Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường năng suất 75000 lítngày ( full bản vẽ )

Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon và đắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân, luôn có mặt trong mọi cuộc vui đến bữa ăn hằng ngày. Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: trong công nghệ hoá chất, làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu. Đối với quốc phòng rượu etylic được dùng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn. Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ. Trong tương lai rượu được sử dụng làm nhiên liệu sinh học vì sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường. Để sản xuất cồn người ta có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau như: gạo, ngô, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đó việc sản xuất cồn etylic từ rỉ đường có ý nghĩa kinh tế cao: không có các quá trình nghiền, nấu nguyên liệu và đường hóa dịch cháo nấu như đối với các loại nguyên liệu từ tinh bột như: gạo, ngô, khoai, sắn… Trên cơ sở đó, sau quá trình học tập em được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường năng suất 75000 lítngày”.

Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch MỤC LỤC MỤC LỤC 1 MỞ ĐẦU 3 CHƯƠNG 1 4 LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT 4 1.1. Đặc điểm và điều kiện tự nhiên của nhà máy 4 1.2. Nguồn nguyên liệu 4 1.3. Hợp tác hoá 4 1.4. Nguồn điện năng và nhiệt năng 4 1.5. Giao thông vận tải và thị trường tiêu thụ 5 1.6. Nguồn nhân lực 5 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước 5 1.8. Thoát nước 5 CHƯƠNG 2 6 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 6 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 6 2.2. Tính chất của rượu etylic 11 2.3. Các phương pháp sản xuất rượu etylic 12 CHƯƠNG 3 13 LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 13 3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn etylic từ rỉ đường 13 3.2. Thuyết minh dây chuyền 14 CHƯƠNG 4 27 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 27 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy 27 4.2. Tính cân bằng vật chất dây chuyền sản xuất cồn etylic 27 CHƯƠNG 5 35 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 35 5.1. Phân xưởng lên men 35 5.2. Phân xưởng chưng cất - tinh chế. 53 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 6 91 TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 91 6.1. Tổ chức của nhà máy 91 6.2. Kích thước các công trình 92 6.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy 97 CHƯƠNG 7 99 TÍNH HƠI - NƯỚC-NHIÊN LIỆU 99 7.1. Tính hơi 99 7.2. Tính nước 101 CHƯƠNG 8 106 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP 106 8.1. An toàn lao động 106 8.2. Vệ sinh xí nghiệp 108 8.3. Xử lý nước 109 CHƯƠNG 9 110 KIỂM TRA SẢN XUẤT 110 9.1. Kiểm tra nguyên liệu 110 9.2. Kiểm tra các chỉ tiêu của giấm chín 110 9.3. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 112 KẾT LUẬN 116 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 3 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch MỞ ĐẦU Ngày nay, đời sống kinh tế ngày càng phát triển thì nhu cầu về ăn uống của con người ngày càng nâng cao. Vì vậy mà ngành công nghệ thực phẩm ngày càng phát triển đóng một vai trò không thể thiếu trong nền kinh tế quốc dân. Một trong những ngành mũi nhọn của công nghiệp sản xuất thực phẩm không thể không kể đến đó là sản xuất các mặt hàng về thức uống. Các mặt hàng này gồm rất nhiều chủng loại khác nhau như rượu, bia, nước ngọt, nước khoáng… Trong đó sản phẩm rượu được sản xuất khá phổ biến. Với việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của con người. Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon và đắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân, luôn có mặt trong mọi cuộc vui đến bữa ăn hằng ngày. Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: trong công nghệ hoá chất, làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu. Đối với quốc phòng rượu etylic được dùng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn. Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ. Trong tương lai rượu được sử dụng làm nhiên liệu sinh học vì sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường. Để sản xuất cồn người ta có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau như: gạo, ngô, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đó việc sản xuất cồn etylic từ rỉ đường có ý nghĩa kinh tế cao: không có các quá trình nghiền, nấu nguyên liệu và đường hóa dịch cháo nấu như đối với các loại nguyên liệu từ tinh bột như: gạo, ngô, khoai, sắn… Trên cơ sở đó, sau quá trình học tập em được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường năng suất 75000 lít/ngày”. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 4 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT 1.1. Đặc điểm và điều kiện tự nhiên của nhà máy Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy cồn etylic tại khu công nghiệp Phổ Phong, thuộc hai xã Phổ Phong và Phổ Nhơn, huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi. Việc xây dựng nhà máy tại đây có nhiều thuận lợi như gần nguồn nguyên liệu, điện nước ổn định cho sản xuất, giao thông thuận lợi… Khu vực này có khí hậu tương đối ôn hòa, nhiệt độ trung bình năm 25-26,9 0C, hướng gió chủ đạo Đông – Nam . [10] 1.2. Nguồn nguyên liệu Quảng Ngãi là tỉnh có diện tích trồng mía đường lớn trong cả nước, vì vậy mà ở đây có nhà máy đường Phổ Phong, với năng suất 2200 tấn mía/ngày. Do đó khi đặt nhà máy tại đây thì tận dụng được nguồn rỉ đường dồi dào của nhà máy này. 1.3. Hợp tác hoá Nhà máy đặt trên địa bàn khá thuận lợi từ việc thu mua nguyên liệu, cũng như việc tiêu thụ sản phẩm chính, sản phẩm phụ và các phế liệu. Nhà máy hợp tác với nhà máy đường để cung cấp nguồn nguyên liệu, hợp tác với các nhà máy thực phẩm tại khu vực để tiêu thụ sản phẩm chính và liên hệ với các nhà máy chế biến thức ăn gia súc hay các đơn vị chăn nuôi để tiêu thụ bã. Nhà máy còn có thể hợp tác hoá với các nhà máy, xí nghiệp khác trong khu công nghiệp để sử dụng chung một số công trình cung cấp điện, nước, giao thông, hệ thống xử lý nước thải… 1.4. Nguồn điện năng và nhiệt năng Đây là khu công nghiệp có sử dụng lưới điện quốc gia thông qua đường dây 110KV Thạch Trụ - Ba Tơ đi qua nên có thể dùng trạm biến áp riêng để sử dụng cho nhà máy. Ngoài ra, chuẩn bị thêm máy biến áp dự phòng để phòng sự cố khi mất điện để đảm bảo sản xuất liên tục . Nhiệt năng: Sử dụng hơi với nhiều mục đích khác nhau. Lượng hơi đốt cung cấp cho sản xuất lấy từ lò hơi của nhà máy. Nhiên liệu sử dụng là dầu FO, thu mua từ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 5 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch các trạm xăng hoặc liên hệ với công ty xăng dầu của tỉnh để được cung cấp. Có thêm kho dự trữ để đảm bảo sản xuất. [10] 1.5. Giao thông vận tải và thị trường tiêu thụ Nhà máy nằm trên khu công nghiệp Phổ Phong của huyện Đức Phổ được quy hoạch mạng lưới giao thông thuận lợi. Huyện có quốc lộ 1 chạy dọc theo chiều dài, có quốc lộ 24 nối từ quốc lộ 1 lên tỉnh Kon Tum, tuyến đường sắt Bắc Nam song song với quốc lộ 1. Quảng Ngãi là tỉnh trung lộ của nước nên có thị trường tiêu thị lớn, dễ dàng vận chuyển sản phẩm ra Bắc hay vào Nam. 1.6. Nguồn nhân lực Quảng Ngãi là tỉnh có dân số khá đông, bản chất con người ở đây cần cù và sáng tạo là nguồn nhân lực lao động cho nhà máy. Nhà máy đặt gần các trung tâm kinh tế của Miền Trung nên có nhiều nguồn nhân lực đổ về đây bao gồm nguồn nhân lực đã qua đào tạo và chưa qua đào tạo. Vì thế nguồn lao động cho nhà máy có thể tuyển dụng từ lực lượng này, cũng là giải quyết việc làm tại chỗ cho người dân. Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý nhà máy sẽ tiếp nhận của trường Đại Học Đà Nẵng và các trường Đại Học khác trên toàn quốc. 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nước sử dụng cho nhà máy có nhiều mục đích khác nhau như cho sản xuất, vệ sinh, sinh hoạt. Sử dụng nguồn nước từ mạch nước ngầm qua các giếng khoan, từ sông Ba Liên. Nước này qua hệ thống xử lý, kiểm tra các chỉ tiêu như vi sinh vật, độ cứng, nồng độ chất hữu cơ, vô cơ… đạt yêu cầu mới đưa vào sử dụng. 1.8. Thoát nước Phần lớn nước thải của nhà máy chứa nhiều hợp chất hữu cơ. Đây là môi trường thích hợp cho vi sinh vật phát triển gây ô nhiễm môi trường sinh thái. Vì vậy, nước trước khi thải ra hệ thống thoát nước của khu vực phải được xử lý trước. Ngoài ra, cần tránh đọng nước thường xuyên gây ảnh hưởng đến công trình nhà xưởng. Kết luận: Vậy việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Phổ Phong là hợp lý. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 6 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1. Tổng quan về nguyên liệu Bất kỳ nguyên liệu nào có chứa gluxit với hàm lượng khá lớn đều có thể dùng để sản xuất rượu etylic. Nguyên liệu sản xuất rượu chủ yếu là nguồn tinh bột và rỉ đường. - Nguyên liệu chứa nhiều đường: rỉ đường mía, rỉ đường củ cải (mật rỉ), nước ép trái cây… - Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: Gạo, ngô, khoai lang, sắn v.v… Chọn một nguyên liệu nào đó để sản xuất rượu cần phải chú ý đến các yêu cầu cơ bản sau: - Chứa nhiều gluxit - Trữ lượng lớn và tập trung - Bảo quản và sử dụng dễ dàng - Giá rẻ - Trang thiết bị không phức tạp, chất lượng rượu sản xuất ra đảm bảo tiêu chuẩn quy định. Hiện nay, trong công nghiệp sản xuất rượu thì rỉ đường được sử dụng nhiều nhất vì nó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên. 2.1.1. Rỉ đường Rỉ đường là sản phẩm phụ của công nghiệp chế biến đường, là loại dịch đường sau khi tách, kết tinh lần thứ hai. Tỷ lệ rỉ đường thu được trong quá trình sản xuất đường kính vào khoảng 3÷5% so với khối lượng mía. [2, tr 47] Rỉ đường là một hỗn hợp phức tạp có chứa các đường lên men, các chất hữu cơ, các chất vô cơ. Thành phần của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, đất đai điều kiện trồng trọt, phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản v.v… Thông thường rỉ đường có 15÷20% nước và 80÷85% chất khô. Trong chất khô có khoảng 60% là đường bao gồm: saccharose khoảng 35÷40%, đường khử khoảng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 7 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 20÷25%. Còn lại là chất khô phi đường, trong đó chất hữu cơ chiếm khoảng 30÷32%, chất vô cơ chiếm khoảng 8÷10%. Chất hữu cơ trong rỉ đường bao gồm chất hữu cơ có chứa nitơ và chất hữu cơ không chứa nitơ. - Chất hữu cơ không chứa nitơ bao gồm: pectin và các sản phẩm phân hủy của pectin chiếm khoảng 3%, các sản phẩm phân hủy của đường như caramen, melanoidin chiếm khoảng 1,7%, các axit hữu cơ như axit formic, axit oxalic, axit lactic, axit aconitic chiếm khoảng 2,5% so với rỉ đường. Axit aconitic chiếm phần lớn các chất không đường hữu cơ [4, Tr 25]. - Chất hữu cơ có chứa nitơ bao gồm các axit amin và một số protein. Tổng lượng chất hữu cơ chứa nitơ có trong rỉ đường vào khoảng 1,68÷3,33% so với rỉ đường. Hàm lượng trung bình các hợp chất vô cơ trong chất khô vào khoảng sau:[5,Tr 31] K2O: 76,4% Na2O: 11,1% MgO: 0,4% CaO: 3,5% SO3: 2,8% Cl-: 5,0% Các oxit khác: 0,8% Trong rỉ đường lượng P2O5 chiếm 0,02÷0,05%, P2O5 rất cần cho sự phát triển của nấm men. Ngoài ra trong rỉ đường còn chứa một số vitamin như sau: [4, Tr 25] Thiamin : 8,3 Axit folic : 0,038 Riboflavin : 2,5 Pyridoxin : 6,5 Axit nicotinic : 21,0 Biotin : 12 Axit pantotenic : 21,4 Ngoài các thành phần hoá học kể trên, trong rỉ đường còn có nhiều loại vi sinh vật có hại có thể gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng rỉ đường, làm giảm hiệu suất thu hồi rượu. Đặc biệt là nhiễm vi khuẩn sinh keo và vi khuẩn sinh axit. pH và độ đệm của mật rỉ đường bình thường trong khoảng 6,8÷7,2. Khi chọn rỉ đường để sản xuất rượu cần phải chú ý đến nồng độ chất khô, hàm lượng đường lên men được (đường tổng số), các chất có lợi như P 2O5, biotin… Có thể dựa vào chỉ số chất lượng Q của rỉ đường: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 8 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Khối lượng đường tổng số Q= 100% Khối lượng chất khô Q càng lớn thì càng có lợi cho quá trình lên men. [4, tr 26] * Bảo quản rỉ đường: - Dụng cụ bảo quản rỉ đường: Rỉ đường được bảo quản trong các bồn chứa hình trụ, bằng thép hoặc bằng bê tông cốt thép. Thể tích thùng được tính toán sao cho lượng rỉ đường dự trữ đủ để sản xuất trên 5 tháng. Thông thường bồn chứa có thể tích vào khoảng 600÷5000m 3. Yêu cầu bồn chứa phải có đầy đủ các thiết bị kiểm tra như phao báo mức, nhiệt kế… Cần có hệ thống ống hơi nước bố trí gần đường ống dẫn rỉ đường đến bơm để gia nhiệt rỉ đường giúp rỉ đường dễ di chuyển trong trường hợp rỉ đường bị sánh lại khi trời lạnh. Ngoài ra cũng cần có hệ thống bơm đảo trộn rỉ đường trong bồn chứa để cho rỉ đường đồng nhất, đảm bảo chất lượng rỉ đường đồng đều trước khi đưa vào sản xuất. - Tổn thất rỉ đường trong quá trình bảo quản: Trong quá trình bảo quản rỉ đường luôn có một lượng rỉ đường bị tổn thất. Trong đó chủ yếu là do sự bay hơi nước. Theo nghiên cứu cho thấy, sự tổn thất khối lượng do bay hơi nước hàng tháng vào khoảng 0,2%. Khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường lớn hơn 75% thì lượng nấm men dại, vi khuẩn lên men tạo axit rất ít, bảo đảm chất lượng rỉ đường trong suốt thời gian bảo quản thay đổi không đáng kể. Nếu hàm lượng chất khô trong rỉ đường nhỏ hơn 70% thì sự tổn thất rỉ đường lên đến 1,3% so với khối lượng rỉ đường. Sự tổn thất tăng mạnh khi hàm lượng chất khô của rỉ đường nhỏ hơn 40%. Ngoài ra, trong quá trình bảo quản rỉ đường cũng xảy ra phản ứng giữa axit amin với đường khử tạo thành melanoidin. Phản ứng này xảy ra vừa làm mất đường vừa giảm lượng axit amin gây khó khăn cho quá trình lên men sau này. Để tránh hiện tượng vi sinh vật phát triển, trong quá trình bảo quản cần giữ cho rỉ đường không bị pha loãng. Muốn vậy bồn chứa rỉ đường phải được đậy kín không Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 9 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch cho mưa bên ngoài xâm nhập vào và hạn chế dùng nước rửa. Đồng thời dùng các chất sát trùng như formol, Na2SiF6 [2, tr 33 - 34]. 2.1.2. Nước Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng với các mục đích khác nhau. Nước được dùng để pha loảng rỉ đường, làm nguội, vệ sinh thiết bị và nhà xưởng, dùng cho nhu cầu sinh hoạt, cung cấp cho lò hơi… Ngoài ra nước còn dùng cho phòng chữa cháy trong khu vực sản xuất. Lượng nước dùng cho sản xuất rượu nhiều hơn so với các ngành sản xuất khác. Thành phần, tính chất hoá lý và chất lượng của rượu ảnh hưởng trực tiếp tới kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu xuất thu hồi. * Yêu cầu chất lượng nước: Trong công nghiệp sản xuất rượu, yêu cầu chất lượng nước giống như tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt. - Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. - Chỉ tiêu hoá lý: [4, tr 30] + Cặn khô < 1000mg/l + Độ oxy hoá + Độ cứng chung < 7mgE/l + Hàm lượng Clo ≤ 0,5mg/l + pH6,5÷8,5 + [ SO4 ] ≤ 2mg O2/l ≤ 80mg/l + [ SO4 ] ≤ 80mg/l + [Fe] ≤ 0,3mg/l + [Mn] ≤ 0,2mg/l + [As] ≤ 0,05mg/l + [Pb] ≤ 0,1mg/l + [F] ≤ 1,5mg/l + [Zn] ≤ 5mg/l + [Cu] ≤ 3mg/l Không cho phép có NH3, NO2-, và muối các kim loại nặng như Hg, Ba thì không được có hoặc chỉ có vết [2, tr 30 - 31]. 2.1.3.Nấm men Sử dụng chủng nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae. Yêu cầu của chủng nấm men: Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần phải chú ý đảm bảo các yêu cầu sau đây: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 10 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Có tốc độ phát triển nhanh trên môi trường sản xuất. + Có đặc tính sinh lý, sinh hoá ổn định trong thời gian dài. + Có khả năng chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường. Đặc biệt là các chất sát trùng, độ pH thấp và lên men được ở nhiệt độ tương đối cao. + Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên men lớn, đồng thời nấm men ít bị ức chế bởi các sản phẩm của sự lên men. + Lên men được nhiều loại đường như: Glucose, Fructose, Saccharose, maltose… + Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít: tạo ra rượu etylic, CO2 nhiều và ít este, alcol cao phân tử, dầu fusel, CH3CHO. * Những chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu: [2, tr 74] - Chủng nấm men 396 Trung Quốc: Chủng nấm men này phân lập được từ rỉ đường ở Trung Quốc, chủng này có khả năng lên men được đường fructose, glucose, maltose, rafinose, galactose. Nó không lên men được đường arabinose, lactose, dextrin. Nhiệt độ thích hợp 33oC, pHopt=4,5, chịu được nồng độ rượu 10%. - Chủng Я (i – a): Do Liên Xô cung cấp, chủng này thích hợp cho lên men rỉ đường, chịu áp suất thẩm thấu lớn, lên men được các loại đường: Glucose, fructose, saccharose và 1/3 đường rafinose. - Chủng T (Việt Nam): Phân lập từ rỉ đường đặc 35÷45 oBe và đặt tên T (trời), chủng nấm men này lên men được rỉ đường ở nhiệt độ cao 33÷37 oC, độ pH từ 4,5÷5 nồng độ lên men có thể đạt 18÷24% có thể lên men được nồng độ rượu trong dịch lên men từ 8÷12%, chịu được chất sát trùng với nồng độ từ 0,02÷0,025% so với thể tích dịch lên men, chất sát trùng ở đây là formol. Kích thước tế bào từ 4÷5 x 6÷9 (µm) tế bào có dạng hình trứng, tốc độ phát triển nhanh. [4, tr 116 - 117] 2.1.4. Chất hỗ trợ kỹ thuật ─ 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. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 11 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch ─ Nhóm các hóa chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa,… ─ Hóa chất sát trùng: Na 2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa. 2.2. Tính chất của rượu etylic 2.2.1. Tính chất vật lý Rượu etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng, vị cay, dễ bay hơi, hút ẩm mạnh. Rượu etylic hoà tan trong nước với bất kỳ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích. Rượu etylic hoà tan được chất béo và nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4,… và nhiều chất khí như H2, O2, SO2,… nhưng không hoà tan được tinh bột, dissaccharid. + Phân tử lượng M = 46,03 đvc. + Nhiệt độ sôi 78,32oC ở áp suất 760 mmHg. + Nhiệt độ cháy 12oC, nhiệt độ đóng băng -117oC. + Năng suất tỏa nhiệt 6642÷7100 Kcal/Kg. Khi chưng cất, dung dịch rượu nồng độ 95,57% thì thành phần pha hơi cân bằng với pha lỏng, nghĩa là phương pháp chưng cất thông thường ta chỉ thu được sản phẩm rượu etylic có nồng độ tối đa 95,57%. Dung dịch này có nhiệt độ sôi là 78,15oC. 2.2.2. Tính chất hoá học - Tác dụng với oxy: Tuỳ theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà sản phẩm là CH3CHO hay CH3COOH. - Tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ: Trong các phản ứng này, rượu được xem như một axit yếu và tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ tạo ra các muối alcolat. - Tác dụng với axit hữu cơ tạo este thơm. - Tác dụng với oxyt sắt. Do phản ứng này mà chất lượng rượu bị giảm nếu như chưng cất, tinh chế, bảo quản rượu etylic trong các thiết bị bằng sắt. 2.2.3. Tính sinh lý Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 12 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Rượu etylic có tác dụng sát trùng, cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ rượu. Ở nồng độ rượu 70% có tác dụng sát trùng mạnh nhất vì ở nồng độ này rượu dễ thấm qua màng tế bào hơn rượu cao độ hơn. Đối với nhiều loài vi sinh vật thì dung dịch rượu có nồng độ 5÷10% đã có tác dụng ức chế sự phát triển của chúng. Tuy nhiên một số loại vi khuẩn như Micrococcus acetic, Bacterium acetic… có khả năng lên men dấm đối với dung dịch rượu có nồng độ ≤ 15%, rượu etylic còn có tác dụng mạnh đối với hệ thần kinh. 2.3. Các phương pháp sản xuất rượu etylic Có hai phương pháp sản xuất rượu etylic: - Phương pháp lên men bằng vi sinh vật. - Phương pháp tổng hợp hoá học. 2.3.1. Phương pháp lên men bằng vi sinh vật Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay và cho hiệu quả kinh tế cao. Nguyên liệu dùng để sản xuất theo phương pháp này là phải chứa nhiều gluxit. Sản xuất rượu theo phương pháp lên men gồm có các công đoạn chính sau: - Chế biến nguyên liệu thành dịch đường lên men. - Lên men dịch đường để chuyển đường thành rượu. - Chưng cất, tinh chế nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín rồi tách các chất ra khỏi rượu nâng cao nồng độ rượu để nhận được cồn tinh khiết. 2.3.2. Phương pháp tổng hợp hoá học Nguyên liệu chính để sản xuất rượu etylic bằng phương pháp hoá học là khí etylen. Có hai phương pháp chính để sản xuất rượu etylic từ etylen là. - Thuỷ phân khí etylen bằng axit sulfuric. - Thuỷ phân trực tiếp etylen. Chọn phương pháp lên men bằng vi sinh vật để sản xuất. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 13 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 3 LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Rỉ đường Pha loãng sơ bộ Chất sát trùng Axit hóa H2SO4 Pha loãng Xử lí nhiệt Chất dinh dưỡng Làm nguội và lắng Pha loãng đến nồng độ lên men Lên men Men giống Nuôi cấy men giống gionngsggiống Dấm chín Gia nhiệt Hơi Tháp thô Bã Làm lạnh cồn thô Hơi Tháp trung gian Cồn đã tách cồn đầu dđầu Hơi Tháp tinh Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày Cồn đầu Làm lạnh cồn đầu đầu Rượu fusel SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 14 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Làm lạnh Cồn thành phẩm phẩmphâmr Kho bảo quản 3.2. Thuyết minh dây chuyền 3.2.1. Xử lý và pha loãng rỉ đường Mật mía không kết tinh trong quá trình sản xuất đường gọi là rỉ đường. Rỉ đường chiếm 3÷5 % trọng lượng mía. Có thể bảo quản rỉ đường với hàm lượng 55÷80% chất khô hoặc pha loãng sơ bộ xuống 45 ÷ 60% rồi tiến hành xử lý. Nếu để ở nồng độ cao thì tạp chất sẽ lớn nên khả năng diệt khuẩn và loại tạp chất kém, nhưng nếu pha loãng đến nồng độ thấp thì sẽ tốn nhiều thiết bị, tốn hơi nhưng diệt được nhiều tạp khuẩn, tạp chất tách khỏi dịch dễ dàng hơn, trong thực tế để ở nồng độ 50 ÷ 55% tiến hành xử lý thì hiệu quả là tốt nhất. 3.2.1.1. Pha loãng sơ bộ Trong rỉ đường có hàm lượng chất khô và hàm lượng đường cao và chứa nhiều tạp khuẩn, trong mật rỉ đường chứa từ 100000 đến 500000 vi sinh vật/g, các tạp khuẩn không nha bào và khoảng 15000 đến 50000 tế bào/g tạp khuẩn có nha bào. Trong điều kiện chất khô trong mật rỉ lớn hơn 75% chúng không sinh trưởng và phát triển nhưng vẫn bảo vệ được sự sống. Khi pha loãng đến nồng độ thấp chúng sẽ bắt đầu phát triển và làm tiêu hao đường trong mật rỉ, do đó phải xử lý. Mức độ pha loãng đến nồng độ nào là tùy theo phương pháp lên men, theo sơ đồ lên men một nồng độ hay hai nồng độ. Ở đây ta sử dụng phương pháp lên men một nồng độ với phương pháp lên men liên tục. Và ở đây ta pha loãng rỉ đường đến 50% ở nồng độ này hiệu suất axit hoá cao. 3.2.1.2. Axit hóa Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 15 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Để axit hóa môi trường có thể dùng HCl hoặc H 2SO4. Nếu dùng HCl để axit hóa môi trường thì 2Cl- kết hợp với Ca2+ tạo thành CaCl2 sẽ hoà tan, không tạo cặn nên không ảnh hưởng đến thiết bị chưng cất sau này nhưng thiết bị lại bị ăn mòn nhiều hơn và do tạo thành CaCl2 tan nên độ tinh khiết của đường giảm. Trường hợp dùng H2SO4 thì tăng được độ tinh khiết cho dịch đường do tạo thành kết tủa CaSO4, MgSO4 và làm cho các tạp chất khác kết tủa theo. Nhưng ảnh hưởng xấu đến chất lượng bã và đóng cặn thiết bị. Nếu dùng H 2SO4 thì khi axit hóa có thể chuyển một phần đường khó lên men thành đường dễ lên men, tạo môi trường axit có độ pH = 4,5÷5. 3.2.1.3. Bổ sung chất sát trùng, chất dinh dưỡng Trong rỉ đường chứa nhiều vi sinh vật tạp nên ảnh hưởng đến quá trình lên men do đó cần phải sát trùng. Để sát trùng dịch đường có thể dùng: pentaclorophenol, formalin, clorua vôi. Ở đây dùng Silicofloruanatri (Na 2SiF6). Mặt khác để nấm men phát triển tốt cần bổ sung thêm dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng của nấm men, cần phải thêm đạm và photpho. Thông thường nhất là dùng amoni sunphat và ure. Để bổ sung photpho thường sử dụng H3PO4, lượng axit này được bổ sung vào rỉ đường để nấm men phát triển. 3.2.1.4. Gia nhiệt và lắng Sau khi bổ sung chất sát trùng và chất dinh dưỡng ta tiến hành gia nhiệt rỉ đường đến 85÷900C và giữ trong 45-60 phút. Vì ở nhiệt độ này tạp khuẩn sẽ bị tiêu diệt nhiều và cho phép tăng hiệu suất lên men 1%. Mặt khác ở nhiệt độ trên, CaSO 4 kết tủa nhiều hơn, không cần kéo dài thời gian lắng. Sau đó tiến hành bơm sang thùng chứa và để lắng từ 1÷ 4 giờ. 3.2.1.5. Pha loãng rỉ đường đến nồng độ yêu cầu Rỉ đường sau khi pha loãng sơ bộ, axit hoá, bổ sung chất sát trùng, gia nhiệt và lắng trong thì ta tiến hành pha loãng rỉ đường đến nồng độ 12÷14 oBx để nuôi cấy men và 20÷220Bx để lên men. 3.2.2. Nuôi cấy nấm men 3.2.2.1. Chuẩn bị môi trường nuôi cấy nấm men Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 16 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch a) Môi trường nuôi cấy dịch thể tích 10ml và thạch nghiêng Có thể chuẩn bị từ dịch đường hóa malt hoặc của nấm mốc vàng. Chuẩn bị dịch đường hóa malt như sau: Gạo tẻ hoặc gạo nếp (một phần) + nước sạch 5 phần  nấu cháo (55÷58oC)  Cho bột malt vào, tỷ lệ 15 ÷20% so với gạo làm nguội  đường hoá (t0 =  lọc lấy dịch đường  điều chỉnh môi trường  55÷58oC, thời gian 4÷6h) phân phối vào các bình hấp thanh trùng  làm nguội rồi cấy men. b) Môi trường 100, 1000ml Dùng rỉ đường đặc và đường C theo tỷ lệ 1/1 rồi cho nước vào để hòa tan. Đun nóng sơ bộ rồi điều chỉnh nồng độ dịch rỉ đường cho đạt 12÷14 oBx, dùng axit phosphoric (H3PO4) hoặc axit lactic để điều chỉnh pH = 4,5÷5 rồi lọc qua phểu lọc để loại bỏ tạp chất. Bổ sung sulfat amon với tỷ lệ khoảng 0,2%, phân phối vào các bình rồi thanh trùng. Nhiệt độ thanh trùng 120 oC, thời gian 45 phút. Khi thanh trùng ta tiến hành đậy nút bông để nước ngưng tụ không chảy vào bình làm giảm nồng độ. Để nguội một thời gian rồi lại thanh trùng một lần nữa. Thanh trùng xong để nguội đến nhiệt độ 30÷320C rồi cho giống ở ống 10ml, 100ml vào. c) Môi trường 10 lít, 100 lít Dùng mật rỉ ( rỉ đường đặc) và đường C theo tỷ lệ: Rỉ đường/đường C là 2/1 rồi pha loãng đến nồng độ 12÷14 0Bx. Sau khi pha loãng ta bổ sung chất dinh dưỡng và axit vào như sau: ( tính theo phần trăm so với khối lượng rỉ đường và đường C) + Sulfat amon: 0,2% + MgSO4 0,06÷0,08% + H2SO4 sao cho pH của dịch là 4,5÷5 d) Môi trường 1000 lít và lớn hơn Dung dịch rỉ đường đã pha loãng ở bộ phận pha loãng liên tục, có nồng độ 14÷150Bx, pH = 4,5÷5, đã bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết theo đúng yêu cầu làm môi trường cấy nấm men. [4 , tr 124 - 132] 3.2.2.2. Thao tác nuôi cấy men Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 17 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Từ các ống thạch nghiêng đã chọn tiến hành nuôi cấy trong môi trường lỏng 10ml, tỷ lệ 1ml giống trên 9ml môi trường. Để giống phát triển trong 24 giờ ở nhiệt độ 30÷320C, quá trình thực hiện trong điều kiện vô trùng. Sau đó chuyển sang bình tam giác 100ml trong 12 giờ rồi lại phát triển sang bình 1000ml trong 12 giờ. Sau đó cho vào bình 10 lít phát triển trong 10÷12h, tiếp tục cho vào các thiết bị nuôi lớn hơn cho đến khi đạt lượng giống yêu cầu. Tất cả các giai đoạn đều tiến hành nuôi ở 30÷320C. Quá trình nhân giống được chia ra làm hai giai đoạn: - Giai đoạn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm: Từ 10ml đến 10 lít. - Giai đoạn nuôi cấy và phát triển men trong phân xưởng sản xuất: Từ 100 lít trở lên. Quá trình phát triển nấm men là quá trình hiếu khí và phát nhiệt, vì vậy kết hợp sục không khí đã xử lý để làm giàu oxy cho môi trường, đồng thời dội nước lạnh từ mặt ngoài thiết bị để làm mát, tạo điều kiện cho nấm men phát triển tốt. 3.2.3. Lên men dịch rỉ đường Lên men là một quá trình trao đổi chất giữa tế bào vi sinh vật với môi trường xung quanh, trong đó các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là đường) bị thay đổi cấu trúc dưới tác dụng của các enzim của vi sinh vật. Lên men dịch đường bởi nấm men thuộc loại lên men yếm khí, sản phẩm chủ yếu là rượu etylic nên thường gọi là lên men rượu, còn gọi là rượu hóa, cồn hóa. Lên men rượu là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất rượu. Nó ảnh hưởng trực tiếp tới chu kỳ sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu suất tổng thu hồi. Dịch lên men sau khi tiến hành quá trình lên men xong gọi là dịch lên men kết thúc hoặc còn gọi là dấm chín . [4, tr 135]. 3.2.3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi đường là quá trình biến đổi đường khử dưới tác dụng của các hệ enzim khác nhau để tạo thành một loạt chất trung gian. Trong đó, giai đoạn trung gian quan trọng là biến thành axit pyruvic. Từ axit Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 18 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch pyruvic trong điều kiện thiếu oxy sẽ hình thành nên rượu etylic và một số sản phẩm khác tuỳ theo điều kiện lên men. Phương trình hóa học của sự lên men rượu : C6H12O6 Lên men 2C2H5OH + 2CO2 + Q Cơ sở của quá trình lên men: Trải qua nhiều giai đoạn, dưới tác dụng xúc tác của nhiều enzyme khác nhau. - Đầu tiên đường khử đi qua qua chu trình EMP để tạo thành sản phẩm cuối cùng là axit pyruvic. C6H12O6 EMP 2CH3COCOOH - Tiếp theo axit pyruvic bị decacboxyl sau đó bị khử bởi NADH2 + Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehylaxetic: 2CH3CO-COOH 2CH3CHO + 2CO2 + Cuối cùng của lên men rượu là aldehylaxetic bị khử bởi NAD.H 2 2 CH3CHO + 2NAD.H2 CH3CH2OH + NAD. * Lên men rượu ở điều kiện bình thường (ở pH = 4 – 5). Quá trình lên men chia làm 2 giai đoạn: + Giai đoạn cảm ứng: Ở giai đoạn này lượng aldehylacetic tạo thành rất ít. Khi đó H2 được chuyển đến glycerin-andehyd-phosphat và bị men phosphatlaza thuỷ phân tạo thành glycerin. Trong môi trường có các loại sản phẩm như aldehyt acetic, glyceryl, CO2. + Giai đoạn tĩnh: aldehylacetic tạo thành một lượng đủ thì nó bị khử H 2 thành rượu etylic CH3-CO-COOH 2CH3CHO Cacboxxylaza CH3CHO + CO2 Codehydraza 2CH3CH2OH. Do glycerin tạo thành ít trong giai đoạn cảm ứng nên nó là sản phẩm phụ của quá trình lên men rượu bình thường. • Sự chuyển hướng sang glycerin: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 19 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Trong môi trường kiềm thì aldehylacetic vừa bị oxy hoá vừa bị khử theo hai phản ứng sau: CH3CHO + HOH + NAD NADH2 + CH3COOH CH3CHO + NADH 2 NAD + CH3CH2OH Do andehylacetic bị mất do hai phản ứng trên nên chất tiếp nhận H 2 ở đây là glycerinaldehyt-3-phosphat. Lên men không bình thường sản phẩm cuối cùng là glycerin, axit acetic, rượu etylic, và CO2. Trường hợp lên men trong môi trường có NaHSO3 sẽ tạo aldehylacetic khó tan, sản phẩm chủ yếu là glyceryl, hợp chất khó tan. Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào dưới tác dụng của men zymaza chuyển hóa đường thành rượu và CO2. Rượu etylic tạo thành khuếch tán ra môi trường qua màng tế bào và tan vào trong môi trường, CO2 cũng hòa tan vào trong nước. Khi bão hòa CO2 thì tế bào nấm men và các chất lơ lửng khác có khí bám vào nên tạo thành các bọt khí, khi bọt khí có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của dịch lên men thì bọt khí kéo theo nấm men và các chất lơ lửng nổi lên bề mặt dung dịch. Do thay đổi sức căng bề mặt làm cho bọt khí vỡ và CO2 thoát ra ngoài, tế bào men thoát ra rơi xuống đáy thiết bị lên men. Quá trình này diễn ra liên tục làm cho tế bào men chuyển động trong môi trường nên tiếp xúc với cơ chất nhiều hơn giúp cho quá trình lên men triệt để. b) Các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men Ngoài các sản phẩm chính là rượu etylic, CO2 thì các sản phẩm phụ thường trực là CH3CHO, glycerin. [5, tr 124 - 132]. * Các axit hữu cơ: CH3COOH là sản phẩm của quá trình oxi hóa rượu. C2H5OH + O2 VK acetic CH3COOH + H2O * Este là sản phẩm phụ không thường trực trong quá trình lên men bởi nó chỉ là sản phẩm tạo thành giữa axit hữu cơ và rượu trong dấm chín. * Các rượu bậc cao (còn gọi là dầu khét, rượu fusel): các sản phẩm này hình thành trong quá trình dấm chín, hàm lượng các rượu bậc cao để đánh giá cồn tốt hay xấu. Nguồn gốc của nó là do các axit amin: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp R-CH2-CH-COOH 20 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch R-CH2-CH2-COOH + NH3 NH2 R-CH2-CH2-COOH R-CH2-CH2-OH ( CR ≥ 1 ) c) Động học của quá trình lên men Đường cong lên men: Hình 3.1: Đường cong sự lên men [3, Hình VIII-1 tr 245]. Qua đường cong ta có thể xác định được các thời kì lên men như sau: + Thời kì đầu 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. + 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, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh. 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 trên đường cong lên men là sự đi xuống tiệm cận với trục hoành. Lên men cuối là đặc trưng cho sự lên men dịch đường hóa từ nguyên liệu tinh bột. Tùy thuộc điều kiện sản xuất của từng nhà máy mà các thời kì lên men có thời gian dài ngắn khác nhau. Trong thời kì lên men chính sự lên men nhanh, mạnh sản phẩm tạo Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 21 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch thành chủ yếu là rượu etylic và CO2 còn ở lên men phụ là sự lên men đường sót và kết lắng nấm men. [3, tr 245 - 246]. 3.2.3.2. Quá trình nhân giống và lên men Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn lên men, mỗi giai đoạn được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với nhau. Thực hiện theo phương pháp liên tục trong thao tác phải cẩn thận tránh sự nhiễm khuẩn hàng loạt. Dựa vào sơ đồ lên men quá trình hoạt động như sau: ∗ Phương pháp lên men: Phương pháp lên men rỉ đường liên tục, một nồng độ: Rỉ đường ở thùng chứa (1) nhờ bơm (2) chuyển lên thùng chứa trung gian (3) qua lưu lượng kế (4) để đong rỉ đường. Rỉ đường chảy xuống thùng axit hóa (5). Ở đây sẽ gia nhiệt rỉ đường đến 85-90 0C bằng hơi nhiệt trong thời gian 1 giờ. Sau đó pha loãng sơ bộ xuống 50-55%, đồng thời bổ sung các chất dinh dưỡng đã được chuẩn bị sẵn ở thùng (6a) và (6b). Có hai thùng axit hoá (5) một thùng làm việc, một thùng chuẩn bị để dây chuyền hoạt động liên tục. Dịch rỉ đường sau khi axit hoá tự chảy qua thiết bị hoà trộn liên tục (7). Ở thiết bị (7) rỉ đường được pha loãng đến nồng độ theo yêu cầu, đồng thời được lọc sơ bộ và tách các chất rắn và kết tủa lớn. Dịch rỉ đường loãng 20- 22% từ thiết bị (7) qua bơm (8) chuyển lên hai thùng chứa (9) (một thùng làm việc, một thùng chuẩn bị). Từ thùng (9) dịch rỉ đường tự chảy xuống các thùng phát triển nấm men (10) và (11) rồi liên tục chuyển xuống thùng lên men đầu dây của dãy thùng lên men (12). Bơm (13) và (14) dùng để chuyển thùng khi cần làm vệ sinh, sát trùng thùng lên men. - Dịch nấm men cho vào thùng lên men đầu dây khoảng 10÷15% so với thể tích, tiếp đó mở van ống chảy chuyền sang thùng lên men tiếp theo, cứ như thế cho đến khi thùng cuối cùng đầy thì đưa đi chưng cất và tinh chế rượu. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 22 9 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 9 10 6a 3 6b 11 11 4 1 5 2 5 12 7 H2O 8 12 13 12 12 12 14 Hình 3.2. Sơ đồ gây men và lên men liên tục. [ 5, Hình 8-12 trang 152]. - Phá bọt trong quá trình lên men: Rỉ đường có nhiều tạp chất dính, các sản phẩm caramel làm cho dung dịch trở nên dính, CO2 khó thoát ra ngoài và tạo nên những lớp bọt trên bề mặt dịch lên men. Chọn phương án phá bọt cơ học: trong các thùng lên men lớp bọt dày khoảng 0,30,5 m, lắp trên bề mặt một tấm gạt có tiết diện lớn khi quay tấm gạt sẽ quét lớp bọt làm vỡ tan bọt. Kết hợp vừa phá bọt vừa đảo trộn. Theo nghiên cứu của viện nghiên cứu công nghiệp lên men Ucraina đã thấy rằng, để đẩy nhanh tốc độ lên men, nhất là ở giai đoạn lên men cuối cần phải luôn đảo trộn dịch lên men bằng hệ thống khuấy trộn trong thùng lên men. Bởi vì càng về giai đoạn lên men cuối, nồng độ đường càng giảm, tính trơ của men lại tăng lên. Do đó quá trình đảo trộn là để tăng cường sự tiếp xúc giữa men và đối chất, mặt khác tạo điều kiện cho CO 2 thoát ra dễ dàng. - Thu hồi rượu trong CO2 khi lên men: Trong quá trình lên men rượu, lượng CO 2 sinh ra gần 95% so với khối lượng rượu. CO2 sớm bão hoà trong dung dịch lên men. Khi bay hơi CO 2 mang theo một lượng rượu etylic. Để thu hồi lượng hơi rượu trong CO 2, người ta sử dụng các thiết bị hấp thụ rượu kiểu tháp đệm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 23 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 3.2.4. Chưng cất và tinh chế Chưng cất và tinh chế là quá trình rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp sản xuất cồn etylic. 3.2.4.1. Mục đích Quá trình chưng cất cồn là quá trình tách cồn cùng các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín. Kết thúc quá trrình chưng cất ta thu được cồn thô. Quá trình tinh chế là quá trình tách tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao độ rượu để thu được cồn tinh chế cao độ. Quá trình chưng cất tinh chế được gọi là quá trình chưng luyện. Quá trình chưng luyện là quá trình chuyển khối được thực hiện trên tất cả các ngăn của hệ thống tháp chưng luyện. 3.2.4.2. Cơ sở lý thuyết về chưng cất - tinh chế Dựa vào tính chất quan trọng của hỗn hợp hai cấu tử rượu etylic và nước như áp suất hơi bão hòa, nhiệt hoá hơi, nhiệt dung riêng để áp dụng các quy trình chưng cất. Ở nhiệt độ bất kỳ, áp suất hơi bão hoà của rượu etylic lớn hơn áp suất hơi bão hòa của nước. Do đó khi cùng một áp suất thì nhiệt độ sôi của rượu etylic thấp hơn nhiệt độ sôi của nước. y%mol 100 a O b 100 x % mol oy: Thành phần rượu trong pha hơi. ox: Thành phần rượu trong pha lỏng Hình 3.3: Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu nước ở áp suất thường. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 24 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Điểm đẳng phí là giao của đường cân bằng với đường chéo Ob. Tại điểm đẳng phí (a), nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi = 95,57% khối lượng, tương ứng nhiệt độ sôi là 78,150C. Vì vậy 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 dấm chín. Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường, phần đường cong ở trên đường chéo Ob thì nồng độ rượu trong thể hơi luôn lớn hơn trong thể lỏng. Ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng, khi chưng cất dấm chín ta thu được rượu thô gồm có 50 tạp chất khác nhau. Dựa vào tính chất hoá học của tạp chất chia chúng ra làm 4 nhóm: aldehyt, este, rượu bậc cao và axit hữu cơ. Dựa vào tính chất vật lý chia thành 3 nhóm : - Tạp chất đầu: Bao gồm các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn rượu etylic như: aldehyt, axetic, etyl axetat,... các tạp chất này lấy ra ở sản phẩm đầu nên gọi là cồn đầu hay cồn kỹ nghệ. - Tạp chất cuối: Là những chất có nhiệt độ sôi cao hơn rượu etylic và khó bay hơi. Bao gồm các hợp chất cao phân tử như: amylic, izoamylic, izobutylic... các chất này ít hoặc không tan trong nước nên gọi là dầu fusel hay còn gọi là dầu rượu tạp hoặc dầu khét. - Tạp chất trung gian: Là những chất phụ thuộc vào nồng độ rượu và tính chất vật lý của các hợp chất mà có thể bay hơi cùng với tạp chất đầu hay ở lại với tạp chất cuối. Khi nồng độ rượu thay đổi thì độ bốc hơi của các tạp chất này thay đổi, do đó chúng vừa là tạp chất đầu, vừa là tạp chất cuối. Vì vậy tạp chất trung gian khó tách khỏi rượu eytlic khi tinh chế, tạp chất trung gian bao gồm: etylizobutylrat, etylizovalianat... Tuy nhiên đặc tính và hàm lượng của tạp chất trong rượu còn phụ thuộc rất nhiều nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất và thiết bị công nghệ. 3.2.4.3. Tiến hành chưng cất - tinh chế Tiến hành chưng cất và tinh chế theo sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 25 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Hình 3.4.Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng. [5, Hình 9.8. tr 186]. Ghi chú : 1.Thùng chứa giấm chín. 7.Bình làm lạnh ruột gà. 2.Bình hâm giấm. 8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt). 3.Bình tách CO2 9,10.Bình ngưng tụ. 4.Tháp thô. 11.Tháp tinh chế. 5.Bình chống phụt giấm. 12. Bình ngưng tụ hồi lưu. 6.Bình ngưng tụ cồn thô. 13.Bình làm lạnh sản phẩm. * Thuyết minh qui trình chưng cất và tinh chế: Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bình hâm giấm (2). Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70÷800C rồi chảy qua bình tách CO2 số (3) rồi vào tháp (4). Khí CO2 và hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài. Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua (7) ra ngoài. Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷ 0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta phải Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 26 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng. Hơi ngưng tụ có nồng độ 0,4÷0,6% là đạt yêu cầu. Nhiệt độ của tháp thô 103 ÷ 1050C. Phần lớn rượu thô (90 ÷ 95%) liên tục đi vào tháp aldehyt số (8). Tháp này cũng dùng hơi trực tiếp, hơi ruợu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 90%, chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3 ÷ 5% gọi là cồn đầu. Một phần rượu thô (5 ÷ 10%) ở (6) hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất. Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ dáy tháp aldehyt số (8) liên tục đi vào tháp tinh (11) với nồng độ 35 ÷ 40%V. Tháp tinh chế (11) cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp (có thể gián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở (12) rồi hồi lưu lại tháp. Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1,5÷2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh (8). Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 đến 5 đĩa và được làm lạnh ở (13). Nhiệt độ đáy tháp aldehyt duy trì ở nhiệt độ 78÷79 0C. Nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu 3÷4 đĩa về phía trên khống chế ở 82÷83 0C. Sơ đồ trên được gọi là gián tiếp một dòng vì sản phẩm đi vào các tháp chỉ có một dòng chất lỏng duy nhất. Còn gọi là gián tiếp vì bản thân dòng chất lỏng không chứa ẩn nhiệt bay hơi. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là đễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 27 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy 4.1.1. Biểu đồ nhập nguyên liệu Trong một năm rỉ đường được nhập về nhà máy theo sơ đồ sau: Bảng 4.1 Biểu đồ nhập nguyên liệu Tháng Thu nhận nguyên liệu x: Có nhập rỉ đường 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 x x x x x x 0 0 0 0 0 x 0: Không nhập rỉ đường 4.1.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy Nhà máy hoạt động sản xuất cồn với năng suất 75.000lít sản phẩm/ngày, mỗi năm hoạt động 11 tháng và nghỉ vào tháng 7 để sửa chữa bảo dưỡng thiết bị. Trong các tháng nghỉ các ngày chủ nhật và các ngày lễ lớn. Bảng 4.2: Biểu đồ sản xuất của nhà máy Tháng 1 2 Số ngày 22 66 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Tổng 24 26 24 25 26 0 26 25 27 25 25 275 72 78 72 75 78 0 78 75 81 75 75 825 làm việc Số ca 4.2. Tính cân bằng vật chất dây chuyền sản xuất cồn etylic 4.2.1. Lựa chọn các thông số kỹ thuật - Năng suất nhà máy: 75.000 lít cồn thành phẩm/ngày (96%V ). - Khối lượng riêng của cồn tuyệt đối: 0,78934 kg/lít - Khối lượng cồn đầu 5% so với cồn thành phẩm - Lượng dầu và rượu fusel: 3% so với cồn thành phẩm. Ta chọn: - Hiệu suất lên men: ηlm = 90% Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 28 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch - Hiệu suất chưng cất, tinh chế: ηtc = 95% - Hao hụt và tổn thất qua các công đoạn Bảng 4.3. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT 1 2 3 4 Hao hụt và tổn thất Công đoạn Xử lí dịch đường 2% Lên men 2% Chưng cất 1% Tinh chế 1% - Rỉ đường ban đầu có nồng độ là 840Bx. 4.2.2. Tính rỉ đường ban đầu -Lượng cồn tuyệt đối 100%V tạo ra trong một ngày: 75000 × 96 = 72000 (lít/ngày) 100 - Hiệu suất tổng thu hồi: ηt = ηlm x ηtc = 0,90x 0,95 =0,855 Lượng cồn thu được: V= 72000 = 841210,526 (lít/ngày) 0,855 Hay : 84210,526 × 0,78934 = 66470,737 (Kg) Lượng cồn trước khi tinh chế: Vtc = V × 100 84210,526 × 100 = = 85061,137 ( lít) 100 − 1 99 Lượng cồn trước khi chưng cất:Vcc = V × 100 85061,137 × 100 = = 85920,340 (lít) 100 − 1 99 Lượng cồn trước khi lên men: Vlm = V × 100 85920,340 × 100 = = 87673,816 (lít) 100 − 2 98 Lượng cồn trước khi xử lí: Vxl = V × 100 87673,816 × 100 = = 89463,078 (lít) 100 − 2 98 Hay 89463,078 x 0,78934 = 70616,786 (kg) Phương trình lên men theo lý thuyết: + Đối với đường hexoza: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 180kg 92kg 100 kg x kg Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp x= 29 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 51,11 92 × 100 = 64,75 (lít) = 51,11 kg ⇒ VC2 H 5OH = 0,78934 180 + Đối với đường sacaroza: C12H22O11 + H2O x’ = 4 C2H5OH + 342 kg 184 kg 100 kg x’ kg 184 × 100 = 53,8 ( kg) ⇒ 342 VC2 H 5OH = 4 CO2 53,8 = 68,16 (lít) 0,78934 Trong 1kg rỉ đường có 0,4kg sacaroza và 0,2kg hexoza. Như vậy cứ 1 kg rỉ đường thì lượng cồn tuyệt đối tạo thành là : ( 0,4 x 0,6816) + ( 0,2 x 0,6475) =0,40214 (lít) Vậy lượng rỉ đường cần để tạo ra 75000 lít cồn thành phẩm là : 89463,078 = 222467,794 (kg) 0,40214 Khối lượng riêng của rỉ đường ở 840Bx là d=1,44112 Thể tích rỉ đường cần dùng : 222467,794 = 154371,249 (lít) 1,44112 Hiệu suất tiêu hao cho một lít cồn: 222467,794 = 3,0898 (kg/l) 72000 4.2.3. Tính lượng CO2 thoát ra Lượng CO2 thoát ra khi lên men đường hexoza: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 180 (kg) 88 (kg) 0,2 x 224760,971 (kg ) y= y ( kg ) 0,2 × 222467,794 × 88 = 21752,407 ( kg) 180 Lượng CO2 thoát ra khi lên men đường sacaroza : C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 342 ( kg ) 0,4 x 222467,794 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày 4 CO2 176 (kg) y’ (kg) SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp y’ = 30 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 0,4 × 224760,971 × 176 = 45794,54 (kg) 342 Vậy lượng CO2 thoát ra trong quá trình lên men là: 21752,407 + 45794,54 = 67546,947 (kg). Khối lượng riêng của CO2: d = 1,9768 ( kg/m3) Thể tích CO2 thoát ra là Vco2 = 67546,947 = 34169,844 (m3) 1,9768 4.2.4. Lượng dịch đường sau khi pha loãng xuống 500Bx Lượng nước cần pha loãng rỉ đường từ 840Bx xuống 500Bx là: W= M× N1 − N 2 N2 N1 - Nồng độ rỉ đường ban đầu, N1= 840Bx N2 - Nồng độ rỉ đường cần pha, N2= 500Bx M - Khối lượng rỉ đường ban đầu, M=222467,794(kg) W = 222467,794 × 84 − 50 = 151278,0999 ( kg) 50 Khối lượng dịch rỉ đường ở 500Bx: m = 222467,794 +151278,0999 = 373745,894 ( kg) Thể tích : V = 154371,249 + 151278,0999= 305649,3489 (lít). 4.2.5. Lượng axit H2SO4 để axit hoá rỉ đường Lượng H2SO4(1%) cần dùng là 23,5 kg/1000 lít cồn tuyệt đối. Vậy lượng H2SO4(1%) cần dùng để axít hóa 72000 lít cồn là: m H 2 SO4 = 23,5 × 72000 = 1692 (kg) 1000 d H 2 SO4 = 1,0051 kg/l Thể tích H2SO4 cần dùng: V H 2 SO4 = 1692 = 1683,415 (lít) 1,0051 4.2.6. Lượng chất sát trùng ( Na2SiF6) cần dùng Lượng Na2SiF6 cần dùng là 12 kg/1000kg rỉ đường. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 31 m Na2 SiF6 = GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 12 × 222467,794 = 2669,614 (kg) 1000 Khối lượng riêng Na2SiF6 là d = 1,4378 (kg/l) V Na2 SiF6 = 2669,614 = 1856,735 (lít) 1,4378 4.2.7. Lượng chất dinh dưỡng bổ sung Lượng axit H3PO4 bổ sung là 12kg/10000 lít cồn thành phẩm. m H 3 PO4 = 12 × 75000 = 90 (kg) 10000 Khối lượng riêng của H3PO4, d = 1,57 kg/l, vậy thể tích H 3PO4 cần dùng: V H 3 PO4 = 90 = 57,325 ( lít) 1,57 - Lượng đạm sunfat (NH4)2SO4 bổ sung khoảng 0,235 kg/tấn rỉ đường. m( NH 4 ) 2 SO4 = 0.235 × 222467,794 = 52,2799 (kg) 1000 Khối lượng riêng của (NH4)2SO4 là: d=1,456 (kg/l) Thể tích cần dùng: V( NH 4 )2 SO4 = 52,2799 = 35,907 (lít) 1,456 Vậy tổng lượng chất dinh dưỡng và chất sát trùng bổ sung là: 1856,735 + 57,325 + 35,907 = 1949,967 (lít/ngày) 4.2.8. Tính lượng dịch đường pha đến nồng độ lên men - Lượng nước cần pha loãng rỉ đường từ 500Bx xuống 200Bx được tính: W= M × N1 − N 2 N2 Trong đó : N1 - Nồng độ rỉ đường đem pha, N1=500Bx. N2 - Nồng độ rỉ đường cần pha, N2= 200Bx M - Khối lượng rỉ đường đem pha, M=373745,894 ( kg) W= 373745,894 × 50 − 20 = 560618,841 (kg) 20 Vậy khối lượng dịch đường trước khi lên men là: m = 373745,894 +560618,841 + 1692 + 2669,614 + 90+52,2799 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 32 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch = 938868,629 (kg) Thể tích dịch đường trước khi lên men: V = 305649,349+560618,841+1683,415+1856,735+57,325+35,907 =869901,572 (lít) 4.2.9. Lượng dịch men giống Lượng dịch men giống cho quá trình lên men là 10% so với thể tích dịch đường lên men . Tức là : VM = 86990,572 = 86990,157 (lít) 10 Để tránh hiện tượng thiếu nấm men khi cần bổ sung, ta lấy thể tích men giống là : VM = 87000 (lít) = 87 (m3) Lượng dịch men giống ở thùng nuôi cấy trung gian lấy bằng 10% so với dịch men giống sản xuất, tức là 8700 (lít). Lượng dịch men lấy ở thùng phát triển nhỏ bằng 10% so với dịch men giống trung gian, tức là 870 (lít) 4.2.10. Tính sản phẩm dầu Fusel và cồn đầu - Dầu Fusel: lấy bằng 3% so với cồn thành phẩm: 75000 × 3/100 =2250 lít/ngày - Cồn đầu: lấy bằng 5% so với cồn thành phẩm: 75000 × 5/100 =3750 lít/ngày 4.2.11. Tính lượng giấm chín Lượng CO2 thoát ra trong quá trình lên men là: 67546,947 kg Khi lên men có một lượng CO2 kết hợp được giữ lại có khối lượng bằng 0,3% dịch lên men ban đầu: MCO2 = 0,3 × 938868,629 = 2816,606 (kg) 100 Lượng CO2 tự do bay đi là: 67546,947 - 2816,606 = 64730,341 (kg) Vậy: - Khối lượng giấm chín là: m D =938868,629 –64730,341= 874138,288( kg) Khối lượng riêng của giấm chín: d= 1,05kg/l - Thể tích giấm chín là: VD = 874138,288 = 832512,655(lít) 1,05 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 33 Độ cồn trong giấm : GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 72000 × 100 = 8,65 (% V) = 6,92%m 832512,655 4.2. 12.Biểu đồ thu nhập nguyên liệu trong năm Lượng rỉ đường đặc cho một ngày sản xuất: 222467,794kg = 222,467794 tấn. Ta có biểu đồ sau: Bảng 4.4. Bảng thu nhập nguyên liệu trong năm THÁNG 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 SỐ NGÀY SẢN XUẤT 22 24 26 24 25 26 X 26 25 27 25 25 NGUYÊN LIỆU(Tấn) 4894,29 5339,227 5784,163 5339,227 5561,695 5784,163 X 5784,163 5561,695 6006,63 5561,695 5561,695 Lượng nguyên liệu dùng trong một năm : 222,467794 × 275 = 61178,643 ( tấn rỉ đường) Bảng 4.5. Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất. STT Nguyên liệu, bán thành Thể tích Khối lượng Ghi phẩm ,thành phẩm Lượng rỉ đường ban đầu (lít/ngày) 154371,249 (kg/ngày) 222467,794 chú 1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 34 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 2 Lượng CO2 thoát ra 34169,844 67546,947 3 Lượng H2SO4 1683,415 1692 4 Lượng H3PO4 57,325 90 5 Lượng (NH4)2SO4 35,907 52,2799 6 Lượng Na2SiF6 1856,735 2669,614 7 Lượng dịch đường ở 500Bx 8 Lượng dịch lên men 869901,572 938868,629 9 Lượng giấm chín 832512,655 874138,288 10 Lượng cồn đầu 3750 11 Lượng dầu Fusel 2250 12 Lượng men giống nhỏ 870 13 Lượng men giống trung gian 8700 14 Lượng men giống sản xuất 87000 15 Độ cồn trong giấm 8,65%V 305649,3489 373745,894 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 35 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 5 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Phân xưởng lên men 5.1.1. Thùng tiếp nhận rỉ đường Rỉ đường được bơm từ các bồn chứa rỉ đường qua phân xưởng sản xuất được chứa trong thùng làm bằng thép không gỉ thân hình trụ, đáy hình nón cụt, góc hợp giữa đáy và thân là 300. Nhà máy sản xuất theo 3 ca nên ta tính và chọn thùng tiếp nhận rỉ đường cho mỗi ca sản xuất. Thể tích của thùng chứa rỉ đường đặc: V = v n ×ϕ (5.1) Trong đó: v: Là thể tích dịch đường đặc cần dùng cho mỗi ca sản xuất: v = 154371,249 lít/ngày=154,371249 m3/ngày = 51,457 (m3/ca sản xuất) n: Số thùng cần chứa, chọn n = 2 ϕ : Hệ số chứa đầy, ϕ = 0,85 Vậy thể tích của thùng là: V = 51,457 = 30,269 (m3) 2 × 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m). H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,3D. h: Chiều cao phần đáy. h = D−d tag 30 0 2 d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt. Chọn d=0,2(m) Thể tích của thùng chứa tính theo kích thước hình học: V = Vtrụ + Vđáy Vtru = πD 2 H 4 Vđáy = πh 2 ( R + r 2 + Rr )  3 Vđáy = π tag 30 0 ( D − d )( D 2 + d 2 + Dd )  24 Vđáy 2 2 π D−d r Dd 0 D = tag 30 ( + + ) 3 2 4 4 4 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày Vđáy = π 1 (D 3 − d 3 ) 24 3 SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 36 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch π 1,3D 3 π 1 V = + ( D 3 − d 3 )  V = 1,096 D 3 − 6,043 × 10 −4 4 24 3 V + 6,043 × 10 −4 D= 1,096 (5.2) 3 D= 3 30,269 + 6,043 × 10 −4 = 3,023 m 1,096 Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được: D = 3,023 (m) ,H = 3,93 (m), h = 0,815(m), d = 0,2 m. Ht = H + h = 3,93 + 0,815 = 4,745m. 5.1.2. Thùng xử lý rỉ đường Chọn thùng xử lý rỉ đường có cấu tạo giống thùng chứa rỉ đường đặc, bên trong có cánh khuấy. Chọn hai thùng với hệ số chứa đầy là 0,8 thay nhau làm việc. Thể tích của mỗi thùng thùng là: V = v n ×ϕ Trong đó: v: Thể tích dịch đường, nước và các chất để pha loãng và xử lý rỉ đường: v = 154371,249 + 151278,0999 + 1683,415 + 57,325 + 35,907 + 1856,735 = 309282,731 (lít/ngày) = 12886,78(lít/h) = 12,88678(m3/h) N: Số thùng chứa, chọn n = 2; ϕ : Hệ số chứa đầy, ϕ = 0,8 Thể tích mỗi thùng : V = 12,88678 = 8,054 (m3) 2 × 0,8 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m). H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,3D. h: Chiều cao phần đáy. d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt: chọn d=0,2. Theo công thức (5.2) ta có: 8,054 + 6,043 × 10 −4 D= = 1,94 (m) 1,096 3 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 37 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Chọn D = 1,94(m) Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được: D = 1,94(m), H = 2,522(m); h = 0,5 (m), d = 0,2(m) ⇒ H t = 2,522 + 0,5 = 3,022 m 5.1.3. Thùng chứa dịch đường nồng độ 50% Chọn thùng chứa có cấu tạo giống thùng chứa rỉ đường đặc. Chọn hai thùng chứa rỉ đường với hệ số chứa đầy là 0,85 để sản xuất. Thể tích của mỗi thùng chứa rỉ đường 50%: V = v n ×ϕ Trong đó: v: Thể tích dịch đường nồng độ 50% cần sử dụng. v = 333918,767 (lít/ngày ) =111,306 (m 3/ca sản xuất) n: Số thùng chứa, chọn n = 2, Thể tích mỗi thùng : V = ϕ : Hệ số chứa đầy, ϕ = 0,85. 101,883 = 59,93 (m3) 2 × 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m). H:Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,3D. h: Chiều cao phần đáy (m). d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt, chọn d=0,2 m. Theo công thức (5.2) ta có: 59,93 + 6,043 × 10 −4 D= = 3,795 (m) 1,096 3 Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được: D = 3,795 m; H = 4,934 m; h = 1,038 m; d = 0,2 m. ⇒ H t = 4,934 + 1,038 = 5,974 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 38 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5.1.4. Thiết bị pha loãng rỉ đường liên tục Thiết bị pha loãng rỉ đường hoạt động liên tục dùng để pha loãng rỉ đường từ nồng độ 50% đến nồng độ lên men. Lượng nước đem pha loãng trong một giờ là: 560618,841 = 23359,118 (lít/h) =23,359118 (m3/h) 24 Lượng rỉ đường pha loãng trong một giờ sản xuất: 305649,349 = 12735,389 (lít/h) = 12,735389(m3/h) 24 Yêu cầu dịch rỉ đường lưu lại trong thiết bị không thấp hơn 15 ÷ 20 giây. Chọn thiết bị pha loãng liên tục có thân hình trụ đứng, ở đáy có ống dẫn rỉ đường đặc vào, ống nước nóng và ống nước lạnh, ống xả nước khi vệ sinh, vòng răng cưa dưới đáy có tác dụng tạo ra một luồng hòa trộn sơ bộ giữa rỉ đường, nước nóng và nước lạnh. Ống nước lạnh được bố trí theo phương tiếp tuyến, phần trên của thiết bị có lắp những tấm ngăn, các phần khuyết của tấm ngăn được lắp đổi chiều nhau. Ta chọn thiết bị theo năng suất sản phẩm, chọn thiết bị có năng suất 40000 lít cồn tinh chế/ngày, số thiết bị cần là: n= N1 N2 N1: Năng suất của dây chuyền. N2: Năng suất của thiết bị. n= 75000 = 1,875 40000 Chọn 2 thiết bị Kích thước của thiết bị như sau: - Chiều cao: Htb = 1,5 m. - Đường kính trong: D = 0,4 m. - Đường kính ống dẫn rỉ đường: 0,1 m. - Đường kính ống dẫn nước: 0,075 m. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 39 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5.1.5. Thùng chứa dịch đường 20% Chọn thùng chứa có cấu tạo giống thùng chứa rỉ đường đặc. Dịch đường nồng độ 50% được pha loãng ở thiết bị pha loãng liên tục rồi chuyển sang thùng chứa dịch đường 20% để cung cấp cho các thùng nhân giống và lên men. Thể tích của thùng chứa dịch đường 20%: V = v n ×ϕ Trong đó: v: Thể tích dịch đường nồng độ 20%: v = 869901,572(lit/ngày ) = 36245,899 (lít/h) = 36,245899 (m3/h) n: Số thùng cần chứa, chọn n = 2 ϕ : Hệ số chứa đầy, ϕ = 0,85. Thể tích mỗi thùng : V = 36,245899 = 21,321 (m3) 2 × 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m). H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,3D. h: Chiều cao phần đáy. d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt: chọn d=0,2. Theo công thức (5.2) ta có: D=3 31,321 + 6,043 × 10 −4 = 2,689 (m) 1,096 Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được. D = 2,689 m, H = 3,496 m; h = 0,719 m, d = 0,2m ⇒ H t = 3,496 + 0,719 = 4,215 (m) 5.1.6. Thùng chứa axit H2SO4 Chọn thùng chứa axit có hình trụ đứng, đáy có hình côn. Với thể tích axit cần dùng là 1685,415 lít/ngày. Chọn 1 thùng chứa với hệ số chứa đầy là 0,85 cho 1 ngày sản xuất. Do đó thể tích của thùng là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp V = 40 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 1683,415 = 1982,841(lit ) = 1,982841(m 3 ) 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m). H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,3D. h: Chiều cao phần đáy h= D−d tag 30 0 2 d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt. Chọn d=0,2. Theo công thức (5.2) ta có: D=3 1,982841 + 6,043 × 10 −4 = 1,219 (m) 1,096 Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được: D = 1,219 m; H = 1,585m; h = 0,294 (m); d = 0,2m. ⇒ H t = 1,585 + 0,294 = 1,879 (m) Thùng chứa axit được làm bằng Inox. 5.1.7. Thùng chứa chất sát trùng Na2SiF6 Chọn thùng chứa chất sát trùng có thân hình trụ đứng,có đáy là hình nón cụt, lượng chất sát trùng cho nhà máy hoạt động trong một ngày là 1856,735 (lít/ngày). Chọn hệ số chứa đầy là: 0,85. Vậy thể tích thùng là: V = 1856,735 = 2184,394 (lít) = 2,184394 (m3 ). 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m). H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,3D. h: Chiều cao phần đáy.h= D−d tag 30 0 2 d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt: chọn d=0,2. Theo công thức (5.2) ta có: D=3 2,184394 + 6,043 × 10 −4 = 1,26 (m) 1,096 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 41 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được. D = 1,26m, H = 1,64 m; h = 0,31m, d = 0,2m ⇒ H t = 1,64 + 0,31 = 1,95 m Thùng chứa chất sát trùng Na2SiF6 được làm bằng Inox 5.1.8. Thùng chứa chất dinh dưỡng ∗ Thùng chứa H3PO4: Lượng axit H3PO4 cần dùng: 57,325 lít/ngày Chọn một thùng chứa bằng Inox có thân hình trụ đứng, đáy hình nón cụt, hệ số chứa đầy 0,85, góc hợp giữa đáy và thân là 450 Thể tích thùng: V = 57,325 = 67,441 (lít) =0,067 (m3) 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng: D: Đường kính thùng (m) H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D, chọn H = 1,5D. h: Chiều cao phần đáy. h = D−d 2 d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt: chọn d = D 8 Ta có: Vđáy = π (D 3 − d 3 ) 24 Vtr = πD 3 H πD 3 1,5 V = = tr 4 4 π 5119 D 3 V = 12288 D=3 V × 12288 = 0,37 (m) 5119π Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được. D = 0,37 m, H = 0,555 m; h = 0,162m, d = 0,046m ⇒ H t = 0,555 + 0,162 = 0,717 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 42 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch ∗ Thùng chứa (NH4)2SO4: Lượng (NH4)2SO4 50% sử dụng là: 35,907 (lít/ngày). Chọn một thùng chứa bằng Inox có thân hình trụ, đáy hình nón cụt và hệ số chứa đầy 0,85. Thể tích thùng chứa : V = 35,907 = 42,244 lít = 0,042244m3 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng chứa H3PO4: D: Đường kính thùng (m). H: Chiều cao phần trụ của thùng : H = (1,2÷1,5)D. Chọn H = 1,5D. h: Chiều cao phần đáy (m). d: Đường kính đáy nhỏ của nón cụt. Chọn d = D m. 8 Theo công thức trên ta có: D=3 0,042244 × 12288 = 0,32 (m) π × 5119 Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được D = 0,32m, H = 0,48 m; h = 0,14 m, d = 0,04 m. ⇒ H t = 0,48 + 0,14 = 0,62 m. 5.1.9. Tank lên men 5.1.9.1. Số lượng tank lên men Số tank lên men được xác định N= n × ∑τ +1 24 [3, tr 271] Trong đó: n: số lượng tank lên men trong 1 ngày, n=4 ∑τ : Tổng thời gian cần thiết cho 1 chu kỳ lên men, ∑ τ = 50 giờ. N = 4× 50 + 1= 10(thùng) 24 5.1.9.2. Thể tích tank lên men - Thể tích tank lên men chính: Vlên men = V n.ϕ (m3) [3, tr 271] V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 43 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch n: Số tank lên men trong 1 ngày. φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85 (có ống xoắn ruột gà làm mát). - Lượng dịch lên men trong 1 ngày: m = 938868,629 kg/ngày. V = 869901,572 (lít/ngày) = 869,901572 (m3/ngày). Vlên men = 869,901572 = 255,853 (m3). 4 × 0,85 5.1.9.3. Quan hệ các kích thước cơ bản của tank lên men - H = (1,2 ÷ 1,5)D. - h1 = (0,15 ÷ 0,3)D. [3, tr 272] - h2 = (0,1 ÷ 0,125)D. Trong đó: + D: Đường kính tank lên men chính. + H: Chiều cao phần hình trụ của tank, chọn H = 1,3D. + h1: Chiều cao đáy tank, chọn h1 = 0,2D. Hình 5.1 tank lên men + h2: Chiều cao nắp tank, chọn h2 = 0,1D. Chọn thiết bị có thân trụ, đáy và nắp tank hình côn, được làm từ thép CT3. Thể tích được tính: Vlênmen = 0,785×D2×(H+1/3h1+1/3h2) = 0,785D2×(1,3D + 0,3/3D) Vlênmen = 1,099×D3 ⇒ D = 3 255,583 = 6,15 (m) 1,099 h1 = 0,2 × 6,15 = 1,23 (m) h2 = 0,1x 6,15= 0,615 (m) H = 1,3 × 6,016 = 7,995 (m) Chiều cao thiết bị: Htb = h1+ h2 +H = 1,23+0,615+7,995=9,84(m). Tính nhiệt cho tank lên men chính Phương trình lên men chính: C6H12O6 2C2H5OH + CO2 + 28 kcal Cứ 1 lít dịch lên men trong tank lên men chính sau mỗi giờ sẽ giải phóng ra 1,13 kcal nhiệt. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 44 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ trong 1 thùng: Q= V 50 869901,572 × × 1,13 = × 1,13 = 245747,194(kcal) n 24 4 Trong đó: V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày. n: Số thùng lên men trong một ngày n=4. Nhiệt tổn thất do hơi rượu và CO 2 mang ra lấy bằng 10% so với lượng nhiệt sinh ra: Q1 =10%Q = 24574,7194 (kcal) Để lấy hết lượng nhiệt còn lại ta sử dụng hệ thống dội nguội bên ngoài thùng và hệ thống làm nguội bên trong bằng ống xoắn ruột gà. * Lượng nhiệt do hệ thống dội nguội lấy đi: Q2 = F.k.∆t (W) Trong đó: F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt. k : Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị. ∆t: Hiệu số nhiệt độ trung bình. F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt: F = π.D.H = π × 6,15 × 7,995 = 154,391 (m2) k : Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: k= 1 1 δ 1 + + α 1 λt α 2 [8,tr 3] α1: Hệ số cấp nhiệt từ tank lên men đến thành thiết bị, α1 = 699 W/m2.độ. δ: Chiều dày thành thiết bị, δ = 0,006 m. λt : Hệ số dẫn nhiệt của thành thiết bị, λt =50 W/m.độ. α2: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị đến nước dội. α 2 = Nu. λN HT λN: Hệ số dẫn nhiệt của nước ở 250C; λN = 60,825.10-2 W/m.độ. HT: Chiều cao phần thân hình trụ, HT =7,995 m. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 45 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Nu: Chuẩn số Nuyxen (đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt phân giới), nó phụ thuộc vào chuẩn số Reynon: Re = + V: Mật độ tưới, V = 4V µ [8, tr 21] G (kg/m.s). F + F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt F = π × D × H = 3,14 × 6,15 × 7,995 = 154,391 (m) + G: Khối lượng chất lỏng chảy trên bề mặt thành trên 1 đơn vị thời gian, G = 1,5 kg/s + Nhiệt độ trung bình của nước dội là 25 0C (nhiệt độ đầu là 200C, nhiệt độ cuối là 300C ) . + Ở 250C, độ nhớt của nước là µ = 0,8937.10-3 N.s/m2. 4.V 4.G 4 × 1,5 = = = 43,485 µ µ .F 0,8937 × 10 −3 × 154,391 Re = Re = 43,485 < 2000 nên Nuyxen được tính: Nu = 0,67.(Ga2.Pr3.Re)1/9 [8, tr 21] Trong đó: Ga = Pr = H 3 .ρ 2 .g 7,995 3 × 997,08 2 × 9,81 = = 6,24 × 1015 µ2 (0,8937.10 −3 ) 2 C P.µ λ Trong đó: µ: Độ nhớt nước ở 250C, µ = 0,8937.10-3 N.s/m2 λ: Hệ số dẫn nhiệt của nước ở 250C, λ = 60,825.10-2 W/m.độ CP: Nhiệt dung riêng của nước ở 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ 0,99892 × 0,8937.10−3 = 0,00147 => Pr = 60,825.10− 2 Vậy: Nu = 0,67[(6,24.1015)2.(0,00147)3.43,485]1/9 = 374,912 ⇒ α2 = Nu.λ N 374,912 × 60,825 × 10 −2 = = 28,523(N/m2.0C) H 7,995 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp ⇒ 46 K= GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 1 = 1 0,006 1 27,315 (W/m2.0C) + + 699 50 28,523 ∆t: Hiệu số nhiệt độ trung bình ∆t = ∆t1 − ∆t 2 ∆t ln 1 . Trong đó: ∆t1 =T – t1; ∆t2 = T- t2 ∆t 2 [7, tr 5] T = 320C, t1 = 200C, t2 = 30 0C. Suy ra: ∆t1 = 12 0C, ∆t2 = 2 0C ∆t = 12 − 2 = 5,58 0C ln 6 Vậy nhiệt lượng do nước dội lấy đi: (1 kcal/h=1,163 W) Q2 = K.F.∆t = 27,315 × 154,391 × 5,58 = 23531,729 (W) = 20233,645(kcal/h) Lượng nước dội cho 1 thùng lên men chính: m = 3600.1,5 = 5400 kg/h * Lượng nhiệt lượng do hệ thống làm nguội ống xoắn ruột gà lấy đi: Q3 = Q – Q1 –Q2 = 245747,194 − 24574,7194 − 20233,645 =200938,829 kcal/h Lượng nước (G) cung cấp cho ống xoắn ruột gà: Từ công thức: Q = G.C.∆t ⇒ G = Q3 200938,829 = C P .∆t 0,99892 × (30 − 20) = 20115,608(kg/h) Bề mặt truyền nhiệt của ống xoắn ruột gà: F = Với: K= Q3 K .∆t 1 1 δ 1 + + α 1 λt α 2 α1: Hệ số cấp nhiệt từ dịch lên men vào bề mặt của ống. α1 = 699 W/m2.độ = 600 kcal/m.h.độ.s. α2: Hệ số cấp nhiệt từ bề mặt ống đến nước làm nguội. α 2 = Nu. λ d λ: Hệ số dẫn nhiệt của nước. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 47 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch λ = 60,825.10-2 W/m.độ = 52,3.10-2 kcal/m.h.độ. d: Đường kính trong ống xoắn, d = 0,08m. Nu = 0,021 ε 1 .Re0,8.Pr0,43 ( Pr 0, 25 ) Prt Trong đó: Re = ω.d .ρ µ .g + ρ: Khối lượng riêng của nước ở 250C, ρ = 997,08 kg/m3 + µ: Độ nhớt của nước ở 250C µ = 0,8937.10-3N.s/m2 = 0,091.10-3 kg.s/m2 + ω: Vận tốc nước trong ống: ω= V 20,115608 = = 1,11 (m/s) 2 3600.π .(d / 2) 3600.π .0,04 2 => Re = 1,11 × 0,08 × 997,08 = 99181,934 0,091.10 −3 × 9,81 Re = 91140,155> 104 ⇒ ε 1 = 1 Pr = µ .C P .3600.g λN + CP: Nhiệt dung riêng của nước ở 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ + λN: Hệ số dẫn nhiệt của nước, λN = 52,3.10-2 kcal/m.h.độ + µ: Độ nhớt của nước ở 250C, µ = 0,091.10-3 kg.s/m2 => Pr = ( 0,091.10−3 × 0,99892 × 3600 × 9,81 = 6,138 52,3.10− 2 Pr 0, 25 ) =1 Prt Nu = 0,021.Re0,8.Pr0,43 Nu = 0,021.(99181,934)0,8.(6,138)0,43 = 455,215 Vậy: α2 = 455,215 52,3.10 −2 = 2975,968 (kcal/m2.h.0C) 0,08 - δ: Chiều dày ống xoắn δ = 0,003 m. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 48 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch - λt: Hệ số dẫn nhiệt của thành ống, λt = 50 w/m.độ = 43 kcal/m.h.độ. => k= ∆t = 1 = 1 0,003 1 482,519(kcal/m2.h.0C) + + 600 43 2975,968 ∆t1 − ∆t 2 12 − 2 = = ∆t1 ln 6 5,58 0C ln ∆t 2 Bề mặt truyền nhiệt của ống xoắn: F= Q3 200938,829 = = 74,630 (m2) k .∆t 482,519 × 5,58 Chiều dài ống xoắn ruột gà: L = F 74,630 = = 297,095 (m). π .d π .0,08 5.1.10. Các tank nhân giống 5.1.10.1. Tank nhân giống lớn Chọn tank nhân giống lớn có cấu tạo giống với thùng lên men, thùng nhân giống lớn có dung tích bằng 10 % thùng lên men chính. Vlớn = 87000 lít/ngày = 87 (m3) Chọn số tank nhân giống lớn là: 2 Dùng một tank để làm việc và một tank để dự bị hệ số chứa đầy là 0,85. Vậy thể tích của tank là: V = 87 = 102,353m 3 0,85 Tank có dạng đáy, nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính. Chọn các kích thước cơ bản của tank: D: Đường kính của tank. H: Chiều cao phần trụ của tank. (H = 1÷1,2D) Chọn H = 1,2D. h1: Chiều cao đáy thiết bị. Chọn h1 = 0,2D. h2: Chiều cao nắp thiết bị. Chọn h2 = 0,1D. V = 0,785.D2.( H + 1/3h1 + 1/3h2) = 1,0205.D3. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp ⇒ Dl = 49 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 102,353 = 4,65 (m) 1,0205 3 ⇒ : H = 5,58 m; h1 = 0,93 m; h2 = 0,465m. Vậy chiều cao thiết bị: Htb = 6,975 m. 5.1.10.2. Tank nhân giống trung gian Chọn tank nhân giống trung gian có cấu tạo giống với tank lên men, tank nhân giống trung gian có dung tích bằng 10 % tank nhân giống lớn. Vtg = 8700lít/ngày = 8,700(m3) Số tank nhân giống trung gian là: 2 Chọn một tank để làm việc và một tank để dự bị với hệ số chứa đầy là 0,85. Vậy thể tích của tank là: V = 8,700 = 10,235 m3 0,85 Thùng có đáy, nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính. Chọn các kích thước cơ bản của tank: D: Đường kính của thùng. H: Chiều cao phần trụ của tank. (H = 1÷1,2D). Chọn h1 = 1,2D. h1: Chiều cao đáy thiết bị. Chọn h1 = 0,2D. h2: Chiều cao nắp thiết bị. Chọn h2 = 0,1D. V = 0,785D2× ( H + 1/3h1 + 1/3h2) = 1,0205D3. ⇒ Dtg = 3 10,235 = 2,16 (m) 1,0205 ⇒ : H = 2,59 m; h1 = 0,432 m; h2 = 0,216 m Vậy chiều cao thiết bị: Htb = 3,338 m 5.1.10.3. Tank nhân giống nhỏ Chọn tank nhân giống nhỏ có cấu tạo giống với tank lên men, tank nhân giống nhỏ có dung tích bằng 10 % tank nhân giống trung gian. Vnhỏ = 870lít/ngày = 0,870 (m3) . Số tank nhân giống nhỏ là: 2 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 50 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Chọn một tank để làm việc và một thùng để dự bị, hệ số chứa đầy là 0,85. Vậy thể tích của tank là: V = 0,87 = 1,024 m3 0,85 Tank có dạng hình trụ đứng đáy và nắp hình côn, quan hệ giữa chiều cao và đường kính tương tự thiết bị lên men chính. Chọn các kích thước cơ bản của tank: D: Đường kính của tank. H: Chiều cao phần trụ của tank. (H = 1÷1,2D) h1: Chiều cao đáy thiết bị. Chọn h1 = 0,2D. h2: Chiều cao nắp thiết bị. Chọn h2 = 0,1D. V = 0,785.D2.( H + 1/3h1 + 1/3h2) = 1,0205.D3. ⇒ Dn = 3 1,024 = 1,001 (m) 1,0205 Suy ra: H = 1,2012 m; h1 = 0,2002 m; h2 = 0,1001 m Vậy chiều cao thiết bị: Htb = 1,5015 m 5.1.10.4. Tính nhiệt cho tank nhân giống - Tank nhân giống lớn: Lượng dịch men sử dụng cho 1 ngày: 86990,1572 (lít). Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: Ql = 86990,1572 × 1,13 = 98298,878(kcal/h) - Tank nhân giống trung gian: Lượng dịch men trong tank bằng 10% so với lượng men trong tank nhân giống lớn: 86990,1572 × 0,1 = 8699,01572(lít) Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: Qtg =8699,01572 × 1,13 = 9829,888 (kcal/h). - Tank nhân giống nhỏ: Lượng dịch men trong tank bằng 10% so với lượng men trong tank nhân giống trung gian: 8699,01572 x0,1=869,901572 (lít). Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: Qn = 869,901572 x1,13=982,9888 (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 tank gây men: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 51 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Qn = 982,9888 × 0,85 = 835,540 (kcal/h) Qtg = 9829,888 × 0,85 = 8355,405(kcal/h) Ql = 98298,878 × 0,85 = 83554,046(kcal/h) - Diện tích truyền nhiệt cho ống xoắn ruột gà: F = Q k .∆t Lấy k = 470,803 (kcal/m2.h.độ ), ∆t = 5,58 0C Ở tank nhân giống nhỏ: Fn = 835,540 = 0,318 ( m2 ) 470,803 × 5,58 Ở tank nhân giống trung gian: Ftg = Ở tank nhân giống lớn: Fl = 8355,405 = 3,18 (m2) 470,803 × 5,58 83554,046 = 31,8 (m2) 470,803 × 5,58 - Chiều dài ống xoắn ruột gà tank nhân giống nhỏ: Ln = Fn 0,318 = = 2,53 (m) (với d=0,04m) π .d π .0,04 - Chiều dài ống xoắn ruột gà tank nhân giống trung gian: Ltg = Ftg π .d = 3,18 = 12,66 (m) (với d=0,08m) π .0,08 - Chiều dài ống xoắn ruột gà tank nhân giống lớn: Ll = Fl 31,18 = = 124,124 (m) π .d π × 0,08 - Lượng nước cung cấp cho tank nhân giống nhỏ: mn = Qn 835,540 = = 83,64438(kg/h) = 0,08364 (m3/h) C n (t 2 − t1 ) 0,99892.(30 − 20) - Lượng nước cung cấp cho tank nhân giống trung gian: mtg = Qtg C n (t 2 − t1 ) = 8355,405 = 836,444 (kg/h)=0,836444 (m3/h) 0.99892.(30 − 20) - Lượng nước cung cấp cho tank nhân giống lớn: ml = Ql 83554,046 = = 8364,438 (kg/h)=8,364438(m3/h). C n (t 2 − t1 ) 0,99892 × (30 − 20) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 52 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5.1.11.Thiết bị hấp thụ cồn trong CO2 Chọn thiết bị hấp thụ cồn trong CO2 của Tararưcốp. Thiết bị gồm hai phần: Phần hấp thụ và phần ngưng tụ. Kích thước của thiết bị phụ thuộc năng suất nhà máy. Lượng CO2 thoát ra trong quá trình lên men: VCO2 = Trong đó: P.ρ .K .K1 24 ρ1 P: Năng suất nhà máy, P =75000 lít/ngày. 3 ρ: Tỷ trọng của rượu, ρ = 790 (kg/m ). Hình 5.2. Thiết bị tách CO2 và thu hồi rượu K: Lượng khí CO2 nhận được từ 1kg rượu có tính đến lượng CO2 hoà tan vào dịch lên men, K = 0,94 kg/kg. K1: Hệ số biểu thị sự tăng thể tích của CO2 do có chất lỏng bị cuồn theo, K1 = 1,1. ρ1: Khối lượng riêng của khí CO2, ở nhiệt độ 260C, ρ1 = 1,81 (kg/m3). VCO2 = 75000.790.0,94.1,1 = 1410324,586 (lít/h) = 1410,325 (m3/h) 24.1,81 - Đường kính của thiết bị: D = 4.VCO2 3600.π .ω Trong đó: ω : Tốc độ chuyển động của khí CO 2 qua tiết diện tự do của thiết bị, ω = 0,9 m/sec. ⇒ D = 0,745 m. - Số lượng ống trong phần ngưng tụ: Z = Trong đó: d: 4 × VCO2 3600 × π × d 2 × ω1 Đường kính trong của ống, chọn d = 20 mm. ω1 : Tốc độ chuyển động của khí CO2 trong ống, ω1 = 9 m/sec. ⇒ Z = 140 Các thông số của thiết bị là: + Đường kính trong của thiết bị: 0,745 m. + Chiều cao toàn bộ: 5,25 m. + Đường kính lỗ sàng: 0,004 m.. + Số lượng ống φ 20mm trong phần ngưng tụ: 140 cái. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 53 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Tốc độ CO2 qua tiết diện tự do:0,9 m/sec. + Tốc độ CO2 qua lỗ sàng: 9 m/sec. + Tốc độ CO2 qua ống: 6 m/sec. 5.1.12. Thùng chứa giấm chín Lượng dấm chín là: 832512,655 lít/ngày = 34688,027 (lít /h ) = 34,688 m3/h. Chọn 2 thùng có hệ số chứa đầy 0,85. Thể tích mỗi thùng là: V = 34,688 = 20,405 (m3) 2 × 0,85 Thùng chứa giấm làm bằng thép không gỉ có dạng hình trụ đáy hình nón. Hình 5.3. Thùng chứa giấm chín Chọn h2=1,5 × D, d = D (m). 8 Chiều cao đáy nồi: h1 = D−d D−d × tgα = 2 2 π (D − d ) D2 + d 2 + d × D 1 D2 + d 2 + D × d ) = × ×( ) Thể tích đáy: Vd = × π × h1 × ( 3 4 3 2 4 Thể tích thân nồi: VT = π × D 2 × h2 4 4783 × π × D 3 Thể tích nồi: V = VT + Vd , V = 12288 V = 20,405 (m3). ⇒D =3 ⇒D =3 12288 × V 4783 × π 12288 × 20,405 = 2,556 (m) 4783 × 3,14 Chọn h2 = 1,5 × D = 1,5 × 2,556 = 3,834(m) d= D 2,556 = = 0,3195 (m) 8 8 h1 = D − d 2,556 − 0,3195 = = 1,12(m). 2 2 Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 = 3,834 + 1,12 = 4,954(m). Chọn một thùng chứa giấm chín có đường kính trụ D = 2,556(m), chiều cao đoạn trụ h2 = 3,834(m), chiều cao đáy h1 = 1,12(m), chiều cao thiết bị h = 4,954(m). 5.2. Phân xưởng chưng cất - tinh chế. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 54 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5.2.1. Tháp thô 5.2.1.1. Xác định số đĩa lý thuyết Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,65 %V hay 6.92% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng là: t s = 93,38 (0C) 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= 93,38 (oC). Nhiệt lượng cần cung cấp cho tháp thô tính cho 100kg dấm: Q = 100.Cd( ts - td ). Trong đó: 100(kg): Khối lượng giấm vào tháp. Cd: nhiệt dung riêng của giấm, tính theo công thức: Cd = 1,019 - 0,0095.B B: Nồng độ chất khô trong giấm. B = 6,92%. Suy ra : Cd = 1,019 - 0,0095.6,92 = 0,95 (Kcal). Nên: Q = 100.0,95.( 93,38 - 70 ) = 2221,1(Kcal). Nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu X0 = 6,92% khối lượng bằng 2,83 % mol. Theo bảng IX2-[5,tr 149] X 0 5 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 Y 0 33,2 44,2 53,1 57,6 61,4 65,4 69,79 75,3 81,8 89,8 100 T 100 90,5 86,5 83,2 81,7 80,8 80 79,4 79 78,6 78,4 78,4 Dùng nội suy ta có nhiệt độ sôi tương ứng là: ts = 93,38(oC). Nồng độ rượu ở pha hơi: y’ = 37,16 % khối lượng (18,79 % mol). Khối lượng hơi đi trong tháp ứng với 100 kg giấm. Ta có : G’ = 100 100 6,92 = 18,62 (kg). x2 = y' 37,16 Với x2, y’là nồng độ rượu trong giấm chín đưa vào tháp, và trong pha hơi tách ra tại đĩa cấp liệu. Lượng hơi thực tế đi trong tháp: G = β.G’ = 1,05.18,62 = 19,55 (kg). (Với β = 1,05 : Hệ số hơi thừa ). Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp y= Hay : 55 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 6,92.100 = 35,39(% khối lượng) . 19,55 y = 17,65% mol. Phương trình cân bằng vật liệu ở tháp ứng với 100 kg dấm chín. 100 + P = 19,55+ R. ⇒ R = P + 80,45 Trong đó: P: lượng hơi nước cần dùng ( kg/h). R: lượng bã (kg/h). Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm: Vào Giấm chín P = 1,5 kg/cm3 100 P 297 2680 Hơi nước-rượu 19,55 2010 100×297=29700 2680P 19,55×2010 =39295,5 Bã 80,45 420 (80,45+P) ×420 Nhiệt làm mát. 840 Bảng 5.1.Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm. Ra Phương trình cân bằng nhiệt: 29700 + 2680.P = 39295,5 + (80,45 + P ).420 + 840 P ⇒ R = 19,57 (Kg). = 100(Kg). Số mâm lý thuyết có thể tính theo công thức : n =  X  K .H 1  lg 1 + − 1    Xb  G − 1 . [5, tr 199]  KH 1  lg   G  H: Lượng hơi tiêu cho 100 kg giấm (H= 19,57 kg). X: Hàm lượng giấm chín đi vào mâm trên cùng của tháp thô hoặc nồng độ rượu đi vào mâm tiếp liệu của tháp tinh (% khối lượng ). Với X= 6,92 % khối lượng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 56 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Xb: Nồng độ rượu sót trong bã rượu hoặc trong nước thải. Với Xb = 0,004mol = 1,022.10-4% khối lượng K: Hệ số bay hơi của rượu tùy thuộc vào nồng độ trung bình của giấm lấy. Nồng độ trung bình tính theo : X tb = X − Xb  X 2,3 lg  XB    Với Xtb= 0,623 → K = 11,42 [5, tr 264]. G : Lượng chất lỏng chảy theo các mâm G=100-X=100-6,92=93,08 Vậy n =  6,92  11,42 × 19,57  lg 1 + − 1  −4 93,08   1,022 × 10  −1  11,42 × 19,57  lg , Hình 5.4. Tháp thô 93,08   n = 12,08 Trong thực tế hiệu suất đĩa : µ = 0,3÷0,8. [5, tr 200]→ Chọn µ = 0,5. Vậy số đĩa thực tế là: Ntt = Nlt/µ = 12,08/0,5 = 24,17 . Chọn Ntt = 25 (đĩa) 5.2.1.2. Tính đường kính tháp D= 0,0188 g tb ( PϕWg ) tb (m) [7, tr181] Trong đó: gtb: lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h) (PϕWg)tb: vận tốc hơi trung bình trong tháp (kg/m2.s) (PϕWg)tb = 0,065 ϕ σ h.ρ x ρ y - Tính vận tốc hơi trung bình trong tháp : ϕ : hệ số tính đến sức căng bề mặt. Khi σ < 20 dyn/cm thì ϕσ  = 0,8 Khi σ > 20 dyn/cm thì ϕσ  = 1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 57 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Khi nồng độ rượu càng nhỏ thì σ càng lớn, ứng với nồng độ rượu ở pha lỏng trong tháp (6,92% khối lượng) thì σ > 20 dyn/cm nên ϕσ  = 1 h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,4 m ρx, ρy: khối lượng riêng trung bình của pha lỏng và pha hơi. + Khối lượng riêng của pha lỏng được tính: 1 a 1− a = + ρx ρR ρN [ 7,tr 183] ρR, ρN: Khối lượng riêng trung bình của rượu, nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong tháp (kg/m3) a: nồng độ phần khối lượng trung bình của tháp trong pha lỏng . Ta có : + Nhiệt độ đỉnh tháp: 93,380C + Nhiệt độ đáy tháp: 1050C → Nhiệt độ trung bình ttb = 93,38 + 105 = 99,190C 2 Từ đó ta có: ρR = 734,95 kg/m3 ρN = 958,84 kg/m3 Nồng độ phần trăm khối lượng ở đáy rất bé, có thể lấy nồng độ phần trăm khối lượng trung bình của rượu ở pha lỏng như sau: xtb= 1 0,0346 1 − 0,0346 ⇒ ρ = 734,95 + 958,84 x x0 6,92% = = 3,46% 2 2 ⇒ ρ x = 948,8kg/m3 + Khối lượng riêng trung bình pha hơi được tính theo công thức: ρY = [ y.m1 + (1 − y ).m2 ].273 22,4.T [7,tr 183] Trong đó: m1, m2: khối lượng mol của rượu và nước m1 = 46; m2 = 18 T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình trong tháp. T = 273 +99,19 = 372,20K y : Nồng độ phần mol của hơi lấy theo giá trị trung bình. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 58 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch y=(y1+y2)/2 y1: Nồng độ phần mol ở đỉnh tháp, y1 = 0,1765 phần mol y2: Nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 0,0283 phần mol y= ρy = y1 + y 2 0,1765 + 0,0283 = = 0,1024 phần mol 2 2 [ 0,1024 × 46 + (1 − 0,1024) × 18].273 = 0,683 22,4 × 372,2 ⇒ (PϕWg)tb = 0,065 0,4 × 948,8 × 0,683 = 1,05 kg/m3.s Tính lượng hơi trung bình trong tháp: gtb= D.P 100 D: Lượng dấm vào tháp, D = 874138,288 ( kg/ngày) = 36422,429 (kg/h ) P: Lượng hơi trong tháp ứng với 100kg dấm, P = 19,57( kg/h ) ⇒ gtb= 36422,429 × 19,57 = 7127,869 (kg/h) 100 Đường kính tháp: D = 0,0188 g tb 7127,869 = 0,0188 = 1,55 (m) ( Pϕ .Wg ) tb 1,05 5.2.1.3. Tính chiều cao tháp H = (n -1)h +h1 + h2 Trong đó : + n: số đĩa thực tế của tháp, n = 25 + h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,4 (m) + h1, h2: chiều cao phần đáy và đỉnh tháp h1 = h2 = 0,6m H = (25- 1). 0,4 + 0,6 +0,6 = 10,8 (m) 5.2.2. Tháp trung gian 5.2.2.1. Xác định số đĩa 5.2.2.1.1. Số đĩa đoạn luyện * Phương trình cân bằng vật liệu: R1+ P + R2 = ∃a + ∃n Trong đó : + R1: hơi ngưng tụ từ tháp thô dẫn đến tháp trung gian, R1 = 19,55kg/h Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 59 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + P: lượng hơi cấp nhiệt cho tháp. Lượng hơi tiêu hao cho tháp aldehyt có thể từ 0,4 đến 1,5kg/kg cồn khan. Ta chọn tiêu hao là 1 kg/kg. Do đó tiêu hao cho tháp andehyt có thể tính: P = R1.Y1 = R1.X1 Y1 - nồng độ rượu trong pha hơi ra khỏi tháp thô cũng bằng nồng X1 trong chất lỏng ngưng tụ đi vào tháp andehyt theo % khối lượng Y1 = 35,39% Lượng hơi đốt cần 100kg dấm là: P= 19,55 × 35,39 = 6,92 (kg/100kg dấm) 100 + R2: Lượng rượu hồi lưu từ tháp tinh dẫn qua. Chọn R 2 =3% so với lượng cồn tuyệt đối. R2 = 6,92 × 3 = 0,208 (kg/100kg dấm) 100 + ∃a: Lượng cồn đầu thu được ở bộ phận ngưng tụ của tháp trung gian Chọn ∃a = 5% so với lượng cồn tuyệt đối. ∃a = 0,05x 6,92 = 0,346(kg/100kg dấm) + ∃n: Lượng sản phẩm đáy của tháp trung gian. ∃n = R1 + P + R2 - ∃a = 19,55 + 6,92 + 0,208 - 0,346 = 26,332 * Cân bằng nhiệt lượng -Nhiệt vào từ các thành phần: + Rượu ngưng từ các thiết bị hâm giấm: Q1 =m1.E1 m1: phần rượu ở thiết bị hâm giấm, được lấy bằng 4/5 lượng rượu dẫn từ tháp thô qua tháp trung gian. m1 = 4 x 19,55 = 15,64 (kg) 5 E1: Nhiệt lượng riêng, E1 = 333 KJ/kg ⇒ Q1 = 15,64 x 333 = 5208,12 (KJ) + Rượu ngưng ở thiết bị ngưng tụ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 60 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Q2 = m2.E2 m2 = R1 - m1 = 19,55-15,64 = 3,91 (kg) ⇒ Q2 = 3,91x 122,5 = 478,96(KJ) E2 = 122,5 KJ/kg + Rượu hồi lưu từ tháp tinh: Q3 = m3.E3 m3 = R2 =0,208 kg ⇒ Q3 = 0,208 x 88 = 18,304(KJ) E3 = 88 KJ/kg + Hơi đốt: Q4 = m4.E4 m4 = P =6,92kg E4 = 2680 KJ/kg ⇒ Q4 =6,92x 2680 = 18545,6(KJ) + Lỏng hồi lưu: Q5 = φ.E5 φ :lượng lỏng hồi lưu. E5 =285 KJ/kg Q5 = 285φ - Nhiệt ra từ các phần: + Cồn đầu: Q6 = m6.E6 m6 =∃a = 0,346 E6 = 1180 KJ/kg Q6 = 0,346 x 1180 = 408,28 (KJ) + Cồn hồi lưu: Q7 = φ.E7 E7 = 1180 KJ/kg Q7 = 1180.φ (KJ) + Sản phẩm đáy dẫn qua tháp tinh: Q8 = m8.E8 m8 = ∃n =26,332kg E8 = 363 KJ/kg Q8 = 26,332 x 363 = 9558,516 (KJ) + Nhiệt do hao hụt: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 61 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Q9 = 419 (KJ) Phương trình cân bằng nhiệt: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 = Q6 + Q7 + Q8 + Q9 ⇔ 5208,12+ 478,96 +18,304 +18545,6 + 285.φ = 408,28+ 1180φ +9558,516+ 419 ⇒ φ =15,49 (kg) Chỉ số hồi lưu Rx = φ 15.49 = = 45 ∃a 0,346 Phương trình làm việc có dạng: y= Rx XP 45 84 x+ = x+ = 0,978 x + 1,826 Rx + 1 R x + 1 45 + 1 45 + 1 Vẽ đồ thị ta xác định số đĩa theo lý thuyết. Ta có được n1 = 5 y % mol THÁP TRUNG GIAN 100 80 60 40 20 0 17,65 20 40 60 Chọn hiệu suất đĩa η = 0,5. Số đĩa thực tế là N1 = n1 5,8 = = 11,6 . Lấy N1 =12 η 0,5 80 84 x % mol 100 5.2.2.1.2. Số đĩa đoạn chưng Tác dụng chính của tháp trung gian là loại các tạp chất một cách triệt để, phần chảy xuống đáy tháp được đưa qua tháp tinh luyện . Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 62 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Nồng độ sản phẩm đáy được tính theo phương trình cân bằng : R1.X1 + R2.X2 = ∃a.X∃a + ∃n.X∃n Trong đó: R1 = 19,55 kg R2 = 0,208 kg ∃a = 0,346 kg ∃n = 26,332 kg X1: nồng độ cồn thô từ bộ phận ngưng tụ của tháp thô dẫn đến tháp trung gian X1 = 17,65 %mol = 35,39% khối lượng X2: nồng độ rượu hồi lưu từ tháp tinh, X2 = 96 %V = 94,1 % khối lượng X∃a: nồng độ cồn đầu, X∃a = 84 %mol = 93,1 % khối lượng R1 X 1 + R2 X 2 − ∃aX ∃a 19,55 × 35,39 + 0,208 × 94,1 − 0,346 × 93,1 = ∃n 26,332 ⇒ X∃n = = 25,795 % khối lượng. Số đĩa đoạn chưng(lý thuyết) phụ thuộc vào hai đại lượng So và i : n = f(So,i) So = KG L K: hệ số bay hơi aldehyt, ở nồng độ rượu 38,6 % khối lượng ta được K = 4,3. G: lượng hơi đi trong tháp G= 6,92 = 0,3844 (Kmol) 18 L: lượng lỏng đi trong tháp : L =L1 + L2. L1: phần lỏng ngưng của hơi nước, L1 = G = 0,3844 Kmol. L2: phần lỏng của hơi -rượu ngưng tụ từ tháp thô dẫn đến, L 2 = 19,55 kg, nồng độ 35,39 % L2 = ⇒ So = Mặt khác i = 35,39 19,55 100 − 35,39 19,55 × + × = 0,85 (Kmol) 100 46 100 18 4,3 × 0,3844 = 1,34 0,3844 + 0,85 αd biểu thị mức độ làm sạch tạp chất aldehyt. αc Với αd: nồng độ aldehyt trong pha lỏng ở đĩa tiếp liệu (αd = 0,04 %) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 63 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch αc: nồng độ aldehyt trong pha lỏng ở sảm phẩm đáy (αc = 0,0005 %) i = 0,04/0,0005 = 80 So = 1,34; i = 80 theo giản đồ XII-8 [KTSXRE,tr 186] thì số đĩa lý thuyết là: n2 = 7,5. Chọn hiệu suất η = 0,5 Số đĩa thực tế: n2 = 7,5 / 0,5 = 15 Số đĩa tháp trung gian là: n = 12 + 15 = 27 đĩa 5.2.2.2 Tính đường kính tháp Bảng 5.2: Nồng độ của rượu êtylic trong tháp trung gian Vị trí Đỉnh Đáy Tiếp Nồng độ pha loãng % khối % mol Nồng độ pha hơi % khối % mol lượng 93,1 25,795 35,39 lượng 93,43 68,48 72,68 84 11,97 17,65 84,75 45,95 51,01 Nhiệt độ sôi 78,34 85,85 83,96 liệu 5.2.2.2.1. Đường kính đoạn luyện D= 0,0188 g tb ( PϕWg ) tb (m) [7 ,tr 181] * Tính khối lượng riêng của pha lỏng: 1 a 1− a = + ρx ρR ρN Trong đó: ρN, ρR: Khối lượng riêng của nước, rượu lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong đoạn luyện. Ta có : ttb = t1 + t 2 2 t1: Nhiệt độ tại đĩa tiếp liệu, t1 = 83,960C t2: Nhiệt độ ở dỉnh tháp, t2 = 78,340C ⇒ ttb = 83,96 + 78,34 = 81,15 0C 2 Ở nhiệt độ trung bình ttb = 81,150C , ρN = 970 (kg/m3); ρR = 732 (kg/m3) [ 7,tr 11] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 64 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch a : nồng độ khối lượng trung bình của rượu trong đoạn luyện . a= Vậy 0,931 + 0,3539 = 0,642 2 1 0,642 1 − 0,642 = + ρx 732 970 ⇒ ρx = 802,49 (kg/m3) • Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi: ρy = [ y.m1 + (1 − y ) m2 ] 273 [7, tr 183] 22,4.T Trong đó: m1,m2: khối lượng phân tử của rượu và nước . m1 = 46, m2 = 18. T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình: T = t tb + 273 = 81,15 + 273 = 354,15 0K y= y1 + y 2 2 y1: nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu y1 = 51,01 %mol = 0,5101 phần mol y2: nồng độ phần mol ở đỉnh. y2 = 84,75 % mol = 0,8475 phần mol y= 0,5101 + 0,8475 = 0,6788 phần mol 2 ρy = [ 0,6788 × 46 + (1 − 0,6788) × 18].273 = 1,274 22,4 × 354,15 (kg/m3) • Vận tốc hơi trong tháp: ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065ϕ σ h.ρ x ρ y h: khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h =0,3m ϕσ  : hệ số xét đến ảnh hưởng sức căng bề mặt σ Với nồng độ rượu a = 0,642 phần khối lượng ở nhiệt độ 81,150C thì σ >20dyn/cm → ϕσ  = 1 ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065 0,3 × 802,49 × 1,274 = 1,14 (kg/m2.s) • Tính lượng hơi trung bình trong tháp: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp G= 65 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch gt + gd 2 gd : lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd = 0,346 + 15,49 = 15,836 (kg/h). gt : lượng hơi đi vào đoạn luyện g t = Gt + D yt.gt = Gt.xt + D.xΦ gt.rt = gdrd xt = 0,3539 nồng độ pha lỏng ở đĩa tiếp liệu. Gt : lượng lỏng đi qua đĩa tiếp liệu. D : lượng sản phẩm đỉnh, D = ∃n = 0,346(kg/h) yt : nồng độ pha hơi tại đĩa tiếp liệu xΦ: nồng độ pha hơi ở đỉnh tháp, xΦ = 0,931 phần khối lượng rt , rd : ẩn nhiệt hóa hơi. rt = rRt .yt + (1- yt).rNt rd = rRd .yd + (1 - yd).rNd rRt , rNt : ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đĩa tiếp liệu. rRd , rNd : ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đỉnh tháp. Tra bảng I - 213 [5,tr 257] ta có: rRt = 205,9 Kcal/kg; rNt = 556,76 Kcal/kg. rRd = 202 Kcal/kg; rNd = 559 Kcal/kg. yd: nồng độ pha hơi ở đỉnh tháp, yd = 0,9343 phần khối lượng ⇒ rd = 202 x 0,9343 + (1 - 0,9343) x559 = 225,45 Giải hệ phương trình trên ta được: gt = g d rd + D( xφ − xt )(rNt − rRt ) xt .rRt + (1 − xt ) rNt Thay số vào ta được: gt = 8,42 G= g t + g d 8,42 + 15,836 = = 12,128 (kg/100kg dấm) 2 2 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 66 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Tính theo năng suất dấm vào (36422,429 kg/h) G’ = 12,128 × 36422,429 = 4417,312 (kg/h) 100 Đường kính đoạn luyện : D = 0,0188 4417,312 = 1,17 (m) 1,14 5.2.2.2.2. Đường kính đoạn chưng D= 0,0188 g tb ( PϕWg ) tb * Tính khối lượng riêng pha lỏng (đoạn chưng): ρx 1 a 1− a = + ρx ρR ρN Trong đó: ρN , ρR: khối lượng riêng của nước và rượu lấy theo nhiệt độ trung bình Nhiệt độ đĩa tiếp liệu, t1 = 83,960C tw = 85,850C Nhiệt độ đáy tháp, ttb = t1 + t 2 83,96 + 85, ,85 = = 84,9 0 C 2 2 ρN = 969,78 kg/m3 ρR = 732,05 kg/m3 [ 8,tr 11] a : nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu ở đoạn chưng. Ta có: x1 = 35,39 % khối lượng = 0,3539 phần khối lượng. x2 = 25,795 % khối lượng = 0,25795phần khối lượng . a = xtb = x1 + x 2 0,3539 + 0,25795 = = 0,306phần khối lượng 2 2 1 0,306 1 − 0,306 = + ρ x 732,05 969,78 ⇒ ρx = 882,12 kg/m3 * Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi: ρy = y.46 + (1 − y ).18 × 273 22,4.T Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 67 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi: T = ttb + 273 = 84,9 + 273 = 357,90K y: Nồng độ phần khối lượng của rượu ở pha hơi y= y t + y w 0,4595 + 0,5101 = = 0,4848 phần mol 2 2 ρy = 0,4848 × 46 + (1 − 0,4848) × 18 × 273 = 1,08 (kg/m3) 22,4 × 357,9 * Tính vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065ϕ σ h.ρ x ρ y ρ x = 882,12kg/m3 ρ y = 1,08kg/m3 h : khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, chọn h = 0,3 m. Nồng độ rượu trung bình xtb = 30,6% khối lượng, ttb =84,90C thì σ > 20 dyn/cm → ϕσ  = 1 ⇒ ( ρ ϕ .W g ) tb = 0,065 0,3 × 882,12 × 1,08 = 1,1 (kg/m2.s) * Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp g= g t + g 't 2 g: lượng hơi trung bình đi trong tháp chưng. gt: lượng hơi ra khỏi đoạn chưng, g’t = 8,42 kg/100kg dấm g’t: lượng hơi vào đoạn chưng g’t.r’t = gd.rd r’t, rd: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đỉnh tháp: r’t = rR.yw + (1 - yw).rN rd = 225,45 Kcal/kg rR, rN: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp với nhiệt độ đáy tháp là 85,850C. Tra bảng I-121 [8,tr 275]. Ta có: rR = 200,45 Kcal/kg Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 68 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch rN = 555,08 Kcal/kg yw: Nồng độ rượu trong pha hơi ở đáy tháp, yw = 0,6848 phần khối lượng Giải hệ phương trình ta được: g’t= g d .rd 15,836 × 225,45 = = 11,43 (kg/100kg giấm) rR . y w + (1 − y w ).rN 200,45 × 0,6848 + (1 − 0,6848)555,08 ⇒g= g t + g t ' 8,42 + 11,43 = = 9,925 (kg/100kg giấm) 2 2 Lượng hơi trung bình đi trong đoạn chưng ứng với 36422,429 kg giấm/h 9,925 × 364422,429 = 3614,926 (kg/h) 100 g’ = Đường kính đoạn chưng : D = 0,0188 Dtháp 3614,926 = 1,1 1,1 (m) Dl + Dc 1,17 + 1,1 = = 1,135 (m) 2 2 5.2.2.3. Tính chiều cao tháp H = (n - 1).h + h1 +h2 Hình 5.5. Tháp trung gian Trong đó: n: số đĩa tháp trung gian, n = 27 h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3m h1, h2: chiều cao đáy và đỉnh, h1 = h2 = 0,6m Vậy chiều cao tháp là : H = (27 - 1) x 0,3 + 0,6 + 0,6 = 9 (m) 5.2.3. Tháp tinh chế Rượu sau khi ở tháp trung gian được tập trung ở đáy tháp và tiếp tục dẫn qua tháp tinh luyện, với nồng độ 25,795 % khối lượng. 5.2.3.1. Những yêu cầu cơ bản đối với tháp tinh chế Bảng 5.3.Các yêu cầu cơ bản đối với tháp tinh chế Thành phần Nồng độ Hiệu suất so sánh Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 69 STT 1 2 3 4 % khối Rượu tinh chế Dầufusel Rượu hồi lưu Sản phẩm đáy Rượu vào 5 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch %V lượng % mol 96 88 96 0,006 94,1 83,1 94,1 0,005 86,24 66,1 86,24 0,002 25,795 11,97 đĩa tiếp liệu 95 3 5 5.2.3.2. Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt cho tháp tinh (tính cho 100kg giấm) 5.2.3.2.1. Tính toán thành phẩm và các bán thành phẩm ∗ Cồn tuyệt đối chứa trong 100kg dấm là 8,65 %V hay 6,92% khối lượng, tức là 6,92 kg. - Rượu tinh chế: D1 = 6,92 × 95 100 × = 6,986 (kg) 100 94,1 - Dầu Fusel thành phẩm: 6,92 × 3 100 × = 0,25 (kg) 100 83,1 Dầu Fusel nguyên chất: 6,92 × 3 = 0,208 (kg) 100 - Lượng hơi Fusel trước khi ngưng tụ: 0,208 × 100 = 1,038 (kg) 20 (20 % là hầm lượng dầu Fusel trong hơi Fusel) - Lượng nước rửa thu được sau khi thu rửa dầu Fusel là 0,3 kg (với hàm lượng rượu và các tạp chất bay hơi khác là 10%) - Lượng sản phẩm đáy ở tháp trung gian được đưa vào tinh luyện: ∃n = 26,332 kg - Rượu hồi lưu về tháp trung gian: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 70 D2 = 6,92 × GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5 = 0,346 (kg) 100 - Sản phẩm đỉnh: D = D1 + D2 = 6,986+ 0,346= 7,332 (kg) Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tinh luyện: H = φ + D = (Rx + 1).D Với φ: lượng lỏng hồi lưu Rx: chỉ số hồi lưu. Xác định Rx: x P − y F* Rxmin = * y F − xF [ 7,tr 158] xF: nồngd độ phần mol của rượu trong hỗn hợp đầu, xF = 11,97% xP: nồng độ phần mol của rượu trong sản phẩm đỉnh, xP = 86,24% yF*:nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha lỏng, yF* = 45,95%. R x min = 86,24 − 45,95 = 1,19 45,95 − 11,97 Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = b.Rxmin b: hệ số dư, b = 1,1÷2,5. Chọn b = 2 Ta có: Rx = 2 x 1,19 = 2,38. ⇒ Lượng hơi ra khỏi tháp là: H = (2,38 + 1) x 7,332 = 24,782 (kg) φ = Rx.D = 2,38 x 7,332 = 17,45(kg) Gọi: Lượng hơi đốt cần cung cấp là P (kg) Lượng nước thải ở tháp tinh là W (kg) Ta có: Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp là: P +26,332 + 0,3 = 7,332 +1,038 + W ⇒ W = P + 18,262 5.2.3.2.2 Cân bằng nhiệt Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 71 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Chọn hơi nước cung cấp nhiệt cho tháp tinh là hơi nước bão hòa ở điều kiện áp lực p = 1,5 kg/cm3. Bảng 5.4. Bảng nhiệt lượng của các thành phần STT Khối lượng Nhiệt lượng Nhiệt lượng Q Thành phần (KG) riêng(KJ/Kg) (KJ) 1 2 Cồn đưa vào tinh luyện Lỏng hồi lưu +rựợu 26,332 24,436 363 226 9558,516 5522,536 3 4 tinh chế Hơi đốt Nước phân ly dầu Fusel P 0,3 2680 380 2680P 114 5 6 7 8 9 Rượu tinh chế Hơi ra khỏi tháp Hơi dầu Fusel Sản phẩm đáy Nhiệt làm mát 6,986 24,782 1.038 P + 18,262 226 1170 1930 436 1578,836 28994,94 2003,34 436P+7962,232 5×2680P/100 Phương trình cân bằng nhiệt lượng: 9558,516+ 5532,536 + 2680P + 114 = 1578,836 + 28994,94+ 2033,34 + 436P + 7962,232 + (5/100) .2680P ⇒ P = 12,02 (kg) W = P +17,7326 = 12,02 + 18,262 = 30,283( kg) 5.2.3.3 Xác định số đĩa Số đĩa lý thuyết có thể tính theo công thức : n =  X  K .H 1  lg 1 + − 1    Xb  G − 1 .[5, tr 199]  KH 1  lg   G  H: Lượng hơi tiêu cho 100kg giấm (H= 12,02kg). X: Nồng độ rượu đi vào mâm tiếp liệu của tháp tinh (% khối lượng ). Với X= 25,795 % khối lượng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 72 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Xb: Nồng độ rượu của sản phẩm đáy. Với Xb = 0,005%khối lượng K: Hệ số bay hơi của rượu tùy thuộc vào nồng độ trung bình của giấm lấy. Nồng độ trung bình tính theo : X tb = X − Xb  X 2,3 lg  XB    Với Xtb= 2,73 → K = 8,89 [, tr 264]. G : Lượng chất lỏng chảy theo các mâm G=100-X=100-25,795=74,205 Vậy n =  25,795  8,89 × 12,02  lg 1 + − 1    0,005  74,205 −1  8,89 × 12,02  lg ,  74,205  Hình 5.6. Tháp tinh n = 20,2 Trong thực tế hiệu suất đĩa : µ = 0,3÷0,8.[5, tr 200]→ Chọn µ = 0,5. Vậy số đĩa thực tế là: Ntt = Nlt/µ = 20,2/0,5 = 40,4 . Chọn Ntt = 41 (đĩa) 5.2.3.4. Tính đường kính 5.2.3.4.1 Bảng nồng độ cấu tử etylic ở pha lỏng hơi Bảng 5.5. Bảng nồng độ pha lỏng, hơi từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu Nồng độ Vị trí Đỉnh Tiếp liệu Đáy Pha lỏng % khối lượng 94,1 25,795 0,005 % mol 86,24 11,97 0,005 Nhiệt độ sôi Pha hơi % khối lượng % mol 94,1 86,24 68,48 45,95 0,05 0,02 (0C) 78,27 85,85 105 5.2.3.4.2 Đường kính đoạn luyện D= 0,0188 g tb ( PϕWg ) tb (m) ∗ Tính khối lượng riêng trung bình của pha lỏng: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 73 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 1 a 1− a = + ρx ρR ρN ρR, ρN: khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ trong đoạn luyện. ttb = 78,27 + 85,85 = 82,06 0 C 2 Ứng với nhiệt độ đó, ta có: ρR = 733 kg/m3 [7,tr 9] ρN = 970 kg/ m3 a: nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng. a= 0,941 + 0,25795 = 0,599 phần khối lượng 2 1 0,599 1 − 0,599 = + ρx 733 970 ⇒ ρx = 812,62 (kg/m3) ∗ Tính khối lượng riêng trung bình của pha hơi ρy = y.46 + (1 − y ).18 × 273 22,4.T T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi T = 82,06 + 273 = 355,060K y: nồng độ phần mol trung bình của pha hơi . y= yt + yd 2 yt: nồng độ phần mol của hơi ở đĩa tiếp liệu, yt = 0,4595 yd: nồng độ phần mol của hơi ở đỉnh, yd = 0,8624 y= 0,4595 + 0,8624 = 0,661 2 ⇒ ρy = 0,661 × 46 + (1 − 0,661) × 18 × 273 = 1,25 (kg/m3) 22,4 × 355,06 * Vận tốc hơi đi trong phần luyện (ρyWy)tb = 0,065ϕ σ h.ρ x .ρ y Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 74 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 m ϕσ : Hệ số xét đến sự ảnh hưởng bởi sức căng bề mặt σ Với a = 0,599 ta có σ > 20 dyn/cm → ϕσ  = 1 ⇒ ( pyWy)tb = 0,065 0,3 × 812,62 × 1,25 = 1,13 (kg/m2.s) ∗ Tính lượng hơi đi trong tháp (đoạn luyện) g= gt + gd 2 gd: lượng hơi của đỉnh tháp, gd = 24,782kg gt: lượng hơi đi vào đoạn luyện g t = Gt + D yt.gt = Gt.xt + D.xΦ gt.rt = gd.rd + xΦ: nồng độ pha lỏng tại đỉnh tháp, xΦ = 0,941 phần khối lượng + xt: nồng độ pha lỏng tại đĩa tiếp liệu, xt = 0,25795 phần khối lượng. +D: sản phẩm đỉnh, D = 7,332 kg +yt: nồng độ pha hơi tại đĩa tiếp liệu, yt = 0,6848 phần khối lượng +rt , rd : Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đĩa tiếp liệu và đỉnh rt = rRt.yt + (1 - yt).rNt rd = rRd.yd + (1 - yd).rNd Ở đĩa tiếp liệu ( t0s = 85,850C) : rRt = 200,432 Kcal/kg rNt = 555,08 Kcal/kg Ở đỉnh (t0s = 78,270C) rRd = 202,69 Kcal/kg rNd = 560,73 Kcal/kg yd = 0,941 phần khối lượng → rd = 202,69 x 0,941 + (1 - 0,941) x 560,73 = 223,8 Kcal/kg Giải hệ phương trình trên ta được: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp gt = g= 75 g d rd + D( xφ − xt )(rNt − rRt ) xt .rRt + (1 − xt ) rNt GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch . Thay số vào ta được: g t + g d 15,79 + 24,782 = = 20,286 2 2 gt = 15,79 (kg) Đường kính đoạn luyện: DL = 0,0188 g' ( ρ y .W y ) tb g’: lượng hơi đi qua tháp tính theo năng suất dấm vào. g’ = 36422,429 × 20,286 = 7388,654 kg/h 100 DL = 0,0188 7388,654 = 1,52 (m) 1,14 5.2.3.4.3. Đường kính đoạn chưng D= 0,0188 g tb ( PϕWg ) tb (m) [7,tr 181] ∗ Tính khối lượng riêng pha lỏng: 1 a 1− a = + ρx ρR ρN + ρR, ρN: khối lượng riêng của rượu và nước lấy theo nhiệt độ trung bình ttb = 85,85 + 105 = 95,4 0 C 2 Ta được: ρR = 721,225 kg/m3; ρN = 961,85 kg/m3 + a: nồng độ phần khối lượng trung bình của rượu trong pha lỏng. a= 0,28271 + 0,0005 = 0,129 phần khối lượng 2 1 0,129 1 − 0,129 = + ρ x 721,225 961,85 ⇒ ρ x = 922,16 (kg/m3) ∗ Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi ρy = y.46 + (1 − y ).18 × 273 22,4.T Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 76 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình của pha hơi T = ttb + 273 = 95,4 + 273 =368,40K y: nồng độ phần mol trung bình của pha hơi trong đoạn chưng y= 0,4595 + 0,0002 = 0,22985 2 ⇒ ρy = (phần mol) 0,22985 × 46 + (1 − 0,22985) × 18 × 273 = 0,81 (kg/m3) 22,4 × 368,4 Vận tốc hơi đi trong đoạn chưng: (ρyWy)tb = 0,065ϕ σ h.ρ x .ρ y h: khoảng cách giữa hai đĩa, chọn h = 0,3 m ϕσ : hệ số xét đến ảnh hưởng của sức căng bề mặt. Với a = 0,129 hay 12,9 % khối lượng và ở nhiệt độ ttb = 95,40C, thì ta có: σ > 20 dyn/cm → ϕσ  = 1 ⇒ (pyWy)tb = 0,065.. 0,3 × 922,16 × 0,81 = 0,97 (m) ∗ Tính lượng hơi trung bình đi trong tháp: g= gt + g w 2 gt: lương hơi ra khỏi đoạn chưng, gt = 15,79 kg gw: lượng hơi vào đoạn chưng đựơc xác định theo phương trình: gw.rw = gd.rd gd : lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp, gd = 24,782 kg/100 kg dấm rd =223,8 Kcal/kg rw: Ẩn nhiệt hóa hơi của dung dịch ở đáy tháp rw = yw.rR + (1 - yw).rN rR, rN: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu và nước ở đáy tháp (1050C) rR = 191 Kcal/kg rN = 535,75 Kcal/kg. yw: nồng độ rượu trong pha hơi ở đáy tháp, yw = 0.0005 phần khối lượng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 77 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch ⇒ gw = g d rd g d rd 24,782 × 223,8 = = = 10,38 (kg) rw y w .rR + (1 − y w )rN 0,005 × 191 + (1 − 0,005).535,75 ⇒ g tb = 15,79 + 10,38 = 13,085 (kg/100kg dấm) 2 Lượng hơi đi trong tháp tinh theo năng suất dấm vào: g’ = 13,085 × 36422,429 = 4765,875 (kg/h) 100 Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188 Dtháp = 4765,875 = 1,32 (m) 0,97 Dl + Dc 1,52 + 1,32 = 1,42 (m) = 2 2 5.2.3.5. Tính chiều cao tháp H = (n - 1).h + h1 + h2 n: số đĩa tháp tinh chế, n = 41 h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,3 (m) h1, h2: chiều cao đỉnh và đáy tháp, h1 = h2 = 0,6 (m) Vậy H = (41 - 1) x 0,3 + 0,6 +0,6 = 13,2 (m) 5.2.4. Các bộ phận truyền nhiệt 5.2.4.1. Thiết bị hâm giấm Đây là kiểu thiết bị ống chùm đặt thẳng đứng, dấm đi trong ống, hơi rượunước đi ngoài ống. Dấm trước khi vào thiết bị có nhiệt độ: t1 = 30 0C. Dấm sau khi ra khỏi thiết bị có nhiệt độ: t0 = 70 0C. Nhiệt dung riêng: C = 0,95 Kcal/kg Hỗn hợp hơi rượu-nước ra khỏi đỉnh tháp có nhiệt độ t a = 93,380C ứng với nồng độ rượu trong pha hơi y = 35,39% khối lượng. Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị tính theo công thức: F= Q K∆t Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 78 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Q: Nhiệt trao đổi giữa giấm và hơi rượu-nước Q = DC(t2 - t1) D: Lượng giấm vào thiết bị, D =36422,429 kg/h Hình 5.7. Thiết bị hâm giấm Q = 36422,429 × 0,95.(70 - 30) = 1384052,302 Kcal/h ∆t : Hiệu số nhiệt độ trung bình giữa giấm và hơi rượu-nước. ∆t = ta - ttb = 93,38 - 50 = 43,380C ttb = (70 + 30)/2 = 500C 1 K= 1 +δ + 1 α1 λ α 2 δ: chiều dày ống, chọn loại ống có φ =40 mm, δ = 2,5 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 K= [7,tr 358] 1 = 466,83 1 0,0025 1 + + 600 50 2350 ⇒ F= 1384052,302 = 68,345 (m2) 466,83 × 43,38 ∗ Tính kích thước thiết bị: Phân bố các ống theo hình lục giác, số lượng ống trên đường chéo chính b = 17, tổng số ống n =217, số ống ngoài cùng 25 ống. [8,tr 48] Bước ống t = 1,2d với d =0,04 m Đường kính thiết bị. D = t.(b - 1) + 4d = 1,2d. (b - 1) + 4d = 1,2 × 0,04 × (17 - 1) + 4 × 0,04 =0,928m Chiều dài ống truyền nhiệt: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp l0 = 79 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch F π .n.d tb F = 71,578m2 Với n = 217 ống dtb = d + δ = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m) l0 = 68,345 = 2,36 (m) 3,14 × 217 × 0,0425 Chiều dài chung của thiết bị (kể cả hai đầu phân phối): L = l0 + 2 x 0,15 = 2,36+ 0,3 = 2,66(m) 5.2.4.2. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg dấm là 19,55 (kg). Giả sử được ngưng tụ ở thiết bị hâm dấm 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: 19,55 - 4/5.19,55 = 3,91 (kg/100 kg dấm). Tức là: 36422,429×3,91/100 = 1424,117 ( kg/h). Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr ( 1 dal = 10 lit; cyr = 24 h). Π = 24.100. Với : G ρ G = 1424,117 (kg/h). ρ: Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3). Nồng độ rượu trong pha lỏng 35,39% khối lượng: ρ = 891,29 (kg/m3). [8,tr 9] → Π = 24.100. 1424,117 = 3834,757(dal/cyr). 891,29 Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt: F = 0,02.П F = 0,02. Π = 0,02×3834,757 = 76,695(m2). * Tính kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị: Đường kính trong: Dt = 30 mm. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 80 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Đường kính ngoài: Dn = 32 mm. Đường kính trung bình: Dtb = 31 mm. Phấn bố các ống theo hình sáu cạnh. Số ống trên đường chéo chính : b = 17 Tổng số ống : n = 217 Bước ống: t = 1,2.Dn [7,tr 48]. Đường kính thiết bị: D = t.(b - 1) + 4.Dn = 1,2.Dn(b - 1) + 4.Dn = 1,2×0,032(17-1) + 4×0,032 D = 0,7 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt : l0 = F 76,695 = = 3,63 (m). n.π .Dtb 217 × 3,14 × 0,031 Chiều dài chung của cả thiết bị: l = l0 + 2.0,1 = 3,83 (m). 5.2.4.3. Thiết bị ngưng tụ ở tháp trung gian Thiết bị ngưng tụ hồi lưu ở tháp trung gian gồm hai thiết bị đi liền nhau, một thiết bị đặt nằm ngang để ngưng tụ phần hồi lưu và một thiết bị đặt thẳng đứng để ngưng tụ cồn đầu lấy ra. * Thiết bị nằm ngang: Lượng hồi lưu lại tháp trung gian là 15,49 (kg/100 kg dấm). Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr: (1 dal = 10 lit; cyr = 24 h). Π = 24.100. Với : G ρ G = 15,49×36422,429/100 = 5641,834 (kg/h). Nước ngưng tụ có nồng độ 93,43 % khối lượng, t0 = 78,34 0C ρN: Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3). ρ N = 757,861 (kg/m3) ⇒ Π = 24.100. 5641,834 = 17866,603(dal/cyr). 757,861 Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt F = 0,014 Π Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày Hình 5.8. Thiết bị ngưng tụ nằm ngang SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 81 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch F = 0,014. Π = 0,014×17866,603= 250,132 (m2). - Kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị giống với thiết bị ngưng tụ cồn thô, phân bố các ống theo hình sáu cạnh. + Số ống trên đường chéo chính: b = 35. + Tổng số ống: n = 919 + Bước ống: t = 1,2.Dn Đường kính thiết bị: D = t(b - 1) + 4.DN = 1,2.Dn(b - 1) + 4.Dn = 1,434 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: L0 = 250,132 = 2,8 (m). 919.3,14.0,031 Chọn hai thiết bị ngưng tụ ở tháp trung gian, một thiết bị đứng và một thiết bị nằm. Chiều dài của mỗi thiết bị là:l = l0 + 2×0,15 = 2,8 + 2×0,15 = 3,1(m). * Thiết bị đứng: Lượng cồn đầu lấy ra là 0,346 kg/100kg dấm chín. Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr: ( 1 dal = 10 lit ; cyr = 24 h). Π = 24.100. G ρ Với: G = 0,346×36422,429/100 = 126,022 (kg/h). Nước ngưng tụ có nồng độ 93,43% khối lượng, t0 Hình = 5.9. Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng 78,34 0C ρ : Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3). ρ = 757,861 (kg/m3) Π = 24.100. 126,022 = 399,087(dal/cyr). 757,861 Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt F = 0,02.П F = 0,02. Π = 0,02x399,087 = 7,98m2). - Chọn kích thước ống truyền nhiệt thiết bị giống thiết bị nằm ngang, chọn vật liệu là đồng thanh, phấn bố các ống theo hình sáu cạnh. Số ống trên đường chéo chính: b = 13. Tổng số ống: Bước ống: n = 127 t = 1,3.Dn Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 82 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Đường kính thiết bị: D = t(b - 1) + 4.DN = 1,3.D n(13 - 1) + 4.Dn = 0,623 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = 7,98 = 0,646(m). 127.3,14.0,031 Chiều cao của thiết bị là: H = l0 + 2×0,1 = 0,646 + 2×0,1 = 0,846(m). 5.2.4.4. Bộ ngưng tụ, hồi lưu ở tháp tinh Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tinh là: 24,782 (kg/100 kg dấm). Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr: ( 1 dal = 10 lit ; cyr = 24 h). Π = 24×100× G ρ Với : G = 24,782×36422,429/100 = 9058,987(kg/h). Nước ngưng tụ có nồng độ 94,1% khối lượng, t0 = 78,27 0C ρ : Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m 3). ρ = 745,7 (kg/m3) Π = 24×100× 9058,987 = 29155,918 (dal/cyr). 745,7 Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt F = 0,014×П F = 0,014× Π = 0,014×29155,128 = 408,183(m2). * Tính kích thước ống truyền nhiệt thiết bị: Chọn vật liệu: Đồng thanh. Đường kính trong: Dt = 30 mm. Đường kính ngoài: Dn = 32 mm. Đường kính trung bình: Dtb = 31 mm. Phấn bố các ống theo hình sáu cạnh. Số ống trên đường chéo chính: b = 35. Tổng số ống: n = 919 Bước ống: t = 1,2×Dn Đường kính thiết bị: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 83 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch D = t(b - 1) + 4×DN = 1,2.Dn(b- 1) + 4.Dn = 1,2×0,032(35-1) + 4×0,032 D = 1,4 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = 408,183 = 4,42(m). 919 × 3,14 × 0,032 Chọn hai thiết bị, một thiết bị đứng và một thiết bị treo nằm ngang. Chiều dài chung của mỗi thiết bị là: l = l0 /2 + 2×0,1 = 4,42/2 + 2×0,2= 2,61(m). 5.2.5. Các bộ phận làm lạnh 5.2.5.1. Làm lạnh cồn sản phẩm Với năng suất 75000 lít /ngày Bề mặt truyền nhiệt: F = 0,014Π 0,014 × 75000 = = 105 (m2) 10 10 Chọn ống có: Đường kính trong: dt = 30 mm Đường kính ngoài: dn = 32 mm Đường kính trung bình: dtb = 31 mm Số ống trên đường chéo chính: b = 29 Tổng số ống : Bước ống: n = 631 t = 1,2.dn Đường kính thiết bị: D = t.(b -1) + 4.dn = 1.2×0,032× (29 - 1) + 4×0,032 = 1,12 (m) Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = F 105 = = 1,71 (m) π .n.d tb 3,14 × 631 × 0,031 Chiều dài thiết bị: L = lo + 2 × 0,1 = 1,71 + 0,2 = 1,91 (m) 5.2.5.2. Thiết bị làm lạnh cồn đầu Lượng cồn đầu thu nhận từ 3 phần: - Từ thiết bị ngưng tụ làm sạch của tháp thô. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 84 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch - Từ thiết bị ngưng tụ làm sạch của tháp trung gian - Từ dầu fusel ở tháp tinh luyện. Gồm 5% so với cồn thành phẩm: Π = 75000× 5/100 =3750 lít/ngày.= 375dal/cyr Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị : F = 0,02 .Π = 0,02 × 375 = 7,5(m2) Chọn ống truyền nhiệt có các thông số: Đường kính trong: dt = 30 mm Đường kính ngoài: dn = 32 mm Đường kính trung bình: dtb = 31mm Số ống trên đường chéo chính: b = 13 Tổng số ống: n = 127 Bước ống: t = 1,2.d n Đường kính thiết bị: D = t.(b -1) + 4.dn = 1,2×0.032 ×(13 - 1) + 4 × 0,032 = 0,54 (m) Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = F 7,5 = = 0,61 (m) π .n.d tb 3,14 × 127 × 0,031 Chiều dài thiết bị: L = lo + 2 × 0,1 = 0,61 + 0,2 = 0,81(m) 5.2.5.3.Thiết bị làm lạnh dầu fusel Lượng dầu fusel cần làm lạnh: 2250 lit/ngày = 225 dal/cyr. Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị: F = 0,02.Π = 0,02 × 225 =4,5(m2) Chọn ống có: Đường kính trong: dt = 30 mm Đường kính ngoài: dn = 32 mm Đường kính trung bình: dtb = 31mm Số ống trên đường chéo chính: b = 11 Tổng số ống: n = 91 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 85 Bước ống : GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch t = 1,2.d n Đường kính thiết bị: D = t.(b -1) + 4.dn = 1,2×0,032 ×(11 - 1) + 4 × 0,032 = 0,512 (m) Chiều dài ống truyền nhiệt : lo = F 4,5 = = 0,508 (m) π .n.d tb 3,14 × 91 × 0,031 Chiều dài thiết bị : L = lo + 2 × 0,1 = 0,508 + 0,2 = 0,708(m) 5.2.6. Thiết bị chứa cồn thành phẩm Lượng cồn thành phẩm là: 75000 lít/ngày = 25 (m3/ca sản xuất) Chọn thùng thân trụ, đáy hình nón cụt, có hệ số chứa đầy 0,85, góc hợp giữa đáy và thân là 450 Thể tích thùng là: V= Chọn H = 1,5D; h = 25 =29,4(m3) 0,85 D−d ta tính được: 2 V= Vt + Vd D=3 V × 12288 = 2,822 5119π Đường kính thùng D = 2,822 (m) H = 4,233 (m), d = D = 0,352 (m) , h= 1.235 (m) 8 5.2.7. Thiết bị chứa dầu và rượu fusel Lượng dầu và rượu Fusel trong một ngày: 2250 lít /ngày = 2,25 m3/ ngày Chọn thùng thân trụ, có hệ số chứa đầy là 0,85. Thể tích thùng: V = 2,25 = 2,65 m3 0,85 Tương tự thiết bị chứa cồn thành phẩm ta có Đường kính thùng D = 1,265 (m) Chiều cao phần trụ H= 1,898 (m) Chiều cao phần nón là h = 0,554 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 86 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Đường kính nón d= 0,158 (m) 5.2.8. Thùng chứa cồn đầu Lượng cồn đầu trong một ngày: 3750 lít /ngày = 3,75m3/ ngày Chọn thùng thân trụ, đáy hình nón như thùng chứa rỉ đường đặc, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa để chứa cồn đầu trong 1 ngày sản xuất Thể tích thùng là: V = 3,75 = 4,41 (m3) 0,85 Chọn kích thước hình học của thùng giống như thùng chứa cồn thành phẩm: Ta có D = 1,499 m Thay các kích thước vào công thức trên ta tính được: D = 1,499 m ,H = 2,249 m, h = 0,656 m, d= 0,187 Ht = H + h = 2,249 + 0,656 = 2,905 (m) 5.2.9.Thiết bị tách bọt Lượng giấm chín là 832512,655l/ngày=34,69 (m3/h) = 0,59(m3/phút) Chọn thiết bị thân hình trụ đứng , đáy hình nón côn, hệ số chứa đầy 0,85 V = 0,59 = 0,69 0,85 Chọn H = 1,2D h1: Chiều cao đáy, chọn h1 = 0,2D. h2: Chiều cao nắp, chọn h2 = 0,1D. Thể tích được tính: V= 0,785×D2×(H+1/3h1+1/3h2) = 1,0205D3 D=  3 0,69 = 0,88 1,0205 D = 0,88 (m). H = 1,056m). h1= 0,176 (m). h2 = 0,088 Chiều cao thiết bị: 1,056+ 0,176+0,088=1,32 5.2.10. Chọn bơm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 87 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5.2.10.1. Bơm ly tâm Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu X có năng suất 3-288 m3/h để bơm dịch lên men, dấm chín, kỹ thuật sau: Áp suất toàn phần: 10 - 143 m Số vòng quay: 1450 - 2900 v/phút Nhiệt độ: 40 - 900C Chiều cao hút: 2,8 m Vỏ: thép cacbon, gang Chọn 5 bơm [8,tr 447] 5.2.10.2. Bơm răng khía Chọn bơm răng khía để bơm rỉ đường đặc, dịch rỉ đường 50% và dịch giống nấm men. - Bơm rỉ đường đặc: Lượng rỉ đường đặc: 154,371249m3/ngày = 6,432 m3/h. Chọn 2 bơm răng khía A3Л – 10/12*1 năng suất 10 m3/h có các thông số+ Áp suất đẩy: 10 at + Số vòng quay: 1460 v/phút. + Đường kính trong của ống: Dvào×Dra = 55×55 mm. + Kích thước: L×b×H = 425×300×288 mm. + Khối lượng 95 kg. - Bơm dịch rỉ đường 50%: Lượng dịch rỉ đường 50%: 305,649 m3 /ngày = 12,74m3/h. Chọn 4 bơm răng khía p3 – 30 năng suất 14 m3/h có các thông số sau: [8, Tr 453] + Áp suất đẩy: 5 at + Số vòng quay: 290 v/phút. + Đường kính trong của ống: Dvào×Dra = 50×50 mm + Kích thước: : L×b×H = 507×410×460 mm. + Khối lượng 55 kg. - Bơm dịch men giống: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 88 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Lượng men giống đưa vào sản xuất: 87000 lít/ngày =3,63 m 3/h. Chọn 6 bơm răng khía A3Л – 5/10 năng suất 4 m3/h có các thông số sau đây: + Áp suất đẩy: 10 at + Số vòng quay: 720 v/phút. + Đường kính trong của ống: Dvào×Dra = 55×55 mm. + Kích thước: L×b×H = 425×300×288 mm. + Khối lượng 95 kg. 5.2.10.3. Bơm pittong Bơm pittong dùng để bơm chất sát trùng, chất dinh dưỡng, axit có các thông số kĩ thuật: Nhãn hiệu nc-4B Năng suất: 0- 0,33 m3/h Áp suất: 6at Kích thước: 636x 195x268 Chọn 4 bơm [8,tr 452] Bảng 5.6.Bảng tổng kết tính và chọn thiết bị: STT Tên thiết bị 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Thùng tiếp nhận rỉ đường Thùng xử lý rỉ đường Thùng chứa dịch đường 50% Thiết bị pha loãng rỉ đường Thùng chứa dịch đường 20% Thùng chứa axít H2SO4 Thùng chứa chất sát trùng Thùng chứa H3PO4 Thùng chứa (NH4)2SO4 Thùng lên men Thùng nhân giống nhỏ Thùng nhân giống trung gian Thùng nhân giống lớn Thiết bị hấp thụ cồn trong CO2 Thùng chứa giấm chín Tháp thô Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày Kích thước ( mm ) Số D × H hoặc D×L 3023 × 4745 1940× 3022 3795×5974 400 × 1500 2689× 4215 1219 × 1879 1260× 1950 395× 570 340 × 480 6150 × 9840 1001× 1502 2160 × 3338 4650× 6975 745 × 5250 2566× 4954 1550 × 10800 lượng 2 2 2 2 2 1 1 1 1 10 2 2 2 1 2 1 SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 89 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Kích thước ( mm ) Số Thiết bị tách bọt Bộ hâm giấm Thiết bị ngưng tụ cồn thô Tháp trung gian Thiết bị ngưng tụ, hồi lưu ở tháp D × H hoặc D×L 880× 1320 928× 2660 700 × 3830 1135× 9000 1434 × 3100 lượng 1 1 1 1 1 22 trung gian (ngang) Thiết bị ngưng tụ, hồi lưu ở tháp 623 × 846 1 23 24 25 trung gian (đứng) Thiết bị làm lạnh cồn đầu Tháp tinh Thiết bị ngưng tụ hồi lưu ở tháp tinh 540 × 810 1142 × 1320 1400×2610 1 1 1 STT Tên thiết bị 17 18 19 20 21 ngang 26 Thiết bị ngưng tụ hồi lưu ở tháp tinh 1400×2610 1 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 đứng Thiết bị làm lạnh cồn thành phẩm Thiết bị làm lạnh dầu Fusel Thùng chứa cồn thành phẩm Thùng chứa dầu và rượu fusel Thùng chứa cồn đầu Bơm ly tâm Bơm răng khía A3Л – 10/12*1 Bơm răng khía p3 – 30 Bơm răng khía A3Л – 5/10 Bơm pittong nc-4B 1120 × 1910 512 × 708 2750× 4950 1230× 2214 1460 × 2630 700×322×405 425×300×288 345×320×320 425×300×288 636×195×268 1 1 1 1 1 5 4 2 6 4 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 90 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 91 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 6 TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 6.1. Tổ chức của nhà máy 6.1.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy Giám đốc PGĐ kinh doanh Phòng kinh Phòng tài vụ doanh Phòng hành chính Phòng kế hoạch PGĐ kỹ thuật Phòng y tế bảo vệ 6.1.2. Tổ chức lao động Phòng kỹ thuật Phòng KCS PX phụ trợ vệ PX Sản xuất chính Nhà máy làm việc 275 ngày/năm. Mỗi ngày làm việc 3 ca. Ca 1 : Từ 6h - 14h Ca 2 : Từ 14h - 22h Ca 3 : Từ 22h - 6h sáng hôm sau. Khối hành chính làm việc 8h/ngày. Sáng: Từ 7h - 11h30 Chiều: Từ 13h30 - 17h 6.1.2.1. Nhân lực lao động gián tiếp Bảng 6.1. Bố trí nhân lực lao động gián tiếp của nhà máy Chức vụ Giám đốc Phó giám đốc Phòng tài chính Phòng tài vụ Phòng kinh doanh Phòng kế hoạch Phòng y tế Phòng kỹ thuật Phòng KCS Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày Số lượng (người) 1 2 2 3 3 3 2 5 3 SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 92 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Nhà ăn, căn tin 6 Nhà vệ sinh, nhà tắm 2 Phòng bảo vệ 6 Tổng cộng 38 6.1.2.2. Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp Bảng 6.2. Bố trí nhân lực lao động trực tiếp của nhà máy TT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Chức năng Số người Trưởng ca 1 Xử lý nguyên liệu 2 Phân xưởng lên men 3 Phân xưởng chưng cất – tinh chế 3 Phân xưởng cơ điện 4 Thu hồi CO2 1 Lò hơi 2 Xử lý nước 2 Kho nguyên liệu 1 Kho thành phẩm 1 Kho nhiên liệu 1 Tổ bơm 2 Tổ lái xe 3 Lái xe lãnh đạo nhà máy 1 Trạm máy nén 1 Tổng 28 Tổng số lao động trong nhà máy: 38 +82 = 120 người. Số ca 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 Tổng 3 6 9 9 12 3 6 6 3 3 3 6 9 1 3 82 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: 38 + 28 = 66 người. 6.2. Kích thước các công trình 6.2.1. Nhà sản xuất chính Nhà sản xuất chính bao gồm 3 phân xưởng: Phân xưởng xử lý rỉ đường, phân xưởng lên men và phân xưởng chưng cất - tinh chế. Có thể bố trí phân xưởng xử lý rỉ đường và lên men vào thành một phân xưởng xử lý rỉ đường – lên men. Kích thước mỗi phân xưởng phụ thuộc vào kích thước số lượng các thiết bị có trong phân xưởng. Ngoài ra còn phụ thuộc vào cách bố trí thiết bị có trong dây chuyền sản xuất. 6.2.1.1. Phân xưởng xử lý rỉ đường - lên men Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 93 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Phân xưởng xử lý rỉ đường - lên men bao gồm cả khâu xử lý rỉ đường trước khi lên men và khu lên men. Phân xưởng là nhà 2 tầng. - Tầng 1: Bước cột 9 m, nhịp nhà 18 m, chiều cao 8,4 m, kích thước (63 × 18 × 8,4) m - Tầng 2: Bước cột 9 m, nhịp nhà 18 m, chiều cao 9,6 m, kích thước (63 × 18 × 9,6) m 6.2.1.2. Phân xưởng chưng cất-tinh chế Phân xưởng chưng cất-tinh chế được xây dựng gần phân xưởng lên men để tiết kiệm đường ống cũng như sự hao hụt của dấm chín, đây là phân xưởng chứa thiết bị có chiều cao và tải trọng lớn. Do đó phải xây dựng đảm bảo chịu tải trọng. Phân xưởng chưng cất - tinh chế là nhà 3 tầng: - Tầng 1: Dài 9 m; Rộng 18 m; Cao 7,2 m. - Tầng 2: Dài 9 m; Rộng 18 m; Cao 7,2m. - Tầng 3: Dài 9 m; Rộng 18 m; Cao 7,2 m. 6.2.2. Kho thành phẩm Kho thành phẩm được xây dựng cách nhà sản xuất chính một khoảng thích hợp để phòng khi hỏa hoạn xảy ra sẽ không ảnh hưởng đến nhà sản xuất chính. Thùng chứa cồn trong kho có thân hình trụ, được chế tạo bằng thép. Lượng cồn sản xuất trong một ngày là 75000 lít (75 m3). Kho thành phẩm được xây dựng có kích thước đủ chứa lượng thành phẩm sản xuất trong 7 ngày: 75×7 = 525( m3 ). Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 2,822 m, chiều cao thùng 5,468 m. Thể tích của mỗi thùng là V = 3.14×1,4112×5,468 = 34,18(m3) Số thùng cần dùng là: 525/29,5 = 15,36 Chọn 16 thùng.Chọn 2 dãy thùng chứa song song nhau ,mỗi dãy thùng cách nhau 1 (m), Vậy kích thước của phòng chứa cồn thành phẩm là: 32 x 9 x 6 ( m ). 6.2.3. Phân xưởng lò hơi Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 94 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Phân xưởng lò hơi do dễ cháy nổ, nên đặt cuối hướng gió. Phân xưởng chứa thiết bị lò hơi và các bộ phận khác của hệ thống tạo hơi đốt cho nhà máy. Xây dựng phân xưởng có kích thước (12 × 6 × 6) m. 6.2.4. Nhà hành chính * Bao gồm các phòng sau : - Phòng giám đốc: 24m2 - Phòng phó giám đốc: 2x24=48 m2 - Phòng hành chính: 20 m2 - Phòng tài vụ: 24 m2 - Phòng kỹ thuật: 24 m2 - Phòng kế hoạch kinh doanh: 24 m2 - Hội trường: 18x6=108 m2 - Phòng y tế: 16 m2 Tổng diện tích: 288 m2 Xây dựng nhà hành chính gồm 2 tầng: Tầng 1: 24 x 6 x 4 m Tầng 2: 24 x 6 x 4 m 6.2.5. Phòng KCS và quản đốc - Phòng KCS: 54 m2 - Phòng quản đốc: 54 m2 Xây nhà 2 tầng liền với phân xưởng sản xuất chính với kích thước 6 × 9 × 9 m 6.2.6. Nhà xử lý nước Dùng để xử lý nước cung cấp cho lò hơi, pha loãng, lên men, chưng cất và vệ sinh thiết bị. Kích thước: 12 × 6 × 6 m. 6.2.7. Đài nước Đường kính 5 m, chiều cao 18 m, đặt cách mặt đất 11m. Kích thước xây dựng đài nước 5x18x29 m 6.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm - Số nhân viên đông nhất trong 1 ca là 66 người . Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 95 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch - Tính cho 50 % của ca đông nhất: 50×66/100 = 33 (người). - Số phòng tắm tính trung bình: 6 (người/phòng). Vậy cần xây dựng 6 phòng, 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 × 3 × 3 m 6.2.9. Nhà ăn, căn tin Tính cho 60 % của ca đông nhất, diện tích cho mỗi người là 2 m2. Diện tích nhà ăn: 43 × 2 = 86 m2. Kích thước nhà ăn: 15 × 6 × 4 m. 6.2.10. Nhà chứa máy phát điện dự phòng Để đảm bảo cho nhà máy sản xuất liên tục khi điện mất đột ngột, nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng. Kích thước nhà chứa máy phát điện dự phòng 6 × 6 × 4 m. 6.2.11. Trạm biến áp Trạm biến áp để hạ thế đường cao áp xuống lưới điện nhà máy sử dụng. Trạm biến áp nằm ở góc nhà máy nơi ít người qua lại. Kích thước trạm biến áp là: 4 × 4 × 6 m. 6.2.12. 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, 02 xe đưa đón công nhân, 06 xe chở hàng. Kích thước gara: 24 × 6 × 6 m 6.2.13. Nhà để xe đạp, xe máy Tính cho 80 % công nhân ở ca đông nhất là 27 người. Kích thước là: 18 × 4 × 3 m. 6.2.14. Phòng thường trực và bảo vệ Phòng này 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. 6.2.15. Kho nhiên liệu Dùng để chứa dầu đốt cho lò hơi, xăng cho xe và máy phát dự phòng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 96 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Kích thước: 12 × 6 × 6 m. 6.2.16. Kho nguyên liệu Dùng để chứa axit, chất sát trùng, các muối dinh dưỡng… Kích thước của kho chứa nguyên liệu là: 12 × 12 × 6 m 6.2.17. Phân xưởng cơ điện Phân xưởng này là nơi đặt các thiết bị sửa chữa cơ khí, điện. Xây dựng nhà một tầng có kích thước 18 x 12 x 6 m. 6.2.18. Khu xử lý nước thải Kích thước khu xử lý bã và nước thải: 30×12 m. 6.2.19. Trạm máy nén và thu hồi CO2 Kích thước: 12 × 6 × 6 m. 6.2.20. Khu vực bồn chứa rỉ đường Nhà máy dự trử rỉ đường sản xuất trong 5 tháng, rỉ đường được chứa trong trong các bồn làm bằng xi măng hình trụ. Chọn bồn chứa có hệ số chứa đầy là 0,85. Lượng rỉ đường cần dự trử là: 154371,249×150 = 23155687,35 (lít) = 23155,68735(m3) Chọn bồn chứa có chiều cao là 20 m, đường kính 16 m: Thể tích hình học của bồn: V = Số bồn chứa cần dùng là: n = π × D2 × H = 4019,2 m3. 4 23155,68735 = 6,7779 (bồn) 4019,2 × 0,85 Vậy chọn 7 bồn chứa rỉ đường. ⇒ Kích thước của khu vực chứa rỉ đường là: 70 × 35 m. 6.2.21. Trạm bơm Kích thước của trạm bơm: 4 × 4 × 4 m. 6.3. Bảng tổng kết các công trình: STT 1 2 3 4 Tên công trình Phân xưởng lên men Phân xưởng chưng cất tinh chế Phân xưởng cơ điện lạnh Kho nguyên liệu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày Kích thước (m) 63 × 18 × 18 9 × 18 × 27,6 18 × 12 × 6 12 × 12 × 6 Diện tích (m2) 1134 162 216 144 SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp STT 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 97 Tên công trình Kho thành phẩm Phân xưởng lò hơi Nhà hành chính Phòng KCS và quản đốc Nhà xử lý nước Đài nước Nhà vệ sinh – nhà tắm Nhà ăn – căn tin Trạm biến áp Nhà chứa máy phát điện dự phòng Gara ôtô Nhà để xe Phòng thường trực bảo vệ Kho nhiên liệu Khu vực xử lý nước thải Trạm máy nén và thu hồi CO2 Khu vực bồn chứa rỉ đường Trạm bơm Tổng cộng GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Kích thước (m) 32 × 9 × 6 12 × 6 × 6 24 × 6 × 8 6×9×9 12 × 6 × 6 H = 18 , D = 5 12 x 3 x 3 15 x 6 x 4 4x4x6 6x6x4 24 x 6 x 6 18 x 4 x 3 4x4x4 12 x 6 x 5 30x12 12 x 6 x 6 70×35 4× 4 × 4 Diện tích (m2) 288 72 144 54 72 20 36 90 16 36 144 72 16x2=32 72 360 72 2450 16 5702 6.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy 6.3.1. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy FKD = FXD K XD [6, tr 44] Đối với nhà máy thực phẩm: KXD = 35÷50%. Trong đó: FKD: Diện tích khu đất. FXD: Diện tích xây dựng các công trình. FXD =5702m2. KXD: Hệ số xây dựng. Chọn KXD = 35%. FKD = 5702 = 16291(m2). 0,35 Khu đất mở rộng của nhà máy chọn bằng 50% diện tích phân xưởng lên men: 1134×0,5 = 567m2 Kích thước khu đất mở rộng là (60 × 10m). 6.3.2. Tính hệ số sử dụng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp KSD = 98 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch FSD FKD Trong đó: KSD: Hệ số sử dụng. Nó đánh giá chỉ tiêu kinh tế và kỹ thuật của tổng mặt bằng nhà máy. FSD: Diện tích sử dụng khu đất. FSD = FCX + FGT + FXD + FHR, HL Trong đó: FCX: Diện tích trồng cây xanh: FCX = 0,25 x FXD = 1425,5m2. FGT : Diện tích đường đi: FGT = 0,5× FXD = 2851 m2. FHR, HL: Diện tích hè rảnh, hành lang: FHR, HL = 0,25×FXD = 1425,5 m2. ⇒ FSD = 1425,5 + 2851 + 5702+ 1425,5 = 11404(m2). FSD 11404 = = 0,7 . FKD 16291 Nên: KSD = Vậy : KXD = 0,35 , KSD = 0,7 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 99 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 7 TÍNH HƠI - NƯỚC-NHIÊN LIỆU 7.1. Tính hơi 7.1.1. Tính hơi cho xử lý rỉ đường 7.1.1.1. Tính lượng nhiệt cho xử lý rỉ đường Q = G1.C1.(t1 - t2) Trong đó : G1 : Lượng nguyên liệu trong nồi, G1 = 373745,894(kg/ngày). C1 : Nhiệt dung riêng của rỉ đường ở 50%. C1 = 4190 - (2514 - 7,542. t).x [8, tr 153]. Với : t : Nhiệt độ trung bình của dung dịch, t = (25 + 85)/2 = 550C x : Nồng độ chất khô của dung dịch, x = 50% ⇒ C1 = 4190 - (2514 - 7,542 ×55)×0,5 = 3140,405 j/kg. độ = 0,75 kcal/kg.độ Vậy: Q = 408313,263 × 0,75 × (85 - 25) = 16818565,23(Kcal) 7.1.1.2 Tính chi phí hơi cho đun nóng rỉ đường Q = D (i , − i ,, ) ⇒ D1 = Q i − i ,, , Trong đó: D1 : Lượng hơi cần để đun nóng rỉ đường (kg). i , : Hàm nhiệt của hơi đốt. i ,, : Hàm nhiệt của nước. Chọn nhiệt độ đun là 1330C i , = 651,6 Kcal/kg. i ,, = 133,4 Kcal/kg [9, tr 315]. D1 = 16818565 = 32455,74 (kg/ngày) = 1352,323 (kg/h) 651,6 − 133,4 7.1.2. Tính hơi cho quá trình chưng cất - tinh chế 7.12.1. Tháp thô Lượng hơi cần để chưng cất trong tháp thô P = 19,57 (kg/100 kg dấm). Vậy lượng hơi cần dùng là: 19,57 × 36422,429 = 7127,869 (kg/h). 100 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 100 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 7.1.2.2. Tháp trung gian Lượng hơi cần để chưng cất trong tháp trung gian: P = 6,92 (kg/100kg dấm). Vậy lượng hơi cần cho tháp trung gian: 6,92 × 36422,429 = 2520,043 (kg/h) 100 7.1.2.3. Tháp tinh chế Lượng hơi cần để chưng cất trong tháp tinh chế: P = 12,02 (kg/100kg dấm). Vậy lượng hơi cần cho tháp tinh chế: 12,02 × 36422,429 = 4377,976(kg/h) 100 ⇒ Vậy lượng hơi tiêu hao trong quá trình chưng cất - tinh chế là: D2= 7127,869 + 2520,043 +4377,976 = 14025,888 (kg/h) 7.1.3. Hơi cung cấp cho quá trình thanh trùng Theo tính toán hơi này khoảng 2% lượng hơi mang đi pha loãng và chưng cất D3 = (D1 + D2)×0,02 = (1352,323 + 14025,888) × 0,02 = 307,564(kg/h) ⇒ Vậy lượng hơi cần cho nhà máy là: D = D1 + D2 +D3 = 1352,323 + 14025,888 +307,564 = 15685,775 (kg/h) 7.1.4. Tính và chọn lò hơi Lượng hơi thực tế cần dùng là: Dtt = D/η Với η : Hệ số tổn thất nhiệt độ, mất mát do bảo ôn đường ống, thiết bị… Chọn η = 0,8 ⇒ Dtt = 15685,775 = 19607,219 0,8 Chọn lò hơi có năng suất 20000 kg/h, áp suất 5 at. 7.1.5. Tính nhiên liệu 7.1.5.1. Dầu F.O Nhiên liệu sử dụng chính cho lò hơi: D = Dtt (ih − in ) Q.η Trong đó: Q: Nhiệt lượng của dầu, Q = 6728,2 (kcal/kg). Dtt: Năng suất hơi . Dtt = 19607,219 (kg/h) η : Hiệu suất lò hơi, η = 80%. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 101 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 657,3 (kcal/kg) in: Nhiệt hàm của nước ở áp làm việc, in = 152,2 (kcal/kg) ⇒ D= 19607,219 × (657,3 −`152,2) = 1839,944 (kg/h). 6728,2 × 0,8 ⇒ Vậy lượng dầu nhà máy sử dụng trong 1 năm là: Σ D = 1839,944×24×275 =12143630,4 (kg/năm). 7.1.5.2. Xăng Sử dụng cho các loại xe ở nhà máy. Lượng xăng sử dụng: 200 (lít/ngày). Như vậy 1 năm cần: 200 × 275 = 55000(lít/năm). 7.1.5.3. Dầu D.O Dùng để chạy máy phát dự phòng lấy trung bình 5kg/ngày. Lượng dầu sử dụng trong 1 năm: 5×275= 1375(kg/năm). 7.1.5.4. Dầu nhờn Dùng để bôi trơn các máy móc, thiết bị, sử dụng 5 kg/ngày. Lượng dầu nhờn cần cho 1 năm : 5×275= 1375 (kg/năm). 7.2. Tính nước 7.2.1. Lượng nước dùng cho phân xưởng xử lý rỉ đường 7.2.1.1. Nước dùng cho pha loãng sơ bộ Lượng nước đem pha loãng sơ bộ dịch rỉ đường là: 151278,0999 (kg/ngày ) = 6303,254(kg/h) = 6,303 (m3/h) 7.2.1.2. Nước dùng cho pha loãng liên tục đến nồng độ lên men Lượng nước đem pha loãng liên tục dịch rỉ đường từ nồng độ 50% đến nồng độ lên men là: 560,618(m3/ngày ) = 23,359(m3/h) ⇒ Vậy lượng nước dùng cho phân xưởng xử lý rỉ đường là: 6,303 + 23,359 = 29,662 (m3/h) 7.2.2. Nước dùng cho phân xưởng lên men 7.2.2.1. Nước dùng làm nguội cho các thùng lên men Lượng nước cần để làm nguội cho thùng lên men : + Lượng nước dội làm mát: 5400 × 4 = 21600 (kg/h) = 21,6 (m3/h) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 102 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Lượng nước cung cấp cho ống xoắn ruột gà: 20115,608× 4 = 80462,432(kg/h) = 80,462(m3/h) Vậy lượng nước cần dùng là: 21,6 + 80,462= 102,062(m3/h). 7.2.2.2. Nước dùng làm mát các thùng gây men Lượng nước dùng cho việc gây men: theo tính toán ở phần thiết bị ta được : 0,08364 + 0,836444 + 8,364438= 9,285(m3/h) 7.2.2.3. Nước dùng cho thiết bị hấp thụ cồn trong CO2 Lượng nước dùng cho thiết bị lấy khoảng 60 lít/h = 0,06 (m3/h) ⇒ Vậy lượng nước cần làm nguội trong phân xưởng lên men: 102,062+ 9,285+ 0,06 = 111,407( m3/h) = 2673,768 (m3/ngày) 7.2.3. Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế Dựa vào phương trình cân bằng nhiệt lượng: G.r = Gn.Cn.(tnc-tnđ). Hay: G.C(t1 - t2) = Gn.Cn.(tnc - tnđ). 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. Tnđ, tnc: Nhiệt độ đầu và cuối của nước. 7.2.3.1. Bộ ngưng tụ tháp thô Lượng hơi rượu ra khỏi đoạn luyện của tháp thô là: Lượng hơi rượu cần ngưng tụ trong một giờ là: Gl = 1424,117(kg/h). Hơi cồn thô có nồng độ 35,39% khối lượng ⇒ r1 = rE.a1 + rn(1-a1). Trong đó : rE: Ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu. rn: Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước. a1: Thành phần cồn trong hỗn hợp. r1 = 191,819.0,3539+ 543,816.(1- 0,3539) = 419,244 (kcal/kg). tnc = 72 0C , tnđ = 20 0C , Cn = 1 (kcal/kgđộ). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 103 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch G1.r1 = Gn1.Cn.(t’n - tn). Gn1 = G1 .r1 1424,117 × 419,244 = = 11481,779 C n (t nc − t nd ) 1 × (72 − 20) (kg/h) = 275,563(m3/ngày). 7.2.3.2. Bộ ngưng tụ tháp trung gian Phương trình cân bằng nhiệt: G2.r2 = Gn2.Cn(tnc - tnđ). G2: Lượng rượu đi ra đỉnh tháp trung gian có nồng độ 93,43% (t = 78,340C). r2 = 197,287.0,9343+552,089.(1 - 0,9343) = 221,768 (kcal/kg). G2=5641,834 (kg/h). Gn2= G2 .R2 5641,834 × 221,768 = 32925,743 (kg/h) = 790,218 (m3/ngày). = C2 (t nc − t nd ) (58 − 20) 7.2.3.3. Bộ ngưng tụ hồi lưu tháp tinh chế Phương trình cân bằng nhiệt lượng: G3.r3= Gn3.Cn.(tnc - tnđ). Trong đó: G3: Lượng hơi - rượu ra khỏi tháp tinh. G3 = 9058,987 (kg/h) . Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nồng độ : 94,1% khối lượng (t = 78,2730C). Tương tự cách tính r2 ta có: r3 = 197,2×0,941 + 552×(1 – 0,941) = 218,133 (kcal/kg). Gn3 = 9058,987 × 218,133 = 52048,648 (kg/h) = 1249,168 (m3/ngày). 58 − 20 7.2.3.4. Lượng nước cần làm lạnh cồn đầu Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Gđ.Cđ. (t2 - t1) = Gn5.Cn (tnc- tnđ). Gđ: Lượng cồn đầu: Gđ =3750 (lít/ngày).= 156,25(lít/h) t2 = 78,34 0C; t1 = 30 0C, tnc = 60 0C ; tn = 20 0C, Cđ = 0,645 kcal/kg.độ. Gn4 = 3750 × 0,645 × (78,34 − 30) = 2923,059(lít/ngày) = 2,923(m3/ngày). 60 − 20 7.2.3.5. Lượng nước cần làm lạnh dầu fusel Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Gf.Cf. (t2 - t1) = Gn 5.Cn.(t’n- tn) . Gf : Lượng dầu fusel, Gf = 2250 (lít/ngày) = 93,75 (lít/h). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 104 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch t2 = 85 0C, t1 = 30 0C, t’n = 70 0C, tn = 20 0C, Cf = 0,883 kcal/kg.độ. Gn5 = 2250 × 0,883 × (85 − 30) = 2185,245 (lít/ngày) 70 − 20 = 2,185(m 3/ngày). 7.2.3.6. Lượng nước cần làm lạnh cồn thành phẩm Phương trình cân bằng nhiệt lượng: Gtc.Ctc .(t2 - t1) = Gn6.Cn.(t’n - tn). Gtc : Lượng cồn tinh chế, GTc = 75000 lít/ngày. t2 = 78 0C, t1 = 30 0C, t’n = 70 0C, tn = 20 0C, Ctc = 0,87 kcal/kg.độ. Gn6= 75000 × 0,87 × (78 − 30) = 62640 (lít/ngày) =62,64 (m3/ngày). 70 − 20 Vậy lượng nước cần dùng trong phân xưởng chưng cất - tinh chế: 6 Gn= ∑ Gni = 275,563+790,218+1249,168 +2,923+2,185+62,64 i =1 = 2382,697(m3/ngày). 7.2.4. Nước rửa thiết bị Lấy bằng 5% lượng nước dùng cho sản xuất ở phân xưởng lên men và chưng cất tinh chế: G = 0,05×( 2516,328+ 2382,697) = 244,951(m3/ngày). 7.2.5. Nước cho lò hơi Lượng hơi dùng trong 1 giờ: 15685,775(kg/h) = 376458,6 (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: 376458,6 × 1,1 = 414104,46 (kg/ngày) = 414,104(m3/ngày). 7.2.6. Nước dùng cho sinh hoạt 7.2.6.1. Nước dùng để tắm Tính cho 60% công nhân trong ca đông nhất, dùng 45 lít trong 1 ngày cho 1 người. Vậy lượng nước dùng trong 1 ngày là: 3×45×66×0,6 = 5346 (lít/ngày) = 5,346 (m3/ngày). 7.2.6.2. Nước dùng cho nhà ăn Tính 30 lít cho 1 người trong 1 ngày. Lượng nước cần dùng là: 30×120 = 3600(lít/ngày) = 3,600 (m3/ngày). 7.2.7. Nước dùng rửa xe Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 105 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Tính 400 lít/ngày.1 xe, Số xe của nhà máy là 9 chiếc do đó lượng nước sử dụng là: 400 × 9 = 3600 (lít/ngày) = 3,6 (m3/ngày) 7.2.8. Nước dùng các mục đích khác Sử dụng 2 m3/h = 48 m3/ngày. ⇒ Như vậy tổng lượng nước sử dụng 1 ngày của nhà máy: 5805,728 m3/ngày. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 106 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP 8.1. An toàn lao động Trong nhà máy an toàn lao động là vấn đề được đặt lên hàng đầu. Nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất, sức khỏe và tính mạng của công nhân cũng như tình trạng máy móc thiết bị. Do đó cần phải phổ biến rộng rãi cho cán bộ công nhân viên nhà máy hiểu biết và vận dụng một cách có hiệu quả. 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 của công nhân chưa cao. - Vận hành máy móc, thiết bị không đúng theo quy trình kỹ thuật. - Trình độ lành nghề và nắm vững về kỹ thuật của công nhân còn yếu. - Các thiết bị, máy móc được trang bị không tốt hoặc chưa hợp lý. [9] 8.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động - Tại các bộ phận phải có biển báo về quy trình từng loại 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. - Phải kiểm tra lại các bộ phận của máy móc trước khi vận hành để xem có hư hỏng gì không, nếu có phải sữa chữa kịp thời. - Các thiết bị chứa CO2 lỏng, khí nén... phải đặt xa nơi đông người, có áp kế, rơle nhạy. Trước khi nén khí thì các thiết bị này phải được kiểm tra kỹ. - Kho xăng, dầu, nguyên liệu... phải đặt xa nguồn nhiệt. Trong kho phải có bình CO2 chống cháy và nước để chữa lửa. Ngăn chặn người vô phận sự vào khu vực sản xuất và kho tàng. Không được hút thuốc lá trong kho. - 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 lý kịp thời những trường hợp vi phạm. [9] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 107 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 8.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 8.1.3.1. Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc - Phải đảm bảo độ chiếu sáng trong nhà sản xuất. Nếu chiếu sáng không tốt sẽ ảnh hưởng đến sức khỏe của công nhân, không đảm bảo khi vận hành. - Ban ngày cần phải sử dụng nguồn ánh sáng tự nhiên. - Ban đêm sử dụng nguồn ánh sáng nhân tạo nhưng phải đảm bảo đủ sáng. [9] 8.1.3.2. Thông gió Nhà sản xuất và làm việc phải được thông gió tốt. 8.1.3.3. An toàn về điện - Về điện chiếu sáng: Số bóng và vị trí treo lắp đèn, công tắc, cầu dao phải phù hợp với thao tác. Các mạch điện phải kín, đặt nơi khô ráo. Thường xuyên kiểm tra độ sáng của bóng đèn. - Về thiết bị điện: + Phải có hệ thống báo động khi thiết bị có sự cố. + Thiết bị điện phải có rơle đề phòng quá tải. + Các phần cách điện của thiết bị phải đảm bảo bền chặt, không bị ăn mòn. + Thiết bị điện phải được nối đất khi làm việc. + Khi sửa chữa thiết bị điện phải cách ly điện với người sửa chữa. + Khi cắt điện phải có biển báo và mang dụng cụ bảo hiểm điện. 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 lý. - Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc, có chế độ vệ sinh, vô dầu mỡ thiết bị. 8.1.3.5. Phòng chống cháy nổ Đối với nhà máy rượu việc phòng chống cháy nổ là rất quan trọng do sản phẩm nhà máy là cồn rất dễ cháy nổ. - Phải tuyệt đối tuân thủ các thao tác về thiết bị đã được hướng dẫn. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 108 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch - Không hút thuốc tại kho nguyên liệu, xăng dầu, gara ôtô... - Phải đủ nước, thiết bị chữa cháy. - Thường xuyên kiểm tra định kỳ công tác phòng cháy tại nhà máy. 8.1.3.6. An toàn về hoá chất Các hoá chất phải đặt đúng quy định. Khi sử dụng phải tuân theo quy định đề ra tránh gây độc hại, ăn mòn và hư hỏng thiết bị. 8.1.3.7. Chống sét Để đảm bảo an toàn cho các công trình nhà máy, phải có cột thu lôi cho các công trình ở vị trí cao. 8.2. Vệ sinh xí nghiệp Vấn đề vệ sinh xí nghiệp có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với nhà máy sản xuất rượu. Nếu tiêu chuẩn vệ sinh trong nhà máy không đảm bảo sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây hư hỏng dịch lên men và gây bệnh phát triển. [9] 8.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân - Công nhân phải ăn mặc quần áo sạch sẽ. Khi vào sản xuất phải mặc đồng phục của nhà máy, đội mũ, đeo khẩu trang, đi ủng và mang găng tay. - Không được ăn uống trong khu vực sản xuất. - Thực hiện tốt chế độ khám sức khỏe cho công nhân theo định kỳ 6 tháng một lần. Không để người đau ốm vào khu vực sản xuất. 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 và nhân giống phải được vệ sinh, sát trùng kỷ 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 - Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc. - Thường xuyên kiểm tra thực hiện vệ sinh trong và ngoài các phân xưởng. 8.2.4. Xử lý phế liệu trong quá trình sản xuất Phế liệu trong quá trình sản xuất như bã hèm, bã men...là những loại phế liệu dễ gây nhiễm bẩn. Sau mỗi mẻ sản xuất phải để đúng nơi quy đinh và đưa ra ngoài Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 109 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch phân xưởng để xử lý. Những loại phế liệu này có thể bán cho nhà máy chế biến thức ăn gia súc và phân bón. Việc này phải được hợp đồng chặt chẽ và giải quyết kịp thời để tránh ứ đọng phế liệu, tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển làm ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm, sức khỏe con người và môi trường. 8.3. Xử lý nước 8.3.1. 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. [9] 8.3.2. Xử lý nước dùng cho sản xuất Nước dùng để sản xuất đòi hỏi tiêu chuẩn chất lượng cao, do đó cần phải được xử lý. Nội dung xử lý nước bao gồm: lắng trong và lọc, làm mềm nước, bổ sung các thành phần cần thiết cho nước và cải tạo thành phần sinh học của nước. Trong các việc này thì làm mềm nước và cải tạo thành phần sinh học của nước là quan trọng nhất. Khử độ cứng của nước hay làm mềm nước tức là công việc nhằm loại bỏ các loại muối, chủ yếu là các muối bicacbonat và cacbonat ra khỏi nước hoặc chuyển chúng sang một dạng hợp chất khác không nguy hại cho quy trình công nghệ sau này. Có nhiều phương pháp làm mềm nước nhưng thông dụng nhất hiện nay là phương pháp trao đổi ion. Nội dung công việc cải tạo thành phần sinh học của nước là diệt vi sinh vật có trong nước để làm cho nước sạch về phương diện sinh học. Có thể dùng các phương pháp vật lý, hóa lý hay hóa học để đạt được yêu cầu nước vô trùng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 110 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 9 KIỂM TRA SẢN XUẤT Kiểm tra chất lượng sản phẩm là vấn đề hàng đầu của ngành công nghệ thực phẩm và của các ngành công nghiệp khác. Nói chung kiểm tra sản xuất nhằm đảm bảo chất lượng nhà máy. Trên cơ sở kiểm tra sản xuất ta có thể đánh giá được tình hình sản xuất của nhà máy và đề ra biện pháp, kế hoạch hợp lý. Đồng thời qua đó phát hiện những chổ sai xót chưa hợp lý, có thể điều chỉnh hoặc có biện pháp cải tiến kỹ thuật nhằm đảm bảo cho nhà máy hoạt động bình thường và không ngừng nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm. 9.1. Kiểm tra nguyên liệu Rỉ đường khi đưa vào sản xuất cần phải kiểm tra các thông số như hàm lượng chất khô, pH, vi sinh vật và mức độ nhiễm tạp. - Xác định mức độ nhiểm bẩn bắng phương pháp lắng và lọc. - Hàm lượng chất khô đo bằng Bx kế, khúc xạ kế hoặc Bome kế. - Xác định hàm lượng đường trong mật rỉ: Có nhiều phương pháp để xác định hàm lượng đường trong mật rỉ, trong đó có hai phương pháp hay được sử dụng là Bectran hoặc Graxianop, Ôpnhe. + Phương pháp Bectran: Đây là phương pháp được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp thực phẩm và cho tới nay vẫn được xem là chính xác hơn so với các phương pháp khác [5,tr 220 – 223]. 9.2. Kiểm tra các chỉ tiêu của giấm chín Hoạt động của bộ phận lên men ảnh hưởng lớn đến kết quả chung của tất cả dây chuyền công nghệ từ đầu đến lên men kết thúc. Những sai lầm thiếu sót (nếu có) ở các công đoạn trước đó sẽ được phát hiện khi phân tích đầy đủ các chỉ tiêu của dấm chín mà quan trọng hơn cả là nồng độ lên men, hàm lượng đường sót có khả năng lên men, độ chua và nồng độ rượu. 9.2.1. Nồng độ lên men - Nồng độ lên men Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 111 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Độ lên men biểu kiến: Là nồng độ chất hòa tan trong dịch lọc của lên men (dấm chín) ở 200C trong điều kiện dấm chín còn chứa rượu và CO 2, xác định chỉ tiêu này để điều chỉnh quá trình lên men trong sản xuất. + Độ lên men thực: Là nồng độ chất hoà tan trong dịch lọc của dấm chín sau khi đã chưng cất loại bỏ hết CO2, rượu, các chất khí và các chất dễ bay hơi rồi thêm nước cất đến khối lượng ban đầu. + Mức độ lên men M = B −b 100% B Trong đó: M: Mức độ lên men. B: Hàm lượng các chất hoà tan trong dịch đường ban đầu (%) b: Hàm lượng các chất hoà tan trong dịch lọc dấm chín. (%) [5, tr 157]. 9.2.2. Xác định đường sót trong lên men Xác định lượng đường chưa được lên men. Trong giấm chín của rỉ đường chứa chủ yếu là saccaroza và hỗn hợp đường hoàn nguyên gồm glucoza và fructoza, vì thế trước khi xác định cần thủy phân saccaroza thành đường khử và tiến hành theo [5,tr 246 ÷ 247]. 9.2.3. Độ chua của dấm chín Độ chua của dấm chín cho biết mức độ nhiễm tạp khuẩn trong quá trình lên men và được biểu diễn theo hai cách. Một là biểu diễn theo số gam axit sulfuric chứa trong một lít dấm. Hai là độ chua được biểu diễn theo độ. Một độ chua là số ml NaOH 1N cần thiết để trung hòa axit tự do chứa trong 20 ml dấm. Một độ chua tương đương 2,45 g H 2SO4 /lít [1, tr 135]. 9.2.4. Độ cồn trong dấm chín Sau khi lên men trước hết ta cần kiểm tra nồng độ rượu trong giấm, đồng thời thỉnh thoảng phải kiểm tra rượu sót ở đáy tháp thô và tháp tinh. Muốn xác định ta phải chưng cất để tách rượu khỏi các chất hòa tan. Đối với kiểm tra rượu sót (nồng độ thấp), sau khi thu được dịch cất ta đem xác định rượu theo phương pháp hóa học [1, tr 136]. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 112 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 9.3. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 9.3.1. Nồng độ rượu Đo độ rượu bằng rượu kế thủy tinh còn gọi là tửu kế hay thước đo độ rượu [1,tr 138]. 9.3.2. Hàm lượng axit và este trong cồn Trong cồn chứa nhiều loại axit khác nhau, đều tạo thành trong quá trình lên men, nhưng chủ yếu là axit axetic. Vì thế người ta thường biểu diễn độ axit trong cồn theo axit axetic và tính theo mg trong một lít cồn khan [1, tr 141]. Dùng ống hút cho 100ml cồn pha loãng tới 50% vào bình tam giác 250ml. Nối với hệ thống làm lạnh ngược, đun sôi 15 phút để tách CO2. Tiếp theo làm lạnh đến nhiệt độ phòng, cho 3÷4 giọt phenolftalein, dùng dung dịch NaOH 0,5N chuẩn đến xuất hiện màu hồng nhạt. Hàm lượng axit tính theo công thức: V × 6 × 10 × 100 (mg/l). [1, tr 142] C Trong đó: V: Số dung dịch NaOH 0,1N tiêu hao khi điện phân. 6: Số mg axetic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 10: Hệ số chuyển thành 1 lít. 100: Hệ số chuyển thành cồn 100%.s C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích. Sau khi chuẩn hàm lượng axit thêm vào hỗn hợp 5ml NaOH 0,1N rồi nối với hệ thống làm lạnh và đun sôi trong 1 giờ để tạo điều kiện cho phản ứng: CH3COOC2H5 + NaOH = CH3COONa + C2H5OH. Đun xong, đem làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi cho đúng 5ml H 2SO4 0,1N vào bình. Sau đó chuẩn lại H2SO4 dư bằng NaOH 0,1N tới xuất hiện màu hồng nhạt. Hàm lượng este trong cồn được xác định: E = V × 8,8 × 10 × 100/c (mg/l). [1, tr 142] V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư. 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 9.3.3. Xác định hàm lượng aldehyt Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 113 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Trong cồn chứa chủ yếu là aldehyt axetic. Để xác định có thể dùng nhiều phương pháp khác nhau nhưng hay dùng là phương pháp iod [1, tr 142]. Tiến hành: Lấy 50ml rượu hoặc cồn đã pha loãng xấp xỉ 50% cho vào bình tam giác 250ml. Sau đó thêm vào 25ml NaHSO3 1,2% lắc đều để 1 giờ. Tiếp tục cho vào 5÷7 ml HCl 0,1N và dung dịch iốt 0,1N để oxy hoá lượng NaHSO 3 dư với chỉ thị dùng là dung dịch tinh bột 0,5%. Lượng dung dịch I2 0,1N và 0,01N tiêu hao trong giai đoạn này không tính đến. Tiếp theo cho vào bình 25ml dung dịch NaHSO 3 để giải phóng lượng NaHSO3 và andehyt. Sau 1 phút dùng dung dịch I 2 0,01N để chuẩn lượng NaHSO3 vừa được giải phóng ra do kết hợp với andehyt ban đầu phản ứng kết thúc khi xuất hiện màu tím nhạt. Song song với mẫu thí nghiệm, làm thí nghiệm kiểm chứng bằng cách thay 50ml rượu bằng 50ml nước cất. Hàm lượng andehyt được xác định: (V − V0 ) × 0,22 × 1000 50 × C % (mg/l). [1, tr 143] V, V0: số ml dung dịch I2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng. 0,22: số mg andehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I2 0,01N. C: số ml rượu mẫu lấy để phân tích. 9.3.4. Xác định hàm lượng furfurol Cơ sở: Nếu cồn có chứa furfurol thì khi phản ứng với aniline trong môi trường HCl, màu của dung dịch hồng – da cam. Cường độ màu tỉ lệ thuận với hàm lượng furfurol. Tiến hành: lấy ống nghiệm 25ml có nút nhám, dùng ống hút nhỏ 10 giọt aniline và 3 giọt HCl vào ống nghiệm. Tiếp theo cho 10 ml cồn rồi lắc đều và để yên. Nếu sau 10 phút hỗn hợp vẫn không màu thì cồn là đạt tiêu chuẩn, nếu xuất hiện màu hồng thì xem như cồn không đạt tiêu chuẩn do có chứa nhiều furfurol. 9.3.5. Xác định hàm lượng alcol cao phân tử Alcol cao phân tử là sản phẩm trung gian của quá trình lên men rượu. Trong thành phần của nó chứa chủ yếu là alcol amylic và alcol butylic. Để xác định dựa Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 114 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch vào phản ứng màu giữa chúng với aldehyt salixilic trong môi trường sulfuric sẽ cho hổn hợp màu da cam [1, tr 144]. Tiến hành: dùng một ống đong 50ml hay 25ml có nút nhám đã rửa sạch, sấy khô. Sau đó cho vào ống thứ nhất 10ml cồn, các ống khác chứa 10ml dung dịch mẫu có hàm lượng andehyt axetic tương đương như mẫu thí nghiệm, dùng ống hút cho vào mỗi ống đong 0,4ml dung dịch andehyt salixilic 1% và 20ml axit sunfuric đậm đặc. Nút các ống đong rồi lắc đều, để yên 30 phút. Sau đó đem so màu bằng mắt thường, màu của ống thí nghiệm phù hợp với màu của ống mẫu nào thì hàm lượng ancol cao phân tử trong rượu thí nghiệm là hàm lượng ancol cao phân tử trong mẫu đó. Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: ax100/C (mg/l hay %) [1, tr 144] a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu. C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. 9.3.6. Xác định hàm lượng alcol metylic Alcol metylic là chất lỏng rất linh động và không màu, hòa tan trong nước theo bất cứa tỷ lệ nào. Alcol metylic là chất độc đối với cơ thể. Nếu uống vào từ 8 dến 10g thì có thể bị ngộ độc, mắt bị rối loạn và có thể bị mù lòa. Nếu uống nhiều sẽ gây tử vong. Người ngửi lâu phải alcol metylic cũng bị ngộ độc. Tiêu chuẩn của các nước tiên tiến và hiện nay ta cũng áp dụng là hàm lượng alcol metylic trong cồn thô không được quá 0,13%. Đối với cồn tinh chế không được quá 0,05% và đối với cồn hảo hạng không quá 0,03% [1, tr 145]. Tiến hành: Lấy ống nghiệm t0(18x180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn hoặc rượu cộng thêm 5ml KMnO4 1% và 0,4ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc. Lắc nhẹ và để yên sau 3 phút thêm vào đó 1ml axit oxalic bão hòa để khử lượng KMnO4 dư. Khi dung dịch có màu vàng, thêm vào 1ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc, khi mất màu dùng ống hút cho vào 5ml dung dịch fucxin lắc nhẹ và để 25÷30 phút. Song song tiến hành thí nghiệm với mẫu chứa ancol metylic đã biết trước. Sau 25÷30 phút nếu màu của ống thí nghiệm nhạt hoặc bằng màu của dung dịch mẫu thì Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 115 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch xem như là đạt tiêu chuẩn về hàm lượng ancol metylic, nếu màu của thí nghiệm đậm hơn là không đạt. 9.3.7. Xác định thời gian oxy hóa Thời gian oxy hóa càng dài thì cồn có chất lượng càng cao. Cồn tinh khiết khử chất oxy hóa KMnO4 rất chậm. Nhưng nếu trong cồn chứa các tạp chất không no thì sẽ bị oxy hóa nhanh và do đó rút ngắn thời gian oxy hóa [1, tr 147]. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 116 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch KẾT LUẬN Sau hơn 3 tháng được sự hướng dẫn tận tình của thầy Trần Xuân Ngạch, sự góp ý giúp đở của bạn bè cùng với sự nổ lực tìm tòi học hỏi, nghiên cứu và tham khảo các tài liệu của bản thân đến nay tôi đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường với năng xuất 75000 lít/ngày”. Đồ án này đã đưa ra được: - Những điều kiện cần thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất cồn. - Quy trình công nghệ cơ bản để sản xuất cồn phù hợp với kinh tế, kỹ thuật nước ta. - Những phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm. - Cách bố trí các thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính Qua quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã giúp tôi hiểu thêm nhiều về kiến thức chuyên môn, kiến thức về thiết kế một nhà máy rượu nói riêng và nhà máy thực phẩm nói chung, nắm chắc hơn các kiến thức cơ bản đã học. Tuy nhiên do thời gian ngắn, kiến thức cũng như kinh nghiệm không nhiều nên không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong được sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn. Đà Nẵng, ngày 20 tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiện NguyễnThị Ái Vĩ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A [...]... rỉ đường sau khi axit hoá tự chảy qua thiết bị hoà trộn liên tục (7 ) Ở thiết bị (7 ) rỉ đường được pha loãng đến nồng độ theo yêu cầu, đồng thời được lọc sơ bộ và tách các chất rắn và kết tủa lớn Dịch rỉ đường loãng 20- 22% từ thiết bị (7 ) qua bơm (8 ) chuyển lên hai thùng chứa (9 ) (một thùng làm việc, một thùng chuẩn b ) Từ thùng (9 ) dịch rỉ đường tự chảy xuống các thùng phát triển nấm men (1 0) và (1 1). .. vật chất dây chuyền sản xuất cồn etylic 4.2.1 Lựa chọn các thông số kỹ thuật - Năng suất nhà máy: 75.000 lít cồn thành phẩm/ngày (9 6%V ) - Khối lượng riêng của cồn tuyệt đối: 0,78934 kg/lít - Khối lượng cồn đầu 5% so với cồn thành phẩm - Lượng dầu và rượu fusel: 3% so với cồn thành phẩm Ta chọn: - Hiệu suất lên men: ηlm = 90% Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH:... lên men đường sacaroza : C12H22O11 + H2O 4 C2H5OH + 342 ( kg ) 0,4 x 222467,794 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày 4 CO2 176 (kg) y’ (kg) SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp y’ = 30 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 0,4 × 224760,971 × 176 = 45794,54 (kg) 342 Vậy lượng CO2 thoát ra trong quá trình lên men là: 21752,407 + 45794,54 = 67546,947 (kg) Khối... nghệ sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Rỉ đường Pha loãng sơ bộ Chất sát trùng Axit hóa H2SO4 Pha loãng Xử lí nhiệt Chất dinh dưỡng Làm nguội và lắng Pha loãng đến nồng độ lên men Lên men Men giống Nuôi cấy men giống gionngsggiống Dấm chín Gia nhiệt Hơi Tháp thô Bã Làm lạnh cồn thô Hơi Tháp trung gian Cồn đã tách cồn đầu dđầu Hơi Tháp tinh Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000. .. 1683,415 (lít) 1,0051 4.2.6 Lượng chất sát trùng ( Na2SiF 6) cần dùng Lượng Na2SiF6 cần dùng là 12 kg/1000kg rỉ đường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 31 m Na2 SiF6 = GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 12 × 222467,794 = 2669,614 (kg) 1000 Khối lượng riêng Na2SiF6 là d = 1,4378 (kg/l) V Na2 SiF6 = 2669,614 = 1856,735 (lít)... Lượng nguyên liệu dùng trong một năm : 222,467794 × 275 = 61178,643 ( tấn rỉ đường) Bảng 4.5 Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất STT Nguyên liệu, bán thành Thể tích Khối lượng Ghi phẩm ,thành phẩm Lượng rỉ đường ban đầu (lít/ngày) 154371,249 (kg/ngày) 222467,794 chú 1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 34 GVHD:... điểm là đễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 27 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 4 CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1 Kế hoạch sản xuất của nhà máy 4.1.1 Biểu đồ nhập nguyên liệu Trong một năm rỉ đường được nhập về nhà máy theo sơ đồ sau: Bảng 4.1 Biểu đồ nhập nguyên liệu... 222467,794 (kg) 0,40214 Khối lượng riêng của rỉ đường ở 840Bx là d=1,44112 Thể tích rỉ đường cần dùng : 222467,794 = 154371,249 (lít) 1,44112 Hiệu suất tiêu hao cho một lít cồn: 222467,794 = 3,0898 (kg/l) 72000 4.2.3 Tính lượng CO2 thoát ra Lượng CO2 thoát ra khi lên men đường hexoza: C6H12O6 2 C2H5OH + 2 CO2 180 (kg) 88 (kg) 0,2 x 224760,971 (kg ) y= y ( kg ) 0,2 × 222467,794 × 88 = 21752,407 ( kg) 180... Phương pháp tổng hợp hoá học Nguyên liệu chính để sản xuất rượu etylic bằng phương pháp hoá học là khí etylen Có hai phương pháp chính để sản xuất rượu etylic từ etylen là - Thuỷ phân khí etylen bằng axit sulfuric - Thuỷ phân trực tiếp etylen Chọn phương pháp lên men bằng vi sinh vật để sản xuất Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A... điều kiện sản xuất của từng nhà máy mà các thời kì lên men có thời gian dài ngắn khác nhau Trong thời kì lên men chính sự lên men nhanh, mạnh sản phẩm tạo Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường Năng suất 75000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ Lớp: 09H2A Đồ án tốt nghiệp 21 GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch thành chủ yếu là rượu etylic và CO2 còn ở lên men phụ là sự lên men đường sót và kết lắng nấm ... loóng 20- 22% t thit b (7 ) qua bm (8 ) chuyn lờn hai thựng cha (9 ) (mt thựng lm vic, mt thựng chun b) T thựng (9 ) dch r ng t chy xung cỏc thựng phỏt trin nm men (1 0) v (1 1) ri liờn tc chuyn xung... 83,64438(kg/h) = 0,08364 (m3/h) C n (t t1 ) 0,99892 .(3 0 2 0) - Lng nc cung cp cho tank nhõn ging trung gian: mtg = Qtg C n (t t1 ) = 8355,405 = 836,444 (kg/h)=0,836444 (m3/h) 0.99892 .(3 0 2 0) - Lng nc cung... 3,0898 (kg/l) 72000 4.2.3 Tớnh lng CO2 thoỏt Lng CO2 thoỏt lờn men ng hexoza: C6H12O6 C2H5OH + CO2 180 (kg) 88 (kg) 0,2 x 224760,971 (kg ) y= y ( kg ) 0,2 ì 222467,794 ì 88 = 21752,407 ( kg) 180