tạo củ sắn bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất. Hàm lượng tinh bột trong ruột củ phân bố không đều. Kích thước hạt tinh bột koảng 15÷80mm. Khoai mì càng để già thì càng có nhiều xơ. + Lõi khoai mì: Thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ. Lõi chiếm từ 0,3÷1% khối lượng củ. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicelluloses. [14] 2.1.1.3. Thành phần hóa học của sắn Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38÷40%, tinh bột 16÷32%, giàu vitamin C, calcium, vitamin B và các chất khoáng, nghèo chất béo, muối khoáng, vitamin và nghèo đạm. Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích. Hình 2.3. Củ sắn Sắn lát khô thường có hai loại: sắn lát khô có vỏ và sắn lát khô không vỏ. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -7- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hàm lượng tinh bột: 70÷75%, độ ẩm 12-14%. Sắn lát khô không vỏ ở Việt Nam bình quân có hàm lượng chất khô 90,01%, đạm 2,48%, béo 1,40%, Sắn lát khô có vỏ hàm lượng chất khô 90,57%, đạm 4,56%, béo 1,43%. [15] 2.1.2. Nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng với các mục đích khác nhau. Nước được dùng để 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 phòng chữa cháy trong khu vực sản xuất. Thành phần, tính chất hoá lý và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu xuất thu hồi. * Yêu cầu chất lượng nước: Trong công nghiệp sản xuất cồn, yêu cầu chất lượng nước giống như tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt. - Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. - Chỉ tiêu hoá lý: [4, tr 41 - 42] + Độ cặn toàn phần < 1000mg/l + Độ cứng < 7mgE/l + pH = 6,5÷8,5 + Độ oxy hoá ≤ 2mg O2/l + Hàm lượng Clo ≤ 0,5mg/l + [F-] ≤ 3mg/l 2.1.3. Nấm men + [ SO4-2] ≤ 80mg/l + [ SO4-2] ≤ 80mg/l + [Pb2+] ≤ 0,1mg/l + [Zn2+] ≤ 5mg/l + [Cu2+] ≤ 3mg/l + NH3, NO2- = 0 Sử dụng chủng nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae. Hình 2.4. Nấm men saccharomyces cerevisiae Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần phải chú ý đảm bảo các yêu cầu sau đây: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -8- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + Có tốc độ phát triển nhanh trên môi trường sản xuất, + Có đặc tính sinh lý, sinh hoá ổn định trong thời gian dài, + Có khả năng chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường. Đặc biệt là các chất sát trùng, độ pH thấp và lên men được ở nhiệt độ tương đối cao, + Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên men lớn, đồng thời nấm men ít bị ức chế bởi các sản phẩm của sự lên men, + Lên men được nhiều loại đường như: Glucose, Fructose, Saccharose, maltose… + Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít. * Những chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu: - Chủng nấm men 396 Trung Quốc (2610): Chủng nấm men này phân lập được từ rỉ đường ở Trung Quốc, chủng này có khả năng lên men được đường fructose, glucose, maltose, rafinose, galactose. Nó không lên men được đường arabinose, lactose, dextrin. Nhiệt độ thích hợp 33 oC, pHopt=4,5, chịu được nồng độ rượu 10%. - Chủng Я (i – a): Do Liên Xô cung cấp, chủng này thích hợp cho lên men rỉ đường, chịu áp suất thẩm thấu lớn, lên men được các loại đường: Glucose, fructose, saccharose và 1/3 đường rafinose. - Chủng T (Việt Nam): Phân lập từ rỉ đường đặc 35÷45ºBe và đặt tên T (trời), chủng nấm men này lên men được rỉ đường ở nhiệt độ cao 33÷37 oC, độ pH từ 4,5÷5 nồng độ lên men có thể đạt 18÷24% có thể lên men được nồng độ rượu trong dịch lên men từ 8÷12%, chịu được chất sát trùng với nồng độ từ 0,02÷0,025% so với thể tích dịch lên men, chất sát trùng ở đây là formol. Kích thước tế bào từ 4÷5 x 6÷9 (µm) tế bào có dạng hình trứng, tốc độ phát triển nhanh. - Nấm men chủng XII : phân lập từ nấm men bánh mì 1902. Tế bào hình tròn hoặc oval, có kích thước lớn và mập hơn các chủng khác (5÷7µ). Chu kỳ sinh trưởng của 1 thế hệ là 1h 39 phút. Sinh sản bằng cách nảy chồi. Trong tế bào già thường chứa nhiều glycogen. Nấm men chủng XII sinh sản mạnh trong 12h đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên men rất mạnh. Chúng có khả năng lên men mạnh Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -9- GVHD: KS. Bùi Viết Cường glucose, matose, fructose, galactose, saccharose, maltose và 1/3 rafinose. Chủng này không lên men được lactose, arabinose, innulin. Nồng độ rượu trong dịch lên men có thể đạt tới 13%V. Chủng XII được xem là tốt nhất khi lên men dịch đường từ tinh bột. - 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 bột 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 oC) chịu được độ axit tương đối cao 1÷1,5o nồng độ có thể đạt từ 12÷14 %. Đặc biệt qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường có 0,02÷0,025 % chất sát trùng Na2SiF6. [4, tr116-117] 2.2. Tổng quan về sản phẩm 2.2.1. Cồn [12] 2.2.1.1. Công thức hóa học Cồn hay etanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là C2H6O, C2H5OH hay CH3-CH2-OH. 2.2.1.2. Lịch sử Cồn đã được con người sử dụng từ thời tiền sử như là một thành phần gây cảm giác say trong đồ uống chứa cồn. Các cặn bã khô trong các bình gốm 9000 năm tuổi tìm thấy ở miền bắc Trung Quốc đã gián tiếp cho thấy việc sử dụng các đồ uống chứa cồn trong số những người sống ở thời kỳ đồ đá mới. Việc chiết nó ra dưới dạng tương đối nguyên chất đã được thực hiện lần đầu tiên bởi các nhà giả kim thuật Hồi giáo và họ là những người đã phát triển ra nghệ thuật chưng cất rượu trong thời kỳ của chế độ khalip (vua chúa Hồi giáo) thời kỳ Abbasid. Các ghi chép của Geber (721-815) đã đề cập tới hơi dễ cháy của rượu được đun sôi. AlKindī (801-873) cũng đã miêu tả rõ ràng quá trình chưng cất rượu. Việc chưng cất cồn ra khỏi nước có thể tạo ra các sản phẩm chứa tới 96% cồn. Cồn nguyên chất Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -10- GVHD: KS. Bùi Viết Cường lần đầu tiên đã thu được vào năm 1796 bởi Johann Tobias Lowitz, bằng cách lọc cồn chưng cất qua than củi. 2.2.1.3. Tính chất vật lý Cồn là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15oC), dễ bay hơi (sôi ở nhiệt độ 78,39oC), hóa rắn ở -114,15oC, tan trong nước vô hạn, tan trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. 2.2.1.4. Tính chất hóa học - Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. 2C2H5OH + 2 Na -> 2C2H5ONa + H2 - Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid với môi trường là acid sulfuric đặc nóng tạo ra este. C2H5OH + CH3COOH -> CH3COOC2H5 + H2O - Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trường acid sulfuric đặc ở 170oC: C2H5OH -> C2H4 + H2O - Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether C2H5OH + C2H5OH -> C2H5-O-C2H5 + H2O - Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: thành aldehyde, acid hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O. Mức 1, nhiệt độ cao: CH3-CH2-OH + CuO -> CH3-CHO + Cu + H2O Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -11- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Mức 2, có xúc tác: CH3-CH2-OH + O2 -> CH3-COOH + H2O Mức 3: C2H5OH + 3O2 -> 2CO2 + 3H2O. 2.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình sản xuất cồn 96o 2.3.1. Các phương pháp sản xuất cồn Có hai phương pháp sản xuất cồn: Phương pháp lên men bằng vi sinh vật, Phương pháp tổng hợp hoá học. [1, tr100-102] 2.3.1.1 Phương pháp lên men bằng vi sinh vật Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay và cho hiệu quả kinh tế cao. Nguyên liệu dùng để sản xuất theo phương pháp này là phải chứa nhiều gluxit. Sản xuất cồn theo phương pháp lên men gồm có các công đoạn chính sau: - Chế biến nguyên liệu thành dịch đường lên men. - Lên men dịch đường để chuyển đường thành rượu. - Chưng cất, tinh chế nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín rồi tách các chất ra khỏi rượu nâng cao nồng độ rượu để nhận được cồn tinh khiết. 2.3.1.2 Phương pháp tổng hợp hoá học Nguyên liệu chính để sản xuất cồn bằng phương pháp hoá học là khí etylen. Có hai phương pháp chính để sản xuất rượu etylic từ etylen là. - Thuỷ phân khí etylen bằng axit sulfuric. - Thuỷ phân trực tiếp etylen. 2.3.2. Quá trình nấu 2.3.2.1. Phương pháp nấu Tùy vào điều kiện trang thiết bị của các cơ sở sản xuất có thể chọn các phương pháp nấu: gián đoạn, bán liên tục và liên tục - Nấu gián đoạn: Nấu gián đoạn là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện cùng một nồi + Ưu điểm: tốn ít nhiên liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản. + Nhược điểm: tốn nhiều hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: KS. Bùi Viết Cường suất và nhiệt độ cao gây tổn thất nhiều đường. - Nấu bán liên tục Nấu bán liên tục là quá trình nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và được chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu thêm. + Ưu điểm: giảm thời gian nấu ở áp suất và nhiệt độ cao nhờ sử dụng hơi thứ vào nấu sơ bộ từ đó giúp giảm tổn thất hơi và tăng hiệu suất nấu. + Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. - Nấu liên tục: Nấu liên tục là quá trình nấu trải qua 3 giai đoạn và trong 3 thiết bị khác nhau nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nồi nấu thêm. + Ưu điểm: - Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao mà không ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị - Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn giảm tổn thất đường do cháy hoặc tạo melanoidin. Nhờ đó mà năng suất nấu cao hơn gián đoạn. - Dễ cơ giới hóa và tự động hóa, tốn ít kim loại chế tạo thiết bị do năng suất riêng của 1 cm3 tăng lên 7 lần. + Nhược điểm: đòi hỏi nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ, đảm bảo ổn định nhiệt, hơi, nước. [1, tr107-112] 2.3.2.2. Các biến đổi trong quá trình nấu - Sự biến đổi của tinh bột + Sự trương nở và hòa tan tinh bột: Trương nở là tính chất của những chất rắn cao phân tử có khả năng hút dung môi để tăng thể tích. Khi cho nguyên liệu tinh bột tiếp xúc với nước, các phân tử nước có kích thước phân tử nhỏ nên chúng xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột. Các phân tử nước sẽ tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột làm yếu một số liên kêt trong phân tử tinh bột, phân tử tinh bột bị trương lên và bị rã ra. Khi nhiệt độ tăng các liên kết trong phân tử tinh bột bị đứt dẫn đến quá trình trương nở không hạn chế nghĩa là tinh bột bị hòa tan chuyển thành dạng dung dịch. + Sự thủy phân tinh bột: Khi nấu, một lượng nhỏ tinh bột biến thành đường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -13- GVHD: KS. Bùi Viết Cường và dextrin do tác dụng của enzim amylaza chứa trong nguyên liệu và do bị thủy phân dưới xúc tác của ion H+. - Sự biến đổi của hemixenluloza, xenluloza, pectin 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 các bon – arbinoza và kxiloza. - Sự biến đổi của đường Trong quá trình nấu đường sẽ bị phân hủy do các phản ứng caramen, melanoidin tạo thành oxymethylfurfurol. Một phần oxymethylfurfurol ngưng kết tạo chất màu vàng. [1, tr106-107] 2.3.3. Đường hóa tinh bột Là quá trình dùng tác nhân để chuyển hóa tinh bột thành đường dễ lên men. Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi cồn. Đường hóa dịch cháo có thể tiến hành theo phương pháp gián đoạn hoặc liên tục trên các sơ đồ thiết bị khác nhau. Nhưng dù theo phương pháp nào cũng bao gồm các công đoạn chính sau: - Làm nguội dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa - Cho tác nhân vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trong thời gian xác định để chuyển hóa tinh bột thành đường. - Làm nguội dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men. * Tác nhân đường hóa: - Dùng axit HCl hoặc H2SO4: phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất - thu hồi thấp. Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): Một số nước Châu Âu vẫn còn dùng - phương pháp này. Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầu hết - các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn. Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc, mấy Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -14- GVHD: KS. Bùi Viết Cường năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Novo Đan Mạch. [1, tr112] 2.3.4. Quá trình lên men rượu 2.3.4.1. Cơ chế hóa học của quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình chuyển hóa đường glucose dưới xúc tác của các hệ enzim khác nhau để tạo thành một loạt chất trung gian trong đó giai đoạn trung gian quan trọng là biến thành acid piruvic (CH 3COCOOH), từ acid piruvic trong điều kiện yếm khí sẽ tạo thành rượu etylic và sản phẩm phụ tùy điều kiện lên men. [1, tr126-127] C6H12O6 2.3.4.2. 2C2H5OH + 2CO2 + Q Cơ chế hóa lý của quá trình lên men rượu Để lên men dịch đường phải cho vào dịch một lượng tế bào nấm men nhất định. Nấm men sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng có trong dịch nấm men chủ yếu là đường để chuyển hóa đường thành rượu và khí CO 2 nhờ ezim zymase. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán nhanh vào môi trường. CO 2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan không lớn. Khi bão hoà, CO 2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO2 lớn đến mức độ nhất định thì lôi kéo tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề mặt của dung dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO 2 thoát ra ngoài, tế bào nấm men lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên đã làm tế bào nấm men từ trạng thái không chuyển động sang trạng thái chuyển động nghĩa là quá trình trao đổi chất được thực hiện và quá trình lên men tăng nhanh. [1, tr129] 2.3.4.3. Các giai đoạn lên men rượu Tốc độ lên men rượu xác định bằng cách thay đổi hàm lượng đường trong dịch lên men hoặc hàm lượng CO 2 thoát ra trong một đơn vị thời gian hay hàm lượng rượu và lượng nhiệt sinh ra. Dựa vào tốc độ lên men của nấm men chia quá trình lên men thành 3 thời kỳ: lên men đầu, lên men chính và lên men cuối. - Lên men đầu: nấm men làm quen với môi trường lên men và sử dụng đường để tăng - sinh khối là chính. Giai đoạn này đường tiêu hao ít và rượu sinh ra không đáng kể. Lên men chính: nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp - -15- GVHD: KS. Bùi Viết Cường dụng nhiều nhất, sinh nhiều cồn và CO2, Lên men cuối: Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch ít, tế bào nấm men già và suy yếu. [1, tr130-131] 2.3.4.4. Phương pháp lên men Có 3 phương pháp lên men: Lên men gián đoạn, lên men liên tục, lên men bán liên tục. - Lên men gián đoạn: các giai đoạn lên men đều tiến hành trong cùng một thiết bị (thùng lên men). - Lên men cải tiến-bán liên tục: sử dụng thiết bị lên men gián đoạn có đặt thêm thiết bị truyền nhiệt kiểu ống lồng ống. - Lên men liên tục: Các giai đoạn lên men rải đều trong các thiết bị lên men có liên hệ với nhau. Lên men liên tục có ưu điểm hơn so với bán liên tục và gián đoạn: hệ số sử dụng thiết bị cao, hiệu suất lên men ổn định, hiệu suất tổng thu hồi cao, tiêu hao hơi nhiệt ít. Tuy nhiên nó có nhược: dễ bị nhiễm khuẩn hàng loạt, yêu cầu trình độ cao. [1, tr132-134]. Hình 2.5. Đường cong lên men (theo lêbêdep) [5, tr145] 2.3.5. Quá trình chưng cất và tinh chế 2.3.5.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất - tinh chế Ở nhiệt độ bất kỳ, áp suất hơi bão hoà của rượu etylic lớn hơn áp suất hơi bão hòa của nước. Do đó khi cùng một áp suất thì nhiệt độ sôi của rượu etylic thấp hơn nhiệt độ sôi của nước. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -16- GVHD: KS. Bùi Viết Cường y b a oy: Thành phần rượu trong pha hơi. o x ox: Thành phần rượu trong pha lỏng Hình 2.6. Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu nước ở áp suất thường. Ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng, khi chưng cất giấm chín thu được rượu thô gồm có 50 tạp chất khác nhau. Dựa vào tính chất hoá học của tạp chất chia chúng ra làm 4 nhóm: aldehyt, este, rượu bậc cao và axit hữu cơ. Dựa vào tính chất vật lý chia thành 3 nhóm : Tạp chất đầu (aldehyt, axetic, etyl axetat,... ), tạp chất cuối (amylic, izoamylic, izobutylic...), tạp chất trung gian (etylizobutylrat, etylizovalianat...). [1, tr139-140]. 2.3.5.2. Phương pháp chưng cất tinh chế a. Tháp chưng b. Tháp tinh Hình 2.7. Tháp chưng gián đoạn và tháp tinh chế gián đoạn Có 3 phương pháp chưng luyện: chưng luyện gián đoạn, liên tục và bán liên tục. a) Chưng luyện gián đoạn Tháp chưng (hình a): Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Tháp tinh (hình b): SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 1. Thùng chưng 2. Tháp chưng 3. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội Quá trình chưng gián đoạn (hình a): 1. Thùng cất 2. Tháp tinh 3,4. Bình ngưng tụ hồi lưu Giấm chín được bơm vào thùng chưng cất (1) sau đó mở hơi đun cho tới sôi, hơi rượu bay lên theo tháp (2) sẽ được nâng cao nồng độ sau đó vào thiết bị ngưng tụ và làm nguội (3) thu được cồn thô. Chưng gián đoạn có ưu điểm đơn giản, dễ thao tác nhưng thời gian dài, thùng chứa lớn, tốn vật liệu chế tạo, năng suất thấp, tốn hơi, nồng độ cồn không ổn định, tổn thất rượu gấp 3÷4 lần so với chưng liên tục. Quá trình tinh chế gián đoạn (hình b): Cồn thô sau chưng cất sẽ được xử lý bằng NaOH trước khi vào tinh chế gián đoạn. Cồn thô qua xử lý được cho vào thùng cất (1), dùng hơi đun tới 80÷90oC, đóng van hơi để 1÷2 giờ đồng thời mở van nước để ngưng tụ hơi rượu vừa bay lên sau đó mở van hơi gián tiếp đun tới sôi đồng thời mở đủ nước ngưng tụ toàn bộ hơi rượu đi vào bình ngưng tụ hồi lưu (3). Phần khí không ngưng theo bình ngưng tụ làm nguội (4) ra ngoài. Sau 30÷60 phút lấy 3÷5% cồn đầu để riêng rồi lấy tiếp 6÷12% cồn (2a) sau đó điều chỉnh chỉ số hồi lưu để lấy sản phẩm chính rồi đến lấy 6÷12% cồn (2b), cuối cùng lấy rượu fusel 3÷5%. Tinh chế gián đoạn cho sản phẩm chất lượng nhưng hiệu suất thu hồi thấp, tốn hơi và sức lao động do phải cất lại nên hiện nay ít dùng. [5, tr179-181]. b) Chưng luyện bán liên tục Hình 2.8. Sơ đồ chưng luyện bán liên tục Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp 1. Thùng cất thô 2. Thùng ngưng tụ cồn thô 3. Thùng chứa tạm cồn thô 4. Tháp tinh chế -18- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 5. Bình ngưng tụ 6. Bình ngưng tụ 7. Bình ngưng tụ và làm nguội 8. Bình ngưng tụ và làm nguội Giấm chín được bơm vào thùng (1) và được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi lên được ngưng tụ ở (2) rồi đi vào thùng (3) tiếp đó liên tục đi vào tháp tinh chế (4), tại tháp (4) cũng đun bằng hơi trực tiếp, từ đĩa tiếp liệu xuống đáy nồng độ cồn giảm dần rồi ra ngoài, nhiệt độ đáy tháp phải 103÷105oC. hơi rượu bay lên có nồng độ tăng dần ngưng tụ ở (5) rồi hồi lưu lại tháp. Một phần nhỏ chưa ngưng kịp đưa sang ngưng tụ (6) và lấy ra ở dạng cồn đầu. cồn sản phẩm lấy ra ở đỉa thứ 3÷6 từ Hình 2.9. Sơ đồ chưng cất, tinh chế ba tháp - trên xuống qua làm nguội (7) rồi ra ngoài. [5, tr181-183]. c) Chưng luyện liên tục Chưng luyện liên tục có thể thực hiện bằng nhiều cách: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Chưng luyện 2 tháp: Hệ thống gồm 1 tháp cất và 1 tháp tinh làm việc liên tục, cồn thành phẩm được lấy ra dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3÷6 đĩa, hệ thống này tiên tiến hơn so với chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải lấy thêm cồn đầu. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp - -19- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chưng luyện 3 tháp: Hệ thống gồm 3 tháp: tháp thô, tháp aldehyde và tháp tinh chế. Ưu điểm của phương pháp này là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng nhược điểm là tốn hơi. - 1. Thùng chứa giấm 7. Bình làm nguội ruột gà 2. Bình hâm giấm 8. Tháp andehyt 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 Chưng luyện 4 tháp: sơ đồ gồm 3 tháp và tháp làm sạch. Khác nhau giữa 3 tháp và 4 tháp là cồn lấy ra ở dạng lỏng không đưa làm nguội mà đưa vào tháp làm sạch có cấu tạo và chiều cao như tháp aldehyde để tinh chế tiếp nhằm loại bỏ tạp chất đầu và tạp chất cuối, cồn đầu cho quay lại tháp aldehyde, cồn cuối ở đáy tháp làm sạch đi vào trên đĩa tiếp liệu của tháp tinh. [5, tr184-189]. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn dây chuyền công nghệ Sắn lát khô Làm sạch Nghiền Nước Nấu sơ bộ Enzym Termamyl Phun dịch hóa Hơi thứ Nấu chín Hơi Tách hơi Làm nguội Enzym amylaza H2SO4, Na2SiF6 Hơi Đường hóa Nhân giống cấp 1 Làm nguội Nhân giống cấp 2 Lên men Nấm men giống Chưng cất Cồn đầu Hơi Tinh luyện Dầu fusel Cồn 96%V Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -21- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Nguyên liệu ra 3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.2.1. Làm sạch 3.2.1.1. Mục đích Quá trình làm sạch nhằm tách các tạp chất bụi bẩn, đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên liệu, nhằm tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 3.2.1.2. Tiến hành Nguyên liệu sắn lát vào sẽ được đi qua nam châm để tách kim loại rồi vào sàng rung để loại bỏ tạp chất. Nam châm Hình 3.1. Sàng rung Nguyên liệu sắn đưa vào máy làm sạch được tách kim loại bằng nam châm rồi vào lưới sàng. Tại đây, với 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 (1) và xuống lưới sàng (2). Do lưới sàng (2) có kích thước nhỏ hơn nguyên liệu nên tại đây nguyên liệu đạt yêu cầu được giữ lại, tạp chất bé sẽ lọt qua lưới sàng (2) và xuống ngăn cuối, được đưa ra ngoài. Bụi lơ lững được quạt hút ra ngoài qua đường ống. Nguyên liệu đạt yêu cầu được đưa đi nghiền. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -22- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 3.2.2. Nghiền nguyên liệu - Mục đích: Phá vỡ cấu trúc thực vật của sắn, tạo điều kiện giải phóng hạt tinh bột khỏi các mô, để khi đưa vào nấu ở áp suất và nhiệt độ phù hợp biến tinh bột thành dạng hòa tan. - Sử dụng máy nghiền búa: - Tiến hành: Sắn lát khô được đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu đi vào đĩa kim loại. Trên đĩa kim loại có gắn các búa đập. Nguyên liệu đi vào sẽ được các búa này đập nhỏ. Các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy ra ngoài, phần chưa lọt qua rây tiếp tục Hình 3.2. Sơ đồ máy nghiền búa được nghiền nhỏ. [2, tr34] 3.2.3. Nấu nguyên liệu 3.2.3.1. Mục đích Tinh bột nằm trong màng tế bào, khi nghiền chỉ một phần màng tế bào bị phá vỡ làm hạn chế tiếp xúc với enzyme amylaza, vì vậy mục đích của nấu nhằm: - Phá vỡ màng tế bào tinh bột, tạo điều kiện cho tinh bột hình thành trạng thái hòa tan trong dung dịch. - Hơn nữa nấu nguyên liệu là một quá trình rất quan trọng trong sản xuất cồn, sản phẩm tốt hay xấu phụ thuộc nhiều vào kết quả nấu. 3.2.3.2. Tiến hành Nấu nguyên liệu theo phương pháp 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÷85oC 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 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: KS. Bùi Viết Cường đạt 94÷96oC. 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 oC trong khoảng thời gian từ 25÷30 phút. Hình 3.2. Sơ đồ nấu liên tục Chú thích: 1. Thùng hòa bột 5. Thiết bị phun dịch hóa 2. Bơm 6. Nồi nấu chín 3. Nồi nấu sơ bộ 7. Điều chỉnh mức khối nấu 4. Bơm 8. Thiết bị tách hơi 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. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -24- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 Hình 3.3. Thiết bị phun dịch hóa mạch tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo được mịn hơn. Qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96oC. Chú thích: a. Nồi nấu chín3. b. Dịch vào 4. c. Thông khí 5. d. Dịch ra 6. e. Xả đáy 7. 1. Thân bồn 8. 2. Vách ngăn Tấm đáy bồn Tấm bệ đáy bồn Chân bể Tấm nắp bồn Tấm ga chân để Tấm bản mã Đối với nồi nấu chín, dịch hòa trộn từ nồi nấu sơ Hình 3.4. Nồi nấu chín bộ sau khi qua thiết bị phun dịch hóa được đi vào nồi nấu chín tại cửa (b). Nhiệt độ dịch cháo lúc này được nâng lên 100÷105 oC. 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. [5, tr49-51] 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 oC xuống nhiệt độ 58÷60oC tạo điều kiện cho quá trình đường hóa xảy ra dễ dàng. Và hạ nhiệt độ của dịch đường sau đường hóa từ 60oC xuống 30oC để tạo thuận tiện cho quá trình lên men. 3.2.4.2. Tiến hành Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -25- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 đạt yêu cầu là từ 58÷60oC và đưa dịch đường sau đường hóa xuống nhiệt độ 30oC. [5, tr79] Chú thích: 1. Cửa sản phẩm vào 2. Cửa sản phẩm ra 3. Ống truyền nhiệt 3.2.5. Đường hóa 3.2.5.1. 4. Cửa hơi vào 5. Khoảng không 6. Xả nước ngưng Hình 3.6. Làm nguội ống lồng ống Mục đích Chuyển hóa tinh bột thành đường dễ lên men. Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi cồn. 3.2.5.2. Tiến hành Đường hóa dịch cháo nấu tiến hành theo phương pháp liên tục. Sử dụng phương pháp đường hóa liên tục theo phương pháp làm lạnh thông thường qua các thiết bị trao đổi nhiệt. Dịch cháo từ thiết bị làm nguội được đưa vào thiết bị đường hóa ở nhiệt độ 58÷60oC 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. [4, tr95-100] Chú thích: a. Dịch vào b. Cấp enzym c. Cấp acid d. Cấp hơi e. Dịch ra 1. Tấm đáy bồn 2. Chân đế 3. Giá chân đế 4. Tấm lót chân đế 5. Thân bồn 6. Cầu thang vệ sinh 3.2.6. Lên men 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 15. Cánh khuấy 16. Khớp nối trục với gối đỡ 17. Gối đỡ trục cánh khuấy Hình 3.7. Thiết bị Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày đường hóa SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp 3.2.6.1. -26- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Mục đích Quá trình lên men rượu nhằm chuyển hóa đường trong dịch đường lên men thành rượu, CO2 cùng một số chất khác nhờ hoạt động của nấm men. 3.2.6.2. Tiến hành Thực hiện lên men liên tục: - Chuẩn bị nấm men giống ở hai thùng lên men cấp 1 (thùng A và B). - Khi đạt yêu cầu tháo giống ở thùng A xuống thùng cấp 2 sau đó vệ sinh thùng A. - Tiếp tục lên men thùng A bằng cách lấy 25÷30% men giống ở thùng B trộn tiếp với dịch đường. - Lượng men còn lại ở thùng B cho xuống thùng lên men cấp 2 sau đó vệ sinh thùng B. - Tiếp tục lên men thùng B bằng cách lấy 25÷30% men giống ở thùng A trộn tiếp với dịch đường. - Lượng men còn lại từ thùng A cho xuống thùng cấp 2. - Lặp lại quy trình. - Tại thùng lên men cấp 2 cho đầy dịch đường, acid hóa để lên men được 5÷6%. - Sau đó tháo xuống thùng lên men chính. - Tại thùng lên men chính thứ nhất, khi nào trào đầy sẽ được tràn sang thùng thứ 2. - Số lượng tế bào ở thùng lên men chính được khống chế nằm trong khoảng 100-120 triệu/ml. - Thùng lên men 1 được giữ ở T = 25÷27oC, thùng 2 và 3 T = 27÷30oC. Quy trình này kết thúc sau 60÷64 giờ. [5, tr152-153] Hình 3.8 Sơ đồ lên men liên tục Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -27- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 3.2.7. Chưng cất và tinh chế 3.2.7.1. Mục đích Chưng cất: nhằm tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn thô và bã rượu. Tinh chế: nhằm tách tạp chất ra khỏi cồn thô để nâng cao nồng độ cồn và cuối cùng nhận được cồn tinh chế. 3.2.7.2. Tiến hành Sử dụng hệ thống chưng cất, tinh chế hai tháp gồm một tháp thô và một tháp tinh: Giấm chín được bơm lên thùng cao vị (1) sau đó đi vào bình hâm giấm (2), thiết bị này được gia nhiệt bằng hơi cồn thô đến nhiệt độ 70÷80 oC rồi đưa qua bình tách CO2 và khí không ngưng (3) rồi vào đĩa tiếp liệu của tháp thô (4). Hơi cồn bay lên ngưng tụ ở (2), phần chưa ngưng tiếp tục sang ngưng ở (6) và (7). Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi đi từ dưới lên, giấm chín chảy từ trên xuống, toàn bộ hơi ngưng ở (2), (6), (7) đi vào tháp tinh (8) ở đĩa thứ 16÷18 tính từ dưới lên, còn giấm khi chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Hình 3.9. Sơ đồ chưng cất liên tục 2 tháp Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -28- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 1- Thùng cao vị chứa giấm chín 7- Bình làm nguội 2- Bình hâm giấm 8- Tháp tinh 3- Bình tách CO2 9- Bình ngưng tụ hồi lưu 4- Tháp thô 10-Bình làm nguội cồn sản phẩm 5- Bình chống phụt giấm 11-Bình ngưng và làm lạnh dầu fusel 6. Bình ngưng tụ 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 lạnh (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 lạnh (10) được cồn tinh chế. Dầu fusel được lấy ra ở dạng hơi từ đĩa 6÷11 tính từ dưới lên được làm lạnh, phân ly được dầu fusel thành phẩm. Nhiệt độ đáy của hai tháp luôn bảo đảm 103÷105oC; nhiệt độ đỉnh tháp thô phụ thuộc vào nồng độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93÷97oC; nhiệt độ đỉnh tháp tinh vào khoảng 78,3÷78,5 oC; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khống chế ở 82÷83oC. [5, tr182-185] . Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -29- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Kế hoạch sản xuất Bảng 4.1. Kế hoạch sản xuất Tháng Nguyên liệu 1 x 2 x 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x 8 x 9 x 10 x 11 x 12 0 Nhà máy làm việc 12 tháng trong năm, tháng 12 ngừng hoạt động để vệ sinh, sửa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác nhằm làm cho quá trình sản xuất được hiệu quả hơn. Trong năm nghỉ các ngày lễ lớn (1/1, 4 ngày tết âm lịch, 10/3 âm lịch, 30/4, 1/5, 2/9). Nhà máy làm việc ngày 3 ca. Bảng 4.2. Biều đồ sản xuất Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ngày sản xuất 28 26 31 29 Ca sản xuất 78 84 93 90 Tổng số ngày sản xuất: 327 ngày 30 93 30 90 31 93 31 93 30 90 31 93 30 90 0 0 Tổng số ca sản xuất: 981 ca 4.2. Tính cân bằng sản phẩm 4.2.1. Các thông số ban đầu − Năng suất : 135 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: 97% − Hiệu suất lên men : 98% − Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97% − Hiệu suất thu hồi : ƞ= ƞdh x ƞlm x ƞcc = 0.97 x 0.98 x 0.97 =92.20% Hao hụt và tổn thất của nguyên liệu qua từng công đoạn: Bảng 4.3. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT 1 Công đoạn Làm sạch Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Hao hụt và tổn thất (%) 1 SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -30- 2 3 4 Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa 5 Nấu chín GVHD: KS. Bùi Viết Cường 0,5 1 0,5 1 6 Tách hơi 0,5 7 Làm nguội 1 8 Đường hóa 2 9 Làm nguội 0,5 10 Nhân giống cấp 1 1 11 Nhân giống cấp 2 1 12 Lên men 2 13 Chưng cất 1 14 Tinh chế 1 15 Tổn hao khác 3 Bảng 4.4. Độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Độ ẩm Chất khô phi tinh bột Tinh bột 14% 73% Sắn 13% 4.2.2. Tính toán cân bằng vật chất 4.2.2.1. Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch trong một ngày: M (kg) Lượng nguyên liệu thu được sau khi làm sạch : m1 = M × (100 − 1) = 0,99 × M 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: mTB1 = m1 × 73 0,99 × M × 73 = = 0,723 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: mCK 1 = m1 × 87 0,99 × M × 87 = = 0,861 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: mH 2O (1) = m1 × 13 0,99 × M × 13 = = 0,129 × M 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày (kg) SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -31- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 4.2.2.2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 0,5) 0,99 × M × 99,5 = = 0,985 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mTB 2 = m2 × 73 0,985 × M × 73 = = 0,719 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mCK 2 = m2 × 87 0,985 × M × 87 = = 0,857 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: m H 2O ( 2 ) = m2 × 13 0,97 = 85 × M × 13 = = 0,128 × M 100 100 (kg) 4.2.2.3. Công đoạn nấu sơ bộ Gọi X là lượng nước cần bổ sung và lượng hơi ngưng tụ tại công đoạn nấu sơ bộ để sau 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 0,719 × M = = 7,19 × 10 −4 × M 1000 1000 (kg) Trong quá trình nấu sơ bộ bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa: mE ( 3) = 30 30 × mE = × 7,19 × 10 −4 × M = 2,157 × M × 10 −4 100 100 (kg) Do lượng enzyme bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn nhiều 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: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -32- m3 = (m2 + X ) × GVHD: KS. Bùi Viết Cường (100 − 1) 99 = (0,985 × M + X ) × 100 100 = 0,975 × M + 0,99 × X (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mTB 3 = mTB 2 × (100 − 1) 0,719 × M × 99 = = 0,712 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mCK 3 = mCK 2 × (100 − 1) 0,857 × M × 99 = = 0,848 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ: mH 2 O (3) = (mH 2 O ( 2) + X ) × (100 − 1) 99 = (0,128 × M + X ) × 100 100 = 0,127 × M + 0,99 × X (kg) 4.2.2.4. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: m4 = m3 × (100 − 0,5) 99,5 = (0,975 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,970 × M + 0,985 × X (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK 4 = mCK 3 × (100 − 0,5) 0,848 × M × 99,5 = = 0,844 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mTB 4 = mTB 3 × (100 − 0,5) 0,712 × M × 99,5 = = 0,708 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -33- m H 2 O ( 4 ) = m H 2O ( 3 ) × GVHD: KS. Bùi Viết Cường (100 − 0,5) 99,5 = (0,127 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,126 × M + 0,985 × X (kg) 4.2.2.5. Công đoạn nấu chín Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi và lượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào. Vậy khối lượng hơi ngưng tụ sau khi nấu : mH 2 O ( N ) = 50 100 ×2×m2 = 0,985×M (kg) Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = (m4 + mH 2O ( N ) ) × (100 − 1) 99 = (0,97 × M + 0,985 × X + 0,985 × M ) × 100 100 = 1,915 × M + 0,975 × X = 1,936 × M + 0,975 × X (kg) (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mTB 5 = mTB 4 × (100 − 1) 0,708 × M × 99 = = 0,701× M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mCK 5 = mCK 4 × (100 − 1) 0,844 × M × 99 = = 0,836 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mH 2O (5) = (mH 2O ( 4) + mH 2O ( N ) ) × (100 − 1) 100 = (0,126 × M + 0,985 × X + 0,985 × M ) × Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày 99 100 SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -34- = 1,100 × M + 0,975 × X GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg) Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên: mct mCK 5 18 0,836 × M = ⇔ = mdd mCK 5 + mH 2O (5) 100 0,836 × M + 1,100 × M + 0,975 × X C 00 = ⇒ X = 2,777 × M (kg). Vậy khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5) = 1,100 × M + 0,975 × X = 1,100 × M + 0,975 × 2,748× M (kg) = 3,807 × M Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = 1,936 × M + 0,975 × 2,777 × M = 4,936 × M (kg) 4.2.2.6. Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu đã nghiền trong dịch cháo. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chính là lượng hơi chưa hoặc không ngưng tụ trong quá trình nấu chín (chiếm 50% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín) mH = 50 100 ×2× mCK 4 × 100 87 ×M = 0,970×M (kg) Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: m6 = m5 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,643 × M × = 4,620 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB 6 = mTB 5 × (100 − 0,5) 0,701× M × 99,5 = = 0,698 × M 100 100 (kg) Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp mCK 6 = -35- GVHD: KS. Bùi Viết Cường mCK 5 × (100 − 0,5) 0,836 × M × 99,5 = = 0,832 × M 100 100 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: m H 2O ( 6 ) = m H 2O ( 5 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,807 × M × = 3,788 × M 100 100 (kg) 4.2.2.7. Công đoạn làm nguội sau tách hơi Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m7 = m6 × (100 − 1) 99 = 4,620 × M × = 4,574 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: mTB 7 = mTB 6 × (100 − 1) 0,698 × M × 99 = = 0,691× M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 1) 0,832 × M × 99 = = 0,823 × M 100 100 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 1) 99 = 3,788 × M × = 3,750 × M 100 100 (kg) 4.2.2.8. Công đoạn đường hóa Trong quá trình đường hóa bổ sung một lượng enzyme bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. mE (8) = 70 70 × mE = × 7,12 × 10 − 4 × M = 4,984 × M × 10 − 4 100 100 (kg) Bổ sung lượng Na2SiF6 bằng 0,25% so với khối lượng dịch cháo trước khi đem đường hóa: mNa 2 SiF6 = 0,25 × m7 100 = 0,25 × 4,552 × M = 0.011 × M 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày (kg) SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -36- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Theo lý thuyết thì cứ 100 kg tinh bột thu được được 72 lít cồn 100%V. Lượng axit H2SO4 30oBe cần bổ sung trong quá trình đường hóa (sử dụng cho 100 lít cồn 100%V) là 1,5÷2 kg. Nên cứ 100kg tinh bột cần bổ sung 1,08kg H2SO4 30oBe. Vậy lượng axit H2SO4 30oBe bổ sung cho quá trình nấu chín là: mH 2 SO4 = Gọi Y mTB 7 × 1,08 0,691× M × 1,08 = = 7,46 × M × 10 −3 100 100 (kg) là lượng nước trong quá trình đường hóa cần bổ sung. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: m8 = (m7 + m Na2SiF6 + mH 2SO4 + Y ) × (100 − 2) 100 = (4,574 × M + 0.011 × M + 7.46 × M × 10 −3 + Y ) × = 4,501 × M + 0,98 × Y 98 100 (kg) (Do lượng enzyme rất nhỏ so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua). PTHH: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 162n 18n 180n Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: (m × 18n) 97  (100 − 2 ) 0,898 × M × 98  mCK 8 =  mCK 7 + TB 7 × = = 0,88 × M × 162n 100  100 100  (kg) Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 97% nên dựa vào phương trình (1) có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: mĐuong = mTB 7 × 180 × 97 0,691× M × 180 × 97 = = 0,744 × M 162 × 100 162 × 100 (kg) Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -37- mĐuong(8 ) = mĐuong × (100 − 2) 100 = GVHD: KS. Bùi Viết Cường 0,744 × M × 98 = 0,73 × M 100 (kg) Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là: m H 2O (8 ) = ( m H 2O ( 7 ) − = (3,75 × M − mTB ( 7 ) × 18n 162n × 98 (100 − 2) +Y)× 100 100 0,691 × M × 18n 98 (100 − 2) × +Y)× 162n 100 100 = 3,676 × X + 0,98 × Y (kg) 4.2.2.9. Công đoạn làm nguội sau đường hóa Khối lượng dịch đường sau làm nguội là: m9 = m8 × (100 − 0,5) 99,5 = (4,501 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 = 4,478 × M + 0,975 × Y (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm nguội là: mCK 9 = mCK 8 × (100 − 0,5) 0,876 × M × 99,5 = = 0,875 × M 100 100 (kg) Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm nguội: mĐuong( 9 ) = mĐuong(8) × (100 − 0,5) 100 = 0,73 × M × 99,5 = 0,726 × M 100 (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: mH 2 O ( 9 ) = mH 2 O (8) × (100 − 0,5) 99,5 = (3,676 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 = 3,658 × M + 0,975 × Y (kg) Nồng độ chất khô của dịch đường đem nhân giống là 16% nên có: C 00 = mct mCK 9 0,875 × M 16 = mdd mCK 9 + m H 2O (9 ) ⇔ 0,875 × M + 3,658 × M + 0,975 × Y = 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -38- => Y = 0,962 × M GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: mH 2O ( 9 ) = 3,658 × M + 0,975 × Y = 3,658 × M + 0,975 × 0,962 × M = 4,596 × M (kg) Khối lượng của dịch đường sau làm nguội: m9 = 4,478× M + 0,975 × 0,962 × M = 5,416 × M (kg) 4.2.2.10. Công đoạn lên men Xem chất khô không đường có khối lượng nhỏ hơn rất nhiều so với đường có trong dịch đường sau đường hóa. Nồng độ chất khô của dịch đường đem nhân giống là 16%, vậy thể tích dịch đường: ρdịchđường= 1,0626 ( kg/lít) [6, 64] m9 Vdịchđường= ρĐ = 5,417 × M = 5,097 × M 1,0626 (lít) Dịch đường sau khi ra khỏi thiết bị làm nguội 10% đem nhân giống nấm men, 90% còn lại đưa vào thùng lên men. Quá trình nhân giống gồm nhân giống cấp 1 và nhân giống cấp 2. Thể tích dịch nấm men sau nhân giống cấp 1: = 0,505 (lit) Thể tích dịch nấm men sau nhân giống cấp 2: = 0,5 (lit) Thể tích của dịch trước lên men: Sau khi nhân giống xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường nên nồng độ đường còn lại là: 16 C%= 100 × 90 = 14,4% ρđương 14,4% = 1,056 ( kg/lít) [7,tr64] Xem dịch trước lên men là dung dịch đường có hàm lượng chất khô không Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -39- GVHD: KS. Bùi Viết Cường đường thấp nên khối lượng của dịch trước lên men là: = Dựa vào phương trình lên men (2): C 6 H 12 O6 → 2 180 C2 H 5OH + 2 92 CO2 (2) 88 Cứ 180 kg đường glucose tạo thành 92 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ 0,733 ×M kg đường với hiệu suất lên men là 98% là: mcồn khan = × = 0,327×M (kg) Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: mcồn khan = 0,327 ×M× = 0,321 Thể tích cồn khan thu được sau lên men với Vcồn khan = = 0,406 ×M (kg) ρ conkhan = 0,789( kg/lít) ×M (lit) Dựa vào phương trình lên men suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: = = = 0,307 ×M (kg) Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: mgiấm = mdịch × - = 5,372 ×M × - 0,307 ×M Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -40- = 4,958 GVHD: KS. Bùi Viết Cường ×M (kg) Độ rượu trong giấm : %cồn= = = 6,469% khối lượng Suy ra phần trăm thể tích cồn trong giấm chín là: 8,091%V [4,tr391] Thể tích giấm chín: %cồn= 4.2.2.11. Công đoạn chưng cất Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 6,469% khối lượng = 8,091%V. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 94,199oC [4,tr191] Trước khi vào tháp, giấm được hâm nóng đến 70 oC ở thiết bị hâm giấm. Sau đó đưa vào tháp thô để nâng nhiệt độ đến t = 94,199oC. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 70 oC đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg Q = 100 × C D × ρ D × (t S − t D ) giấm: Trong đó: 100: Khối lượng giấm vào tháp. × CD = 1,019 – 0,0095 B: Nhiệt dung riêng của giấm. (Kcal/kg.độ) B = 6,469 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%). × Suy ra : CD = 1,019 - 0,0095 6,469% = 1,018 (kcal/kg.độ) Nên : Q = 100 × × (1,018-0,0095 6,469/100) × (94,199-70) = 2464,391 (Kcal) Theo bảng [4,tr 391] nồng độ rượu tại đĩa tiếp liệu x = 6,469 % khối lượng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -41- GVHD: KS. Bùi Viết Cường bằng 2,631 % mol, nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là t s = 94,199oC. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 42,741 % khối lượng bằng 22,627 % mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg giấm là: G= = 15,136 (kg) Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = Gxβ = 15,136 x1,05 = 15,893 (kg) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa). Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y= = 100 = 40,706 (% khối lượng). Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + GT 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 + 15,893  P + 84,107 = R. Bảng 4.5 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín Và o Ra Thành phần Khối lượng nhiệt (kg) Giấm chín Hơi nước Hơi nước - rượu Bã Nhiệt làm mát 100 P 15,893 84,107 +P Nhiệt lượng riêng (KJ/kg) 279 2680 2010 420 Tính toán nhiệt (KJ) 100×279=27900 2680P 15,893×2010=31944,06 9 (84,107 +P) ×420 840 Phương trình cân bằng nhiệt: 27900 + 2680P = 31944,069 + (84,107 + P) 420+840 ⇒ P =17,792 (Kg) ⇒ R = 101,899 (Kg). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -42- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Có 100 kg giấm chín cần 17,792 kg hơi và bã thu được là 101,899 (kg) × Hơi đốt cần cung cấp cho 4,958 M (kg) giấm chín là : mhơi = = 0,882 M(kg) × Lượng bã từ 4,958 M kg giấm chín: mbã = = 5,052 M (kg) × Hơi trong tháp ứng với 4,958 M kg giấm: G= = 0,752 M (kg) Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: GT = G β = 0,752 M 1,05 = 0,790 M(kg) Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi tháp thô được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. × Nên lượng rượu thô là 0,790 M (kg). Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: × mrượu thô = = 0,782 M (kg) 4.2.2.12. Tinh chế Nếu xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì có: Với: x : Nồng độ cồn trong giấm chín. x V D × x = C × xC = 8,091 %V × VD: Lượng giấm chín. VD = 5,024 M (lit) x : Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x = 96%V. Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp C= -43- = 0,423 × GVHD: KS. Bùi Viết Cường M (lit) Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: V= × × C =0,423 M = 0,415 M (lit) Lượng cồn bị tổn thất trong quá trình tinh chế là: VTT(1) = = =0,008 (lit) Tương đương với cồn 96% VTT = = 0,009 (lit) Nên lượng cồn 96% thu được là: VC(12)= 0,415– 0,009 = 0,406 (lit) Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh bằng 5% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín : VCĐ = = 0,012 (lit) Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín : Vfuzel = = 0,012 (lit) 4.2.2.13. Cồn sản phẩm thu được Tiêu hao do vận chuyển nguyên liệu, bán sản phẩm và sản phẩm là 3% do đó: V = 0,406 x M x 0,97 = 0,394 x M Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -44- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Với M = 135000 kg, thay M vào giá trị bán thành phẩm ở các công đoạn có được kết quả sau: Bảng 4.6 Bảng tổng kết cân bằng vật chất 1 2 3 Nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm Nguyên liệu Nguyên liệu sau làm sạch Nguyên liệu sau nghiền 4 Hỗn hợp sau nấu sơ bộ 5 Hỗn hợp sau phun dịch hóa 6 Hỗn hợp sau nấu chín 7 Dịch cháo sau tách hơi 8 Dịch cháo sau làm nguội 9 Dịch đường sau đường hóa 10 Dịch đường sau làm nguội 11 Giấm chín sau lên men 12 13 14 Cồn thô sau chưng cất Cồn 96o sau tinh chế Sản phẩm cồn thu được STT 1 ngày 135000 (kg) 133650,000 (kg) 132975,000 (kg) 502771,050 (kg) 500221,575 (kg) 626882,625 (kg) 623700,000 (kg) 617490,000 (kg) 734919,290 (kg) 731181,981 (kg) 667035,000 (kg) 105533,665 (kg) 54851,622 (lít) 53206,073 (lít) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày 1 ca 5625 (kg) 5568,750 (kg) 5540,625 (kg) 20948,794 (kg) 20842,566 (kg) 26120,109 (kg) 25987,500 (kg) 25728,750 (kg) 30621,637 (kg) 30465,916 (kg) 27793,125 (kg) 4397,236 (kg) 2285,484 (lít) 2216,920 (lít) 1 giờ 45000 (kg) 44550,000 (kg) 44325,000 (kg) 167590,350 (kg) 166740,525 (kg) 208960,875 (kg) 207900,000 (kg) 205830,000 (kg) 244973,097 (kg) 243727,327 (kg) 222345,000 (kg) 35177,888 (kg) 18283,874 (lít) 17735,358 (lít) SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -45- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 5 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Các thiết bị sản xuất chính 5.1.1. Sàng làm sạch Theo bảng 4.6 lượng sắn cần làm sạch trong một giờ là: N1 = 5625 kg/h = 5,625 tấn/h Chọn sàng rung model DZ198 của hãng sản xuất Hoàng Liệt với các đặc tính kỹ thuật sau: [16] - Năng suất: N = 10 tấn/h - Kích thước máy (d×r×c) : 1860×1760×997 (mm) - Số lượng máy : n = = = 0,5625  chọn 1 máy. 5.1.2. Máy nghiền búa Hình 5.1. Sàng rung Theo bảng 4.6 lượng sắn đem đi nghiền trong một giờ là: N2 = 5568,75 kg/h = 5,569 tấn/h Chọn máy nghiền búa modell PC400x300 do công ty CP thiết bị Thanh Bình sản xuất với các đặc tính kĩ thuật: [17] - - Năng suất: N = 10 tấn/h. Kích thước (d×r×c): 900×670×860 (mm). Số lượng máy: n = = = 0,5569 chọn 1 máy 5.1.3. Bunke chứa bột sắn sau khi nghiền Thể tích của bunke: VB = VT + VN = m ρ ×ϕ Hình 5.2. máy nghiền búa Trong đó: V: là thể tích bunke, m3 VT: là thể tích phần hình trụ, m3 h2 D VN: là thể tích phần hình nón, m3 h1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày 60 SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích h Lớp:12H2LT d Hình 5.3. Bunke chứa bột sắn Đồ án tốt nghiệp -46- GVHD: KS. Bùi Viết Cường m: là khối lượng nguyên liệu cần xử lý, kg ρ : là khối lượng riêng của nguyên liệu, kg/m3 : Hệ số chứa đầy Thể tích hình nón là : Vnón= = Vnón = => 1 × π × tgα × ( D 3 − d 3 ) 24 Với: h1 = D−d × tg α 2 − Thể tích hình trụ là: VT = − Chọn đường kính ống tháo liệu: d= 0,15(m) − Chiều cao cửa tháo liệu: h=0,15(m) − Chiều cao phần trụ: h2 = 1,5D [4, tr272] D= 3 VB + 0,00076 1, 404 Vậy VBunke= Vnón + VT =1,404D3 – 0,00076 Theo bảng 4.6 lượng bột sắn dùng trong 1 ca là (1) N3 = 44325 (kg) Khối lượng riêng của bột sắn là 357 (kg/m3) [9] Chọn 1 bunke chứa sắn sau khi nghiền. Thể tích bunke chứa bột sắn để nấu trong 1 ca là: N3 44325 = ρ × 0,85 357 × 0,85 VB = Từ (1) = 146,07 (m3) (m) Chiều cao phần đáy nón cụt: h1 = D−d × tg α 2 = D−d 4,703 − 0,15 × tg 60 o = × 3 = 3,986 ( m) 2 2 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -47- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao thân trụ: h2 =1,54,703 = 7,055 (m) Chiều cao của bunke là: H = h1+ h2 + h = 3,986 + 7,055 + 0,15 = 11,191 (m) Vậy chọn 1 bunke chứa sắn sau khi nghiền có kích thước như sau: D (m) 4,703 d(m) α (o) h1(m) h2(m) h(m) 0,15 60 3,986 7,055 0,15 H (m) SL(cái 11,19 1 ) 1 5.1.4. Cân định lượng Theo bảng 4.6 lượng sắn cần cân đem nấu trong 1 giờ là: N4 = 5540,625 kg/h = 5,541 tấn/h. Chọn cân tự động model AW240 của công ty Lamico với các đặc tính kỹ thuật : [18] - Trọng lượng cân tối đa: N = 14 (tấn/h). - Kích thước (d×r×c): 1500×1200×2010 (mm) - Số lượng thiết bị : n= = = 0,396  chọn 1 cân. Hình 5.4. Cân định lượng 5.1.5. Thùng hòa trộn Theo bảng 4.6 lượng sắn vào thùng hòa trộn trong 1 giờ là: N5 = 5540,625 kg/h Xem lượng hơi thứ đưa vào nồi nấu sơ bộ ngưng tụ hoàn toàn. Thể tích sắn chiếm chỗ trong thùng hòa trộn là: 3 V1 = = = 15,520 (m ) Khối lượng riêng của nước ở 45oC, áp suất p= 1atm là: ρ = 989,75(kg/m3) [7,tr9] Khối lượng nước cần đưa vào hòa trộn trong 1 giờ: mnước = = = 10080 kg/h Thể tích nước hòa trộn trong 1 giờ: Vnước = = = 10,184 (m3/h) Thể tích nguyên liệu: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -48- GVHD: KS. Bùi Viết Cường VNL = V1 + Vnước = 15,520 + 10,184 = 25,704 (m3/h) Chọn 1 thiết bị hòa trộn, với hệ số chứa đầy  = 0,85 [3,tr183] Thời gian hòa trộn là ½ giờ, Thể tích thùng hòa trộn: VN = = 15,120 (m3) Tính kích thước thùng hòa trộn. VN = Vtrụ + Vnón = h1 (2) Trong đó: Chiều cao phần nón: h2 = D-d × tgα 2 Hình 5.5. Thùng hòa trộn với α=45o Chọn: h1 = 1,5D là chiều cao phần trụ, với D: Đường kính thùng. Thay vào (2): tính được D theo công thức sau: D = = = 2,261 (m) Chiều cao phần trụ: h1 = 1,5×D = 1,5 × 2,261= 3,392 (m) Chiều cao phần nón: h2 = = 1,081 (m) Vậy tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = h1 + h2 = 3,392 + 1,081 = 4,554 (m) Vậy chọn thùng hòa trộn có các thông số sau: D α (o) (m) 2,261 45 5.1.6. Nồi nấu sơ bộ h1(m) h2(m) 3,392 1,081 Hnồi(m) 4,472 SL(cái ) 1 Theo bảng 4.6. lượng bột sắn đưa vào nấu trong 1 giờ là: N5 = 5540,625 kg/h Thể tích sắn chiếm chỗ: Vbs(5) = = = 15,519 (m3/h) Thể tích nước: + Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 85oC, áp suất p = 1atm là: ρH 2 O = 968,5 (kg/m3) [7, tr9] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -49- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + Khối lượng nước dùng hòa trộn cùng với lượng nước ngưng cho 1 giờ: N H 2 O (5) = = =14900,313(kg/h) → Vnước = = = 15,104 (m3/h) Thể tích nguyên liệu: V = Vbs(5)+ Vnước = 15,519 + 15,104 = 30,624 (m3/h) Chọn 1 nồi nấu sơ bộ, hệ số chứa đầy: = 0,85, nấu Hình 5.6. Nồi nấu sơ bộ trong 15 phút. [4,tr81] Vậy thể tích của nồi: VN = = = 9,007 (m3) Tính kích thước nồi: VNồi = Vtrụ + Vnón = Trong đó: Chiều cao phần nón: h3 = D-d × tgα 2 ; α = 45o nên Chọn: h2 = 1,5D: Chiều cao phần trụ. D: Đường kính thùng. d = 0,1: Đường kính ống dịch ra ở đáy. Thay vào (3) tính được D theo công thức sau: D=3 VN + 0,00013 9,007 + 0,00013 =3 = 1,902 1,308 1,308 (m) Vậy: h2 = 1,5×D = 1,5×1,902= 2,854 (m) h3 = = = 0,901 (m) Chọn: h1 = 0,6 m: Chiều cao của nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h4 = 0,15 m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = h1 + h2 + h3 + h4 = 0,6 +2,854 + 0,901 + 0,15 = 4,505 (m) Tốc độ cánh khuấy trong thời gian nấu sơ bộ là: 45 - 50 vòng/phút. Vậy chọn 1 nồi nấu sơ bộ với các thông số sau. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp D -50- d(m) α (o) (m) 2,397 0,1 45 5.1.7. Thiết bị phun dịch hóa h1(m) 0,6 GVHD: KS. Bùi Viết Cường h2(m) h3(m) 2,854 0,901 h4 (m) 0,15 Hnồi(m) SL(cái 4,505 ) 1 Dựa vào bảng 4.7 nguyên liệu bơm phun dịch hóa một giờ: N7 = 20949 (kg/h). Chọn thiết bị phun dịch hóa model Q-jet DSI do Mỹ sản xuất với các đặc tính kỹ thuật: [19] - Chiều cao: 1520 (mm). - Đường kính: 560 (mm). - Áp suất: >5 (kg/cm2) Số lượng: 1 thiết bị. Hình 5.7. Thiết bi phun dịch hóa 5.1.8. Thiết bị nồi nấu chín Lượng bột sắn đưa vào nấu trong 1 giờ là: Nbs(8) = = = 5403,489 (kg/h) Thể tích bột sắn chiếm chỗ: Vbs(8) = = = 15,136 (m3/h) Thể tích nước: + Khối lượng riêng của nước ở nhiệt độ 105oC, áp suất p = 1atm là: ρ = 961,75 (kg/m3) [7, tr 9] + Khối lượng nước dùng hòa trộn cùng với lượng nước ngưng cho 1 mẻ (8) = () = ()= 26376,671 (kg/h) → Vnước(8) = = = 27,426 (m3/h) Thể tích nguyên liệu: Vnl = VS(8) + Vnước(8) = 15,136+ 27,426 = 42,553(m3/h) Quá trình nấu chín được thực hiện trong 30 phút. Chọn 2 nồi nấu chín Trong quá trình nấu chín, nguyên liệu chứa 2/3 nồi còn 1/3 nồi chứa hơi. Chọn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -51- GVHD: KS. Bùi Viết Cường hệ số chứa đầy =0,85 [5, tr49] Vậy thể tích của nồi: VN = = 37,546 (m3) Kích thước của một nồi nấu. VN = Vtrụ + 2 Vnắp = Với: Vtrụ = π D2 × h1 4  2 3D 2  π π D2 × h × .h1 3 2  h2 + 4    4 + ; Vnắp = = 4,061D3  π 3D 2  × h2 ×  h22 +  6 4   Chọn: h1 = 5D: Chiều cao phần thân trụ. Hình 5.8. Thiết bị nồi nấu chín h2 = D/6: Chiều cao nắp và đáy hình elip. D= => 3 VN = 4, 061 = 2,098 (m) Chiều cao phần trụ: h1 = 5×2,098 = 10,494(m) Chiều cao phần nắp : h2 = D/6 = 0,349 (m) Chiều cao của nồi nấu chín là H= 10,494+ 0,349 ×2 = 11,194(m) Vậy chọn 2 thiết bị nồi nấu chín với các thông số sau. D (m) h1(m) h2 (m) SL(cái ) 2,098 10,49 4 0,349 2 H (m) 11,194 5.1.9. Thiết bị tách hơi Theo bảng 4.6. khối lượng hỗn hợp đưa vào tách hơi trong 1 giờ. Nhh(9)= 26120,109 (kg/h) = 1060,6 (kg/m3) [7, tr64] Thể tích hỗn hợp chiếm chổ: Vhh(9) = = = 24,628 (m3/h) Chọn thiết bị tách hơi trong đó dịch chiếm 30% thể tích thiết bị, thời gian tách hơi 20 phút. [4, tr201] Thể tích thực của thiết bị: = Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Hình 5.9. Thiết bị tách hơi Đồ án tốt nghiệp -52- GVHD: KS. Bùi Viết Cường = = 27,364 (m3) Tính kích thước nồi: VN = Vtrụ + Vnón = Với: h3 = Chọn: π ( D3 − d 3 ) π D2 ×H + × tgα 4 24 (4) D−d × tgα 2 ; α = 60o 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 theo công thức sau: D = = = 2,691 (m) Vậy: h2 = 1,5D = 1,5×2,691 = 4,037 (m) h3 = D−d × tgα 2 = = 2,244(m). Chiều cao của đỉnh trên nắp thùng : h1 = 1m. Chiều cao của ống dịch ra là: h4= 0,1m Tổng chiều cao của thiết bị tách hơi là: H= h1 + h2 + h3 + h4= 1 + 4,037 + 2,244+ 0,1 = 7,381 (m) Vậy chọn 1 thiết bị tách hơi có các thông số như sau: D d(m) α (o) h1(m) (m) 2,691 0,1 60 1 5.1.10. Phao điều chỉnh mức h2(m) h3(m) h4 (m) 4,037 2,244 0,1 H (m) 7,381 SL(cái) 1 Chọn 1 phao điều chỉnh mức [4, tr 101]: Chú thích: 1: Thân hình trụ 2: Phao 3: Cánh tay đòn 5: Van Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Hình 5.10. Phao điều chỉnh mức Đồ án tốt nghiệp -53- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6: Ống thoát hỗn hợp Thông số kỹ thuật: - Đường kính: 1200 mm - Chiều cao: 2060 mm 5.1.11. Thiết bị làm nguội sau tách hơi Chọn thiết bị ống lồng ống, dịch làm nguội từ 95oC đến 60oC [5, tr97] Theo bảng 4.6 lượng dịch đường cần làm nguội trong ½ h là: 25987,5/2 = 12993,75 (kg) Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống là: × × × × Q = m c (t1–t2)= 12993,75 0,977 (95-60) = 444321,281( kcalo/h) Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh là: × Q’=10% Q = 10% × 444321,281 = 44432,128 (kcalo/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q”=Q – Q’=444321,281– 44432,128 = 399889,153 (Kcalo/h) Khối lượng nước làm nguội: Q” = m × CN × (t1 – t2) Suy ra: m= Q" C N × (t1 − t 2 ) Hình 5.11. Làm nguội ống lồng ống [5, tr97] = = 11425,404(kg) ρnước = 1000 kg/m3,  Vnước = 11425,404/1000 = 11,425m3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F= Q" K × ∆t = = 57,127(m2) K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. [8, trang 97] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -54- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chọn K = 200( kcal/m2.h.độ) Chiều dài đường ống: L = F π ×d = = 181,933(m) Chiều dài đường ống tương đối dài nên chia làm 2 thiết bị. Chiều dài đường ống của mỗi thiết bị: l = 181,933/2 = 90,967(m) Chọn đường kính trong d = 100 mm. Chiều dài vòng xoắn dx = 2,8 m, số vòng xoắn n = = 10,347(vòng) Chọn khoảng cách giữa 2 vòng xoắn là 100 mm, đuờng ngoài ống 200 mm. Chiều cao thiết bị: H = 11 × 0,2 + (10-1) × 0,1 = 3,2(m). Vậy chọn 2 thiết bị làm nguội có các thông số như sau: Chiều dài thiết bị là dx = 2,8 m, chiều cao thiết bị H = 3,2 m, chiều rộng thiết bị là 0,2m. 5.1.12. Thùng đường hóa Lượng dịch cháo vào nồi đường hóa trong 1 giờ là: N11= 25728,75 (kg/h) Khối lượng riêng của dịch cháo sau khi làm nguội là ρc = 1062,6 (kg/m3) và thời gian đường hóa 30 phút, hệ số chứa đầy 0,85 [4, tr196] Thể tích dịch sau đường hóa trong 1 giờ: V11 = = = 24,213(m3/h) Vậy thể tích của nồi: = 14,243(m3) Tính kích thước nồi: VN=Vtrụ+Vnón= Trong đó: Chiều cao phần nón h3= D-d × tgα 2 =30o Chọn: h2 = 1,5D: Chiều cao phần trụ. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -55- GVHD: KS. Bùi Viết Cường D: Đường kính thùng. d = 0,2: Đường kính ống dịch ra ở đáy Thay vào (5): tính được D theo công thức sau: D =3 =3 VN − 0,0006 1,351 14,243− 0,0006 = 2,193 1,351 (m) Hình 5.12. Thiết bị đường hóa Chiều cao phần trụ: h2 = 1,5D = 1,5 × 2,193 = 3,289(m) Chiều cao phần nón: h3 = D−d 2,193 − 0,2 × tg α = = 0,571 2 2 (m) Chọn: h1 = 0,3 m: Chiều cao của nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h4 = 0,2 m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Tổng chiều cao của nồi là: 0,571 Hnồi = h1 + h2 + h3 + h4 = 0,3 + 3,289 + + 0,2 = 4,36 (m) Tốc độ cánh khuấy trong thời gian đường hóa là: 970 vòng/phút. Vậy chọn 1 thiết bị đường hóa, mỗi thùng đường hóa trong 1/2 giờ với các thông số như sau: D d(m) α (o) h1(m) h2(m) h3(m) (m) 2,193 0,2 30 0,3 3,289 5.1.13. Thiết bị làm nguội sau đường hóa 0,571 h4 (m) 0,2 SL(cái ) 1 Thiết bị ống lồng ống (Hình 5.11), dịch đường được làm nguội từ 60 oC xuống còn 30oC. (Hình 5.12) [5, tr97] Lượng dịch vào ống trong 1/2 giờ: N12 = 30621,637/2 = 15310,819 (kg/h) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -56- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: N12 Q= ×c×( t1 – t2 ) = 15310,819 × 0,977 × (60 – 30) = 448760,091 (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% × 448760,091 = 44876,009 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 448760,091– 44876,009 = 403884,082 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: 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" C N × (t1 − t2 ) = = 13462,803 (kg/h) = 1000 kg/m3 [6 tr 9] Vậy: Vnước = = 13,462 (m3/h) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: Q" K × ∆t = = 67,314 (m2) + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [7 tr 97] Chiều dài đường ống: L = F π ×d = = 214,376 (m) 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= = = 107,188(m) Chọn chiều dài mỗi đoạn ống dx = 3,2 m, số vòng xoắn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -57- GVHD: KS. Bùi Viết Cường n = = 10,668 (vòng) Chọn khoảng cách giữa 2 ống là 0,1 m và đường kính ống ngoài là 0,2 m. Chiều cao thiết bị: H = 11×0,2 + (10-1)×0,1 = 3,2 (m). Vậy chọn 2 thiết bị làm nguội sau công đoạn đường hóa có các thông số sau: Chiều dài thiết bị dx = 3,2 m, chiều rộng 0,2 m, chiều cao H= 3,2 m. 5.1.14. Công đoạn lên men 5.1.14.1. Số lượng thùng lên men Chọn 8 thùng lên men. 7 thùng làm việc, 1 thùng dự trữ. [4, tr270] Thể tích thùng lên men Thể tích thùng lên men chính: Vlên men = V 62 × n × φ 24 (m3) [4 tr 272] V: Tổng số dịch lên men trong 1 chu kì n: Số thùng lên men φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85 Vdịch đường= 688106,513 = 688,106 m3 Hình 5.5. Thiết bị lên men =>Vlên men = × = 298,758 m3 5.1.14.2. Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men h2 = (1,2 ÷ 1,5)×D; h3 = (0,15 ÷ 0,3)×D; h1 = (0,1 ÷ 0,1125)×D [4 tr272] Trong đó: + D là đường kính thùng lên men chính. + h1 là chiều cao nắp thùng, chọn h1 = 0,1×D + h2 là chiều cao phần hình trụ của thùng, chọn h2 = 1,4×D + h3 là chiều cao đáy thùng, chọn h3 = 0,2×D Chọn thiết bị có đáy và nắp thùng hình côn Thể tính được tính: Vlênmen = 0,785 × D2 × (h2+1/3 h3+1/3h1) = 0,785×D2 × (1,4×D + 0,3/3×D) Vlênmen = 1,1775 × D3 Vậy: ⇒ D = = 6,331 (m) h1 = 0,1 × 6,331 = 0,633 (m) h2 = 1,4 × 6,331= 8,863 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -58- GVHD: KS. Bùi Viết Cường h3 = 0,2 × 6,331= 1,266 (m); Chiều cao thiết bị: Htb = h1 + h2 + h3 = 0,633 + 8,863 + 1,266 = 10,762 (m) Vậy chọn 8 thiết bị lên men có kích thước như sau: D h2 (m) h1 (m) (m) 6,331 0,633 8,863 5.1.15. Thùng nhân giống cấp I, II h3 (m) 1,266 SL(cái ) 8 Htb(m) 10,762 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. [5,tr152] VII = 30% × Vlênmen = 30%× 298,758 = 89,627 (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 × (hII2 + 1/3hII1 + 1/3hII3) = 1,1775 × D3II ⇒ DII = = = 4,238 (m) Suy ra: hII1 = 0,1×4,238 = 0,424 (m) hII2 =1,4×4,238 = 5,933 (m); hII3 = 0,2× 4,238 = 0,848 (m); Chiều cao thiết bị: Htb = hII1 + hII2+ hII3 = 0,424 + 5,933 + 0,848 = 7,205 (m) Vậy chọn thiết bị nhân giống cấp II có các thông số sau: D h1 (m) h2(m) (m) 4,238 0,424 5,933 5.1.15.2. Thùng nhân giống cấp I h3(m) SL(cái 0,848 ) 1 Htb(m) 7,205 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. [5, tr153] VI = 30% × VII = 30% × 89,627 = 26,888 (m3) VI = 0,785 × DI2 × (hI2 + 1/3hI1 + 1/3hI3) = 1,1775 × D3I ⇒ DI = = 2,837 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -59- GVHD: KS. Bùi Viết Cường hI1 = 0,1 × 2,837 = 0,284 (m) hI2 =1,4 × 2,837 = 3,972 (m); hI3 = 0,2 × 2,837 = 0,567 (m); Chiều cao thiết bị là: HItb = hI1 + hI2 + hI3 = 0,288 + 4,042 + 0,577 = 4,908 (m) Vậy chọn thùng nhân giống cấp I có các thông số sau: D h1 (m) h2(m) h3(m) (m) 2,887 0,284 3,972 5.1.16. Thiết tách và thu hồi CO2 SL(cái Htb(m) ) 2 4,823 0,567 Lượng CO2 thoát ra trong quá trình lên men: = VCO2 P × ρ × K × K1 24 × ρ1 Trong đó: P: Năng suất nhà máy, P = 53206,073 lít/ngày. ρ: Khối lượng riêng của rượu, ρ = 790 (kg/m3). K: Lượng khí CO2 nhận được từ 1 kg rượu có tính 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 26oC, áp suất 1atm, ρ1= 1,81 (kg/m3). VCO2 = = 1000504,442 (lít/h) = 1000,504 (m3/h) D= Đường kính của thiết bị: 4 × VCO 2 3600 × π × ω Trong đó: là tốc độ chuyển động của khí CO2 qua tiết diện tự do của thiết bị. Với ω = 0,9m/sec. ⇒ D = 0,627 m. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -60- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 4 × VCO2 Số lượng ống trong phần ngưng tụ: Z = 3600 × π × d 2 × ω1 Trong đó:d: Đường kính trong của ống, chọn d = 20 mm. ω1 ⇒ : Tốc độ chuyển động của khí CO2 trong ống, ω1 = 9 m/sec. Z = 98,343 vậy chọn Z = 99 (cái) Các thông số của 1 thiết bị là: [4, tr273] + Đường kính trong của thiết bị: 0,38 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. Hình 5.14. Thiết bị tách và thu hồi CO2 + Tốc độ CO2 qua ống: 6 m/sec. Số lượng thiết bị cần dùng là: N = = 1,651 Vậy chọn 2 thiết bị. 5.1.17. Thùng chứa giấm chín Lượng giấm chín trong một ngày là: 667,035 (m3/ngày) Chọn 2 thùng chứa giấm chín, thể tích chứa của thùng: = = 392,373 (m3) × Chọn h2=1,5 D, d = D 8 (m). Chiều cao đáy nồi: h1 = D−d D−d × tgα = 2 2 Thể tích đáy: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Hình 5.6. Thùng chứa giấm chín SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp Vd = -61- GVHD: KS. Bùi Viết Cường π (D − d ) D2 + d 2 + d × D 1 D2 + d 2 + D × d × π × h1 × ( )= × ×( ) 3 4 3 2 4 VT = π × D 2 × Thể tích thân nồi: Thể tích nồi: ⇒D =3 V = VT + Vd V = , h2 4 4783 × π × D 3 12288 12288 × 392,373 = 6,847 4783 × 3,14 (m) × Chọn h2 = 1,5 D = 1,5 × 6,847 = 10,271 (m) d = D/8 = 0,856 (m); h1= = = 2,996 (m) Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 = 2,996 + 10,271= 13,267 (m). Vậy chọn thùng chứa giấm chín có các thông số như sau: D (m) 6,847 5.1.18. Tính tháp thô h1(m) h2 (m) 2,996 10,271 SL(cái Htb(m) ) 2 13,267 Độ cồn ở 70oC trong giấm: 8,091%V = 6,469% khối lượng [4, tr 191], ρrượu = 0,78927 (kg/lít), áp suất hơi đốt 1,5 (kg/cm2) [4 ,tr349]. 5.1.18.1. Xác định số đĩa lý thuyết Theo phụ lục 2: Tổng số đĩa lý thuyết của tháp giấm: n = n1 + n2 = 3,7 + 6,453 = 10,153 đĩa. Số đĩa thực tế của tháp giấm: = 20,305 ≈ 21 đĩa. Với: hiệu suất đĩa: 0,5 5.1.18.2. Tính đường kính: D = 0,0188 g tb ( ρ y w y ) tb Đường kính tháp giấm: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày [5, Tr 199] SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trong đó: -62- GVHD: KS. Bùi Viết Cường gtb: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h) (PϕWg)tb: Vận tốc hơi trung bình trong tháp (kg/m2.s) Theo phụ lục 2: Đường kính tháp: D = = 1,439 (m) 5.1.18.3. Chiều cao tháp thô h1 Chiều cao tháp thô: H = (n-1) × h + h1 +h2 n – Số đĩa thực tế, n = 22 h h – Khoảng cách các đĩa, chọn h = 0,4 [8, tr184] D h1, h2 – Chiều cao phần đáy và nắp tháp, h1 = h2 = 0,6 => H = (n-1) × h + h1 +h2 h2 Hình 5.16. Tháp thô = (21 – 1)×0,4 + 0,6 + 0,6 = 9,2 (m) Vậy chọn 1 tháp thô có kích thước như sau: D H(m) (m) 1,439 5.1.19. Tháp tinh chế 9,2 h1(m) h2 (m) 0,6 0,6 SL(cái ) 1 5.1.19.1. Xác định số đĩa Theo phụ lục 3: Số đĩa đoạn luyện là: Số đĩa thực tế đoạn luyện là: n1 = = 64 (đĩa) Số đĩa đoạn chưng là: Số đĩa thực tế: h 1 N= = = 12,869 (đĩa) Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5 Số đĩa của toàn tháp: N = 64 + 13 = 77 (đĩa) h 5.1.19.2. Tính đường kính tháp tinh D Đường kính đoạn luyện là: DL= 0,0188 = 1,106 (m) Đường kính đoạn chưng là : DC = 0,0188 = 0,93 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày h 2 Hình 5.17. Tháp tinh SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -63- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Đường kính tháp tinh là : D = = = 1,018 (m). 5.1.19.3. Tính chiều cao tháp H = (77-1)×h + h1 + h2 n: số đĩa tháp tinh chế, n = 77 ho: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, chọn h0 = 0,17 (m) [8,tr169] h: chiều cao thân tháp, h = (N – 1) ×0,17 = (77 - 1) x 0,17 = 12,92 (m) h1, h2: chiều cao đỉnh và đáy tháp, h1 = h2 = 0,6 (m) Vậy H = 15,2 + 0,6 + 0,6 = 14,12 (m) Vậy chọn 1 tháp tinh có kích thước như sau: D h(m) (m) 1,018 12,92 5.1.20. Các thiết bị truyền nhiệt h1(m) h2 (m) 0,6 0,6 H(m) SL(cái 14,12 ) 1 5.1.20.1. Các thiết bị phụ trợ tháp thô 1. Thiết bị hâm giấm: Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang, Giấm đi vào thiết bị có nhiệt độ 30 oC, ra khỏi thiết bị có nhiệt độ 70oC. [5, tr 193] Nhiệt dung riêng của giấm: C = 0,948 kcal/kg. Hỗn hợp hơi rượu - nước đi ra khỏi giấm có nhiệt độ 94,199 oC. F= Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị tính theo công thức: Q K .∆t , m2 Q – Nhiệt trao đổi giữa giấm và hơi rượu nước:Q = D×C×(t2 – t1 ). D – Năng suất giấm vào thiết bị, D = 27793 kg/h => Q = 27793,125×0,95×(70 –30) = 1056138,75 (kcal/h) ∆t – Hiệu số nhiệt độ giữa giấm và hơi rượu-nước: tTB = ∆t = t0 – tTB = 94,199 – 50 = 44,199oC. Với Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày 70 + 30 = 50 o C 2 . SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -64- GVHD: KS. Bùi Viết Cường K= K – Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: 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 giấm đến bề mặt ống, α1 = 600 kcal/m2.h.oC. α2 – Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt: α2 = 2350 kcal/m2.h.oC. λ - Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh có λ = 55,8 w/m.h.oC = 50 kcal/m.h.oC . K= => 1 = 466,81 1 0, 0025 1 + + 600 50 2350 => = 51,188 (m2) Hình 5.18. thiết bị hâm giấm Kích thước thiết bị hâm giấm: Phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 19, tổng số ống n = 271 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×(19 - 1) + 4×0,04 = 1,24 (m). l0 = Chiều dài ống truyền nhiệt: Với: F 3,14 × n × d tb ,m F = 51,188 m2, n = 271 (ống) dtb = d + δ = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m), => l0 = = 1,768 (m) 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 = 1,768 + 0,15 + 0,15 = 2,068 (m). Vậy chọn thiết bị hâm giấm có kích thước như sau: D l0(m) l1(m) l2 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày L(m) SL(cái SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -65- (m) 1,240 1,768 2. Thiết bị tách bọt 0,15 0,15 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2,068 ) 1 Lượng giấm chín trong một giờ. N20 = 27793,125 (lít/giờ) = 27,793 (m3/giờ) Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất, hệ số chứa đầy 0,85. Thời gian lưu của giấm chín trong thiết bị là 1 phút. Thể tích thùng: V= = = 0,545 (m3) Chọn kích thước của thiết bị tách bọt: + D: Đường kính của thiết bị (m) + h2: Chiều cao phần trụ của thiết bị. × × h2 = (1÷1,2) D. Chọn h2= 1,2 D Hình 5.19. Thiết bị + h3: Chiều cao đáy thiết bị (m). tách bọt × Chọn h3 = 0,2 D × + h1: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h1 = 0,1 D × × Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 ( h2 + 1/3h3+1/3h1) = 1,0205 D3 ⇒ D = = 0,731(m) ⇒ × h1 = 0,1 D = 0,1 × 0,731 = 0,073 (m). × h2 = 1,2 D =1,2 × 0,731 = 0,877 (m), × h3 = 0,2 D = 0,2 × 0,731 = 0,146 (m), Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 0,073 + 0,877 + 0,146 = 1,096 (m) Vậy chọn thiết bị tách bọt có kích thước như sau: D h1 (m) (m) 0,731 0,073 3. Bình chống phụt giấm h2 (m) 0,877 h3(m) 0,146 Htb(m) SL(cái 1,096 ) 1 Chọn bình chống phụt giấm có kích thước D = 300 mm, H = 600 mm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -66- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 4. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg giấm là 16,724 (kg) Giả sử lượng hơi được ngưng tụ ở thiết bị hâm giấm là 4/5 khối lượng hơi, lượng hơi còn lại tiếp tục dẫn qua thiết bị ngưng tụ và được ngưng hoàn toàn với khối lượng: 16,724 – 16,724 × 4/5 = 3,345 (kg) Theo bảng 4.7 lượng giấm đi vào tháp thô là: DDam = 27793,125 (kg/h) Năng suất giấm vào: G = = 929,624 (kg/h) N= 24×1000× G ρ Hình 5.20. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Năng suất tính theo lít/ngày: Trong đó: + Năng suất giấm vào: G = 929,624 (kg/h) + Khối lượng riêng của nước ngưng ở nồng độ rượu trong pha lỏng 42,741 % ρ khối lượng có → = 875,326 (kg/m3) × N = 24 1000 = 25488,774 (lít/ngày) = 2548,877 dal/cyr Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị: F = 0,02×N = 0,02×2548,877 = 50,978 (m2) Chọn đường kính ống trong d t = 40 mm, đường kính ống ngoài d n = 44 mm, đường kính ống trung bình dtb = 42 mm. [4,tr202] Giả sử với chiều dài của ống là: l = 3 m. Số ống của thiết bị: n = = 128,848 (ống) Theo bảng V.11 [8 tr 48]: Phân bố các ống theo hình lục giác, quy chuẩn được tổng số ống là 217, số lượng ống trên đường chéo chính b = 17. 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×(17 - 1) + 4×0,044 = 1,232 (m). Chiều cao thực của ống truyền nhiệt sau khi quy chuẩn: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp = -67- GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 1,782 (m) Chiều cao chung thiết bị: H = 1,782 + 2×0,15 = 2,082 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ cồn thô có kích thước như sau: D h1(m) h2(m) h3 (m) H(m) SL(cái (m) 1,232 0,15 1,782 0,15 2,082 5. Bình làm nguội cồn thô (thiết bị ống xoắn ruột gà) ) 1 Gồm 5% so với lượng rượu thô sau chưng cất: Ncồnthô = 5% × mrượu thô = 5% × 0,782 × 135000 = 5276,683 kgngày = 219,862 kg/h Vậy lượng cồn thô vào ống xoắn ruột gà trong 1giờ: N12 = Ncồnthô × = 219,862× 0,4305 = 94,651 (kg/h) Khối lượng riêng của cồn thô = 0,4305 tại áp suất 1atm [8,tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= N12 ×c×( t1 – t2 ) = 94,651 × 0,7394 × (70-30) = 2799,383 (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% × 2799,383 = 279,938 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 2799,383 – 279,938 = 2519,445 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Q” = N12 ' Hình 5.7. Thiết bị làm nguội cồn thô ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp Ncồn đầu = ρ nước -68- Q" C N × (t1 − t2 ) GVHD: KS. Bùi Viết Cường = = 62,986 (kg/h) = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước = = 0,062 (m3/h) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: Q" K × ∆t = =0,315 (m2) + 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 = F π ×d = = 1,003 (m) 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 = = = 0,444 m Số vòng xoắn: n = = = 2,259 lấy 3 vòng Chiều cao phần ruột gà: h = (ndo)+(n-1)t) = 30,05+20,03 = 0,21 m Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,50,21=0,3 m Chiều cao toàn bộ bình: Htoàn bộ = H + 2ho = 0,21 + 20,15 =0,615 m Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,3 + 2 0,05 = 0,4 m Vậy chọn 1 thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà có các thông số sau: chiều cao nắp ho = 0,15 m; đường kính ống do = 0,05 m; đường kính vòng xoắn dx = 0,3m; Chiều cao thân bình H = 0,21 m, chiều cao toàn bộ bình H toàn bộ = 0,615 m; đường kính bình D = 0,4 m. 5.1.20.2. Các thiết bị phụ trợ tháp tinh 1. Thiết bị ngưng tụ tháp tinh Lượng hơi đi ra khỏi tháp tinh luyện là 22,227 kg/100kg giấm. Nhiệt độ rượu - nước là 78,3oC, nồng độ 93,836% khối lượng, khối lượng riêng 748,964 (kg/m 3) [4, 191]. a) Thiết bị ngưng tụ nằm ngang Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -69- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 85%. Lượng rượu ngưng tụ: = 5250,941 (kg/h) Năng suất tính theo lít/ngày: = 168262,545 (lít/ngày) Bề mặt truyền nhiệt: F= = = 275,257 (m2) Chọn đường kính trong ống d t =48 mm, đường kính ngoài ống d n = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm. − Giả sử chiều dài ống: l = 5m. Số ống của thiết bị: : n= F n × d tb × l = = 357,802 (ống) 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×d n; với dn = 0,05m Đường kính thiết bị: D = 1,5×dn×(23 - 1) + 4×dn = 1,5×0,05×(23 - 1) + 4×0,05 = 1,85 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: : l0 = F n × π × d tb Hình 5.22. Thiết bị ngưng tụ nằm ngang = = 4,506 (m). l1,l2 chiều dài 2 đầu thiết bị: l1 = l2 = 0,3 (m) Chiều dài toàn bộ thiết bị: L = 4,506 + 2×0,3 = 5,106 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ tháp tinh dạng nằm ngang có kích thước như sau: D l0(m) l1(m) l2 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày L(m) SL(cái) SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -70- (m) 1,85 4,506 b) Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng 0,3 0,3 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 5,106 1 Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 15%. Lượng rượu ngưng tụ: 1082,76 (kg/h) Năng suất tính theo lít/ngày: = 34696,237 (lít/ngày) Bề mặt truyền nhiệt: F= = Hình 5.23. Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng = 48,575 (m2) Chọn 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 n × d tb × l = = 105,236 (ống) Quy chuẩn thành 127 ống Theo bảng V.11 [8 tr48]: 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 n × π × d tb = = 2,486 (m). h1,h2 là chiều cao hai đầu tháp : h1 = h2 = 0,15 (m) Chiều dài toàn bộ thiết bị: H= 2,486 + 2×0,15 = 3,086 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -71- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vậy chọn thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng có kích thước như sau: D h0(m) h1(m) h2 (m) (m) 1,1 2,486 0,15 0,15 2. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn đầu: H(m) SL(cái 3,086 ) 1 Gồm 5% so với cồn thành phẩm: Ncồnthànhphẩm = 2216,92 lít/h Lượng cồn đầu vào ống trong 1giờ: N12 = Ncồnthànhphẩm × × 5% = 2216,92 × 0,7755 × 5% = 85,961 (kg/h) Khối lượng riêng của cồn sản phẩm = 0,7755 tại áp suất 1atm [8,tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= N12 ×c×( t1 – t2 ) = 85,961 × 0,7394 × (70-30) = 2542,384 (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% × 2542,384 = 254,238 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 2542,384 – 254,238 = 2288,146 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Q” = N12 ' ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165] Ncồn đầu = ρ nước Q" C N × (t1 − t2 ) = = 57,204 (kg/h) = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước = = 0,057 (m3/h) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -72- Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: Q" K × ∆t GVHD: KS. Bùi Viết Cường = =0,286 (m2) + 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 = F π ×d = = 0,911 (m) 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 = = = 0,444 m Số vòng xoắn: n = = = 2,052 lấy 3 vòng Chiều cao phần ruột gà: h = (ndo)+(n-1)t) = 30,05+20,03 = 0,21 m Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,50,21=0,3 m Chiều cao toàn bộ bình: Htoàn bộ = H + 2ho = 0,21 + 20,15 =0,615 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 (Hình 5.21) có các thông số sau: chiều cao nắp ho = 0,15 m; đường kính ống do = 0,05 m; đường kính vòng xoắn dx = 0,3m; Chiều cao thân bình H = 0,21 m, chiều cao toàn bộ bình H toàn bộ = 0,615 m; đường kính bình D = 0,4 m. 3. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn 96o Lượng cồn sản phẩm vào ống trong 1 giờ: N12 = Vconsp = 2216,92 0,7755 = 1719,221 (kg/h) Khối lượng riêng của cồn sản phẩm = 0,7755 ở 70oC, áp suất 1atm [8,tr9] Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= N12 ×c×( t1 – t2 ) = 1719,221 × 0,7394 × (70–30) = 50847,687 (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 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -73- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q’ = 10%×Q = 10% × 50847,687= 5084,768 (kcal/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 50847,687– 5084,768 = 45762,919 (kcal/h) Khối lượng nước làm nguội: Q” = N12 ' ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165] N conthanhpham = ρ nước Q" C N × (t1 − t2 ) = = 1144,073 (kg/h) = 1000 kg/m3 [7, tr 9] Vậy: Vnước = = 1,144 (m3/h) Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: Q" K × ∆t = = 5,72 (m2) + 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 = F π ×d = = 18,218 (m) Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,25 m Đường kính ống: 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 = = =1,777 m Số vòng xoắn: n = = = 10,252 lấy 11 vòng Chiều cao phần ruột gà: h= (ndo)+((n-1) t) = (110,1)+(100,06) = 1,7 m Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,51,7 = 2,55 m Chiều cao toàn bộ bình: Htoàn bộ = H + 2ho = 2,55 + 20,25 = 3,05 m Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,6 + 2 0,1 = 0,8 m Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -74- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà (Hình 5.21) có các thông số sau: chiều cao nắp ho = 0,25 m; đường kính ống do = 0,1 m; đường kính vòng xoắn dx = 0,6m; Chiều cao thân bình H = 2,55 m, chiều cao toàn bộ bình H toàn bộ = 3,05 m; đường kính bình D = 0,8 m. 4. Thiết bị làm nguội dầu fuzel: Gồm 3% so với cồn thành phẩm: Nconsp = 53206,073 lít/ngày N13 = 53206,073 3% = 1590,061 lít/ngày Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị : F = = = 3,18 (m2) Tổng số ống n = F n × d tb × l = = 20,669 (ống) Quy chuẩn thành 127 ống. Theo bảng V.11 [8 tr48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b = 13 ống, bước ống: t = 1,2×dn, đường kính trong có dt = 30 mm, đường kính ngoài dn = 32 mm, đường kính trung bình dtb = 31 mm, Đường kính thiết bị: D = t×(b -1) + 4×dn = 1,2×0,032 ×(13 - 1) + 4 × 0,032 = 0,589 (m) Chiều cao ống truyền nhiệt: h0 = F n × π × d tb = = 0,257 (m). Chiều cao thiết bị: H = ho + 2 × 0,2 = 0,257 + 0,4 = 0,657 (m) Vậy chọn thiết bị ngưng tụ và làm nguội ống lồng ống (Hình 5.11) dầu fuzel có các thông số sau: D h0 (m) (m) 0,589 0,257 5.1.21. Các thùng chứa h1(m) h2 (m) 0,2 0,2 H(m) 0,657 SL(cái ) 1 5.1.21.1. Thùng chứa cồn sản phẩm Lượng cồn thành phẩm là: 17735,358 (lít/ca) = 17,735 (m3/ca) Chọn thùng thân hình trụ, đáy hình nón, tỉ lệ các kích thước tương tụ nồi nấu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -75- GVHD: KS. Bùi Viết Cường sơ bộ, thùng có hệ số chứa đầy 0,85 nên thể tích thùng là: V= = 20,865 (m 3) D = = 2,575 (m) Suy ra: h2 = 1,5D = 1,52,575 = 3,862 (m) d= = = 0,322 (m) ; h1= = = 1,127 (m) Chiều cao thiết bị: H=h1+ h2 = 1,127 + 3,862 = 4,989 (m). Vậy chọn một thùng chứa cồn có đường kính đoạn trụ D = 2,575 m, chiều cao đoạn trụ h2= 3,862 m, đường kính đáy d = 0,322 m, chiều cao đáy h 1= 1,127Hình 5.24. Thùng chứa cồn sản phẩm m, chiều cao thiết bị H = 4,989 m. 5.1.21.2. Thùng chứa dầu fuzel Lượng dầu fuzel trong một ngày: 17735,358 (lít/ca)= 17,735 (m3/ca) Chọn thùng thân trụ, đáy hình côn, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất. = 0,626 (m3) Thể tích thùng: V = Chọn kích thước của thùng chứa: + D: Đường kính của thùng (m) × × + H: Chiều cao phần trụ của thùng. H = (1÷1,2) D. Chọn H= 1,2 D × + h1: Chiều cao đáy thiết bị (m). Chọn h1 = 0,2 D × + h2: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h2 = 0,1 D × × Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 ( H + 1/3h1+1/3h2) =1,0205 D3 ⇒ ⇒ D = = 0,85 (m) × H0 =1,2 D = 1,2 × 0,85 = 1,02 (m) × h1= 0,2 D = 0,2 × 0,85 = 0,17 (m) × h2 = 0,1 D = 0,085 (m). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -76- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao thiết bị Htb= H0 +h1 + h2 = 1,02 + 0,17 + 0,085 = 1,274 (m) Vậy chọn thùng chứa dầu fuzel có các thông số sau: D H0 (m) (m) 0,85 1,02 5.2. Tính thiết bị vận chuyển h1(m) h2 (m) 0,17 0,085 Htb(m) SL(cái 1,274 ) 1 5.2.1. Băng tải nghiêng có gờ vận chuyển sắn từ kho tới sàng rung Theo bảng 4.7 và mục 5.1.2 lượng sắn cần vận chuyển lên bunke chứa là: 5,541 tấn/h. Chọn băng tải nghiêng có gờ nhãn hiệu EP-300, do công ty Nam Liên cung cấp, đặc tính kỹ thuật: [22] - Năng suất vận chuyển: 10 tấn/h. - Chiều rộng băng tải: 600 mm. Hình 5.25. Băng tải - Chiều dài băng tải : 2788 mm. 5.2.2. Băng tải nghiêng có gờ vận chuyển sắn vào máy nghiền Theo bảng 4.7 lượng sắn cần vận chuyển lên máy nghiền là: 5,569 tấn/h. Chọn băng tải (Hình 5.25) có đặc tính kỹ thuật giống với băng tải vận chuyển sắn tới sàng. - Năng suất vận chuyển: 10 tấn/h. - Chiều rộng băng tải: 600 mm. - Chiều dài băng tải : 1983 mm. 5.2.3. Gàu tải vận chuyển sắn sau khi nghiền lên bunke chứa Theo bảng 4.7 và mục 5.1.2 lượng sắn cần vận chuyển lên bunke chứa là: 5,541 tấn/giờ. Chọn gàu tải nhãn hiệu EA-300-450, do hãng DYNAMIC CO., LTD cung cấp, đặc tính kỹ thuật: [21] - Năng suất vận chuyển hạt: 10 tấn/h. - Chiều rộng gàu: 450 mm. - Chiều rộng tấm băng: 300 mm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Hình 5.26. Gàu tải Đồ án tốt nghiệp -77- Công suất động cơ truyền động: Nđc= GVHD: KS. Bùi Viết Cường Q×H 367 × η ,Kw Trong đó: Q: năng suất gàu tải, Q = 10 tấn/h H: chiều cao nâng của gàu tải, H = 14,051 m η : hiệu suất của gàu tải, ⇒ η = 0,7 Nđc = = 0,547 (Kw) Số lượng: =0,557 ⇒ 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 : 5,541 tấn/h. Chọn gàu tải (Hình 5.26) có đặc tính kỹ thuật giống với gàu tải vận chuyển sắn đi nghiền. Công suất động cơ truyền động: Nđc= Trong đó: Q×H 367 × η ,Kw Q: năng suất gàu tải, Q = 10 tấn/h H: chiều cao nâng của gàu tải, H = 10,690 m η ⇒ : hiệu suất của gàu tải, η =0,7 Nđc = = 0,416 (Kw), Số lượng: = 0,554→ Chọn 1 gàu tải 5.2.5. Bơm nước cho nồi nấu, vệ sinh thiết bị Chọn bơm có nhãn hiệu Pentax CM 32-200A, do công ty Thành Đạt cung cấp, đặc tính kỹ thuật: [20] - Năng suất: 20 m3/h. - Kích thước cơ bản của bơm: 565x268x340 (mm). - Số lượng: 3 bơm 5.2.6. Bơm ly tâm Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu Pentax - CM để bơm dịch cháo đi phun dịch hóa, dịch nấm men, giấm chín, cồn sản phẩm, cồn đầu và dầu fusel với các thông số kỹ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -78- GVHD: KS. Bùi Viết Cường thuật sau: [19] Nhãn hiệu: CM50 – 125A Năng suất: 36 (m3/h) Kích thước: 700x405mm Số lượng:16 bơm. Hình 5.27 Bơm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -79- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Bảng 5.5. Bảng tổng kết các thiết bị Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp STT -80- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Tên thiết bị Kích thước (mm) × × Số lượng 1 Băng tải vận chuyển sắn từ kho 7728 600 2 Sàng làm sạch 1860 3 Băng tải vận chuyển sắn đi nghiền 4359 4 Máy nghiền 900 × 670 × 860 5 Gàu tải sắn lên bunke chứa 900 14051 1 6 Bunke H=11191, D=4703 1 7 Gàu tải lên cân định lượng 110 8 Cân 1 9 Thùng hòa trộn 1500 1200 2010 H=4554, D=2302, d=100 10 Nồi nấu sơ bộ H=4505, D=2397, d=100 1 11 Phun dịch hóa H = 1520, D = 560 1 12 Nồi nấu chín H = 11194, D = 2098 2 13 Thiết bị tách hơi H=7381, D=2691, d=100 1 14 Phao điều chỉnh mức H=2060, D=1200 1 15 Thiết bị làm nguội sau tách hơi 2800 16 Thùng đường hóa H=4360, D=2193, d=200 17 Thiết bị làm nguội sau đường hóa 3200 3200 2 18 Thiết bị lên men H =10762, D=6331 8 19 Thùng nhân giống cấp 2 H = 7205, D = 4238 1 20 Thùng nhân giống cấp 1 H = 4823, D = 2887 2 21 Tách và thu hồi CO2 H = 5250, D = 627 2 22 Thùng chứa giấm chín H=13267, D=6847 2 23 Tháp thô H = 9200, D=1439 1 24 Tháp tinh H = 14120, D = 1018 1 25 Thiết bị hâm giấm L = 2068, D = 1240 1 26 Thiết bị tách bọt D=731, H = 1096 1 27 Bình chống phụt giấm D=300, H=600 1 28 Thiết bị ngưng tụ cồn thô H = 2082, D = 1232 1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày × × × × 1760 600 300 125 × × × 200 200 × × × × 300 997 300 10690 × × × 3200 1 1 1 1 1 1 2 1 SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -81- Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -82- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 6 TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 6.1. Tính nhiệt – hơi 6.1.1. Tính cho nồi nấu sơ bộ 6.1.1.1. Lượng nhiệt đun nóng vỏ nồi Q 1 = G1×C1×(t2 – t 1) G1= F× δ ×f - Khối lượng vỏ nồi F - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi: F = 2×π×R×H + π×R×h×sin45o = 2×3,14×1,198×2,854+3,14 ×1,198×0,9 ×/2 = 23,866 (m2) δ = 0,003 m - Bề dày vỏ thép f = 7850 (kg/m2) - Khối lượng riêng của thép [9, trang 8] G1= 23,866 ×0,003×7850 = 562,041 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 133oC [8, trang 315] C1- Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 151,1oC, C1 = 0,12 (kcal/kg.độ) Q1= 562,041 ×0,12×(133 - 25) = 7284,046 (kcal/ngày) 6.1.1.2. Lượng nhiệt dùng để nâng khối nấu từ 40oC đến 85oC Q 2 = G2 × C2 × (t1 – t2) [8, tr 269] G2: Lượng nguyên liệu đi nấu sơ bộ trong 1 ngày G2 = mnguyênliệusaunghiền + mnước = 132975+ 374895 = 509895 (kg) C2: Nhiệt dung riêng của khối nấu. 4186 × (1 − C2 = 4186×(1 - x) = = 4186 mCK 2 1 × ) 24 G1 (1- ) = 3236,205 ( J/ kg.độ) X là nồng độ chất hòa tan phần trăm khối lượng. => Q2= 509895 × 3236,205 × (85 – 40) = 74255613681,375 (J) = 17739038,147 (Kcal/ngày) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -83- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.1.1.3. Lượng nhiệt dùng để giữ khối nấu ở 85oC α Q3 = F × T3 × × (tbm – tkk) α : Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh. α = 9,3 + 0,058 × tbm (W/m2.độ) [12, tr 41] tbm = 85 + 25 = 550 C 2 tbm: Nhiệt độ bề mặt của thiết bị, α = 9,3 + 0,058 × 55 = 12,49 (W/m2.độ) T3: Thời gian giữ nhiệt trong 1 ngày. T3 = 13/15 × 60 × 24 = 74880 (s) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. F = 2 × π × R × H + π × R × h ×sin45o = 2×3,14×1,198×2,854+3,14 ×1,198×0,9 ×sin45o = 23,866 (m2) Q3 = 23,866 × 74880× 12,49 × (55 – 25) = 669616712,916 (J) = 159965,770 (Kcal/ngày). 6.1.1.4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q4 = F × T4 × α × (tbm – tkk) + 20% Q2 [3,tr 269] T4: Thời gian giữ nhiệt 1 ngày 60×60×24× 13 15 = 74880 (s) 20%Q2: Lượng nhiệt tổn thất trong quá trình nâng nhiệt Tbm = = 79 (oC) α = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,882 (W/m2.độ) [8,tr 41] Q4 = 23,866 × 74880 × 13,882 × (79 – 25) + 20% × 74255613681,375 = 16190763615,031(kJ) = 3867836,506 (Kcal/ngày). ∗ Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho nồi nấu sơ bộ là: Qtiêuhao = Q1 + Q2 + Q3+ Q4 = 7284,046 + 17739038,147 + 159965,770 + 3867836,506 = 21774124,468 (kcal/ngày) 6.1.1.5. Tính chi phí hơi cho nồi nấu sơ bộ Di = (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -84- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ihn: Nhiệt lượng riêng của hơi nước t = 133oC thì ihn = 651,6 (kcal/kg) [11,tr 313] in: Nhiệt lượng riêng của nước t = 133oC thì in = 133,4 (kcal/kg) [11, tr 313] => D1 = = 42018,766 (kg). 6.1.2. Tính 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 85oC đến 94oC và một phần nhiệt tổn thất ra môi trường . 6.1.2.1. Lượng nhiệt để nâng dịch cháo từ 85oC đến 94oC Q1 = G1 × C × (t1 – t2) [8, tr 58] G1: Lượng nguyên liệu đem phun dịch hóa trong một ngày. G1 = m2 = 502771 (kg). C: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C = 4186 × (1 – x) = 4186 ×(1- mCK 3 m3 ) = 4186 ×(1- ) = 3246,173 (J/kg.độ). x: Nồng độ chất hòa tan. Q1= 502771 × 3246,173 × (94 – 85) = 14688733106,054 (J) = 3509014,876 (Kcal/ngày). 6.1.2.2. 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 85oC đến 94oC: Q2 = 20% × Q1 = 20% × 3509014,876 = 701802,975 (Kcal). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho phun dịch hóa là: Q = Q1 + Q2 = 3509014,876 + 701802,975 = 4210817,851 (Kcal). 6.1.2.3. Tính chi phí hơi Di = Qh ihn − in ihn: Nhiệt lượng riêng của hơi nước Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -85- t = 133oC thì ihn = 651,6 (kcal/kg) GVHD: KS. Bùi Viết Cường [9, trang 313] in: Nhiệt lượng riêng của nước t = 133oC thì in = 133,4 (kcal/kg) [9, trang 313] D2 = Qh ihn − in = = 8125,855 (kg/ngày) 6.1.3. Tính cho nồi nấu chín 6.1.3.1. Lượng nhiệt đun nóng vỏ nồi. Q1 = G1×C1×(t2 – t1) G1= F× δ ×f - Khối lượng vỏ nồi F = n × ( F1 + F2): Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2) n: Số nồi F1: Diện tích phần thân trụ F1 = D × π × h1 = 2,098× 3,14 × 10,496 = 69,145 (m2) Trong đó: Đường kính D = 2,098 (m), chiều cao trụ h1 = 10,496 (m). F2: Diện tích đáy chỏm cầu F2 = 2× π 4 ×(D2 +4× h22) =2× π 4 ×( 2,0982 + 4 × 0,3492) = 7,398 (m2) Trong đó: Đường kính D = 2,098 (m), chiều cao đáy và nắp h2 = 0,349 (m). Có 2 nồi nấu chín do đó: F = 2×(F1 + F2 ) = 2×( 69,145 + 7,398) = 153,085 (m2) δ = 0,003 m - Bề dày vỏ thép f = 7850 kg/m2 - Khối lượng riêng của thép [10, tr 8] G1= 153,085 ×0,003×7850 = 3605,149 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 133oC [9, tr315] C1- Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 133oC, C3 = 0,112 (kcal/kg.độ) Q1= 3605,149 ×0,12×(133 - 25) = 46722,725 (kcal) 6.1.3.2. Lượng nhiệt nâng dịch nấu từ 94oC – 105oC Q 2 = G2×C2×(t1 – t2) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -86- GVHD: KS. Bùi Viết Cường G2 - Lượng nguyên liệu nấu trong 1 ngày. G2 = m4 = 500222 (kg/ngày) C2 - Nhiệt dung riêng của khối nấu C2 = 4186×(1 - x) = 4186 × (1 − 18%) = 3432,52 (J/kg.độ) x =18% Nồng độ chất hòa tan phần khối lượng Q 2 = G2×C2×(t1 – t2) = 500222×3432,52×(105 - 94) = 18887226166,809 (J) = 4511998,607 (kcal). 6.1.3.3. Lượng nhiệt để giữ khối nấu ở 105oC Q3 = F×T3× α ×(tbm - tkk) α - Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra không khí xung quanh α = 9,3 + 0,085×tbm (W/m2.độ) [8, tr 41] tbm - Nhiệt độ bề mặt của thiết bị , tbm = α = 9,3 + 0,058×65 = 13,07 (W/m2.độ) 105 + 25 = 65 2 (oC) T3 - Thời gian giữ nhiệt 1 ngày. Thời gian nấu chín là 30 phút gồm 5 phút để nâng nhiệt từ 94oC lên 105oC và 25 phút giữ ở 105oC. Vậy thời gian giữ nhiệt trong một ngày là: T3= 25/30 × 60 × 60 × 24 = 86400× 25/30= 72000 (s) F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2); F = 153,085 (m2) Q3 = F×T3× α ×(tbm - tkk) = 153,085 × 72000×13,07×(65 – 25 ) = 5762359171,572 (J/ngày)= 1376578,875 (Kcal/ngày) 6.1.3.4. Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q4 = F×T4× α ×(tbm - tkk) + 20%Q2 F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2); F = 153,085 (m2) tbm = 133 + 25 = 2 79(0C) T4 - Thời gian tổn thất nhiệt trong quá trình giữ nhiệt Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -87- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 25 30 T4 = 60×60×24× = 72000 (s) α = 9,3 + 0,058×79 = 13,882 (W/m2.độ) 20%Q2: Lượng nhiệt tổn thất trong quá trình nâng nhiệt Q4= 153,085 ×72000 ×13,882×(79 - 25) = 8262482366,235 (J/ ngày) = 1973837,163 (kcal/ ngày) 6.1.3.5. Lượng nhiệt cần bốc hơi nước Q5= W×r r = 576,5 (kcal/kg) Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 100 + 25 2 = 62,5o [7,tr 312]. W - Lượng ẩm bốc hơi. W= k×F×(P-P’×ϕ)×T + k: Hệ số bốc hơi, k = 0,036 D  F = π × R = π ×  bh   2  2 2 + , diện tích bốc hơi Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50 Sbh = 1 D2 ×π × 50 4 = 1 2,0982 ×π × 50 4 Đường kính ống thoát hơi: Dbh = 2 Suy ra: F = = 0,069 (m2) 4 × 0,069 4 ×S bh = = 3,14 π D   0,088  π ×  bh  = 3,14 ×    2   2  0,088 (m2) 2 = 0,006 m2 + P - Áp suất hơi bão hòa ở 62,5oC, P =174,08 mmHg [7, tr312] + 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= 0,036×0,006×(174,08 - 24,55×0,8)×24 = 0,801 (kg) Suy ra: Q’ = 0,801 × 576,5 = 461,556 (Kcal) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -88- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vì có 2 nồi nấu chín nên Q5 = 2× Q’ = 2× 461,556 = 923,111 (kcal/ngày). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho quá trình nấu chín trong 1 ngày là: Qtieuhao= Q1 + Q2 + Q3 +Q4+ Q5 = 46722,725 + 4511998,607 + 1376578,875 + 1973837,163 + 923,111 = 7910060,481 (kcal/ngày). 6.1.3.6. Di = Tính chi phí hơi Qtiêuhao ihn − in (kg) ihn: nhiệt lượng riêng của hơi nước. t = 133oC thì ihn = 651,6 (kcal/kg) [7, tr313] in: nhiệt lượng riêng của nước t = 133oC thì in = 133,4 (kcal/kg) [7, tr 313] D3 = Qh ihn − in = = 15264,493 (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 = 18,377 (kg/100kg giấm). Lượng hơi tiêu hao cho quá trình chưng cất trong 1 ngày : P × mgiam D4 = 100 = = 122581,022 (kg/ngày) 6.1.4.2. Tháp tinh chế Lượng hơi cần để chưng cất trong tháp tinh chế: P = 10,893 (kg/100kg giấm) Vậy lượng hơi cần cho tháp tinh chế trong 1 ngày: P × mgiam D5 = 100 = = 72660,123 (kg/ngày) Bảng 6.1. Bảng tổng kết hơi STT Công đoạn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lượng hơi (kg/ngày) SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -89- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 1 Nấu sơ bộ 42018,766 2 Phun dịch hóa 8125,855 3 Nấu chín 15264,493 4 Tháp thô 122581,022 5 Tháp tinh 72660,123 Tổng 260650,258 6.1.5. Tính và chọn lò hơi Lượng hơi thực tế cần dùng là: Dtt = D/η = 260650,258/0,9 = 289611,398 (kg/ngày) = 12067,142 (kg/h) Với ƞ = 0,9: 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 15000 kg/h Mã hiệu: LD 15/10 Năng xuất sinh hơi: 10000 (kg/h) Áp suất làm việc: 10 (kG/cm2) Nhiệt độ hơi bão hòa: 183oC 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 = = = 0,804 Vậy chọn một lò hơi 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 = 12067,142 (kg/h) + η - Hiệu suất lò hơi, η = 90% + ih- Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 657,3 (kcal/kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -90- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + in- Nhiệt hàm của nước ở áp làm việc, in = 152,2 (kcal/kg) Suy ra: D = =1006,562 (kg/h) Vậy lượng dầu nhà máy sử dụng trong 1 năm là: ∑D = 1006,562 × 24 × 282 = 6812409,173 (kg/năm) 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: 200×327 = 65400 (lít/năm) 6.1.6.3. Dầu D.O Dùng để chạy máy phát dự phòng 5 kg/ngày Lượng dầu sử dụng trong 1 năm: 5×327 = 1635 (kg/năm) 6.1.6.4. Dầu nhờn Dùng để bôi trơn các máy móc, thiết bị, sử dụng 5 kg/ngày Lượng dầu nhờn cần cho 1 năm: 5×327= 1635 (kg/năm) 6.2. Tính nước 6.2.1. Nước dùng cho nấu 6.2.1.1. Nước dùng để nấu nguyên liệu Lượng nước để nấu trong 1 ngày: m1= 374895 (kg/ngày) Khối lượng riêng nước ở 25oC, p=1 atm là ρn = 997,08 (kg/m3) [8, tr12]. Thể tích nước cần dùng để nấu: V1 = m1 374895 = = 375,993 ρ n 997,08 (m3/ngày) 6.2.1.2. Nước vệ sinh thiết bị nấu V2= 15%V1 = 15% 375,993 = 56,399 (m3/ngày) Vậy tổng lượng nước dùng cho quá trình nấu: V = V1 + V2 = 375,993 + 56,399 = 432,392 (m3/ngày) 6.2.2. 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 Vnước = 11,425 (m3/h) = 274,2 (m3/ ngày) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -91- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Theo mục 5.1.13 lượng nước cần cho 2 thiết bị làm nguội sau đường hóa là Vnước = 13,464 (m3/h) = 323,136 (m3/ngày) Lượng nước cần cho 4 thiết bị làm nguội ống lồng ống trong một ngày là : V= 274,2 + 323,136 = 597,336 (m3/ngày) 6.2.3. Nước dùng cho đường hóa Lượng nước cần dùng trong 1 ngày: Y = 129881,928 kg/ngày Thể tích nước cần dùng cho đường hóa trong một ngày: V = = = 129,881 (m3/ngày) 6.2.4. Nước dùng cho phân xưởng lên men Theo phụ lục 4 ta có: Lượng nước cần cho phân xưởng lên men: VLM= VC+VI+VII = 1163,980 + 47,725 +159,084 = 1348,045 (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) [4, tr 32] Hay : G × C × (t1 – t2) = Gn × Cn × (t’n – tn) G: Lượng sản phẩm ngưng tụ làm nguội, (kg) . C: Nhiệt dung riêng của chất cần làm lạnh ngưng tụ (kcal/kg.độ) t1, t2: Nhiệt độ đầu và cuối của chất cần làm lạnh . 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 (oC) 6.2.5.1. Các thiết bị phụ trợ tháp thô 1. Lượng nước cần ngưng tụ cồn thô Lượng hơi rượu ra khỏi tháp thô là : mc = × 667035 = 111554,933 (kg/ngày) Lượng hơi rượu cần ngưng tụ: G1 = 111554,933 1 ×5 = 22310,987 (kg/ngày) Hơi cồn thô có nồng độ 38,682% khối lượng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày → r1 = rE × × a1 + rn (1-a1). SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -92- GVHD: KS. Bùi Viết Cường rE : Ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu, rn : Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước . a1 : Thành phần cồn trong hỗn hợp . r1 = 314 × × 0,387 + 540 (1 – 0,387) = 452,538 (kcal/kg) . t’n = 50oC, tn = 20oC, Cn = 1 (kcal/kg.độ) G1 × r1 = Gn1 × Cn × (t’n-tn) Vậy lượng nước cần sử dụng: G1 = = 336552,310 (kg/ngày) Suy ra thể tích nước: Gn1 = = 337,538 (m3/ngày) (ρnước= 997,08 kg/m3). 2. Lượng nước cần làm nguội cồn thô (ống xoắn ruột gà) Theo mục 5 của mục 5.1.20.1. lượng nhiệt thực tế cần phải lấy đi để hơi ngưng tụ là :Q’’= 2519,445 (Kcal/h) Lượng nước cần cung cấp: G2 = Q" C N × (t1 − t2 ) = = 50,389 (kg/h) Suy ra thể tích nước: Gn2 = = = 0,051 (m3/h) = 1,213 (m3/ngày). 6.2.5.2. Các thiết bị phụ trợ tháp tinh 1. Lượng nước cần ngưng tụ hồi lưu Phương trình cân bằng: G3 × r3 = Gn3 × Cn × (t’n – tn) . [4, tr 32] G3: Lượng rượu ra khỏi tháp tinh. G3 = × 667035 = 148261,869 (kg/ngày) Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nồng độ 93,841% khối lượng R3 = 228×0,93841+ 540×(1– 0,93841) = 247,216 (kcal/kg) Vậy lượng nước cần sử dụng: Gn3 = = 644097,005 (kg/ngày) = = 645,983 (m3/ngày) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -93- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2. Lượng nước cần ngưng tụ và làm nguội cồn đầu Phương trình cân bằng nhiệt lượng: G4×C4×(t2 - t1) = Gn4×Cn×(t’n – tn) G4 - Lượng cồn đầu, G4 = 2216,92 (lít/ngày) t2 = 80oC; t1 = 30oC, t’n = 70oC ; tn = 20oC, C4 = 0,645 (kcal/kg.độ) Gn4 = = 1429,913 (lit/ngày) = 1,429 m3/ngày) 3. Lượng nước cần ngưng tụ và làm nguội cồn thành phẩm Phương trình cân bằng nhiệt lượng: G5×C5×(t2 – t1) = Gn5×Cn×(t’n – tn) G5 - Lượng cồn tinh chế, G5 = 53206,073 (lít/ngày) t2 = 107oC, t1 = 30oC, t’n = 70oC, tn = 10oC, C5 = 0,736 (kcal/kg.độ) Gn5 = = 50254,909 (lít/ngày) = 50,254 (m3/ngày) 6.2.5.3. Lượng nước cần làm nguội dầu fusel Phương trình cân bằng: G6 × C6 × (t2 – t1) = Gn 6 × Cn × (t’n – tn) [4, tr 32] G6 : Lượng dầu fusel. G6 = 3%Vcồn thành phẩm =3% × 53206,073 = 1596,182 (lít/ngày) t2 = 80 (oC) , t1 = 30 (oC) , t’n = 70 (oC) , tn = 20 (oC), C6 = 0,645 (kcal/kg.độ) Gn6= = 1029,537 (lit/ngày) = 1,029 (m3/ngày) Vậy tổng lượng nước cần dùng trong phân xưởng chưng cất – tinh chế là : 5 ∑G G= i =1 ni = 337,538 + 1,213 + 645,983 + 1,429 + 50,254 + 1,029 = 1037,446 (m3/ngày) 6.2.6. Nước cho lò hơi Lượng hơi dùng cho lò hơi 1 ngày: 289611,398 (kg/ngày) = 290,459 (m3/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: V= 290,459 ×1,1 = 319,505 (m3/ngày). 6.2.7. Lượng nước dùng cho sinh hoạt 6.2.7.1. Nước dùng cho bể tắm Tính cho 60% công nhân trong ca làm việc trực tiếp, dùng 25 lít trong 1 ngày cho 1 người. Vậy lượng nước dùng trong 1 ngày là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -94- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 3×25×30×0,6 = 1350 (lít/ngày) = 1,35 (m3/ngày) 6.2.7.2. Nước dùng cho nhà ăn Tính 20 lít cho 1 người trong 1 ngày Lượng nước cần dùng là: 3×20×83×0,6 = 2988 (lít) = 2,988 (m3/ngày) 6.2.7.3. Nước dùng rửa xe Sử dụng 4000 (lít/ngày) = 4 (m3/ngày) 6.2.7.4. Nước dùng các mục đích khác Sử dụng 2 (m3/h) = 48 (m3/ngày) Vậy tổng lượng nước cần dùng trong sinh hoạt: Vsinhhoat = 1,35 + 2,988 + 4 + 48 = 56,338 (m3/ngày) Bảng 6.2. Bảng tổng kết lượng nước sử dụng 1 ngày của nhà máy Lượng nước sử dụng (m3) Nấu 432,392 Làm nguội 597,336 Đường hóa 129,881 Lên men 1348,045 Chưng cất - Tinh chế 1037,446 Lò hơi 319,505 Sinh hoạt 56,338 Tổng 3920,943 6.3. Bơm cao áp để bơm cấp nước cho toàn nhà máy Công đoạn Theo tài liệu [7, tr446] chọn bơm li tâm 1 cấp nằm ngang (loại bơm HHP200), có các thông số kỹ thuật : Năng suất 200 m3/h, áp suất toàn phần 126m, số vòng quay 3000 vòng/phút. Chiều cao hút 17 m, nhiệt độ chất lỏng nhỏ hơn 284oC. Thể tích nước cần bơm trong 1 giờ là : 3920,943m3/ngày = 163,372 m3/ h Số lượng bơm: 170,205/200 = 0,671→ chọn 1 bơm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -95- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 7 TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG 7.1. Tổ chức của nhà máy 7.1.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy Giám đốc PGĐ kinh doanh PGĐ kỹ thuật Phòng Phòng Phòng Phòng Phòng Phòng tài vụ tổ chức thương đầu tư kỹ thuật KCS mại Bộ phận Bộ phận phụ trợ sản xuất chính Phân Phân Phân Tổ vận Phân Phân Phân xưởng lò xưởng xưởng chuyển xưởng xưởng xưởng hơi xử lý điện-cơ lên men chưng pha chế nước khí nước cất-tinh Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -96- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.1.2. Tổ chức lao động Nhà máy làm việc 327 ngày/năm. Mỗi ngày làm việc 3 ca: Ca 1: Từ 6h – 14h, Ca 2: Từ 14h – 22h, Ca 3: Từ 22h – 6h sáng hôm sau. Khối hành chính làm việc 8 h/ngày Sáng: Từ 7h – 11h30 Chiều: Từ 13h30 – 17h 7.1.2.1. Nhân lực lao động gián tiếp Bảng 7.1. Nhân lực lao động gián tiếp STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Chức năng Giám đốc PGĐ kinh doanh PGĐ kĩ thuật Phòng tài vụ Phòng tổ chức Phòng thương mại Phòng đầu tư Phòng kĩ thuật Phòng KCS Bảo vệ Y tế Phòng ăn Nhân viên vệ sinh Nhân viên văn thư Tổng lao động Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Số người 1 người. 1 người. 1 người. 5 người. 3 người. 4 người. 3 người. 5 người. 9 người. 6 người. 2 người. 4 người. 6 người. 3 người. 53 người. SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -97- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.1.2.2. Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp Bảng 7.2. Nhân lực lao động sản xuất trực tiếp trong nhà máy STT Chức năng Số người Số ca Tổng số người 1 Trưởng ca 1 3 3 2 Xử lý nguyên liệu 3 3 9 3 Khu nấu nguyên liệu 3 3 9 4 Khu lên men 2 3 6 5 Khu chưng cất – tinh chế và hấp phụ 3 3 9 6 Phân xưởng cơ điện 4 3 12 7 Thu hồi CO2 1 3 3 8 Lò hơi 2 3 6 9 Xử lý nước 2 3 6 10 Kho nguyên liệu 1 3 3 11 Kho thành phẩm 1 3 3 12 Kho nhiên liệu 1 3 3 13 Tổ bơm 2 3 6 14 Tổ lái xe 2 3 6 15 Lái xe lãnh đạo nhà máy 1 Trạm máy nén 1 16 Tổn g 1 3 30 Tổng nhân lực lao động nhà máy là: 53 + 88 = 141 người. 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: 53 + 30 = 83 người. 7.2. Tính các công trình xây dựng 7.2.1. Khu sản xuất chính Khu sản xuất chính bao gồm 3 khu: - Khu xử lý nguyên liệu, nấu, đường hoá, nhân giống - Khu lên men - Khu chưng cất – tinh chế. 7.2.1.1. Khu xử lý nguyên liệu, nấu, đường hoá và nhân giống Xây dựng 2 tầng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -98- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Tầng 1: Bước cột 6m, nhịp nhà 12m, kích thước: 48,4 × 12,4 × 7,2 (m) Tầng 2: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 48,4 × 12,4 × 7,2 (m) Diện tích: 600 (m2) 7.2.1.2. Khu lên men Khu lên men đặt ở ngoài trời và đặt gần khu nấu. Diện tích: 688 m2. Kích thước: chiều dài: 40 m, chiều rộng: 17,2 m, chiều cao 14 m. 7.2.1.3. Khu chưng cất – tinh chế Khu chưng cất - tinh chế đặt ngoài trời Phần đặt ngoài trời có chiều dài 17 (m), chiều rộng 8 (m), chiều cao 18 (m). Diện tích: 144 m2. Kích thước: chiều dài 17,2 m, chiều rộng 8,4 m, chiều cao 24 m. 7.2.2. Phân xưởng cơ điện Xây dựng 1 tầng Diện tích: 108 m2 Kích thước 12 × 9 × 6 (m). 7.2.3. Kho nguyên liệu Nguyên liệu chứa trong bao (70 kg/bao) xếp chồng nhau tạo khối. Kích thước bao: chiều dài bao 1 (m), đường kính bao 0,7 (m). Lượng sắn cần sản xuất trong một ngày: 135000 (kg) Lượng sắn dùng trong 10 ngày là: 135000× 10 = 1350000 (kg) Thể tích một bao nguyên liệu chiếm chỗ: V = h × π × R 2 = 1 × 3,14 × 0,252 = 0,196 Thể tích nguyên liệu chiếm chỗ: V1= (m3) 1350000 × 0,196 = 5298,75 50 (m3) Chọn hệ số chứa đầy của kho là 0,7, thể tích thực nguyên liệu chiếm chổ 5298,75 = 7569,643 0,7 VTT = (m3) Kích thước kho: 42 × 26× 7,2 (m), diện tích của kho: 1080 (m2). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -99- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.2.4. Kho thành phẩm Lượng cồn sản xuất trong một ngày là 57645 (lít) = 57,645 (m 3). Kho thành phẩm xây dựng có kích thước chứa lượng thành phẩm sản xuất trong 10 ngày là: 576,45 m3. Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 3 (m), chiều cao thùng 6 (m). Thể tích của mỗi thùng là V = π × R2 × h = 3,14 × 1,5 × 6 = 28,26 (m3) 576,45 = 20,038 28,26 Số thùng cần dùng là: . Chọn 21 thùng. Chọn ba dãy thùng chứa song song nhau. Kích thước của kho thành phẩm: 18 × 12 × 6,6 (m), diện tích kho: 216 (m 2) 7.2.5. Phân xưởng lò hơi Kích thước: 9 × 9 × 6 (m), diện tích: 72 (m2) 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) Tổng diện tích: 288 (m2) Xây dựng nhà hai tầng, kích thước: tầng 1: (24 × 6 × 4) m, tầng 2: (24 × 6× 4) m. 7.2.7. Trạm xử lí nước Kích thước: 6 × 6 × 6 (m), diện tích của trạm nước: 36 (m2) 7.2.8. Nhà tắm Nhà máy có tỉ lệ nam khoảng 65%, tỉ lệ nữ khoảng 35%. Nhà tắm: Tính cho 60% của 1 ca lao động trực tiếp: 60 × 30/100 = 18 (người). Số phòng tắm tính trung bình: 3 (người/phòng). Vậy xây dựng 6 phòng, Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -100- GVHD: KS. Bùi Viết Cường trong đó có 4 phòng nam và 2 phòng nữ. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Vậy kích thước nhà tắm: 12 × 1,5 × 3 (m), diện tích: 18 (m2) 7.2.9. Nhà vệ sinh Nhà máy có tỉ lệ nam khoảng 65%, tỉ lệ nữ khoảng 35%. Nhà vệ sinh: Tính cho 60% của 1 ca đông nhất: 60 × 83/100 = 50 (người). Số nhà vệ sinh tính trung bình: 7 (người/phòng). Vậy xây dựng 8 phòng trong đó có 5 phòng nam và 3 phòng nữ. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Kích thước nhà vệ sinh: 16 × 1,5 × 3 (m), diện tích: 24 (m2) 7.2.10. Nhà ăn, căn tin Tính cho 2/3 số lượng công nhân của ca đông nhất: 2 × 83 ≈ 54 3 người. Diện tích cho mỗi người là 2,5 (m2), diện tích nhà ăn: 54 × 2,5 = 135 (m2). Kích thước nhà ăn: 18 × 16 × 4 (m), diện tích của nhà ăn, căn tin: 144 (m 2) 7.2.11. Nhà chứa máy phát điện dự phòng Để đảm bảo cho nhà máy sản xuất liên tục khi điện mất đột ngột, nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng. Kích thước: 6 × 6 × 4 (m). Diện tích: 36 (m2) 7.2.12. Trạm biến áp Trạm biên áp để hạ thế đường cao áp xuống lưới điện nhà máy sử dụng. × × Trạm nằm ở góc nhà máy nơi ít người qua lại. Kích thước trạm: 4 4 6 (m), diện tích: 16 (m2) 7.2.13. Gara ôtô Đây là nơi để xe của nhà máy và cũng là trạm bảo quản và sửa chữa xe. Số xe của nhà máy bao gồm: 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) 7.2.14. Nhà để xe Tính 80% công nhân ở ca đông nhất: 83 (người). 1,5 m 2 cho 1 xe máy nên diện tích là: 125 (m2). Kích thước là: 24 × 7 × 3 (m), diện tích của nhà để xe : 162 (m2) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -101- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.2.15. Phòng thường trực và bảo vệ Phòng xây dựng gần cổng ra vào nhà máy. Gồm 2 phòng, 1 phòng ở cổng trước và 1 phòng ở cổng sau. Kích thước mỗi phòng: 4 × 4 × 4 (m), diện tích phòng: 16 (m2) 7.2.16. Khu xử lý bã và nước thải Kích thước khu xử lý bã và nước thải: 15 × 6 × 6 (m), diện tích: 90 (m 2) 7.2.17. Kho nhiên liệu Dùng để chứa dầu đốt cho lò hơi, xăng xe và máy phát dự phòng: Kích thước: 9 × 9 × 5 (m), diện tích kho nhiên liệu: 72 (m2) 7.2.18. Trạm bơm Kích thước của trạm bơm: 6 × 6 × 6 (m), diện tích trạm bơm: 36 (m 2) 7.2.19. Trạm máy nén và thu hồi CO2 Kích thước: 9 × 9 × 6 (m), diện tích trạm máy nén và thu hồi CO2: 72 (m2). Bảng 7.3. Bảng tổng kết các công trình STT Tên công trình Kích thước (m) Diện tích (m2) 48,4 × 12 × 14,4 600 1 Khu nấu, đường hóa, nhân giống 2 Khu lên men 40 × 17,2 × 14 688 3 Khu chưng cất – tinh chế, hấp phụ 17,2 × 8,4 × 24 144 4 Phân xưởng cơ điện lạnh 12 × 9 × 6 108 5 Kho nguyên liệu 42 × 26 × 7,2 1080 6 Kho thành phẩm 18 × 12 × 6,6 216 7 Phân xưởng lò hơi 9×9×6 72 8 Kho vật tư 12 × 6 × 6 72 9 Nhà hành chính 24 × 6 × 8 144 10 Nhà xử lý nước 6×6×6 36 11 Nhà tắm 12 × 1,5 × 3 18 12 Nhà vệ sinh 16 × 1,5 × 3 24 13 Nhà ăn – căn tin 18 × 6 × 4 144 14 Trạm biến áp 4×4×6 16 15 Trạm bơm 6×4×4 24 16 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 6×6×4 36 17 Gara ôtô 24 × 6 × 6 144 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -102- 18 Nhà để xe 19 Phòng thường trực bảo vệ 20 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 24 × 7 × 3 162 2 × (4 × 4 × 4) 32 Kho nhiên liệu 9×9×5 72 21 Bể xử lý bã và nước thải 15 × 6 × 6 90 22 Trạm máy nén và thu hồi CO2 9×9×6 72 23 Nhà chứa băng tải 22,325 × 3 × 2,4 67 Tổng cộng 7.3. Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy 4061 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÷100% diện tích đất xây dựng ban đầu, chọn a = 50%. Diện tích khu đất mở rộng: Fmr = 50% × 1432 = 716 (m2). Kích thước của khu đất là: 42 × 14 (m). 7.3.2. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy FKD = FXD K XD [7, tr 44] FKD: Diện tích khu đất. FXD: Diện tích xây dựng công trình. FXD = 4061 (m2). KXD: Hệ số xây dựng. Nhà máy thực phẩm KXD = 30÷50%. Chọn Kxd = 35%. 4061 = 11603 0,35 (m2). Diện tích khu đất: 96x120 (m) FKD = 7.3.3. Tính hệ số sử dụng KSD = FSD FKD [7, tr 44] KSD: Hệ số sử dụng. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tổng mặt bằng. FSD: Diện tích sử dụng khu đất, FSD = FCX + FGT + Fhè, rãnh + FXD. Trong đó: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -103- FCX: Diện tích trồng cây xanh: GVHD: KS. Bùi Viết Cường FCX = 0,35 × FXD = 1421,35 (m2). FGT: Diện tích giao thông: FGT = 0,4 × FXD = 1624,4 (m2). Fhè, rãnh: Diện tích hè rãnh: Fhè, rãnh = 0,3×FXD = 1218,3 (m2). Nên: FSD = 1421,35 + 1624,4 + 1218,3 + 4061 = 8325,05 (m2). KSD= FSD = 11603 = 0,72 FKD . Vậy Kxd = 35%, KSD = 0,72 Chương 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 8.1. An toàn lao động 1.1.1. An toàn lao động cho người Để thực hiện tốt công tác mày phải thực hiện tốt các vấn đề sau: - Giáo dục ý thức và biện pháp bảo hộ lao động. - Công nhân trực tiếp sản xuất được cấp phát quần áo bảo hộ lao động theo định kì. - Công nhân phải có găng tay để tránh đứt, xước tay khi vận chuyển. - Đối với công nhân vận hành máy, công nhân ở phân xưởng cơ điện cần có găng tay, kính bảo vệ mắt, ủng… - Các cầu giao điện phải được che đậy cẩn thận, phải thường xuyên kiểm tra và bảo dưỡng. Câc dây điện đèn, điện máy cần chắc chắn, có bọc lớp cách điện tốt. 8.1.2. An toàn về trang thiết bị Trong nhà máy lạnh, hệ thống máy và thiết bị tương đối phức tạp, đường ống dẫn và các van khá nhiều, tác nhân có tính độc hại. Do đó an toàn lao động về trang thiết bị vô cùng quan trọng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -104- GVHD: KS. Bùi Viết Cường - Máy móc thiết bị phải sử dụng đúng chức năng và phù hợp với công suất. - Mỗi thiết bị phải có hồ sơ rõ ràng, sau mỗi ca làm việc phải bàn giao nêu rõ tình trạng để ca sau dễ quản lý. - Phải có chế độ vệ sinh, bôi dầu mỡ vào ốc vít dể tránh rò rỉ, xả dầu và khí không ngưng ra khỏi hệ thống 8.1.3. An toàn về điện sản xuất - Các dây tải phải có dây nối đất, có cầu chì riêng để tránh hiện tượng chập mạch. - Cần cách điện cho các phần mang điện. - Trạm biến áp phải đặt cách nơi đông người. - Áp dụng các biện pháp kĩ thuật giảm nhẹ nguy hiểm nếu điện bị rò rỉ ra ngoài. 8.1.4. An toàn kho Trong kho lạnh phải được trang bị đầy đủ ánh sáng để phục vụ cho việc nhập, xuất kho tránh nhầm lẫn, hàng hoá phải có bao bì. 8.1.5. Phòng chống cháy nổ Phòng máy có những thiết bị dễ cháy nổ, có thể gây ô nhiễm môi trường khi không an toàn về trang thiết bị. Để phòng chống phải tuân theo các qui định về thao tác, các thể chế gây cháy. Công tác phòng chống cháy nổ phải được chú trọng, lập các đội phòng chống cháy nổ để kịp thời cứu chữa và có trách nhiệm trong việc phòng cháy chữa cháy. 8.2. Vệ sinh công nghiệp Yêu cầu về vệ sinh công nghiệp là vấn đề không thể thiếu được trong nhà máy công nghiệp thực phẩm. Nếu vệ sinh không tốt sẽ làm nhiễm tạp khuẩnvà làm hư hỏng sản phẩm sau này. 8.2.1. Vệ sinh cá nhân Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -105- GVHD: KS. Bùi Viết Cường - Phải sử dụng quần áo sạch sẽ, mặc đồ bảo hộ lao động đầy đủ. - Thực hiện tốt các chế độ khám sức khoẻ cho công nhân viên theo định kỳ. - Không ăn uống trong khi sản xuất. 8.2.2. Vệ sinh máy móc thiết bị Thiết bị, máy móc hoạt động theo định kỳ phải ngưng hoạt động để vệ sinh, sát trùng. Ngoài ra, cứ sau mỗi ca cần phải làm vệ sinh dụng cụ chế biến cho sạch sẽ. 8.2.3. Vệ sinh phân xưởng, nhà máy Thường xuyên thực hiện kiểm tra vệ sinh trong và ngoài phân xưởng sản xuất. Sau mỗi ca phải vệ sinh nơi làm việc, nhà máy cần có hệ thống cấp, thoát nước tốt, tránh ứ đọng gây hôi thối … 8.2.4. Xử lý phế liệu Đối với bã rượu sau khi chuyển vào khu xử lí bã sẽ bán cho các công ty sản xuất thức ăn gia súc, đây là biện pháp tốt nhất để bảo vệ môi trường và giảm chi phí xử lí rác thải đồng thời tăng hiệu quả kinh tế. 8.2.5. Xử lý nước sản xuất Nước ảnh hưởng đến chát lượng sản phẩm nên việc sử lý nước trước khi sử dụng là cần thiết. Nước phải được xử lí độ cứng, tẩy mùi và yêu cầu đảm bảo vệ sinh. 8.2.6. Xử lý nước thải Sau khi sản xuất, lượng nước thải được thải ra cần phải sử lý bằng phương pháp vi sinh đạt được tiêu chuẩn cho phép rồi đưa ra ngoài cống ngầm. An toàn lao động vệ sinh công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo chất lượng sản phẩm, năng xuất và uy tín của nhà máy. Do đó phải chú ý đúng mức và tuyệt đối thực hiện các yêu cầu đã đề ra. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -106- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 9 KIỂM TRA SẢN XUẤT 9.1. Kiểm tra nguyên liệu 9.1.1. Xác định độ ẩm Xác định theo phương pháp sấy đến khối lượng không đổi ở 100÷105oC trong 3÷4 giờ. Tiến hành: Cân 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 oC, 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. 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. [5, tr213] 9.1.2. Xác định hàm lượng tinh bột Xác định theo phương pháp hóa học. Tiến hành: Cân 2g trên cân phân tích sau đó chuyển toàn bộ vào bình tam giác có dung tích 250ml, cho vào 100ml HCl 2%. Tiến hành đun cách thuỷ trong 2 giờ. Sau 2 giờ thuỷ phân toàn bộ lượng tinh bột đã biến thành glucoza, làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi thêm 4÷5 giọt metyl da cam. Dùng NaOH 10% để trung hoà axit tới đổi màu rồi chuyển toàn bộ dịch vào bình định mức 250ml, tráng bình thêm nước cất cho đến 250ml rồi lọc. Hàm lượng tinh bột được xác định: TB = a × 250 × 100 × 0,9% b×m a: số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua Kali K3Fe(CN)6. b: số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -107- GVHD: KS. Bùi Viết Cường m: số gam bột sắn ở mẫu thí nghiệm. 0,9: hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. [5, tr 215] 9.1.3. Xác định hàm lượng protein thô và nitơ hoà tan trong nguyên liệu Xác định theo phương pháp Kjeldal: Theo sơ đồ cất phụ lục 5.1. Tiến hành: Cân 1÷2 gam bột trên cân phân tích sao cho lượng nitơ trong mẫu khoảng 15÷40 mg cho vào bình Kjeldal, cân lại ống nghiệm để biết lượng bột của mẫu. Tiếp theo cho vào bình 20ml H2SO4 đậm đặc (d=1,84), 0,5g CuSO4 và 1g K2SO4 lắc nhẹ 5÷7 phút. Đặt bình lên bếp để trong tủ hút khí độc. Đun nhẹ lửa lúc ban đầu để tránh trào bọt, thỉnh thoảng nhỏ vài giọt cồn. Đun kéo dài cho đến khi xuất hiện màu xanh của CuSO4 trong hỗn hợp khoảng 4÷5 giờ. Đun xong, để nguội và chuyển toàn bộ vào bình cầu rồi tiến hành chưng cất. Dùng bình thu dịch chưng cất cho vào chính xác 25ml H 2SO4 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% đổ qua phểu chiết (2) Vào bình (1) và bắt đầu đun. Nước ngưng bay ra cùng amoniac được thu vào bình (5). Thời gian chưng cất 30÷60 phút, thử nước ngưng với giấy quỳ nếu không có phản ứng xem như chưng cất kết thúc. Dung dịch chưng được chuẩn bằng NaOH 0,1N để suy ra lượng axit đã tác dụng với NH3. Hàm lượng Nitơ tính theo công thức: ( a − b ) × 0,0014 % m Trong đó: a: số ml H2SO4 0,1N cho vào bình dung dịch chưng. b: số ml NaOH 0,1N định phân lượng axit dư. 0,0014: hàm lượng nitơ tương ứng với dung dịch H 2SO4 0,1N. m: lượng bột sắn. [5, tr225] 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: 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 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -108- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 30oC, sau 15÷20 phút cho vào bình 2ml dung dịch enzyme. Lắc đều tính thời gian, sau 30 phút giữ ở 30 oC lấy bình tam giác ra và nhúng vào dung dịch đang sôi để vô hoạt enzyme, đảm bảo thời gian thuỷ phân đúng 30 phút, làm nguội đến nhiệt độ phòng và dung dịch này dùng để chuẩn 20ml dung dịch ferixyanua. Lấy 20ml dung dịch ferixyanua vào bình tam giác 250ml, cộng thêm 5ml KOH 2,5N và 2÷3 giọt xanh metylen đem đun sôi rồi dùng dung dịch đó chuẩn lượng tinh bột đã thuỷ phân tới mất màu xanh. Làm thí nghiệm khác tương tự nhưng dung dịch chuẩn là dung dịch enzyme. Giả sử dịch thuỷ phân chuẩn hết là a ml, dịch enzyme chuẩn hết là b ml. Hệ số Linơ: Li = 100 100 − × 0,1 b a 0,1: tỉ số pha loãng dịch enzyme trong thí nghiệm. [5, tr 239] 9.3. Kiểm tra dịch đường hoá và giấm chín sau lên men 9.3.1. Độ rượu trong giấm chín Theo sơ đồ chưng cất rượu phụ lục 5.2. Tiến hành : Lấy 100ml dung dịch lọc giấm chín có nhiệt độ khoảng 20 oC cho vào bình định mức 100ml, rót dịch giấm vào bình rồi tráng bằng 100ml nước cất rồi đổ vào bình cất. Nối bình với hệ thống chưng cất như hình trên, chưng cất cho đến khi nước ngưng ở bình (a) chỉ còn 2÷3 ml nữa thì đầy tới ngấn 100ml, cất xong đặt bình (a) vào nồi điều nhiệt và giữ ở 20oC. 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 + 2 K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CH3COOH +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O Lượng bicromat kali dư được xác định theo phương trình phản ứng: K2Cr2O7 + 6KI +7H2SO4 = 3I2 +4K2SO4 +2Cr2(SO4)3+ 7H2O Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -109- GVHD: KS. Bùi Viết Cường I2 giải phóng ra được định phân bằng phươnh trình: Na2S2O3: Na2S2O3+ I2 = 2 NaI + Na2S2O6 Tiến hành kiểm tra như sau: Lấy 20ml dung dịch bicromat kali cho vào bình cầu 500ml cho thêm 5ml H2SO4, tiếp tục cho vào 10ml dung dịch rượu đã pha loãng đến 0,3÷0,6% hay 20ml dịch cất từ bã rươu hay nước thải, lắc đều và để phản ứng 15 phút. Cân khoảng 1÷2 gam KI hoà với 1 ít nước rồi cho vào bình phản ứng, lắc đều và để vào chổ tối. Sau khoảng 10 phút thêm vào 100ml cất rồi định phân I 2 vừa được tạo thành bằng dung dịch 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). 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 − A0 ) × 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. [5, tr 242] 9.3.2. Đường và tinh bột sót trong giấm chín Xác định tổng hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp dùng thủy phân bằng acid: Lấy 50ml nước cất và 6ml HCL đậm đặc nối bình với ống sinh hàn 50cm. Mặt khác lấy 50ml dịch lọc giấm chín cho vào bình khác, cũng thêm nước và acid như mẫu giấm chưa lọc. Sau khi nối ống sinh hàn khí đặt cả 2 bình vào đun cách thủy 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 định mức 100ml. Lấy 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 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -110- GVHD: KS. Bùi Viết Cường cất (mẫu kiểm chứng), các ống nghiệm khác cho 5ml dịch đường loãng. Đặ kín bằng nút mài và cột bằng dây cao su nhỏ. Lắc đều và cho vào nước đang sôi sao cho ½ phút thì sôi trở lại và giữ thêm 5÷6 phút nữa, lấy ống nghiệm ra nhúng ngay vào nước lạnh. Mẫu thứ 2 dùng xác định cả tinh bột và đường, cần chuyển tinh bột sang trạng thái hoà tan. Chuyển 28g giấm vào bình định mức 250ml rồi cho thêm 80ml dung dịch H2SO4 0,5% để rửa và tráng cốc. Đặt bình vào nước đang sôi và giữ khoảng 15 phút, sau đó làm nguội, thêm nước cất đủ 250ml và đem lọc trong. Dung dịch đem pha loãng và tiến hành phản ứng với antrom như trên. Sau đó đo mật độ quang D3 và D4. Tổng lượng tinh bột và đường trong giấm được xác định: 18,9 × ( D3 − D4 ) × n (%) 1000 [5, tr 245] 9.3.3. Xác định nồng độ chất hoà tan sau lên men Xác định theo phương pháp đo bằng đường kế ở nhiệt độ 20oC. Tiến hành: Lấy dịch lọc giấm chín cho vào ống đong 250ml rồi dùng đường kế đo và đọc kết quả trên vạch chia độ sau đó quy về 20 oC theo bảng 9.1 phụ lục 5.3. [5, tr249] 9.4. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 9.4.1. Nồng độ rượu Đo độ rượu bằng rượu kế. theo phụ lục 5.4. Tiến hành: Rót cồn vào ống đo thẳng đứng ở 20 oC , nhúng thước đo vào, buông tay để thước đo nổi tự do rồi đọc kết quả. 9.4.2. Hàm lượng axit và este trong cồn Tiến hành: Dùng ống hút cho 100ml cồn pha loãng tới 50% vào bình tam giác 250ml. Nối với hệ thống làm lạnh ngược, đun sôi 15 phút để tách CO 2. Tiếp theo làm lạnh đến nhiệt độ phòng, cho 3÷4 giọt phenolftalein, dùng dung dịch NaOH 0,5N chuẩn đến xuất hiện màu hồng nhạt. Hàm lượng axit tính theo công thức: V × 6 × 10 × 100 C Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày (mg/l). [5, tr 255] SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -111- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Trong đó: V: Số dung dịch NaOH 0,1N tiêu hao khi điện phân. 6: Số mg axetic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 10: Hệ số chuyển thành 1 lít. 100: Hệ số chuyển thành cồn 100%. C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích. Sau khi chuẩn hàm lượng axit 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. 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 được xác định: E=V × × 8,8 10 × 100/c (mg/l). [5, tr 256] 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 Tiến hành: Lấy 50ml rượu hoặc cồn đã pha loãng xấp xỉ 50% cho vào bình tam giác 250ml. Sau đó thêm vào 25ml NaHSO 3 1,2% lắc đều để 1 giờ. Tiếp tục cho vào 5÷7 ml HCl 0,1N và dung dịch iốt 0,1N để oxy hoá lượng NaHSO 3 dư với chỉ thị dùng là dung dịch tinh bột 0,5%. Lượng dung dịch I 2 0,1N và 0,01N tiêu hao trong giai đoạn này không tính đến. Tiếp theo cho vào bình 25ml dung dịch NaHSO 3 để giải phóng lượng NaHSO3 và andehyt. Sau 1 phút 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). [5, tr 257] 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. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -112- GVHD: KS. Bùi Viết Cường C: số ml rượu mẫu lấy để phân tích. 9.4.4. Xác định hàm lượng ancol cao phân tử Tiến hành: dùng một ống đong 50ml hay 25ml có nút nhám đã rửa sạch, sấy khô. Sau đó cho vào ống thứ nhất 10ml cồn, các ống khác chứa 10ml dung dịch mẫu có hàm lượng andehyt axetic tương đương như mẫu thí nghiệm, dùng ống hút cho vào mỗi ống đong 0,4ml dung dịch andehyt salixilic 1% và 20ml axit sunfuric đậm đặc. Nút các ống đong rồi lắc đều, để yên 30 phút. Sau đó đem so màu bằng mắt thường, màu của ống thí nghiệm phù hợp với màu của ống mẫu nào thì hàm lượng ancol cao phân tử trong rượu thí nghiệm là hàm lượng ancol cao phân tử trong mẫu đó. Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: a ×100 C (mg/l hay %) a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu. C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. [5, tr 259] 9.4.5. Xác định hàm lượng ancol metylic (CH3OH) Tiến hành: Lấy ống nghiệm t o (18x180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn hoặc rượu cộng thêm 5ml KMnO 4 1% và 0,4ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc. Lắc nhẹ và để yên sau 3 phút thêm vào đó 1ml axit oxalic bão hòa để khử lượng KMnO4 dư. Khi dung dịch có màu vàng, thêm vào 1ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc, khi mất màu dùng ống hút cho vào 5ml dung dịch fucxin lắc nhẹ và để 25÷30 phút. Song song tiến hành thí nghiệm với mẫu chứa ancol metylic đã biết trước. Sau 25÷30 phút nếu màu của ống thí nghiệm nhạt hoặc bằng màu của dung dịch mẫu thì xem như là đạt tiêu chuẩn về hàm lượng ancol metylic, nếu màu của thí nghiệm đậm hơn là không đạt. [5, tr260] 9.4.6. Xác định thời gian oxy hóa Dùng ống đong 50ml có nút nhám cho vào 50ml cồn thí nghiệm rồi đặt vào nồi giữ nhiệt ở 20oC, sau 15 phút dùng ống hút cho vào 1ml dung dịch KMNO 4 0,02%. Đậy nút nhám và lắc đều rồi đặt vào nồi giữ tiếp ở 20 oC. Màu của KMNO4 sẽ dần dần thay đổi cho tới khi đạt tới màu của dung dịch mẫu cùng rót đầy vào một Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -113- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ống đong khác. Thời gian từ khi cho KMNO 4 vào cho tới khi kết thúc được xem là thời gian oxy hóa. Thời gian càng dài chứng tỏ cồn có chất lượng càng tốt. Dung dịch mẫu: Cân chính xác 0,25g CoCl 2 và 0,28g UO2(NO2)2 hòa tan thành 100ml hoặc dùng mẫu của cục Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng Việt Nam. [5, tr262]. 9.4.7. Xác định hàm lượng furfurol (C5H4O2) Tiến hành: lấy ống nghiệm 25ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt aniline và 3 giọt HCl vào ống nghiệm. Tiếp theo cho 10 ml cồn rồi lắc đều và để yên. Nếu sau 10 phút hỗn hợp vẫn không màu thì cồn là đạt tiêu chuẩn, nếu xuất hiện màu hồng thì xem như cồn không đạt tiêu chuẩn do có chứa nhiều furfurol. [5, tr262]. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -114- GVHD: KS. Bùi Viết Cường MỤC LỤC Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT [...]... khoảng 78,3÷78,5 oC; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khống chế ở 82÷83oC [5, tr182-185] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -29- GVHD: KS Bùi Viết Cường Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất Bảng 4.1 Kế hoạch sản xuất Tháng Nguyên liệu 1 x 2 x 3 x... 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 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày... mạch): Một số nước Châu Âu vẫn còn dùng - phương pháp này Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầu hết - các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc, mấy Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -14- GVHD:... tạp chất cuối, cồn đầu cho quay lại tháp aldehyde, cồn cuối ở đáy tháp làm sạch đi vào trên đĩa tiếp liệu của tháp tinh [5, tr184-189] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD: KS Bùi Viết Cường Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1 Chọn dây chuyền công nghệ Sắn lát khô Làm sạch Nghiền... Chưng cất Cồn đầu Hơi Tinh luyện Dầu fusel Cồn 96% V Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -21- GVHD: KS Bùi Viết Cường Nguyên liệu ra 3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.2.1 Làm sạch 3.2.1.1 Mục đích Quá trình làm sạch nhằm tách các tạp chất bụi bẩn, đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên. .. trình độ cao [1, tr132-134] Hình 2.5 Đường cong lên men (theo lêbêdep) [5, tr145] 2.3.5 Quá trình chưng cất và tinh chế 2.3.5.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất - tinh chế Ở nhiệt độ bất kỳ, áp suất hơi bão hoà của rượu etylic lớn hơn áp suất hơi bão hòa của nước Do đó khi cùng một áp suất thì nhiệt độ sôi của rượu etylic thấp hơn nhiệt độ sôi của nước Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất. .. tháp: Hệ thống gồm 1 tháp cất và 1 tháp tinh làm việc liên tục, cồn thành phẩm được lấy ra dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3÷6 đĩa, hệ thống này tiên tiến hơn so với chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải lấy thêm cồn đầu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt... bằng hơi trực tiếp, hơi đi từ dưới lên, giấm chín chảy từ trên xuống, toàn bộ hơi ngưng ở (2), (6), (7) đi vào tháp tinh (8) ở đĩa thứ 16÷18 tính từ dưới lên, còn giấm khi chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu Hình 3.9 Sơ đồ chưng cất liên tục 2 tháp Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH:... đoạn này đường tiêu hao ít và rượu sinh ra không đáng kể Lên men chính: nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp - -15- GVHD: KS Bùi Viết Cường dụng nhiều nhất, sinh nhiều cồn và CO2, Lên men cuối: Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch... điểm: tốn ít nhiên liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản + Nhược điểm: tốn nhiều hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích Lớp:12H2LT Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: KS Bùi Viết Cường suất và nhiệt độ cao gây tổn thất nhiều đường - Nấu bán liên tục Nấu bán liên tục là quá trình nấu được tiến ... thành 92 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu tạo từ 0,733 ×M kg đường với hiệu suất lên men 98% là: mcồn khan = × = 0,327×M (kg) Khối lượng cồn khan thu với hao hụt 2%: mcồn khan = 0,327 ×M× =... 0,02÷0,025 % chất sát trùng Na2SiF6 [4, tr116-117] 2.2 Tổng quan sản phẩm 2.2.1 Cồn [12] 2.2.1.1 Công thức hóa học Cồn hay etanol ancol mạch thẳng, công thức hóa học C2H6O, C2H5OH hay CH3-CH2-OH... g/ml 15oC), dễ bay (sôi nhiệt độ 78,39oC), hóa rắn -114,15oC, tan nước vô hạn, tan ete clorofom, hút ẩm, dễ cháy, cháy khói lửa có màu xanh da trời 2.2.1.4 Tính chất hóa học - Phản ứng với kim loại

Ngày đăng: 23/10/2015, 19:42

Từ khóa liên quan

Mục lục

  • MỞ ĐẦU

  • Chương 1

  • LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

    • 1.1. Vị trí xây dựng

    • 1.2. Đặc điểm tự nhiên

    • 1.3. Nguồn nguyên liệu

    • 1.4. Nguồn cung cấp điện

    • 1.5. Nguồn cung cấp hơi

    • 1.6. Nguồn cung cấp nước và nước thải

    • 1.7. Giao thông

    • 1.8. Nguồn nhân lực

    • 1.9. Thị trường tiêu thụ

    • 1.10. Năng suất nhà máy

    • Chương 2

    • TỔNG QUAN

      • 2.1. Tổng quan về nguyên liệu

        • 2.1.1. Sắn

          • 2.1.1.1. Giới thiệu về sắn

          • 2.1.1.2. Cấu tạo của củ sắn

          • 2.1.1.3. Thành phần hóa học của sắn

          • 2.1.2. Nước

          • 2.1.3. Nấm men

          • 2.2. Tổng quan về sản phẩm

            • 2.2.1. Cồn [12]

              • 2.2.1.1. Công thức hóa học

              • 2.2.1.2. Lịch sử

Tài liệu cùng người dùng

Tài liệu liên quan