Dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 6080% nguồn nguyên liệu của thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn nguyên liệu này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng 4050 năm nữa. Bên cạnh đó giá xăng hiện nay đang diễn biến phức tạp do nhu cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn định tại những nước sản xuất dầu mỏ. 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, SO3,… làm mưa axit. Việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế đang trở thành một nhu cầu rất bức thiết. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật công nghệ với nhiều phát minh được ứng dụng trong thực tế thì việc sử dụng nhiên liệu sạch thân thiện với môi trường đang là một chủ đề mà các nhà khoa học đang chú ý đến rất nhiều. Trong nhiều loại nhiên liệu được nghiên cứu thì bio – etanol nổi lên như là một điểm sáng vì nó đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn như dễ sản xuất, giá thành thấp và thân thiện với môi trường. Bio – etanol có khả năng thay thế hoàn toàn xăng sản xuất từ dầu mỏ hoặc có thể pha trộn với xăng để tạo ra xăng sinh học. Do có trị số octan cao (RON = 109) nên khi pha ethanol vào xăng gốc giúp gia tăng trị số octan cho hỗn hợp nhiên liệu đồng thời nâng cao hiệu suất cháy, tỷ số nén cao hơn giúp tiết kiệm nhiên liệu, công suất và moment xoắn tốt hơn làm động cơ vận hành êm hơn và tăng tuổi thọ động cơ. Ngoài ra bio – etanol còn được ứng dụng trong nhiều ngành khác như: dược phẩm, hóa chất, mỹ phẩm … và nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Đặc biệt, Việt Nam là nước nông nghiệp trồng nhiều cây lương thực như: sắn, ngô, lúa, khoai,…đây cũng chính là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất cồn bio – etanol. Nắm bắt được tình hình, xu hướng phát triển và nhu cầu ngày càng lớn về nguồn nhiên liệu sinh học này, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất bioetanol từ sắn lát khô năng suất 96 .000 lít sản phẩmngày”.
Đồ án tốt nghiệp -1- GVHD: KS. Bùi Viết Cường LỜI MỞ ĐẦU Dầu mỏ và khí đốt hiện chiếm khoảng 60-80% nguồn nguyên liệu của thế giới. Với tốc độ tiêu thụ như hiện nay và trữ lượng dầu mỏ hiện có, nguồn nguyên liệu này sẽ nhanh chóng bị cạn kiệt trong vòng 40-50 năm nữa. Bên cạnh đó giá xăng hiện nay đang diễn biến phức tạp do nhu cầu dầu thô ngày càng lớn và những bất ổn định tại những nước sản xuất dầu mỏ. 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, SO3,… làm mưa axit. Việc tìm kiếm nguồn nhiên liệu thay thế đang trở thành một nhu cầu rất bức thiết. Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật công nghệ với nhiều phát minh được ứng dụng trong thực tế thì việc sử dụng nhiên liệu sạch thân thiện với môi trường đang là một chủ đề mà các nhà khoa học đang chú ý đến rất nhiều. Trong nhiều loại nhiên liệu được nghiên cứu thì bio – etanol nổi lên như là một điểm sáng vì nó đáp ứng được nhiều tiêu chuẩn như dễ sản xuất, giá thành thấp và thân thiện với môi trường. Bio – etanol có khả năng thay thế hoàn toàn xăng sản xuất từ dầu mỏ hoặc có thể pha trộn với xăng để tạo ra xăng sinh học. Do có trị số octan cao (RON = 109) nên khi pha ethanol vào xăng gốc giúp gia tăng trị số octan cho hỗn hợp nhiên liệu đồng thời nâng cao hiệu suất cháy, tỷ số nén cao hơn giúp tiết kiệm nhiên liệu, công suất và moment xoắn tốt hơn làm động cơ vận hành êm hơn và tăng tuổi thọ động cơ. Ngoài ra bio – etanol còn được ứng dụng trong nhiều ngành khác như: dược phẩm, hóa chất, mỹ phẩm … và nhiều ứng dụng trong đời sống hàng ngày. Đặc biệt, Việt Nam là nước nông nghiệp trồng nhiều cây lương thực như: sắn, ngô, lúa, khoai,…đây cũng chính là nguồn nguyên liệu chính để sản xuất cồn bio – etanol. Nắm bắt được tình hình, xu hướng phát triển và nhu cầu ngày càng lớn về nguồn nhiên liệu sinh học này, tôi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất bio-etanol từ sắn lát khô năng suất 96 .000 lít sản phẩm/ngày”. Chương 1 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -2- GVHD: KS. Bùi Viết Cường LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT 1.1. Đặc điểm tự nhiên 1.1.1. Vị trí địa lí Đắk Nông là một trong 5 tỉnh Tây Nguyên, thuộc biên giới Tây Nam của Tổ quốc, nằm ở phía Tây Nam của vùng Tây Nguyên, đoạn cuối dãy Trường Sơn. Nằm ở cửa ngõ Tây Nguyên, Đắk Nông có: Quốc lộ 14 nối thành phố Hồ Chí Minh và các tỉnh miền đông Nam bộ với các tỉnh Tây Nguyên, cách thành phố Hồ Chí Minh 230 km về phía Bắc và cách thành phố Ban Mê Thuột (Đắk Lăk) 120 km về phía Tây Nam; có Quốc lộ 28 nối Đắk Nông với Lâm Đồng, Bình Thuận và các tỉnh Duyên hải miền Trung, cách thành phố Đà Lạt (Lâm Đồng) 120 km và thành phố Phan Thiết (Bình Thuận) 160 km về phía Đông. Đắk Nông có 130 km đường biên giới tiếp giáp với tỉnh Mondulkiri, có 02 cửa khẩu Bu Prăng và Dak Peur nối thông với Mondulkiri, Kratie, Kandal, Pnom Penh, Siem Reap, v.v. của nước Campuchia. Khu công nghiệp Tâm Thắng cách trung tâm tỉnh lỵ 110km về phía Đông Nam, nằm trên tuyến Quốc lộ 14 nối liền các tỉnh miền Đông Nam Bộ với Tây Nguyên, cách thành phố Buôn Ma Thuột 20km và cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 300km. 1.1.2. Đặc điểm thiên nhiên Đắk Nông vừa chịu chi phối của khí hậu nhiệt đới gió mùa cận xích đạo vừa mang tính chất của khí hậu cao nguyên nhiệt đới ẩm. Nhiệt độ trung bình năm 22-230 C. Lượng mưa trung bình năm 2.513 mm. Độ ẩm không khí trung bình trong năm 84%. Hướng gió chủ đạo là hướng Tây – Nam . 1.1.3. Địa hình, địa chất Đắk Nông nằm trọn trên cao nguyên M’Nông, độ cao trung bình khoảng 600 m đến 700m so với mặt nước biển. Do đó không có lũ lụt xảy ra. Đắk Nông hầu như không có bão nên không gây ảnh hưởng đến kinh tế-xã hội. [11] 1.2. Nguồn cung cấp nguyên liệu Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -3- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Đắk Nông có diện tích đất nông nghiệp là 306.749 ha trồng chủ yếu là sắn, ngô, khoai,.. Với vùng nguyên liệu lớn như vậy có thể đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho nhà máy hoạt động ổn định. Ngoài ra sắn còn được thu mua ở các tỉnh lân cận như: Gia Lai, Đăk Lăk,… 1.3. Hợp tác hóa Nhà máy đặt trong khu công nghiệp nên thuận lợi trong việc sử dụng chung những công trình điện, hơi, công trình giao thông vận tải, vấn đề tiêu thụ sản phẩm nhanh, … có tác dụng giảm thời gian xây dựng, giảm vốn đầu tư và hạ giá thành sản phẩm. 1.4. Hệ thống cấp điện Nguồn điện cho nhà máy được lấy từ lưới điện quốc gia 110 KV thông qua sở điện lực tỉnh Đăk Nông và qua biến thế phụ tải riêng của nhà máy. Hiệu điện thế sử dụng trong nhà máy là 220/380V. Tuy vậy, để đảm bảo cho quá trình sản xuất, chế biến hoạt động liên tục và an toàn về điện, nhà máy cần có máy phát điện dự phòng khi có sự cố. 1.5. Nguồn cung cấp hơi 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 lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. 1.6. Nhiên liệu Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO, dầu FO, gas. 1.7. Nguồn cung cấp nước Nước dùng trong nhà máy thì chủ yếu là để sản xuất, sinh hoạt, tưới cây, phòng cháy chữa cháy, để vệ sinh thiết bị và nhà xưởng. Vì thế nguồn nước chủ yếu lấy từ giếng khoan và nguồn nước phụ lấy từ nhà máy nước của tỉnh. 1.8. Giao thông vận tải Khu công nghiệp Tâm Thắng nằm trên Quốc lộ 14 nối liền các tỉnh Đông Nam Bộ và Tây Nguyên, do đó việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm tương đối thuận lợi. 1.9. Nguồn nhân lực Tỉnh Đắk Nông là một tỉnh miền núi, dân số đông, trong độ tuổi lao động có 325.000 người chiếm 32%. Việc xây dựng nhà máy sản xuất Bio – etanol đáp ứng nhu Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -4- GVHD: KS. Bùi Viết Cường cầu việc làm cho người dân trong thành phố và các huyện khác ở trong tỉnh. Vì vậy, công nhân của nhà máy chủ yếu là người địa phương, cán bộ quản lý và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận từ các trường đại học và từ các tỉnh thành lân cận. 1.10. Thị trường tiêu thụ Nhà máy đưa sản phẩm tiêu thụ ở khắp nơi trên toàn quốc và đặc biệt là khu vực miền Trung, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ. Và phấn đấu chiếm lĩnh thị trường Đông Nam Á và có cơ hội vươn xa tầm thế giới. Chương 2 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -5- GVHD: KS. Bùi Viết Cường TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Sắn 2.1.1.1. Giới thiệu về sắn Sắn có tên khoa học: Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Ở châu Á, sắn được du nhập vào Ấn Độ khoảng thế kỉ XVI. Cây sắn được du nhập vào Việt Nam khoảng giữa thế kỉ XVIII. Ở Việt Nam, sắn được trồng ở khắp nơi từ Bắc tới Nam nhưng do quá trình sinh trưởng và phát triển của sắn kéo dài, sắn giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình… là những nơi có điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Hình 2.1. Củ sắn và thân sắn [12] Sắn gồm nhiều giống khác nhau. Thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá mà tiến hành phân loại. Trong công nghệ sản xuất tinh bột, phân 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. 2.1.1.2. Cấu tạo của sắn Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -6- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25÷200 cm, trung bình khoảng 40÷50 cm. Đường kính củ thay đổi từ 2÷25 cm, trung bình 5÷7 cm. Nhìn chung, kích thước và trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất. Hình 2.2. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn [13] Củ sắn gồm 3 phần chính: vỏ, thịt củ và lõi; ngoài ra còn có cuống và rễ củ. - Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi: + Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn. Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàng sẫm hay nâu tùy thuộc loại giống. Thành phần cấu tạo chủ yếu là xenlulloza và hemixenlulloza, hầu như không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho củ ít bị tác động từ bên ngoài. Vỏ gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5÷3% khối lượng toàn củ. + Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi mềm, ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụng lượng bột Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -7- GVHD: KS. Bùi Viết Cường này khi chế biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi. Trong mủ chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,… - Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. - Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở thịt củ tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng vẫn gây trở ngại khi chế biến như làm biến màu. [5, tr 22] 2.1.1.3. Thành phần hoá học của củ sắn Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20÷34%; protein 0,8÷1,2%; chất béo 0,3÷0,4%; xenlulose 1÷3,1%; chất tro 0,54%; polyphenol 0,1÷0,3% và nước 60÷74,2%. Sắn khô: nước 13,12%; protit 0,205%; gluxit 73%; chất béo 0,41%; xenlulose 1,11%; tro 1,69%. Ngoài ra các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin và độc tố. Trong các vitamin thì vitamin B 1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, còn B 6 chiếm 0,06 mg%. Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu. Chất độc có trong sắn ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ đó chính là HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucozit linamarin (C10H17O6N) và lotaustralin (C11H19O6N). Bình thường phazeolunatin không độc nhưng khi thủy phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN gây độc. Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và ở vỏ củ. [5,tr 23] C10H17O6N + H2O C6H12O6 + C3H6O + HCN 2.1.2. Nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rất rộng rãi, với nhiều mục đích khác nhau. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -8- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Trong quá trình công nghệ, nước dùng để xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi,... Ngoài ra, nước còn dùng cho sinh hoạt, chữa cháy trong khu vực sản xuất. Nguồn nước cung cấp để sản xuất cồn là nước sông và nước giếng. Trong công nghệ yêu cầu chất lượng nước giống như nước sinh hoạt, độ cứng không quá 7 mg/lít, phải trong suốt, không màu, không mùi. Hàm lượng các kim loại không vượt quá yêu cầu sau (mg/l): Fe ≤ 0,3 mg/l; F ≤ 3 mg/l; Zn ≤ 5; Mn ≤ 0,05 mg/l; Cl ≤ 0,5 mg/l; SO 42-: 60-80 mg/l; Mg ≤ 125 mg/l; As ≤ 0,05 mg/l; Cu ≤ 3 mg/l; Pb ≤ 0,1 mg/l; NO3- ≤ 35 mg/l. Không cho phép có NH3 và muối của axit nitric. Không có các kim loại nặng như Hg, Ba, Cr,... Không có amoniac (NH3), sunfuahydro (H2S), chất cặn không vượt quá: 1mg/lít. Nước mặt (sông) chứa lượng muối khoáng thấp: 40-500 mg/lít, tạp chất hữa cơ khoảng: 2-100 mg/lít. Nước ngầm hàm lượng muối khoáng nhiều hơn: 500-3000 mg/lít, hàm lượng các chất hữu cơ không vượt quá 4 mg/lít và vi sinh vật hầu như không có. Trong công nghiệp sản xuất cồn, độ cứng trong nước quá lớn ảnh hưởng đến quá trình nấu nguyên liệu, đường hoá và lên men. [4, tr 71] 2.1.3. Nấm men 2.1.3.1. Đặc tính chung của nấm men Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sản bằng cách nảy chồi. Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Trong thực tế sản xuất có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành, già và chết bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu. Nấm men sử dụng trong thùng lên men lúc tế bào đang thời kì trưởng thành. Trong một môi trường thường gồm tất cả các loại tế bào, nên phương pháp nhanh và tương đối chính xác là nhuộm màu bằng phương pháp xanh metylen. Tế bào trẻ không bắt màu trong sáng, tế bào già màu xanh nhạt đều từ nguyên sinh chất đến màng tế bào, tế bào chết bắt màu xanh đậm và màng tế bào rõ nét hơn. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -9- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hình 2.3. Nấm men [14] 2.1.3.2. Chọn chủng nấm men Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có những tính chất cơ bản sau: + Tốc độ phát triển nhanh. + Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh. + Chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên men. + Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường. Đặc biệt là đối với chất sát trùng. Để có được một chủng nấm men thỏa mãn yêu cầu trên, thường trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép,…lâu dài, phức tạp. Để sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột có thể dùng các chủng nấm men sau: - Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rase II): Sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ axit thấp, sức kháng cồn cao, không lên men được đường lactoza. Kích thước tế bào 5,6 ÷ 7µm. - Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII): Phân lập ở Đức năm 1902, tốc độ phát triển nhanh và ít sinh bọt, sau 24h một tế bào có thể phát triển thêm 56 tế bào mới. Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được nhiều loại đường, có thể lên men đạt 13% rượu trong môi trường. Nấm men Rasse XII thuộc loại lên men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng. Kích thước tế bào 5 8µm. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -10- GVHD: KS. Bùi Viết Cường - Nấm men 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 ÷ 40 0C), chịu độ axit tương đối cao (1 ÷ 1,50), nồng độ rượu có thể đạt được 12 ÷ 14%. Đặc biệt, qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường có 0,02 ÷ 0,025% chất sát trùng Na2SiF6. [2, tr 206 – 227] 2.1.4. Chất hỗ trợ kĩ thuật 2.1.4.1. Các hóa chất ─ Acid 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: than hoạt tính, hạt nhựa,… ─ Hóa chất sát trùng: 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. Chế phẩm enzyme 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 sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các enzyme này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt độ cao. Các enzyme 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. - 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 dextrin giống như α - amylaza của malt. Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong quá trình thủy phân ở pH = 5,0. Nhiệt độ thích hợp 90 0C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -11- GVHD: KS. Bùi Viết Cường - Fungamyl 800L : là α -amylaza cô đặc ở dạng lỏng. Nhiệt độ tối thích là 60-65 oC, 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 thủy phân tinh bột ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện có muối Ca2+ 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 xúc tác quá trình 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 600C. Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của ion Canxi (Ca2+).[2, tr 269 – 271] 2.2. Tổng quan về sản phẩm bio – etanol 2.2.1. Etanol 2.2.1.1. Tính chất vật lý Etanol là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước và có mùi thơm đặc trưng, vị cay sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi. Etanol hòa tan trong nước ở bất cứ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích. Etanol hòa tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl 2, MgCl2, SiCl4, KOH,… và nhiều chất khí: H 2, N2, O2, NO, SO2, H2S, CO,… nhưng không hòa tan được tinh bột và disaccarit. Các thông số vật lý của etanol nguyên chất: phân tử lượng: 46,03, nhiệt độ sôi 78,32 ở áp suất 760mmHg, nhiệt độ bắt lửa 12 oC, nhiệt dung 0,548 (ở 0oC), 0,615 (ở 20oC) và 0,769 (ở 60oC), năng suất tỏa nhiệt 6.642 ÷ 7.000kcal/kg, nhiệt độ đóng băng – 117oC. 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. [4, tr 12] 2.2.1.2. Tính chất hóa học - Tác dụng với oxi, tùy theo cường độ tác dụng với rượu mà cho sản phẩm khác Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -12- GVHD: KS. Bùi Viết Cường nhau. 2C2H5OH + O2 2CH3CHO + H2O (nhẹ) C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O (đủ) C2H5OH + O2 2CO2 + 3H2O + 326 Kcal(mạnh) − Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ, trong trường hợp này etanol được coi như là một axit yếu và có phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo muối alcolat. C2H5OH + M C2H5OM + 1/2H2 (alcolat kiềm) o − Tác dụng với NH3, ở nhiệt độ 250 C và có xúc tác, etanol tác dụng với NH 3 tạo thành amin. C2H5OH + NH3 C2H5NH2 + H2O. − Tác dụng với axit, etanol tác dụng với axit tạo thành este phức tạp. C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O C2H5OH + H2SO4 (C2H5)2SO4 + 2H2O Phản ứng este hoá chậm khi có mặt axít hữu cơ và vô cơ yếu, xảy ra nhanh khi có mặt axit vô cơ mạnh. [4, tr 13] 2.2.1.3. Phương pháp sản xuất etanol 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 Phương pháp lên men Etanol sử dụng trong đồ uống chứa cồn, cũng như phần lớn etanol sử dụng trong công nghiệp, nhiên liệu,… được sản xuất theo phương pháp lên men, đây là quá trình chuyển hóa đường thành etanol nhờ nấm men (thường dùng loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm khí, phản ứng hóa học tổng quát được viết như sau: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + Q Quá trình nuôi cấy men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết đường rồi lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ etanol. [4, tr 230] 2.2.2. Cồn nhiên liệu 2.2.2.1. Lịch sử phát triển Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -13- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Từ những năm 20 của thế kỉ XX cồn đã được nghiên cứu, sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu. Tuy nhiên với việc phát hiện ra các mỏ dầu có trữ lượng lớn cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp lọc hóa dầu đã sản xuất ra sản phẩm xăng dầu chất lượng cao, giá thành hạ làm cho cồn nhiên liệu đẩy lùi. Năm 1973, cuộc khủng hoảng năng lượng thì vấn đề dùng cồn nhiên liệu lại được đề cập nhưng phải đến đầu thế kỉ XXI hướng phát triển cồn nhiên liệu mới được ưu tiên phát triển tuy vậy nó vẫn chỉ đóng vai trò thứ yếu so với các nhiên liệu hóa thạch, nhưng trong tương lai nó có thể là nguồn năng lượng chính khi dầu mỏ cạn kiệt. Trên thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Tây Âu, Brasil, Trung Quốc, Nhật Bản đang là các nước sản xuất cồn nhiên liệu nhiều nhất. 2.2.2.2. Yêu cầu chất lượng 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. 2.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình sản xuất bio – etanol 2.3.1. Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu 2.3.1.1. Sự trương nở và hòa tan tinh bột Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối lượng. Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa. 2.3.1.2. Sự biến đổi xenluloza và hemixenluloza Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị thủy phân. Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C 5) một phần có thể bị thủy Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -14- GVHD: KS. Bùi Viết Cường phân. Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác dụng của enzyme xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động của ion H +) tạo ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza, arabinoza). 2.3.1.3. Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu. Khi nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành dextrin và đường maltoza. Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao đường sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,… gây sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu. Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi trong quá trình nấu. [5, tr 36] 2.3.2. Các phương pháp đường hóa Đường hóa dịch cháo nấu có thể tiến hành theo phương pháp liên tục, gián đoạn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là tác nhân đường hóa: − Dùng acid HCl hoặc H2SO4: Phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất thu hồi thấp. − Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): Một số nước Châu Âu vẫn còn dùng phương pháp này. − Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất cồn. 2.3.2.1. Đường hóa liên tục Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch enzyme 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 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -15- GVHD: KS. Bùi Viết Cường + 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. 2.3.2.2. Đường hóa gián đoạn Đường hóa gián đoạn được thực hiện trong một thiết bị, quá trình đường 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. [5, tr 62, 95-104] 2.3.3. Lý thuyết quá trình lên men và các phương pháp lên men 2.3.2.1. Lý thuyết quá trình lên men a. Cơ chế quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình yếm khí, chuyển hoá đường thành rượu, giải phóng CO2 và toả nhiệt. C6H12O6 zymaza 2C2H5OH + 2CO2 + Q Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào nhờ hoạt động của enzyme zymaza chuyển hóa đường thành rượu và CO2. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ nào nên khuyếch tán rất nhanh. CO2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan không lớn. Khi bão hoà, CO 2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO 2 và tế bào nấm men thường dính liền nhau. Bọt khí CO2 lớn đến mức độ nhất định thì bọt khí và tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề mặt của dung dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO2 thoát ra ngoài, tế bào nấm men lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên đã làm tế bào nấm men từ trạng thái không chuyển động sang trạng thái chuyển động làm tăng quá trình tiếp xúc giữa nấm men và cơ chất nên quá trình lên men tăng nhanh. [5, tr 120] b. Động học quá trình lên men rượu Tốc độ lên men rượu có thể xác định trực tiếp bằng lượng đường lên men hoặc gián tiếp xác định lượng rượu được tạo thành và lượng CO 2 thoát ra trong một đơn vị thời gian từ đó cũng có thể xác định nhanh tốc độ lên men bằng cách đo nồng độ biểu kiến của dịch lên men. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp Hình -16- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.4. Đường cong lên men Qua đường cong có thể xác định được các thời kì lên men như sau: + Thời kì 1 kéo dài khoảng 60 giờ sự sinh trưởng của nấm men rất chậm, bởi do sống trong môi trường mới nên đây có thể gọi là giai đoạn thích nghi. Trong giai đoạn này cơ chất sử dụng ít nên sinh tổng hợp ít cồn và CO2. + Thời kì 2 là giai đoạn lên men chính kéo dài trong khoảng thời gian từ 60 ÷ 120 giờ, nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử dụng nhiều sinh nhiều cồn và CO2, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh. Cuối giai đoạn này tế bào nấm men già nên lên men chậm lại. Thời kì này có sự biến đổi sâu sắc về thành phần trong môi trường, ảnh hưởng đến kết quả lên men. + Thời kì 3 là giai đoạn lên men phụ biểu hiện đường cong lên men là sự đi xuống tiệm cận trục hoành. Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch ít.[5, tr 145] 2.3.2.2. Các phương pháp lên men a. 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 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. b. Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 kỳ có ưu điểm là đơn giản, rút ngắn được chu kỳ lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men. Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng nấm men giống thường xuyên. - Nhược điểm: Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặc biệt là các thùng đầu dãy. c. Lên men liên tục. Dịch đường và nấm 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 nấm men giống 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. [4, tr 251 – 266] 2.3.3. Lý thuyết quá trình chưng cất, tinh chế và các phương pháp chưng cất 2.3.3.1. Lý thuyết quá trình chưng cất, tinh chế a. Nguyên lý chưng cất Chưng cất là quá trình tách các chất lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau. Hơi của chất lỏng có nhiệt độ khác nhau, có áp suất riêng phần khác nhau. Hơi của chất lỏng nào có áp suất riêng phần lớn hơn thì chất lỏng đó sôi ở áp suất thấp hơn và dễ bay hơi hơn. Ở áp suất thường nhiệt độ sôi của rượu etylic là 78,3 0C và của nước là 1000C nên rượu dễ bay hơi hơn nước. Vì vậy khi chưng cất hỗn hợp rượu - nước, ở thể hơi chứa nhiều rượu hơn ở thể lỏng. Giấm chín thường bao gồm nhiều hợp chất dễ bay hơi như rượu etylic, ester, aldehyt và alcol cao phân tử (dầu fusel - dầu khét). Ngoài các chất kể Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -18- GVHD: KS. Bùi Viết Cường trên, trong giấm chín còn chứa tinh bột sót, dextrin, protein, 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. OY: Thành phần rượu trong thể lỏng OX: Thành phần rượu trong thể hơi a b Y 0 X Hình 2.5. Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường . Điểm đẳng phí là giao của đường cân bằng với đường chéo Ob. Điểm đẳng phí có nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi. Điểm này ứng với nồng độ sau: 95,57% khối lượng; 97,2% thể tích; 89,41 mol (phân tử) tương ứng nhiệt độ sôi là 78,150C. Với phương pháp chưng cất thông thường khó có thể đạt được nồng độ rượu trên 95,57% theo khối lượng. Tuy nhiên quá trình chưng cất còn phụ thuộc vào lượng chất không bay hơi, các tạp chất trong giấm chín. Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường, phần đường cong ở trên đường chéo Ob nồng độ rượu trong thể hơi nhỏ hơn thể lỏng.[5,tr 70] b. Nguyên lý tinh chế Mục đích của tinh chế là tách các tạp chất như este, aldehyt, rượu cao phân tử, axit hữu cơ dựa vào nhiệt độ sôi của các tạp chất đó có trong cồn thô. Căn cứ vào nhiệt độ sôi của các tạp chất ta chia làm 3 loại: tạp chất đầu, tạp chất cuối, tạp chất trung gian. + Tạp chất đầu là tạp chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở nồng độ bất kỳ, nhiệt độ sôi nhỏ hơn nhiệt sôi của rượu etylic. Tạp chất đầu gồm có: aldehyt axetic (CH 3CHO), axetat metyl (CH3COOCH3). Tạp chất này lấy ra ở sản phẩm đầu nên gọi là cồn đầu. + Tạp chất trung gian có 2 tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là tạp chất cuối. Ở nồng độ cao của rượu etylic nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp nó là tạp chất Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -19- GVHD: KS. Bùi Viết Cường đầu. Vì vậy tạp chất trung gian khó tách khỏi rượu eytlic khi tinh chế, tạp chất trung gian bao gồm: etylizobutylrat, etylizovalianat... + Tạp chất cuối là tạp chất khó bay hơi và khi chưng cất nó tồn tại ở phía dưới tháp, nó có nhiệt độ sôi cao hơn rượu etylic. Nồng độ của nó trong pha hơi nhỏ hơn trong pha lỏng ở cùng một nhiệt độ. Tạp chất này dễ tách gồm: este cao phân tử, axit hữu cơ phân tử lượng lớn (propylic, izopropylic, izobutylic, amylic). Tuy nhiên đặc tính và hàm lượng của tạp chất trong rượu còn phụ thuộc vào nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất. [5, tr 173] 2.3.3.2. 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 (chưng gián đoạn, cất 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: 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 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -20- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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. Phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối dùng chất hấp phụ chọn lọc zeolite 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: 3,9A0 Kích thước động học của nước là: 2,75A0 Do đó vật liệu hấp phụ có kích thước mao quản nằm trong khoảng: 2,75A0 ÷ 3,9A0. Hình 2.6.Cấu trúc không gian của zeolit[19] Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -21- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -22- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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 Nấu sơ bộ Enzyme Termamyl Phun dịch hóa Hơi Nấu chín Hơi Hơi thứ Tách hơi Làm nguội Enzyme Spirit Đường hoá H2SO4, Na2SiF6 Làm nguội Lên men Nấm men phòng thí nghiệm Nấm men sản xuất Giấm chín *Cồn đầu Hơi Tháp thô Bã rượu Cồn thô * Cồn nhạt Dầu fusel Tháp tinh chế Hơi Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày Cồn đầu * SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Cồn 96 0 Gia nhiệt Hơi Hấp phụ Zeolit Giải hấp phụ Cồn tuyệt đối (99,97%v) Cồn nhạt* Ngưng tụ, làm nguội Bảo quản 3.2. Thuyết minh dây chuyền 3.2.1. Làm sạch 3.2.1.1. Mục đích Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất, thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 3.2.1.2. Tiến hành Nguyên liệu sắn lát được băng tải chuyển đến phễu nạp liệu, nguyên liệu sẽ được chuyển đến sàng rung và đi qua nam châm để tách kim loại, và qua lưới sàng để tách tạp chất. Nhà máy sử dụng sàng rung để làm sạch nguyên liệu. Cửa nạp liệu châm Lưới sàng 1 Lưới sàng 2 Tạp chất bé Nguyên liệu đạt yêu cầu Tạp chất lớn Hình 3.1. Sàng rung Ống dẫn bụi ra Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -24- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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, 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 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.[5, tr 31] 3.2.2. Nghiền nguyên liệu 3.2.2.1. Mục đích Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn. Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu, đường hóa, tiết kiệm hơi, nâng cao hiệu suất thu hồi cồn. 3.2.2.2. Tiến hành Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa. 1. 2. 3. 4. 5. Phểu nạp liệu Búa Lưới Đĩa treo búa Trục quay Hình 3.2. Máy nghiền búa 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 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -25- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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. [5, tr 33] 3.2.3. Nấu 3.2.3.1. Mục đích Mục đích của quá trình nấu là nhằm phá vỡ màng 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 càng triệt để càng tốt. [5, tr 36] 3.2.3.2. Tiến hành Hình 3.3. Sơ đồ nấu liên tục 1. Thùng hòa bột, 2. Bơm, 3. Nồi nấu sơ bộ, 4. Bơm, 5. Thiết bị phun dịch hóa, 6. Nồi nấu chín, 7. Điều chỉnh mức khối nấu, 8. Thiết bị tách hơi. Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại thùng hòa bột (1) rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ (3). Trong quá trình nấu có bổ sung enzyme Termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột. Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được nâng lên 80÷850C trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột. Tiếp đó khối nấu nhờ bơm li tâm (4) bơm sang thiết bị phun dịch hóa (5), tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷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. Hệ thống gồm 2 nồi nấu chín. 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 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -26- GVHD: KS. Bùi Viết Cường hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ. Sau đó dịch cháo được làm nguội trong hệ thống. Nhằm phá vỡ cấu trúc hạt tinh bột còn sót lại dịch được bơm lên thiết bị phun dịch hóa. Hơi vào từ phía trên, Hệ điều khiển tự động được điều chỉnh lượng vào bằng bộ điều khiển tự động. Dịch cháo qua khe hẹp dưới tác dụng của nhiệt độ cao, độ lớn của khe hẹp được điềuLiệu vào Hơi vào chỉnh bởi van Liệu ra Hình 3.4. Thiết bị phun dịch hóa chắn. Nhiệt độ hơi cao làm tăng áp suất và sự thay đổi vận tốc làm cho mạch tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo được mịn hơn. Qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷960C. Sau khi qua thiết bị phun dịch hoá thì khối cháo qua nồi nấu chín. Ở giữa nồi nấu có một vách ngăn chia nồi nấu thành 2 phần nhưng ở đáy lại thông nhau. Dịch đi vào phía trên theo cửa (b) của nồi rồi chảy xuống đáy sau đó tràn qua ngăn kia cho đến khi đầy thì chảy chuyền nồi khác qua cửa (d). Phía dưới đáy nồi có van xả đáy (e) để xả dịch nấu khi có trường hợp bị sự cố. Từ bộ phận điều chỉnh mức khối nấu liên tục được chuyển đến thiết bị tách sang hơi, tại đây hơi được tách và Hình 3.5. Nồi nấu chín quay về nồi nấu sơ bộ. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -27- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Thiết bị tách hơi được tính toán sao cho sau khi khối nấu vào thiết bị 15÷20 phút có thể tách được toàn bộ hơi thứ. Hơi thứ được thoát ra qua ống (1), các hạt nhỏ của hỗn hợp đi ra theo hơi thứ được giữ lại bởi các tấm chắn (2). Phao điều chỉnh (3) để kiểm tra khối nấu trong thiết bị tách hơi. Hình 3.6. Thiết bị tách hơi 1. Ống thoát hơi, 2. Tấm chắn, 3. Phao điều chỉnh 3.2.4. Làm nguội 3.2.4.1. Mục đích Hạ nhiệt độ của dịch cháo sau nấu chín từ nhiệt độ 100÷105 oC xuống nhiệt độ 58÷60oC tạo điều cho quá trình đường hóa xảy ra dễ dàng. Và hạ nhiệt độ của dịch đường sau đường hóa từ 60oC xuống 30oC để tạo thuận tiện cho quá trình lên men. 3.2.4.2. Tiến hành Ống trong Ống ngoài Khuỷu nối Ống nối Mối hàn Hình 3.7. Thiết bị làm nguội ống lồng ống Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống với dịch cháo đi bên trong ống và nước làm nguội đi bên ngoài ống. Dịch cháo trong ống và nước ở phần ống hình vành khăn sẽ tiến hành trao đổi nhiệt với nhau để thu được dịch cháo đi ra có nhiệt độ đạt yêu cầu là từ 58÷60oC và đưa dịch đường sau đường hóa xuống nhiệt độ 30oC. 3.2.5. Đường hóa 3.2.5.1. Mục đích Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa trong quá trình nấu thành đường lên men được, quyết định hiệu suất lên men. 3.2.5.2. Tiến hành Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -28- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 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÷60 oC được cấp vào cửa (a) từ trên xuống, khi dịch cháo ngập đến cánh khuấy thì cánh khuấy hoạt động, sau đó bổ sung enzyme glucoamylaza theo cửa (b), H 2SO4 cho vào theo cửa (c). Khống chế pH=3,8÷4,2 thì ngừng cấp H2SO4. Thời gian dịch đường hóa kéo dài khoảng 30 phút, sau đó dịch cháo được làm lạnh đến nhiệt độ lên men 30±20C. a. Dịch vào; b. Cấp enzim; c.Cấp acid; d. Cấp hơi; e. Dịch ra Tấm đáy bồn hình nón Chân đế 11 13 15 17 Giá chân đế Thân bồn Giá nắp bồn Mô tơ cánh khuấy Gối đỡ Nắp bồn Cánh khuấy Gối đỡ trục cánh khuấy 10 12 14 16 Tấm lót chân đế Cầu thang vệ sinh Cửa vệ sinh Hộp giảm tốc Giá đỡ Trục cánh khuấy Khớp nối trục với gối đỡ Hình 3.8. Thiết bị đường hóa 3.2.6. Lên men 3.2.6.1. Mục đích Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá đường và dextrin phân tử thấp trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ hoạt động của nấm men. Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men. [5, tr 107] Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -29- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 3.2.6.2. Tiến hành a. Chuẩn bị giống Ống giống gốc 1000mL ống nghiệm 10mL bình 10L thùng 100L bình nuôi 100mL bình cầu thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu. + Từ ống gốc 10L thường thực hiện trong phòng thí nghiệm Môi trường nuôi cấy ở 10mL, 100mL: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn này thường dùng malt đại mạch. + Từ 10L thực hiện trong phân xưởng sản xuất - Thao tác thực hiện: Nấm men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có 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 ÷320C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ. Sau thời gian đó thì chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp tục, chuyển sang nuôi cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn. [4, tr 152] b. Tiến hành lên men Thực hiện lên men liên tục: Đặc điểm của lên men liên tục là dịch đường và nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Sơ đồ bố trí lên men liên tục như sau: Hình 3.9. Sơ đồ gây và lên men liên tục Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -30- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Có 2 thùng nhân giống nấm men cấp I có dung tích bằng 25÷30% so với thùng nhân giống cấp II. Thùng cấp II có dung tích bằng 30÷60% 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 sử dụng men giống ở 2 thùng cấp I lệch nhau khoảng 3÷4 giờ. Khi giống đạt yêu cầu tháo xuống thùng cấp II. Thùng vừa được giải phóng cần phải được vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó thanh trùng dịch ở 75 0C rồi axit hóa tới độ chua 1,8÷2,4g H2SO4/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 nấm men 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. Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối cùng nhận được cồn tinh chế. 3.2.7.2. Tiến hành Sử dụng hệ thống chưng cất, tinh chế hai tháp gồm một tháp thô và một tháp tinh. Giấm chín được bơm 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 CO 2 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 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -31- GVHD: KS. Bùi Viết Cường thải ra ngoài gọi là bã rượu. Tại tháp tinh cũng được cấp nhiệt bằng hơi nước trực tiếp, Thùng cao vị chứa giấm chín Bình hâm giấm Bình tách CO2 và khí không ngưng Tháp cất khô Bình chống phụt giấm Bình ngưng tụ cồn thô Bình làm nguội ruột gà Tháp tinh chế Gia nhiệt Bình ngưng tụ hồi lưu Bình ngưng và làm nguội dầu fusel 10 Hình 3.10. Hệ thống chưng cất tinh chế 2 tháp liên tục hơi rượu bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ (9) và được hồi lưu trở lại tháp tinh. Một phần nhỏ chưa ngưng kịp còn chứa nhiều tạp chất đầu được đưa sang ngưng tụ tiếp ở thiết bị ngưng tụ làm nguội (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÷105 0C; nhiệt độ đỉnh tháp thô phụ thuộc vào nồng độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93÷97 0C; nhiệt độ đỉnh tháp tinh vào khoảng 78,3÷78,50C; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khống chế ở 82÷830C. 3.2.8. Gia nhiệt 3.2.8.1. Mục đích Nâng nhiệt của hơi cồn từ 82÷830C đến 102÷1100C 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 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -32- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nhiệt độ 82÷830C được đưa vào thiết bị gia nhiệt theo cửa nạp liệu (1). Hơi nhiệt độ 250÷2600C từ lò hơi đi vào theo của số (2) đi từ trên xuống. Hơi đi ngoài ống, cồn đi trong ống. Sau khi trao đổi nhiệt, nhiệt độ cồn tăng lên 102÷1100C, hơi cồn ra khỏi thiết bị theo cửa (6). Nước ngưng tháo ra ngoài theo cửa số (5). 3.2.9. Tách nước 3.2.9.1. Mục đích Hình 3.11. Thiết bị gia nhiệt 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 Cồn công nghiệp có nồng độ khoảng 96%. Sau khi được bốc hơi hoàn toàn được đưa vào tháp hấp phụ để được thực hiện quá trình hấp phụ. Vì zeolit có kích thước lỗ mao quản 3A 0 nên khi hỗn hợp etanol - nước đi qua thì các phân tử nước sẽ bị hấp phụ còn etanol không bị hấp phụ. Etanol không bị hấp phụ đó được ngưng tụ lại. Sau khi ngưng tụ lại thu được etanol 99,97%. Hình 3.12. Thiết bị hấp phụ zeolit Sau một khoảng thời gian làm việc thì cột hấp phụ sẽ bão hòa nước nên cần tiến hành giải hấp. Do đó hệ thống hấp thụ gồm hai tháp làm việc gián đoạn song song nhau, trong khi một tháp làm nhiệm vụ hấp thụ thì tháp kia làm nhiệm vụ giải hấp và cứ liên tục chuyển đổi như vậy. Sau giải hấp thu được một lượng cồn nhạt quay về tháp tinh chế. Sơ đồ hấp thụ - giải hấp Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -33- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hình 3.13. Sơ đồ giải hấp – hấp phụ - Mô tả quá trình làm việc: + Nguyên liệu (hỗn hợp etanol – nước có nồng độ thấp) được đưa qua cột hấp phụ chứa zeolit 3A ở pha hơi. Nước sẽ bị hấp phụ và giữ lại trên cột, ethanol không bị hấp phụ đi ra khỏi cột. 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. 3.2.10.Ngưng tụ, làm nguội và bảo quản 3.2.10.1. Mục đích Cồn sau khi tách nước được đưa đi ngưng tụ và làm nguội để bảo quản. 3.2.10.2. Tiến hành 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 ngưng tụ và làm nguội từ 102 ÷110 0C đến 300C và đưa đi bảo quản. Ống trong Ống ngoài Khuỷu nối Ống nối Mối hàn Hình 3.14. Thiết bị làm nguội Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -34- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Biểu đồ nhập liệu Tháng Nguyên liệu 1 x 2 3 x 4 x 5 x 6 x 7 x x 8 0 9 x 10 11 12 x x x Thường vào tháng 8 nguồn nguyên liệu nhập ít do chưa vào mùa thu hoạch nên không cung cấp đủ nguyên liệu cho nhà máy nên nhà máy có kế hoạch ngừng hoạt động vào tháng này để vệ sinh, sữa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác. 4.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết. Trong năm nghỉ các ngày chủ nhật và các ngày lễ lớn (1/1, 4 ngày tết âm lịch, 10/3 âm lịch, 30/4, 1/5, 2/9). Tháng 1 2 Số ngày sản xuất 3 Số ca sản xuất 90 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 28 31 29 30 30 3 0 29 31 30 31 84 93 87 90 90 91 0 87 93 90 93 0 3 Tổng số ngày sản xuất: 330 ngày, tổng số ca sản xuất: 990 ca. 4.3. Tính cân bằng sản phẩm 4.3.1. Các thông số ban đầu - Năng suất: 96.000 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: 97%. Hiệu suất lên men: 98%. Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -35- - Hiệu suất tách nước: 98%. Hiệu suất thu hồi: - Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn: GVHD: KS. Bùi Viết Cường Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn ST T 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 Gia nhiệt Hấp phụ, giải hấp Làm lạnh Hao hụt và tổn thất khác Hao hụt và tổn thất 2 (%) 0,5 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%. 4.3.2. Tính toán cân bằng vật chất 4.3.2.1. Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: M (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -36- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch: (kg). Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: (kg). Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: (kg). 4.3.2.2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: (kg). Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: (kg). Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: (kg). Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: (kg). 4.3.2.3. Công đoạn nấu sơ bộ Gọi 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: (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -37- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: (kg). Khối lượng nước trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: (kg). Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: (kg). Trong quá trình nấu sơ bộ cần bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa: (kg). Do lượng enzyme bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua. 4.3.2.4. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -38- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg). 4.3.2.5. 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: (kg). Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: (kg). Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên có: (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -39- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: (kg). 4.3.2.6. 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 chính là lượng hơi không hoặc chưa ngưng trong quá trình nấu chín: (kg). Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: (kg). Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: (kg). Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: (kg). 4.3.2.7. Công đoạn làm nguội Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: (kg). Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: (kg). Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -40- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg). 4.3.2.8. Công đoạn đường hóa Gọi là lượng nước trong quá trình đường hóa cần bổ sung. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: (kg). Ta có: (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 (1). 162 180 Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mck8 = (mCK7 + × ) × = (0,820 ×M + ×) × = 0,876 × M (kg). Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 97% nên dựa vào phương trình (1) có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: (kg). Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: (kg). Khối lượng nước có được trong dịch đường sau khi đường hóa là: Mnuoc(8) =( mnuoc(7) – × + Y) × = (3,728 × M – × + Y) × = 3,581× M + 0,98× Y Trong quá trình đường hóa bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme này bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. (kg). Lượng chất sát trùng Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hoá, lấy 0,25% so với khối lượng dịch trước khi đường hoá: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -41- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg) Lượng axit H2SO4 300Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa sử dụng cho 100 lít cồn 100%V là 1,5÷2 kg. 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: (kg) Lượng enzyme và lượng axit H2SO4 có khối lượng rất thấp so với khối lượng chất khô của khối nguyên liệu nên có thể bỏ qua. 4.3.2.9. Công đoạn làm nguội Khối lượng dịch đường sau làm nguội là: (kg). Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm nguội là: (kg). Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm nguội: (kg). Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: (kg). Nồng độ chất khô của dịch đường sau đem lên men là 16% nên có: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -42- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (kg). Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội: (kg). Khối lượng của dịch đường sau làm nguội: (kg). 4.3.2.10. 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 ρdđ 16% = 1,062 ( kg/lít) [4, tr 64]: VDđ= (lit). 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: VN1 = (lit). 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%. VN2 = (lit). 4.3.2.12. 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= Vậy thể tích dịch đường đem đi lên men là: (lit). V= VDịchlênmen +VN2= + = (lit). Xem trong quá trình nhân giống nấm men, lượng đường đã được nấm men sử dụng hết. Vậy nồng độ dịch đường còn lại là: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -43- GVHD: KS. Bùi Viết Cường C%= 16 . ρdđ 14,4% = 1,056 ( kg/lít) [4, tr 64]. Khối lượng dịch đường đem đi lên men là: (kg). Khối lượng đường còn lại là : (kg). Dựa vào phương trình lên men (2): → 180,2 2 + 2 92 ,1 (2) 88 Cứ 100kg đường glucose tạo thành 51,111 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ (kg) đường với hiệu suất lên men là 98% là: mcồnkhan Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: mcồn khan= Thể tích cồn khan thu được sau lên men với (kg). (kg). = 0,78927( kg/lít) [4, tr 9] Vcồn khan (lit). Dựa vào phương trình lên men suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: (kg). Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -44- Độ rượu trong giấm : GVHD: KS. Bùi Viết Cường khốilượng =8,04%V[5,tr 248]. Thể tích giấm chín thu được sau lên men : 4.3.2.13. Công đoạn chưng cất Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,04%V = 6,44 % khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,803 0C [5, tr 278]. 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 = 93,803oC. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg giấm: Trong đó: 100: Khối lượng giấm vào tháp. CD = 1,019 – 0,0095 B: Nhiệt dung riêng của giấm. (Kcal/kg.độ) . B = 6,44 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%). Suy ra : (kcal/kg.độ) Nên : (Kcal) Theo [5,tr 319] nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x = 6,44% khối lượng bằng 2,617 % mol. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là t s = 93,803oC. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 42,618 % khối lượng bằng 22,539% mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg giấm là: G = Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ). Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày (% khối lượng). SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -45- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + GT Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h. R – Lượng bã rượu, kg/h. GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Suy ra : 100 + P = R + 15,867 P + 84,133= R. Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h. R – Lượng bã rượu, kg/h. GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Bảng 4.2. 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 (kg) riêng (KJ/kg) 100 P 15,867 84,133+P 279 2680 2010 420 Tính toán nhiệt (KJ) 100×279=27900 2680P 15,867×2010=31892,67 (84,133+P) ×420 840 Phương trình cân bằng nhiệt: 27900+2680 P=31892,67+(84,133+P) 420+ 840 ⇒ P =17,774(Kg) ⇒ R = 101,907(Kg). Vì vậy 100 kg giấm chín cần 17,774kg hơi và bã thu được là 101,907(kg). Hơi đốt cần cung cấp cho 4,997 M (kg) giấm chín là : mhơi (kg). Lượng bã từ 4,997 M kg giấm chín: (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -46- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hơi trong tháp ứng với 4,997 M kg giấm: G= (kg). Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: (kg). Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi tháp thô được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là 0,793 M (kg). Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: mrượu thô (kg). 4.3.2.14. Tinh chế Nếu xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì có: Với: – Nồng độ cồn trong giấm chín. = 8,04%V. VD – Lượng giấm chín. VD = 4,993 M (lit). – Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. = 96%V. Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: (lit). Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: (lit). Lượng cồn khan có trong giấm chín sau lên men là 0,409 M (lit). Lượng cồn khan bị tổn thất trong quá trình tinh chế là: (lit). Tương đương với cồn 96% : (lit). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -47- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Nên lượng cồn 96% thu được là: (lit). Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [5, tr 200]: (lit). Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [5, tr 201] : 4.3.2.15. Công đoạn gia nhiệt Lượng hơi cồn thu được sau khi gia nhiệt: (lit). (lit). 4.3.2.16. Công đoạn hấp phụ - giải hấp Phương trình cân bằng vật chất của tháp hấp phụ Gv = G r + + GE ⇒ Gr = Gv - - GE Theo phụ lục 2, thay số được: Gr = (kg). Etanol đầu vào: GEV = Phần trăm khối lượng etanol ở đầu ra của tháp: (kg). Lượng nước trong nguyên liệu đầu vào là: (kg) . Lượng cồn nhạt sau giải hấp với hao hụt 1% là: GCN = r = Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày (kg). SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -48- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lượng etanol đầu ra với hiệu suất tách nước là 99% là: GEr = (kg). Đổi thể tích cồn 99,97%: Vcồn99,97% = = Lượng nước trong nguyên liệu đầu ra là: (lit). (kg). 4.3.2.17. Ngưng tụ và làm nguội Lượng cồn sau khi được ngưng tụ và làm nguội : Vcồn 99,97% (lit). Lượng cồn còn lại sau các tổn thất và hao hụt khác : Vcồn 99,97% (lit). Năng suất nhà máy là 96000 (lit/ngày) nên ta có : Vcồn99,97% Suy ra M = 262295,082 (kg/ngày). (lit) Thay M vào giá trị bán thành phẩm ở các công đoạn,được kết quả như bảng sau: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -49- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Bảng 4.3. Bảng tổng kết cân bằng vật chất S TT Công đoạn Hao hụt (%) Tính cho 1 ngày Tính cho 1h 2 257.049,180 (kg) 10.710,383 (kg) 0,5 255.737,705 (kg) 10.655,738 (kg) 1 970.069,508(kg) 40.419,563(kg) 0,5 965.137,049 (kg) 40.214,044 (kg) 1.204.983,607 (kg) 50.207,650 (kg) 1 Làm sạch 2 Nghiền 3 Nấu sơ bộ 4 Phun dịch hóa 5 Nấu chín 1 6 Tách hơi 0,5 1.198.950,819 (kg) 49.956,284 (kg) 7 Làm nguội 0,5 1.202.360,656 (kg) 50.098,361 (kg) 8 Đường hóa 2 1.436.637,377 (kg) 59.859,891 (kg) 9 Làm lạnh 0,5 1.429.508,197 (kg) 59.562,842 (kg) 10 Nhân giống cấp 1 0,5 134.032,787 (kg) 5.584,699 (kg) 11 Nhân giống cấp 2 0,5 133.245,902 (kg) 5.551,913 (kg) 12 Lên men 2 1.310.688,525 (kg) 54.612,022(kg) 13 Chưng cất 1 205.901,639 (kg) 8.579,235 (kg) 14 Tinh chế 1 104.918,03 (kg) 4.371,585 (kg) 15 Gia nhiệt 1 104.393,443 (lit) 4.349,727 (lit) 16 Hấp phụ 1 99.409,836 (lit) 4.142,077 (lit) 17 Ngưng tụ 0,5 98.885,246 18 Thành phẩm 3 96.000 (lit) (lit) 4.120,219 (lit) 4.000 (lit) Chương 5 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -50- GVHD: KS. Bùi Viết Cường TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Các thiết bị sản xuất chính 5.1.1. Sàng rung Lượng sắn cần làm sạch trong một giờ là: N1 = = 10.928,962 (kg/h) 10,93 tấn = N1 Chọn sàng rung model 2YK-1230 của Công ty TNHH Thiết bị Khai khoáng Hằng Nguyên Thượng Hải với các đặc tính :[17] - Năng suất: 15 tấn/h = N -Kíchthước(d×r×c): 3900×1900×1000 Hình 5.1. Sàng rung (mm). Số lượng:n = Chọn 1 máy. 5.1.2. Máy nghiền Dựa vào bảng 4.3 có lượng sắn đem nghiền trong một giờ: N =10.710,383 (kg/h) 10,71 (tấn/h). Chọn máy nghiền búa modell TTP - 10000 do công ty Tân Thiên Phú sản xuất [18] với các đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 11 tấn/h. - Kích thước (d×r×c): 2000×1050×2600 (mm). Số lượng thiết bị: n = Hình 5.2. Máy nghiền búa → Chọn 1 thiết bị. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -51- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 5.1.3. Bunke chứa sắn sau khi nghiền Dựa vào bảng 4.3 có lượng sắn sau khi nghiền một ngày: G S = 255.737,705 (kg/ngày) . Lượng sắn trong một ca là : = Khối lượng riêng của sắn: (kg) = 357 kg/m3. [9] Thể tích bunke với hệ số chứa đầy α = 0,85: (m3). VBunke Hình 5.3. Bunke Bunke được chế tạo bằng thép có dạng hình trụ, có đáy hình nón góc nghiêng ở đáy 450. Thể tích hình nón là : => Với: H1 = Thể tích hình trụ là: Chọn đường kính ống tháo liệu :d= 0,15(m). Chiều cao cửa tháo liệu: h=0,15(m). Chiều cao phần trụ: H2 = 1,5D. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -52- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vậy VBunke= Vnón + VT =1,404D3 – 0,00076 Suy ra: D = 5,1 (m), H = 7,65 (m). Chọn chiều cao ống tháo liệu: h0 = 0,2 m. Chiều cao chóp: h = . Chiều cao của bunke: HBunke= H + h + h0 = 7,65+ 2,48+ 0,2 = 10,33 (m). Vậy chọn 1 bunke chứa sắn sau khi nghiền có kích thước như sau: D = 5,1(m), d = 0,15(m), H = 7,65 (m), h = 2,48(m), h0 = 0,2(m), HBunke = 10,33(m). 5.1.4. Cân định lượng Lượng sắn cần cân đem nấu trong một giờ : 10.655,738 (kg) 10,66 tấn Chọn cân tự động model HS [20] với các đặc tính kỹ thuật : - Trọng lượng cân tối đa: 20 (tấn/h). - Kích thước (d×r×c): 1660×1270×2540 (mm) Số lượng thiết bị: n = Hình 5.4. Cân định → Chọn 1 thiết bị 5.1.5. Thùng hòa trộn H h h2 H1 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày Hình 5.6. Thùng hòa trộn Hình 5.5. Thiết bị hòa trộn với nước [3, tr 183] SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -53- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lượng bột sắn đưa vào hòa trộn trong một giờ: GS = 10.655,738 (kg/h). Thể tích sắn chiếm chỗ: = 29,848 (m3/h). VS Khối lượng nước hòa trộn trong 1 giờ: mnuoc= X – mnuoc ngung = 19.672,131 (kg). Khối lượng riêng của nước ở 250C, p = 3at,ρ = 996,5 (kg/m3) [7, tr 9]. Thể tích nước chiếm chỗ: Vnước = = 19,741 (m3). = Thể tích nguyên liệu mỗi thùng: V=VS+Vnước=29,848 + 19,741= 49,589 (m3). Tiến hành phối trộn trong giờ. Vậy thể tích cần chứa của thùng hòa trộn với hệ số chứa đầy ϕ = 0,85 là: VT = (m3). Thùng hòa trộn có dạng hình trụ, đáy nón, góc nghiêng ở đáy 450. Tính kích thước nồi hòa trộn: VN = Vtrụ + Vnón = Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày (***) SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -54- Trong đó: Chiều cao phần nón: h = GVHD: KS. Bùi Viết Cường ; α = 450 nên Chọn: H = 1,5D: Chiều cao phần trụ, với D: Đường kính thùng. d = 0,1m: Đường kính ống dịch ra ở đáy. Thay vào (***): tính được D theo công thức sau: =2,82(m). Chiều cao phần trụ: H = 1,5×D = 1,5 × 2,82 = 4,23 (m). Chiều cao phần nón: h = 1,19 (m). Chọn:h2 = 0,15m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Vậy tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = H + h + h2 = 4,23 + 1,19 + 0,15 = 6,17 (m). Vậy chọn thùng hòa trộn có các thông số sau: D (m) d(m) α (o) H(m) h(m) 2,82 0,1 45 6,17 1,19 h1(m) SL(cái ) 0,6 1 5.1.6. Nồi nấu sơ bộ Lượng bột sắn nấu sơ bộ trong một giờ: G S = 10.655,738 (kg/h). Thể tích sắn chiếm chỗ: = 29,848(m3/h). VS Khối lượng nước nấu sơ bộ trong 1 giờ: Mnuoc = = 30.174,863 (kg/h). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày HìnhLê 5.7. Nồi nấu sơ bộ SVTH: Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -55- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Khối lượng riêng của nước ở 850, p= 3at , ρ = 968,5 (kg/m3 [7, tr 9]. Thể tích nước chiếm chỗ: Vnước = = 31,16(m3). = Thể tích nguyên liệu mỗi nồi: V=VS+Vnước= 29,848 + 31,16= 61,008 (m3). Vậy thể tích cần chứa của nồi nấu sơ bộ với hệ số chứa đầy ϕ = 0,85 là: (m3). VN = Nồi nấu có dạng hình trụ, đáy nón, góc nghiêng ở đáy 450. Chọn h = 2 D, d = . Chiều cao đáy nồi: h0 = Thể tích đáy: Thể tích thân nồi: , Với VN = 35,887 (m3) Suy ra: (m). (m), d = (m). (m). Chiều cao thiết bị: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày (m). SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -56- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vậy chọn một nồi nấu sơ bộ với D = 2,76 (m), d = 0,35(m), H = 6,73 (m). 5.1.7. Thiết bị phun dịch hóa Dựa vào bảng 4.3 nguyên liệu bơm phun dịch hóa một giờ: 40.419,563 (kg). Chọn thiết bị phun dịch hóa model PSX – 200 do Trung Quốc sản xuất [16] với các đặc tính kỹ thuật: - Chiều cao: 820 (mm), đường kính: 80 (mm). - Áp suất: >5 (kg/cm2). Số lượng: 1 thiết bị. Hình 5.8. Thiết bị phun dịch hóa 5.1.8. Nồi nấu chín Lượng sắn nấu chín trong một ngày: Lượng sắn nấu chín trong một giờ là: Thể tích sắn chiếm chỗ: VS = = = 29,417 (m3). Hình 5.9. Thiết bị nồi nấu chín Khối lượng nước có trong dịch nấu chín trong một giờ là: = 13%= 13%= 1.365,241(kg). Khối lượng nước nấu chín trong 1 giờ: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -57- GVHD: KS. Bùi Viết Cường =41.580,164 – 1.365,241=40.214,923 (kg/h). Khối lượng riêng của nước ở 1050, p=3at, ρ = 954,25 (kg/m3) [7, tr 9] . Thể tích nước chiếm chỗ: Vnước = = 42,14 (m3). = Thể tích nguyên liệu mỗi nồi: V=VS+Vnước=29,417 + 42,14= 71,557 (m3). (m3). Vậy thể tích của nồi nấu chín là: VN = Quá trình nấu chín thực hiện trong 30 phút mà tất cả có 2 nồi nấu nên thể tích của mỗi (m3). nồi với hệ số chứa đầy 0,8 : VN = Kích thước của một nồi nấu. VN = Vtrụ + 2Vnắp , V= Với: Vtrụ = +2 . ; Vnắp = Chọn: h1 = 5D: Chiều cao phần thân trụ. h2 =D\6: Chiều cao nắp và đáy hình elip. ⇒ VN = 4,061×D3 = 63,14 (m3). D = 2,49 (m), h1 = 12,45 (m), h2 = 0,415 (m). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -58- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao thiết bị : H = h1 + 2 h2 = 12,45 + 2×0,415 = 13,28 (m). Vậy có 2 nồi nấu chín có đường kính D = 2,49 (m), chiều cao trụ h1 = 12,45 (m), chiều cao đáy và nắp h2 = 0,415 (m), chiều cao thiết bị H = 13,28 (m). 5.1.9. Thiết bị tách hơi Lượng dịch cháo đem vào tách hơi trong một giờ: 50.207,650 (kg /h). Dịch chiếm 30% thể tích thiết bị. Thời gian dịch lưu trong thiết bị 20 phút. = 1645 (kg/m3). Khối lượng riêng của dịch cháo là Thể tích dịch cháo chiếm chỗ: VS = = = 30,521 (m3/h). Thể tích thực của thiết bị là: V N (m3). = Thiết bị chế tạo bằng thép có dạng hình trụ, Chọn h2 = 1,5 D, d = đáy nón, góc nghiêng ở đáy 450. (m). Chiều cao đáy nồi: h1 = Thể tích đáy nồi: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày Hình 5.10. Thiết bị tách hơi SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -59- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Thể tích thân nồi: Thể tích nồi: Với V , = m3 33,912 . Suy ra: ,d= (m). (m). Chiều cao phần nắp h3 = 0,5 (m). Chiều cao thiết bị: (m). Vậy chọn một thiết bị tách hơi có đường kính thân nồi D = 3,03 (m), chiều cao thân nồi 4,55 (m), 1,33 (m), chiều cao thiết bị H = 6,38 (m). 5.1.10. Phao điều chỉnh mức Chọn phao điều chỉnh mức có các thông số kỹ thuật [4, tr 101]: - Đường kính: 1200 mm - Chiều cao: 2060 mm. 1: Thân Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -60- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2: Pha 3: Cánh tay đòn 5: Van Hình 5.11. Phao điều chỉnh mức 6: Ống thoát hỗn hợp 5.1.11. Thiết bị làm nguội sau nấu chín Thiết bị ống lồng ống gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm nguội đi bên ngoài. Ở đây, dịch cháo được làm nguội từ 950C xuống còn 600C và đưa đi đường hóa. Ống trong Ống ngoài Khuỷu nối Ống nối Mối hàn Hình 5.12. Thiết bị làm nguội ống lồng ống Dựa vào bảng 4.3 có: Lượng dịch vào ống trong 1/2 giờ: 49.956,284/2=24.978,142 (kg). Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= m c (t1–t2)= 24.978,142 0,977 (95 – 60) =854.127,566 (Kcalo/h). Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q’ = 20% Q = 20% 854.127,566 = 170.825,513 (Kcalo/h). Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ =683.302,053 (Kcalo/h). Khối lượng nước làm nguội: Q” = m CN (t1 – t2). Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. Suy ra: m= = = 19.522,916 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -61- ρnước = 1000 kg/m3, nên Vnước = = 19,523 (m3). Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F= Trong đó: GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 122,018(m2). = K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ. Chiều dài đường ống: L = = = 194,297 (m). Trong đó: dt = 0,1m là đường kính ống trong. Chiều dài đường ống tương đối dài nên chia làm 2 thiết bị. Chiều dài đường ống của mỗi thiết bị: =97,139 (m). Đường kính vòng xoắn dx = 6 m, số vòng xoắn n = =16,56 vòng. Chọn khoảng cách giữa các ống là 100 mm. Chọn đường kính ngoài d = 200 mm. Chiều cao thiết bị: H = 17 0,2 + (17-1) 0,1 = 5(m). Vậy chọn 3 thiết bị làm nguội ống lồng ống có chiều dài thiết bị là dx = 6 m, chiều cao thiết bị H = 5 m, chiều rộng thiết bị là 0,2m. 5.1.12. Thùng đường hóa Theo bảng 4.3 lượng dịch cháo đường hóa trong một giờ: 50.098,361kg. Thể tích dịch cháo sau làm lạnh với = 1645 (kg/m3). (m3). Khối lượng riêng của nước ở 600C, ρ = 983 (kg/m3) [7, tr 9]. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -62- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Thể tích nước thêm vào khi đường hóa chiếm chỗ: (m3). Thể tích chứa của nồi : Nồi đường hóa có cấu tạo giống nồi nấu sơ bộ có dạng Hình 5.13. Nồi đường hóa hình trụ, đáy nón, góc nghiêng ở đáy 450. Chọn h = 2 D, d = (m), chiều cao đáy nồi: h0 = Thể tích đáy: Thể tích thân nồi: , Với V =22,083 m3 Suy ra: (m). ,d= Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày = 0,293 (m). SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -63- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao thiết bị: . Chọn một thùng đường hóa có đường kính trụ D = 2,35(m), chiều cao trụ h = 4,7(m), chiều cao đáy h0 = 1,03 (m), chiều cao thiết bị H = 5,73(m). 5.1.13. Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau khi đường hóa Thiết bị có dạng zích zắc gồm 2 ống lồng nhau, dịch đi trong ống, nước làm nguội đi bên ngoài. Ở đây dịch đường làm nguội từ 600C đến 320C. Ống trong Ống ngoài Khuỷu nối Ống nối Mối hàn Hình 5.14. Thiết bị làm nguội ống lồng ống Dựa vào bảng 4.3 có: Lượng dịch vào ống trong 1/2 giờ: 59.859,891/2=29.929,945 (kg). Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= m c (t1–t2)= 29.929,945 0,977 (60 – 30) = 877.246,698 (Kcalo/h). Trong đó: + c = 0,977 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu. + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q’ = 20% Q = 20% 877.246,698 = 175.449,339(Kcalo/h). Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ =701.797,359 (Kcalo/h). Khối lượng nước làm nguội: Q” = m CN (t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước. Suy ra: m= = = 23.393,245 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -64- ρnước = 1000 kg/m3, nên Vnước = = 23,393(m3). Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F= Chiều dài đường ống: L = GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 116,966(m2). = = = 372,504 (m). Trong đó: dt = 0,1m là đường kính ống trong. Chiều dài đường ống tương đối dài nên chia làm 3 thiết bị. Chiều dài đường ống của mỗi thiết bị: =124,168 (m). Đường kính vòng xoắn dx = 6 m, số vòng xoắn n = =18,74 vòng. Chọn khoảng cách giữa các ống là 100 mm. Chọn đường kính ngoài d = 200 mm. Chiều cao thiết bị: H = 19 0,2 + (19-1) 0,1 = 5,7(m). Vậy chọn 3 thiết bị làm nguội ống lồng ống có đường kính ngoài d ng = 200(mm), chiều cao thiết bị H = 5,7 (m). 5.1.14. Công đoạn lên men 5.1.14.1. Số lượng thùng lên men Hệ thống thùng lên men trong lên men liên tục thường 8-10 thùng được nối với nhau bằng các ống chảy chuyền. Chọn 8 thùng lên men, 7 thùng làm việc, 1 thùng dự trữ. Thời gian làm việc liên tục là 62 giờ. 5.1.14.2. Thể tích thùng lên men Thể tích thùng lên men chính: Vtb = m3 Trong đó: V: Tổng số dịch lên men trong 1 chu kì. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Hình 5.15. Thiết bị lên men Đồ án tốt nghiệp -65- GVHD: KS. Bùi Viết Cường n: Số thùng lên men trong 1 chu kỳ. Chọn n=7 φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85. Lượng dịch đường đem đi lên men trong 1 ngày: Vdịch đường=1.344.786,885 (lít) = 1.344,787 ( m3) Thể tích chứa của thùng lên men: Vtb = =583,871(m3). = 5.1.14.3. Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men [5, tr 272] H = (1,2 ÷ 1,5) Trong đó: D, h1 = (0,15 ÷ 0,3) D, h2 = (0,1 ÷ 0,1125) D. + D là đường kính thùng lên men chính. + H là chiều cao phần hình trụ của thùng, chọn H = 1,4×D. + h1 là chiều cao đáy thùng, chọn h1 = 0,2×D. + h2 là chiều cao nắp thùng, chọn h2 = 0,1×D. Chọn thiết bị có đáy và nắp thùng hình côn. Thể tích: Vlênmen= Vlênmen = 1,256 × D3 h1 = 0,2 D= (m), h2 = 0,1 = 7,53 (m). = 0,753(m), H = 1,5 (m). Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 + h2 = 13,644 (m). Vậy chọn 8 thùng lên men có đường kính D = 7,53 (m), chiều cao đáy thùng h1= 1,596 (m) ,chiều cao phần nắp h2 = 0,705(m), chiều cao thiết bị H = 13,644(m). 5.1.15. Thùng nhân giống cấp 2 Thùng nhân giống cấp 2 có thể tích bằng 30% so với thể tích thùng lên men. (m3) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -66- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Tỉ lệ kích thước, hình dáng và cấu tạo thùng nhân giống cấp 2 tương tự như thùng lên men nên ta có: VC2 = 1,256 × D3 h1=0,2 D= (m), h2 = 0,1 = 4,60(m). Hình 5.16. Thùng nhân giống cấp 2 = 0,512 (m), H = 1,5 (m). Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1+ h2 = 9,327(m). Có 1 thùng nhân giống cấp 2 có đường kính D = 4,60(m), chiều cao đáy thùng h1= 1,037(m) , chiều cao phần nắp h2 = 0,512(m), chiều cao thiết bị H = 9,327(m). 5.1.16. Thùng nhân giống cấp 1 Thùng nhân giống cấp 1 có thể tích bằng 30% so với thể tích của thùng nhân giống (m3). cấp 2 nên có: Tỉ lệ các kích thước, hình dáng và cấu tạo của thùng nhân giống cấp 1 tương tự như thùng lên men nên ta có: VC1 = 1,256 × D3 D= h1 = 0,2 H = 1,5 =3,472(m). (m), h2 = 0,1 = 0,347(m), (m). Hình 5.17. Thùng nhân giống cấp 1 Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 + h2 = 6,249(m). Có 2 thùng nhân giống cấp 1 có đường kính D = 3,472(m), chiều cao đáy thùng h1 = 0,694(m), chiều cao phần nắp h2 = 0,347(m), chiều cao thiết bị H = 6,249(m). 5.1.17. Thiết bị tách CO2 và thu hồi rượu Lượng CO2 sinh ra trong một ngày là: 80.768,885 kg. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -67- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Khối lượng riêng của khí CO2 ở nhiệt độ 260C: ρ1 = 1,81 (kg/m3). Thể tích CO2 sinh ra một giờ: (m3/h). Hình 5.18. Thiết bị thu hồi CO2 Đường kính của thiết bị: (m). W: Vận tốc khí CO2 qua tiết diện tự do của thiết bị, W = 0,9 (m/s). (m) Số ống trong phần ngưng tụ: d: Đường kính trong ống, chọn d =24 (mm) W1: Tốc độ chuyển động của CO2 trong ống, W1= 9 (m/s) (ống) Chọn thiết bị theo năng suất sản phẩm, kích thước thiết bị: + Đường kính của thiết bị: 0,855 m. + Số ống hấp thụ: 127 + Chiều cao thiết bị: 5,3 m. Chọn 3 thiết bị. 5.1.18. Thùng chứa giấm chín Lượng giấm chín trong một ngày là:1.310.688,525kg/ngày=1.310,689(m3/ngày). Chọn 2 thùng chứa giấm chín.Thùng chứa giấm làm bằng thép không gỉ có dạng hình trụ đáy hình côn. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -68- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (m3/ngày). Vậy lượng giấm chín trong mỗi thùng là: (m3). Thể tích chứa của thùng là: Chọn h2=1,5 D, d (m). Hình 5.19. Thùng chứa giấm chín Chiều cao đáy thùng : h1 = Thể tích đáy: Thể tích thân thùng: Thể tích thùng: , (m3). (m). Chọn h2 = 1,5 D = 1,5 8,576= 12,864(m). (m), h1 (m). Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 = 3,752+ 12,864 = 16,616(m). Chọn 2 thùng chứa giấm chín có đường kính trụ D = 8,576(m), chiều cao đoạn trụ h2 = 12,864(m), chiều cao đáy h1= 3,752(m), chiều cao thiết bị h = 16,616(m). 5.1.19. Tính tháp thô 5.1.19.1. Xác định số đĩa lý thuyết Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Hình 5.20.Tháp thô Đồ án tốt nghiệp -69- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Theo phụ lục 3 có: Tổng số đĩa lý thuyết của tháp giấm: n = n1 + n2 = 4,95+ 6,68= 11,63 đĩa. Số đĩa thực tế của tháp giấm: 11,63/0,5 = 23,26. Chọn Ntt = 24 (đĩa). 5.1.19.2. Tính đường kính tháp Đường kính tháp giấm: Trong đó: [8, Tr 181] gtb: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h). (PϕWg)tb: Vận tốc hơi trung bình trong tháp (kg/m2.s). Theo phụ lục 3 được: Đường kính tháp: D= (m). 5.1.19.3. Tính chiều cao tháp H = (n – 1) h + h1 + h2 [8, tr 160]. Trong đó : + n: số đĩa thực tế của tháp, n = 24. + h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,7 (m). + h1, h2: chiều cao phần đỉnh tháp, h1 = 0,6(m). H = (24– 1) 0,4 + 0,6+0,6 = 10,4 (m). Chọn một tháp thô có số đĩa: 24 đĩa, đường kính 1,78 (m), chiều cao 10,4 (m). 5.1.20. Tính tháp tinh 5.1.20.1. Xác định số đĩa lý thuyết Theo phụ lục 4 được : Số đĩa thực tế đoạn luyện là: N1 = Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày 74 (đĩa), lấy N1= 74 đĩa. SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -70- Số đĩa thực tế đoạn chưng: N2 = GVHD: KS. Bùi Viết Cường . Lấy N2 = 13 đĩa. Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5. Số đĩa của toàn tháp: N = 13 + 74 = 87(đĩa). 5.1.20.2. Tính đường kính Đường kính đoạn luyện: (m). Đường kính đoạn chưng: Đường kính của tháp tinh là: D=( (m). + )/2=(1,52+1,74)/2= 1,63(m). Hình 5.21.Tháp tinh 5.1.21.3. Tính chiều cao tháp H = (n – 1) h + h1 + h2 [8, tr 160]. n: Số đĩa tháp tinh chế, n = 87. h: Khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,2 (m). h1, h2: Chiều cao đỉnh tháp, h1 = 0,6 (m). Vậy H = (87 – 1) 0,2 + 0,6+0,6 = 18,4 (m). Ta chọn một tháp tinh có số đĩa: 87 đĩa, D = 1,63 (m), H =18,4 (m). 5.1.21. Các thiết bị bị phụ trợ cho tháp thô 5.1.22.1. Thiết bị hâm giấm Chọn thiết bị ống chùm nằm ngang, giấm đi trong, hơi rượu nước đi ngoài. Giấm đi vào thiết bị có nhiệt độ 300C, ra thiết bị có nhiệt độ 70 0C, nhiệt dung riêng C = 0,95 kcal/kg, hỗn hợp hơi rượu nước đi ra khỏi giấm có nhiệt độ 93,803 0C. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -71- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hình 5.22. Thiết bị hâm giấm Bề mặt truyền nhiệt thiết bị tính theo công thức: , (m2). Q – Nhiệt trao đổi giữa giấm và hơi rượu nước: Q= D C (t2 – t1 ). D – Lượng giấm vào thiết bị: 54.612,022 kg/h. Q = 54.612,022 0,95 (70 –30) = 2.075.256,836(kcal/h). ∆t – Hiệu số nhiệt độ giữa giấm và hơi rượu - nước: ∆t = t0 – tTB = 93,803 – 50 = 43,8030C. . K – Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: δ – Chiều dày ống, chọn loại ống có φ = 40mm, δ = 2,5mm. α1 – Hệ số cấp nhiệt từ giấm đến bề mặt ống, α1 = 600 (kcal/m2.h.0C). α2 – Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt: α2 = 2350 (kcal/m2.h.0C). λ – Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng có λ = 55,8 (w/m.h.0)C = 50 (kcal/m.h.0C). ; (m2). Phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 19, tổng số ống n = 217, số ống ngoài cùng 25 ống. Bước ống t = 1,5 × d với d = 0,04 m. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -72- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Đường kính thiết bị. D = t × (b – 1) + 4 × d = 1,5 × d × (b –1) + 4 × d = 1,5 × 0,04 × (19 – 1) + 4 × 0,04 = 1,24 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: Với F = 93,879 (m2), n = 217 ống, dtb = d + δ = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m). l0 = (m). Chiều dài của thiết bị (kể cả hai đầu phân phối): L = l0 + 2 0,15 = 3,545+ 0,3 = 3,845(m). Chọn một thiết bị hâm giấm đường kính D = 1,24(m), chiều dài L= 3,845 (m). 5.1.21.2 Thiết bị tách CO2 và khí không ngưng Lượng giấm chín trong một ngày: 1.329.836,066(lit/ngày) = 0,923 (m3/phút). Chọn thiết bị tách bọt thân trụ, đáy hình côn, có hệ số chứa đầy 0,85. (m3). Thể tích thùng là: Chọn kích thước của thiết bị: + D: Đường kính của thiết bị (m). + H: Chiều cao phần trụ của thiết bị. H = (1÷1,2) D. Chọn H = 1,2 D. + h1: Chiều cao đáy thiết bị (m). Chọn h1 = 0,2 D. + h2: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h2 = 0,1 D. Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 ( H + 1/3h1+1/3h2) =1,0205 D3 (m) H = 1,225 (m), h1= 0,204 (m), h2 = 0,102 (m). Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 1,225 + 0,204 + 0,102 = 1,531 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -73- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chọn 1 thiết bị tách CO2 và khí không ngưng có đường kính trụ D = 1,021(m), chiều cao đoạn trụ H = 1,225(m), chiều cao đáy h1= 0,204(m),chiều cao nắp thiết bị h2 = 0,102(m) chiều cao thiết bị Htb = 1,531(m). 5.1.21.3. Bình chống phụt giấm Chọn bình chống phụt giấm có thông số: D = 300mm. H = 800m. Hình 5.23. Bình chống phụt giấm 5.1.21.4. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg giấm là 18,359 (kg). Giả sử được ngưng tụ ở thiết bị hâm giấm 4/5 số lượng hơi, lượng hơi còn lại tiếp tục được dẫn qua thiết bị ngưng tụ cồn thô và được ngưng tụ hoàn toàn. Khối lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ cồn thô: 17,774– 4/5 17,774= 3,555 (kg/100 kg giấm). Tức là: 54.612,022 × 3,555 /100 = 1.941,348 ( kg/h). Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr ( 1 dal = 10 lit; cyr = 24 h). = 24 × 100 × ρ: Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3). Nồng độ rượu ở pha lỏng 42,3 % khối lượng: = 882,73(kg/m3). = 24 100 = 5.278,211 (dal/cyr). Hình 5.24. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt: F = 0,02 П Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp F = 0,02 × -74- GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 0,02 ×5.278,211= 105,564 (m2). Tính kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị: Đường kích trong : Dt = 40 mm. Đường kích ngoài : Dn = 44 mm. Đường kích trung bình: Dtb = 42 mm. Phân bố các ống theo hình sáu cạnh. Số ống trên đường chéo chính: b = 17. Tổng số ống: n = 217. Bước ống: t = 1,5 × Dn Đường kính thiết bị: D = t × (b – 1) + 4 × DN = 1,5 × Dn × (t – 1) + 4 × Dn = 1,5 × 0,044 (17 – 1) + 4 × 0,044 = 1,364 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt : (m). Chiều dài chung của cả thiết bị: h = h0 + 2 × 0,15 = 3,989 (m). Chọn một thiết bị ngưng tụ dạng đứng kích thước (D×h) : 1,364 × 3,989 (m). 5.1.21.5. Thiết bị làm nguội ruột gà Tính diện tích bề mặt truyền nhiệt. Lượng hơi bốc lên trong 1h bằng năng suất hơi đi vào thiết bị ngưng tụ cồn thô là : G = 1/3×1.941,348= 647,116 (kg/h). Lượng nhiệt cần lấy đi để ngưng tụ hơi là Q = G × r Trong đó r = 324,33 Kcal/kg ẩn nhiệt hóa hơi của rượu ở nồng độ 40,588% khối lượng [2, tr370]. → Q = 647,116 × 324,33=209.879,13 (Kcal/h). Nhiệt tổn thất ra môi trường : Qm =0,1×Q= 0,1×209.879,13 =20.987,913 (kcal/h). Lượng nhiệt thực tế cần phải lấy đi để hơi ngưng tụ là : Q’=Q– Qm= 209.879,13 – 20.987,913 = 188.891,219(Kcal/h). Hệ số truyền nhiệt của ống truyền nhiệt : Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -75- K=B =700 GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 700 Kcal/m2 độ. ω = 1m/s là vận tốc nước làm nguội đi trong ống. Thực tế hệ số truyền nhiệt của ống chỉ là : Hình 5.25. Thiết bị ống xoắn 2 Kt= 0,5×700=350 Kcal/m độ. ruột gà o Nhiệt độ ngưng tụ ở 40,588% khối lượng là 80,3 C. Nhiệt độ nước làm nguội vào là 25oC và ra là 45oC. F= = = 20,040 m2. Chọn ống truyền nhiệt làm từ đồng hợp kim có các kích thước sau : Đường kích trong : Dt = 48 mm. Đường kích ngoài : Dn = 50 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt L= = = 127,646 (m). Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,2 m. Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,08m. Đường kính vòng xoắn: dx = 0,8m. Chiều dài một vòng xoắn: Số vòng xoắn n = = = 50,7 → Chọn 51 vòng. Chiều cao phần ruột gà: h = n t = 51 0,08 = 4,08 m. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -76- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao bình làm nguội: H = h + 2ho = 4,08 + 2 0,2 = 4,48 m. Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,8+ 2 0,08 = 0,96 m. Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà có các thông số sau: chiều cao nắp h o = 0,2 m; đường kính ống trong 15mm; đường kính vòng xoắn dx = 0,8m; chiều cao bình H = 4,48 m; đường kính bình D = 0,96 m. 5.1.22. Các thiết bị phụ trợ cho tháp tinh 5.1.22.1. Thiết bị ngưng tụ ở tháp tinh Bộ ngưng tụ ở tháp tinh gồm một thiết bị nằm ngang để ngưng tụ hầu hết cồn hồi lưu, còn thiết bị đặt thẳng đứng để ngưng tụ cồn đầu và một phần cồn hồi lưu. Lượng hơi đi ra khỏi tháp tinh luyện là 21,32 kg/100kg giấm. Nhiệt độ rượu - nước là 78,2730C, nồng độ 93,84% khối lượng, khối lượng riêng 745,85 (kg/m3). 1.Thiết bị nằm ngang Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 85%. Lượng rượu ngưng tụ: × 0,85 = 9.896,791 (kg/h). = × 21,32 Năng suất tính theo lít/ngày: Hình 5.26. Thiết bị ngưng tụ nằm ngang Ntb = Bề mặt truyền nhiệt: F = = = 445,843 (m2) Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính trong ống d t =48mm, đường kính ngoài ống dn = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm. Giả sử chiều dài ống: l = 5m. Số ống của thiết bị: n = = Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày = 580 (ống). SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -77- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Theo bảng V.11 [7, tr 48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b =29ống, Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,05m. Đường kính thiết bị: D = 1,5×dn×(b - 1) + 4×dn = 1,5×0,05×(29 - 1) + 4×0,05 = 2,3 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = = = 5,0 (m). l1,l2 chiều dài 2 đầu thiết bị: l1 = l2 = 0,3 (m). Chiều dài toàn bộ thiết bị: L = 5,0+ 2×0,3 = 5,6 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ tháp tinh dạng nằm ngang có kích thước như sau: D l0(m) (m) 2,300 5,0 l1(m) l2 (m) 0,3 0,3 L(m) SL(cái) 5,6 1 2.Thiết bị thẳng đứng Chọn lượng hơi ra khỏi tháp tinh đi vào thiết bị này là 15%. Lượng rượu ngưng tụ: = × 21,32 × 0,15 = 1.746,492(kg/h) Năng suất tính theo lít/ngày: Hình 5.27.Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng Ntb = Bề mặt truyền nhiệt: F = = = 78,678 (m2). Chọn vật liệu ống truyền nhiệt là đồng thanh, đường kính trong ống dt = 48mm, đường kính ngoài ống dn = 50mm, đường kính trung bình ống dtb = 49mm. Giả sử chiều dài ống: l = 3 m. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -78- Số ống của thiết bị: n = = GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 171(ống). Theo bảng V.11 [7, tr 48]: Phân bố các ống trên hình lục giác, số ống trên đường chéo chính là b = 21 ống. Bước ống: t = 1,5×dn; với dn = 0,05 m. Đường kính thiết bị: D = 1,5×dn×(b - 1) + 4×dn = 1,5×0,05×(21 - 1) + 4×0,05 = 1,7(m). Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = = = 3,0 (m). h1,h2 là chiều cao hai đầu tháp : h1 = h2 = 0,15 (m). Chiều dài toàn bộ thiết bị: H= 3,0 + 2×0,15 = 3,3 (m). Vậy chọn thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng có kích thước như sau: D (m) h0(m) 1,700 3,0 h1(m) h2 (m) 0,15 0,15 H(m) SL(cái ) 3,3 1 5.1.22.2. Thiết bị làm nguội cồn đầu Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh là: 3.147,541lit/ngày. Lượng cồn đầu vào ống trong 1giờ: = = 101,705 (kg/h). Khối lượng riêng của cồn sản phẩm = 0,7755 ở 70oC, p= 1atm. Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= ×c×( t1 – t2 ) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -79- GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 101,705 × 281,905 × (78–70) = 229.369,184 (kcal/h). Trong đó: + c = 1180 KJ/kg.độ = 281,905 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của cồn đầu. + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của cồn đầu. Vì thiết bị ngưng tụ thẳng đứng đã ngưng tụ 80% nên nhiệt lượng cần là : Hình 5.28.Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn đầu Q’ = 10%×Q = 0,1×229.369,184 = 22.936,918 (kcal/h). Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Qtt = 10%×Q’ = 10% ×22.936,918 = 2.293,692(kcal/h). Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 22.936,918 – 2.293,692= 20.643,227(kcal/h). Khối lượng nước làm nguội: Q” = ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [7, tr 165]. = nước == 1.032,161(kg/h). = 1000 kg/m3 [7, tr 9] . Vậy: Vnước = = 1,032 (m3/h). Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: = =7,882 (m2). + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [7, tr 97]. Chọn ống truyền nhiệt làm từ đồng hợp kim có các kích thước sau : Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -80- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Đường kích trong : Dt = 48 mm. Đường kích ngoài : Dn = 50 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt: L= = = 50,203 (m). Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,2 m. Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,08m. Đường kính vòng xoắn: dx = 0,8m. Chiều dài một vòng xoắn: Số vòng xoắn n = = = 19,9→ chọn 20 vòng. Chiều cao phần ruột gà: h = n t = 20 0,08 = 1,6 m. Chiều cao bình làm nguội: H = h + 2ho = 1,6 + 2 0,2 = 2 m. Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,8+ 2 0,08 = 0,96 m. Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà có các thông số sau: chiều cao nắp h o = 0,2 m; đường kính ống trong 15mm; đường kính vòng xoắn dx = 0,8m; chiều cao bình H = 2 m; đường kính bình D = 0,96 m. 5.1.22.3. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội dầu fuzel Lượng dầu fuzel cần làm lạnh: 3.147,541 lit/ngày = 314,754 (dal/cyr) = Π . Bề mặt truyền nhiệt thiết bị: F = 0,02 × Π = 0,025 ×314,754 =7,87 (m2). Thiết bị có cấu tạo giống thiết bị ngưng tụ cồn thô có: đường kính trong dt=28 mm, đường kính ngoài: dn = 32 mml đường kính trung bình: dtb = 30 mm, số ống trên đường chéo chính: b = 13, tổng số ống n = 127, bước ống t = 1,2 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày dn . [7, SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -81- GVHD: KS. Bùi Viết Cường tr 48] . Hình 5.29. Thiết bị làm lạnh dầu fuzel Đường kính: D = t (b – 1)+4 dn=1,2 × 0,032 × (13 –1) + 4 × 0,032= 0,589 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = (m). Chiều dài thiết bị: L = lo + 2 × 0,2 = 0,658+ 0,4 = 1,060 (m). Vậy ta chọn một thiết bị làm nguội dầu fuzel có L= 1,060 m , D = 0,589 m. 5.1.23. Thiết bị gia nhiệt Thiết bị gia nhiệt gồm buồng đốt và buồng bốc, cồn nguyên liệu và hơi sẽ trao đổi nhiệt với nhau tại buồng đốt, hơi đi ngoài ống trao đổi nhiệt, cồn nguyên liệu đi trong ống, hơi cồn được bốc lên trên buồng bốc hơi và thu được hơi cồn. Thể tích cồn 960 đem vào bốc hơi trong một giờ: 4.371,585(lit/h). Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cồn từ nhiệt độ 75 0C đến 1070C được tính theo công thức: Qc = G×C×(tc – tđ) , Kcal/h . Trong đó: G: Lượng cồn 960 đem vào gia nhiệt trong một giờ: (kg/h). ∆t = tc - tđ: Độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau đun nóng, 0C. C: Nhiệt dung riêng của dung dịch, C = 8,163 (Kcal/kg.0C). Qc = 3.211,803×8,163×(107 – 75) = Hình 5.30. Thiết bị gia nhiệt 838.974,332(Kcal/h). Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Qtt = k × Qc, với k = 5% so với lượng hơi dùng, chọn k = 5% = 0,05. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -82- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Qtt = 0,05×838.974,332 = 41.948,717 (kcal/h). Vậy nhiệt lượng cần dùng là: Q = Qc + Qtt = 838.974,332 + 41.948,717 = 880.923,049 (Kcal/h). Lượng hơi cần dùng để đun nóng được tính theo công thức: E = Q/ri (kg/h). Trong đó: Q: nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng, (kcal/h). ri: ẩn nhiệt hơi cung cấp cho thiết bị, ri = 533,1 (Kcal/kg). E = Q/ri = 880.923,049 /533,1 = 1.652,454 (kg/h). Bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức: F = (m2). Với: K là hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: K = δ: Chiều dày ống, chọn loại ống có φ = 52 mm, δ = 2 mm. α1: Hệ số cấp nhiệt từ giấm đến bề mặt ống. Chọn α1 = 600 Kcal/m2.h.độ. α2: Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt. Chọn α2 = 2350 Kcal/m2.h.độ. λ: Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh hiệu 5P-O.U 10-2, λ = 55,8 w/m.h.độ = 50 Kcal/ m.h.độ [7, tr 358]. K= kcal/ m2 oC.h. Hệ số nhiệt độ trung bình là: ∆tTB = tc – td = 125 – 91 = 340C. Vậy bề mặt truyền nhiệt là: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -83- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Các ống truyền nhiệt được xếp theo hình lục giác đều. Chọn ống truyền nhiệt có kích thước: Dn x Dt x L = 52 x 48 x 3000 mm. Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức sau: (ống). Chọn No = 143 ống, số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh bằng 15 Chiều dài thiết bị sau khi quy chuẩn: (m). Đường kính trong của buồng đốt: D = t×(b – 1) + 4×d Với: b: số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh. b = 19. d: đường kính ngoài của ống, d = 0,052 m t: bước ống, m. Thường chọn bước ống t = 1,2 ÷ 1,5d, chọn t = 1,2d. D = 1,2d×(b – 1) + 4×d = 1,2×0,052×(15 – 1) + 4×0,052 = 1,082 (m). − − − − Chọn đường kính buồng bốc: Db = 1,3 (m). Chiều cao buồng bốc: Hbốc = 1,4 (m). Chiều cao đáy nồi: Hđáy = 0,6 (m). Chiều cao đỉnh nổi : H đỉnh=0,6 (m). Tổng chiều cao của thiết bị gia nhiệt: H = 1,4 + 2,996 + 0,6 + 0,6 = 5,596 (m). Vậy chọn thiết bị gia nhiệt có các thông số như sau: D (m) 1,085 Db(m) L (m) H đỉnh (m) H bốc(m) Hđáy (m) 1,3 2,996 0,6 1,4 0,6 SL(cái ) 1 5.1.24. Tháp hấp phụ Sơ đồ hấp phụ gồm hai tháp làm việc đồng thời: tháp hấp phụ làm việc 8 h, tháp nhả hấp phụ làm việc 6 h. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -84- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lượng nước bị hấp phụ trong một ngày: 3.934,426(kg). Lượng nước bị hấp phụ trong 8 giờ: (kg). Lượng etanol bị hấp phụ trong một ngày: 65,705 (kg). Lượng etanol bị hấp phụ trong 8 giờ: (kg). Lượng zeolit cần để hấp phụ lượng nước trên: Hình 5.31. Thiết bị hấp phụ Zeolite (kg) . Lượng zeolit hấp phụ lượng etanol trên: (kg). Tổng lượng zeolit cần dùng: MZ = 14.216,531+ 10.580,676=24.797,207(kg). Khối lượng zeolit trong 2 tháp: MZ = 2 24.797,207= 49.594,414(kg). Khối lượng riêng của zeolit 3A là ρz = 427(kg/m3). (m3). Thể tích zeolit trong tháp: Chiều cao của lớp zeolit trong thiết bị có đường kính D là: Ta chọn D=3 m. . (m). Chiều cao lớp đệm đến mỗi mặt bích: 0,3 m, chiều cao nắp và đáy 0,8 m. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -85- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao thiết bị: H = HZ + 2 0,3 + 0,8 = 9,4 (m). Vậy chọn hai tháp hấp phụ – giải hấp gồm hai tháp làm việc liên tục và luân phiên nhau có đường kính D = 3 m, chiều cao thiết bị H = 9,4 (m). 5.1.25. Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn thành phẩm Lượng cồn được ngưng tụ và làm nguội trong thiết bị một ngày: 99.409,836 lít /ngày. Lượng cồn sản phẩm vào ống trong 1giờ: = 3.212,180 (kg/h) Khối lượng riêng của cồn sản phẩm = 0,7755 ở 70oC, áp suất 1atm [7, tr 9]. Nhiệt lượng toả ra trên bề mặt ống: Q= ×c×( t1 – t2 ) = 3.212,180 × 0,7394 × (75–50) =59.377,147 (kcal/h) . Trong đó: + c = 0,7394 kcal/kg độ là nhiệt dung riêng của khối nấu. + t1, t2 nhiệt độ đầu và cuối của khối nấu. Hình 5.32. Thiết bị ống xoắn ruột gà Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Q’ = 10%×Q = 10% × 59.377,147 = 5.937,715 (kcal/h) . Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 59.377,147 – 5.937,715= 53.439,432 (kcal/h). Khối lượng nước làm nguội: Q” = ×CN×(t1 – t2) Trong đó: CN = 1 kcal/kg.độ là nhiệt dung riêng của nước [8, tr 165]. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -86- = nước GVHD: KS. Bùi Viết Cường = = 2.137,577 (kg/h). = 1000 kg/m3 [7, tr 9] . Vậy: Vnước = = 2,138 (m3/h). Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = Trong đó: = =10,688 (m2) + K = 150÷250 kcal/m2.h.độ là hệ số truyền nhiệt. Chọn K = 200 kcal/m2.h.độ [7, tr 97] Chiều dài đường ống: L = = = 34,038 (m). Chọn chiều cao nắp trên và nắp dưới: ho = 0,25 m. Đường kính ống: do = 0,08 m. Bước xoắn ống ruột gà: t = 0,06m. Đường kính vòng xoắn: dx = 0,8m. Chiều dài một vòng xoắn: lv= = =1,777 m. Số vòng xoắn: n = = = 19,15. Lấy 20 vòng. Chiều cao phần ruột gà: h=(n do)+((n-1) t) = (200,1)+(19 0,06) = 3,14 m. Chiều cao thân bình: H = 1,5h = 1,5 3,14=4,71 m. Chiều cao toàn bộ bình: Htoàn bộ = H + 2ho = 4,71 + 2 0,25 =5,21 m. Đường kính bình làm nguội: D = dx + 2do = 0,8 + 2 0,08 = 0,96 m. Vậy chọn 1 thiết bị ngưng tụ ống xoắn ruột gà có các thông số sau: chiều cao nắp ho = 0,25 m; đường kính ống do = 0,1 m; đường kính vòng xoắn dx = 0,6m; Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -87- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chiều cao thân bình H = 4,71 m, chiều cao toàn bộ bình H toàn bộ = 5,21 m; đường kính bình D = 0,8 m. 5.1.26. Các thùng chứa 5.1.26.1. Thùng chứa cồn thành phẩm Lượng cồn thành phẩm là: 96.000 lít/ngày = 32 (m3/ca sản xuất). Chọn thùng thân hình trụ, đáy hình nón, tỉ lệ các kích thước tương tự nồi nấu sơ (m3). bộ, thùng có hệ số chứa đầy 0,85 nên thể tích thùng là: Với V =37,647 (m3 ) Suy ra: (m). (m),d= (m). Chiều cao thiết bị: (m). Hình 5.33. Thùng chứa cồn thành phẩm (m). Vậy chọn một thùng chứa cồn có đường kính đoạn trụ D = 3,13 m, chiều cao đoạn trụ ,69 m, đường kính đáy d = 0,39 m, chiều cao đáy m, chiều cao thiết bị H = 6,06 m. 5.1.26.2. Thùng chứa dầu fuzel Lượng dầu fuzel trong một ngày: 3.147,541 (lit/ngày). Chọn thùng có dạng thân trụ, đáy nón, hình dáng, cấu tạo và tỉ lệ kích thước giống thùng chứa cồn thành phẩm. Thể tích thùng là: Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -88- (m3) Suy ra: GVHD: KS. Bùi Viết Cường (m). (m), d= (m). (m). Chiều cao thiết bị: (m). Hình 5.34. Thùng chứa dầu fuzel Vậy chọn một thùng chứa dầu fuzel có đường kính đoạn trụ D = 1,45 (m), chiều cao đoạn trụ = 2,18 (m), đường kính đáy d = 0,18 (m), chiều cao phần đáy = 0,64 (m), H=2,82 (m). 5.2. Tính cơ cấu vận chuyển 5.2.1. Băng tải vận chuyển sắn từ kho tới sàng rung Theo bảng 4.3 lượng sắn cần vận chuyển lên bunke chứa là: 10,710 tấn/h. Chọn băng tải có các thông số sau: - Năng suất vận chuyển hạt: 11 tấn/h. - Chiều rộng băng tải: 600 mm. - Chiều dài băng tải : 24185 mm. 5.2.2. Gàu tải vận chuyển sắn sau khi nghiền lên bunke chứa Lượng sắn sau khi nghiền cần vận chuyển lên bunke chứa : 10.655,738 kg= 10,6 tấn/h. Chọn gàu tải có đặc tính kỹ thuật giống với gàu tải vận chuyển sắn đi nghiền. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -89- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Công suất động cơ truyền động: Nđc= , Kw. Trong đó: Q là năng suất gàu tải Q = 11 tấn/h. H là chiều cao nâng của gàu tải H = 13,84 m, Hình 5.35. Gàu tải là hiệu suất của gàu tải Nđc = =0,7. (Kw), số lượng: → Chọn 1 gàu tải. 5.2.3. Gàu tải bột sắn vào cân định lượng Lượng bột sắn vào cân định lượng : 10.655,738 kg= 10,6 tấn/h. Công suất động cơ truyền động: Nđc= , Kw. Trong đó: Q là năng suất gàu tải Q = 11 tấn/h. H là chiều cao nâng của gàu tải H = 13,84 m. là hiệu suất của gàu tải Nđc = (Kw), số lượng: =0,7. → Chọn 1 gàu tải. Chọn 1 gàu tải vận chuyển sắn từ bunke chứa lên cân giống như gàu tải vận chuyển sắn sau khi nghiền lên bunke chứa. 5.2.4. Bơm nước cho nồi nấu, vệ sinh thiết bị Lượng nước cần cấp cho các nồi nấu là 30,174 (m3/h). Chọn bơm có nhãn hiệu SXA40-26, do công ty cổ phần vật tư thiết bị Phú Song Long cung cấp, đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 40 m3/h. - Kích thước cơ bản của bơm: 1385 510 907 (mm). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp - Số lượng: -90- GVHD: KS. Bùi Viết Cường → chọn 1 bơm. 5.2.5. Bơm dịch cháo đi phun dịch hóa Theo bảng 4.3 lượng dịch cháo bơm phun dịch hóa : 40.419,563(kg/h) = 40,419 m3/h. Theo tài liệu [7, tr 453], chọn loại bơm răng khía P3 - 60 có thông số sau: - Năng suất (m3/h): 42. - Kích thước (mm): 386 370 367. - Số lượng: → chọn 1 bơm. 5.2.6. Bơm dịch nấm men cho thùng lên men Lượng dịch nấm men sau khi nhân giống ở thùng nhân giống lớn cần bơm lên thùng lên men chính là: 5.092,896 (kg/h) =5,093 (m3/h). Theo tài liệu [7,tr 453] chọn loại bơm răng khía HШ có thông số như sau: - Năng suất (m3/h): 14. - Kích thước (mm) : 507 410 460. - Số lượng: → chọn 1 bơm. Số thùng nhân giống là 2 nên số bơm chọn là 2 bơm. 5.2.7. Bơm dùng cho các thùng lên men Thể tích của mỗi thùng lên men là: 535,585(m 3), lượng dịch lên men ở mỗi thùng cần bơm dịch chuyển sang các thùng lên men khác:535,585/24 = 23,316(m3/h). Theo tài liệu [7, tr 452], chọn loại bơm pít tông лнп - 25/8 có thông số: - Năng suất (m3/h): 25. Kích thước (mm): 820 690 1975. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -91- - Số lượng: GVHD: KS. Bùi Viết Cường → chọn 1 bơm. Vì có 2 thùng giấm chín nên chọn 2 bơm. 5.2.8. Bơm hỗn hợp sau hòa trộn đi nấu sơ bộ Theo mục 5.1.5. thể tích hỗn hợp sau khi hòa trộn là: 49,589 (m3/h) Chọn bơm ly tâm có nhãn hiệu BЦП-40, đặc tính kỹ thuật: - Năng suất: 40 m3/h. - Kích thước: (1385 510 907) mm. - Số lượng: 1 bơm. Bảng 5.1. Bảng tổng kết các thiết bị 1 TT 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 S Tên thiết bị Băng tải vận chuyển sắn từ kho Sàng làm sạch Máy nghiền Gàu tải lên bunke Bunke Gàu tải Cân Thùng hòa trộn Nồi nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nồi nấu chín Phao điều chỉnh mức Thiết bị tách hơi Làm nguội sau nấu chín Thùng đường hóa Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày Kích thước(mm) 24185 600 300 3900 1900 1000 2000 1050 2600 110 125 13840 H = 10330, D =5100 110 125 13840 1660 1270 2540 H = 6170, D = 2820 H = 6730, D =2760 H = 820, D = 80 H = 13280, D = 2490 H = 2060, D = 1200 H = 6380, D = 3030 5000 200 5000 H = 5730, D = 2350 Số 1 lượng 1 1 1 1 1 1 1 1 1 6 1 1 1 1 SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 -92- Làm nguội sau đường hóa Thiết bị lên men Thùng nhân giống cấp 2 Thùng nhân giống cấp 1 Thùng chứa giấm chín Tách và thu hồi CO2 Thiết bị tách bọt Tháp thô Tháp tinh Thiết bị hâm giấm Bình làm nguội ruột gà ở tháp thô Ngưng tụ cồn thô Ngưng tụ tháp tinh 1 Ngưng tụ tháp tinh 2 Làm nguội ruột gà cồn đầu Làm nguội dầu fuzel Thùng chứa dầu fuzel Thiết bị gia nhiệt Tháp hấp phụ - giải hấp Thiết bị ngưng tụ, làm nguội cồn Thùng chứa cồn sản phẩm Bơm nước cho nồi nấu Bơm cháo phun dịch hóa Bơm dịch men giống Bơm dịch cho thùng lên men Bơm hỗn hợp đi nấu sơ bộ Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường 5700 200 5900 H =13644, D = 7530 H = 9327, D = 5185 H = 6249, D = 3472 H=16616, D=8576 H = 5300, D = 855 H = 1531, D = 990 H = 10400, D =1780 H =18400 , D = 1630 L = 3845, D = 1240 H = 4480, D = 960 L = 3989, D = 1364 L = 5600, D = 2300 H = 3300, D = 1700 H = 2000, D = 960 L =1060, D = 589 H = 2820, D = 1450 H = 5596, Db =1085 H =9400 , D = 3000 H = 5210, D = 4710 H = 6060,D = 3130 1385 510 386 370 507 410 820 690 1385 510 907 367 460 1975 907 4 8 1 2 2 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1 1 1 1 7 1 SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -93- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 6 TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 6.1. Tính hơi 6.1.1. Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ 6.1.1.1. Lượng nhiệt dung để đun nóng khối nấu từ 400C đến 850C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) [8, tr 58]. G1: Lượng nguyên liệu đi nấu sơ bộ trong một ngày: G1=Gnguyênliệu+ Gnước G1 = 255.737,705+472.131,144=727.868,849 (kg/ngày). C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4.186 × (1 – x) [7, tr 152]. (J/kg.độ). Q1=727.868,849×2.715,243×(85– 40) = 88.935.335,87(KJ) = 21.276.396,14(Kcal/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -94- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.1.1.2. Lượng nhiệt dùng để giữ khối nấu ở 850C trong 13 phút Q 2 = F × T2 × × (tbm – tkk) [8, tr 3]. : Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh. = 9,3 + 0,058 × tbm (W/m2.độ) [8, tr 41] tbm: Nhiệt độ bề mặt của thiết bị, α = 9,3 + 0,058 × 55 = 12,49 (W/m2.độ). T2: Thời gian giữ nhiệt. T2 = = 74.880 (s). F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. F = 2 × π × R × H + π × R × h ×sin450 = 2×3,14×1,38×6,73+3,14 ×1,38×5,52×sin450 =75,238 (m2) Q2 =75,238× 74.880×12,49 × (55 – 25) =2.110.992,894(J) = 505.022,009(Kcal/ngày). 6.1.1.3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q3 = G3 × C3 × (t2 – t1) [8, tr 58]. G3 = F × × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép, f = 7850 (kg/m2): Khối lượng riêng của thép. [7, tr 8] G3 = 75,238× 0,003 × 7850 = 1.771,855 (kg). Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C[7, tr 315]. C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C là: 0,12 kcal/kg.độ [7, tr163]. Q3 = 1.771,855 × 0,12 × (133 – 25) = 22.963,241 (Kcal/ ngày). 6.1.1.4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q4 = F × T4 × α × (tbm – tkk)+20% Q1 [7, tr 58]. T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = 24 x 3600 = 86.400 (s). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp t bm = -95- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,882 (W/m2.độ). [8 ,tr 41]. Q4= 75,238× 86.400 × 13,882 ×(79 – 25) +(20%×88.935.335,87)=4.890.791,258 (KJ) = 1.170.045,755(Kcal/ ngày). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho nồi nấu sơ bộ là: = 22.974.427,15(Kcal/ngày) 6.1.1.6. Tính chi phí hơi Qh D1 = i − iKK [8, tr 31] Ở t = 1330C thì i = 651,62 (Kcal/kg), iKK = 133,56 (Kcal/kg) [7, tr 313] Suy ra: (kg/ngày). Hơi cung cấp cho nồi nấu sơ bộ một phần lấy từ hơi thứ của nồi nấu chín chiếm khoảng 25%, còn lại là hơi cấp chiếm 75%. Nên lượng hơi cần cấp cho nồi nấu sơ bộ là :75% 44.347,039 =33.260,279 (kg/ngày). 6.1.2. Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa Nhiệt cung cấp cho thiết bị phun dịch hóa chủ yếu là nhiệt để nâng nhiệt của dịch cháo từ 850C đến 940C và một phần nhiệt tổn thất ra môi trường . 6.1.2.1. Lượng nhiệt làm đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C Q1 = G × C × (t1 – t2) [8, tr 58] G: Lượng nguyên liệu đem phun dịch hóa trong một ngày: G =970.069,508 (kg). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -96- GVHD: KS. Bùi Viết Cường C: Nhiệt dung riêng của khối nấu. (J/kg.độ). (J/kg.độ) Q1=970.069,508×3.235,251× (94 –85) =28.245.765,11(KJ) = 6.757.360,075(Kcal/ngày). 6.1.2.2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường chiếm khoảng 20% lượng nhiệt dùng để đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C: Q2 = 20% × Q1 = 1.351.472,015(Kcal/ngày). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho phun dịch hóa là: Qh =Q1 + Q2 =6.757.360,075+1.351.472,015=8.108.832,09 (Kcal/ngày). Qh Tính chi phí hơi: D2 = i − iKK [7, tr 31] Ở t = 1330C thì i = 651,62 (Kcal/kg), iKK = 133,56 (Kcal/kg) [7, tr 313] . (kg/ngày). 6.1.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín 6.1.3.1. Lượng nhiệt đun nóng khối nấu từ 940C đến 1050C Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) [8, tr 58]. G1: Lượng nguyên liệu đem đi nấu chín trong một ngày: G1 =965.137,049 kg. C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4186 × (1 – x) = 3.432,52 (J/kg.độ). x = 18%: Nồng độ chất hòa tan. Q1=965.137,049×3.432,52×(105–94)=36.441.374,46(KJ)= 8.718.032,167(Kcal/ngày). 6.1.3.2. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C Q2 = F × Tg × α × (t0bm – t0kk) (Kcal). [7, tr 3] t0kk: Nhiệt độ không khí ở môi trường xung quanh. (0C). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -97- t0bm: Nhiệt độ bề mặt thiết bị. tbm = GVHD: KS. Bùi Viết Cường = 65(0C). tg0: Nhiệt độ cần giữ cho khối nấu, (0C). α: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh α = 9,3 + 0,058 × tbm , (W/m2. độ). [8, tr 41].α = 13,07 (W/m2. độ). F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi (m2) F1 = 2 × П × R × H = 2 3,14× 1,245 13,28 = 103,831 (m2). F2: Diện tích đáy chỏm cầu (m2). F = F1 + F2 = 103,831+ 5,411 = 109,242 (m2). Tg : Thời gian giữ nhiệt ở một nồi : Tg = = 72.000 (s). Q2=109,242×72.000×13,07×(65–25)=4.112.043,667 (J)= 983.742,504(Kcal/ngày). 6.1.3.3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q 3 = G3 × C3 × (t2 – t1) [8, tr 58] Trong đó: G3 = F × × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép. f = 7.850 kg/m2: Khối lượng riêng của thép. G3 = 109,242× 0,003 × 7850 = 2.572,649 (kg). Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C. [7, tr 315]. C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C, C3 = 0,12 kcal/kg.độ [7, tr163]. Q’3= 2.572,649 × 0,12 × (133 – 25) = 33.341,531 (Kcal/ngày). Có 2 nồi nấu chín do đó lượng nhiệt đun nóng vỏ nồi cho 2 nồi là : Q3 = 2 × Q’3= 2 × 33.341,531 = 66.683,062 (kcal/ngày) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -98- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.1.3.4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q4 = F × T4 × α × (tbm – tkk)+20% Q1 [8, tr 58]. T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = 24 x 3600 = 86.400 (s). t bm = 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 79 =13,882 (W/m2.độ). Q4=109,242×86.400×13,882×(79–25)+20%×36.441.374,46=7.082.658,750(KJ) =1.694.415,969 (Kcal/ngày) 6.1.3.5. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước Qbh= W × r [7, tr 58]. r: Ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở , r = 576 (kcal/kg). W: Lượng ẩm bốc hơi. W = k × F × (P – P’ × ϕ) × T (m2). k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036. Diện tích bốc hơi: Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. (m2). Diện tích bốc hơi lớn nhất: Đường kính ống thoát hơi: (m). (m2). P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C. P = 174,08 (mmHg). ϕ: Độ ẩm tương đối của không khí. ϕ = 80%. P’: Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh. P’=24,94 mmHg. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -99- GVHD: KS. Bùi Viết Cường T: Thời gian nấu. T = 24 x 3600 = 86400 (s). W = 0,036 × 0,012 × (174,08 – 24,94 × 0,8) × 24 = 1,598 (kg). Qbh = 1,598 × 576 = 920,448 (kcal). Vậy tổng lượng nhiệt dùng nấu chín là: = 11.462.873,7 + 920,448 = 11.463.794,15(Kcal/ngày). 6.1.3.6. Tính chi phí hơi Qh D3 = i − iKK [7, tr 31]. Ở t = 1330C thì i = 651,62 (kcal/kg), iKK = 133,56 (kcal/kg) [7, tr 313] . (kg/ngày). Vậy lượng hơi cần cung cấp cho quá trình nấu trong một ngày: D = D1+D2+D3 = 33.260,279 + 15.652,303 + 22.128,314 = 71.040,896 (kg/ngày). 6.1.4. Tính hơi cho quá trình chưng cất - tinh chế 6.1.4.1. Tháp thô Lượng hơi cần cho tháp thô là: P = 17,774 (kg/100kg giấm). Lượng hơi dùng trong 1 ngày: 232.961,778 (kg/ngày). 6.1.4.2. Tháp tinh chế Lượng hơi cần cho tháp tinh chế trong 100kg giấm: P=10,526 kg/100kg giấm. Lượng hơi cần dùng trong một ngày: (kg/ngày). Vậy lượng hơi tiêu hao ở quá trình chưng cất - tinh chế trong một ngày là : D2 = 232.961,778 +137.963,074= 370.924,852 (kg/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -100- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.1.5. Tính lượng hơi cho quá trình gia nhiệt Lượng nhiệt cần cấp trong một ngày là : 21.142.153,18 (kcal).[theo mục 5.1.23. trang 79] Qh Lượng hơi cần dùng cho quá trình bốc hơi trong một ngày là : Di = i − iKK Ở t = 1100C thì i = 643,3 (kcal/kg), iKK = 110,1 (kcal/kg) [7, tr 312]. (kg/ngày). 6.1.6. Tính nhiệt lượng cho quá trình hấp phụ - giải hấp Quá trình hấp phụ - giải hấp được tiến hành qua 2 công đoạn: Trong đó: (1): là quá trình hấp phụ trong 8h (2): là quá trình giải hấp trong 6h 6.1.6.1. Quá trình hấp phụ Tính nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình hấp phụ ở 107,60C trong 8 giờ. Q1 = Q1n + Q2E Trong đó: Q1: Nhiệt tỏa ra khi zeolite hấp phụ nước. Q1E: Nhiệt tỏa ra khi zeolite hấp phụ etanol. Theo thí nghiệm của E.Lalik ta có bảng nhiệt hấp phụ của nước và Etanol: Bảng 6.1.Nhiệt hấp thụ của zeolite 3A Chất bị hấp phụ Nước etanol Nhiệt hấp phụ 0,02g zeolite (kJ/kg) 371,32 8,02 Ta có: Q1n = Mzeolite×∆HAdn = MTổng×∆HAdn =24.797,207 ×371,32= 9.207.698,903 (kJ) = 2.202.798,781 (kcal). Q1E = MTổng×∆HAdE = 24797,207 ×8,02 = 198.873,600 (kJ) = 47.577,416 (kcal). Vậy: Q1 = Q1n + Q2E = 9.406.572,503 (kJ) = 2.250.376,197 (kcal). Qh Tính chi phí hơi: D2 = i − iKK Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -101- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hơi đốt làm việc ở nhiệt độ t = 1330C thì i=651,6 (kcal/kg), iKK=133,4 (kcal/kg). Suy ra: D’2 =4.342,679 (kg/ngày) . Chi phí hơi cho quá trình hấp phụ trong 1 ngày là: 6.1.6.2. Nhiệt lượng cần thiết để thực hiện quá trình giải hấp phụ Theo thí nghiệm của E.Lalik ta có: Bảng 6.2. Nhiệt giải hấp phụ của etanol và nước trên zeolit 3A0 [10] Chất bị hấp phụ Nước Etanol Nhiệt hấp phụ (0,02g zeolit)(KJ/kg) 378,635 2,91 Nhiệt lượng cần thực hiện quá trình giải hấp phụ của nước trên zeolit 3A: Nhiệt lượng cần thực hiện quá trình giải hấp phụ của nước trên zeolit 3A là: Vậy tổng nhiệt lượng cần thiết thực hiện quá trình giải hấp phụ: =2.263.457,02 (Kcalo) Qh Tính chi phí hơi: D = i − iKK Hơi đốt làm việc ở nhiệt độ t = 1330C thì i=651,6 (kcal/kg), iKK=133,4 (kcal/kg). Suy ra: D’3 =4.367,922 (kg/ngày) . Chi phí hơi cho quá trình giải hấp trong 1 ngày là: (kg/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -102- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Vậy chi phí hơi cho quá trình hấp phụ - giải hấp: Dgia nhiệt - hấp phụ - giải hấp = D1 + D2 + D3 = 39.651,450 +13.028,037 +17.417,688 = 70.097,175 (kg/ngày) Bảng 6.3. Bảng tổng kết tính hơi STT 1 2 3 4 5 6 7 8 Công đoạn Lượng hơi (kg/ngày) Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tháp thô Tháp tinh Gia nhiệt Hấp phụ - giải hấp Tổng cộng 33.260,279 15.652,303 22.128,314 232.961,778 137.963,074 39.651,450 30.445,725 512.062,923 6.1.7. Tính và chọn lò hơi Lượng hơi thực tế dùng: (kg/ngày). Với η =0,9: Hệ số tổn thất nhiệt độ, mất mát do bảo ôn đường ống, thiết bị… Chọn lò hơi có: Kiểu ống lò, ống lửa nằm ngang. Năng suất :35.000 kg/h. Mã hiệu: LD 15/10. Năng suất sinh hơi: 15.000(kg/h). Áp suất làm việc: 10 (kg/cm2). Nhiệt độ hơi bão hòa: 1830C. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -103- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hiệu suất: 89 ÷ 90%. Điều khiển: hoàn toàn tự động. Nhiên liệu đốt: dầu DO, dầu FO, gas… Số lò hơi cần dùng là : = = 0,67. Vậy chọn 1 lò hơi 6.1.8. Tính nhiên liệu 6.1.8.1. Dầu F.O Nhiên liệu sử dụng chính cho lò hơi: Q: Nhiệt lượng của dầu, Q = 6.728,2 (Kcal/kg). Dtt: Năng suất hơi . Dtt = 568.958,803(kg/ngày) η : Hiệu suất lò hơi, η = 90%. ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 657,3 (Kcal/kg) [7, tr 213] in: Nhiệt hàm của nước ở áp làm việc, in = 152,2 (Kcal/kg) [7, tr 214] Suy ra: D = 47.458,804 (kg/ngày). Vậy lượng dầu nhà máy sử dụng trong 1 năm là: D = 47.458,804 × 330 = 15.661.405,26 (kg/năm). 6.1.8.2. Xăng Sử dụng cho các loại xe ở nhà máy. Lượng xăng sử dụng: 200 (lít/ngày). Như vậy 1 năm cần: 200 × 330 = 66.000 (lít/năm). 6.1.8.3. Dầu D.O Dùng để chạy máy phát dự phòng lấy trung bình 5 (kg/ngày). Lượng dầu sử dụng trong 1 năm: 5 × 330 = 1.650 (kg/năm). 6.2. Tính nước 6.2.1. Nước dùng cho phân xưởng nấu 6.2.1.1. Nước dùng để nấu nguyên liệu Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -104- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Theo cân bằng vật chất lượng nước nấu 1 ngày: m1= 472.131,144 (kg/ngày). (m3/ngày). Thể tích nước cần dùng để nấu: 6.2.1.2. Nước vệ sinh thiết bị nấu V2 = 15% × V1 = 0,15 × = 70,819 (m3/ngày). 6.2.1.3. Nước dùng cho phân xưởng nấu V = V1 + V2 =472,131 + 70,819= 542,95 (m3/ngày). 6.2.2. Nước dùng cho đường hóa Lượng nước cần dùng trong 1 ngày: m2 = Y = 273.049,180 (kg/ngày). Thể tích nước cần dùng cho đường hóa trong một ngày: (m3/ngày). 6.2.3. Nước dùng cho 6 thiết bị làm nguội ống lồng ống Theo mục 5.1.11. lượng nước cần cho 3 thiết bị làm nguội sau nấu chín là 19,523 (m3/h) = 468,552 (m3/ ngày). Theo mục 5.1.13. lượng nước cần cho 3 thiết bị làm nguội sau đường hóa là 23,393 (m3/h) = 561,432 (m3/ ngày). Lượng nước cần cho 6 thiết bị làm nguội ống lồng ống trong một ngày là : V= 468,552 + 561,432 = 1.029,984 (m3/ ngày). 6.2.4. Nước dùng cho phân xưởng lên men 6.2.4.1. Tính nhiệt cho thùng lên men chính Theo phụ lục 5 có lượng nước cần cho thùng lên men chính là: 14.416,681(kg/h). Thể tích nước cần cấp cho một thùng lên men chính: (m3/h) = 346.000 (m3/ngày). Thể tích nước cần cấp cho bảy thùng lên men chính: 346.000 x 7 =2.422,002 (m3/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -105- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.2.4.2. Tính nhiệt cho thùng nhân giống Thùng nhân giống cấp II: Lượng dịch sử dụng cho 1 ngày: 133.245,902 (lít/ngày). Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ:QII =133.245,902 1,13 = 150.567,869(kcal/h). Thùng nhân giống cấp I: Lượng dịch chứa trong thùng bằng 30% so với lượng dịch trong thùng gây men cấp II: 150.567,869 0,3 = 45.170,361 (lít) . Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: QI = 45.170,361 × 1,13 = 51.042,508(kcal/h). Lượng nhiệt do CO2 mang đi là 10%, toả ra môi trường xung quanh là 5%. Do đó lượng nhiệt còn lại cần giải phóng ở các thùng này là: QIC = 51.042,508 0,85 = 43.386,132 (kcal/h). QIIC = 150.567,869 0,85 = 127.982,689 (kcal/h). Diện tích truyền nhiệt cho ống xoắn ruột gà: Nước cấp cho nhân giống cấp I: (kg/h). Suy ra thể tích nước: (m3/h). Nước cấp cho nhân giống cấp II: (kg/h). Suy ra thể tích nước: (m3/h). Lượng nước cấp thùng nhân giống cấp 1: 4,339 (m3/h) =104,136 (m3/ngày). Lượng nước cấp thùng nhân giống cấp 2: 12,798 (m3/h) = 307,152 (m3/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -106- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lượng nước cần cho phân xưởng lên men: VLM=VC+VI+VII= 2.422,002 + 104,136 + 307,152 = 2.833,290 (m3/ngày). 6.2.5. Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất tinh chế Dựa vào phương trình cân bằng: G × r = Gn × Cn × (t’n – tn) [8, tr 32] Hay : G C (t1 – t2) = Gn Cn (t’n – tn) G: Lượng sản phẩm ngưng tụ làm nguội, (kg) . C: Nhiệt dung riêng của chất cần làm lạnh ngưng tụ (kcal/kg.độ). t1, t2: Nhiệt độ đầu và cuối của chất cần làm lạnh . Gn: Lượng nước dùng làm nguội (kg). Cn: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.độ). tn,t’n: Nhiệt độ đầu và cuối của nước (0C) 6.2.5.1. Bộ ngưng tụ tháp thô Lượng hơi rượu ra khỏi tháp thô là : (kg/h). Lượng hơi rượu cần ngưng tụ: G1 = Hơi cồn thô có nồng độ 45,458%V = 1.941,348 →r1 = rE . a1 + rn (1-a1). rE : Ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu rn : Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước . a1 : Thành phần cồn trong hỗn hợp . r1 = 314×0,45458 + 540×(1– 0,45458) = 437,265 (kcal/kg) t’n = 500C, tn = 200C, Cn = 1 (kcal/kgđộ) G1×r1 = Gn1×Cn×(t’n – tn) Gn1= Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày (kg/h)= 679,107 (m3/ngày). SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -107- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 6.2.5.2. Bộ ngưng tụ hồi lưu tháp tinh chế Phương trình cân bằng: G2 r2 = Gn2 Cn (t’n – tn) [8, tr 32]. G2: Lượng rượu ra khỏi tháp tinh. (kg/h). Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nồng độ: 93,836% khối lượng. r2 = 228×0,93836+ 540×(1– 0,93836) = 247,232 (kcal/kg). = 57.571,843(kg/h) =1.381,724 (m3/ngày). 6.2.5.3. Lượng nước cần làm nguội dầu fusel Phương trình cân bằng: Gf Cf (t2 – t1) = Gn 3 Cn (t’n – tn) [8, tr 32]. Gf : Lượng dầu fusel. Gf = 3147,541 (lít/ngày). t2 = 80 (0C) , t1 = 30 (0C) , t’n = 70 (0C) , tn = 20 (0C) , Cf = 0,883 kcal/kg.độ. (lit/ngày)=2,779 (m3/ngày) . Gn3= 6.2.5.4. Lượng nước cần ngưng tụ làm nguội cồn thành phẩm Phương trình cân bằng: GTC CTC (t2 – t1) = Gn4 Cn (t’n – tn) [8, tr 32] GTC : Lượng cồn tinh chế. GTC = 96.000(lít/ngày). t2 = 78 (0C) , t1 = 30 (0C) , t’n = 70 (0C) , tn = 20 (0C) . Gn4= (lit/ngày) = 80,179 (m3/ngày) . 6.2.5.5.Lượng nước cần làm lạnh cồn đầu Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Gđ×Cđ×(t2 - t1) = Gn3×Cn×(t’n – tn) Gđ - Lượng cồn đầu, Gđ = 3147,541 (lít/ngày) t2 = 790C; t1 = 300C, t’n = 700C ; tn = 200C, Cđ = 0,645 (kcal/kg.độ). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -108- GVHD: KS. Bùi Viết Cường (lít/ngày) = 1,989 (m3/ngày). Gn3 = Vậy lượng nước cần dùng trong phân xưởng chưng cất – tinh chế là : Gn = = 679,107 +1.381,724 + 2,779+ 80,179+ 1,989=2.145,778 (m3/ngày) 6.2.6. Nước cho lò hơi Lượng hơi dùng cho lò hơi trong 1 ngày: 568.958,803(kg/ngày). Nếu ta cho 1 lít nước sẽ tạo ra 1 kg hơi và giả sử tổn thất là 10% thì lượng nước dùng cho 1 ngày: 568.958,803 × 1,1 = 625.854,683 (kg/ngày)= 625,855 (m3/ngày). 6.2.7. Lượng nước dùng cho sinh hoạt 6.2.7.1. Nước dùng cho bể tắm Tính cho 60% công nhân, dùng 25 lít trong 1 ngày cho 1 người. Vậy lượng nước dùng trong 1 ngày là: 3 × 25 × 30 × 0,6 = 1.350 (lít/ngày). Nên thể tích nước cần cung cấp cho bể tắm: (m3/ngày). 6.2.7.2. Nước dùng cho nhà ăn Tính 20 lít cho 1 người trong 1 ngày, lượng nước cần: 20/3 x 35 + 20 x 30 = 833,333 (lít). Thể tích nước cần cho nhà ăn 1 ngày: (m3/ngày). 6.2.7.3. Nước dùng rửa xe Sử dụng : 4 (m3/ngày). 6.2.7.4. Nước dùng các mục đích khác Sử dụng 2 m3/h = 48 (m3/ngày). Tổng lượng nước cần cấp cho nhà máy trong một ngày: 6.082,754 (m3/ngày). 6.2.8. Bơm cao áp để cấp nước cho toàn nhà máy Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -109- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Theo tài liệu [7, tr446] chọn bơm li tâm 1 cấp nằm ngang (loại bơm K), có các thông số kỹ thuật : Năng suất 125m3/h, áp suất toàn phần 55m, số vòng quay 1500 vòng/phút. Chiều cao hút 1,6m, nhiệt độ chất lỏng nhỏ hơn 1250C. Thể tích nước cần bơm trong 1 giờ là : 253,44 (m3/giờ) Số lượng bơm: → chọn 3 bơm. Chương 7 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -110- GVHD: KS. Bùi Viết Cường TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 7.1.Tổ chức của nhà máy 7.1.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy Giám đốc PGĐ kinh doanh PGĐ kỹ thuật Phòng kinhPhòng doanhtàiPhòng chính tàiPhòng chính kế Phòng hoạch y tế - Phòng bảo vệkỹ thuật Phòng KCS Phòng cơ điện vụ điện 7.1.2. Tổ chức lao động Nhà máy làm việc Mỗi ngày làm việc 3 ca: Ca 1: Từ 6h – 14h, Ca 2: Từ 14h – 22h, Ca 3: Từ 22h – 6h sáng hôm sau. Khối hành chính làm việc 8 h/ngày. Sáng: Từ 7h – 11h30 Chiều: Từ 13h30 – 17h 7.1.2.1. Nhân lực lao động gián tiếp - Giám đốc: 1 - Phó giám đốc:2 - Phòng tài vụ: 3 - Phòng kinh doanh: 3 - Phòng kế hoạch: 3 - Phòng y tế: 2 - Phòng kỹ thuật: 4 - Nhà ăn, căn tin: 4 - Nhà vệ sinh: 2 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày - Phòng hành chính: 2 - Phòng KCS: 3 - Phòng bảo vệ: 6 SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -111- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Tổng cộng : 35 người. 7.1.2.2. Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp Bảng 7.1. Nhân lực lao động cho sản xuất trong nhà máy STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Tổn Chức năng Trưởng ca Xử lý nguyên liệu Khu nấu nguyên liệu Khu lên men Khu chưng cất – tinh chế và hấp phụ Phân xưởng cơ điện Thu hồi CO2 Lò hơi Xử lý nước Kho nguyên liệu Kho thành phẩm Kho nhiên liệu Tổ bơm Tổ lái xe Lái xe lãnh đạo nhà máy Trạm máy nén Số người Số ca 1 3 3 3 3 3 2 3 3 3 4 3 1 3 2 3 2 3 1 3 1 3 1 3 2 3 2 3 1 1 3 30 Tổng nhân lực lao động nhà máy là: 35 + 88 = 123 người. Tổng số người 3 9 9 6 9 12 3 6 6 3 3 3 6 6 1 3 88 Số người của cùng 1 ca đông nhất sẽ bằng tổng số người lao động gián tiếp và số người lao động trực tiếp của 1 ca: 35 + 30 = 65 người. 7.2. Tính các công trình xây dựng 7.2.1. Khu sản xuất chính Khu sản xuất chính bao gồm 3 khu: Khu xử lý nguyên liệu, nấu đường hoá nhân giống, khu lên men, khu chưng cất – tinh chế và hấp phụ. 7.2.1.1. Khu nấu – đường hóa và nhân giống Khu này được xây dựng 2 tầng để tận dụng được sự chiếu sáng, thông gió và tận dụng sự tự chảy của bán thành phẩm giảm chi phí năng lượng cho quá trình vận chuyển: Tầng 1: Bước cột 6m, nhịp nhà 12m, kích thước: 54 × 12 × 7,2 (m) Tầng 2: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 54 × 12 × 7,2 (m) Diện tích của khu nấu – đường hóa: 648 (m2). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -112- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.2.1.2. Khu lên men Khu lên men và nấu đặt gần nhau để tiết kiệm chi phí lắp đặt đường ống và giảm hao hụt trong quá trình vận chuyển. Ở khu lên men các thùng lên men được đặt ở ngoài trời. Đối với các thùng lên men và thùng giấm chín đặt ngoài trời: Chiều dài: 42 m, chiều rộng: 17 m, chiều cao 15 m. Diện tích khu lên men ở ngoài trời: 714 (m2). 7.2.1.3. Khu chưng cất – tinh chế và hấp phụ giải hấp Khu chưng cất - tinh chế và hấp phụ được xây dựng gần khu lên men để tiết kiệm đường ống cũng giống như sự hao hụt giấm chín. Đây là khu chứa thiết bị có chiều cao, tải trọng lớn nên đặt tháp chưng cất – tinh chế và hấp phụ ở ngoài trời, còn một số thiết bị được đặt trong phân xưởng. Phần đặt ngoài trời có chiều dài 17 (m), chiều rộng 8 (m), chiều cao 20 (m). Diện tích khu đất chưng cất – tinh chế ở ngoài trời: 136 (m2). Như vậy khu sản xuất ngoài trời có chiều dài 54 m, chiều rộng 19 m. 7.2.2. Phân xưởng cơ điện Phân xưởng này là nơi đặt các thiết bị sửa chữa cơ khí, điện. Phân xưởng là nhà một tầng kích thước 18 × 9 × 6 (m). Diện tích: 162m2. 7.2.3. Kho nguyên liệu Đây là nơi dự trữ nguyên liệu sắn để cung cấp cho phân xưởng nấu. Lượng nguyên liệu trong kho đủ sản xuất trong 20 ngày. Nguyên liệu được cho vào bao 50kg, kích thước bao: Chiều dài bao 0,8 m, Đường kính bao 0,5 m. Trong kho các nguyên liệu xếp chồng nhau tạo thành khối. Theo bảng 4.3: Lượng nguyên liệu cần sản xuất trong một ngày: 262.295,082 kg. Lượng nguyên liệu dùng trong 20 ngày: 262.295,082 ×20 = 5.245.901,64 kg. Thể tích một bao nguyên liệu chiếm chỗ: V = h×π×R2 = 0,8×3,14×0,252 =0,157 (m3). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -113- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Thể tích nguyên liệu dung trong 20 ngày chiếm chỗ: (m3). V1= Chọn hệ số chứa đầy của kho là 0,8 thể tích thực nguyên liệu chiếm chỗ: VTT = (m3). Kích thước kho: 70 m x 35 m x 7,8 m. 7.2.4. Kho thành phẩm Thành phẩm bio-etanol là một chất dễ cháy, do đó thành phẩm được xây dựng cách phận xưởng sản xuất chính một khoảng cách thích hợp và phải nằm cuối hướng gió để khi có hỏa hoạn xảy ra giảm thiểu được sự ảnh hưởng đến phân xưởng sản xuất chính. Thùng chứa thành phẩm trong kho có hình trụ, được chế tạo bằng thép. Lượng cồn sản xuất trong 1 ngày là 96.000 (lít) = 96 (m 3). Kho thành phẩm được xây dựng có kích thước chứa thành phẩm sản xuất trong 10 ngày: 960 (m 3). Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 2,8 m, chiều cao thùng 4,6 m. Thể tích của mỗi thùng là V = 3.14×1,42×4,6 = 29,5 (m3). Số thùng cần dùng là: . Chọn 33 thùng. Chọn ba dãy thùng chứa song song nhau, mỗi dãy thùng cách nhau 1m, trong cùng dãy thùng sắp xếp các thùng gần nhau. Vậy kích thước của phòng chứa cồn thành phẩm là: 33 x 12 x 6 (m). Diện tích kho: 396 (m2). 7.2.5. Phân xưởng lò hơi Phân xưởng lò hơi do dễ cháy nổ nên đặt cuối hướng gió. Phân xưởng này chứa các thiết bị lò hơi và các bộ phận của hệ thống tạo hơi đốt cho nhà máy. Xây dựng phân xưởng kích thước: 12 × 6 × 6 (m), diện tích: 72(m2). Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -114- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.2.6. Nhà hành chính Bao gồm các phòng sau : - Phòng giám đốc: 6×4=24 (m2) - Phòng phó giám đốc: 2×( 6×4)= 48(m2) - Phòng tài vụ: 6 × 4 = 24 (m2) - Phòng tổ chức hành chính: 6×4 =24 (m2) - Phòng kỹ thuật: 6 × 4 = 24 (m2) - Phòng kế hoạch kinh doanh: 6×4=24(m2) - Hội trường: 18 × 6 = 108 (m2) - Phòng y tế: 4 × 4 = 16 (m2) Tổng diện tích: 288 (m2) Xây dựng nhà hai tầng, kích thước: tầng 1: (24 × 6 × 4) m, tầng 2: (24 × 6× 4) m. 7.2.7. Khu xử lý nước Dùng để xử lí nước dùng cung cấp cho lò hơi, nấu, lên men, chưng cất, sinh hoạt, vệ sinh thiết bị. Kích thước: 6 × 6 × 6 (m), diện tích của trạm nước: 36 (m 2). 7.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm Tính cho 60 % của ca đông nhất: 60 × 30/65 = 28 (người). Xây dựng nhà tắm và vệ sinh riêng cho khu nam và nữ, nhà máy có tỉ lệ nam khoảng 65%, tỉ lệ nữ khoảng 35%. Số phòng tắm tính trung bình: 7 (người/phòng). Vậy cần xây dựng 6 phòng, trong đó có 4 phòng nam và 2 phòng nữ. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Phòng WC tương tự là 6 phòng. Kích thước mỗi phòng: 2 × 1,5 × 3 (m). Vậy kích thước nhà vệ sinh và nhà tắm: 12 × 4 × 3 (m), Diện tích: 48 (m2). 7.2.9. Nhà ăn, căng tin Tính cho 2/3 số lượng công nhân của ca đông nhất: người. Diện tích cho mỗi người là 2,25 (m2), diện tích nhà ăn: 44 × 2,25 = 99 (m2). Kích thước nhà ăn: 12 × 9 × 4 (m), diện tích của nhà ăn, căng tin: 108 (m2) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -115- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 7.2.10. Nhà chứa máy phát điện tạm thời Để đảm bảo cho nhà máy sản xuất liên tục khi điện mất đột ngột, nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng. Kích thước: 6 6 4 (m). Diện tích: 36 (m2). 7.2.11. Trạm biến áp Trạm biên áp để hạ thế đường cao áp xuống lưới điện nhà máy sử dụng. Trạm nằm ở góc nhà máy nơi ít người qua lại. Kích thước trạm: 4 4 6(m), diện tích: 16(m2) 7.2.12. Gara ôtô Đây là nơi để xe của nhà máy và cũng là trạm bảo quản và sửa chữa xe. Số xe của nhà máy bao gồm: - 01 xe lãnh đạo nhà máy. - 03 xe đưa đón công nhân. - 06 xe chở hàng. Kích thước gara: ( 24 × 6 × 6) m, diện tích Gara ôtô: 144 (m2). 7.2.13. Nhà để xe Tính 80 % công nhân ở ca đông nhất:52 (người). 1,5 m2 cho 1 xe máy nên diện tích là: 87 (m2). Kích thước là: 20× 4,4× 3 (m), diện tích của nhà để xe : 88 (m2). 7.2.14. Phòng thường trực và bảo vệ Phòng xây dựng gần cổng ra vào nhà máy. Gồm 2 phòng, 1 phòng ở cổng trước và 1 phòng ở cổng sau. Kích thước mỗi phòng: 4 × 4 × 4 (m), diện tích phòng: 16 (m 2). 7.2.15. Khu xử lý bã và nước thải Kích thước khu xử lý bã và nước thải: 15 × 6 × 6 (m), diện tích: 90 (m 2). 7.2.16. Kho nhiên liệu Dùng để chứa dầu đốt cho lò hơi, xăng xe và máy phát dự phòng: Kích thước: 12 × 6 × 5 (m), diện tích kho nhiên liệu: 72 (m2). 7.2.17. Trạm bơm Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -116- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Kích thước của trạm bơm: 6 × 6 × 6 (m), diện tích trạm bơm: 36 (m 2). 7.2.18. Trạm máy nén và thu hồi CO2 Kích thước: 12 × 6 × 6 (m), diện tích trạm máy nén và thu hồi CO2: 72 (m2). Bảng 7.2. Bảng tổng kết các công trình STT Tên công trình 1 Khu nấu, đường hóa, nhân giống 2 Kích thước (m) Diện tích (m2) 57 × 12 × 14,4 648 3 Khu sản xuất ở ngoài trời Phân xưởng cơ điện lạnh 54 × 19 × 20 9 × 18 × 6 1.026 162 4 Kho nguyên liệu 70 × 35 × 7,8 2.450 5 Kho thành phẩm 29 x 14 x 6 396 6 Phân xưởng lò hơi 12 × 6 × 6 72 7 Kho vật tư 12 × 6 × 6 72 8 Nhà hành chính 24 × 6 × 8 144 9 Nhà xử lý nước 6×6×6 36 10 Nhà vệ sinh – nhà tắm 12 × 4 × 3 48 11 Nhà ăn – căn tin 12 × 9 × 4 108 12 Trạm biến áp 4×4×6 16 13 Trạm bơm 6×4×4 24 14 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 6×6×4 36 15 Gara ôtô 24 × 6 × 6 144 16 Nhà để xe 18 × 5 × 3 90 17 Phòng thường trực bảo vệ 2 × (4 × 4 × 4) 32 18 Kho nhiên liệu 12 × 6 × 5 72 19 Bể xử lý bã và nước thải 15 × 6 × 6 90 20 Trạm máy nén và thu hồi CO2 12 × 6 × 6 72 21 Tổng cộng 7.3. 5.738 Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy 7.3.1. Khu đất mở rộng Trong thực tế do năng suất của nhà máy chưa phải là lớn nên việc quy hoạch từ Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -117- GVHD: KS. Bùi Viết Cường ban đầu để có một khu đất mở rộng là hết sức cần thiết, thông thường khu đất dùng để dự trữ cho việc mở rộng nhà máy có thể chiếm từ a = 75÷100% diện tích khu sản xuất chính, chọn a = 75%. Diện tích khu đất mở rộng: Fmr = 75% × 1674= 1.256(m2). Kích thước của khu đất là: 53 × 24 (m). 7.3.2. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy FKD = [6, tr 44] FKD: Diện tích khu đất. FXD: Diện tích xây dựng công trình. FXD = 5.738 (m2). KXD: Hệ số xây dựng. Nhà máy thực phẩm KXD = 30÷50%. Chọn Kxd = 35%. FKD = (m2). Diện tích khu đất: 130 x 120 (m). 7.3.3. Tính hệ số xây dựng KSD = [6, tr 44] KSD: Hệ số sử dụng. Đánh giá chỉ tiêu kinh tế - kỹ thuật tổng mặt bằng. FSD: Diện tích sử dụng khu đất, FSD = FCX + FGT + Fhè, rãnh + FXD. Trong đó: Nên: FCX: Diện tích trồng cây xanh: FCX = 0,35 × FXD =2.008,3 (m2). FGT: Diện tích giao thông: FGT = 0,4 × FXD = 2.295,2 (m2). Fhè, rãnh: Diện tích hè rãnh: Fhè, rãnh =0,3×FXD = 1.721,4 (m2). FSD =2.008,3 + 2.295,2+ 1.721,4+ 5738 = 11.762,9(m2). KSD= Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày . Vậy Kxd = 35%, KSD = 0,718. SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -118- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 8.1. An toàn lao động An toàn lao động trong nhà máy đóng vai trò rất quan trọng. Nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất, sức khoẻ và tính mạng của công nhân cũng như tình trạng máy móc, thiết bị. Vì vậy cần phải được quan tâm đúng mức, phổ biến rộng rãi để công nhân hiểu được tầm quan trọng của nó. Nhà máy phải đề ra nội quy, biện pháp chặt chẽ để đề phòng tai nạn lao động và đảm bảo an toàn trong quá trình sản xuất. 8.1.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn - Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ. - Các thiết bị bảo hộ lao động còn thiếu hoặc không đảm bảo an toàn. - Ý thức tổ chức kỷ luật lao động của công nhân chưa cao. - Vận hành máy móc, thiết bị không đúng theo quy trình kỹ thuật. - Trình độ công nhân còn yếu và các máy móc thiết bị được trang bị chưa tốt. 8.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động - Tại các bộ phận phải có biển báo an toàn và quy trình sử dụng từng thiết bị. - Bố trí, lắp đặt các thiết bị phù hợp với quy trình sản xuất. - Các đường ống hơi nhiệt phải có lớp bảo ôn, áp kế. - Kho xăng dầu phải đặt xa nguồn nhiệt, phải có các bình CO 2 chống cháy, không được hút thuốc. - Người công nhân vận hành phải thực hiện đúng chức năng của mình, phải chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu máy móc hư hỏng do quy trình vận hành của mình. - Kỷ luật của nhà máy phải thực hiện nghiêm để xử lí các trường hợp vi phạm. 8.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -119- GVHD: KS. Bùi Viết Cường 8.1.3.1. Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc Các phòng, phân xưởng sản xuất phải có đủ ánh sáng và thích hợp với từng công việc. Ban ngày tận dụng ánh sáng tự nhiên qua các cửa sổ, cửa mái để tiết kiệm năng lượng điện. Ban đêm sử dụng đèn chiếu sáng phải đảm bảo đủ độ sáng. 8.1.3.2. Thông gió Tận dụng tối đa sự lưu thông không khí trong nhà máy, bằng cách xây dựng các cửa sổ, cửa trời trên mái. Bảo đảm sự chênh lệch nhiệt độ trong phân xưởng và môi trường không quá 3 50C. Tại các bộ phận sinh nhiệt như: nấu sơ bộ, nấu chín, làm nguội, có bố trí quạt gió để tăng cường sự phân tán nhiệt. Tạo điều kiện thoải mái cho công nhân làm việc. 8.1.3.3. An toàn về điện Hệ thống điều khiển phải được tập trung vào bảng điện, có hệ thống chuông điện báo và đèn màu báo động. Các đường dây dẫn điện được cách điện an toàn và bố trí dọc tường hay đi ngầm dưới mặt đất. Các thiết bị điện phải được che chắn bảo hiểm. Phải có phương tiện bảo vệ cá nhân và biện pháp cấp cứu người bị nạn. Phòng chống sự phát sinh tĩnh điện trong vận hành. Phải có rơ le để đề phòng khi quá tải. 8.1.3.4. An toàn sử dụng thiết bị - Thiết bị, máy móc phải sử dụng đúng chức năng đúng công suất. - Mỗi loại thiết bị phải có hồ sơ rõ ràng, sau mỗi ca làm việc phải có sự bàn giao máy móc, nêu rõ tình trạng để ca sau xử lí. - Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc, có chế độ vệ sinh, sát trùng vô dầu mỡ thiết bị. 8.1.3.5. Phòng chống cháy nổ a. Nguyên nhân xảy ra cháy nổ là do: Chập mạch điện, nhiên liệu dễ bắt lửa, các thiết bị đóng cặn, bị ăn mòn lâu ngày bị nổ, các phản ứng hoá học xảy ra trong quá trình sản xuất. b. Ðể hạn chế cháy nổ cần có biện pháp sau: − Không hút thuốc tại kho nguyên liệu, xăng dầu, gara ôtô. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -120- GVHD: KS. Bùi Viết Cường − Bố trí sản xuất có khoảng cách thích hợp để tránh lây lan. − Các bộ phận gây cháy nổ như: kho chứa thành phẩm, lò hơi phải được đặt cuối hướng gió. − Những thiết bị dùng điện phải có vỏ an toàn. − Có bể chứa nước chữa cháy, thiết bị chữa cháy phải được trang bị đầy đủ. 8.1.3.6. An toàn hóa chất Các hoá chất phải đặt đúng quy định. Khi sử dụng phải tuân theo quy định đề ra tránh gây độc hại, ăn mòn và hư hỏng thiết bị. 8.1.3.7. Giao thông trong nhà máy Nhà máy cần thiết kế các lối đi lại có chiều rộng hợp lý, các cầu thang rộng và chịu lực, dễ dàng đi lại. Ngoài ra bố trí các cửa ra vào hợp lý để khi có sự cố dễ dàng thoát hiểm. 8.1.3.8. Chống sét Để đảm bảo an toàn cho công nhân trong nhà máy cần phải có cột thu lôi cho các vị trí cao như là: nóc phân xưởng sản xuất chính, đỉnh của tháp thô và tháp tinh. 8.2. Vệ sinh nhà máy Vấn đề vệ sinh xí nghiệp có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với nhà máy sản xuất cồn. Nếu tiêu chuẩn vệ sinh trong nhà máy không đảm bảo sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh phát triển. 8.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân - Công nhân phải mặc áo quần sạch sẽ, đội mũ, đeo khẩu trang, đi ủng và mang găng tay và phải có bịt tai. - Không được ăn uống trong khu sản xuất. - Thực hiện tốt chế độ khám sức khoẻ định kì cho công nhân. 8.2.2. Vệ sinh máy móc thiết bị Máy móc, thiết bị phải được vệ sinh sạch sẽ. Đặc biệt các thùng lên men phải được vệ sinh, sát trùng kỹ để chuẩn bị lên men lượng dịch tiếp theo, nhằm hạn chế tối đa sự nhiễm tạp khuẩn làm giảm hiệu suất lên men. 8.2.3. Vệ sinh xí nghiệp Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -121- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc. 8.2.4. Xử lý phế liệu trong quá trình sản xuất Phế liệu trong quá trình sản xuất như bã hèm là phế liệu dễ gây nhiễm bẩn. Sau mỗi mẻ sản xuất cần chứa đúng quy định và xử lí để sản xuất phân bón vi sinh, hoặc thức ăn gia súc. 8.2.5. Xử lý nước thải Nước thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ nên vi sinh vật dễ phát triển gây ô nhiễm môi trường sống của con người. Vì vậy vấn đề xử lí nước thải rất quan trọng đối với nhà máy. Nhà máy sử dụng phương pháp sinh học để xử lí nước thải. Nguyên tắc làm việc hệ thống như sau: Nước thải chảy xuống bể lắng và đi ra ngoài. Do sự tiếp xúc của nước thải và vi sinh vật trên bề mặt vật liệu xốp nên quá trình xử lý được tiến hành khá nhanh. Vật liệu xốp ở đây có thể là gốm, sứ, đá dăm với độ xốp cao. Ưu điểm của bể lắng sinh học là quá trình làm sạch nhanh, liên tục thiết bị đơn giản, dễ làm, rẻ tiền và dễ ứng dụng. 8.2.6. Xử lý nước dùng trong sảu xuất Các nguồn nước đều không đạt tiêu chuẩn về chất lượng để sản xuất rượu. Do đó cần phải xử lý nước trước khi đưa vào sản xuất. Nhà máy sử dụng phương pháp kết tủa các ion Ca2+, Mg2+. Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -122- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 9 KIỂM TRA SẢN XUẤT 1 Kiểm tra nguyên liệu 1 Xác định độ ẩm Cách tiến hành: (phụ lục 6) Độ ẩm nguyên liệu % được tính: Với: , % [5, tr 214] G1: khối lượng của hộp và bột trước khi sấy, g G2: khối lượng của hộp và bột sau khi sấy, g G0: khối lượng của hộp không, g 2 Xác định hàm lượng tinh bột Xác định theo phương pháp hóa học. Cách tiến hành: (phụ lục 6) Hàm lượng tinh bột: [5, tr 215-216] Trong đó: a: Số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua kali K3Fe(CN)6. b: Số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân. m: Số gam bột ở mẫu thí nghiệm. 0,9: Hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. 3 Xác định lượng protein thô và nitơ hòa tan trong nguyên liệu Xác định hàm lượng protein bằng phương pháp Kjeldal [5, tr 225-227] Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 6) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -123- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hàm lượng nitơ trong mẫu thí nghiệm được tính: Trong đó: a: Số ml H2SO4 0,1N cho vào bình dung dịch chưng b: Số ml NaOH 0,1N định phân lượng axit dư 0,0014: Hàm lượng nitơ tương ứng với dung dịch H2SO4 0,1N m: Lượng bột sắn 2 Xác định hoạt độ của chế phẩm enzim trong nấu và đường hóa tinh bột Xác định hoạt độ đường hoá chung theo Linơ [5, tr 238-239]: Cách tiến hành: (phụ lục 6) Giả sử số ml dịch thuỷ phân chuẩn hết là a, dịch enzim hết là b. Hệ số Linơ: Li = (0,1: tỉ số pha loãng dịch enzim trong thí nghiệm) 3 Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín sau lên men 1 Độ rượu trong giấm Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 6) Độ rượu trong giấm: (mg/100ml) [5, tr 240-242] A: số ml Na2S2O3 tiêu hao trong thí nghiệm A0: số ml Na2S2O3 tiêu hao trong mẫu trắng 1,15: lượng rượu tương ứng với 1ml Na2S2O3 0,1N 2 Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín Xác định tổng hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp thủy phân bằng acid [5, tr 243 – 246]. Cách tiến hành: (phụ lục 6) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -124- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hàm lượng đường sót trong giấm chín được tính: Tổng lượng tinh bột và đường trong giấm chín: Trong đó : n là hệ số pha loãng của giấm chín 3 Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường trong giấm chín Nồng độ chất hòa tan sau lên men đo bằng đường kế ở nhiệt độ 200C. Lấy dịch lọc giấm chín cho vào ống đong 250ml rồi dùng đường kế đo và đọc kết quả trên vạch chia độ sau đó quy về 20oC bằng cách tra bảng [5, tr 250]. 4 Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 1 Nồng độ cồn: phụ lục 6 2 Hàm lượng axit và este trong cồn Cách tiến hành: (phụ lục 6) Hàm lượng axit tính theo công thức: Trong đó: (mg/l) [5, tr 255-256]. V: Số dung dịch NaOH 0,1N tiêu hao khi định phân 6: Số mg acid axetic ứng với 1ml NaOH 0,1N 10: Hệ số chuyển thành 1 lít 100: Hệ số chuyển thành cồn 100% C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích Hàm lượng este trong cồn được xác định: E = V 8,8 10 100/C, mg/l V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N 3 Xác định lượng aldehyt theo phương pháp Iốt Cách tiến hành: (phụ lục 6) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -125- GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hàm lượng andehyt được xác định: (mg/l) [5, tr 257] V, V0: số ml dung dịch I2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng 0,22: số mg aldehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I2 0,01N C: số ml cồn mẫu lấy để phân tích 4 Xác định hàm lượng ancol cao phân tử Cơ sở và cách tiến hành: (phụ lục 6) Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: (mg/l hay %) [5, tr 259] a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu, C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. 5 - Xác định lượng ancol metylic Cơ sở: (phụ lục 6) Tiến hành: Lấy ống nghiệm to (18 x 180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn cộng thêm 5ml KMnO4 1N và 0,4ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc. Lắc nhẹ và để yên, sau 3 phút thêm vào đó 1ml axit oxalic bão hòa để khử lượng KMnO4 dư. 2KMnO4 + 3H2SO4 + 5(COOH)2à 10CO2 + K2SO4 + MnSO4 + 8H2O Khi dung dịch có màu vàng, thêm vào 1ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc, khi mất màu dùng ống hút cho vào 5ml dung dịch fucxin lắc nhẹ và để 25÷30 phút. Song song tiến hành thí nghiệm với mẫu chứa ancol metylic đã biết trước. Sau 25÷30 phút nếu màu của ống chứa cồn thí nghiệm nhạt hoặc bằng màu của dung dịch mẫu thì xem như là đạt tiêu chuẩn về hàm lượng ancol metylic, nếu màu của thí nghiệm đậm hơn là không đạt [5, tr 261]. 6 - Xác định hàm lượng furfurol Cơ sở: (phụ lục 6) Tiến hành: Lấy ống nghiệm 25ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt aniline và 3 giọt HCl vào ống nghiệm. Tiếp theo cho 10 ml cồn rồi lắc đều và để yên. Nếu sau 10 phút hỗn hợp vẫn không màu thì cồn là đạt tiêu chuẩn, nếu xuất hiện màu hồng thì xem như cồn Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -126- GVHD: KS. Bùi Viết Cường không đạt tiêu chuẩn do có chứa nhiều furfurol [5, tr 262]. 7 Xác định thời gian oxy hóa Dùng ống đong 50ml có nút nhám cho vào 50ml cồn thí nghiệm rồi đặt vào nồi giữ nhiệt ở 200C, sau 15 phút dùng ống hút cho vào 1ml dung dịch KMnO 4 0,02%. Đậy nút nhám và lắc đều rồi đặt vào nồi giữ tiếp ở 20 0C. Màu của KMnO4 sẽ dần dần thay đổi cho tới khi đạt tới màu của dung dịch mẫu cùng rót đầy vào một ống đong khác. Thời gian từ khi cho KMnO4 vào cho tới khi kết thúc được xem là thời gian oxy hóa. Thời gian càng dài chứng tỏ cồn có chất lượng càng tốt. Dung dịch mẫu: Cân chính xác 0,25g CoCl 2 và 0,28g UO2(NO2)2 hòa tan thành 100ml. Nên dùng mẫu của cục Tiêu Chuẩn Đo Lường Chất Lượng Việt Nam . Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -127- GVHD: KS. Bùi Viết Cường MỤC LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -128- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -129- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -130- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -131- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -132- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -133- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -134- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -135- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -136- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -137- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -138- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -139- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -140- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -141- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -142- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -143- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -144- Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96.000 lít sản phẩm/ngày GVHD: KS. Bùi Viết Cường SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A [...]... 3.2 Máy nghiền búa 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 Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH:... nấu: 18% Nồng độ dịch lên men: 16% Hiệu suất đường hoá: 97% Hiệu suất lên men: 98% Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97% Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -35- - Hiệu suất tách nước: 98% Hiệu suất thu hồi: - Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn: GVHD: KS Bùi Viết Cường Bảng 4.1 Bảng hao hụt và... chu kì) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -17- GVHD: KS Bùi Viết Cường 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 -... hợp bị sự cố Từ bộ phận điều chỉnh mức khối nấu liên tục được chuyển đến thiết bị tách sang hơi, tại đây hơi được tách và Hình 3.5 Nồi nấu chín quay về nồi nấu sơ bộ Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -27- GVHD: KS Bùi Viết Cường Thiết bị tách hơi được tính toán sao cho sau khi khối nấu vào thiết bị 15÷20... quyết định hiệu suất lên men 3.2.5.2 Tiến hành Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -28- GVHD: KS Bùi Viết Cường 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... Số ngày sản xuất 3 Số ca sản xuất 90 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 28 31 29 30 30 3 0 29 31 30 31 84 93 87 90 90 91 0 87 93 90 93 0 3 Tổng số ngày sản xuất: 330 ngày, tổng số ca sản xuất: 990 ca 4.3 Tính cân bằng sản phẩm 4.3.1 Các thông số ban đầu - Năng suất: 96. 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... nhiệt độ thấp, có thể tiến hành ở áp suất thường, áp suất dư hoặc áp suất thấp (trong chân không) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -22- GVHD: KS Bùi Viết Cường 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 Nấu sơ bộ Enzyme Termamyl... tổn thất 2 (%) 0,5 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% 4.3.2 Tính toán cân bằng vật chất 4.3.2.1 Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: M (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -36- GVHD: KS Bùi... H2SO4, Na2SiF6 Làm nguội Lên men Nấm men phòng thí nghiệm Nấm men sản xuất Giấm chín *Cồn đầu Hơi Tháp thô Bã rượu Cồn thô * Cồn nhạt Dầu fusel Tháp tinh chế Hơi Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô năng suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày Cồn đầu * SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -23- GVHD: KS Bùi Viết Cường Cồn 96 0 Gia nhiệt Hơi Hấp phụ Zeolit Giải hấp phụ Cồn tuyệt đối (99,97%v)... cồn từ 82÷830C đến 102÷1100C 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 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp -32- GVHD: KS Bùi Viết Cường Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nhiệt độ 82÷830C được đưa vào thiết bị gia nhiệt theo cửa nạp liệu (1) Hơi nhiệt độ 250÷2600C từ ... cao nhiệt độ thấp, tiến hành áp suất thường, áp suất dư áp suất thấp (trong chân không) Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp:... + Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị tiết kiệm diện tích nhà xưởng Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: 09H2A... Ngưng tụ 0,5 98.885,246 18 Thành phẩm 96. 000 (lit) (lit) 4.120,219 (lit) 4.000 (lit) Chương Thiết kế nhà máy sản xuất bio - etanol từ sắn lát khô suất 96. 000 lít sản phẩm/ngày SVTH: Lê Thị Đông Lớp: