Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96%v từ sắn năng suất 15 000 lít

LẬP LUẬN KINH TẾ

Thực trạng ngành công nghiệp sản xuất rượu cồn ở nước ta

Việt Nam có truyền thống nấu rượu lâu đời, phát triển mạnh từ thế kỷ thứ X Hiện tại, có hai doanh nghiệp quốc doanh lớn nhất là Công ty rượu Hà Nội với công suất 10 triệu lít/năm và Nhà máy rượu Bình Tây với công suất 20 triệu lít/năm, cùng với 26 doanh nghiệp quốc doanh địa phương đạt tổng công suất 25,8 triệu lít/năm Tuy nhiên, các nhà máy chỉ khai thác được 74% công suất thiết kế Ngoài ra, còn có các cơ sở sản xuất tư nhân và cổ phần với tổng công suất khoảng 4,55 triệu lít/năm Những cơ sở này thường sử dụng thiết bị trong nước, có vốn đầu tư thấp và công suất nhỏ, dẫn đến sản phẩm chất lượng không đồng đều Một số cơ sở đầu tư cho công nghệ, sản phẩm ổn định hơn, trong khi phần lớn sản xuất theo mùa vụ, tập trung ở vùng nông thôn và miền núi với chất lượng thấp nhưng giá thành rẻ Sự phát triển của nền kinh tế thị trường cũng thúc đẩy sản xuất rượu tự nấu, tạo ra nhiều làng nghề nấu rượu, với tổng sản lượng rượu dân tự nấu lên tới 242,412 triệu lít/năm.

Rượu nấu truyền thống tại các địa phương đạt sản lượng khoảng 82,412 triệu lít mỗi năm, trong khi rượu tự nấu từ các khu vực khác ước tính khoảng 160 triệu lít nhưng chưa được thống kê chính xác Bên cạnh đó, Việt Nam còn nhập khẩu một lượng lớn rượu ngoại hàng năm để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước.

Ngành công nghiệp rượu hiện nay vẫn chưa phát triển, với công nghệ và thiết bị lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa đạt tiêu chuẩn TCVN-71 Mặc dù TCVN-71 về cồn rượu được coi là thấp so với các nước tiên tiến, nhưng sản phẩm vẫn nghèo nàn và chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu dùng trong nước cũng như xuất khẩu.

Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất rƣợu cồn

Sau khi nghiên cứu tình hình ngành công nghiệp rượu cồn trong nước, chúng ta cần phân tích các vấn đề quan trọng và điều kiện thuận lợi để thiết kế một nhà máy sản xuất hiệu quả Việc hiểu rõ thực trạng ngành giúp xác định những thách thức cần giải quyết và cơ hội phát triển, từ đó tối ưu hóa quy trình sản xuất và nâng cao chất lượng sản phẩm.

Dự án xây dựng nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 15.000 lít/ngày sẽ sử dụng nguyên liệu từ sắn, ngô và rỉ đường Địa điểm đề xuất cho nhà máy là khu công nghiệp Thiên Lộc, Can Lộc, Hà Tĩnh.

Nguồn cung cấp nguyên liệu

Nguyên liệu sản xuất của nhà máy chủ yếu là sắn và ngô, hai loại nông sản phổ biến ở các vùng sinh thái Việt Nam, đặc biệt là tại các tỉnh như Thanh Hóa, Hòa Bình, Sơn La và Quảng Bình, nơi có sản lượng sắn lớn Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu Để đảm bảo nguồn nguyên liệu cho sản xuất, cần mở rộng vùng nguyên liệu thông qua việc đầu tư vốn cho nông dân và khuyến khích sử dụng giống mới có năng suất cao.

Ngoài nguy n liệu từ tinh bột có thể dùng rỉ đường thu mua từ các nhà máy chế biến đường để làm nguy n liệu sản xuất cho nhà máy.

ịa hình

Huyện Can Lộc là huyện đồng bằng bán sơn địa nằm ở trung tâm tỉnh Hà Tĩnh, hiện có diện t ch tự nhi n 30.248,4 ha, dân số gần 13 vạn người

Can Lộc nằm cách thủ đô Hà Nội khoảng 330km, cách thành phố Vinh 30km, thị xã Hồng Lĩnh 15km và thành phố Hà Tĩnh 20km.

Giao thông

Giao thông tại Can Lộc khá thuận lợi với hệ thống giao thông đa dạng bao gồm đường bộ, đường sắt và đường thủy Quốc lộ 1 và tuyến đường sắt Bắc - Nam chạy xuyên qua huyện, tạo điều kiện giảm chi phí vận chuyển và nâng cao khả năng lưu thông hàng hóa.

Nguồn nước

Nguồn nước mặt bằng và nguồn nước ngầm Có hệ thống sông ngòi dày đặc và các đập , hồ thủy lợi

Nguồn nước của khu công nghiệp được thiết kế hợp lý để phục vụ sản xuất công nghiệp, với hai tuyến chính và mạng lưới phân phối theo hình thức vòng khép kín, đảm bảo cung cấp nước an toàn cho hoạt động.

Hệ thống thoát nước mưa và thoát nước thải được bố trí riêng biệt Nước thải được xử lý tại nguồn trước khi được thu gom về khu vực xử lý chung Chỉ khi nước thải đã đạt tiêu chuẩn xử lý, nó mới được thải ra hệ thống thoát nước chung của huyện.

Nguồn điện

S T Ng Th c GVHD: S TS T Th Mi h 5

Nhà máy sử dụng nguồn điện lưới quốc gia do Sở Điện lực Hà Tĩnh cung cấp, đồng thời còn có máy phát điện công suất nhỏ dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục khi xảy ra mất điện.

Nguồn nhân lực

Tỉnh Hà Tĩnh, với dân số đông và cuộc sống còn nhiều khó khăn, đang đối mặt với thách thức về việc làm Việc xây dựng nhà máy sẽ góp phần quan trọng trong việc tạo ra cơ hội việc làm cho người lao động địa phương, từ đó thúc đẩy sự phát triển kinh tế của tỉnh.

Các vùng lân cận như Nghệ An, Thanh Hóa và Quảng Bình cung cấp một nguồn nhân lực dồi dào cho nhà máy Do đó, nhà máy có thể tuyển dụng nhân lực từ các khu vực này Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý sẽ được đào tạo và tiếp nhận từ Trường Đại học Vinh cũng như các trường đại học khác trên toàn quốc.

Thị trường tiêu thụ

Nhu cầu sử dụng cồn rượu trong khu vực đang gia tăng, đặc biệt từ các nhà máy chế biến thực phẩm, chế biến gỗ và y tế Địa điểm này nằm trên trục quốc lộ 1A, tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển sản phẩm đến các vùng miền khác trên toàn quốc.

Nguồn cung cấp hơi

Hơi được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau trong từng giai đoạn sản xuất Lượng hơi được cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy.

Nhiên liệu dùng cho lò hơi là Gas, than đá, dầu DO.

CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT

Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm

Nguyên liệu sản xuất rượu etylic bao gồm các loại chứa đường lên men hoặc polysaccharit có khả năng chuyển hóa thành đường, như gạo, ngô, khoai, sắn và rỉ đường.

Trong đồ án tốt nghiệp, em được giao thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn từ rỉ đường và tinh bột (sắn, gạo, ngô) Nhà máy có thể tận dụng rỉ đường từ các nhà máy đường lân cận, và khi nguồn rỉ đường khan hiếm, tinh bột sẽ là nguồn nguyên liệu thay thế Sắn và ngô là những nguyên liệu thay thế khả thi, với sản lượng lớn tại Việt Nam và giá thành sản xuất cồn từ chúng tương đối thấp Điều này tạo ra lợi thế ban đầu trong thiết kế nhà máy, bởi sắn đáp ứng các yêu cầu cần thiết.

- Hàm lƣợng tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao

- Vùng nguyên liệu tập trung đủ thỏa mãn nhu cầu sản xuất

2.1.1.1 Thành phần cấu tạo hóa học của rỉ đường

Rỉ đường là sản phẩm phụ trong quá trình sản xuất đường, được tạo ra trong giai đoạn kết tinh Tại Việt Nam, chỉ có rỉ đường mía được sử dụng, trong khi có hai loại rỉ đường là rỉ đường mía và rỉ đường củ cải Thành phần của rỉ đường mía phụ thuộc vào giống mía, thổ nhưỡng, điều kiện canh tác và công nghệ sản xuất.

Sau khi thu hoạch, cây mía được cắt bỏ lá và thân mía được nghiền hoặc cắt nhỏ để ép lấy nước Nước mía sau đó được đun sôi để cô đặc, tạo ra các tinh thể đường Các tinh thể này được tách ra, trong khi phần mật mía tiếp tục được cô đặc Sau khoảng ba lần cô đặc, không thể tạo thêm tinh thể đường bằng các phương pháp thông thường, và chất lỏng còn lại chính là rỉ mật hay rỉ đường.

Thành phần tiêu chuẩn của rỉ mật thường được chia thành 3 phần: đường, chất hữu cơ không đường và chất khoáng

Rỉ mật chủ yếu chứa đường, trong đó sucroza chiếm 44%, glucoza 10% và fructoza 13% Ngoài ra, axit amin chiếm 3% và các chất khác chiếm 30% Đặc biệt, rỉ mật có tỷ lệ đường khử tương đối cao.

Hàm lƣợng trung bình của các chất vô cơ trong chất khô khoảng:

Chất vô cơ Tỷ lệ (%

Mật rỉ có độ PH từ 6,8 – 7,2, độ kiềm của đường rỉ khoảng 0,5 ÷ 2 o (1 o kiềm tương đương với 1ml dung dịch H 2 SO 4 1N trung hòa hết 100g rỉ đường)

2.1.1.2 Thành phần cấu tạo hóa học của sắn

Củ sắn gồm 3 thành phần chính: vỏ, thịt củ, lõi sắn, ngoài ra còn có cuống và rễ củ

- Vỏ gồm: vỏ gỗ, vỏ cùi

Vỏ gỗ chủ yếu cấu tạo từ xenluloza, có chức năng bảo vệ củ khỏi tác động bên ngoài và hạn chế mất nước Mặc dù vỏ củ cứng, nhưng liên kết với củ không bền vững, dễ bị mất khi thu hoạch và vận chuyển Vỏ cùi dày khoảng 1-3 mm, chiếm 8-15% khối lượng củ, bao gồm lớp tế bào mô cứng bên ngoài chủ yếu là xenluloza, không chứa tinh bột nhưng giàu dịch bào (mủ sắn) Dịch bào chứa polyphenol, cùng với lớp tế bào mô mềm có tinh bột (khoảng 5%), polyphenol và enzyme lilamarin, giúp củ phát triển bình thường trước thu hoạch, nhưng gây khó khăn trong bảo quản và chế biến sau khi đào.

Thịt củ chứa nhiều tinh bột, protein và chất dầu, là phần dự trữ chính của các chất dinh dưỡng Mặc dù các chất polyphenol, độc tố và enzyme chỉ chiếm khoảng 10-15% so với lượng có trong củ, nhưng chúng vẫn gây trở ngại như làm biến màu, khiến sắn dễ chảy mủ và khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.

Lõi sắn nằm ở trung tâm củ và kéo dài dọc theo chiều dài của nó Thành phần chính của lõi sắn là xenluloza, có vai trò quan trọng trong việc dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước hiệu quả khi sấy hoặc phơi khô.

Thành phần củ sắn tươi dao động khá lớn bao gồm:

Sắn không chỉ chứa các chất dinh dưỡng mà còn có một lượng vitamin thuộc nhóm B, bao gồm B1, B2 với nồng độ 0.03 mg% và B6 với 0.006 mg% Tuy nhiên, quá trình chế biến và sản xuất rượu có thể làm mất một phần vitamin này Độc tố có trong sắn sẽ được loại bỏ cùng với bã rượu trong quá trình sản xuất.

Sắn dùng trong sản xuất rƣợu chủ yếu là sắn lát khô

Cồn nước đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, được sử dụng trong nhiều công đoạn như nấu, đường hoá, lên men, chưng luyện, làm lạnh, rửa thiết bị và vệ sinh khu vực sản xuất.

Để sản xuất một lít cồn, cần từ 80 đến 120 lít nước, do đó yêu cầu về chất lượng nước rất cao Nước sử dụng phải đạt tiêu chuẩn không màu, không mùi, không vị, không có mùi ammoniac hay lưu huỳnh, số lượng tạp khuẩn không vượt quá 100, và E coli không quá 3.

Etanol, hay còn gọi là rượu tylic, rượu ngũ cốc hoặc cồn, là một hợp chất hữu cơ thuộc dãy đồng đẳng của rượu metylic Đây là một trong những loại rượu phổ biến có mặt trong các đồ uống có cồn Trong ngôn ngữ hàng ngày, etanol thường được đơn giản gọi là rượu.

2.1.2.1 Tính chất vật lý của rượu etylic

Rượu etylic nguyên chất là một chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng và vị cay Nó có khả năng hút ẩm mạnh, dễ bay hơi và dễ cháy Rượu có thể hòa tan trong nước với bất kỳ tỉ lệ nào, kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt Ngoài ra, rượu cũng hòa tan nhiều chất vô cơ như CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH và các khí như H2, N2, O2, SO2, CO, cũng như nhiều chất hữu cơ, nhưng không hòa tan được tinh bột và disaccharit.

2.1.2.2 Tính chất hóa học của rượu etylic

Công thức hóa học của nó là C 2 H 5 OH, hay CH 3 -CH 2 -OH, viết tóm tắt là C 2 H 6 O

Rượu etylic có cấu trúc phân tử bao gồm gốc etyl và nhóm hydroxyl, do đó tính chất hóa học của nó phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần này Một trong những phản ứng quan trọng của rượu etylic là tác dụng với oxy.

Tùy theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà cho ra những sản phẩm khác nhau 2C 2 H 5 OH + O 2 Nhẹ 2CH 3 CHO + 2H 2 O

2C 2 H 5 OH + O 2 Vừa đủ CH 3 COOH + 2H 2 O

C 2 H 5 OH + 3O 2 Mãnh liệt 2CO 2 + 3H 2 O b) Tác dụng v i kim loại kiềm và kiềm thổ

Trong trường hợp này rượu etylic được coi như một axit yếu và có những phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo thành muối alcolat

(Natri Alcolat) c) Tác dụng v i NH 3 : nhiệt độ 250 0 C và có x c tác rƣợu etylic tác dụng với NH 3 tạo thành amin

C 2 H 5 OH + NH 3 = CH 3 CH 2 NH 3 + H 2 O (etyl amin) d) Tác dụng v i axit :

Rượu etylic phản ứng với axit để tạo thành este, và loại este hình thành phụ thuộc vào từng loại axit cụ thể Trong quá trình này, rượu hoạt động như một kiềm yếu.

- ối với axit hữu cơ tạo thành este thơm

- ối với axit vô cơ tạo thành este (muối) phức tạp

(etyl Nitrat) e) R ợu etylic và oxit s t tạo thành aldehyt axetic

Phản ứng xảy ra nhƣ sau:

2FeO + O 2 + C 2 H 5 OH = Fe 2 O 3 + CH 3 CHO + H 2 O

Fe 2 O 3 + C 2 H 5 OH = FeO + CH 3 CHO + H 2 O

Do vậy lƣợng rƣợu bị giảm đi rõ rệt nếu chƣng cất, tinh chế hoặc bảo quản rƣợu bằng thiết bị chế tạo bằng sắt.

Quy trình công nghệ sản xuất

Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất:

2.2.1 Nghiền nguyên liệu a Mục đ ch

Nghiền giúp phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, giải phóng hạt tinh bột khỏi mô và tăng bề mặt tiếp xúc với nước Quá trình này cải thiện khả năng trương nở và hòa tan của tinh bột, từ đó rút ngắn thời gian nấu đường hóa, tiết kiệm hơi và nâng cao hiệu suất thu hồi rượu.

Cồn thực phẩm ƣờng hóa

Pha loãng sơ bộ và xử lý Dịch lên men

Nguyên liệu có thể được nghiền bằng nhiều loại máy nghiền như máy nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa và máy nghiền siêu tốc Đối với nguyên liệu sản xuất là sắn khô thái lát và ngô, máy nghiền búa là sự lựa chọn tối ưu.

Hoà bột là quá trình quan trọng giúp bột tan đều trong nước, từ đó rút ngắn thời gian nấu và ngăn ngừa tình trạng vón cục Việc này cũng giúp tránh tắc nghẽn trong quá trình chuyển dịch khi nấu xuống đường hoá, vì các tạp chất như sạn và cặn bẩn sẽ lắng xuống đáy.

- Bơm đủ lượng nước ấm 40 0 C vào thùng hòa bột với tỉ lệ nước: bột là 4:1

- Bật cánh khuấy và tiến hành xả bột xuống thùng để tránh vón cục

- Bơm th m dịch giấm chín của mẻ trước để điều chỉnh pH = 5 ÷6

- Thời gian mỗi mẻ hòa bột thường 15÷30 phút

Hạt tinh bột có màng tế bào bảo vệ, khiến việc nghiền chỉ phá vỡ một phần màng, làm hạn chế sự tiếp xúc giữa enzyme và tinh bột trong quá trình đường hóa Hơn nữa, enzyme amylaza có tác dụng kém đối với tinh bột ở trạng thái không hòa tan Do đó, để dễ dàng đường hóa tinh bột, cần nấu nguyên liệu để chuyển tinh bột sang trạng thái hòa tan.

- Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi

- Nấu đƣợc tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài

- Nấu đƣợc tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín (làm việc gián đoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục)

- Nấu sơ bộ và nấu chín là gián đoạn, còn nấu chín thêm là liên tục

- Áp suất và thời gian t hơn nấu gián đoạn

- Quá trình nấu chia ra làm 3 giai đoạn: nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm và cuối cùng là thiết bị tách hơi

Thiết bị nấu cháo hoạt động theo nguyên lý trao đổi nhiệt ngược chiều, với nhiệt độ từ dưới lên và cháo được đưa từ trên xuống Nhờ vậy, hiệu quả trao đổi nhiệt được nâng cao, giúp rút ngắn thời gian nấu cháo ở nhiệt độ cao.

- Thời gian nấu đƣợc rút ngắn

4) Nấu có sử dụng enzim

- Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100 0 C

- Sử dụng enzyme  - Amylase chịu nhiệt Enzyme này thu nhận từ vi khuẩn

B.Licherifocmic có pH khoảng 5 ÷ 6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu đƣợc có thể 90÷93 0 C

Sau khi nấu, tinh bột trong dịch cháo chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp Để có thể lên men, tinh bột cần trải qua quá trình thủy phân, gọi là quá trình đường hóa, nhằm chuyển hóa thành đường Quá trình này đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn, ảnh hưởng lớn đến hiệu suất thu hồi rượu bằng cách giảm thiểu hoặc gia tăng lượng đường và tinh bột còn lại sau khi lên men.

Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa b Tác hâ đ ờng hóa

- Dùng axit HCl hoặc H 2 SO 4 : phương pháp này t 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: ây là phương pháp được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn

Việt Nam chủ yếu sử dụng amylaza từ nấm mốc trong sản xuất rượu, tuy nhiên, trong những năm gần đây, nhiều nhà máy đã bắt đầu nhập khẩu chế phẩm amylaza từ hãng Novo của Đan Mạch để cải thiện quy trình đường hóa.

* ặc điểm: Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong 1 nồi duy nhất

- Thiết bị đơn giản dễ chế tạo

- Dễ thao tác, vận hành, sửa chữa

- Hoạt độ enzyme ít bị mất do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao

- Không hạn chế đƣợc lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch bột ở 70 0 C

- Năng lƣợng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao) và thời gian dài

- Khó cơ kh và tự động hóa

- Chất lượng dịch đường không ổn định

- Dễ bị nhiễm trùng hơn so với phương pháp li n tục

* ặc điểm: Quá trình đường hóa được thực hiện trong các thiết bị khác nhau

- Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị

- Dịch cháo ít bị lão hóa vì dịch cháo đƣợc làm lạnh tức thời

- Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao đƣợc rút ngắn

- Dễ cơ kh và tự động hóa, cho phép tăng năng suất lao động

- Năng lượng sử dụng giảm do thời gian đường hóa giảm

- Tiết kiệm được diện t ch nhà xưởng

- Giảm được khả năng nhiễm trùng do dịch đường hóa đi trong hệ thống kín

- Chất lượng dịch đường ổn định

- Khi kết hợp việc làm lạnh bằng chân không phương pháp này cho phép nấu cháo ở nồng độ loãng hơn do đó giảm được tổn thất đường khi nấu

- Yêu cầu về điện, nước đầy đủ và ổn định

- Yêu cầu cao về kỹ thuật vận hành thiết bị

- Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể d) Chọ h ơ g h đ ờng hóa

Trong các phương pháp truyền thống, đường hóa liên tục có nhiều ưu điểm, nhưng do công suất hạn chế và điều kiện kinh tế kỹ thuật của nước ta chưa cao, việc thiết kế dây chuyền liên tục và tự động hóa hoàn toàn không khả thi Do đó, phương pháp đường hóa gián đoạn được lựa chọn Bên cạnh đó, trong công đoạn nấu, việc sử dụng enzym đã khắc phục một số nhược điểm của phương pháp nấu gián đoạn, và đây là phương pháp đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi tại hầu hết các nhà máy ở nước ta.

- Nhờ tác dụng của nấm men, đường lên men sẽ biến thành rượu, khí CO 2 , và một số sản phẩm phụ

- Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu, nước và bã gọi là giấm chín hay cơm hèm b C c h ơ g h ê e

1 Phương pháp l n men gián đoạn

- Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gian lên men kéo dài

- Thiết bị đơn giản dễ chế tạo

- Dễ vận hành, thao tác cho người công nhân

- Dễ vệ sinh, sửa chữa

- Khi bị nhiễm tạp thì dễ xử lý

- Năng suất thấp tính cho 1m 3 thiết bị

- Hiệu suất lên men thấp

- Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác

Quá trình lên men liên tục diễn ra với dịch đường và men giống được đưa vào liên tục, trong khi dịch giấm chín được xuất ra liên tục Dịch đường phải đi qua nhiều thùng lên men, bắt đầu từ thùng lên men chính và tiếp tục qua các thùng lên men phụ Nhiệt độ trong quá trình lên men liên tục thấp hơn so với phương pháp lên men gián đoạn.

- Dễ cơ kh và tự động hóa

- Thời gian l n men đƣợc rút ngắn

- Hạn chế đƣợc nhiễm tạp khuẩn do lƣợng men gống ban đầu cao

- Chất lƣợng giấm chín là ổn định

- Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý n n đỏi hỏi vô trùng cao

- Vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể

- Yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định

3) Lên men bán liên tục

Lên men liên tục được sử dụng trong giai đoạn lên men chính, trong khi lên men gián đoạn được áp dụng ở giai đoạn cuối Phương pháp cải tiến này phù hợp cho các nhà máy có công suất thấp hoặc trung bình, nơi mà việc cải tạo chưa thực sự cần thiết.

- Giai đoạn l n men đầu hầu nhƣ không có, do đó tăng nhanh đƣợc quá trình lên men, rút ngắn đƣợc thời gian lên men so với l n men gián đoạn 20%

- Hệ số sử dụng thiết bị đƣợc nâng cao do lên men liên tục trong giai đoạn chính

- Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn l n men ch nh do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên

- Thao tác phức tạp hơn, y u cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với l n men gián đoạn

Các thiết bị lò men được kết nối qua một đường ống chung, do đó việc lắp đặt trở nên phức tạp Cần lưu ý để đảm bảo nước không đọng lại sau mỗi lần vệ sinh.

Dựa vào việc phân tích các ưu nhược điểm của từng phương pháp, tôi chọn phương pháp liên tục vì nó mang lại nhiều ưu điểm, phù hợp với năng suất thiết kế và trình độ công nghệ hiện tại của nước ta.

2.2.6 hưng cất và tinh chế a Mục đ ch

- Chƣng luyện chia làm hai công đoạn nhỏ là chƣng cất và tinh chế

- Chƣng cất: Là quá trình tách rƣợu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín và cuối cùng nhận đƣợc cồn thô

- Tinh chế: Là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối cùng nhận đƣợc cồn tinh chế b C c h ơ g h ch g n

- ơn giản, dễ thao tác

- Hiệu suất thu hồi rƣợu thấp do rƣợu còn lại trong bã nhiều

- Tốn hơi do giấm ch n đƣa vào không đƣợc đun nóng bằng nhiệt ngƣng tụ của cồn thô

- Thời gian chƣng cất kéo dài

2 Chƣng luyện bán liên tục

Phương pháp này cải thiện nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạn, mặc dù vẫn chưa hoàn toàn triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống còn thấp.

Chưng cất liên tục khắc phục nhược điểm của chưng cất gián đoạn, mang lại hiệu quả kinh tế cao hơn Phương pháp chưng luyện liên tục có thể áp dụng với nhiều sơ đồ khác nhau, bao gồm 2, 3 hoặc 4 tháp Trong các sơ đồ này, có thể phân chia thành hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (kết hợp gián tiếp và trực tiếp).

Nhờ vào sự phát triển của khoa học kỹ thuật, việc sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột đã cho thấy rằng hệ thống ba tháp có khả năng tạo ra cồn chất lượng cao Để duy trì ổn định chất lượng, chỉ cần thêm một tháp làm sạch khi sử dụng nguyên liệu kém chất lượng Vì lý do này, trong đồ án của tôi, tôi đã chọn hệ thống chưng cất ba tháp hoạt động theo phương pháp gián đoạn.

Dùng thông dụng để cân chính xác một lượng rỉ đường nhất định để hỗ trợ cho quá trình pha loẵng và xử lý

2.2.8 Pha loãng sơ bộ và xử lý

LẬP KẾ HOẠCH SẢN XUẤT VÀ CÂN BẰNG SẢN PHẨM

Kế hoạch sản xuất của nhà máy

Nhà máy đƣợc thiết kế với năng suất 15.000 l t/1 ngày

Giả định rằng trong một năm, nhà máy hoạt động trong 300 ngày, số ngày còn lại sẽ được sử dụng cho việc sửa chữa, bảo trì thiết bị, máy móc và vệ sinh nhà xưởng.

Mỗi năm chia ra là 4 quý, mỗi quí 3 tháng, mỗi tháng sản xuất 25 ngày, mỗi ngày sản xuất 6 mẻ

* Kế hoạch sản xuất theo các quý nhƣ sau:

Quý Quý I (1 – 3) Quý II (4 – 6) Quý III (7 – 9) Quý IV (10 – 12)

Năng suất: 15 nghìn lít/1 ngày

Năng suất trung bình một tháng: 375.000 lít/tháng

Một ngày nhà máy sản xuất 6 mẻ

Năng suất mỗi mẻ là: 15.000/6 = 2500 lít/mẻ

Tính cân bằng sản phẩm

Trong sản xuất, tổn thất ở các công đoạn là điều không thể tránh khỏi, vì vậy việc tính toán lượng tổn thất tại từng giai đoạn là rất quan trọng Lượng tổn thất này chịu ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố, bao gồm chất lượng nguyên liệu và công nghệ thiết bị sử dụng.

3.1 Tính cân bằng sản phẩm cho 15.000 l t cồn 96 o với nguyên liệu từ mật rỉ 3.1.1 Các số liệu đã biết và được chọn

- Năng suất nhà máy: 15.000 lít cồn/ngày (loại 96 o vol)

- Lƣợng cồn tuyệt đối trong đó là: 15.000 × 96/100 14.400 (l t cồn tuyệt đối/ngày)

- Khối lƣợng riêng của cồn 100% vol là: d 0,78934 (g/l t)

- Khối lƣợng của cồn: M = 14.400 × 0,78934 = 11366,496 (kg)

- Lƣợng dầu và rƣợu fusel: 3% so với cồn thành phẩm

- Bã và nước ngưng: 1% so với cồn thành phẩm

- Lƣợng cồn dầu: 5% so với cồn thành phẩm

+ Hiệu suất lên men: ɳ lm = 90%

+ Hiệu suất chƣng cất, tinh chế: ɳ cctc = 95%

+ Hao hụt các phần khác xem nhƣ không đáng kể

+ Rỉ đường ban đầu có nồng độ là: 82 o Bx

3.1.2 nh lượng đường rỉ ban đầu

Suy ra tổng hiệu suất của hai quá trình là: ɳ t = 0,9 × 0,95 = 0,855 Lƣợng cồn trong dấm ch n:

Phương trình l n men rượu theo lý thuyết:

Lượng đường C22H 12 O 11 cần l n men theo phương trình (1 là:

Lƣợng CO2 thoát ra theo (1 là :

Hàm lượng đường LM trong rỉ đường là : 56% (tự chọn

Vậy khối lượng dịch đường theo phương trình (1 là:

Rỉ đường ban đầu có nồng độ 82 o BX (tự chọn do đó khối lượng rỉ đường ban đầu là :

Khối lượng ri ng của đường rỉ ở 82 o BX là: d 1,41706 (kg/l t)

Thể t ch rỉ đường ban đầu là:

3.1.3 nh lượng đường rỉ sau khi pha loãng sơ bộ xuống 52 o BX

N1: Nồng độ rỉ đường ban đầu ( 82 o BX)

N2: Nồng độ cần pha ( 52 o BX)

M: Khối lượng rỉ đường ban đầu ( 53810,45 kg

Vậy lượng nước cần pha để rỉ đường đạt nồng độ 52 o BX là :

Khối lượng ri ng của nước là: d n = 1 (Kg/lit)

Vậy khối lượng nước cần pha là: Mn = 31044,49 (kg)

Khối lượng đường rỉ ở 52 o BX là:

Thể t ch đường rỉ ở 52 o BX là:

3.1.4 Xác định nồng độ rỉ đường sau khi ha loãng xuống nồng độ lên men là

Lượng nước cần pha loãng:

N1: Nồng độ rỉ đường 52 o BX

N2: Nồng độ cần pha 20 o BX

M: Khối lượng rỉ đường ( 83854,94 kg

Vậy lượng nước cần pha:

Khối lượng ri ng của nước là: dn 1 (Kg/l t)

Vậy khối lượng nước cần pha là: Mn = 134167,904 (kg)

Khối lượng đường rỉ ở 20 o BX là:

M rd3 = M + M n = 83854,94 + 134167,904 = 218022,84 (kg) Thể t ch đường rỉ ở 52 o BX là:

3.1.5 Lượng acide H 2 SO 4 để acide hóa rỉ đường

Theo lý thuyết lƣợng H2SO 4 1% cần dùng 23,5kg/1000 l t cồn 100% vol

Vậy lƣợng H 2 SO 4 cần dùng để acide hóa 15000 lit cồn 96% vol là:

Khối lƣợng ri ng của H 2 SO 4 1% là: d 1,0051 (kg/l t)

3.1.6 Lượng chất sát trùng Na 2 SiF 6 bổ sung

Theo lý thuyết thì lượng Na2SiF 6 cần dùng khoảng 12kg/1000 kg rỉ đường

Vậy lượng Na2SiF 6 bổ sung vào quá trình sát trùng rỉ đường là:

Khối lƣợng ri ng của Na 2 SiF 6 là: d 1,4379 (kg/l t)

Vậy thể t ch của Na2SiF 6 cần dùng cho quá trình là:

3.1.7 Lượng chất dinh dưỡng bổ sung vào

Acide photphoric (H 3 PO 4 bổ sung vào nhằm cho sự sinh trưởng và phát triển của nấm men Ngoài ra còn bổ sung th m đạm là sunfat (NH4) 2 SO 4

- Theo lý thuyết lƣợng H 3 PO 4 bổ sung vào khoảng 12kg/10000 l t cồn

Vậy lƣợng H 3 PO 4 bổ sung vào 15000 lit cồn 96% vol là:

Khối lƣợng ri ng của H3PO 4 là: d 1,57 (kg/l t)

Vậy thể t ch H3PO 4 cần dùng là:

- Theo lý thuyết lượng đạm cho vào khoảng: 0,235kg/ tấn rỉ đường

Vậy lƣợng (NH4) 2 SO 4 bổsung vào quá trình là:

Khối lƣợng ri ng của (NH 4 ) 2 SO 4 là: d 1,456 (kg/l t)

Vậy thể t ch (NH4) 2 SO 4 cần dùng là:

- Khối lượng tổng dịch rỉ đường trước khi lên men:

- Thể t ch tổng dịch rỉ đường trước khi l n men:

Lượng men giống cuối cùng cho quá trình l n men là 10% dịch đường l n men

V (l t) ể tránh hiện tƣợng thiếu nấm men khi cần bổ sung trong quá trình l n men ta lấy thể t ch là: V men 21000 (l t) = 21 m 3

- Lƣợng dịch men giống ở thùng nuôi cấy trung gian lấy bằng 10% so với dịch men giống sản xuất 21000/10 2100 (l t)

- Lƣợng dịch men lấy ở thùng phát triển nhỏ lấy 10% so với dịch men giống trung gian, tức là 210 (l t)

3.1.9 Tính sản phẩm dầu fusel và cồn đầu a L ợ g dầ f e

Lấy bằng 3% khối lƣợng so với khối lƣợng cồn tuyệt đối ta đƣợc:

(14400 × 3)/100 = 432 (l t/ngày) b L ợ g c đầ lấy 5% khối lƣợng so với cồn tuyệt đối ta đƣợc:

Khi l n men lƣợng CO 2 sinh ra sớm bão hòa trong dịch l n men theo Kirop,

CO 2 bay hơi mang theo lượng cồn và nước trung bình là 2,66 % khối lượng rỉ đường Tức là: 219036,88 × 0,0266 5326,38 (kg

Khối lƣợng ri ng của hỗn hợp: d 0,92385 (kg/l t)

Vậy thể t ch hỗn hợp rượu nước l c này là: 5326,38/0,92385 5765.41 (l t)

Khối lƣợng dịch dấm ch n là:

M D = 219036,88 - 5326,38 = 213710,5 (kg) Thể t ch dịch dấm ch n:

V D = 203991,12 - 5765.41 198225,71 (l t) ộ cồn trong dấm ch n là:

3.1.11 Bảng tổng kết cân bằng vật liệu

STT Nguy n liệu bán thành phẩm hoặc thành phẩm

1 Lượng rỉ đường ban đầu

2 Lượng rỉ đường pha loãng ở 52 o BX

3 Lượng rỉ đường pha loãng ở 20 o BX

5 Lƣợng H 2 SO 4 để acide hóa 336,88 338,4

12 Dịch men giống trung gian 2100

13 Dịch men giống sản xuất 21000

17 Lƣợng CO 2 có thể thu hồi 25432,28

18 Cồn thoát ra theo CO 2 thu hồi

3.2 Tính cân bằng sản phẩm cho 15.000 lit cồn 96 o với nguyên liệu từ tinh bột 3.2.1 Tính hiệu suất lý thuyết

- Phương trình phản ứng tạo rượu từ tinh bột:

- Từ phương trình (2 ta có

Cứ 180.2 kg glucoza tạo ra 92.1 kg cồn khan

Vậy cứ 100 kg glucoza sẽ tạo ra X kg cồn khan

Mặt khác theo phương trình (1 ta xác định được hệ số chuyển tinh bột thành đường là:

Vậy từ 100 kg tinh bột sẽ tạo ra Y kg cồn khan

Ta có khối lƣợng ri ng của cồn ở 20 o C là: d 20 = 0,78827 kg/lit

Tương đương với số lit cồn khan: 56,7654/0.78927 = 71,92 lit

3.2.2 Tính hiệu suất thực tế

Hiệu suất thực tế trong sản xuất cồn thường thấp hơn so với hiệu suất lý thuyết do sự mất mát xảy ra trong các giai đoạn sản xuất Những tổn thất này có thể ảnh hưởng đáng kể đến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm cuối cùng.

- Do nghiền, vận chuyển nội bộ: 0,5% ÷ 0,7%

- Do nấu, đường hóa, l n men giấm: 6% ÷ 12%

(tinh bột sót, đường sót, nấm men sử dụng

- Không xác định, đổ ra ngoài, đọng lại ở thiết bị, đường ống và bay hơi CO 2 : 1% ÷ 2%

- Do chưng cất, bay hơi, cồn còn lại trong bã rượu, nước thải: 5% ÷ 10%

- Do nhiễm khuẩn làm tăng độ chua so với bình thường: 1% (tổn thất này nằm trong tổn thất l n men

Trong đồ án của mình em lựa chọn các tổn thất sau:

Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ

Tổn thất do đường hóa 2%

Tổn thất do chƣng cất 5%

Tổn thất không xác định 1%

Do vậy hiệu suất thu hồi rƣợu thực tế là: 100% - 15% = 85%

Có nghĩa là cứ 100kg tinh bột dùng trong sản xuất thu đƣợc lƣợng cồn khan là:

3.2.3 Tính cân bằng cho nguyên liệu

Lƣợng tinh bột cần thiết để sản xuất ra 15000 l t cồn khan đƣợc xác định nhƣ sau: Theo t nh toán ở tr n ta biết:

Cứ 100 kg tinh bột tạo ra 61,13 l t cồn khan

Vậy mtb kg tinh bột tạo ra 15000 l t cồn khan

Mà biết rằng hàm lƣợng tinh bột trong sắn dùng để sản xuất là: 63 %, từ đó ta t nh đƣợc lƣợng bột cần cung cấp để tạo ra 15000 l t/ngày

  bs  m (kg) ộ ẩm của bột sắn chọn là: 14%

Lượng nước có trong lượng bột sắn tr n là:

Lƣợng chất khô có trong lƣợng bột sắn đó là: m chất khô = 38949 – 5452,86 = 33496,14 (kg) Lƣợng chất khô không phải là tinh bột là: m = m chất khô – mtinh bột = 33496,14 – 24537,87 = 8958,27 (kg)

3.2.4 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn nấu

Ta giả sử rằng lượng nước đưa vào nồi nấu gấp 4 lần lượng bột sắn m nước = 4× m bs = 4× 38949 = 155796 (kg)

Tổng lượng dịch bột trong nồi được tính bằng công thức: m db = m nước + m bs = 155796 + 38949 = 194745 kg Tuy nhiên, trong quá trình nấu, nhiệt độ sẽ tăng từ nhiệt độ dịch bột l n đến nhiệt độ cao hơn.

100 0 C thì sẽ có một lượng nước ngưng hòa vào dịch bột, lượng nước ngưng đó được t nh theo công thức sau: i t t C n nn m db  ( 2  1 )

Nhiệt dung riêng của dịch bột là 0,9 kcal/kg độ, trong khi nhiệt hàm của hơi nước ở 100°C và áp suất thường đạt 560 kcal/kg Nhiệt độ sôi của dịch bột là 100°C, và nhiệt độ ban đầu của dịch bột là 25°C.

Vậy tổng lƣợng dịch cháo sau khi nấu là: m dc = m db + n nn = 194745 + 23473,72 = 218218,72 (kg)

Tỷ trọng dịch cháo là d 1.05489 (kg/l

N n thể t ch dịch cháo là:

3.2.5 nh lượng dịch đường hóa (lượng chất khô hòa tan)

Sau khi nấu lƣợng tinh bột bị hao hụt đi do có tổn thất, bao gồm:

- Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ: 0.2 % (t nh theo tổng lƣợng tinh bột

- Tổn thất do công đoạn nấu: 0.8%

Lƣợng tinh bột mất mát sau nấu là:

Lƣợng tinh bột hòa tan sau khi nấu là: m tbht = 24537,87 – 245,37 = 24292,5 (kg)

Sau khi nấu, khoảng 20% lượng chất khô không phải tinh bột sẽ hòa tan vào dịch nấu.

Lƣợng chất khô không phải tinh bột hòa tan vào trong dịch bột là:

Sau khi nấu và đường hóa, khoảng 60% tinh bột đã chuyển hóa thành đường glucose, với hệ số chuyển hóa từ tinh bột thành glucose là k = 1.11 Điều này cho thấy hiệu quả cao trong quá trình chuyển đổi tinh bột thành đường, giúp tối ưu hóa nguồn nguyên liệu.

% chuyển hóa thành dextrim, với hệ số chuyển hóa từ tinh bột thành dextrim là k’ 1.056

Lƣợng glucoza tạo thành là:

Lƣợng dextrim tạo thành là:

Tổng lượng đường tạo thành: m d =m glucoza + m dextrim = 16178,80 + 10261,15 = 26439,95 (kg) Tổng lƣợng chất khô hòa tan trong dịch cháo: m ckht = m d m’ 26439,95 1791,65 28231,6 (kg)

Lƣợng dịch chứa chất hòa tan: m dd = m dc – m” – m tt = 218218,72 – (8958,27 - 1791,65) – 245,37 = 210806,73 (kg) m’’ lƣợng chất khô không phải là tinh bột không tan

Từ đó ta xác định định đƣợc các nồng độ:

- Nồng độ dịch đường hóa:

- ộ thuần khiết của dung dịch:

- Lƣợng enzyme Termamyl sử dụng cho quá trình hồ hóa:

Theo thực tế ta có:

Cứ 1000kg tinh bột cần sử dụng 250ml Termamyl

Vậy 24537,87 kg tinh bột cần sử dụng V Ter Termamyl

- Lượng enzyme Sansupper sử dụng cho quá trình đường hóa :

Theo thực tế ta có:

Cứ 1000 kg tinh bột cần sử dụng 1000ml Sansuper

Vậy 24537,87 kg tinh bột cần sử dụng V San ml Sansuper

- T nh lƣợng chất sát trùng Na 2 SiF 6 :

Trong quá trình đường sử dụng chất sát trùng với tỷ lệ 2/10000 so lượng dịch Vậy lƣợng chất sát trùng là:

Lƣợng men khô cần thiết cho l n men bằng 0.1% so với khối lƣợng tinh bột m men = 24537,87 × 0,1% = 24,53 (kg)

3.2.7 Tính cân bằng cho công đoạn lên men

Với lượng men giống là 10% nhưng lấy từ dịch đường hóa ra n n thể t ch của dịch l n men không đổi và bằng thể t ch dịch sau đường hóa

* L ợ g dịch a khi đ ờ g hóa m lm = m dd + m Ter + m San + m Na2SiF6

= 210806,73 + 6,12 + 24,53 + 42,16 = 210879,54 (kg) Với khối lượng ri ng của dung dịch đường là d 1,087kg/l do đó ta có thể t ch lượng dịch đường là:

Theo lý thuyết lƣợng cồn khan tạo ra đƣợc sau l n men là:

Nhƣng do có tổn thất từ đầu cho đến sau l n men n n lƣợng cồn thực tế thu đƣợc là:

- Tổn thất do nguy n liệu: 0.2 %

- Tổn thất do nấu, đường hóa, l n men: 8.8 %

- Tổn thất không xác định: 1%

Vậy tổng tổn thất sau l n men: 10 %

 Lƣợng cồn thực tế trong giấm chin sau khi l n men là:

V = V ck – V cktt = 17645,18 – 1764,51 = 15880,67 (lit) Hay tương đương với: 15880,67 × 0,78927 12534,13 (kg

* T h độ c ro g gi ch a khi ê e

- T nh lượng CO 2 tạo ra theo phương trình (2 ta có:

Cứ 92,1kg cồn tạo ra thì cũng sinh ra 88kg CO 2

Vậy cứ 12534,13 kg cồn tạo ra thì sinh ra

Vậy lƣợng giấm ch n còn lại là: m gc = m lm – m CO2 = 210879,54 – 11976,15 8903,39 (kg)

Tỷ trọng giấm ch n là d 1,05kg/l Vậy thể t ch của giấm ch n là:

V (lit) ộ cồn trong giấm ch n là:

Lƣợng ur (NH2) 2 CO bổ sung cho nấm men là 0,5g/l theo thể t ch dịch l n men

Vì vậy lƣợng ur cần bổ sung là: m urê =0,5 × 194001,41 000,7 g = 97 (kg)

3.2.8 Tính cân bằng cho công đoạn chưng cất

Tổn thất của quá trình chƣng cất t nh theo % tinh bột là: 5%

Vậy lƣợng tinh bột tổn thất là:

Qui ra cồn khan là: 1226,89 ×0,7191 882,25 (lit

Vậy lƣợng cồn thu đƣợc sau tinh luyện là: m cồn = 12534,13 – 696,33 = 11837,8 (kg) Hay tương đương:

Bảng tổng hợp cân bằng sản phẩm

STT Nguy n liệu bán thành phẩm hoặc thành phẩm

7 Nồng độ dịch đường hóa 13,39%

14 Lƣợng giấm thu đƣợc sau l n 198903,39 189431,8

S T Ng Th c GVHD: S TS T Th Mi h 35 men

15 ộ cồn trong dấm ch n 8,38% nh cân bằng cho hệ thống cất:

T nh cân bằng cho hệ thống cất theo sơ đồ chƣng cất 3 tháp Ta có các k hiệu sau

H 1 : Lƣợng hơi đi vào tháp thô (kg

H 2 : Lƣợng hơi đi vào tháp aldehyt (kg

H 3 : Lƣợng hơi đi vào tháp tinh (kg

G 1 : Lƣợng hơi rƣợu bốc l n khỏi tháp thô, ngƣng tụ đi vào tháp aldehyt (kg)

B : Lƣợng bã rƣợu ra khỏi tháp thô (kg

G 2 : Hỗn hợp rượu - nước ở đáy tháp aldehyt đi vào tháp tinh chế (kg

F a : Lƣợng hơi bay ra khỏi tháp aldehyt (kg

D: Lƣợng sản phẩm đỉnh tháp tinh (kg

W: Lượng nước thải đáy tháp tinh (kg)

R: Lượng bã rượu không chứa nước ngưng (kg

F t : Lƣợng hơi rƣợu ra khỏi tháp tinh (kg

3.2.8.1 Tính cân bằng cho tháp thô

T nh theo 100 kg dấm ch n

Ta có phương trình cân bằng vật chất:

H 1 - Lƣợng hơi cần để chƣng hết 100 kg dấm, kg

B - Lƣợng bã rƣợu thải ra từ 100 kg dấm, kg

G 1 - Lƣợng hơi rƣợu ra khỏi tháp thô, kg

Vì lƣợng bã rƣợu B bằng lƣợng H 1 ngƣng tụ cộng với lƣợng dấm thừa còn lại R

Thay giá trị của B vào (1 ta có: 100 R G 1 (2)

Tổn thất khâu chƣng luyện là 5% ta phân bố:

Phương trình cân bằng rượu ở tháp thô khi bỏ qua tổn thất rượu theo bã:

X - nồng độ rƣợu trong dấm, % khối lƣợng

Y - nồng độ rƣợu trong hơi bay ra, % khối lƣợng

100 (4) ể t nh X,Y ta t nh lƣợng nhiệt cần thiết để đun nóng dấm từ 70 o C đến nhiệt độ sôi

M = 100 kg - Lƣợng dấm ch n vào trong tháp

C 0,95 Kcal/kg.độ - Nhiệt dung ri ng của dấm ch n t 2 - Nhiệt độ bay hơi của dấm ch n tr n đĩa tiếp liệu

Với nồng độ giấm 8,38%V, tham khảo phụ lục IV để hiểu mối quan hệ giữa % thể tích và % khối lượng của hỗn hợp rượu - nước ở điều kiện 20°C và d20 20, theo cuốn "Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic" và áp dụng công thức nội suy.

 ta có % khối lƣợng của dấm ch n là 6,72%

Từ đó ta tra đƣợc nhiệt độ sôi của dung dịch ở nồng độ 6,72%:

 ta có t 2 = 93,75 o C t 1 = 70 o C - Nhiệt độ dấm ch n ở bình hâm dấm

Với Q 2256,25 Kcal và đường nồng độ 6,72 % KL tra biểu đồ và sử dụng công thức nội suy:

Từ X tra phụ lục II trang 264 sách Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic, sử dụng công thức nội suy:

Thay vào phương trình (4 ta được

100 8 = 17,97kg Trong thực tế lượng hơi thường cấp dư, ta lấy hệ số là 1,1 để t nh lượng hơi rượu trong pha hơi

Vậy lƣợng hơi rƣợu bốc l n khỏi tháp thô là:

G 1 = 17,97 × 1,1 = 19,77 kg Nồng độ cồn trong pha hơi

Vậy lượng bã không chứa nước ngưng:

Phương trình cân bằng nhiệt của tháp thô:

Nhiệt do dấm ch n mang vào: Q 1 = 100 × C × t

Nhiệt do hơi đốt mang vào: Q 2 = H 1 × i

+ Nhiệt do hơi mang ra: Q 3 = G 1 × i 1

Nhiệt do bã mang ra: Q 4 = (R + H 1 )×C b ×t b

Nhiệt tổn thất: Q5 500Kcal/100kg dấm

C 0,95 Kcal/kg.độ - Tỷ nhiệt của dấm ch n t = 70 o C - Nhiệt độ dấm ch n trước khi vào tháp

C b = 1 - Tỷ nhiệt của bã rượu trước khi ra khỏi tháp là t b = 103 o C Nhiệt độ bã ra khỏi tháp là 103 o C, trong khi nhiệt hàm của hơi ở áp suất 1,5 atm là i = 642 Kcal/kg Nhiệt hàm của hơi rượu ở nồng độ 45,37%Kl được xác định bằng cách tham khảo phụ lục VI và sử dụng công thức nội suy.

S T Ng Th c GVHD: S TS T Th Mi h 39 i 1 479,3 459,2

Thay số vào ta có:

3.2.8.2 Cân bằng cho tháp aldehyt

Theo thực tế, tiêu hao hơi cho tháp aldehyt dao động từ 0,4 đến 1,5 kg hơi/kg cồn khan Đối với sơ đồ gián tiếp, tỷ lệ này được xác định là 1kg hơi cho mỗi 1kg cồn khan Do đó, tiêu hao hơi H2 cho tháp aldehyt là một yếu tố quan trọng cần xem xét.

H 2 = 1 ×19,77 × 45,37% = 8,97 kg Cân bằng hỗn hợp rượu - nước ở đáy tháp aldehyt

Ta giả sử rằng lƣợng cồn đầu không đáng kể n n ta có:

Vì qua 2 tháp lƣợng tổn thất là 2,7% so với lƣợng ban đầu n n nồng độ rƣợu đi vào tháp tinh chế là:

Coi lƣợng cồn đầu bằng không 0

C 1 0,979Kcal/kg.độ - Nhiệt dung ri ng của hỗn hợp 45,37%KL t 1 = 83 o C - Nhiệt độ đi vào tháp aldehyt t 2 = 84 o C - Nhiệt độ của hỗn hợp ra khỏi tháp

C 2 1,039 Kcal/kg.độ - Nhiệt dung ri ng của hỗn hợp 30,36%KL

H 2 = 8,97 kg r a = 437,08 Kcal/kg - Ẩn nhiệt hoá hơi của chất hồi lưu ở nồng độ 30,27%KL

Q ’ 500 Kcal/100 kg dấm - Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh

A: Lƣợng cồn đầu lấy ra khỏi tháp aldehyt Chọn 3,5%

Lƣợng cồn thành phẩm qui ra từ độ rƣợu trong dấm ch n là:

Do đó lƣợng cồn đầu lấy ra:

6  = 0,23 kg Vậy chỉ số hồi lưu tháp aldehyt:

3.2.8.3 Cân bằng cho tháp tinh chế

Lượng nước thải ở đáy tháp

W = H 3 + E – D Nếu ta coi tổn thất rƣợu ở bã là không đáng kể thì

S T Ng Th c GVHD: S TS T Th Mi h 41 x = 8,38% - Nồng độ cồn trong dấm ch n

M = 100 : 1,05 = 95,24 lít - Lƣợng dấm ch n x d = 96,5% - Nồng độ cồn sản phẩm

Quy ra cồn 100%V ta đƣợc: 8,27 7.98

Tương ứng với khối lượng là: 7,98 × 0,78927 6,29 kg

Tổn thất ở khâu chƣng luyện là 5%

Vậy số cồn tổn thất là: 0,31

Lƣợng cồn thu đƣợc trong 100kg dấm ch n là:

Phương trình cân bằng nhiệt:

Q ’ 600 Kcal/100 kg dấm t w = 103 o C - Nhiệt độ đáy tháp

C w 1 Kcal/kg.độ - Nhiệt dung ri ng của nước thải t c = 84 o C - Nhiệt độ của hỗn hợp đi vào tháp tinh

C c = 1,039 Kcal/kg - Nhiệt dung ri ng hỗn hợp vào tháp tinh r t = 221 Kcal/kg – Ẩn nhiệt hơi hồi lưu ở tháp tinh

F t = V.D ’ = 5 × 5,98 = 29,9 kg i = 642 Kcal/kg c d = 0,898 Kcal/kg - Nhiệt dung ri ng của cồn ti u chuẩn t d = 78,3 o C - Nhiệt độ ngƣng tụ của cồn

Vậy lƣợng hơi ti u hao cho cả 3 tháp:

H o = H 1 + H 2 + H 3 = 21,45 + 8,98 + 13,84 = 44,27 kg Lượng nước thải tháp tinh:

Bảng tổng hợp quá trình chưng cất:

STT Danh mục Tính cho

1 Lƣợng hơi bốc l n từ tháp thô

2 Lƣợng hơi cấp cho tháp thô

3 Lƣợng bã rƣợu không có nước ngưng

4 Hỗn hợp ở đáy tháp aldehyt

5 Lƣợng hơi cấp cho tháp 8,97 17841,63 743,4

S T Ng Th c GVHD: S TS T Th Mi h 43 aldehyt

8 Lƣợng hơi cấp cho tháp tinh chế

9 Ti u hao hơi cho cả 3 tháp

N - TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ

4.1 Tính toán và chọn thiết bị cho khâu chuẩn bị nguyên liệu

Lượng bột sắn cần sử dụng trong một ngày là 38.949 kg, với mỗi mẻ là 6.419,5 kg Để chế biến, cần lựa chọn cân nguyên liệu sắn thái lát khô trước khi nghiền Lượng mật rỉ cần dùng hàng ngày là 53.810,45 kg, tương ứng với 8.968,4 kg cho mỗi mẻ Nên sử dụng loại cân bàn có giới hạn 2.000 kg, thực hiện cân nhiều lần, với màn hình tính điều chỉnh tự động cảnh báo khi đủ lượng sắn cần thiết cho một mẻ nấu.

Các thông số của cân:

K ch thước cân: Dài(1000 , rộng(750 , cao(1200

Mức cân max: 2000 kg (d 1kg

Mặt bàn cân thép 6mm, sơn chống gỉ

4.1.2 Máy nghiền và thùng chứa bột nghiền

Để nấu bằng phương pháp sử dụng enzyme, bột sắn cần có kích thước rất nhỏ, dưới 1 mm Do đó, em đã chọn máy nghiền búa, loại máy phổ biến tại Việt Nam.

Để đáp ứng nhu cầu nghiền 38,949 kg bột mỗi ngày, cần sử dụng hai máy hoạt động song song trong hai ca, mỗi ca kéo dài 8 giờ Do đó, công suất nghiền mỗi giờ của mỗi máy là 1,217.15 kg/h.

Từ lƣợng sắn cần nghiền cho một giờ là 1217,15 kg/h/2 máy n n em chọn máy nghiền sắn là loại máy nghiền b a có các đặc t nh kĩ thuật nhƣ sau:

Số vòng quay 2750 vòng /ph t

Búa có chiều dày: 2 ÷ 3mm

Sau khi nghiền, bột sẽ được lưu trữ tạm thời trong một thùng ở phòng nghiền Tiếp theo, bột sẽ được vận chuyển bằng gầu tải đến một thùng chứa ở phòng nấu Cuối cùng, bột sẽ được đưa lên cao bằng gầu tải và tự chảy vào nồi nấu.

Lƣợng sắn sau khi nghiền một mẻ là m 2434,31 kg

Khối lƣợng ri ng của sắn là : ρ s = 762 kg/m 3

Thể t ch thùng chứa với hệ số chứa đầy : α 0,85

Thùng chứa được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ đáy côn, đường k nh D, chiều cao trụ H 0,8 × D, đương k nh đáy d D / 5,h = 0,6 × D × tag45 o chiều cao ống tháo liệu h t = 0,2m

Chiều cao của thùng chứa H h h t = 1,7 + 1 + 0,2 =2,9 (m)

4.1.3 Vít tải và gầu tải

Vì có hai máy nghiền mà năng suất mỗi máy là 2000 kg/h n n em lựa chọn 1 v t tải và 1 gầu tải có năng suất 2000 kg/h

4.2 Tính và chọn thiết bị trong phân xưởng nấu (hòa bột trong nồi nấu)

4.2.1 Tính và chọn nồi hồ hóa

* Thời gian tiến hành một nồi nấu :

- Xông hơi vệ sinh: 15 phút

- ổ bột và nước vào thùng: 20 phút

- Nâng nhiệt độ từ 40 0 lên 100 0 C: 60 phút

- Tháo dịch cháo đi đường hóa: 15 phút

Vậy trong một ca chu kỳ của một mẻ nấu là: n = 180

Lƣợng bột sắn cần nấu trong một mẻ: M s = 6491,5 (kg)

Khối lượng nước dùng để hòa bột hay nấu trong một mẻ là : 25966 (kg)

Tổng khối lƣợng dịch hồ hóa trong một nồi = 32457,5 (kg)

Khối lƣợng ri ng của dịch là 1085 (kg/m 3 )

Hệ số chứa của nồi nấu là 0,8

Thể t ch thực của nồi là:

Ta chọn nồi hai vỏ, thân trụ, đáy côn, góc nghi ng ở đáy 45 o

Chọn đường k nh D, chiều cao trụ H 0,8 × D, chiều cao đáy côn h 0,4 × D × tag 45

Ta có thể t ch của nồi:

Suy ra: D = 3,7 m => H = 2,96 m, h = 1,48, cho chiều cao nắp h 1 = 0,4 m

Tổng chiều cao của nồi nấu H h h 1 = 4,9 m

Chọn cánh khuấy có đường k nh 2,96 m ộng cơ cánh khuấy 8 Kw

Số vòng quay: 35 vòng/phút

T nh diện t ch truyền nhiệt: cứ 1m 3 bề nặt dịch cần 0,7m 2 bề mặt truyền nhiệt Vậy bề mặt truyền nhiệt là: F = 29,91 × 0,7 = 20,937 ( m 3 )

4.2.2 Tính và chọn nồi đường hóa

Chu kỳ làm việc của một thùng đường hoá :

- Hạ nhiệt độ từ 100 o C xuống 90 o C: 15 phút

- Hạ nhiệt độ 90 o C xuống 60 o C: 50 phút

- Hạ nhiệt độ 60 o C xuống 32 o C: 40 phút

- Bơm sang thùng l n men: 10 ph t

- Tổng thời gian là: 190 ph t

Do đó trong một ca một nồi đường hoá có thể đường hoá được là:

Tổng lượng dịch trong nồi đường hóa là: 36369,78 kg

Với khối lượng ri ng của dịch đường là: d 1,08 kg/l

Hệ số chứa đầy là 0,75

Thể t ch của nồi là:

Chọn đường k nh D, chiều cao trụ H 0,8 × D, chiều cao đáy côn h 0,4 × D × tag 45

Ta có thể t ch của nồi:

Suy ra: D 3,9 m > H 3,12 m, h 1,58 m, cho chiều cao nắp h 1 = 0,4 m

Tổng chiều cao của nồi nấu H h h1 = 5,2 (m)

Chọn cánh khuấy có đường k nh 3,12 m

S T Ng Th c GVHD: S TS T Th Mi h 48 ộng cơ cánh khuấy 8 Kw

Số vòng quay: 35 vòng/ph t

T nh diện t ch truyền nhiệt : cứ 1m 3 bề nặt dịch cần 0,7m 2 bề mặt truyền nhiệt Vậy bề mặt truyền nhiệt là: F 33,67 × 0,7 23,569 ( m 3 )

4.3 nh và chọn thiết bị trong phân xưởng lên men

4.3.1 Tính và chọn thiết bị lên men

Chúng tôi sẽ tiến hành lựa chọn thiết bị men cho dây chuyền sản xuất cồn từ rỉ đường Dịch đường và men giống sẽ được đưa vào thùng đầu dây với khối lượng 203.185,69 lít (hay 218.022,84 kg).

Chu kỳ làm việc của thùng l n men

(giờ Giai đoạn tạo sinh khối 8 Giai đoạn l n men ch nh 32 Giai đoạn l n men cuối 32

Do yêu cầu công nghệ, mỗi ca sản xuất cần đổ đầy một thùng lân men, và trong một ngày cần ba thùng lân men so với chu kỳ 72 giờ Vì vậy, tổng số thùng lân men cần thiết sẽ được tính toán dựa trên số ca sản xuất trong ngày.

Tuy nhi n cần có th m một thùng dự trữ

Vậy số thùng l n men là: 9 1 10 thùng

Ta chọn hệ thống sơ đồ l n men một dây chuyền l n men hoạt động li n tục, hệ số chứa đầy là 0,85 Vậy thể t ch của mỗi thùng là:

TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ

TÍNH XÂY DỰNG

TÍNH TOÁN IỆN, HƠI, NƯỚC

Định dạng
Số trang	135
Dung lượng	1,69 MB