Thiết kế nhà máy sản xuất bioetanol từ sắn lát khô với năng suất 86.000 lít sản phẩmngày

Năng lượng có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế xã hội của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Hiện nay dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60÷80% nguồn năng lượng của thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt. Hơn nữa sản phẩm của nguyên liệu này đã và đang gây ô nhiễm môi trường trên toàn thế giới như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozon làm trái đất nóng dần lên, các khí thải như H2S, SOx… làm mưa axit. Để đối phó với tình hình đó con người đã tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế như; năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, nhiên liệu sinh học…Trong số các nguồn nguyên liệu mới thay thế thì nguồn năng lượng từ nhiên liệu sinh học đang được thế giới quan tâm, nhất là các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu. Do các lợi ích của nó như: Công nghệ sản xuất không quá phức tạp, tận dụng được nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, thân thiện với môi trường. Các loại nhiên liệu sinh học bao gồm: diesel sinh học, etanol sinh học,ga sinh học. Trong đó bioetanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất (chiếm 90% tổng số các loại nhiên liệu sinh học đã sử dụng), với nồng độ cồn 99,5%, có trị số octan cao, không gây ô nhiễm môi trường, được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dồi dào là sản phẩm, phụ phẩm nông nghiệp. Bioetanol có nhiều ứng dụng: được pha với xăng theo tỷ lệ thành hỗn hợp E5, E10, ứng dụng trong các ngành hóa chất, mĩ phẩm… Nguồn nguyên liệu để sản xuất bioetanol chủ yếu từ: các loại nguyên liệu chứa đường như mía, củ cải đường, thốt nốt…, các loại nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì…, các loại nguyên liệu chứa cellulose. Tuy nhiên tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta chọn loại nguyên liệu có lợi thế nhất để sản xuất bioetanol nhiên liệu. Ở Việt Nam, các nguồn nguyên liệu thích hợp có thể sản xuất bioethanol là mía, sắn, gạo, ngô và rỉ đường. Trong đó, sắn là loại củ có hàm lượng tinh bột cao, giá thành thấp. Hiện nay diện tích trồng sắn ở Việt Nam khá lớn và năng suất thu hoạch tăng đều qua các năm. Do đó tại các sắn là lựa chọn thích hợp để làm nguyên liệu sản xuất bioetanol. Với đặc điểm Việt Nam là nước nông nghiệp, diện tích trồng trọt khá lớn do đó nguồn cung cấp nguyên liệu rất dồi dào cho sản xuất bioetanol. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và cơ sở khoa học trên, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất bioetanol từ sắn lát khô với năng suất 86.000 lít sản phẩmngày” cho đồ án tốt nghiệp của mình.

Đồ án tốt nghiệp 1 Cường GVHD: KS. Bùi Viết LỜI MỞ ĐẦU Năng lượng có vai trò rất quan trọng đối với sự phát triển kinh tế - xã hội của thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng. Hiện nay dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60÷80% nguồn năng lượng của thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn năng lượng này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt. Hơn nữa sản phẩm của nguyên liệu này đã và đang gây ô nhiễm môi trường trên toàn thế giới như gây hiệu ứng nhà kính, thủng tầng ozon làm trái đất nóng dần lên, các khí thải như H 2S, SOx… làm mưa axit. Để đối phó với tình hình đó con người đã tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế như; năng lượng mặt trời, năng lượng gió, năng lượng nước, nhiên liệu sinh học…Trong số các nguồn nguyên liệu mới thay thế thì nguồn năng lượng từ nhiên liệu sinh học đang được thế giới quan tâm, nhất là các nước nông nghiệp và nhập khẩu nhiên liệu. Do các lợi ích của nó như: Công nghệ sản xuất không quá phức tạp, tận dụng được nguồn nguyên liệu tại chỗ, tăng hiệu quả kinh tế nông nghiệp, thân thiện với môi trường. Các loại nhiên liệu sinh học bao gồm: diesel sinh học, etanol sinh học,ga sinh học. Trong đó bio-etanol là nhiên liệu sinh học phổ biến nhất (chiếm 90% tổng số các loại nhiên liệu sinh học đã sử dụng), với nồng độ cồn 99,5%, có trị số octan cao, không gây ô nhiễm môi trường, được sản xuất từ nguồn nguyên liệu dồi dào là sản phẩm, phụ phẩm nông nghiệp. Bio-etanol có nhiều ứng dụng: được pha với xăng theo tỷ lệ thành hỗn hợp E5, E10, ứng dụng trong các ngành hóa chất, mĩ phẩm… Nguồn nguyên liệu để sản xuất bio-etanol chủ yếu từ: các loại nguyên liệu chứa đường như mía, củ cải đường, thốt nốt…, các loại nguyên liệu chứa tinh bột như sắn, ngô, gạo, lúa mạch, lúa mì…, các loại nguyên liệu chứa cellulose. Tuy nhiên tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta chọn loại nguyên liệu có lợi thế nhất để sản xuất bio-etanol nhiên liệu. Ở Việt Nam, các nguồn nguyên liệu thích hợp có thể sản xuất bio-ethanol là mía, sắn, gạo, ngô và rỉ đường. Trong đó, sắn là loại củ có hàm lượng tinh bột cao, giá thành thấp. Hiện nay Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 2 Cường GVHD: KS. Bùi Viết diện tích trồng sắn ở Việt Nam khá lớn và năng suất thu hoạch tăng đều qua các năm. Do đó tại các sắn là lựa chọn thích hợp để làm nguyên liệu sản xuất bioetanol. Với đặc điểm Việt Nam là nước nông nghiệp, diện tích trồng trọt khá lớn do đó nguồn cung cấp nguyên liệu rất dồi dào cho sản xuất bio-etanol. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và cơ sở khoa học trên, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất bio-etanol từ sắn lát khô với năng suất 86.000 lít sản phẩm/ngày” cho đồ án tốt nghiệp của mình. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 3 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT 1.1 Đặc điểm tự nhiên của vị trí xây dựng Ðịa điểm xây dựng nhà máy phải phù hợp với quy hoạch và đảm bảo sự phát triển chung về kinh tế ở địa phương. Việc chọn địa điểm để xây dựng nhà máy có ý nghĩa rất quan trọng vì nó không những quyết định khả năng thành công của dự án mà còn ảnh hưởng đến hoạt động của nhà máy sau này. Đà Nẵng là trung tâm của miền Trung, mạng lưới giao thông hiện đại với nhiều dự án nâng cấp, mở rộng, có điều kiện khí hậu tương đối ổn định, nhiệt độ trung bình hàng năm là 260C, độ ẩm trung bình là 81%, hướng gió chính là Đông Nam. Tại đây, khu đất xây dựng có diện tích đủ rộng, địa hình bằng phẳng, có khả năng mở rộng thuận lợi, nguồn cung cấp điện nước thuộc mạng lưới của khu công nghiệp... Đó là những điều kiện thuận lợi ban đầu để xây dựng một nhà máy. 1.2 Nguồn nguyên liệu Nguồn cung cấp sắn trong thành phố thì còn hạn chế, tuy nhiên với điều kiện thuận lợi về giao thông, việc thu mua nguyên liệu từ các tỉnh lân cận có diện tích trồng sắn lớn như Quảng Ngãi, Quảng Nam, Huế, Quảng Trị… trở nên dễ dàng hơn. 1.3 Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng. Điện thế sử dụng thường là 110÷220V/360V. Ðể đạt yêu cầu phải lấy điện cao thế, thường là 6 KV qua hạ thế. Nhà máy sử dụng lưới điện của khu công nghiệp ngoài ra để đảm bảo sản xuất liên tục nhà máy còn có máy phát điện dự phòng để đảm bảo hoạt động liên tục. 1.4 Nguồn cung cấp hơi Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 4 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất. Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. 1.5 Nguồn cấp nước, xử lý và thoát nước Nguồn nước chính được lấy từ giếng khoan và nguồn nước phụ được lấy từ nhà máy nước Thủy Tú đang phục vụ cho khu dân cư Hòa Khánh-Nam Ô và cả khu công nghiệp. Nước từ nhà máy thải ra không đạt tiêu chuẩn thải trực tiếp ra môi trường nên cần phải được xử lý kĩ, cần có đường dẫn nước thải đến khu vực riêng, tách rác xử lý riêng, còn nước thải thì xử lý đạt tiêu chuẩn rồi thải ra môi trường bên ngoài. 1.6 Hệ thống giao thông vận tải Đà Nẵng hiện nay đang phát triển với một tốc độ nhanh chóng. Hệ thống cơ sở hạ tầng, đường xá, cầu cống, bến cảng đã được xây mới và sữa chữa rất nhiều. Riêng khu công nghiệp Hòa Khánh có nhiều đặc điểm thuận lợi là nằm gần tuyến đường quốc lộ 1A cũng như tuyến đường sắt Bắc-Nam, cách cảng biển Tiên Sa khoảng 20km. Khu công nghiệp Hòa Khánh cũng tương đối gần sân bay quốc tế Đà Nẵng. Do đó, việc vận chuyển nguyên liệu từ các địa phương trong nước và quốc tế về đây cũng như việc nhập khẩu nguyên liệu và bao tiêu sản phẩm sẽ rất thuận lợi. 1.7 Nguồn nhân lực Nguồn nhân lực được lấy chủ yếu ở thành phố Đà Nẵng và tỉnh Quảng Nam. Trên địa bàn thành phố có các trường đại học, cao đẳng, trung cấp...Đây là nơi cung cấp cán bộ kỹ thuật cho nhà máy. Riêng trường Đại học bách khoa có các ngành như Công nghệ thực phẩm, Điện kỹ thuật, Cơ khí...và Trường cao đẳng lương thực đủ để phục vụ cho nhu cầu cán bộ kỹ thuật của nhà máy. Bên cạnh đó, nhà máy sẽ tuyển một số lao động tại địa phương cho đi học thêm để về phục vụ khi nhà máy đi vào hoạt động. Làm một số hợp đồng lao động với các lao động phổ thông ngay tại khu vực nhà máy để bốc dỡ hàng khi cần thiết. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 5 Cường GVHD: KS. Bùi Viết 1.8 Thị trường tiêu thụ Nhà máy được xây dựng tại khu công nghiệp Hòa Khánh− Liên Chiểu− Đà Nẵng. Đây là khu công nghiệp lớn của Thành phố Đà Nẵng cách cảng Tiên Sa 20km và có đường Quốc lộ 1A đi qua nên việc vận chuyển sản phẩm theo đường bộ để cung cấp cho thị trường tiêu thụ của khu vực miền Trung và Tây Nguyên sẽ rất thuận lợi và dễ dàng. Với ứng dụng chủ yếu vào mục đích năng lượng, bio-etanol được sử dụng để pha vào xăng nên sản phẩm được tạo ra cần được mang đi tiêu thụ ngay vì tính hút ẩm của nó cao, do đó với lợi thế về giao thông, việc tiêu thụ sản phẩm trở nên dễ dàng hơn. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 6 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Chương 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU, SẢN PHẨM VÀ PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT 2.1 Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1 Sắn 2.1.1.1 Giới thiệu về sắn Sắn có tên khoa học là Manihot Esculenta, có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ Latinh và được trồng từ cách đây khoảng 5000 năm. Cây sắn được du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỷ 18. Hiện tại sắn được trồng trên 100 nước của vùng nhiệt đới, cận nhiệt đới và là nguồn thực phẩm của hơn 500 triệu người. Việt Nam đứng thứ 10 về sản lượng sắn (7,71 triệu tấn) trên thế giới. Sắn được canh tác ở hầu hết các tỉnh của tám vùng sinh thái, được trồng nhiều nhất ở Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Sắn gồm nhiều giống khác nhau, căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá mà phân loại : sắn dù, sắn vàng, sắn đỏ, sắn trắng. Còn trong công nghệ sản xuất tinh bột thì phân loại sắn thành hai loại là sắn đắng và sắn ngọt. Sắn đắng có hàm lượng axit xyanuahydric cao, ăn bị ngộ độc, hàm lượng tinh bột cũng cao, không dùng để ăn tươi mà chỉ để sản xuất bột và sắn lát. Sắn ngọt có hàm lượng axit xyanuahydric thấp, hàm lượng bột cũng thấp hơn, dễ chế biến và sử dụng. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 7 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Hình 2.1 Củ và cây sắn 2.1.1.2 Đặc điểm sinh học [10] a, Các bộ phận phụ - Thân sắn thuộc dạng thân gỗ mảnh khảnh cao từ 2÷3m, đường kính phụ thuộc giống và điều kiện trồng trọt, dao động từ 2÷6cm, thân hình trụ tròn. Trên thân mang mầm ngủ ngay gốc cuống lá. Lóng thân dài 1÷4cm, lóng cành dài 1,7÷7cm. Cấu tạo: +Biểu bì ngoài (lớp bần bằng mộc thiên) mỏng, có màu sắc khác nhau. +Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn (mô mềm của vỏ). +Tầng libe: tế bào nhỏ và mỏng ở tầng tế bào hóa gỗ. +Lõi: ruột xốp. Hình2.2 Cấu tạo thân sắn - Lá sắn: Lá đơn, mọc xen kẽ trên thân, mặt trên lá thường có màu xanh sẫm, mặt dưới lá có màu xanh nhạt. Phiến lá có biểu bì, mặt trên có tầng cutin rất rõ, tiếp Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 8 Cường GVHD: KS. Bùi Viết đó là mô dậu, mô xốp và màng biểu bì dưới lá. Lá sắn thuộc loại có khía sâu hình thành thùy lá. Chiều dài thùy gấp 3÷30 lần chiều rộng, thùy có dạng hình trứng hoặc trứng kéo dài. Lá có nhiều lông tơ. Cuống lá có hình dạng gần giống chữ S kéo dài, màu sắc phụ thuộc giống. Hình 2.3 Lá sắn - Hoa: Hoa mọc thành chùm có cuống dài, là hoa đơn tính. + Hoa đực không có cánh gồm 10 nhị đực xếp hai vòng. Hạt phấm mềm 3 ngăn. + Hoa cái gồm 5 lá đài, 6 cánh. Có một bầu hoa có ngăn, đầu có vòi chẻ 3, nở trước hoa đực 3÷5 ngày. - Quả: Loại quả nang, có màu nâu nhạt hoặc đỏ tía, đường kính 1÷1,5cm, quả có 6 cánh chia làm 3 ngăn, mỗi ngăn có một hạt. Vỏ hạt gồm 3 lớp: vỏ ngoài, vỏ giữa và võ trong. - Hạt: có màu nâu sẫm trên nền xám nhạt, hình trứng, tiết diện hơi giống tam giác, vỏ hạt cứng khó thấm nước, đỉnh hạt có núm nhỏ. - Rễ: nhỏ, dài, thường phát triển ở mắt của hom, và trên vỏ ngoài của củ cho đến khi củ phình to-chín thì rễ hút tự rụng. Rễ hút có thể phát triển sâu xuống 4m có nhiệm vụ hút nước và muối khoáng. b, Củ sắn Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25÷200 cm, trung bình khoảng 40÷50 cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2÷25 cm, trung bình 5÷7 cm. Sắn là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Cấu tạo của củ sắn bao gồm: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn. So với các loại củ khác thì vỏ củ sắn là dễ phân biệt và dễ tách nhất. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 9 Cường GVHD: KS. Bùi Viết - Vỏ gỗ: chiếm 0,3 ÷ 0,5 % khối lượng củ, gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ là lớp vỏ 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. - 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 tannin, enzym và các sắc tố. - Thịt sắn (Ruột củ): Là thành phần chiếm chủ yếu của củ sắn, bao gồm các tế 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 sắn không đều. Sắn càng để già thì càng có nhiều xơ. - Lõi sắn: 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 hemicellulose. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. 2.1.1.3 Thành phần hóa học của sắn [3,tr23] Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 21,45%, protein 1,12%, chất béo 0,4% , cellulose 1,1%, nước 70,25%, đường 5,13% và chất tro 0,55%. Sắn khô: tinh bột 73,3%, nước 13,2%, gluxit 7,31%, protit 1,75%, chất béo 0,87%, cellulose 2,38%, và chất tro 1,19%. Ngoài ra trong sắn còn chứa một lượng vitamin và độc tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B, trong đó B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03mg%, còn B6 0,06mg%. Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấu trong sản xuất rượu. Độc tố trong sắn có tên chung là Phazeolutanin gồm 2 glucozit Linamarin và Lotaustralin. Hàm lượng chung của phazeolunatin chỉ vào khoảng 0,001-÷0,04mg% và chứa nhiều trong sắn đắng, tập trung chủ yếu ở vỏ cùi. Bình thường thì Phazeolunatin không độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng ra HCN. Hàm lượng HCN trong củ sắn tươi nhỏ hơn 50mg/kg chưa gây độc hại cho Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 10 Cường GVHD: KS. Bùi Viết người, từ 50-100mg thì sẽ gây ngộc độc và lớn hơn 100mg thì sẽ gây tử vong cho người. Để tránh bị ngộ độc trước khi luộc cần ngâm và bóc vỏ cùi. Sắn lát khô sẽ giảm đáng kể lượng glucozit gây độc kể trên. 2.1.2 Nước Trong công nghệ sản xuất rượu, nước được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau: xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, pha loãng dung dịch và vệ sinh thiết bị…. Yêu cầu chất lượng của nước trong sản xuất rượu: - Trong suốt, không màu không mùi. - Độ cứng: không quá 7mg-E/l - Độ oxy hóa: ≤ 2ml KMnO4/l - Chất cặn: ≤ 1mg/l - Không có kim loại nặng - Hàm lượng các muối phải thỏa yêu cầu sau: + Hàm lượng Cl- ≤ 0,5 mg-E/l + H2SO4 ≤ 80 mg-E/l + Hàm lượng As3+ ≤ 0,05 mg-E/l + Hàm lượng Pb2+ ≤ 0,1 mg-E/l + Hàm lượng F3+ ≤ 3 mg-E/l + Hàm lượng Zn2+ ≤ 5 mg-E/l + Hàm lượng Cu2+ ≤ 3 mg-E/l + NH3 và các muối NO , NO : không có. 2.1.3 Nấm men [11] Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 11 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Hình 2.4 Saccharomyces cerevisiae Nấm men là tác nhân cơ bản gây ra quá trình lên men etanol. Thường sử dụng nấm men thuộc họ Saccharomycetaceac, loài S.cerevisiae. Saccharomyces cerevisiae thuộc loại nấm men lên men nổi. Trong quá trình lên men, tế bào của chúng nổi lơ lửng trong dung dịch lên men và tập trung trên bề mặt. Nhờ đó tăng diện tích tiếp xúc với cơ chất, quá trình lên men xảy ra nhanh chóng và mạnh mẽ. - Lên men được nhiều loại đường (glucose, fructose, saccharose, maltose, 1/3 rafinose, các dextrin …) và nhiều loại nguyên liệu khác nhau ( như gạo, ngô, khoai, sắn… với lượng đường trong dung dịch là 12 ÷ 14%, có khi là 16 ÷ 18%). - Có khả năng lên men ở nhiệt độ cao ( 36 ÷ 400C), chịu được độ axit. - Chịu được thuốc sát trùng Na2SiF6 nồng độ 0,02 ÷ 0,025% nên có thể lên men trong điều kiện bắt buộc phải dùng thuốc sát trùng. - Sinh sản theo kiểu nảy chồi, có khả năng sinh bào tử, sống kị khí không bắt buộc. Để sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột có thể dùng các chủng nấm men sau: - Nấm men chủng II ( Saccharomyces cerevisiae Rasse II): Đây là chủng đầu tiên được ứng dụng trong sản xuất rượu và các ngành sản xuất khác. Tế bào dài, hình đứng, lớn và sinh sản bằng cách nảy chồi. Ở 25oC trong 30 giờ nuôi cấy có thể tạo thành bào tử (thường trong tế bào có 3 bào tử); lên men được các loại đường như chủng XII nhưng khả năng sinh sản kém hơn. Sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ axit thấp, sức kháng cồn cao. Kích thước tế bào 5,6 ÷ 7µm. - Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII): tế bào hình tròn hoặc hình oval, có kích thước lớn và mập hơn các chủng khác (5÷8µ). Chu kỳ sinh trưởng của một thế hệ là 1 giờ 39 phút. Trong tế bào già thường chứa nhiều glycogen và metaxromatin. Nấm men chủng XII sinh sản mạnh trong 12 giờ đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên men rất mạnh. Chúng có khả năng lên men glucose, maltose, fructose, galactose, saccharose, và 1/3 rafinose. Chủng này không lên men được các đường lactose, kxilose, arabinose, inulin. Có thể lên men đạt 13% rượu trong môi trường, ít sinh bọt. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 12 Cường GVHD: KS. Bùi Viết - Nấm men chủng MTB Việt Nam (men thuốc bắc): Được phân lập tại nhà máy rượu Hà Nội từ men thuốc bắc. Lên men được nhiều loại đường ở nhiệt độ cao (39÷400C), chịu độ axit tương đối cao (1÷1,50), nồng độ rượu có thể đạt được 12 ÷ 14%. Chủng này có khả năng sinh sản nhanh và cho hiệu suất lên men tương đối tốt. 2.1.4 Các chất hỗ trợ kỹ thuật 2.1.4.1 Các hóa chất − Axit sunfuric có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ trong quá trình đường hóa − Ure cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo ra nhiều rượu − Nhóm các hóa chất xử lý nước như: Than hoạt tính, hạt nhựa,… − Hóa chất sát trùng như Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa. 2.1.4.2 Các chế phẩm enzym [1,tr269-271] Trong công nghệ sản xuất ancol, enzym xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men là khá quan trọng. Các enzym này thuộc loại amylaza. Chế phẩm enzym Novo amylaza được được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các enzym này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt độ cao. Các enzym này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặc tính trong điều kiện bảo quản không lớn hơn 250C. - Fungamyl 800L : là α -amylaza cô dặc ở dạng lỏng. Nhiệt độ tối thích là 6065oC Fungamyl 800L hoạt động xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các α -amylaza khác, tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành. Fungamyl 800L có thể hoạt động xúc tác quá trình thủy phân tinh bột ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện có muối Ca2+ cho sự ổn định của nó. - Termamyl 60L : là một enzym α - amylaza cô đặc ở dạng lỏng hoạt động ổn định nhiệt độ cao. Hoạt động của nó là xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 13 Cường GVHD: KS. Bùi Viết dextrin giống như α - amylaza của malt. Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong thủy phân ở pH = 5,0. Nhiệt độ thích hợp 900C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó. - Spiritamylaza Novo 150L : là một glucoamylaza lỏng cô đặc, xúc tác quá trình thủy phân tinh bột trong công nghệ lên men rượu. Enzym này thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các đường lên men glucoza không có các dextrin trong các sản phẩm thủy phân. Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là pH = 3 tại 60 0C. Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của ion Caxi (Ca2+). Trong sản xuất cồn, enzym này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa. Chế phẩm enzym được được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các enzym này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt động cao. Enzym này chịu được nhiệt độ cao. 2.2 Tổng quan về sản phẩm 2.2.1 Etanol 2.2.1.1 Tính chất vật lý Etanol 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 15°C), dễ bay hơi (sôi ở nhiệt độ 78,39°C), hóa rắn ở -114,15°C, tan trong nước vô hạn, tan trong ete và clorofom. Etanol hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. Sở dĩ etanol tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde có khối lượng phân tử xấp xỉ là do sự tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước. Etanol có tính khúc xạ hơi cao hơn so với của nước, với hệ số khúc xạ là 1,36242 (ở λ=589,3 nm và 18,35°C). Khi chưng cất hỗn hợp dung dịch có nồng độ 95,57% etanol và 4,43% nước thì điểm sôi chung là 78,15oC và gọi là điểm đẳng phí. Điều đó cũng có nghĩa là biện pháp chưng cất không thể thu được rượu có nồng độ cao hơn 95,57 %V. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 14 Cường GVHD: KS. Bùi Viết 2.2.1.2 Tính chất hóa học - Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. Ví dụ: 2C2H5OH + 2X → 2C2H5OX + H2 - Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và axit với môi trường là axit sulfuric đặc nóng tạo ra este. Ví dụ: C2H5OH + CH3COOH → CH3COOC2H5 + H2O - Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trườngaxit sulfuric đặc ở 170 độ C: 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, axit hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O. Ví dụ: + ở mức 1, trong môi trườngnhiệt độ cao: CH3-CH2-OH + CuO → CH3CHO + Cu + H2O + Mức 2, có xúc tác: CH3-CH2-OH + O2 → CH3-COOH + H2O + Mức 3: C2H5OH + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O - Tác dụng với NH3, ở nhiệt độ 250oC và có xúc tác, etanol tác dụng với NH3 tạo thành amin. C2H5OH + NH3 → C2H5NH2 + H2O. 2.2.1.3 Phương pháp sản xuất etanol [2,tr23] a) Phương pháp lên men Đây là phương pháp chủ yếu để sản xuất ra etanol trong thực phẩm hay trong sản xuất nhiên liệu, quá trình lên men dịch đường nhờ nấm men (chủ yếu là do nấm men Saccharomyces cerevisiae) trong điều kiện yếm khí. b) Phương pháp hydrat hóa etylen Etanol thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydat hóa etylen trên xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen hợp nước ở 3000C áp suất 70÷80 atm với xúc tác là axit photphoric: H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH 2.2.2 Cồn nhiên liệu Cồn nhiên liệu được nghiên cứu và sử dụng từ lâu để thay thế nguồn nguyên liệu hóa thạch nhằm mục đích giảm hiệu ứng nhà kính, tránh gây ô nhiễm môi Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 15 Cường GVHD: KS. Bùi Viết trường, và thời gian gần đây thì càng được chú trọng do sản lượng dầu mỏ đang dần bị cạn kiệt. Trong tương lai cồn nhiên liệu có thể là nguồn năng lượng chính. Cồn khan 99,5% trở lên được sử dụng làm nhiên liệu giúp cho các động cơ có thể hoạt động được, tuy nhiên nó có nhiều đặc tính như ăn mòn kim loại, làm hư các chi tiết cao su hay nhựa trong động cơ nên nếu không cải tiến động cơ thì không thể thay thế hoàn toàn xăng bằng cồn khan để chạy động cơ. Đối với ôtô, xe gắn máy thông thường chỉ được sử dụng xăng pha cồn với nồng độ tối đa là 10% (xăng E10). Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổi động cơ mà có thể chạy hoàn toàn bình thường so với việc dùng 100% xăng. Cồn pha xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa về chất lượng, tùy quốc gia quy định. Cồn có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho vào động cơ ở nhiều dạng khác nhau, cụ thể là pha lẫn với xăng với tỷ lệ nào đó hoặc sử dụng 100% cồn. Qua việc thử nghiệm trên các loại động cơ với nhiên liệu có cồn kết quả cho thấy nếu tỉ lệ cồn không quá 10% thì không cần thay đổi kết cấu động cơ. 2.3 Phương pháp sản xuất bio-etanol 2.3.1 Các phương pháp nấu [3,tr47-61] 2.3.1.1 Nấu gián đoạn Nấu gián đoạn là nấu từng mẻ trong các bình kim loại có cánh khuấy với những nguyên liệu không cần nghiền nhỏ hoặc có thể để nguyên hạt hoặc sắn lát. - Đặc điểm: + Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi. + Nấu được tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài. - Ưu điểm: + Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị. + Thao tác vận hành đơn giản. + Dễ vệ sinh và sửa chữa (nếu cần). - Nhược điểm: + Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ. + Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ (caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và nấm men. + Khi dùng axit thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm ăn mòn thiết bị, nếu nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt độ của amylaza. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 16 Cường GVHD: KS. Bùi Viết + Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn 2.3.1.2 Nấu bán liên tục - Đặc điểm: + Nấu được tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín (làm việc gián đoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục). + Áp suất và thời gian ít hơn nấu gián đoạn. - Ưu điểm: + Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất đường tăng hiệu suất lên 7 lít cồn/tấn tinh bột. + Dùng được hơi thứ nên giảm được 15÷30 % lượng hơi dùng cho nấu. + Năng suất thiết bị tăng so với nấu gián đoạn. - Nhược điểm: + Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. + Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích. + Nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn. + Khó vệ sinh do nhiều thiết bị và thiết bị nấu chín thêm có cấu tạo phức tạp. 2.3.1.3. Nấu liên tục - Đặc điểm: + Quá trình nấu chia ra làm 3 giai đoạn: nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nấu chín thêm còn gọi là thiết bị tách hơi. Thời gian nấu được rút ngắn. - Ưu điểm: + Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu. + Thời gian nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm tổn thất đường do cháy và tạo melanoidin. Nhờ đó hiệu suất cồn tăng lên 5 lít so với nấu bán liên tục và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn + Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần. + Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 17 Cường GVHD: KS. Bùi Viết + Dễ cơ khí và tự động hóa. + Tốn ít diện tích đặt thiết bị. + Năng suất cao cho chất lượng dịch cháo ổn định vì thế chất lượng cồn ổn định. + Tốn ít nhân lực do tự động hóa cao. - Nhược điểm: + Yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây d = 3 mm không quá 10 % và lọt rây d = 1 mm phải nhiều hơn 40 %. + Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. + Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định. 2.3.2 Các phương pháp đường hóa 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. Trước kia hay dùng axit HCl hoặc H2SO4 để thủy phân tinh bột, nhưng hiện nay rất ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất thu hồi rượu lại thấp. Ở nhiều nước Châu Âu vẫn còn dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch) để thủy phân tinh bột trong sản xuất rượu, nhưng hiện nay phần lớn các nước đều dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật. Hầu hết các nhà máy rượu ở Việt Nam đều dung amylaza thu được từ nuôi cấy nấm mốc, mấy năm gần đây có mua thêm chế phẩm amylaza của hãng Novo Đan Mạch để dùng trong nấu, dịch hóa và đường hóa. 2.3.2.1 Đường hóa gián đoạn Đường hóa gián đoạn được thực hiện trong một thiết bị, quá trình đương hóa kéo dài. Phương pháp này có ưu điểm là dịch cháo được dịch hóa, nhưng thời gian đổ cháo kéo dài, enzym amylaza giảm hoạt tính, đồng thời làm giảm năng suất của thiết bị. 2.3.2.2 Đường hóa liên tục Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch enzym amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men. - Phương pháp có ưu điểm so với đường hóa gián đoạn: + Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa. + Thời gian đường hóa ngắn, tăng được công suất của thiết bị và do đó tiết kiệm được diện tích của nhà xưởng. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 18 Cường GVHD: KS. Bùi Viết + Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn. - Nhược điểm: + Yêu cầu người vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. + Yêu cầu các yêu cầu đúng kỹ thuật và ổn định. 2.3.3 Các phương pháp lên men [2,tr251-266] 2.3.3.1 Phương pháp lên men gián đoạn - Đặc điểm: Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gian lên men kéo dài. -Ưu điểm: + Thao tác của công nhân đơn giản + Thiết bị dễ vệ sinh, sửa chữa. + Nếu có sự cố (nhiễm khuẩn, nấm mem kém, tình trạng lên men không bình thường…) thì chỉ xảy ra trong phạm vi của thùng lên men đó, không ảnh hưởng đến thùng lên men khác, xử lý đơn giản hơn. - Nhược điểm: + Chất lượng lên men không đồng đều + Hiệu suất lên men thấp. + Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác. 2.3.3.2. Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì) Lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạn cuối. Đây là phương pháp cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặc trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết. - Ưu điểm: Phương pháp lên men chu kì có ưu điểm là đơn giản, rút ngắn được chu kì lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men. Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên. - Nhược điểm: Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặt biệt là các thùng đầu dãy. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 19 Cường GVHD: KS. Bùi Viết 2.3.3.3. Lên men liên tục Dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra. Dịch đường phải đi qua nhiều các thùng lên men: Thùng lên men chính, các thùng lên men tiếp theo là lên men phụ. Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn. - Ưu điểm: Hiệu suất lên men tăng, dễ cơ khí và tự động hóa, thời gian lên men được rút ngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng men gống ban đầu cao, chất lượng giấm chín là ổn định. - Nhược điểm: Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể, yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định. 2.3.4 Chưng cất và tinh chế cồn [10] 2.3.4.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất rượu Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín. Kết quả nhận được cồn thô. Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như : rượu, este, andehyt và một số ancol có số các bon lớn hơn hai, các ancol này gọi là ancol cao phân tử hay dầu fusel ( dầu khét ). Ngoài ra trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu Etylic và nước, vì thế khi nghiên cứu xem giấm chín như hỗn hợp của hai cấu tử. Quá trình chưng cất rượu có thể dựa vào 2 định luật sau ( do Cônôvalốp và Vrepski đưa ra): -Định luật I: Thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi. ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng. Nếu thêm cấu tử dễ bay hơi vào dung dịch thì điều đó sẽ dẫn đến làm tăng độ bay hơi của hỗn hợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho. Tuy nhiên độ bay hơi của hỗn hợp chỉ tăng theo nồng độ rượu trong pha lỏng tới một nồng C% nào đó. Sau đó nếu tiếp tục thêm rượu vào pha lỏng thì độ bay hơi không tăng nữa mà giảm đi. Lúc này định luật I không còn đúng nữa. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 20 Cường GVHD: KS. Bùi Viết - Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, chỉ có thể nhận được cồn có nồng độ 97, 2% V. Thành phần hơi thoát ra từ dung dịch phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng Hình 2.5 Độ bay hơi đẳng nhiệt của dung dịch rượu nước Hình 2.6 Đường cong cân bằng hổn hợp rượu nước ở áp suất khí quyển phí. Do đó khi chưng cất rượu trong điều kiện chân không thì có lợi hơn và có thể thu được rượu với nồng độ cao hơn 97, 2%V phụ thuộc vào độ chân không. 2.3.4.2 Các phương pháp chưng cất a) Chưng cất gián đoạn - Ưu điểm: Đơn giản, dễ thao tác.Tốn ít thiết bị. - Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều.Tốn hơi do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn thô.Thời gian cất kéo dài. b) Phương pháp chưng cất bán liên tục Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạn nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao. c) Phương pháp chưng luyện liên tục Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm trên của chưng cất gián đoạn và bảo đảm hiệu quả kinh tế cao hơn. Chưng luyện liên tục có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Từ đó chia thành chưng luyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp vừa trực tiếp). - Sơ đồ hai tháp gián tiếp 1 dòng: Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 21 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Hệ thống này tuy có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao, hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu lấy ra. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định, nhưng tốn hơi. - Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp: Hệ thống cho phép nhận 70÷80% cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN 71, 30÷20 % cồn loại II, 3÷5% cồn đầu. Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơi nhưng đòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác. - Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và một tháp fusel Hệ thống này khác với các hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn (khoảng 10%) rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel. Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách dầu fusel triệt để hơn nhưng có nhược điểm là có tổn thất rượu etylic trong dầu. - Sơ đồ chưng luyện bốn tháp (thêm một tháp làm sạch). Cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm lạnh mà được đưa vào tháp làm sạch để tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao. 2.3.4.3 Cơ sở lý thuyết tinh chế Tinh chế là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn. Cồn thô nhận được sau khi chưng cất còn chứa rất nhiều tạp chất ( trên 50 chất), có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các nhóm chất như: aldehyt, este, alcol cao phân tử và các axit hữu cơ. Hàm lượng chung của tất cả các tạp chất không vượt quá 0,5% so với khối lượng cồn etylic. Thành phần tạp chất nói chung thay đổi phụ thuộc vào nguyên liệu. Có một số tạp chất mang tính đặc thù của từng nguyên liệu.Còn sản xuất rượu từ tinh bột thường chứa furfuron và các tạp chất gây vị đắng, đó là các tecpen. Phân loại tạp chất: - Trong việc tinh chế cồn chia tạp chất thành ba loại sự phân loại này chỉ mang tính quy ước vì tính chất của tạp chất có thể thay đổi tuỳ theo nồng độ cồn trong tháp Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 22 Cường GVHD: KS. Bùi Viết -Tạp chất đầu : bao gồm nhóm chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở bất kỳ nồng độ nào, nghĩa là hệ số bay hơi luôn luôn lớn hơn hệ số bay hơi của rượu ở cùng nồng độ. Ví dụ như: aldehyt axetic, axetatetyl, axetat metyl, formiat etyl, aldehyt butyric. -Tạp chất cuối: gồm nhóm chất có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của rượu etylic ở cùng nồng độ , do đó nhiệt độ sôi của nó lớn hơn nhiệt độ sôi của rượu ở cùng áp suất. Gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic, izobutylic, propylic, izopropylic. Tạp chất cuối điển hình nhất là axit axetic. -Tạp chất trung gian: là thể hiện tính chất phụ thuộc vào nồng độ cồn, chẳng hạn ở nồng độ cao thì nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp nó lại là tạp chất đầu. Đó là các chất như izobutyrat etyl, izovalerat etyl, izovalerat izoamil và axetat izoamyl. -Tạp chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, còn tạp chất trung gian rất khó tách. 2.3.5 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối [12] Đây là phương pháp hiện đại nhất hiện nay dùng để sản xuất cồn tuyệt đối nói chung và bio - etanol nói riêng. − Giới thiệu về zeolit: Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian 3 chiều với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự. Hệ thống mao quản (pore) này có kích cỡ phân tử, cho phép chia (rây) các phân tử theo hình dạng và kích thước. Vì vậy, zeolit còn được gọi là chất rây phân tử. Nguyên tắc của phương pháp: + Dựa vào kích thước mao quản của zeolit, chất hấp phụ này có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản và không hấp phụ những phân tử có kích thước lớn. + Khi sử dụng zeolit để hấp phụ sản xuất cồn tuyệt đối, bản chất là chất hấp phụ chọn lọc nước trong hỗn hợp nước và etanol có nồng độ thấp hơn. + Kích thước động học của etanol và nước: Kích thước động học của etanol là: 3,95A Kích thước động học của nước là: 2,75A Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 23 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Vật liệu hấp phụ có kích thước mao quản nằm trong khoảng nhỏ hơn 3A nên zeolit sẽ hấp phụ nước và không hấp phụ cồn. Khi nhả hấp phụ thì sẽ dùng các tác nhân: hơi nước bão hòa hoặc hơi nước quá nhiệt, hơi của các chất hữu cơ, khí trơ… Nhả hấp phụ có thể tiến hành ở nhiệt độ cao hoặc ở nhiệt độ thấp, có thể tiến hành ở áp suất thường, áp suất dư hoặc áp suất thấp (trong chân không). Hình 2.7 Zeolit Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1 Chọn dây chuyền công nghệ Nguyên liệu sắn Làm sạch Nghiền nguyên liệu Chế phẩm Nấu sơ bộ Hơi thứ enzym Termamyl Phun dịch hóa Hơi Nấu chín Hơi Tách hơi Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 24 Cường Chế phẩm GVHD: KS. Bùi Viết Làm nguội enzym Spirit Đường hoá H2SO4, Na2SiF6 Nấm men phòng thí nghiệm Làm nguội Nhân giống nấm men Lên men Giấm chín Gia nhiệt Hơi Tháp thô Bã rượu Cồn thô Cồn nhạt (*) Dầu fusel Tháp tinh chế Hơi Cồn đầu Cồn 96 0 Bốc hơi quá nhiệt Hơi Hấp phụ Zeolit Giải hấp phụ Cồn tuyệt đối Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày Cồn nhạt (*) SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 25 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Ngưng tụ, làm nguội Bảo quản 3.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.2.1 Làm sạch 3.2.1.1 Mục đích Quá trình làm sạch nhằm mục đích làm sạch nguyên liệu, loại bỏ tạp chất đất, đá và kim loại có trong nguyên liệu. Quá trình này tạo thuận lợi cho quá trình nghiền, giúp cho sản phẩm đạt chất lượng tốt hơn và tránh gây hư hại thiết bị trong sản xuất. 3.2.1.2 Tiến hành Thiết bị làm sạch nguyên liệu là sàng rung. 1. Cửa nạp liệu 2. Nam châm 3. Lưới sàng 1 4. Lưới sàng 2 5. Tạp chất bé 6. Nguyên liệu đạt yêu cầu 7. Tạp chất lớn 8.Ống dẫn bụi ra Hình 3.1 Sàng rung Nguyên liệu sắn lát được xe múc chuyển đến phểu nạp liệu, nguyên liệu sẽ được chuyển đến sàng rung và đi qua nam châm đặt ở cửa vào nguyên liệu để tách kim loại vì do trong lúc sàng, kim loại ma sát sinh ra tia lửa điện gây cháy nổ. Nguyên liệu sắn đưa vào máy làm sạch qua cửa nạp liệu (1). Trước khi xuống lưới sàng (3), nguyên liệu được tách kim loại bằng nam châm (2), sau đó nguyên liệu rơi xuống lưới sàng (3). 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 và đi ra theo cửa số (7), còn nguyên liệu và tạp chất bé sẽ lọt qua lưới (3) và xuống lưới sàng (4). Do lưới sàng (4) có kích thước nhỏ hơn nguyên liệu nên tại đây nguyên liệu đạt yêu cầu được giữ lại, tạp chất bé sẽ lọt qua lưới sàng (4) và xuống ngăn Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 26 Cường GVHD: KS. Bùi Viết cuối, được đưa ra ngoài qua cửa số (5). Bụi lơ lững được quạt hút ra ngoài qua đường ống (8) Nguyên liệu đạt yêu cầu đưa đi nghiền ở cửa số (6). 3.2.2 Nghiền nguyên liệu 3.2.2.1 Mục đích Phá vỡ cấu trúc thực vật của sắn lát, tạo điều kiện giải phóng tinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn. Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu và đường hóa, tiết kiệm hơi và nâng cao hiệu suất thu hồi cồn. 3.2.2.2 Tiến hành Sắn lát đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1). Sắn lát được nghiền nát nhờ lực va đập của sắn và búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền và do sự cọ xát giữa các lát sắn với nhau. Búa được lắp trên đĩa treo búa (4) gắn trên trục quay (5), các búa được treo cách đều nhau. Sắn lát sau khi được nghiền đạt kích thước yêu cầu lọt qua lưới (3) ra ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, với những phần nghiền chưa đạt yêu cầu nằm trên lưới và tiếp tục được búa nghiền cho đến khi có kích thước đủ nhỏ lọt lưới ra ngoài. Sau khi nghiền kích thước của bột sắn khoảng 1,5 mm. 1. Phễu nạp liệu 2. Búa 3. Lưới 4. Đĩa treo búa 5. Trục quay Bột sắn nghiền Hình 3.2 Máy nghiền búa 3.2.3 Nấu nguyên liệu 3.2.3.1 Mục đích Mục đích của quá trình nấu là nhằm phá vỡ màng dự trữ của hạt tinh bột trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ enzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đường hóa,biến tinh bột thành đường lên men triệt để. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 27 Cường GVHD: KS. Bùi Viết 3.2.3.2 Tiến hành Chọn 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 enzym Termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột. Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được nâng lên 80÷850C trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzym α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột. Tiếp đó khối nấu nhờ bơm pittông (4) bơm sang thiết bị phun dịch hóa (5), tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96 0C. Sau đó khối nấu tiếp tục được bơm sang nồi nấu chín (6), theo đó dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức độ cần thiết. Ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu sẽ được giữ ở nhiệt độ 100÷105 0C trong khoảng thời gian từ 25÷30 phút. Việc điều chỉnh mức khối nấu nhờ phao điều chỉnh (7). Hơi thứ tách ra ở nồi nấu chín được tách ở thiết bị tách hơi (8) được thu hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ. Dịch được bơm lên thiết bị phun dịch hóa, qua khe hẹp. Hơi vào từ phía trên, được điều chỉnh lượng vào bằng bộ điều khiển tự động. Dịch qua khe hẹp dưới tác dụng của nhiệt độ cao, độ lớn của khe hẹp được điều chỉnh bởi van chắn. Nhiệt độ hơi cao làm tăng áp suất và sự thay đổi vận tốc làm cho mạch tinh bột bị phá vỡ, Hình 3.4 Thiết bị phun dịch hóa làm cho khối cháo được mịn hơn. Qua thiết bị 0 này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96 C. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 28 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Sau đó khối cháo đi qua nồi nấu chín tại cửa (b). 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. Từ bộ phận điều chỉnh nấu liên tục được chuyển đến thiết bị tách hơi. Tại đây hơi được tách và quay về nồi nấu sơ bộ. a. cửa vệ sinh b. dịch vào c.thông khí d. dịch ra e. xả đáy 1. thân bồn 2. tấm vách ngăn thân bồn 3. tấm đáy bồn hình côn elip 4. tấm đáy bồn chân đế 5. chân đế 6. tấm nắp bồn hình côn elip 7. tấm chân đế 8. tấm bản mã Hình 3.5 Nồi nấu chín 3.2.4 Làm nguội 3.2.4.1Mục đích Hạ nhiệt độ của dịch cháo sau nấu chín từ nhiệt độ 100÷105 oC xuống nhiệt độ 58÷60oC tạo điều cho quá trình đường hóa xảy ra dể dàng. Và hạ nhiệt độ của dịch đường sau đường hóa từ 60 oC xuống 30 oC để tạo thuận tiện cho quá trình lên men. Hình 3.6 Thiết bị làm nguội ống lồng ống- phụ lục 1 3.2.4.2 Tiến hành Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống với dịch cháo đi bên trong ống và nước làm nguội đi bên ngoài ống. Dịch cháo trong ống và nước ở phần ống hình vành khăn sẽ tiến hành trao đổi nhiệt với nhau để thu được dịch cháo đi ra có nhiệt độ đạt yêu cầu là từ 58÷60oC và đưa dịch đường sau đường hóa xuống nhiệt độ 30 o C. 3.2.5 Đường hóa 3.2.5.1 Mục đích Sau khi nấu xong, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp để chuyển hóa thành rượu được mà phải trải qua quá trình thủy phân do xúc tác của enzym amylaza để biến thành đường. Đây là quá trình quan trọng, nó đóng vai trò quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu. 3.2.5.2 Tiến hành Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 29 Cường GVHD: KS. Bùi Viết 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 3 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 enzym glucoamylaza theo cửa (b), H2SO4 cho vào theo cửa (c). Khống chế pH=3,8÷4,2 thì ngừng cấp H 2SO4. Sau đó hạ nhiệt độ chuẩn bị cho quá trình lên men. a Dịch vào b Cấp enzym c Cấp acid d Cấp hơi e Dịch ra 17 Gối đỡ trục cánh khuấy 16 Khớp nối trục với gối đỡ 15 Cánh khuấy 14 Trục cánh khuấy 13 Nắp bồn 12 Giá đỡ 11 Gối đỡ 10 Hộp giảm tốc 9 Mô tơ cánh khuấy 8 Cửa vệ sinh 7 Giá nắp bồn 6 Cầu thang vệ sinh 5 Thân bồn 4 Tấm lót chân đế 3 Giá chân đế 2 Chân đế 1 Tấm đáy bồn hình nón Hình 3.7 Thiết bị đường hóa 3.2.6 Lên men 3.2.6.1 Mục đích Dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ được phân giải thành rượu, khí cacbonic và các sản phẩm trung gian khác. 3.2.6.2 Tiến hành a) Chuẩn bị giống Nấm men được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10 ml. Sau đó nuôi trong tủ ấm, duy trì nhiệt độ 28 ÷32 0C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ. Sau thời gian đó thì tiến hành chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp tục, Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 30 Cường GVHD: KS. Bùi Viết chuyển sang nuôi cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn. Quá trình này được thực hiện trong phòng thí nghiệm, sau đó chuyển sang nuôi cấy ở môi trường malt đại mạch, khi đạt 10L thì thực hiện trong phân xưởng sản xuất. b) Tiến hành lên men Hình 3.8 Sơ đồ lên men liên tục- phụ lục 1 Thực hiện lên men liên tục: Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Có 2 thùng nhân giống nấm men cấp I có dung tích bằng 30% so với thùng nhân giống nấm men cấp II. Thùng cấp II có dung tích bằng 30% thùng lên men chính. Các thùng lên men tiếp theo gồm 8÷10 thùng. Thùng nhân giống cấp I được đặt phía trên thùng cấp II để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp II đặt cao hơn thùng lên men chính. Khi bắt đầu sản xuất men giống ở 2 thùng cấp I lệch nhau khoảng 3÷4 giờ. Khi giống đạt yêu cầu tháo xuống thùng cấp II. Thùng I vừa được giải phóng cần phải được vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới tiếp tục chu kì nhân giống khác. Tiếp đó thanh trùng dịch ở 75 0C rồi axit hóa tới độ chua 1,8÷2,4g H 2SO4/l. Sau đó làm lạnh tới nhiệt độ nhân giống nấm men rồi cho 25÷30% lượng men giống ở thùng cấp I còn lại vào và để cho lên men tới độ biếu kiến 5÷6%. Ở thùng nhân giống cấp II tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hóa tới độ chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới khi độ lên men biểu kiến còn 5÷6%.Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp II vào một trong hai thùng lên men chính rồi tiếp tục cho dịch đường vào. Dịch lên men tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng lên men phụ cho tới thùng cuối cùng thì lên men kết thúc, thu được giấm chín. Tổng thời gian lên men 60÷62 giờ. 3.2.7 Chưng cất và tinh chế 3.2.7.1 Mục đích Chưng cất: là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn thô và bã rượu. Tinh chế: là quá trình 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 Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 31 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Sử dụng hệ thống chưng cất, tinh chế hai tháp gồm một tháp thô và một tháp tinh. Giấm chín được bơm qua bình hâm giấm (2), thiết bị này được gia nhiệt bằng hơi cồn thô đến nhiệt độ 70÷80 0C rồi đưa qua bình tách CO2 và khí không ngưng (3) rồi vào đĩa tiếp liệu của tháp thô (4). Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi đi từ dưới lên, giấm chín chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp ngưng tụ làm lạnh và được đưa sang tháp tinh (8) ở đĩa tiếp liệu, 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. 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 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÷1050C; nhiệt độ đỉnh tháp thô phụ thuộc vào nồng độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93÷970C; nhiệt độ đỉnh tháp tinh vào khoảng 78,3÷78,5 0C; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khống chế ở 82÷830C. 1 Thùng cao vị chứa giấm chín 2 Bình hâm giấm 3 Bình tách CO2 và khí không ngưng 4 Tháp cất khô 5 Bình chống phụt giấm 6 Bình ngưng tụ cồn thô 7 Bình làm lạnh ruột gà 8 Tháp tinh chế Hình 3.9 Sơ đồ chưng cất tinh chế hai tháp liên tục 3.2.8 Gia nhiệt 6. Hôi coàn 3. Buoàng boác 3.2.8.1 Mục đích Nâng nhiệt độ của hơi cồn 96 o từ 82÷83oC đến 102÷110oC dưới tác của hơi gián tiếp. Tạo điều kiện cho quá trình tách nước. 3.2.8.2 Tiến hành Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày 2.Hôi vaøo 4. Buoàng ñoát 5. Cöûa thaùo nöôùc ngöng SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A 1. Cöûa naïp lieäu Hình 3.10 Thiết bị gia nhiệt Đồ án tốt nghiệp 32 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Hơi cồn 96o được gia nhiệt lên nhiệt độ (82÷83oC) sẽ được đưa vào thiết bị gia nhiệt theo cửa nạp liệu từ dưới lên trên. Hơi từ lò hơi đi vào theo cửa số (2) đi từ trên xuống. Hơi đi ngoài ống, hơi cồn đi trong ống. Hơi có nhiệt độ 250÷260 oC. Sau khi trao đổi nhiệt, nhiệt độ cồn tăng lên 102÷110 oC, hơi được bốc lên buồng bốc (3) và ra khỏi thiết bị theo cửa (6). Hơi ngưng tụ được tháo ra ngoài theo cửa số (5). 3.2.9 Tách nước 3.2.9.1 Mục đích Tách nước trong cồn 96%V, để thu được bio – etanol có nồng độ 99,97%V bằng cách sử dụng chất hấp thụ zeolit. 3.2.9.2 Tiến hành Hình 3.11 Sơ đồ hấp phụ- giải hấp – phụ lục 1 Nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt được nâng lên 102÷110 oC. Sau khi hơi cồn đi ra thiết bị quá nhiệt thì nó được đi vào thiết bị hấp phụ, nguyên liệu (hỗn hợp etanol – nước có nồng độ thấp) được đưa qua cột hấp phụ chứa zeolit 3A ở pha hơi. Rây phân tử 3A thuộc họ zeolit A, có kích thước cửa sổ vào khoang hấp phụ là 3 Aston, nên có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn và không hấp phụ những phân tử có kích thước lớn hơn cửa sổ của nó. Do vậy khi dùng rây phân tử 3A để tạo công tuyệt đối dựa vào khả năng hấp thụ mạnh những phân tử nước ( có kích thước Hình 3.12 Thiết bị hấp phụ động học là 2,75A nhỏ hơn kích thước mao quản của zeolit 3A) và không hấp phụ những phân tử cồn ( có kích thước động học 3,95A). Để quá trình làm việc liên tục, thông thường phải có ít nhất 2 tháp chứa chất hấp phụ. Khi tháp A tiến hành hấp phụ thì tháp B phải tiến hành tái sinh xúc tác và ngược lại. Cồn đi ra khỏi tháp là cồn khan. Cồn khan tiếp tục đưa đi ngưng tụ và đưa vào kho chứa. Sau giải hấp thu được một lượng cồn nhạt quay về tháp chưng cất và tinh chế. Tạo cồn tuyệt đối thực chất là tách hết nước có trong hỗn hợp cồn – nước. Độ cồn càng cao thì chất hấp phụ tạo cồn càng thấp. Quá trình tạo cồn tuyệt đối bằng rây phân tử 3A thực chất là quá trình hấp phụ chọn lọc nước. Do vậy có thể thực hiện Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 33 Cường GVHD: KS. Bùi Viết quá trình hấp phụ ở pha lỏng hoặc pha hơi. Nguyên lý làm việc ở cả hai trường hợp như sau: Khi hỗn hợp cồn – nước được đưa vào cột hấp phụ, chất hấp phụ đã được hoạt hóa thì nước sẽ bị giữ lại ở các mao quản của zeolit 3A còn cồn tự do đi ra khỏi cột, sẽ thu được cồn tuyệt đối. 3.2.10. Ngưng tụ, làm nguội và bảo quản 3.2.10.1. Mục đích Cồn sau khi tách nước ở nhiệt độ cao dễ bay hơi nên được đưa đi ngưng tụ và làm nguội để đem đi bảo quản. Hình 3.13 Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn sản phẩm dạng ống xoắn ruột gà 3.2.10.2. Tiến hành Sau khi tách nước xong thì cồn tuyệt đối được nguội. Thiết bị làm nguội có dạng zích zắc gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm lạnh đi bên ngoài. Ở đây cồn tuyệt đối làm nguội từ 700C đến 300C và đưa đi bảo quản. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 34 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất Bảng 4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Nguyên liệu x x x x x x x x x 0 x x Nhà máy làm việc 11 tháng trong năm, tháng 10 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. Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết. Bảng 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 3 Số ngày sản xuất 30 28 Số ca sản xuất 78 84 4 5 6 7 8 9 10 11 12 31 29 30 30 31 31 29 0 30 31 93 87 90 90 93 93 87 0 90 93 Tổng số ngày sản xuất :330 ngày. Tổng số ca sản xuất : 990 ca. 4.2 Tính cân bằng sản phẩm 4.2.1 Các thông số ban đầu Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 35 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Năng suất: 86.000 lít sản phẩm/ ngày. Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô. Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%. Hiệu suất đường hoá: 98%. Hiệu suất lên men: 98%. Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%. Hiệu suất tách nước: 98%. Hiệu suất thu hồi: η = η dh × η lm × η cc × η tn = 0,98 × 0,98 × 0,97 × 0,98 = 0,913 = 91,3% Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn: Bảng 4.3 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Công đoạn Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi Làm nguội Đường hóa Làm nguội Nhân giống cấp 1 Nhân giống cấp 2 Lên men Chưng cất Tinh chế Bốc hơi quá nhiệt Hấp phụ, giải hấp Làm nguội Tiêu hao và tổn thất chung khác Hao hụt và tổn thất (%)2 1 1 0,5 1 0,5 0,5 2 0,5 0,5 0,5 2 1 1 0,5 1 0,5 3 Độ ẩm của sắn lát khô: 13% Hàm lượng chất khô: 87% Thành phần tinh bột: 73% 4.2.2 Tính toán cân bằng vật chất Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch trong một ngày: A (tấn/ngày) Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 36 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Do trong quá trình sản xuất, vận chuyển và xử lý nguyên liệu có lượng tiêu hao và tổn thất chung là 3% nên có M là lượng nguyên liệu được chế biến thành sản phẩm sau khi đã trừ đi hao hụt chung: M = 0,97A (tấn/ngày). 4.2.2.1 Công đoạn làm sạch Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch: m1 = M × (100 − 2) = 0,98 × M (tấn/ngày) 100 Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: mCK 1 = m1 × 87 0,98 × M × 87 = = 0,853 × M ( tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: mTB1 = m1 × 73 0,98 × M × 73 = = 0,715 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: m H 2O (1) = m1 × 13 0,98 × M × 13 = = 0,127 × M (tấn/ngày) 100 100 4.2.2.2 Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 1) 0,98 × M × 99 = = 0,970 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mCK 2 = m2 × 87 0,97 × M × 87 = = 0,844 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: mTB 2 = m2 × 73 0,97 × M × 73 = = 0,708 × M ( tấn/ngày) 100 100 Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: m H 2O ( 2 ) = m2 × 13 0,975 × M × 13 = = 0,126 × M ( tấn/ngày) 100 100 4.2.2.3 Công đoạn nấu sơ bộ Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 37 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Gọi X là lượng nước bổ sung và hơi ngưng tại công đoạn nấu sơ bộ để sau khi nấu chín nồng độ chất khô đạt 18%. Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là: m3 = ( m 2 + X ) × (100 − 1) 99 = 0,960 × M + 0,990 × X (tấn/ng = (0,97 × M + X ) × 100 100 ày) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mCK 3 = mCK 2 × (100 − 1) 0,844 × M × 99 = = 0,836 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mTB 3 = mTB 2 × (100 − 1) 0,708 × M × 99 = = 0,701 × M ( tấn/ngày) 100 100 Khối lượng nước trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: m H 2O ( 3) = ( m H 2O ( 2 ) + X ) × (100 − 1) 99 = (0,126 × M + X ) × 100 100 = 0,125 × M + 0,99 × X ( tấn/ngày) Lượng enzym bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: m E = mTB 2 0,708 × M = = 7,08 × 10 −4 × M ( tấn/ngày) 1000 1000 Trong quá trình nấu sơ bộ bổ sung một lượng enzym bằng 30% so với tổng lượng enzym bổ sung quá trình nấu và đường hóa: m E ( 3) = 30 30 × mE = × 7,08 × 10 − 4 × M = 2,124 × M × 10 − 4 100 100 ( tấn/ngày) Do lượng enzym bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua. 4.2.2.4 Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp m 4 = m3 × 38 Cường GVHD: KS. Bùi Viết (100 − 0,5) 99,5 = 0,955 × M + 0,985 × X ( tấn/ng = (0,96 × M + 0,99 × X ) × 100 100 ày) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK 4 = mCK 3 × (100 − 0,5) 0,836 × M × 99,5 = = 0,832 × M ( tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mTB 4 = mTB 3 × (100 − 0,5) 0,701 × M × 99,5 = = 0,698 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: m H 2O ( 4 ) = m H 2O ( 3 ) × (100 − 0,5) 99,5 = (0,125 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,124 × M + 0,985 × X (tấn/ngày) 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 nước ngưng tụ sau khi nấu: m H 2O ( N ) = m × 100 0,832 × M × 100 50 × 2 × ck 4 = = 0,956 × M (tấn/ngày) 100 87 87 Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = ( m 4 + m H 2 O ( N ) ) × (100 − 1) 99 = (0,955 × M + 0,985 × X + 0,956 × M ) × 100 100 = 1,892 × M + 0,975 × X (tấn/ngày) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mCK 5 = mCK 4 × (100 − 1) 0,832 × M × 99 = = 0,824 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mTB 5 = mTB 4 × (100 − 1) 0,698 × M × 99 = = 0,691 × M ( tấn/ngày) 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 39 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5 ) = ( m H 2O ( 4 ) + m H 2 O ( N ) ) × (100 − 1) 100 = (0,124 × M + 0,985 × X + 0,956 × M ) × 99 = 1,069 × M + 0,975 × X 100 (tấn/ngày) Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên có: C 00 = mct mdd = mCK 5 18 0,824 × M ⇔ = mCK 5 + m H 2O ( 5) 100 0,824 × M + 1,069 × M + 0,975 × X ⇒ X = 2,754 × M (tấn/ngày). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5) = 1,069 × M + 0,975 × X = 1,074 × M + 0,975 × 2,754 × M = 3,759 × M (tấn/ng ày) Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = 1,892 × M + 0,975 × 2,754 × M = 4,577 × M (tấn/ngày) 4.2.2.6 Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu sau khi nghiền để hòa nước. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chiếm 50% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín. Lượng hơi này được lấy từ lượng hơi chưa hoặc không ngưng trong quá trình nấu chín.: mH = m × 100 0,832 × 100 50 × 2 × ck 4 = × M = 0,956 × M (tấn/ngày) 100 87 87 Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: m 6 = m5 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,577 × M × = 4,554 × M (tấn/ngày) 100 100 Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 40 Cường mCK 6 = GVHD: KS. Bùi Viết mCK 5 × (100 − 0,5) 0,824 × M × 99,5 = = 0,820 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB 6 = mTB 5 × (100 − 0,5) 0,691 × M × 99,5 = = 0,688 × M (tấn/ngày) 100 100 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 = 3,759 × M × = 3,740 × M 100 100 (tấn/ngày) 4.2.2.7 Công đoạn làm nguội: Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m7 = m6 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,554 × M × = 4,531 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 0,5) 0,82 × M × 99,5 = = 0,816 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: mTB 7 = mTB 6 × (100 − 0,5) 0,688 × M × 99,5 = = 0,685 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,74 × M × = 3,721 × M 100 100 (tấn/ngày) 4.2.2.8 Công đoạn đường hóa Gọi Y là lượng nước trong quá trình đường hóa cần bổ sung. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: m8 = (m7 + Y ) × (100 − 2) 98 = (4,531 × M + Y ) × = 4,440 × M + 0,98 × Y (tấn/ngày) 100 100 6 10 5 n 2 6 12 (C H O ) + nH O → nC H O Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày 6 SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 41 Cường GVHD: KS. Bùi Viết 162n 180n Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mCK 8 = (mCK 7 + mTB 7 × 18n 97 98 0,685 × M × 18n 97 98 × )× = (0,816 × M + × )× = 0,872M 162n 100 100 162n 100 100 (tấn/ngày) Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% nên dựa vào phương trình trên có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: m Đuong = mTB 7 × 180 × 98 0,685 × M × 180 × 98 = = 0,746 × M (tấn/ngày) 162 × 100 162 × 100 Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: m Đuong (8) = m Đuong × (100 − 2) 100 = 0,746 × M × 98 = 0,731 × M (tấn/ngày) 100 Khối lượng nước có được trong dịch đường sau khi đường hóa là: m H 2O ( 8 ) = ( m H 2 O ( 7 ) − mTB 7 × 18n 97 98 0,685 × M × 18n 97 98 × +Y)× = (3,721 × M − × +Y)× 162n 100 100 162n 100 100 = 3,574 × M + 0,98 × Y (tấn/ngày) Trong quá trình đường hóa bổ sung một lượng enzym, lượng enzym này bằng 70% so với tổng lượng enzym bổ sung quá trình nấu và đường hóa. m E (8) = 70 70 × mE = × 7,08 × 10 − 4 × M = 4,956 × M × 10 − 4 (tấn/ngày) 100 100 Lượng axit H2SO4 300Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa sử dụng cho 100 lít cồn 100%V là 1,5÷2 kg. Theo lý thuyết 100 kg tinh bột sản xuất được 72 lít cồn 100%V. Nên 100kg tinh bột cần bổ sung 1,08kg H2SO4 300Be. Vậy lượng axit H2SO4 300Be bổ sung cho quá trình nấu chín là: m H 2 SO4 mTB 7 × 1,08 0,685 × M × 10 3 × 1,08 = = = 7,398 × M (kg/ngày) 100 100 Lượng enzym và lượng axit H 2SO4 có khối lượng rất thấp so với khối lượng chất khô của khối nguyên liệu nên có thể bỏ qua. 4.2.2.9 Công đoạn làm nguội Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 42 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Khối lượng dịch đường sau làm nguội là: m9 = m8 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,418 × M + 0,975 × Y (tấn/ngày) = (4,440 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm nguội là: mCK 9 = mCK 8 × (100 − 0,5) 0,872 × M × 99,5 = = 0,868 × M (tấn/ngày) 100 100 Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm nguội: m Đuong (9) = m Đuong (8) × (100 − 0,5) 100 = 0,731 × M × 99,5 = 0,727 × M (tấn/ngày) 100 Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: m H 2O ( 9 ) = m H 2O (8 ) × (100 − 0,5) 99,5 = (3,574 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 = 3,556 × M + 0,975 × Y (tấn/ngày) Nồng độ chất khô của dịch đường sau đem lên men là 16% nên có: C 00 = mct mdd = mCK 9 0,868 × M 16 ⇔ = mCK 9 + m H 2O (9) 0,868 × M + 3,556 × M + 0,975 × Y 100 Y = 1,027 × M (tấn/ngày) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: m H 2O ( 9 ) = 3,556 × M + 0,975 × Y = 3,556 × M + 0,975 × 1,027 × M = 4,557 × M (tấn/ngày) Khối lượng của dịch đường sau làm nguội: m9 = 4,418 × M + 0,975 × 1,027 × M = 5,419 × M (tấn/ngày) 4.2.2.10 Nhân giống cấp 1 Lượng chất khô không đường có tỉ lệ rất thấp so với lượng đường trong dịch lên men. Nên thể tích dịch đường lên men với ρđương 16% = 1,062 ( kg/lít) = 1,062 × 10 −3 (tấn/lít) [5, tr64]: VDịchđường= m9 ρ đuong = 5,419 × M = 5,103 × M × 10 3 (lít) −3 1,062 × 10 Dịch cháo sau khi đường hóa xong 10%V được đem đi nhân giống cấp 1 với hao hụt 0,5%. Vậy thể tích của dịch nhân giống cấp 1 là. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp VNG1 = V Dđ 100 43 Cường × 10 × GVHD: KS. Bùi Viết 99,5 5,103 × M × 10 3 99,5 = × 10 × = 0,508 × M × 10 3 (lit) 100 100 100 4.3.2.11. Nhân giống cấp 2 Sau khi nhân giống cấp 1 xong thì dịch được bơm qua nhân giống cấp 2. Vậy thể tích của dịch nhân giống cấp 2 với hao hụt là 0,5%. VNG2 = V NG1 × 99,5 99,5 = 0,508 × M × 10 3 × = 0,505 × M × 10 3 (lit) 100 100 4.2.2.12 Công đoạn lên men Dịch đường sau khi làm nguội thì 90%V sẽ được đem đi lên men còn 10%V còn lại đem đi nhân giống. Vậy lượng dịch đường đem đi lên men là. VDịchlênmen= VDđ 100 × 90 = 5,103 × M × 10 3 × 90 = 4,593 × M × 10 3 (lit) 100 Vậy thể tích dịch đường đem đi lên men là V= VDịchlênmen +VNG2= 4,593 × M × 10 3 + 0,505 × M × 10 3 = 5,1 × M × 10 3 (lit) Sau khi nhân giống cấp 1 và cấp 2 xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường có trong 10% dịch đường đưa đi nhân giống. Vậy nồng độ dịch đường còn lại là: C%= 16 × 90 = 14,4% . ρđương 14,4% = 1,056 ( kg/lít) =1,056 × 10 −3 (tấn/ngày) [5,tr64] 100 Khối lượng dịch đường đem đi lên men là. m10 = ρ đuong × V = 1,056 × 10 −3 × 5,1 × M × 10 3 = 5,386 × M (tấn/ngày) Khối lượng đường còn lại là m Đuong (10 ) = m Đuong ( 9) × 90 100 = 0,727 × M × 90 = 0,654 × M (tấn/ngày) 100 Dựa vào phương trình lên men: C 6 H 12 O6 → 2 C2 H 5OH + 2 CO2 180,2 92 ,1 Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày 88 SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 44 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Cứ 1 tấn đường glucose tạo thành 0,511 tấn cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ 0,654 × M tấn đường với hiệu suất lên men là 98% là: 0,654 × M × 0,511 mcồnkhan = 1 × 98 = 0,328 × M (tấn/ngày) 100 Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: mcồn khan= 0,328 × M × Thể tích cồn khan 100 − 2 = 0,321 × M (tấn/ngày) 100 thu được sau lên men với ρ conkhan = 0,78927( kg/lít)=0,78927 × 10 −3 (tấn/lít) [5, tr9] Vcồn khan = mconkhan 0,321 × M = = 0,407 × M × 10 3 (lit) ρ conkhan 0,78927 × 10 −3 Dựa vào phương trình lên men suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: mCO2 = mconkhan × 88 92,1 = 0,321 × M × 88 = 0,307 × M (tấn/ngày) 92,1 Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: m Dam = (m10 − mCO2 ) × 98 98 = (5,386 × M − 0,307 × M ) × = 4,977 × M (tấn/ngày) 100 100 Độ rượu trong giấm : mconkhan = m Dam chín 0,321 × M = 6,45% khối lượng=8,07% thể tích [3, tr270]. Thể tích giấm 4,977 × M thu %côn = được sau lên men : Vconkhan × 100 V × 100 0,407 × M × 10 3 × 100 → Vdam = conkhan = = 5,04 × M × 10 3 (lit ) V dam %côn 8,07 Trong quá trình lên men bổ sung một lượng Na 2SiF6 bằng 0,25% so với khối lượng dịch cháo sau đường hóa đem làm lạnh: m Na2 SiF6 = 0,25 × m9 100 = 0,25 × 4,968 × M = 0,012 × M (tấn/ngày) 100 Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 45 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Na2SiF6 có khối lượng thấp so với chất khô nguyên liệu nên có thể bỏ qua. 4.2.2.13 Công đoạn chưng cất Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,07%V = 6,45 % khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,780C [3, tr264] . Trước khi vào tháp, giấm được hâm nóng đến 70 0C ở thiết bị hâm giấm. Sau đó đưa vào tháp thô để nâng nhiệt độ đến t = 93,78oC. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100kg Q = 100 × C D × ρ D × (t S − t D ) giấm: Trong đó: 1000: Khối lượng giấm vào tháp (kg) CD = 1,019 – 0,0095 × B: Nhiệt dung riêng của giấm. (Kcal/kg.độ) B = 6,45%: Nồng độ chất khô trong giấm (%). Suy ra : C D = 1,019 − 0,0095 × 6,45% = 0,958 (kcal/kg.độ) Nên : Q = 100 × 0,958 × (93,78 − 70) = 2278,124 (Kcal) Theo bảng [2, tr 391], nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x = 6,45% khối lượng bằng 2,64 % mol. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là t s = 93,76oC. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 44,832 % khối lượng bằng 24,1% mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100 kg giấm là: G = 100 × x đ y = 100 × 6,45 = 14,387(kg ) 44,832 Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: GT = G × β = 14,387 × 1,05 = 15,106(kg ) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ). Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y= 6,45 = 42,7% khối lượng. 15,106 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. Suy ra : R – Lượng bã rượu, kg/h. GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. 100 + P = R + 15,106 do đó: P + 84,894= R. Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 46 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Bảng 4.4 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín Thành phần nhiệt Vào Ra Giấm chin Hơi nước Hơi nước - rượu Bã Nhiệt làm mát. Khối Nhiệt lượng lượng riêng (kg) (KJ/kg) 100 P 15,106 84,894+P 279 2680 2010 420 Tính toán nhiệt (KJ) 100×279=27900 2680×P 15,106×2010=30363,06 (84,894+P) ×420 840 Phương trình cân bằng nhiệt: 27900+2680 × P=30363,06+(84,894+P) × 420+ 840 ⇒ P =17,238(Kg) ⇒ R = 102,132(Kg). 100 kg giấm chín cần 18,277 kg hơi và bã thu được là 101,695(kg) tương đương 1 tấn giấm chín cần 0,183 tấn hơi và bã thu được là 1,017 tấn. Hơi đốt cần cung cấp cho 4,977 × M (tấn) giấm chín là : mhơi = 4,977 × M × 0,183 = 0,911 × M (tấn/ngày) 1 Lượng bã từ 4,535 × M tấn giấm chín: mbã = 4,977 × M × 1,017 = 5,51 × M (tấn/ngày) 1 Hơi trong tháp ứng với 4,977 × M tấn giấm chín là: G= 4,977 × M × 6,45 = 0,716 × M (tấn/ngày) 44,832 Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: GT = G × β = 0,716 × M × 1,05 = 0,752 × M (tấn/ngày) Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi tháp thô được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là 0,752 × M (tấn). Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 47 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: mrượu thô = 0,752 × M × 99 = 0,744 × M (tấn/ngày) 100 4.2.2.14 Tinh chế Nếu xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì có: VD × x = C × xC x – Nồng độ cồn trong giấm chín. x = 8,07%V Với: VD – Lượng giấm chín. VD = 5,04 × M × 103 (lit) xC – Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x = 96%V. Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: C = 5,04 × M × 10 3 × 8,07 = 0,424 × M × 10 3 (lit) 96 Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: V = 98 98 ×C = × 0,424 × M × 10 3 = 0,415 × M × 10 3 (lit) 100 100 Lượng cồn khan có trong giấm chín sau lên men là 0,407 × M × 103 (lit). Lượng cồn khan bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là: VTT (1) = 2 2 × Vconkhan = × 0,407 × M × 10 3 = 0,00814 × M × 10 3 (lit) 100 100 Tương đương với cồn 96% VTT = VTT (1) × 100 96 = 0,00814 × M × 10 3 × 100 = 0,0085 × M × 10 3 (lit) 96 Nên lượng cồn 96% thu được là: VC (12 ) = 0,407 × M × 10 3 − 0,0085 × M × 10 3 = 0,399 × M × 10 3 (lit) Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [7, tr200]: VCĐ = 3 × 0,399 × M × 10 3 = 0,012 × M × 10 3 (lit) 100 Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 48 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối V fuzel = có trong giấm chín [7, tr201]: 3 × 0,399 × M × 10 3 = 0,012 × M × 10 3 (lit) 100 4.2.2.15 Công đoạn gia nhiệt Lượng hơi cồn thu được sau khi gia nhiệt: VC (13) = VC (12) × (100 − 0,5) 99,5 = 0,399 × M × 10 3 × = 0,397 × M × 10 3 (lit) 100 100 4.2.2.16 Công đoạn hấp phụ - giải hấp a) Tính toán cho quá trình hấp phụ Toàn bộ etanol và nước vào tháp hấp thụ ở dạng hơi nên có: Gv = gv × ρv Với: Gv: Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp vào tháp (kg) gv: Lưu lượng thể tích của hỗn hợp vào tháp (m3) ρv: Khối lượng riêng của hỗn hợp ở điều kiện hấp thụ thp= 107,060C Bảng 4.5 Khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch với nước thay đổi theo nhiệt độ [5, tr9] Chất Rượu Etanol 100% Rượu Etanol 80% Khối lượng riêng (kg/m3) 1000C 1200C 716 693 783 768 Nội suy từ bảng 4.5 có: ρv = 721,268 (kg/m3) =721,268 × 10 −3 (tấn/ m3), ρr = 707,9604 (kg/m3) = 707,9604 × 10 −3 (tấn/m3) 3 −3 −3 Gv= g v × ρ v = 0,397 × M × 10 × 10 × 721,268 × 10 = 0,286 × M (tấn) Dòng vào: Cồn: 96%V; Nước: 4%, dòng ra: Cồn 99,97%V; Nước: 0,03% b) Cân bằng vật chất lượng nước vào và ra khỏi tháp hấp thụ G H 2O = (Gv × mv – Gr × mr)/100 (tấn nước) Với mv, mr: % khối lượng nước trong nguyên liệu và sản phẩm (%) Đổi % thể tích sang % khối lượng:mv = (100 − vv ) × ρn ρv Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 49 Cường GVHD: KS. Bùi Viết vv: Phần trăm thể tích của rượu trong nguyên liệu (%) ρn: Khối lượng riêng của nước ở 107,60C: ρn = 952,771 (kg/m3) = 952,771 × 10−3 (tấn/m3) [5, tr9] Được: mv= (100 − vv ) × ρ n (100 − 96) × 952,7712 × 10 −3 = 5,284 (% khối lượng) = ρv 721,268 × 10 −3 (100 − vr ) × ρn ρr Tương tự : mr = Vr: Phần trăm thể tích của nước trong sản phẩm. mr = (100 − vr ) × ρn (100 − 99,97) × 952, 7712 = 0,04 (% khối lượng) = ρr 707,9604 G H 2O = 0,286 × M × 5,284 0,04 − (0,286 × M − G E ) × 100 100 Suy ra G H O = 0,014 × M + 0,0004G E (1) 2 Ký hiệu: gE, g H O : Lượng etanol và nước bị hấp phụ trong tháp (m3/h). 2 gE 46 × a1 = g H 2O 18 × a2 Trong đó: a1: Lượng etanol bị hấp phụ trên một đơn vị xúc tác a2: Lượng nước bị hấp phụ trên một đơn vị xúc tác Một đơn vị xúc tác tương ứng với 0,02g Zeolit [9] Theo thí nghiệm của E.Lalik và cộng sự [9] a1 = 0,9 (µmol), a2 = 102,5 (µmol) Vậy: g E = 46 × a1 = 46 × 0,9 GE ρE × gE = = 0, 0224 . Suy ra g H 2O G H 2O ρ H 2O × g H 2 O 18 × a2 18 ×102,5 Trong đó: ρE, ρ H O : Lần lượt là khối lượng riêng etanol và nước ở 107,60C 2 ρE = 707,26 × 10 −3 (tấn/m3), ρ H O = 952,7712 × 10 −3 (tấn/m3) [5, tr9] 2 GE 707, 26 × 46 × 0,9 = 0, 0167 (2) Thay số: G = 952, 7712 × 18 × 102,5 H O 2 Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 50 Cường GVHD: KS. Bùi Viết Từ (1) và (2): G H O = 0,014 × M (tấn), GE = 2,338 × M × 10 −4 (tấn) 2 c) Phương trình cân bằng vật chất của tháp hấp phụ Gv = Gr + G H O + GE ⇒ Gr = Gv - G H O - GE 2 2 Thay số: Gr = 0,286 × M − 0,014 × M − 2,338 × M × 10 −4 = 0,272 × M (tấn) Etanol đầu vào: GEV = GV (1 − mV 5,284 ) = 0,286 × M × (1 − ) = 0,271 × M (tấn) 100 100 Phần trăm khối lượng etanol ở đầu ra của tháp: mE = (100 − v r ) × ρ E (100 − 99,97) × 707,26 = = 0,998 ρ r × 100 707,9604 × 100 Lượng nước trong nguyên liệu đầu vào là: G H 2O (V ) = Gv − G Ev = 0,286 × M − 0,271 × M = 0,015 × M (tấn) Lượng cồn nhạt sau giải hấp với hao hụt 1% là: GCN = Gv − G r = (0,286 × M − 0,272 × M ) × 99 = 0,0137 × M (tấn) 100 Lượng etanol đầu ra với hiệu suất tách nước là 99% là: 99 99 = 0,272 × M × 0,998 × = 0,269 × M (tấn) 100 100 G Er 0,269 × M × 1000 = 0,380 × M × 10 3 (lit) Đổi thể tích cồn 99,97%: Vcồn99,97% = ρ = 707,9604 × 10 −3 Er GEr = Gr × m E × Lượng nước trong nguyên liệu đầu ra là: G H 2O ( R ) = (Gr − G Er ) × 99 99 = (0,272 × M − 0,269 × M ) × = 0,003 × M (tấn) 100 100 4.2.2.17 Làm nguội Lượng cồn sau khi được ngưng tụ: 3 Vcồn 99,97% = 0,38 × M × 10 × 99,5 = 0,378 × M × 10 3 (lit) 100 Năng suất nhà máy là 86000 (lit/ngày) nên: Vcồn99,97% = 0,378 × M × 10 3 = 86000 (lit), Suy ra M = 227,513(tấn/ngày). 4.2.2.18 Tiêu hao và tổn thất khác Lượng nguyên liệu ban đầu đem đi làm sạch là: Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp A= 51 Cường × M= GVHD: KS. Bùi Viết × 227,513 = 234,549 (tấn/ngày) Từ kết quả tìm được, theo tính toán thu được kết quả: Bảng 4.6 Bảng tổng kết cân bằng vật chất STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 Công đoạn Nguyên liệu Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi Làm nguội Đường hóa Làm nguội Lên men Chưng cất Tinh chế Gia nhiệt Hấp phụ Ngưng tụ Thành phẩm Hao hụt (%) Tính cho 1 ngày Tính cho 1h 2 1 1 0,5 1 0,5 0,5 2 0,5 2 1 1 0,5 1 0,5 227,513 (tấn) 222,963 (tấn) 220,688 (tấn) 844,983 (tấn) 834,447 (tấn) 1041,327 (tấn) 1036,094 (tấn) 1030,861 (tấn) 1239,14 (tấn) 1232,893 (tấn) 1132,332 (tấn) 169,27 (tấn) 90777,687 (lit) 84179,81 (lit) 86454,94 (lit) 86000 (lit) 86000 (lit) 9,48 (tấn) 9,29 (tấn) 9,195 (tấn) 35,208 (tấn) 34,769 (tấn) 43,389 (tấn) 43,171 (tấn) 42,952 (tấn) 51,63 (tấn) 51,37 (tấn) 47,18 (tấn) 7,053 (tấn) 3782,404 (lit) 3507,492 (lit) 3602,289 (lit) 3583,333 (lit) 3583,333 (lit) Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khô năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đoàn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A [...]... ngày lễ, tết Bảng 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 3 Số ngày sản xuất 30 28 Số ca sản xuất 78 84 4 5 6 7 8 9 10 11 12 31 29 30 30 31 31 29 0 30 31 93 87 90 90 93 93 87 0 90 93 Tổng số ngày sản xuất :330 ngày Tổng số ca sản xuất : 990 ca 4.2 Tính cân bằng sản phẩm 4.2.1 Các thơng số ban đầu Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim... tổn thất đường do cháy và tạo melanoidin Nhờ đó hiệu suất cồn tăng lên 5 lít so với nấu bán liên tục và 12 lít/ tấn tinh bột so với nấu gián đoạn + Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần + Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ... CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất Bảng 4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Ngun liệu x x x x x x x x x 0 x x Nhà máy làm việc 11 tháng trong năm, tháng 10 ngừng hoạt động để vệ sinh, sửa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác nhằm làm cho q trình sản xuất được hiệu quả hơn Do đặc điểm của q trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm... luật I khơng còn đúng nữa Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 20 Cường GVHD: KS Bùi Viết - Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, chỉ có thể nhận được cồn có nồng độ 97, 2% V Thành phần hơi thốt ra từ dung dịch phụ thuộc vào áp suất bên ngồi Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu... thấp, có thể tiến hành ở áp suất thường, áp suất dư hoặc áp suất thấp (trong chân khơng) Hình 2.7 Zeolit Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ 3.1 Chọn dây chuyền cơng nghệ Ngun liệu sắn Làm sạch Nghiền ngun liệu Chế phẩm Nấu sơ bộ Hơi thứ enzym Termamyl Phun dịch hóa Hơi Nấu chín Hơi Tách hơi Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn... lớn hiệu suất thu hồi rượu 3.2.5.2 Tiến hành Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 29 Cường GVHD: KS Bùi Viết 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 thơng thường qua 3 thiết bị trao đổi nhiệt Dịch cháo từ thiết bị... Hình 3.13 Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn sản phẩm dạng ống xoắn ruột gà 3.2.10.2 Tiến hành Sau khi tách nước xong thì cồn tuyệt đối được nguội Thiết bị làm nguội có dạng zích zắc gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm lạnh đi bên ngồi Ở đây cồn tuyệt đối làm nguội từ 700C đến 300C và đưa đi bảo quản Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày... và nấm men + Khi dùng axit thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm ăn mòn thiết bị, nếu nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt độ của amylaza Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 16 Cường GVHD: KS Bùi Viết + Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn 2.3.1.2 Nấu bán liên... đường liên tục đi sang bộ phận lên men - Phương pháp có ưu điểm so với đường hóa gián đoạn: + Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa + Thời gian đường hóa ngắn, tăng được cơng suất của thiết bị và do đó tiết kiệm được diện tích của nhà xưởng Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp... 0,5 1 0,5 3 Độ ẩm của sắn lát khơ: 13% Hàm lượng chất khơ: 87% Thành phần tinh bột: 73% 4.2.2 Tính tốn cân bằng vật chất Khối lượng ngun liệu đem vào làm sạch trong một ngày: A (tấn/ngày) Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ năng suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 36 Cường GVHD: KS Bùi Viết Do trong q trình sản xuất, vận chuyển và xử ... lít sản phẩm/ngày” cho đồ án tốt nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp Cường GVHD: KS... đích giảm hiệu ứng nhà kính, tránh gây nhiễm mơi Thiết kế nhà máy sản xuất Bio – etanol từ sắn lát khơ suất 86.000 lít sản phẩm /ngày SVTH : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 15 Cường... : Đồn Kim Ngân Hà Lớp : 09H2A Đồ án tốt nghiệp 16 Cường GVHD: KS Bùi Viết + Năng suất thiết bị thấp phương pháp nấu khác làm việc gián đoạn 2.3.1.2 Nấu bán liên tục - Đặc điểm: + Nấu tiến hành