Thiết kế nhà máy sản xuất cồn sinh học với năng suất 60.000 lít ngày ( full bản vẽ )

Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật luôn cần phải sử dụng nhiều nhiên liệu hơn mà vừa phải đảm bảo không bị ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên nguồn nhiên liệu ngày càng cạn kiệt dần và không đảm bảo cung cấp nhiên liệu liên tục để phục vụ cho sản xuất, mà giá cả tăng cao. Vì vậy chúng ta luôn tìm ra những nguồn nhiên liệu thay thế như: năng lương hạt nhân, năng lượng mặt trời... Nhưng các nguồn năng lượng đó thì không đảm bảo cho sản xuất vì giá thành cao và không cung cấp thường xuyên cho sản xuất. Một trong những nguồn nhiên liệu thay thế là cồn sinh học vừa đảm bảo giá thành rẻ và thân thiệt với môi trường. Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất cồn sinh học đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất cồn sinh học, sử dụng các nguồn nguyên liệu sắn lát, vừa đem lai lợi nhuận cho người nông dân và thiết bị đơn giản. Năng suất, giá thành và chất lượng sản phẩm cồn sinh học cao. Nắm được tầm quan trọng và tính thực tế do cồn sinh học đem lại do đó em được nhận đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn sinh học với năng suất 60.000 lít ngày.

Đồ án tốt nghiệp Trang 1 GVHD: Trần Xuân Ngạch LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay cùng với sự phát triển của khoa học và kỹ thuật luôn cần phải sử dụng nhiều nhiên liệu hơn mà vừa phải đảm bảo không bị ô nhiễm môi trường. Tuy nhiên nguồn nhiên liệu ngày càng cạn kiệt dần và không đảm bảo cung cấp nhiên liệu liên tục để phục vụ cho sản xuất, mà giá cả tăng cao. Vì vậy chúng ta luôn tìm ra những nguồn nhiên liệu thay thế như: năng lương hạt nhân, năng lượng mặt trời... Nhưng các nguồn năng lượng đó thì không đảm bảo cho sản xuất vì giá thành cao và không cung cấp thường xuyên cho sản xuất. Một trong những nguồn nhiên liệu thay thế là cồn sinh học vừa đảm bảo giá thành rẻ và thân thiệt với môi trường. Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất cồn sinh học đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất cồn sinh học, sử dụng các nguồn nguyên liệu sắn lát, vừa đem lai lợi nhuận cho người nông dân và thiết bị đơn giản. Năng suất, giá thành và chất lượng sản phẩm cồn sinh học cao. Nắm được tầm quan trọng và tính thực tế do cồn sinh học đem lại do đó em được nhận đề tài: "Thiết kế nhà máy sản xuất cồn sinh học với năng suất 60.000 lít/ ngày". Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 2 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Đặt vấn đề. Bio - etanol hay còn gọi là cồn sinh học được sử dụng ở các dụng cửa hàng xăng trên cả nước được kí hiệu là E5 được dùng để thay thế một phần nhiên liệu cho động cơ và được sử dụng cho các loại phương tiện giao thông cơ giới và ngày càng phổ biến trên khắp cả nước. Vì vậy cồn Bio - etanol cho cuộc sống của chúng ta hiện nay. Và để đảm bảo lượng cồn cung cấp cho thị trường tiêu thụ nên cần phải xây dựng nhà máy sản xuất cồn Bio - etanol 1.2. Đặc điểm thiên nhiên, vị trí xây dựng nhà máy Nhà máy đặt tại xã Hương An, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam gần với các huyện: Thăng Bình, Nông Sơn, Đại Lộc, Hiệp Đức... Với tổng diện tích đất nông nghiệp lớn, địa hình đa dạng. Nơi xây dựng nhà máy vấn đề cơ sở hạ tầng đã có với hệ thống đường bê tông thảm nhựa, cấp điện, nước... Đồng thời nơi đây gần với tuyến đường Quốc lộ 1A thuận lợi cho giao thông, thuận tiện vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Quảng Nam có 2 mùa: mùa mưa và mùa khô, chịu ảnh hưởng mùa đông lạnh của miền bắc. Hướng gió chính là hướng Đông - Nam. Nhiệt độ trung bình hàng năm: 25,40C. Độ ẩm tương đối trung bình năm: 84%. Lượng mưa trung bình 2000-2500mm, rất thích hợp với việc trồng sắn. Hệ thống sông ngòi trong vùng khá phát triển như sông Hương An, Câu Lâu... 1.3. Vùng nguyên liệu và nhân lực Cồn được sản xuất chủ yếu bằng nguyên liệu là tinh bột hay rỉ đường để đảm bảo về giá thành sản phẩm. Tuy nhiên vùng duyên hải nam trung bộ nói chung hay Quảng Nam nói riêng lại là vùng nông nghiệp chủ đạo, trong đó cây sắn luôn có sản lượng cao với nguồn nguyên liệu dồi dào. Bên cạnh đó thì giá thành của sắn lại rẻ hơn nhiều so với các loại tinh bột khác có thể sản xuất cồn như ngô, gạo... Bởi vậy khi dùng sắn làm nguyên liệu cho nhà máy sản xuất là hoàn toàn hợp lý. Khi dùng sắn để sản xuất muốn đảm bảo nguyên liệu cho nhà máy làm Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 3 GVHD: Trần Xuân Ngạch việc liên tục thì ta nên dùng sắn lát khô, vì nếu dùng sắn lát khô ta có thể chủ động dự trữ nguyên liệu khi vào mùa sắn để cung cấp cho những vụ trái mùa. Sắn không bị hư hỏng nếu chưa được đưa vào sản xuất ngay mà điều này sắn nguyên liệu tươi không thể đáp ứng được. Vì vậy ta sử dụng sắn lát khô để làm nguyên liệu. Nguyên liệu cung cấp chính cho nhà máy là: các xã trong vùng, ngoài ra còn có các huyện lân cận như Quế Sơn, Đại Lộc, Thăng Bình, Duy Xuyên, Nông Sơn,..hầu hết là diện tích đất nông nghiệp. Đồng thời cả nguồn nguyên liệu của các tỉnh ở khu vực Tây Nguyên khi cần thiết. Quảng Nam có lực lượng lao động dồi dào, với trên 887.000 người (chiếm 62% dân số toàn tỉnh), trong đó lao động ngành nông nghiệp chiếm 61,57%, ngành công nghiệp và xây dựng là 16,48% và ngành dịch vụ là 21,95%. Diện tích đất nông nghiệp lớn và phần lớn lao động làm trong lĩnh vực nông nghiệp, bên cạnh đó là các chính sách của ủy ban nhân dân tỉnh, tập trung vùng nguyên liệu chuyên canh, tăng cường thâm canh, canh tác (huy động đội ngũ cán bộ, kĩ thuật lớn). Ở đây chắc chắn sẽ trở thành nguồn nguyên liệu ổn định và vững mạnh. 1.4. Hợp tác hoá và liên hiệp hoá. Khi xây dựng nhà máy cồn gần khu công nghiệp có các thuận lợi như: hợp tác, tăng cường sử dụng chung các công trình cung cấp điện, nước hơi, công trình giao thông vận tải, công trình phúc lợi tập thể và phục vụ công cộng. Hợp tác trong vấn đề xử lý nước thải và rác thải... Từ đó giảm thời gian xây dựng, giảm vốn đầu tư, hạ giá thành sản phẩm, tiêu thụ sản phẩm và phế phẩm nhanh. 1.5. Nguồn cung cấp điện - nước: Nguồn cung cấp điện chủ yếu lấy từ trạm điện tuabin hơi của nhà máy khi nhà máy sản xuất với hiệu điện thế 220V/380V. Ngoài ra còn sử dụng nguồn điện từ lưới điện quốc gia 500 KV được hạ thế xuống 220V/380V để sử dụng khi Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 4 GVHD: Trần Xuân Ngạch khởi động máy và khi máy không hoạt động thì dùng cho chiếu sáng, sinh hoạt. Trong quá trình sản xuất nhà máy cồn sử dụng rất nhiều nước cung cấp lò hơi, làm nguội máy móc, thiết bị, sinh hoạt…lượng nước nhà máy sử dụng lớn. Nước chủ yếu lấy từ sông cần phải xử lý trước khi đưa vào sản xuất do nguồn nước còn chứa nhiều tạp chất.  Nước dùng trong nhà máy có 2 dạng chính: * Nước lắng trong: nước lấy từ sông bơm lên qua bể lắng để loại tạp chất cơ học. Loại này dùng để làm nguội thiết bị máy móc, vệ sinh công nghiệp, cứu hỏa, nước lắng đem lọc. * Nước lọc trong: nước sau khi lắng tiếp tục đem đi lọc để loại triệt để các tạp chất còn lại trong quá trình lắng. Nước sau khi lọc phải đạt các chỉ tiêu: + Độ cứng: 20 + Hàm lượng SO42-, Cl- dưới 50 mg/lít. + Hàm lượng N2O3, N2O5 dưới 200 mg/lít + NH3 không có. + Độ pH = 5,5 ÷ 6. 1.6. Giao thông vận tải: Giao thông vận tải là vấn đề quan trọng, là phương tiện dùng để vận chuyển một khối lượng lớn nguyên vật liệu xây dựng nhà máy, cũng như vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy đảm bảo cho nhà máy hoạt động thuận lợi, liên tục. Quảng Nam là đầu mối giao thông quan trọng giữa các vùng. Nhà máy sử dụng tuyến quốc lộ 1A và đường giao thông nông thôn đã được phát triển và nâng cấp đường thủy. Ngoài ra, nhà máy có các phương tiện vận chuyển (ôtô tải…) để đáp ứng kịp thời nhu cầu xuất sản phẩm và thu mua nguyên liệu cho nhà máy 1.7. Xử lý nước thải. Trong nhà máy cồn có 1 lượng lớn nước thải vệ sinh công nghiệp, nước rửa Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 5 GVHD: Trần Xuân Ngạch các thiết bị, nước thải sinh hoạt…có độ nhiễm bẩn lớn bao gồm rất nhiều chất tồn tại dưới các dạng khác nhau, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, nếu thải ra môi trường mà không qua xử lý sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, môi trường khu dân cư xung quanh nhà máy. Do đó nước thải của nhà máy phải tập trung lại sau xưởng sản xuất và xử lý trước khi đổ ra sông theo đường cống riêng của nhà máy. 1.8. Nguồn tiêu thụ sản phẩm Quảng Nam cách thủ đô Hà Nội 860 km về phía Bắc, cách thành phố Hồ Chí Minh 865 km về phía Nam. Phía Bắc giáp tỉnh Thừa Thiên Huế và thành phố Đà Nẵng; phía Nam giáp tỉnh Quảng Ngãi; phía Tây giáp tỉnh Kon Tum và nước Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào; phía Đông giáp biển Đông. Với vị trí thuận lợi trên, lượng cồn sản xuất ra sẽ được phân bố trên khắp cả nước, làm nguyên liệu cho ngành công nghiệp thực phẩm, cho hầu hết người tiêu dùng trên cả nước và cho xuất khẩu sang các nước khác. Tóm lại: Qua những phân tích trên đây thì việc xây dựng nhà máy sản xuất Bio etanol năng suất 60000 lít/ngày ở xã Hương An, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam với nguyên liệu là sắn lát khô là hoàn toàn phù hợp. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 6 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu. 2.1.1. Sắn [ 7, tr 36] Thành phần hoá học của củ sắn Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20÷34%; protein 0,8÷1,2%; chất béo 0,3÷0,4%; xenlulose 1÷3,1%; chất tro 0,54%; polyphenol 0,1÷0,3% và nước 60÷74,2% Sắn khô: nước 13,12%; protit 0,205%; gluxit 74,74%; chất béo 0,41%; xenlulose 1,11%; tro 1,69%. Ngoài ra các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin, độc tố. Trong các vitamin thì vitamin B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, còn B 6 chiếm 0,06 mg%. Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu. Chất độc có trong sắn ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ đó chính là HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin C 10H17NO16 gồm hai glucozit linamarin và lotaustralin. Bình thường phazeolunatin không độc nhưng khi thủy phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN gây độc. C10H17NO6 + H2O C6H12O6 + C3H6O + HCN Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và ở vỏ củ. - Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 7 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hình 2.4. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 8 GVHD: Trần Xuân Ngạch 2.1.2. Nấm men [ 7, tr 206-227] Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần đảm bảo các yêu cầu sau: + 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 nhiều loại đường như: glucose, fructose, saccharose, maltose… + Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít. Để được chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên phải trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hoá, gây đột biến. Đồng thời để duy trì được lâu dài các đặc tính tốt của chủng nấm men cần phải giữ giống, cấy chuyền cẩn thận. Để sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột người ta sử dụng các loài sau: - Chủng Sacchacomyces cerevisiae N012 (tách từ nhà máy lên men bánh mì 1902). Tế bào hình tròn, hình trứng, sinh sản bằng cách nảy chồi ở 25 0C trong một ngày có thể hình thành bào tử (từ 1÷4 bào tử). Nấm men chủng N 012 sinh sản mạnh ở 12 giờ đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên men rất nhanh. Chúng có khả năng lên men glucoza, fructoza, galactoza, cazarona, mantoza và 1/3 rafinoza. Khi lên men có thể tích lũy trong môi trường 13% rượu. - Chủng Saccharomyces cerevisiae N02 (tách ra năm 1889 từ Linder trong một nhà máy rượu). Đây là chủng được ứng dụng trong sản xuất rượu và các ngành sản xuất khác. Tế bào của nó dài, hình trứng, kích thước lớn và sinh sản bằng cách nảy chồi. Ở 25 0C trong 30 giờ nuôi cấy có thể tạo thành bào tử (thường trong tế bào có 3 bào tử) lên men được các loại đường như chủng 12 nhưng khả năng sinh sản kém hơn. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 9 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hình 2.5. Saccharomyces cerevisiae 2.1.3. Nước [5, tr 71] Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích như nước dùng để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi… Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu : * Trong suốt, không màu, không mùi. * Độ cứng: không quá 7 mg-E/l * Độ oxy hóa: ≤ 2ml KMnO4/l * Chất cặn: ≤ 1 mg/l *Không có kim loại nặng *Hàm lượng các muối phải thỏa yêu cầu 2.2. Tổng quan về sản phẩm 2.2.1. Tổng quan về etanol 2.2.1.1. Các phương pháp sản xuất etanol [ 7, tr 35] a. Hydrat hóa etylen Etanol thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông qua phương pháp hydat hóa etylen trên xúc tác axit, được trình bày theo phản ứng hóa học sau. Cho etylen hợp nước ở 300 0C áp suất 70÷80 atm với xúc tác là axit photphoric: H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 10 GVHD: Trần Xuân Ngạch b. Phương pháp lên men Etanol sử dụng trong đồ uống chứa cồn, cũng như phần lớn etanol sử dụng trong công nghiệp, nhiên liệu… được sản xuất theo phương pháp lên men, đây là quá trình chuyển hóa đường thành etanol nhờ nấm men (người ta thường dùng loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm khí, phản ứng hóa học tổng quát được viết như sau: C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + Q Quá trình nuôi cấy men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết đường người ta lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ etanol. 2.2.2. Cồn nhiên liệu 2.2.2.1. Lịch sử phát triển Từ những năm 20 của thế kỉ XX cồn đã được nghiên cứu, sử dụng làm nhiên liệu thay thế cho xăng dầu. Tuy nhiên với việc phát hiện ra các mỏ dầu có trữ lượng lớn cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành công nghiệp lọc hóa dầu đã sản xuất ra sản phẩm xăng dầu chất lượng cao giá thành hạ làm cho cồn nhiên liệu đẩy lùi. Năm 1973 cuộc khủng hoảng năng lượng thì vấn đề dùng cồn nhiên liệu lại được đề cập nhưng phải đến đầu thế kỉ XXI hướng phát triển cồn nhiên liệu mới được ưu tiên phát triển tuy vậy nó vẫn chỉ đóng vai trò thứ yếu so với các nhiên liệu hóa thạch, nhưng trong tương lai nó có thể là nguồn năng lượng chính khi dầu mỏ cạn kiệt. Trên thế giới hiện nay có các nước Mỹ, Tây Âu, Brasil, Trung Quốc, Nhật Bản đang là các nước sản xuất cồn nhiên liệu nhiều nhất. 2.2.2.2. Yêu cầu về chất lượng [17] Cồn khan 99,5% trở lên được sử dụng làm nhiên liệu giúp cho các động cơ có thể hoạt động được, tuy nhiên nó có nhiều đặc tính như ăn mòn kim loại, làm hư các chi tiết cao su hay nhựa trong động cơ nên nếu không cải tiến động cơ thì không thể thay thế hoàn toàn xăng bằng cồn khan để chạy động cơ. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 11 GVHD: Trần Xuân Ngạch Đối với ôtô, xe gắn máy thông thường chỉ được sử dụng xăng pha cồn với nồng độ tối đa là 10% (xăng E10). Với xăng E10 không cần cải tiến hay thay đổi động cơ mà có thể chạy hoàn toàn bình thường so với việc dùng 100% xăng. Cồn pha xăng ngày nay đã được tiêu chuẩn hóa về chất lượng, tùy quốc gia quy định. 2.2.2.3. Các phương pháp pha cồn vào xăng [17] Cồn có thể được sử dụng làm nhiên liệu cho vào động cơ ở nhiều dạng khác nhau, cụ thể là pha lẫn với xăng với tỷ lệ nào đó hoặc sử dụng 100% cồn. Qua việc thử nghiệm trên các loại động cơ với nhiên liệu có cồn người ta thấy rằng nếu tỉ lệ cồn không quá 10%tt thì không cần thay đổi kết cấu động cơ. Hiện nay trên thị trường đang lưu hành các loại xăng pha cồn như E5, E7, E10, E15, E20, E85, E95, E100. Ký hiệu E có nghĩa là xăng pha cồn còn chỉ số có nghĩa là phần trăm thể tích của cồn trong xăng. 2.3. Tổng quan quá trình sản xuất bio-etanol. 2.3.1. Quá trình nấu [ 4, tr 36] 2.3.1.1.Những biến đổi xảy ra trong quá trình nấu. a. Sự trương nở và hoà tan tinh bột. Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt mà hạt tinh bột hút nước rất nhanh làm cho hạt tinh bột trương nở. Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. b. Sự biến đổi của xenluloza và hemixenluloza Sự thuỷ phân này xảy ra khi nấu nguyên liệu dưới tác dụng của mixen xitaza và ion H+ tạo ra dextrin, đường pentoza và rất ít hợp chất cao phân tử. c. Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác. Khi nấu, một phần tinh bột bị thuỷ phân dưới tác động của enzyme amylaza có sẵn trong bản thân nguyên liệu. Đường glucoza, fructoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng nhiệt độ cao đường bị thuỷ phân tạo melanoidin và các sản phẩm Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 12 GVHD: Trần Xuân Ngạch caramen hoá… gây sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu, protein và chất béo hầu như không bị thay đổi trong khi nấu. 2.3.1.2 Phương pháp nấu [4, tr 47-61] Nấu nguyên liệu có thể thực hiện theo một trong ba phương pháp: Gián đoạn, bán liên tục và liên tục. a. Nấu gián đoạn Đặc điểm: Toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong cùng một nồi. Ưu điểm: - Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị. - Thao tác vận hành đơn giản. - Dễ vệ sinh và sửa chữa (nếu cần). Nhược điểm: - Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ. - Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ (caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và nấm men - Khi dùng axit thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm chóng ăn mòn thiết bị. - Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn (thời gian giữa các mẻ). b . Nấu bán liên tục Đặc điểm: Đặc điểm của phương pháp này là quá trình nấu được tiến hành nấu trong 3 nồi khác nhau và chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm. Ưu điểm - Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất đường tăng hiệu suất lên 7 lít cồn / tấn tinh bột. - Dùng được hơi thứ nên giảm được 15÷30 % hơi dùng cho nấu. - Năng suất thiết bị tăng so với nấu gián đoạn. Nhược điểm - Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 13 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích. - Nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn. - Khó vệ sinh do nhiều thiết bị và thiết bị nấu chín thêm có cấu tạo phức tạp. c. Nấu liên tục Đặc điểm: - Quá trình nấu chia ra làm 3 giai đoạn: Nấu sơ bộ nấu chín và nấu chín thêm và cuối cùng là thiết bị tách hơi. - Thiết bị nấu chín là trao đổi nhiệt ngược chiều đi từ dưới lên, cháo nhiệt đi từ trên xuống cho nên hiệu quả trao đổi nhiệt rất cao và thời gian dịch cháo ở nhiệt độ cao được rút ngắn. - Thời gian nấu được rút ngắn. Ưu điểm - Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu. - Thời gian nấu ở nhiệt độ cao được rút ngắn nên giảm tổn thất đường nâng cao năng suất cồn lên 10÷12 lít cồn / tấn tinh bột so với nấu gián đoạn. - Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần. - Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục. - Dễ cơ khí và tự động hóa. - Năng suất cao cho chất lượng dịch cháo ổn định vì thế cho chất lượng cồn ổn định. - Tốn ít nhân lực do tự động hóa cao. Nhược điểm - Yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây d = 3 mm không quá 10 % và lọt rây d = 1 mm > 40 %. - Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. - Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 14 GVHD: Trần Xuân Ngạch 2.3.2. Phương pháp đường hoá [4, tr 62, 95-104] Đường hoá có thể tiến hành theo phương pháp gián đoạn hoặc liên tục 2.3.2.1. Đường hóa gián đoạn. Đặc điểm: Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong 1 nồi duy nhất. Ưu điểm - Thiết bị đơn giản dễ chế tạo. - Dễ thao tác, vận hành, sửa chữa. - Hoạt độ enzyme ít bị mất do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao. Nhược điểm. - Không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch bột ở 70 0C. - Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao) và thời gian dài. - Khó cơ khí và tự động hóa. - Năng suất thấp. - Chất lượng dịch đường không ổn định. - Dễ bị nhiễm trùng hơn so với phương pháp liên tục. 2.3.2.2. Đường hóa liên tục. Đặc điểm: Quá trình đường hóa được thực hiện trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men. Ưu điểm - Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị. - Dịch cháo ít bị lão hóa vì dịch cháo được làm lạnh tức thời. - Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn. - Dễ cơ khí và tự động hóa, cho phép tăng năng suất lao động. - Năng lượng sử dụng giảm do thời gian đường hóa giảm. - Tiết kiệm được diện tích nhà xưởng. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 15 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Giảm được khả năng nhiễm trùng do dịch đường hóa đi trong hệ thống kín - Chất lượng dịch đường ổn định. - Khi kết hợp việc làm lạnh bằng chân không phương pháp này cho phép nấu cháo ở nồng độ loãng hơn do đó giảm được tổn thất đường khi nấu. Nhược điểm - Thiết bị phức tạp. - Yêu cầu về điện, nước đầy đủ và ổn định. - Yêu cầu cao về kỹ thuật vận hành thiết bị. - Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể. 2.3.3. Cơ chế và động học của quá trình lên men rượu. 2.3.2.1. Cơ chế quá trình lên men rượu [4, tr 120] Quá trình lên men rượu là quá trình yếm khí, chuyển hoá đường thành rượu, giải phóng CO2 và toả nhiệt. C6H12O6 azymaza 2C2H5OH + 2CO2 + Q Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào nhờ hoạt động của men zymaza chuyển hóa đường thành rượu và CO2. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra môi trường bên ngoài qua màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ nào nên khuyếch tán rất nhanh. CO 2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan không lớn. Khi bão hoà, CO 2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO2 và tế bào nấm men thường dính liền nhau. Bọt khí CO 2 lớn đến mức độ nhất định và khối lượng CO 2 rất bé so với khối lượng của tế bào nấm men thì bọt khí và tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề mặt của dung dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO 2 thoát ra ngoài, tế bào nấm men lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên đã làm tế bào nấm men từ trạng thái không chuyển động sang trạng thái chuyển động làm tăng quá trình tiếp xúc giữa nấm men và cơ chất nên quá trình lên men tăng nhanh. 2.3.2.2. Động học quá trình lên men rượu [ 4 , tr 145] Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 16 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hình 2.6.xác Đường Qua đường cong ta có thể địnhcong đượclên cácmen thời kì lên men như sau: + Thời kì 1 kéo dài khoảng 60 giờ sự sinh trưởng của nấm men rất chậm, bởi do sống trong môi trường mới nên đây có thể gọi là giai đoạn thích nghi. Trong giai đoạn này cơ chất sử dụng ít nên sinh tổng hợp ít cồn và CO 2. + Thời kì 2 là giai đoạn lên men chính kéo dài trong khoảng thời gian từ 60 ÷ 120 giờ, nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử dụng nhiều sinh nhiều cồn và CO 2, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh. Cuối giai đoạn này tế bào nấm men già nên lên men chậm lại. Thời kì này có sự biến đổi sâu sắc về thành phần trong môi trường, ảnh hưởng đến kết quả lên men. + Thời kì 3 là giai đoạn lên men phụ biểu hiện đường cong lên men là sự đi xuống tiệm cận trục hoành. Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch ít. 2.3.2.3. Phương pháp lên men [7 , tr 251-266] Lên men có thể tiến hành gián đoạn, bán liên tục và liên tục a. Lên men gián đoạn Đặc điểm: Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gian lên men kéo dài. 1. Ruột gà cần làm lạnh 2. ống dẫn dịch đường và men giống 3. ống tháo giấm chín và nước vệ sinh 4. ống thoát CO 2 5. Cửa quan sát và vệ sinh 6. Đầu ống nối hệ thống vệ sinh 7 với phía trong thùng 8. Van lấy mẫu 9. Đầu ống nối hệ thống sục khí hoặc CO2 và hơi thanh trùng. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 17 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hình 2.7. Thiết bị lên men gián đoạn Ưu điểm. - Thiết bị đơn giản dễ chế tạo. - Dễ vệ sinh, sửa chữa. - Khi bị nhiễm tạp thì dễ xử lý. Nhược điểm. - Năng suất thấp tính cho 1m3 thiết bị. - Hiệu suất lên men thấp. - Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác. b. Lên men bán liên tục (còn gọi là lên men theo kiểu pha dần). Đặc điểm: Lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạn cuối. Đây là phương pháp cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặc trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết. Ưu điểm. - Giai đoạn lên men đầu hầu như không có, do đó tăng nhanh được quá trình lên men, rút ngắn được thời gian lên men so với lên men gián đoạn 20%. - Hệ số sử dụng thiết bị được nâng cao do lên men liên tục trong giai đoạn chính. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 18 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên. Nhược điểm. - Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn. - Các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức tạp, cần chú ý để nước không đọng lại sau mỗi lần vệ sinh. c. Lên men liên tục. Đặc điểm: Dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra. Dịch đường phải đi qua nhiều các thùng lên men: thùng lên men chính, các thùng lên men tiếp theo là lên men phụ. Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn. Ưu điểm. - Hiệu suất lên men tăng. - Dễ cơ khí và tự động hóa. - Thời gian lên men được rút ngắn. - Hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng men gống ban đầu cao. - Chất lượng giấm chín là ổn định. Nhược điểm. - Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao. - Vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể. - Yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định 2.3.3. Nguyên lý chưng cất và tinh chế. 2.3.3.1. Nguyên lý chưng cất [ 4, tr 170] Chưng cất là quá trình tách lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau. Hơi của chất lỏng có nhiệt độ nhác nhau, có áp suất riêng phần khác nhau. Hơi của chất Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 19 GVHD: Trần Xuân Ngạch lỏng nào có áp suất riêng phần lớn hơn thì chất lỏng đó sôi ở áp suất thấp hơn và dễ bay hơi hơn. Ở áp suất thường nhiệt độ sôi của rượu etylic là 78,3 0C và của nước là 1000C nên rượu dễ bay hơi hơn nước. Vì vậy khi chưng cất hỗn hợp rượu nước, ở thể hơi chứa nhiều rượu hơn ở thể lỏng. Giấm chín thường bao gồm nhiều hợp chất dễ bay hơi như rượu etylic, ester, aldehyt và alcol cao phân tử (dầu fusel - dầu khét). Ngoài các chất kể trên, trong giấm chín còn chứa tinh bột xót, dextrin, protein, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước. y 100 b a 80 60 ox: Thành phần pha rượu trong thể tích lỏng 40 %. 20 oy: Thành phần pha rượu trong thể tích hơi %. 0 20 40 60 80 X 100 Hình 2.7. Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường . Điểm đẳng phí là giao của đường cân bằng với đường chéo Ob. Điểm đẳng phí có nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi. Điểm này ứng với nồng độ sau: 95,57% khối lượng; 97,2% thể tích; 89,41 mol (phân tử) tương ứng nhiệt độ sôi là 78,15 0C. Với phương pháp chưng cất thông thường khó có thể đạt được nồng độ rượu trên 95,57% theo khối lượng. Tuy nhiên quá trình chưng cất còn phụ thuộc vào lượng chất không bay hơi, các tạp chất trong giấm chín. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 20 GVHD: Trần Xuân Ngạch Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường, phần đường cong ở trên đường chéo Ob nồng độ rượu trong thể hơi nhỏ hơn thể lỏng. 2.3.3.2. Nguyên lý tinh chế [ 4, tr 173] Mục đích của tinh chế là tách các tạp chất như este, aldehyt, rượu cao phân tử, axit hữu cơ dựa vào nhiệt độ sôi của các tạp chất đó có trong cồn thô. Căn cứ vào nhiệt độ sôi của các tạp chất ta chia làm 3 loại: tạp chất đầu, tạp chất cuối, tạp chất trung gian. + Tạp chất đầu: là tạp chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở nồng độ bất kỳ, nhiệt độ sôi nhỏ hơn nhiệt sôi của rượu etylic. Tạp chất đầu gồm có: aldehyt axetic (CH3CHO), axetat metyl (CH3COOCH3). Tạp chất này lấy ra ở sản phẩm đầu nên gọi là cồn đầu. +Tạp chất trung gian có 2 tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là tạp chất cuối. Ở nồng độ cao của rượu etylic nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp nó là tạp chất đầu. Vì vậy tạp chất trung gian khó tách khỏi rượu eytlic khi tinh chế, tạp chất trung gian bao gồm: etylizobutylrat, etylizovalianat... + Tạp chất cuối là tạp chất khó bay hơi và khi chưng cất nó tồn tại ở phía dưới tháp, nó có nhiệt độ sôi cao hơn rượu etylic. Nồng độ của nó trong pha hơi nhỏ hơn trong pha lỏng ở cùng một nhiệt độ. Tạp chất này dễ tách gồm: este cao phân tử, axit hữu cơ phân tử lượng lớn (propylic, izopropylic, izobutylic, amylic). Tuy nhiên đặc tính và hàm lượng của tạp chất trong rượu còn phụ thuộc vào nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất. 2.3.4. Quá trình hấp phụ Nguyên tắc của phương pháp: + Dựa vào kích thước mao quản của Zeolite, chất hấp phụ này có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản và không hấp phụ những phân tử có kích thước lớn. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 21 GVHD: Trần Xuân Ngạch + Khi sử dụng Zeolite để hấp phụ sản xuất cồn tuyệt đối, bản chất là chất hấp phụ chọn lọc nước trong hỗn hợp nước và etanol có nồng độ thấp hơn. + Kích thước động học của ethanol và nước: Kích thước động học của ethanol là: 2,57A0 Kích thước động học của nước là: 4,44A0 Do đó vật liệu hấp phụ có kích thước mao quản nằm trong khoảng: 2,57A 0 ÷ • • 4,44A0. Khi nhả hấp phụ thì sẽ dùng các tác nhân: hơi nước bão hòa hoặc hơi nước quá nhiệt, hơi của các chất hữu cơ, khí trơ… Nhả hấp phụ có thể tiến hành ở nhiệt độ cao hoặc ở nhiệt độ thấp, có thể tiến hành ở áp suất thường, áp suất dư hoặc áp suất thấp (trong chân không). Dựa trên các cơ sở này em chọn dây chuyền công nghệ với các đặc điểm sau: Nấu tiến hành ở điều kiện nhiệt độ bình thường 100-105 oC có sử dụng chế phẩm enzyme amylaza của hãng Novo Đan Mạch, đường hóa liên tục làm nguội thông thường tác nhân đường hóa là chế phẩm enzyme amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch, lên men liên tục, dùng chất hấp phụ chọn lọc zeolite để tạo ra bioethanol, dùng hơi nước quá nhiệt trong điều kiện chân không để tách nước ra khỏi Zeolit. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 22 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn dây chuyền công nghệ. Nguyên liệu sắn Làm sạch Nghiền nguyên liệu Nấu sơ bộ (t o=80÷850C) Phun dịch hóa (to=94÷960C) Enzyme Termamyl Hơi Hơi thứ Nấu chín (to=100÷1050C) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày Hơi SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 23 GVHD: Trần Xuân Ngạch Tách hơi Làm nguội Enzyme Spirit Đường hoá (to=60÷620C) H2SO4, Na2SiF6 Làm nguội Lên men dịch đường (to=30÷320C) Nấm men Giấm chín Hơi Tháp thô Bã rượu Cồn thô *Cồn nhạt Dầu fusel Tháp tinh chế Hơi Cồn đầu Cồn ( khoảng 96 0 ) Hơi Bốc hơi Hấp phụ Zeolit Giải hấp phụ Ngưng tụ, làm lạnh Cồn nhạt* Bio-etanol ( cồn 99,970) Bảo quản Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 24 GVHD: Trần Xuân Ngạch 3.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ. 3.2.1. Làm sạch. [4 , tr 47] 3.2.1.1. Mục đích Loại bỏ đất, cát, các tạp chất kim loại ra khỏi nguyên liệu, đảm bảo nguyên liệu sạch, thuận lợi cho quá trình nghiền, nhằm không gây hư hỏng thiết bị và không ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 3.2.1.2. Thực hiện Trước khi đem nghiền, nguyên liệu được làm sạch bằng phương pháp sàng và sức gió, dùng máy khử từ để tách những kim loại. Sử dụng sàng rung để làm sạch nguyên liệu Hình 2.1. Sàng rung Nguyên tắc hoạt động: Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn rung thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung, tạp chất lớn được giữ lại trên sàng và bụi được quạt hút ra ngoài theo một cửa khác. Cuối sàng rung đặt một nam châm điện để tách bỏ kim loại lẫn trong Hình 3.1. Sàng rung nguyên liệu. 3.2.2. Nghiền nguyên liệu. [4, tr 33] 3.2.2.1. Mục đích Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 25 GVHD: Trần Xuân Ngạch Nghiền là quá trình phân chia lát sắn thành nhiều phần tử nhỏ nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của sắn tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nấu. Giúp giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn. Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu, đường hóa, tiết kiệm hơi, nâng cao hiệu suất thu hồi cồn. 3.2.2.2. Thực hiện Nguyên liệu trước khi đưa vào máy nghiền được đi qua sàn rung có gắn nam châm điện để loại bỏ kim loại trong nguyên liệu. Nguyên liệu di chuyển được dưới tác động của khí động học nhờ quạt hút sinh ra. Sử dụng máy nghiền búa để thực hiện quá trình nghiền Hình 2.2. Máy nghiền búa Nguyên tắc hoạt động : Nguyên liệu cần nghiền cho vào bên trong máy qua phễu nạp liệu, do sự va đập của vật liệu với cánh búa đang quay và với thành trong của máy, vật liệu sẽ biến dạng rồi vỡ ra thành các thành phần có kích thước nhỏ hơn. Do bị va đập nhiều lần giữa cánh búa và vỏ máy, nguyên liệu giảm kích thước đến khi nhỏ hơn lỗ lưới, hạt sẽ theo lỗ lưới ra ngoài dưới tác động của khí động học nhờ quạt hút sinh ra. Còn những hạt vật liệu to chưa lọt qua lưới thì được các búa tiếp tục nghiền nhỏ. Sau khi nghiền kích thước của bột sắn khoảng 1,5 mm. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 26 GVHD: Trần Xuân Ngạch 3.2.3. Nấu nguyên liệu. [1, tr 36] 3.2.3.1. Mục đích Phá vỡ màng của hạt tinh bột, tạo điều kiện cho hạt tinh bột trương nở để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước tác dụng với hệ enzyme amylaza, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đường hoá và hiệu suất thu hồi cao hơn. 3.2.3.2. Tiến hành [ 15, tr 52-54] Hình 3.3. Hệ thống Misurin. 1. Gàu tải hạt, 2.Gàu tải củ, 3.Thiết bị tách tạp chất kim loại, 4.Phểu chứa hạt, 5.Vít tải định lượng hạt, 6.Van điều chỉnh nước, 7.Máy nghiền hạt, 8.Cân định lượng củ, 9. Máy thái củ, 10.Thiết bị trộn và nấu sơ bộ, 11. Bơm chuyển hỗn hợp nấu, 12. Ống góp hơi chính, 13. Bộ tiếp xúc nhiệt, 14. Nồi nấu chín. 15. Nồi Nấu chín thêm, 16. Phao điều chỉnh mức, 17.Thiết bị tách hơi thứ. Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại thùng hòa bột rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ .Trong quá trình nấu có bổ sung enzyme Termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột. Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được nâng lên 80÷85 0C trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột. Tiếp đó khối nấu nhờ bơm pittông bơm sang thiết bị phun dịch hóa tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96 0C. Sau đó khối nấu tiếp tục được bơm sang nồi nấu chín , theo đó dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức độ cần thiết. Ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu sẽ được giữ ở nhiệt độ 100÷105 0C trong khoảng thời gian từ 25÷30 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 27 GVHD: Trần Xuân Ngạch phút. Hệ thống chín gồm 6 nồi nấu chín. Việc điều chỉnh mức khối nấu nhờ phao điều chỉnh. Hơi thứ tách ra ở nồi nấu chín được tách ở thiết bị tách hơi được thu hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ. Ở nồi nấu chín, dịch được cho vào theo cửa (b). Ở giữa nồi nấu có một vách ngăn chia nồi nấu thành 2 phần nhưng ở đáy lại thông nhau. Dịch đi vào phía trên theo cửa (b) của nồi rồi chảy xuống đáy sau đó tràn qua ngăn kia cho đến khi đầy thì chảy chuyền sang nồi khác qua cửa (d). Phía dưới đáy nồi có van xả đáy (e) để xả dịch nấu khi có trường hợp bị sự cố. Ta có : + Thời gian nấu sơ bộ: 15 phút. + Thời gian đem đi phun dịch hóa: 15 phút. + Thời gian nấu chín: 180 phút. + Thời gian tách hơi: 30 phút. 3.2.4. Phun dịch hoá. 3.2.4.1.Mục đích Làm nhỏ cấu trúc của tinh bột để nâng nhiệt độ nồi nấu chín lên 100÷105 0C Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 28 GVHD: Trần Xuân Ngạch 3.2.4.2. Thực hiện Hệ điều khiển tự động Hơi vào Liệu vào Liệu ra Hình 2.4. Thiết bị phun dịch hoá Tại thiết bị này p > 5kg/cm 2 nhiệt độ 102 ÷ 105 0C dịch sau khi nấu sơ bộ được bơm vào thiết bị dịch phun hóa đi qua 1 khe hẹp. Hơi đi vào được điều chỉnh bằng hệ điều khiển tự động để đảm bảo nhiệt độ liệu ra đạt khoảng 94÷960C. Hệ thống tự động có chức năng như van chắn, hệ thống đi theo phía trên thì van chắn mở rộng hơi vào với lượng lớn, khi muốn giảm lượng hơi vào thì hạ hệ thống tự động xuống. 3.2.5. Đường hoá. [4 , tr 62] 3.2.5.1. Mục đích: Đường hoá là quá trình chuyển hoá tinh bột thành đường lên men dưới tác dụng của enzym amylaza. Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất lên men. 3.2.5.2. Thực hiện Dịch cháo sau khi tách hơi được làm nguội đến nhiệt độ đường hoá 60÷62 0C nhờ thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống. Tại nồi đường hoá được bổ sung chế phẩm enzyme amylaza, chất sát trùng Na2SiF6 và dung dịch H2SO4 98% vào dịch đường nhờ bộ phận phân phối. Thời gian đường hoá là 30 phút, sau đó dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men t 0=30÷320C. Quá trình làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được thực hiện trong thiết bị làm nguội ống Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 29 GVHD: Trần Xuân Ngạch lồng ống. Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì 10% dịch đường được đưa sang nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa vào thùng lên men. Hình 2.5 : Thùng đường hóa 3.2.6. Lên men. [4 , tr 152] 3.2.6.1. Mục đích. Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi đường trong dịch đường lên men thành rượu, CO2 cùng một số chất khác dưới tác dụng của nấm men. 3.2.6.2. Thực hiện. Sử dụng phương pháp lên men liên tục 1.Thùng nhân giống cấp 1 2.Thùng nhân giống cấp 2 3.Thùng lên men đầu dây 4.Thùng lên men tiếp theo Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 30 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hình 2.6 : Sơ đồ lên men liên tục Đặc điểm: Thùng lên men đầu tiên được tiếp một lượng lớn men giống và luôn có nồng độ men trong dịch cao. Dịch đường và men giống chảy đầy vào thùng đầu tiên này sẽ chảy tràn qua các thùng tiếp theo và cứ như vậy đến thùng cuối thì dịch lên men được kết thúc thu được giấm chín. Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giống nấm men cấp 2, hai thùng lên men chính và có các thùng lên men tiếp theo. Thùng nhân giống cấp 1 được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp 2 cũng được đặt cao hơn so với thùng lên men chính. Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở 2 thùng cấp 1 lệch nhau khoảng 3÷4 giờ. Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầu thì tháo xuống thùng cấp 2. Thùng vừa giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó thanh trùng ở 75 0C rồi axit hoá tới độ chua 1,8÷2,4g H2SO4/l. Sau đó làm lạnh đến nhiệt độ nhân giống rồi cho 25÷30% lượng nấm men giống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho lên men đến độ biểu kiến 5÷6%. Lượng nấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết xuống thùng cấp 2. Sau khi vệ sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác. Ở thùng nhân giống nấm men cấp 2 tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hoá tới độ chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới độ lên men biểu kiến còn 5÷6%. Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp 2 vào thùng lên men chính rồi liên tục cho dịch đường vào. Dịch lên men sẽ tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng bên cạnh và đến thùng cuối cùng ta thu được giấm chín. Tổng thời gian lên men là 60-62 giờ, nhiệt độ lên men ở thùng lên men chính ( 25÷27 0C), hai thùng tiếp theo (27÷300C), các thùng còn lại ( 27÷280C). 3.2.7. Chưng cất. [ 4, tr 169] 3.2.7.1. Mục đích. - Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín, kết quả thu nhận được cồn thô. - Tinh chế là tách tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn, thu được sản phẩm cồn tinh chế Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 31 GVHD: Trần Xuân Ngạch 3.2.7.2. Thực hiện. Sử dụng hệ thống chưng cất, tinh chế hai tháp gồm một tháp thô và một tháp tinh 1- Thùng cao vị chứa giấm chín 2- Bình hâm giấm 3- Bình tách CO2 4- Tháp thô 5- Bình chống phụt giấm 6- Bình ngưng tụ 7- Bình làm lạnh 8- Tháp tinh 9- Bình ngưng tụ hồi lưu 10- Bình làm lạnh cồn sản phẩm Hình 2.7. Sơ đồ chưng cất liên tục 2 tháp 11- Bình ngưng và làm lạnh dầu Giấm chín được bơm lên thùng cao vị (1) sau đó đi vào bình hâm giấm (2), thiết bị này được gia nhiệt bằng hơi cồn thô đến nhiệt độ 70÷80 0C rồi đưa qua bình tách CO2 và khí không ngưng (3) rồi vào đĩa tiếp liệu của tháp thô (4). Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi đi từ dưới lên, giấm chín chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp ngưng tụ làm lạnh và được đưa sang tháp tinh (8) ở đĩa tiếp liệu, còn giấm khi chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Tại tháp tinh cũng được cấp nhiệt bằng hơi nước trực tiếp, hơi rượu bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ (9) và được hồi lưu trở lại tháp tinh. Một phần nhỏ chưa ngưng kịp còn chứa nhiều tạp chất đầu được đưa sang ngưng tụ tiếp ở thiết bị ngưng tụ làm lạnh (7) và lấy ra ở dạng cồn đầu. Cồn tinh chế được lấy ra cách đĩa hồi lưu 3÷6 đĩa qua thiết bị làm lạnh (10) được cồn tinh chế. Dầu fusel được lấy ra ở dạng hơi từ đĩa 6÷11 tính từ dưới lên được làm lạnh, phân ly được dầu fusel thành phẩm. Nhiệt độ đáy của hai tháp luôn bảo đảm 103÷1050C; nhiệt độ đỉnh tháp thô phụ thuộc vào nồng độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93÷97 0C; nhiệt độ đỉnh tháp tinh vào khoảng Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 32 GVHD: Trần Xuân Ngạch 78,3÷78,50C; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khống chế ở 82÷830C. 3.2.8. Tách nước. 3.2.8.1. Mục đích: Dùng để sản xuất cồn tuyệt đối. Khi sử dụng chất hấp thụ zeolit để hấp thụ chọn lọc nước trong hỗn hợp nước – etanol có nồng độ thấp 96%v lên nồng độ cao 99,97%V. 3.2.8.2. Thực hiện Cồn nguyên liệu 96o sẽ được bơm vào thiết bị bốc hơi – quá nhiệt, tác nhân gia nhiệt là hơi nước có nhiệt độ 151,1 oC. Cồn nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị gia nhiệt được nâng lên 107 oC. Sau khi hơi cồn đi ra thiết bị quá nhiệt thì nó được đi vào thiết bị hấp thụ, ta thu được cồn khan. Cồn khan tiếp tục ngưng tụ và đưa vào kho chứa. Thiết bị hấp thụ và giải hấp sử dụng chất hấp thụ là zeolit. * Mô tả quá trình làm việc: Nguyên liệu (hỗn hợp ethanol – nước có nồng độ thấp) được đưa qua cột hấp phụ chứa zeolite 3A ở pha lỏng hoặc pha hơi. Nước sẽ bị hấp phụ và giữ lại trên cột, ethanol không bị hấp phụ đi ra khỏi cột. Để quá trình làm việc liên tục, thông thường phải có ít nhất 2 tháp chứa chất hấp phụ. Khi tháp A tiến hành hấp phụ thì tháp B phải tiến hành tái sinh xúc tác và ngược lại. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 33 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hình 2.8. Sơ đồ hấp phụ và giải hấp 3.2.9. Sản phẩm. Sau khi tách nước ta được sản phẩm cồn tuyệt đối với độ cồn lên đến 99,97%V etanol.Sau khi hấp phụ và giải hấp ta thu được cồn nhạt ( là hỗn hợp của nước và cồn còn sót lại). Lượng cồn nhạt này 1 phần được đưa vào giải hấp trở lại và 1 phần cho vào tháp tinh. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 34 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Biểu đồ nhập liệu. Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Nguyên liệu X X X x X X x 0 X X x x Thường vào tháng 8 nguồn nguyên liệu nhập ít do chưa vào mùa thu hoạch nên không cung cấp đủ nguyên liệu cho nhà máy nên nhà máy có kế hoạch ngừng hoạt động vào tháng này để vệ sinh, sữa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác. 4.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy. Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết. Tháng 1 2 3 Số ngày sản xuất 2 2 Số ca sản xuất 7 6 7 6 4 5 6 7 8 9 10 11 12 26 25 25 26 2 27 0 26 26 26 78 75 75 78 7 6 81 0 78 78 78 Tổng số ngày sản 8 xuất:8285 ngày, tổng số ca sản 8 xuất: 855 ca Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 35 GVHD: Trần Xuân Ngạch 4.3. Tính cân bằng vật chất. 4.3.1. Các thông số ban đầu. - Năng suất: 60.000 lít cồn/ ngày. - Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô. - Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%. - Hiệu suất đường hoá: 98%. - Hiệu suất lên men: 98%. - Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%. - Hiệu suất tách nước: 98%. - Hiệu suất thu hồi: η = η dh × η lm × η cc × η tn = 0,98 × 0,98 × 0,97 × 0,98 = 0,913 = 91,3% - Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn: Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn ST Hao hụt và tổn Công đoạn Làm sạch T 1 thất2% 2 Nghiền 0,5% 3 Nấu sơ bộ 1% 4 Phun dịch hóa 0,5% 5 Nấu chín 1% 6 Tách hơi 0,5% 7 Làm nguội 0,5% 8 Đường hóa 2% 9 Làm lạnh 0,5% 10 Lên men 2% 11 Chưng cất 1% 12 Tinh chế 1% 13 Bốc hơi 0,5% Hấp phụ, giải 14 1% 15 hấpNgưng tụ 0,5% Bảng 4.2. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Sắn Độ ẩm 13% Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày Chất khô Tinh bột 87% 73% SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 36 GVHD: Trần Xuân Ngạch 4.3.2.Tính toán cân bằng vật chất 4.3.2.1. Công đoạn làm sạch: Gọi khối lượng của sắn ban đầu để sản xuất ra đủ lượng cồn thành phẩm như yêu cầu là M ( kg ). Với tỉ lệ hao hụt trong quá trình sản xuất như trong bảng 4.1 ta có: Lượng nguyên liệu thu được sau khi làm sạch : m1 = M × (100 − 2) = 0,98 × M 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch ( với lượng tinh bột có trong nguyên liệu là 73%) : mTB1 = m1 × 73 0,98 × M × 73 = = 0,715 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch ( với lượng chất khô trong nguyên liệu là 87%): m1 × 87 0,98 × M × 87 = = 0,853 × M 100 100 (kg) mCK 1 = Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch ( với độ ẩm trong nguyên liệu là 13%): m H 2O (1) = m1 × 13 0,98 × M × 13 = = 0,127 × M 100 100 (kg) 4.3.2.2. Công đoạn nghiền Với tỉ lệ hao hụt như trong bản 4.1: Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (100 − 0,5) 0,98 × M × 99,5 = = 0,975 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền ( tinh bột chiếm 73% nguyên liệu): mTB 2 = m2 × 73 0,975 × M × 73 = = 0,712 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền ( chất khô chiếm 87% nguyên liệu): Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 37 mCK 2 = GVHD: Trần Xuân Ngạch m2 × 87 0,975 × M × 87 = = 0,848 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền ( nước chiếm 13% trong nguyên liệu): m H 2O ( 2 ) = m2 × 13 0,975 × M × 13 = = 0,126 × M 100 100 (kg) 4.3.2.3. Công đoạn nấu sơ bộ Gọi X là lượng nước mà ta cần bổ sung tại công đoạn nấu sơ bộ để sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18%. Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: mE = mTB 2 0,712 × M = = 7,12 × 10 −4 × M 1000 1000 (kg) Trong quá trình nấu sơ bộ người ta chỉ bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa: m E ( 3) = 30 30 × mE = × 7,12 × 10 − 4 × M = 2,136 × M × 10 −4 100 100 (kg) Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là: m3 = (m2 + X ) × (100 − 1) 99 = (0,975 × M + X ) × 100 100 = 0,965 × M + 0,99 × X (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mTB 3 = mTB 2 × (100 − 1) 0,712 × M × 99 = = 0,705 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: mCK 3 = mCK 2 × (100 − 1) 0,848 × M × 99 = = 0,840 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ: m H 2 O ( 3) = ( m H 2 O ( 2 ) + X ) × (100 − 1) 99 = (0,126 × M + X ) × 100 100 = 0,125 × M + 0,99 × X (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 38 GVHD: Trần Xuân Ngạch 4.3.2.4. Công đoạn phun dịch hóa Với tỉ lệ hao hụt như trong bảng 4.1 ta có: Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: (100 − 0,5) 99,5 = (0,965 × M + 0,99 × X ) × 100 100 m 4 = m3 × = 0,960 × M + 0,985 × X (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mCK 4 = mCK 3 × (100 − 0,5) 0,840 × M × 99,5 = = 0,836 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: mTB 4 = mTB 3 × (100 − 0,5) 0,705 × M × 99,5 = = 0,702 × M 100 100 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: m H 2 O ( 4 ) = m H 2 O ( 3) × (100 − 0,5) 99,5 = (0,125 × M + 0,99 × X ) × 100 100 = 0,124 × M + 0,985 × X (kg) 4.3.2.5. Công đoạn nấu chín Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi và lượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào. Vậy khối lượng nước ngưng sau khi nấu : mH2O(N) = ×2 m2 = 0,975 M (kg) Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = ( m 4 + m H 2 O ( N ) ) × (100 − 1) 99 = (0,96 × M + 0,985 × X + 0,975 × M ) × 100 100 = 1,915 × M + 0,975 × X (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mTB 5 = mTB 4 × (100 − 1) 0,702 × M × 99 = = 0,695 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: mCK 5 = mCK 4 × (100 − 1) 0,836 × M × 99 = = 0,828 × M 100 100 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 39 GVHD: Trần Xuân Ngạch Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5 ) = ( m H 2O ( 4 ) + m H 2O ( N ) ) × (100 − 1) 100 = (0,124 × M + 0,985 × X + 0,975 × M ) × 99 100 = 1,088 × M + 0,975 × X (kg) Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên ta có: C 00 = mct mdd = mCK 5 18 0,828 × M ⇔ = mCK 5 + m H 2O ( 5) 100 0,828 × M + 1,088 × M + 0,975 × X ⇒ X = 2,752 × M (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: m H 2O ( 5) = 1,088 × M + 0,975 × X = 1,088 × M + 0,975 × 2,752 × M = 3,772 × M (kg) Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: m5 = 1,915 × M + 0,975 × 2,752 × M = 4,598 × M (kg) 4.3.2.6. Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu đã nghiền chưa hòa nước. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi lại chiếm 30% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín: mH = 2 0,975 M = 0,585 M (kg) Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: m6 = m5 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,598 × M × = 4,575 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: mTB 6 = mTB 5 × (100 − 0,5) 0,695 × M × 99,5 = = 0,692 × M 100 100 (kg) Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: mCK 6 = mCK 5 × (100 − 0,5) 0,828 × M × 99,5 = = 0,824 × M 100 100 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 40 m H 2O ( 6 ) = m H 2O ( 5) × GVHD: Trần Xuân Ngạch (100 − 0,5) 99,5 = 3,772 × M × = 3,753 × M 100 100 (kg) 4.32.7. Công đoạn làm nguội: Với tỉ lệ hao hụt theo bảng 4.1 ta có: Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: m7 = m6 × (100 − 0,5) 99,5 = 4,575 × M × = 4,552 × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: mTB 7 = mTB 6 × (100 − 0,5) 0,692 × M × 99,5 = = 0,689 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: mCK 7 = mCK 6 × (100 − 0,5) 0,824 × M × 99,5 = = 0,820 × M 100 100 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: m H 2O ( 7 ) = m H 2O ( 6 ) × (100 − 0,5) 99,5 = 3,753 × M × = 3,734 × M 100 100 (kg) 4.3.2.8. Công đoạn đường hóa: Trong quá trình đường hóa ta bổ sung một lượng enzyme bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. mE (8) = 70 70 × mE = × 7,12 × 10− 4 × M = 4,984 × M × 10− 4 100 100 (kg) Theo lý thuyết thì cứ 100 kg tinh bột ta thu được được 72 lít cồn 100%V. Lượng axit H2SO4 300Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa ( sử dụng cho 100 lít cồn 100%V) là 1,5÷2 kg. Nên cứ 100kg tinh bột cần bổ sung 1,08kg H2SO4 300Be. Vậy lượng axit H2SO4 300Be bổ sung cho quá trình nấu chín là: mH 2 SO4 = mTB 7 × 1,08 0,689 × M × 1,08 = = 7,43× M ×10 −3 100 100 (kg) Gọi Y là lượng nước trong quá trình đường hóa ta cần bổ sung. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: m8 = (m7 + Y ) × (100 − 2) 98 = (4,552 × M + Y ) × = 4,460 × M + 0,98 × Y 100 100 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 41 GVHD: Trần Xuân Ngạch (Do lượng enzyme và lượng axit H2SO4 có khối lượng rất thấp so với khối lượng chất khô của khối nguyên liệu nên ta có thể bỏ qua.) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: mCK 8 = Ta có: mCK 7 × (100 − 2) 0,820 × M × 98 = = 0,804 × M (kg ) 100 100 (C6H10O5)n + nH2O → nC6H12O6 162 180 Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% nên dựa vào phương trình (1) ta có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: m Đuong = mTB 7 × 180 × 98 0,689 × M × 180 × 98 = = 0,675 × M 162 × 100 162 × 100 (kg) Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: mĐuong(8) = mĐuong × (100 − 2) 100 = 0,675 × M × 98 = 0,662 × M 100 (kg) Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là: m H 2O ( 8 ) = ( m H 2O ( 7 ) + Y ) × (100 − 2) 98 = (3,734 × M + Y ) × 100 100 = 3,659 × M + 0,98 × Y (kg) 4.3.2.9. Công đoạn làm lạnh Khối lượng dịch đường sau làm lạnh là: m9 = m8 × (100 − 0,5) 99,5 = (4,460 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 = 4,437 × M + 0,975 × Y (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm lạnh là: mCK 9 = mCK 8 × (100 − 0,5) 0,804 × M × 99,5 = = 0,80 × M 100 100 (kg) Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm lạnh: m Đuong( 9 ) = m Đuong(8) × (100 − 0,5) 100 = 0,662 × M × 99,5 = 0,659 × M 100 (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: m H 2O ( 9 ) = m H 2O ( 8 ) × (100 − 0,5) 99,5 = (3,659 × M + 0,98 × Y ) × 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 42 GVHD: Trần Xuân Ngạch = 3,641× M + 0,975 × Y (kg) Nồng độ chất khô của dịch đường sau đem lên men là 16% nên ta có: C 00 = mct mdd = mCK 9 0,80 × M 16 ⇔ = mCK 9 + m H 2O (9) 0,80 × M + 3,641× M + 0,975 × Y 100 Y = 0,573 × M (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: mH 2O (9 ) = 3,641× M + 0,975 × Y = 3,641× M + 0,975 × 0,573 × M = 4,2 × M (kg) Khối lượng của dịch đường sau làm lạnh: m9 = 4,437 × M + 0,975 × 0,573 × M = 4,995 × M (kg) 4.3.2.10. Công đoạn lên men Trong quá trình lên men ta bổ sung một lượng Na 2SiF6 bằng 0,25% so với khối lượng dịch cháo sau đường hóa đem làm lạnh: m Na 2 SiF6 = 0,25 × m9 = 100 0,25 × 4,995 × M = 0,012 × M 100 (kg) (Do Na2SiF6 có khối lượng thấp so với chất khô nguyên liệu nên có thể bỏ qua) Dịch đường sau khi ra khỏi thiết bị làm lạnh 10% đem sản xuất men giống, 90% còn lại đưa vào thùng lên men. Quá trình nhân giống gồm nhân giống cấp 1 và nhân giống cấp 2. = 0,466 (lit) = 0,463 (lit) Thể tích của dịch trước lên men: Sau khi nhân giống xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường nên nồng độ đường còn lại là: 16 × 90 = 14,4% C%= 100 ρđương 14,4% = 1,056( kg/lít). Xem dịch trước lên men là dung dịch đường có hàm lượng chất khô không đường thấp. Nên khối lượng của dịch trước lên men là: mdịch = đường × V10 = 1,065 × 4,684 × M = 4,988 × M Dựa vào phương trình lên men (2): C 6 H 12O6 → 2 C2 H 5OH + 2 CO2 (2) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 43 180 GVHD: Trần Xuân Ngạch 92 88 Cứ 180 kg đường glucose tạo thành 92 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ 0,659 M kg đường với hiệu suất lên men là 98% là: mcồn khan = × 98 = 0,330 × M (kg ) 100 Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: 100 − 2 × 0,330 × M = 0,323 × M (kg ) mcồn khan = 100 Thể tích cồn khan thu được sau lên men với ρ conkhan = 0,789( kg/lít) 0,323 × M = 0,409 × M (lít ) 0 , 879 Vcồn khan = Dựa vào phương trình lên men ta suy ra lượng CO 2 thu được sau lên men: mco 2 = mcônkhan × 88 0,323 × M × 88 = = 0,308 × M (kg ) 92 92 Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: mgiấm=(m10-mCO2) × 98 98 = (4,995 × M − 0,308 × M ) × = 4,593 × M ( kg ) 100 100 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 44 GVHD: Trần Xuân Ngạch Độ rượu trong giấm : mcôn × 100% 0,323 × M × 100% = = 7,032% mdâm 4,593 × M % cồn= khối lượng Từ nội suy phần trăm thể tích cồn trong giấm chín là: 8,79%V Thể tích giấm chín: Vcôn × 100% Vdâm %cồn= V 0,409 × M × 100% 8,79% dấm = Vdấm= 4,653×M (lít) 4.3.2.11. Công đoạn chưng cất Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8,79%V = 7,032% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: t s = 93,290C 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 = 93,29oC. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 700C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg Q = 100 × C D × ρ D × (t S − t D ) giấm: Trong đó: 100: Khối lượng giấm vào tháp. CD = 1,019 – 0,0095 × B: Nhiệt dung riêng của giấm. (Kcal/kg.độ) B = 7,032 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%). Suy ra : CD = 1,019 - 0,0095 Nên : Q = 100 7,032% = 1,018 (kcal/kg.độ) (1,019-0,0095 7,032/100) (93,29-70) = 2369,658(Kcal) Theo đồ thị X - 3 nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x = 7,032 % khối lượng bằng 2,87 % mol. Từ đó theo bảng X- 1 nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là t s = 93,29 oC. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 44,7 % khối lượng bằng 24,032 % mol. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 45 GVHD: Trần Xuân Ngạch Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg giấm là: 100 × 7,032 44,7 G= = 15,731(kg) Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: G T= G = 15,731 1,05 = 16,518(kg) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ). 7,032 Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y = 16,518 100 = 44,206(% khối lượng). Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + G T Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h R – Lượng bã rượu, kg/h GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Suy ra : 100 + P = R + 16,518  P + 83,482 = R. Bảng 4.3. Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín Vào Ra Thành phần Khối lượng nhiệt (kg) Giấm chín 100 Hơi nước P Hơi nước - rượu 16,518 Bã 83,482+P Nhiệt làm mát. Phương trình cân bằng nhiệt: Nhiệt lượng riêng (KJ) (KJ/kg) 279 2680 2010 420 27900+2680P = 33201,18+(83,482+P) Tính toán nhiệt 100×279=27900 2680P 16,518×2010=33201,1 (83,482+P) ×420 8 840 420+840 ⇒ P =18,231(Kg) ⇒ R = 101,713(Kg). Ta có 100 kg giấm chín cần 18,231 kg hơi và bã thu được là 101,731(kg) Hơi đốt cần cung cấp cho 4,593 × M (kg) giấm chín là : Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 46 4,593 × M × 18,231 100 mhơi = GVHD: Trần Xuân Ngạch = 0,837 M(kg) Lượng bã từ 4,593 × M kg giấm chín: 4,593 × M × 101,731 100 mbã = = 4,673 (kg) Hơi trong tháp ứng với 4,593 × M kg giấm: 4,593 × M × 7,032 44,7 G= = 0,723 (kg) Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: GT = G×β = 0,723×M×1,05 = 0,758 M (kg) Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi tháp thô được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là 0,758 × M (kg). Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: 0,758 × M × 99 100 mrượu thô = = 0,750 (kg) 4.3.2.12. Tinh chế Nếu ta xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì ta có: VD × x = C × xC Với: x – Nồng độ cồn trong giấm chín. x = 8,79 %V V D – Lượng giấm chín. VD = 4,653 × M (lit) x – Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x = 96%V. 4,653 × M × 8,79 96 Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: C= = 0,426×M (lit) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 47 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: 98 98 V= 100 ×C = 100 × 0,426×M = 0,417×M(lit) Ta có lượng cồn khan có trong giấm chín sau lên men là 0,417 × M (lit). Lượng cồn khan bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là: 2 ×V VTT(1) = 100 2 100 cồn khan = ×0,417×M=0,0084×M(lit) Tương đương với cồn 96% 0,0084 × M × 100 96 VTT = = 0,009×M (lit) Nên lượng cồn 96% thu được là: VC(12)= 0,417×M-0,009×M=0,408 (lit) Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong 3 × 0,408 × M 100 giấm chín : VCĐ = = 0,012×M(lít) Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín : Vfuzel = 3 × 0,408 × M 100 = 0,012×M (lít) 4.3.2.13. Công đoạn bốc hơi Lượng hơi cồn thu được sau khi bốc hơi: VC(13) = VC(12) × 100 − 0.5 100 = 0,408 ×M 99,5 100 = 0,406×M (lit) 4.3.2.14. Công đoạn hấp phụ - giải hấp Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 48 GVHD: Trần Xuân Ngạch 1. Tính toán cho quá trình hấp phụ Toàn bộ etanol và nước vào tháp hấp thụ ở dạng hơi nên ta có: G v = gv × ρv Với: Gv: Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp vào tháp (kg) gv: Lưu lượng thể tích của hỗn hợp vào tháp (m3) ρv: Khối lượng riêng của hỗn hợp ở điều kiện hấp thụ t hp= 107,060C Bảng 4.4. Khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch với nước thay đổi theo nhiệt độ Khối lượng riêng (kg/m3) 1000C 1200C Rượu Etylic 100% 716 693 Rượu Etylic 80% 783 768 Nội suy từ bảng 4.4 ta có: ρv = 721,268 (kg/m3), ρr = 707,960 (kg/m3) Chất Gv = gv v = 0,406×M103× 721,268=0,293×M(kg) Dòng vào: Cồn: 96%V; Nước: 4%, dòng ra: Cồn 99,97%V; Nước: 0,03% 2. Cân bằng vật chất lượng nước vào và ra khỏi tháp hấp thụ G H 2O = (Gv × mv – Gr × mr)/100 (kg nước) Với mv, mr: % khối lượng nước trong nguyên liệu và sản phẩm (%) (100 − vv ) × ρ n ρv Đổi % thể tích sang % khối lượng:mv = vv: Phần trăm thể tích của rượu trong nguyên liệu (%) ρn: Khối lượng riêng của nước ở 107,060C: ρn = 952,771(kg/m3) Ta được: (100 − vv ) × ρn ρv mv= = (100 − 96) × 952,771 721,68 = 5,281(%khối lượng) (100 − vr ) × ρ n ρr Tương tự ta có: mr = Vr: Phần trăm thể tích của nước trong sản phẩm. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 49 (100 − vr ) × ρ n ρr Ta có: mr = = GVHD: Trần Xuân Ngạch (100 − 99,97) × 952,771 707,960 = 0,04(%khối lượng) GH2O 5,281 = 0,293×M× 100 -(0,293×M-GH2O- 0,04 100 GE)× Suy ra : 0,0143 M +0,0004 GE = GH2O (1) Ký hiệu: gE, g H 2O : Lượng etanol và nước bị hấp phụ trong tháp (m 3/h) gE g H 2O 46 × a1 = 18 × a2 Trong đó: a1: Lượng etanol bị hấp phụ trên một đơn vị xúc tác a2: Lượng nước bị hấp phụ trên một đơn vị xúc tác Một đơn vị xúc tác tương ứng với 0,02g Zeolit . Theo thí nghiệm của E.Lalik và cộng sự a1 = 0,9 (µmol), a2 = 102,5 (µmol) Vậy ta có: gE g H 2O Trong đó: ρE, GE ρE × gE 46 × a1 46 × 0,9 = = 0, 0224 G ρ H 2O × g H 2O = 18 × a2 = 18 ×102,5 . Suy ra H 2O ρ H 2O : Lần lượt là khối lượng riêng etanol và nước ở 107,6 0C ρE = 707,26 (kg/m3), Thay số ta có: GE G H 2O Từ (1) và (2) ta có: ρ H 2O = 952,7712 (kg/m3) 707, 26 × 46 × 0,9 = 0, 0167 952,7712 × 18 × 102,5 = (2) G H 2O = 0,0143×M (kg) ; GE= 2,388×10-4 (kg) 3. Phương trình cân bằng vật chất của tháp hấp phụ Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 50 Gv = G r + G H 2O GVHD: Trần Xuân Ngạch G H 2O + GE ⇒ G r = G v - - GE 0,0143×M-2,388×104×M=0,279×M(kg) Thay số ta có: Gr=0,293×M- Etanol đầu vào: GEV =GV(1- mv ) 100 =0,293×M× (1- 5,281 100 )=0,276×M (kg) Phần trăm khối lượng của etanol ở đầu ra của thiết bị tháp: mE = (100 − v r ) × ρ E (100 − 99,97) × 707,26 = = 0,998 ρ r × 100 707,9604 × 100 Lượng nước trong nguyên liệu đầu vào là: GH2O(V)= GV-GEV = 0,293×M- 0,276×M= 0,017×M (kg) Lượng cồn nhạt sau giải hấp với hao hụt 1% là: GCN = Gv − G r =(0,293×M- 99 )× 100 0,279×M = 0,014×M (kg) Lượng etanol đầu ra với hiệu suất tách nước là 99% là: GEr =Gr me × 99 99 100 = 0,279×M×0,998× 100 = 0,276×M (kg) Đổi thể tích cồn 99,97%: Vcồn99,97% = G Er ρ Er 0,276 × M × 100 707,960 = = 0,390×Mlit) Lượng nước trong nhiên liệu đầu ra là: 99 GH2O(R)= (Gr-GEr)× 100 = (0,279×M- 0,275×M)× 99 100 = 0,003×M(kg) 4.3.2.15. Ngưng tụ Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 51 GVHD: Trần Xuân Ngạch Lượng cồn sau khi được ngưng tụ: Vcồn 99,97% = 0,390 × M × 99,5 = 0,388 × M 100 (lit) Năng suất nhà máy là 60.000 (lit/ngày) nên ta có : Vcồn99,97%= 0,388 ×M = 60.000 (lít) Vậy M = 154639,175(kg/ngày). Vậy để sản xuất 60.000 lít sản phẩm / ngày bio-etanol ta cần cung cấp 154639.175 kg sắn khô nguyên liệu. Từ M tính được ta thay ngược trở lại quá trình tính toán ở trên , sau đó tính ra được nguyên liệu qua các công đoạn sau khi đã trừ hao hụt. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 52 GVHD: Trần Xuân Ngạch Bảng 4.5. Bảng tổng kết cân bằng vật chất ST Công đoạn Hao Tính cho 1 ngày Tính cho 1h T 1 2 3 4 5 6 Làm sạch Nghiền Nấu sơ bộ Phun dịch hóa Nấu chín Tách hơi hụt 2% 0,5% 1% 0,5% 1% 0,5% 151546,400(kg) 150773,200 (kg) 570538,143(kg) 567637,113(kg) 711030,927 (kg) 707474,226(kg) 6314,433(kg) 6282,216 (kg) 23772,423 (kg) 23651,546 (kg) 29626,289(kg) 29478,093(kg) 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Làm nguội Đường hóa Làm lạnh Lên men Chưng cất Tinh chế Bốc hơi Hấp phụ Ngưng tụ Thành phẩm Cồn nhạt Cồn đầu Độ cồn thành phẩm Lượng CO2 thu hồi 703917,525(kg) 776526,803(kg) 772422,680(kg) 771340,205(kg) 703155,153(kg) 114619,590(kg) 46783,505(lit) 45309,280(lit) 60309,278(lit) 60000 (lít) 2164,948(kg) 7,032% 8,79% 47628,865 (kg) 29329,897 (kg) 32355,283 (kg) 32184,278 (kg) 32139,175 (kg) 29298,131(kg) 4775,816(kg) 1949,313 (lit) 1887,887(lit) 2512,886 (lit) 2500(lit) 90,206(kg) 0,5% 2% 0,5% 2% 1% 1% 1% 1% 0,5% 1% Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày 1 1984,536 (kg) SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 53 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 5 TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 5.1. Sàng rung làm sạch. Dựa vào bảng 4.5 ta có lượng sắn cần làm sạch trong một giờ: N = 6314,433(kg/h) 6,314(tấn/h). Chọn sàng rung model ZD 198 do nhà máy cơ khí Hoàng Liệt chế tạo với các đặc tính :[15] + kích cỡ mặt sàng : 900 x 1800 (mm) + số lớp sàng :1 + tần số rung : 850 + năng suất : 10 (tấn/h) + công suất : 2,2 (kw) + kích thước : 1860x1760x997 (mm) + trọng lượng : 553 (kg) Số lượng: Hình 5.1: Sàng rung 6,314 10 = 0,63 Suy ra máy sàng rung phải chọn là1 cái 5.2. Máy nghiền búa Dựa vào bảng 4.5 ta có lượng sắn đem nghiền trong một giờ: N =6282,216 (kg/h) ≈ 6,282 (tấn /h) Chọn máy nghiền búa PC 4008-75 do - Năng suất - Kích thước : 10 tấn/h. : 2310 x 1665 x 1610(mm) 6,282 Số lượng : 10 = 0,628 Suy ra số máy nghiền búa phải chọn là 1 cái 5.3. Gàu tải Chọn gàu tải có các thông số kỹ thuật sau: [1,tr 106] Hình 5.2: Máy nghiền búa - Năng suất vận chuyển: 10 (tấn/h). Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 54 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Chiều rộng gàu: 110mm. - Chiều rộng tấm băng: 125mm. - Tầm với gàu: 110mm. - Chiều cao miệng gàu: 132mm. - Góc lượn đáy gàu: 35mm. - Góc nghiêng của thành gàu: 40 - Góc xúc: 41030’ - Dung tích gàu: 0,811. - Khối lượng gàu: 0,48 kg. - Gàu được chế tạo từ thép không rỉ có chiều dày: δ = 0,8mm. - Số lớp vải cao su: Z = 4 - Đường kính tay quay: D = 130×Z = 130×4 = 520mm. Hình 5.3. Gàu tải Chọn đường kính sao cho: D ≥ (125 ÷150)×Z. 3600 × i × φ × V × ρ Q - Khoảng cách giữa 2 gàu là: a = . Với: Q: Năng suất gàu, Q = 10,000 (kg/h). i: Dung tích gàu, i = 0,81.10-3 m3. Φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,65 V: Vận tốc chuyển động của băng, V = 2 m/s. ρ: Khối lượng riêng của sắn, ρ = 762 (kg/m 3) 3600 × 0,81.10−3 × 2 × 762 × 0, 65 5500 a= = 0,525 (m) Số lượng gàu tải trên băng được xác định: 2× H + 2×π × R a n1 = . Trong đó: H: Chiều cao nâng, H = 14 (m). R: Bán kính tay quay, R = D/2 = 520/2 = 260mm. 2 ×14 + 2 × 3,14 × 0, 26 = 56, 44 0,525 n1 = . Chọn n1 = 57 cái. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 55 GVHD: Trần Xuân Ngạch Q×H Công suất động cơ: Ndc = 367 ×η . [1, tr 115] Trong đó: η là hiệu suất của gàu, η = 0,7 [1,tr 116] 5500 × 14 = 279, 746 Ndc = 367 × 0, 75 (W) = 0,28 (KW). Công suất động cơ cần chọn: N = Ndc×1,2 = 0,28×1,2 = 0,336 (KW). 1,2: Hệ số an toàn về tiêu hao năng lượng để nâng vật liệu. Theo bảng 4.6: Năng suất của nhà máy: 6314,433 (kg/h)= 6,314 (tấn/h) Số lượng gàu tải cần là: 6,314 n = 5,5 = 1,148 Vậy ta chọn 2 gàu tải để vận chuyển sắn lên máy sàng và 2 gàu tải vận chuyển sắn sau khi nghiền lên bunke chứa. 5.4. Bunke chứa sắn sau khi nghiền Ta đựng bột sắn sau khi đã nghiền trong các bunke ( bunke là thiết bị hình trụ, đáy là hình nón với góc nghiêng ở đáy là 60 0), được chế tạo bằng thép không rỉ. Hình 5.4 : Bunke Dựa vào bảng 4.5 ta tính được lượng sắn sau khi nghiền cần cho 1 h là : G =6282,216 (kg) Ta có khối lượng riêng của sắn là :762kg/m3 Chọn bunke với hệ số chứa đầy là 0,85 Ta có thể tích của bunke là Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 56 6282 ,216 VSN = 762 × 0,85 × 2 GVHD: Trần Xuân Ngạch = 4,85(m3) Gọi : H là chiều cao của thân trụ h là chiều cao của đáy nón h0 chiều cao của đáy tháo liệu D là đường kính của thân hình trụ d là đường kính của đáy tháo liệu (như hình 3.5) Ta tính được thể tích của Bunke như sau : π × D2 × H π × h  D2 d 2 D d  V= + ×  + + ×  4 3 4 4 2 2  Chọn H = 1,3 × D và d = 0,2 × D 1500 × π × D 3 + 186 × π × D 3 × tg α 4500 VSN = = 4,85 Ta tính được D = 1,57 (m), H = 1,3 D = 2,04(m), d = 0,2 D= 0,314(m). Chọn chiều cao ống tháo liệu: h0 = 0,2 m Chiều cao chóp: h= tg60= 1,087(m) Chiều cao của bunke: HBunke= H + h + h0 = 2,04+ 1,087 + 0,2 = 3,327(m). Vậy ta chọn 2 bunke chứa sắn sau khi nghiền có kích thước như sau: D = 1,57(m), d = 0,314(m), H = 2,04(m), h = 1,087(m), h 0 = 0,2(m), HBunke = 3,327(m) 5.5. Cân nguyên liệu. Chọn cân tự động, thùng cân có cấu tạo giống bunke chứa và đặt dưới cửa tháo của máy sàng. Nguyên tắc cân là bằng đối trọng. Khi sắn từ máy sàng đổ xuống thùng cân, dưới tác dụng của trọng lượng thùng cân từ từ hạ xuống. Gần kết thúc quá trình cân, cửa nạp liệu của cân đóng lại dần, lượng nguyên liệu xuống cũng giảm dần. Đến lúc đủ lượng nguyên liệu cần cân thì cửa nạp liệu Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 57 GVHD: Trần Xuân Ngạch đóng lại hoàn toàn và cửa tháo liệu được mở ra cho nguyên liệu vào máy nghiền. Khi nguyên liệu được tháo hết, dưới tác dụng của lực đối trọng, thùng cân được đưa trả lại vị trí cũ kết thúc một lần cân. Mỗi lần nấu ta tiến hành cân 1lần. Thể tích phần hình nón: D2 d 2 d × D 1 1 π + + ) π VN = 3 × h1 × ( 4 4 2× 2 = 12 × h1 × (D2+ d2+D × d) Chiều cao phần hình nón. D h2 D-d 1 π × (D3 - d 3 )× tgα × tgα h1 = 2 nên VN = 24 π× D 2 × h2 4 Thể tích phần hình trụ: VT = h1 Chọn: đường kính ống tháo liệu: d = 0,15 (m) h 45 d Chiều cao cửa tháo liệu: h = 0,15 (m) Chiều cao phần trụ: h2 = D Vậy: V = 0,916D3 – 0,00044 D= 3 Hình 5.5. Thùng cân định lượng VN + 0, 00044 0, 916 (**) Theo bảng 4.5: Lượng sắn nghiền trong 1 giờ: 6282,216 (kg) Khối lượng riêng của sắn là 762 (kg/m3) Ta chọn 2 thùng cân và lượng sắn cần để phối trộn trong 1 thùng là 30 phút Vậy thể tích cân cần dùng để cân nguyên liệu là: 30 60 762 × 0,85 × 2 = 2,634(m3) 6,282 × V= 3 (**) ⇒ D = Hình 5.5b. Cân định lượng VN + 0, 00044 0, 916 = 1,422(m) 1,422 − 0,15 ×1 2 Chiều cao phần đáy nón cụt: h1 = = 0,636(m) Chiều cao phần trụ: h2 = D = 1,422 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 58 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chiều cao của bunke là: H = h1 + h2 + h = 0,636 + 1,422 + 0,15 = 2,208 (m) Vậy ta chọn 1 cái cân đặt sau 1 buke chứa. 5.6. Thùng hòa trộn. Thùng hòa trộn dùng để trộn nước với bột sắn có thân hình trụ tròn, đáy hình nón góc nghiêng 450C, trên nắp có gắn động cơ có cánh khuấy, bột và sắn nguyên liệu, enzym cho vào trên thùng, còn nguyên liệu được rút ra ở đáy thùng và có cửa vệ sinh. Theo bảng 4.5: Lượng bột sắn đưa vào hòa trộn trong 1 giờ là: 6282,216 (kg) 6282 ,216 762 = 8,244 (m3) Thể tích sắn chiếm chổ: V1= Khối lượng riêng của nước là: ρ = 1000 (kg/m3) Khối lượng nước hòa trộn trong 1 giờ là: 29553,264 (kg/h) 29553,264 1000 = 29,553(m3) Thể tích nước hòa trộn trong 1 giờ: Vnước = Thể tích nguyên liệu: VN = V1 + Vnước = 8,244 + 29,553= 37,780(m3/h) Chọn 2 thiết bị hòa trộn, hệ số chứa đầy là 0,85 Tiến thành phối trộn trong 1/2 giờ. Vậy thể tích của nồi: VN = 37,780 0,85 × 2 × 2 = 11,117(m3) Tính kích thước nồi hòa trộn: π D2 π ( D3 − d 3 ) ×H + × tgα 24 VN = Vtrụ + Vnón = 4 (***) D-d × tgα Trong đó: Chiều cao phần nón: h = 2 ; α = 450 nên Chọn: H = 1,3D: Chiều cao phần trụ, với D: Đường kính thùng. d = 0,1m: Đường kính ống dịch ra ở đáy Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 59 GVHD: Trần Xuân Ngạch Thay vào (***): ta tính được D theo công thức sau: D = 2,152(m) Chiều cao phần trụ: H = 1,3×D = 1,3 × 2,52=2,78(m) Chiều cao phần nón: h =1,025 (m) Chọn: h1 = 0,6m: Chiều cao nắp thùng để lắp mô tơ gắn cánh khuấy. h2 = 0,15m: Chiều cao của ống dẫn dịch. Vậy tổng chiều cao của nồi là: Hnồi = H + h + h1 + h2 = 2,78 + 1,025+ 0,6 + 0,15 = 4,555(m) Tốc độ cánh khuấy trong thời gian hòa bột là: 45 - 50 (v/phút). Vậy ta chọn 1 thùng hòa trộn. 5.7. Bộ phận tiếp xúc nhiệt. Dựa vào bảng 4.4 nguyên liệu bơm phun dịch hóa một giờ: 23772,423 (kg). Chọn thiết bị phun dịch hóa model PSX – 200 do Trung Quốc sản xuất [15] với các đặc tính kỹ thuật: - Chiều cao: 1500 (mm). - Đường kính:400 (mm). - Áp suất: >5 (kg/cm2) Số lượng: 1 thiết bị. 5.8. Nồi nấu sơ bộ. Thể tích nồi nấu sơ bộ bằng Hình 5.6. Thiết bị tiếp xúc nhiệt thể tích của sắn cho vào nấu và thể tích của nước cho vào nấu sơ bộ. VNS= VS + VNƯỚC 6282 ,216 Với VS = 762 = 8,244 (m3) 2,752 × 257731,959 1000 × 24 VNƯỚC = =29,553 (m3) Vậy suy ra thể tích của nồi nấu sơ bộ là: VNS = 8,244 +29,553 = 37,780 (m3) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 60 GVHD: Trần Xuân Ngạch Ta tiến hành nấu sơ bộ trong nồi nấu làm bằng thép không rỉ, có dạng hình trụ, đáy nón với góc nghiêng ở đáy là 45 0 và có hệ số chứa đầy là 0,85 và thời gian lưu trong nồi nấu sơ bộ là 30 phút. Vậy ta có thể tích của nồi nấu sơ bộ là : 37,364 × VN = 30 60 0,85 = 22,233 ( m3) Mà ta lại có : VN = VT + VĐ Chọn h = 2 × D, d = 0,125 D Vậy ta tính được chiều cao của đáy nồi : Hình 5.7. Nồi nấu sơ bộ D−d D−d × tg α = 2 h0 = 2 Thể tích đáy: VĐ = Thể tích thân nồi: π × h0 D2 + d 2 + D × d π (D − d ) D 2 + d 2 + d × D ×( )= × ×( ) 3 2 4 3 4 VT = π × D 2 × h2 4 V N = VT + VĐ Vậy suy ra VN = ⇒D=3 6655 × π × D 3 12288 12288 × V N 6655 × π Với VN = 22,233 (m3) Thì ta tính được D = 2,36m Suy h= 2 d = 0,125 D=2 2,36 =4,72(m) D = 0,295(m) D−d h0= 2 =(2,36-0,295)/2 = 1,03(m) Chiều cao thiết bị nấu sơ bộ là : H = h+h0= 4,72 + 1,03=5,75(m) Vậy chọn 1 nồi nấu sơ bộ với D = 2,36(m), d = 0,295(m), H = 5,750(m). Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 61 GVHD: Trần Xuân Ngạch 5.9. Thiết bị phun dịch hóa. Theo bảng 4.5 nguyên liệu để bơm phun dịch hóa một h là 23651,546 (kg) Chọn thiết bị phun dịch hóa model PSX – 200 do Trung Quốc sản xuất với các đặc tính kỹ thuật: [14] - Chiều cao: 820 (mm). - Đường kính: 80 (mm). - Áp suất: >5 (kg/cm2) Số lượng: 1 thiết bị. 5.10. Nồi nấu chín. Nồi nấu chín được nấu chín ở áp suất thường, nhiệt độ cao nhất 105 0C nên chọn thiết bị được chế tạo bằng thép không gỉ, thân hình trụ tròn, có lớp bảo ôn, nắp và đáy hình elip. Ở giữa có vách ngăn để dịch cháo chảy chuyền từ ngăn này sang ngăn kia rồi qua nồi khác Ngoài ra trong quá trình nấu chín có một lượng nước ngưng tụ lại do hơi mang vào. Hệ thống gồm 6 nồi nấu chín. Nguyên liệu chứa 2/3 nồi còn 1/3 chứa hơi Theo bảng 4.5 lượng bột sắn đưa vào nấu trong 1 giờ Hình 5.8. Nồi nấu chín là: 6282,216 (kg/h) 6282 ,216 Thể tích sắn chiếm chổ: V1 = 762 = 8,244 (m3) Thể tích nước: + Khối lượng riêng của nước là: ρ = 1000 (kg/m3) + Khối lượng nước dùng hòa trộn là 29553( kg) + Khối lượng nước ngưng là 10470,360 (kg) → Vnước = 29553 + 10407,360 1000 = 40,023(m3) Thể tích nguyên liệu: V = V1 + Vnước =8,244 + 40,023 = 48,267(m3) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 62 GVHD: Trần Xuân Ngạch 48,267 0,9 × 2 + Vậy thể tích của nồi: VN = 48,267 O,9 × 2 × 2 = 40,222(m3) Kích thước của một nồi nấu.  2 3D 2  π π D2 × h × h + 4  .H 3   = 4,061D3 4 VN = Vtrụ + 2 Vnắp = +  2 3D 2  π π D2 × h × h + 4  ×H 6   Với: Vtrụ = 4 ; Vnắp = Chọn: H = 5D: Chiều cao phần thân trụ. h = D/6: Chiều cao nắp và đáy hình elip. 3  D= 40,222 4,061 = 2,15(m) Chiều cao phần trụ: H = 5×2,15 = 10,73(m) Chiều cao phần nón: h = 0,358 (m) Vậy chiều cao của nồi nấu chín là = 10,73+ 0,358×2 = 11,44(m) 5.11. Thiết bị tách hơi. Lượng dịch cháo đem vào tách hơi trong một giờ là 29478,093 (kg) Dịch chiếm 30% thể tích thiết bị và thời gian dịch cháo lưu trong thiết bị tách hơi là 20 phút. Thể tích thiết bị bằng: 29478,093 × VTH = = 1645 × 0,3 20 60 = 19,905(m3) Thiết bị tách hơi được chế tạo bằng thép không rỉ, có thân hình trụ, đáy nón với góc nghiêng ở đáy 450 Chọn h2 = 1,5 × D, d = 0,125D D−d D−d × tgα = 2 Chiều cao đáy nồi: h1 = 2 1 D2 + d 2 + D × d Vd = × π × h1 × ( ) 3 4 Thể tích đáy nồi: Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 63 GVHD: Trần Xuân Ngạch π (D − d ) D 2 + d 2 + d × D = × ×( 3 2 4 Thể tích thân nồi: VT = π × D 2 × Thể tích nồi: V = VT + Vd , ⇒D =3 V = h2 4 4783 × π × D 3 12288 12288 × V 4783 × π Hình 5.9. Thiết bị tách hơi Với V = 19,905 m3 Ta tính được D = 2,5(m) Suy ra:h2= 1,5 D= 1,5 2,5=3,75(m); d = 0,125 2,5 = 0,3125(m) h1= (3,010-0,376)/2 = 1,093 (m) Chiều cao phần nắp h3 = 0,5 (m) Chiều cao thiết bị: H= h1+h2+h3 = 1,093+3,75+0,5=5,343(m) Vậy ta chọn một thiết bị tách hơi có đường kính thân nồi D = 2,5(m), chiều cao thân nồi h2 = 3,75(m), h1 = 1,093(m), chiều cao thiết bị H = 5,343(m). 5.12. Thiết bị trao đổi nhiệt sau nấu chín. Thiết bị có dạng zích zắc gồm 2 ống lồng nhau, dịch cháo đi trong ống, nước làm nguội đi bên ngoài. Ở đây dịch làm nguội từ 95 0C đến 600C Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 64 GVHD: Trần Xuân Ngạch Theo bảng 4.5 ta có lượng dịch đường cần làm lạnh trong ½ h là: 14664,95(kg) Nhiệt lượng toả ra trên5.10. bề mặt là: ống lồng Hình Làmống nguội × (t –t )= 14664,95 0,977 Q=m × cống (95-60)=501467,965(kcalo/h) 1 2 Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh là: Q’ = 10% × Q = 10% × 501467,965= 50146,796 (kcalo/h) Nhiệt lượng cần cung cấp: Q” = Q – Q’ = 501467,965– 50146,796= 451321,169 (Kcalo/h) Khối lượng nước làm nguội: Q” = m × CN × (t1 – t2) Q" 451321,169 Suy ra: m= C N × (t1 − t 2 ) = 1 × (95 − 60) = 12894,890(kg) ρnước = 1000 kg/m3, nên Vnước = 21,600m3 Diện tích bề mặt truyền nhiệt: Với K = 200( kcal/m 2.h.độ ) [4, trang 97] 451321,169 Q" F= K × ∆t = 200 × (95 − 60) = 64,474(m2) 64,474 F Chiều dài đường ống: L = π × d = 3,14 × 0,1 = 206(m) Chiều dài đường ống tương đối dài nên ở ta chia làm 2 thiết bị. Chiều dài đường ống của mỗi thiết bị: l=205,33/2=103(m) Ta chọn đường kính trong d = 100 mm. Chiều dài vòng xoắn dx = 3 m, số vòng xoắn n = 103 3 × π = 11(vòng) Chọn khoảng cách giữa 2 vòng xoắn là 100 mm, đuờng ngoài ống 200 mm. Chiều cao thiết bị: H = 11 × 0,2 + (13-1) × 0,1 = 3,8(m). Sau khi tách hơi ta cũng tiến hành làm nguội trước khi cho vào đường hóa nên ta chọn thêm 2thiết bị ống lồng ống để làm nguội dịch cháo sau khi đường hóa. Vậy chọn 2 thiết bị làm nguội ống lồng ống . Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 65 GVHD: Trần Xuân Ngạch 5.13. Thùng đường hóa. Theo bảng 4.5 lượng dịch cháo đường hóa trong một h là 32355,283 (kg) Khối lượng riệng của dịch cháo sau khi làm lạnh là ρ c = 1645 (kg/m3) và thời gian đường hóa 30 phút Thể tích dịch cháo sau làm lạnh là : 32355,283 VC = 1645 = 19,67(m3) Thể tích nước thêm vào khi đường hóa chiếm chỗ: 0,573 × 257731,959 1000 × 24 VN = = = 6,153 (m3) Nồi đường hóa có cấu tạo giống nồi nấu sơ bộ ( được chế tạo bằng thép không rỉ, thân nồi có dạng hình trụ, đáy có hình nón và góc nghiêng ở đáy là 45 0, với hệ số làm đầy là 0,85). Thể tích của dịch cần đường hóa : V=19,67+6,153=25,822 (m3) Thể tích của Hình 5.11. Nồi đường hóa nồi đường hóa là : 25,822 0,85 × 2 × 2 = 7,595 D D−d D−d × tg α = 2 Chọn h = 2 × D, d = 8 (m), chiều cao đáy nồi: h0 = 2 Thể tích đáy: 1 D2 + d 2 + D × d π (D − d ) D 2 + d 2 + d × D V Đ = π × h0 × ( )= × ×( ) 3 4 3 2 4 Thể tích thân nồi: VT = π × D 2 × h2 V = VT + VĐ 4 , Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp V = 6655 × π × D 3 12288 Trang 66 ⇒D =3 GVHD: Trần Xuân Ngạch 12288 × V 6655 × π Với V = 7,595 (m3) Ta tính được D = 1,65(m) Suy ra h= 3,3(m), d=0,206(m), h0=0,722) Vậy chiều cao của nồi đường hóa là 4,022 Chọn 1nồi đường hóa. 5.14. Thùng chứa chế phẩm amylaza. Mỗi nồi đường hóa chọn 1 thiết bị chứa chế phẩm amylaza Nhà máy có 1 thiết bị nên có 1 thiết bị chứa chế phẩm amylaza Khối lượng chế phẩm dùng trong 1 giờ ứng với mỗi thiết bị là: 77,072 mchế phẩm = 2 × 24 = 1,605 (kg) Thể tích thiết bị với hệ số chứa đầy 0,8: 1,605 × 30 V = 60 × 1605 × 0,8 = 0,000942(m3) Chọn: D = 0,15 m, Góc ở đáy 900, d = 0,01 m 0,15 − 0, 01 D−d 90 × tg (90 − )0 × tg 450 2 = 2 Chiều cao của đáy: Hđáy = 2 = 0,07 (m) 1 × π × H đáy × ( D 2 + d 2 + D × d ) 12 Thể tích đáy thiết bị: Vđáy = 1 × 3,14 × 0, 07 × (0,152 + 0, 012 + 0,15 × 0, 01) = 12 = 0,00044 (m3) Thể tích thân thiết bị: Vthân = V – Vđáy = 0,000942– 0,00044 = 0,000502 (m3) Chiều cao thân thiết bị: Hthân 4 × 0,000502 3,14 × 0,15 × 0,15 = 0,028 4 × Vthân 2 = π ×D = (m) Chiều cao nắp thiết bị: Hnắp = 0,02 m Chiều cao thiết bị: H = Hthân + Hđáy + Hnắp= 0,118(m) 5.15. Thiết bị lên men. Chọn 9 thùng lên men liên tục trong đó có 8 thùng hoạt động và 1 thùng dự trữ. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 67 GVHD: Trần Xuân Ngạch V * 62 Thể tích thùng lên men chính: Vtb = n * ϕ * 24 (m3). V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày. n: Số thùng lên men trong 1 chu kì φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,85. V = 724329,896(lit) = 724,329 (m3) V × 62 => Vlên men == 9 × 0,85 × 24 Hình 5.12. Tank lên men = 244,600(m3) Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men H = (1,2 ÷ 1,5) × D, h1 = (0,15 ÷ 0,3) × D, h2 = (0,1 ÷ 0,1125) × D. Trong đó: + D: Đường kính thùng lên men chính. + H: Chiều cao phần hình trụ của thùng (chọn H = 1,3 × D) + h1: Chiều cao đáy thùng (chọn h1 = 0,2 × D) + h2: Chiều cao nắp thùng (chọn h2 = 0,1 × D) Chọn thiết bị có thân trụ, đáy và nắp thùng hình côn, được làm từ thép CT 3. Thể tích: Vlênmen= 0,785 × D 2 × ( H + h1 h2 0,3 + ) = 0,785 × D 2 × (1,3 × D + × D) 3 3 3 Vlênmen = 1,099 × D3= 244,600 ⇒ D = 6,06(m) Ta tính được h1= 1,2(m); h2= 0,606(m) ; H=1,3 6,06 = 7,88(m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 +h2= 9,7m) Vậy ta chọn 9 thùng lên men có đường kính D =6,06(m), chiều cao đáy thùng h1= 1,2(m) , chiều cao phần nắp h2 = 0,606(m), chiều cao thiết bị H = 9,7(m). 5.16. Thùng nhân giống cấp 2. Chọn số thùng nhân giống cấp 2 là 1 thùng và 1 thùng dự bị Thùng nhân giống cấp 2 có thể tích bằng 30% so với thể tích thùng lên men. VC2= 0,3 244,600= 73,38(m3) Tỉ lệ kích thước, hình dáng và cấu tạo thùng nhân giống cấp 2 tương tự như thùng lên men nên ta có: VC2 = 1,099 × D3 ⇒ D = 4,057 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 68 GVHD: Trần Xuân Ngạch h1=0,81(m) ; h2= 0,4057 (m) ; H = 5,274(m); Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1+ h2 = 6,49(m) Ta chọn 2 thùng nhân giống cấp 2 có đường kính D = 4,057(m), chiều cao đáy thùng h1= 0,81(m) , chiều cao phần nắp h2 = 0,4057(m), chiều cao thiết bị H = 6,49(m). 5.17. Thùng nhân giống cấp 1. Chọn số thùng nhân giống cấp 2 là 1 thùng và 1 thùng dự trữ. Thùng nhân giống cấp 1 có thể tích bằng 30% so với thể tích của thùng nhân giống cấp 2 nên ta có: VC1= 0,3 77,072= 23,122(m3) Tỉ lệ các kích thước, hình dáng và cấu tạo của thùng nhân giống cấp 1 tương tự như thùng lên men nên ta có: VC1 = 1,099 × D3 ⇒ D = 2,706(m) h1= 0,55(m); h2= 0,2706(m); H= 3,51(m) Chiều cao thiết bị: Htb = H + h1 + h2 = 4,338(m) Ta chọn 1 thùng nhân giống cấp 1 có đường kính D = 2,706(m), chiều cao đáy thùng h1 = 0,55(m), chiều cao phần nắp h2 = 0,2706(m), chiều cao thiết bị H = 4,338(m). 5.18. Thiết bị tách CO2 và thu hồi rượu. Lượng CO2 sinh ra trong một ngày là: 47628,866(kg/ngày) Vậy lượng CO2 sinh ra trong 1h là: 79381,443/24=1984,536 (kg/h) Khối lượng riêng của khí CO2 ở nhiệt độ 260C: ρ1 = 1,81 (kg/m3). Thể tích CO2 sinh ra một giờ: VCO2= 1984,536 /1,81=1096,428(m3) Đường kính của thiết bị: D= 4 ×V 3600 × π × W (m) W: Vận tốc khí CO2 qua tiết diện tự do của thiết bị, W = 0,9 (m/s) Tính được D = 0,651(m) Số ống trong phần ngưng tụ: Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 69 Z= GVHD: Trần Xuân Ngạch 4 × Vc 3600 × π × d 2 × W1 d: Đường kính trong ống, chọn d =24 (mm) W1: Tốc độ chuyển động của CO2 trong ống, W1= 9 (m/s) Z=76 (ống) Ta chọn thiết bị theo năng suất sản phẩm, kích thước thiết bị: Các thông số của 1 thiết bị là: + Đường kính trong của thiết bị: 0,38 m. + Chiều cao toàn bộ: 5,25 m + Đường kính lỗ sàng: 0,004 m + 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. 0,656 Số lượng thiết bị cần dùng là: N = 0,38 = 1,7 Hình 5.13. Thiết bị tách CO2 Vậy ta chọn 2 thiết bị hấp phụ cồn trong CO 2 5.19. Tháp thô. 5.19.1. Xác định số đĩa. Phương trình đường làm việc có dạng: y= L ( x − xR ) G Trong đó thì G là lượng hơi trong tháp ứng với 100 kg giấm (kmol). P = G = 18 16,518/18 = 0,917 (Kmol) L: lượng lỏng đi trong tháp (Kmol): L = L 1 + L2. (Với L1 là lượng giấm chín đưa vào; L2 là lượng chất lỏng hình thành được ngưng tụ hơi khi cấp nhiệt cho giấm sôi) 7,032 100 - 7,032 + 18 L1 = 46 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày = 5,318( Kmol) SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 70 GVHD: Trần Xuân Ngạch Q L2 = E × m2 Q: Nhiệt lượng cần thiết để đun sôi 100 kg giấm từ 70 0C. Q = 2426,912 Kcal = 10144,492 KJ. E: Nhiệt lượng riêng của hơi nước ở áp suất P = 1,5 (kg/cm 2). E = 2680 (KJ/Kg), m2 = 18 (kg). 10144,492 L2 = 2680 × 18 = 0,210 (Kmol ). L = L1 + L2 = 5,318+ 0,210 = 5,528 (kmol). Ta có x,y: Nồng độ % mol của pha lỏng và hơi tại vị trí bất kỳ trong tháp. xR = 0,004 % mol là nồng độ của sản phẩm đáy. Phương trình làm việc: y = 6,022 x – 0,024 Số đĩa lý thuyết được xác định từ 2 khoảng nồng độ khác nhau. Một là : trong khoảng nồng độ từ 0,2 mol đến 2,87 mol (pha lỏng) được xác định theo phương pháp đồ thị. Trên cùng 1 hệ trục toạ độ (x-y) ta cùng lúc biểu diễn 2 đường :đường làm việc và đường cong cân bằng sau đó xác định số bậc thay đổi nồng độ, giá trị của bậc thay đổi nồng độ chính là số đĩa lý thuyết. Từ đồ thị đó ta tính ta có số đĩa lý thuyết là n 1 = 5 đĩa. Hai là : trong khoảng nồng độ từ 0,2 %mol đến 0,004 %mol (pha lỏng) được xác định theo phương trình Coperr- Xapuha : Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 71 n2 = GVHD: Trần Xuân Ngạch  0,2  K .G  lg1 + − 1    0,004  2  KG  lg   L  . Trong đó : K: Hệ số bay hơi của rượu, ở nồng độ thấp, K = 13. G, L: Lượng hơi và lỏng đi trong tháp. G = 0,917 (kmol), L = 5,528 (kmol). Suy ra: n2 = 6,18 Vậy số đĩa lý thuyết của tháp là: Nlt = n1 + n2 = 5+6,18 = 11,18 Trong thực tế hiệu suất đĩa : µ = 0,2÷0,9. Chọn µ = 0,5. Vậy số đĩa thực tế là: Ntt = Nlt/µ = 11,18/0,5 = 29,7 Chọn Ntt = 23(đĩa) 5.19.2. Tính đường kính và chiều cao tháp. D = 0,0188 Đường kính tháp giấm: g tb ( ρ y w y ) tb Trong đó: gtb: Lượng hơi trung bình đi trong tháp (kg/h) (PϕWg)tb: Vận tốc hơi trung bình trong tháp (kg/m2.s) 0,0188 Ta có D = g tb ( Pϕ × W g ) tb (m) 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× ρx × ρ y 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 Khi nồng độ rượu càng nhỏ thì σ càng lớn, ứng với nồng độ rượu ở pha lỏng trong tháp (8% 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. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 72 GVHD: Trần Xuân Ngạch 1 a 1− a = + ρ ρ ρN x R Khối lượng riêng của pha lỏng được tính: 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 ở pha lỏng . Ta có: Nhiệt độ đỉnh tháp: 90C, nhiệt độ đáy tháp: 1050C. 93,29 + 105 2 Nhiệt độ trung bình ttb == = 99,150C 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: x0 8% = = 4% 2 xtb= 2 1 0,04 1 − 0,04 = + ρ 734 , 95 958,84 ⇒ ρ x = 947,3 kg/m3 ⇒ x Khối lượng riêng trung bình pha hơi: ρY = [ y × m1 + (1 − y ) × m2 ] × 273 22,4 × .T [9, tr 183] m1, m2: khối lượng mol rượu và nước, m1 = 46; m2 = 18. T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình trong tháp T = 273 +99,15= 372,150K y: Nồng độ phần mol của hơi lấy giá trị trung bình. y=(y1+y2)/2 y1: Nồng độ phần mol ở đỉnh tháp, y1 = 0,24032phần mol y2: Nồng độ phần mol ở đĩa tiếp liệu, y2 = 0,0287 phần mol y= 0,24032 + 0,0287 2 = 0,135 phần mol Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 73 GVHD: Trần Xuân Ngạch [ 0,135 × 46 + (1 − 0,135) ×18] × 273 22,4 × 372,15 ρy = = 0,713 phần mol 0,4 × 947,3 × 0,713 ⇒ (PϕWg)tb = 0,065 = 1,068(kg/m3.s) D× P Tính lượng hơi trung bình trong tháp: g tb= 100 D: Lượng giấm vào tháp với D= 703155,153 (kg/ngày) = 29298,131(kg/h) P: Lượng hơi trong tháp ứng với 100kg giấm ( P = 18,231( kg/h ) 29298,131 × 18,231 100 ⇒ gtb = =5341,342(kg/h) 0,0188 D= g tb ( Pϕ ×Wg ) tb = 1,725(m) 5341,342 Đường kính tháp: D =0,0188 1,068 = 1,329(m) Vậy đường kính tháp giấm là 1,329 m, với khoảng cách các đĩa là 0,4 m. Chiều cao tháp giấm: H = (n-1) × h + h1 +h2 n – Số đĩa thực tế, n =23 h – Khoảng cách các đĩa, h = 0,4 h1, h2 – Chiều cao phần đáy và nắp tháp, h1 = h2 = 0,6 => H = (23– 1) × 0,4 + 0,6 + 0,6 = 10(m). Chọn một tháp thô có số đĩa: 23 đĩa, đường kính 1,535 m, chiều cao 10m. 5.20. Tính tháp tinh. Bảng 5.1.Các yêu cầu cơ bản đối với tháp tinh chế Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 74 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hiệu suất so với STT Thành phần lượng cồn tuyệt Nồng độ đối chứa trong giấm (%) %V % khối lượng % mol Rượu tinh chế 96 1 94,1 86,24 95 Rượu vào đĩa 2 46,452 25,257 Cồn đầu liệu 3 93,1 84 3 ttieetiếp Dầu fusel 4 88 83,1 66,1 3 Sản phẩm đáy 0,006 0,005 5 0,002 5.20.1 Tính toán cân bằng vật chất và nhiệt cho tháp tinh (tính cho 100kg giấm) 1. Cân bằng vật chất Cồn tuyệt đối trong 100kg giấm: 8,79%V hay 7,032 % khối lượng, tức 7,032kg. 7,032 × 95 100 × = 7,099(kg ) 100 94,1 Lượng rượu tinh chế trong 100kg giấm: D 1 = Dầu fusel thành phẩm trong 100kg giấm:MD = 7,032 3 100 × = 0,254( kg ) 100 83,1 Dầu fusel nguyên chất: 7,032 × 3 100 = 0,211(kg) Lượng hơi fusel trước khi ngưng tụ: 0,211 × 100 = 1,055(kg ) 20 Lượng nước rửa thu được sau khi thu rửa dầu fusel là 0,3 kg Lượng cồn đầu: D2 = 7,032 × 3 100 × = 0,227( kg ) 100 93,1 Lượng sản phẩm ở tháp thô được đưa vào tinh luyện: M= 15,138 (kg) Sản phẩm đỉnh: D = D1 + D2 = 7,099+ 0,227= 7,326 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 75 GVHD: Trần Xuân Ngạch 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. x P − y F* * Xác định Rx: Rxmin = y F − x F [12, tr 158] xF: Nồng độ phần mol của rượu trong hỗn hợp đầu, x F = 25,257% xP: Nồng độ phần mol của rượu trong sản phẩm đỉnh, x P = 86,24% yF*: Nồng độ phần mol của rượu trong pha hơi, cân bằng với nồng độ của rượu trong pha lỏng, yF* =54,660%. Rmin = 86 ,24 − 54,660 = 1,074(kg ) 54,660 − 25,257 Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = b × Rxmin b: hệ số dư, b = 1,1÷2,5. Chọn b = 2,2 [12, tr 158] Nên ta có: Rx = 2 × 1,074 = 2,362 Lượng hơi ra khỏi tháp là: H = (2,362 + 1) × 7,326 = 24,630(kg). Lượng lỏng hồi lưu: φ = Rx × D = 2,362 × 7,326 = 17,304 (kg) Gọi: Lượng hơi đốt cần cấp là P (kg), lượng nước thải ở tháp tinh là W (kg) Do lượng cồn nhạt đưa vào tháp tinh thấp nên ta có thể bỏ qua lượng này. Ta có: Phương trình cân bằng vật liệu cho toàn tháp là: P +15,138 +0,3= 7,326+1,055 + W ⇒ W = P + 7,057 2. Cân bằng nhiệt Dựa vào các giá trị về nhiệt lượng riêng theo tài liệu ta có: Bảng 5.2. Bảng nhiệt lượng của các thành phần STT Dòng vào Dòng 1 2 3 4 5 1 Thành phần Khối Nhiệt Nhiệt lượng lượng lượng Q (KJ/Kg) 333 122,5 2680 226 380 226 (KJ) 4352,643 400,330 2680P 3910,704 114 1604,374 (Kg) Cồn được ngưng tụ 1 13,071 Cồn ngưng thiếtđược bị hâm giấm tụ 2 3,268 Hơi P thiế đốt bị ngưng tụ Lượng lỏng hồi lưu 17,304 Nước phân ly dầu 0,3 Rượu 7,099 Fusel tinh chế Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Ra 2 3 4 5 6 Trang 76 Cồn đầu Hơi ra khỏi tháp Hơi dầu Fusel Sản phẩm đáy Nhiệt làm mát GVHD: Trần Xuân Ngạch 0,227 24,630 1,055 P +7,057 1180 1170 1930 436 267,860 28817,100 2036,150 436P+3076,85 5×2680P/100 22zz Phương trình cân bằng nhiệt lượng: 4352,643+400,330+2680P+3910,704+114=1604,374+267,860+28817,100+ 2036,150+436P+3076,852+5 2680P/100 2110P = 27024,659 P = 12,807 (kg) W = P +7,057= 12,807+7,057 = 19,864 (kg) 5.20.2. Xác định số đĩa. Theo (phụ lục 4) ta có: Số đĩa thực tế đoạn luyện là: n1 = 48 đĩa Số đĩa thực tế đoạn chưng: n2 = 11 đĩa Số đĩa của toàn tháp: N = 48 + 11 = 59(đĩa) 5.20.3 Tính đường kính. Theo (phụ lục 5) ta có: * Đường kính đoạn luyện: DL=0,0188 * Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188 10256,014 1,144 = 1,780 (m) 6562,758 0,983 = 1,536(m) DL + DC = => D = 2 1,658 m 5.20.4. Tính chiều cao tháp. H = (59 - 1)×h + h1 + h2 n: số đĩa tháp tinh chế, n = 74 h: khoảng cách giữa hai đĩa gần nhau, h = 0,4 (m) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 77 GVHD: Trần Xuân Ngạch h1, h2: chiều cao đỉnh và đáy tháp, h1 = h2 = 0,6 (m) Vậy H = (59 - 1) x 0,4 + 0,6 +0,6 = 24,4 (m) 5.21. Thiết bị hâm giấm. Chọn thiết bị hâm giấm là thiết bị dạng ống chùm nằm ngang, giấm đi trong, hơi rượu nước đi ngoài. Giấm đi vào thiết bị có nhiệt độ 30 0C, ra thiết bị có nhiệt độ 70 0C, nhiệt dung riêng C = 0,95 kcal/kg, hỗn hợp hơi rượu nước đi ra khỏi giấm có nhiệt độ 92,6 0C. Bề mặt truyền nhiệt thiết bị tính theo công thức: F= Q K × ∆t , (m2) Q – Nhiệt trao đổi giữa giấm và hơi rượu nước: Q= D × C × (t2 – t1 ) D – Lượng giấm vào thiết bị trong 1 h là : 29298,131 (kg/h) Q = 29298,131 × 0,95 × (70 –30) = 1113328,978cal/h) ∆t – Hiệu số nhiệt độ giữa giấm và hơi rượu - nước: ∆t = t0 – tTB = 91,725 – 50 = 41,725 0C. t TB = 70 + 30 = 50 0 C 2 . K= K – Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: 1 1 δ 1 + + α 1` λ α 2 δ – Chiều dày ống, chọn loại ống có φ = 40mm, δ = 2,5mm. α1 – Hệ số cấp nhiệt từ giấm đến bề mặt ống, α1 = 600 (kcal/m2.h.0C). α2 – Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt: α2 = 2350 (kcal/m2.h.0C). λ – Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh có λ = 55,8 (w/m.h.0)C = 50 (kcal/m.h.0C). K= 1 = 466,83 1 0,0025 1 + + 600 50 2350 ; F = 29298,131/(466,83×41,725) =57,156(m2) 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. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 78 GVHD: Trần Xuân Ngạch Bước ống t = 1,2 × d với d = 0,04 m. Đường kính thiết bị. D = t × (b – 1) + 4 × d = 1,2 × d × (b –1) + 4 × d = 1,2 × 0,04 × (17 – 1) + 4 × 0,04 = 0,93 (m). Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = F π × n × d tb Với F = 57,156 (m2), n = 217 ống dtb = d + δ = 0,04 + 0,0025 = 0,0425 (m) l0 = 57,156/(3,14×217×0,0425) =2,00(m) Chiều dài của thiết bị (kể cả hai đầu phân phối): L = l0 + 2 × 0,15 = 2,00 + 0,3 = 2,3(m). Hình 5.14. Thiết bị hâm giấm Chọn hai thiết bị hâm giấm đường kính D = 0,93(m), chiều dài L= 2,3(m). 5.22. Thiết bị ngưng tụ cồn thô. Lượng hơi ra khỏi đỉnh tháp tính cho 100 kg giấm là 14,073 (kg). Giả sử được ngưng tụ ở thiết bị hâm giấm 4/5 số lượng hơi, lượng hơi còn lại tiếp tục được dẫn qua thiết bị ngưng tụ cồn thô và được ngưng tụ hoàn toàn. Khối lượng hơi đi vào thiết bị ngưng tụ cồn thô: 14,073 – 4/5 × 14,073 = 2,815 (kg/100 kg giấm). Suy ra : 29298,131 × 2,815 100 = 824,742(kg/h) Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr ( 1 dal = 10 lit; cyr = 24 h). N= 24 ×100 × G p Trong đó : Năng suất giấm vào : G = 824,742 (kg/h) ρ: Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m3). Nồng độ rượu ở pha lỏng 45,33% khối lượng: ρ = 882,73(kg/m3). N = 24 × 100 ×824,742/882,73=2242,340 (dal/cyr). Hình 5.15. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 79 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt: F = 0,02 × П F = 0,02 × Π = 0,02 × 2242,340 = 44,846(m2). Chọn kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị: Hình 5.15. Thiết bị ngưng tụ cồn thô Đường kích trong: Dt = 30 mm.Đường kích ngoài: Dn = 32 mm. Đường kích trung bình:Dtb = 31 mm. Chiều dài ống l = 3(m) Số ống của thiết bị: n = 44,846/(3,14×0,042×3) = 113,35(ống) Theo V.11 [11, trang 48]: Phân bố các ống theo hình lục giác, quy chuẩn được tổng số ống là 217, số lượng ống trên đường chéo chính b = 17,Bước ống: t = 1,5 × Dn Đường kính thiết bị: D = t × (b – 1) + 4 × DN =1,5 × Dn × (t – 1) + 4 × Dn = 1,5 × 0,032 (17 – 1) + 4 × 0,032 = 0,7(m). Chiều dài chung của cả thiết bị: l = l0 + 2 × 0,15 = 2,42 (m) 5.23. Thiết bị ngưng tụ ở tháp tinh. Bộ ngưng tụ ở tháp tinh gồm một thiết bị nằm ngang để ngưng tụ hầu hết cồn hồi lưu, còn thiết bị đặt thẳng đứng để ngưng tụ cồn đầu và một phần cồn hồi lưu. Giả sử ở thiết bị nằm ngang ngưng tụ 80% cồn hồi lưu còn ở thiết bị thẳng đứng ngưng tụ 20% cồn hồi lưu và cồn đầu. 5.23.1. Thiết bị nằm ngang. R x × D × 80 2,03× 6,645× 80 = 100 100 Lượng cồn ngưng tụ ở thiết bị: = 10,791 (kg) Năng suất thiết bị tính theo dal/cyr: (1dal=10 lit; cyr=24 h). Π = 24 × 100 × G ρ Với: G= 10,791×29298,131/100 = 3161,561(kg/h) Rượu ngưng tụ có nồng độ 94,1% khối lượng, t 0 = 78,273 0C ρ : Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m 3). ρ = 745,85 (kg/m3) Π = 24 × 100 ×3161,561/745,85 = 10173,287(dal/cyr). Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 80 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt: F = 0,014 × П F = 0,014 × Π = 0,014 × 10173,287= 142,426(m2). Chọn kích thước ống truyền nhiệt của thiết bị giống với thiết bị ngưng tụ cồn thô, số ống trên đuờng chéo: 33, tổng số ống: n = 817, bước ống: t = 1,2 × D n. Thiết bị có hình dạng và cấu tạo giống thiết bị hâm giấm. Đường kính thiết bị: D = t × (b − 1) + 4 × DN = 1,2 × D N × (t − 1) + 4 × DN = 1,35 (m) F Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = n × π × Dtb =142,426/(817×3,14×0,031) =1,727(m). Chiều dài của thiết bị là: l = l0 + 2 × 0,15 =1,727+ 2 × 0,15 = 2,027 (m). Vậy ta chọn một thiết bị ngưng tụ tháp tinh dạng nằm ngang có đường kính D = 1,35 m, chiều dài thiết bị l = 2,027m. 5.23.2. Thiết bị thẳng đứng. 2,03 × 6,645 × 20 + 0,205 100 Lượng hơi cồn ngưng tụ ở thiết bị là: =2,903 (kg) Năng suất tính theo dal/cyr: (1 dal = 10 lit ; cyr = 24 h). Π = 24 ×100 × G ρ G = 2,903 ×29298,131/100 = 850,530 (kg/h) Nước ngưng tụ có nồng độ 94,1% khối lượng, t 0 = 78,273 0C ρ : Khối lượng riêng của nước ngưng (kg/m 3): ρ = 745,85 (kg/m3) Π =24×100×850,530/745,85= 2736,840(dal/cyr). Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt F = 0,014 × П F = 0,014 × Π = 0,014 × 2736,840= 38,315 (m2). Kích thước và hình dạng thiết bị giống với thiết bị ngưng tụ cồn thô. Số ống trên đường chéo chính: b = 19 ống, tổng số ống: n = 271 ống, bước ống: t = 1,2 × Dn Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 81 GVHD: Trần Xuân Ngạch Đường kính thiết bị: D = t × (b − 1) + 4 × DN = 1,2 × DN × (t − 1) + 4 × DN = 0,82 (m) F Chiều dài ống truyền nhiệt: l0 = n × π × Dtb = 38,315/ (271×3,14×0,031) = 1,452(m) Chiều cao của thiết bị là: H = l0 + 2 × 0,15 = 1,452 + 2 × 0,15 = 1,752 (m). 5.24. Thiết bị tách bọt. Lượng giấm chín trong một phút: 719536,081(l/ngày) = 0,50(m3/phút) Chọn thùng thân trụ, đáy hình côn, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất. Thể tich thùng là: 0,50/0,85= 0,587(m3) Chọn kích thước của thùng chứa: + D: Đường kính của thùng (m) + H: Chiều cao phần trụ của thùng. H = (1÷1,2) × D. Chọn H = 1,2 × D + h1: Chiều cao đáy thiết bị (m). Chọn h1 = 0,2 × D + h2: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h2 = 0,1 × D Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 × ( H + 1/3h1+1/3h2) =1,0205 × D3 0,587 ⇒ D = 1,0205 3 = 0,83(m) ⇒ H =1,00 (m), h1= 0,2 (m), h2 = 0,083 (m). Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 1,184 + 0,197 + 0,099 = 1,283 (m) 5.25. Thiết bị bốc hơi. [15] Cồn sau khi qua thiết bị ngưng tụ sẽ được đưa vào thiết bị bốc hơi. Tại đây, cồn sẽ được trao đổi nhiệt với hơi đốt ở áp suất 2,367 atm, nhiệt độ 125 0C [11, tr 312] Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cồn từ nhiệt độ 80 0C đến 1050C được tính theo công thức: Qc = G×C×(tc – tđ ) , Kcal/h Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 82 GVHD: Trần Xuân Ngạch Trong đó: G: Lượng cồn cần đun nóng, G = 1,949 (m3/h) = 1432,066 (kg/h) ∆t = tc - tđ: Độ chênh lệch nhiệt độ trước và sau đun nóng, 0C C: Nhiệt dung riêng của dung dịch, C = 8,163 (Kcal/kg. 0C) Qc = 1432,066×8,163×(105 – 80) = 292249,018(Kcal/h) Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh: Qtt = k × Qc, với k = 5% so với lượng hơi dùng, chọn k = 5% = 0,05 Qtt = 0,05×292249,018= 14612,450 (kcal/h) Vậy nhiệt lượng cần dùng là: Q = Qc + Qtt = 292249,018+14612,450 = 306861,468(Kcal/h) Lượng hơi cần dùng để đun nóng được tính theo công thức: E = Q/r i (kg/h) Trong đó: Q: nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng, (kcal/h) ri: ẩn nhiệt hơi cung cấp cho thiết bị, ri = 533,1 (Kcal/kg) Ta có: E = Q/ri = 306861,468/533,1 = 575,610 (kg/h) Q Bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức: F = K × ∆TB (m2) 1 1 δ 1 + + Với: K là hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: K = α 1 λ α 2 δ: Chiều dày ống, chọn loại ống có φ = 52 mm, δ = 2 mm α1: Hệ số cấp nhiệt từ giấm đến bề mặt ống. Chọn α1 = 600 Kcal/m2.h.độ α2: Hệ số cấp nhiệt từ pha hơi đến bề mặt ống truyền nhiệt. Chọn α2 = 2350 Kcal/m2.h.độ. λ: Hệ số dẫn nhiệt của ống truyền nhiệt, chọn vật liệu là đồng thanh hiệu 5P-O.U 10-2, λ = 55,8 w/m.h.độ = 50 Kcal/ m.h.độ [9, tr 358] 1 = 401, 252 1 0, 002 1 + + 50 2350 K = 600 kcal/ m2 oC.h. Hệ số nhiệt độ trung bình là: ∆tTB = tc – td = 105 – 80 = 250C Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 83 GVHD: Trần Xuân Ngạch 306861,468 = 401,252 × (105 − 80 ) = 30,59 Q Vậy bề mặt truyền nhiệt là: F == K × ∆tb (m2) Các ống truyền nhiệt được xếp theo hình lục giác đều. Chọn ống truyền nhiệt có kích thước: Dn x Dt x L = 52 x 48 x 3000 mm. Số ống truyền nhiệt là: No = F 30,762 π × Dt × L = 3,14 × 0,048× 3 = 67,653(ống) Chọn No = 169 ống, số ống trên đường xuyên tâm của hình sáu cạnh bằng 13 Đường kính trong của buồng đốt: D = t×(b – 1) + 4×d Với: b: số ống trên đường chéo của hình sáu cạnh. b = 13 d: đường kính ngoài của ống, m. d = 0,052 m t: bước ống, m. Thường chọn bước ống t = 1,2 ÷ 1,5d, ta chọn t = 1,2d D = 1,2d×(b – 1) + 4×d = 1,2×0,052×(13 – 1) + 4×0,052 = 0,957 (m) Chọn đường kính buồng bốc: Db = 1,3 (m). Chiều cao buồng bốc: Hb = 1,4 (m). Chiều cao đáy nồi: Hd = 0,6 (m). Chiều cao phần thoát hơi: Chọn 0,6 (m). Tổng chiều cao của nồi: H = 1,4 + 3 + 0,6 + 0,6 = 5 (m). 5.26. Tháp hấp phụ và giải hấp. Sơ đồ hấp phụ gồm hai tháp làm việc đồng thời: tháp hấp phụ làm việc 8 h, tháp nhả hấp phụ làm việc 6 h. Lượng nước bị hấp phụ trong một h Gnước= 0,017 154639.175/24= 109,536(kg) Lượng etanol bị hấp phụ trong một h = 2,388 × 10-4×154639.175/24 = 1,383 (kg) Lượng Zeolit cần để hấp phụ lượng nước trên: Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 84 0,02 −6 MZ = 102,5 ×10 ×18 GVHD: Trần Xuân Ngạch 109,536= 1187,382 (kg) Lượng Zeolit hấp phụ lượng etanol trên: 0,02 −6 MZ== 70,9 × 46×10 Hình 5.16. Thiết bị hấp phụ Zeolite × 1,383 = 668,116(kg) Tổng lượng Zeolit cần dùng : MZ = 1187,382 +668,116=1855,498(kg) Khối lượng riêng của Zeolit 3A là ρz = 427(kg/m3). Thể tích Zeolit trong tháp: 1855,498 V = 427 8 = 34,763(m3) Chiều cao của lớp Zeolit trong thiết bị có đường kính D là: HZ = VZ π × D2 4 60309,278 Ta chọn D = 3 m. Thì HZ = 4,920(m) Chiều cao lớp đệm đến mỗi mặt bích: 0,3 m, chiều cao nắp và đáy 0,8 m. Chiều cao thiết bị: H = HZ + 2 × 0,3 + 0,8 = 6,320(m). Vậy ta chọn hai tháp hấp phụ – giải hấp gồm hai tháp làm việc liên tục và luân phiên nhau có đường kính D = 3 m, chiều cao thiết bị H = 6,320(m) 5.27. Thiết bị ngưng tụ cồn thành phẩm. Lượng cồn được ngưng tụ trong thiết bị một ngày 60309,278 (lit) Bề mặt truyền nhiệt: F = 0,014 × 60309,278/10=84,433 (m2) Thiết bị có hình dạng, cấu tạo giống thiết bị ngưng tụ cồn thô có đường kính trong: dt = 48 mm, đường kính ngoài: dn = 50mm, đường kính trung bình: dtb = 49 mm, số ống trên đường chéo chính: b = 29, tổng ống: n = 631, bước ống: t =1,2 × dn Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 85 GVHD: Trần Xuân Ngạch Đường kính thiết bị: D= t × (b -1) + 4 × dn = 1,2 × 0,05 ×(29 - 1) + 4 × 0,05 = 1,880 (m) F 84 ,433 Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = n × π × Dtb = 3,14 × 631× 0,05 = 1,00 (m) Chiều dài thiết bị: L = lo + 2 × 0,25 = 1,5(m). Chọn một thiết bị ngưng tụ cồn thành phẩm có D = 1,880 (m), L = 1,5(m). 5.28. Thiết bị ngưng tụ cồn đầu. Lượng cồn nhạt ngưng tụ trong thiết bị một ngày 2164,948 (kg/ngày) 2164,948 Thể tích cồn đầu :V= 721,68 = 3,000(m3)=3000 (lit) 0,014 × 3000 10 Bề mặt truyền nhiệt: F = = 4,200(m2) Thiết bị có hình dạng và cấu tạo giống thiết bị ngưng tụ cồn thô 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 = 13, tổng số ống: n = 127, bước ống: t = 1,2 × dn Đường kính thiết bị: D = t × (b–1) + 4 × dn = 1,2 × 0,032 × (13 –1) + 4 × 0,032 = 0,589(m) 4,200 Chiều dài ống truyền nhiệt: lo = 3,14 × 127 × 0,031 = 0,339(m) Chiều dài thiết bị: L = lo + 2 × 0,2= 0,639+ 0,4 = 0,740(m) Ta chọn một thiết bị ngưng tụ cồn đầu có D = 0,589(m), L = 0,74 (m). 5.29. Thiết bị làm lạnh dầu fuzel. Lượng dầu fuzel cần làm lạnh:1855,670 lit/ngày = 185, 567(dal/cyr) = Bề mặt truyền nhiệt thiết bị: F = 0,02 × Π Π = 0,02 × 185, 567= 3,711(m2). Thiết bị có cấu tạo giống thiết bị ngưng tụ cồn thô có: đường kính trong d t Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 86 GVHD: Trần Xuân Ngạch =28 mm, đường kính ngoài: dn = 32 mml đường kính trung bình: d tb = 30 mm, số ống trên đường chéo chính: b = 7, tổng số ống n = 37, bước ống t = 1,2 × dn Đường kính: D = t × (b – 1)+4 × dn=1,2 × 0,032 × (7 –1) + 4 × 0,032= 0,36(m) F 3,711 Chiều dài ống truyền nhiệt: l o = n × π × Dtb = 3,14 × 37 × 0,03 = 1,064 (m) Vậy ta chọn một thiết bị làm lạnh dầu fuzel có l =1,064 m , D = 0,36 m. 5.30. Các thùng chứa. 5.30.1. Thùng chứa dầu fuzel. Lượng dầu fuzel trong một ngày: 1855,670 lit/ngày Chọn thùng thân trụ, đáy hình côn, có hệ số chứa đầy 0,85. Chọn 1 thùng chứa cho một ngày sản xuất. Chọn kích thước của thùng chứa: + D: Đường kính của thùng (m) + H: Chiều cao phần trụ của thùng. H = (1÷1,2) × D. Chọn H = 1,2 × D + h1: Chiều cao đáy thiết bị (m). Chọn h1 = 0,2 × D + h2: Chiều cao nắp thiết bị (m). Chọn h2 = 0,1 × D Thể tích của thiết bị: V = 0,785D2 × ( H + 1/3h1+1/3h2) =1,0205 × D3 Thể tích thùng là:V=1,855/0,85=2,182m 3) 3 Suy ra D = 2,182 1,0205 = 1,288 (m) Suy ra: H = 1,545m), h2 = 0,128 (m), h1 = 0,257(m) Chiều cao thiết bị: H=1,93(m) 5.30.2. Thùng chứa cồn đầu. Lượng cồn nhạt trong một ngày là: 1855,670 (kg). 1855 ,670 Thể tích thùng chứa cồn nhạt :V= 721,68 × 6) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày = 0,430(m3) SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 87 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chọn thùng có thân trụ, đáy hình nón, có hình dáng, cấu tạo và tỉ lệ kích thước giống thùng chứa dầu fusel, thùng có hệ số chứa đầy 0,85. 0,43 Thể tích thùng là: V= 0,85 = 0,504(m3) Vậy suy ra D = 0,80(m) Suy ra: h2 = 0,08(m), h1=0,16(m) , H=0,96(m) Chiều cao thiết bị là 1,20 (m) 5.30.3. Thùng chứa chế phẩm Novo. Lượng chế phẩm Novo dùng trong một ngày: 162,736(kg) = 0,163 (m3/ngày) Thùng chứa có thân trụ, đáy hình chỏm cầu, Chọn hệ số chứa đầy 0,85 Thể tích thùng là: V= 0,163 = 0,192 0,85 (m3), Chọn thùng chứa đủ trong 5 ngày: V = 0,192×5 = 0,96 (m 3) Chọn kích thước của thùng chứa: tương tự thùng chứa dầu fusel. ⇒ D= 3 0, 96 = 0, 98 1, 0205 (m) ⇒ H = 1,176 (m), h1= 0,196 (m), h2 = 0,098(m) Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 1,47 (m) 5.30.4. Bồn chứa axit. Lượng axit cần cung cấp cho các nồi đường hóa: 1148,960(kg/ngày) = 1,149(m3/ngày) Chọn hệ số chứa đầy: 0,85 1,149 Thể tích bồn chứa: V = 0,85 = 1,351(m3) Chọn bồn chứa đủ trong 5 ngày nên V= 1,351 × 5 = 6,75 (m3) Chọn kích thước của thùng chứa: tương tự thùng chứa dầu và rượu fusel ⇒ D= 6,75 1,205 = 1,776(m) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 88 GVHD: Trần Xuân Ngạch ⇒ H = 1,776(m), h1= 0,355 (m), h2 = 0,177 (m) Vậy chiều cao thiết bị: Htb= 2,308 (m) 5.30.5. Thùng chứa giấm chín. Lượng giấm chín trong một ngày là: 719,536 (m3/ngày) = 29,98(m3/h) Thùng chứa giấm làm bằng thép không gỉ có dạng hình trụ đáy hình côn. Thể chứa của thùng là: Chọn h2=1,3 × D, d = VT = 29,98 = 17,635 2 × 0,85 (m3) D 8 (m). D−d D−d × tgα = 2 Chiều cao đáy nồi: h1 = 2 1 D2 + d 2 + D × d Vd = × π × h1 × ( ) 3 4 Thể tích đáy: π (D − d ) D2 + d 2 + d × D = × ×( ) 3 2 4 Thể tích thân nồi: Thể tích nồi: VT = π × D 2 × V = VT + Vd , V = V = 17,635 (m3). h2 4 Hình 5.13. Thùng chứa giấm chín 4783 × π × D 3 12288 ⇒D =3 ⇒D =3 12288 × V 4783 × π 12288 × 17,635 = 2,43 4783 × 3,14 (m) Chọn h2 = 1,3 × D = 1,3 × 2,43 = 3,16(m) d= h1 D 2,43 = = 0,3 8 8 (m) = D − d 2,43 − 0,3 = = 2 2 1,06(m). Chiều cao thiết bị: h = h1 + h2 = 1,06 + 3,16 = 4,22(m). Chọn một thùng chứa giấm chín có đường kính trụ D = 2,43(m), chiều cao đoạn trụ h2 = 3,16(m), chiều cao đáy h1 = 1.06(m), chiều cao thiết bị h = 4,22(m). 5.31. Tính và chọn bơm. 5.31.1. Bơm ly tâm dùng để bơm dịch ở khu nấu Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 89 GVHD: Trần Xuân Ngạch Tùy theo năng suất mỗi thiết bị ta chọn cho phù hợp. Chọn bơm piston nhãn hiệu Pentax - CM có đặc tính sau: [15] Nhãn hiệu: CM50 – 125B Năng suất: 36 (m3/h) Công suất: 4,4 kW Đường kính trong ống vào/ra: 50/65 Kích thước: 525x250x292mm Khối lượng: 47 (kg) Để đảm bảo năng suất nhà máy chọn bơm ly tâm để bơm chất lỏng dạng đặc, nhớt và chứa chất lơ lửng. 5.31.2. Bơm ly tâm. Chọn bơm ly tâm nhãn hiệu Pentax - CM để bơm lên men, dấm chín, cồn sản phẩm, cồn đầu và dầu fusel với các thông số kỹ thuật sau: [15] Nhãn hiệu: CM50 – 125A Năng suất: 36 (m3/h) Công suất: 5,7 kW Đường kính trong ống vào/ra: 40/65 Kích thước: 700x322x405mm Khối lượng: 50 (kg) 5.31.3. Bơm chân không vòng nước [11, tr 480] Chọn chân không vòng nước nhãn hiệu BHB để hút nước và cồn bị hấp phụ. Nhãn hiệu: BHB – 8 [11, tr 513] Năng suất: tùy theo áp suất khí quyển Lưu lượng nước: 50 (l/phút) Độ chân không cực đại: 95% Số vòng quay: 720 (vòng/phút) Công suất động cơ điện: 55 kW Kích thước: 1645x680x1080mm Khối lượng: 1028 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 90 GVHD: Trần Xuân Ngạch Bảng 5.5: Bảng tổng kết thiết bị ST Tên thiết bị Vật liệu Kích thước(mm) Số T 1 Máy làm sạch sắn Thép CT3 DxRxC lượng 1860 x 1760 x 1 2 Máy nghiền sắn Thép CT3 997 2310 x 1665 x 1 Thép CT3 1610 H = 3327, D = 1 Thép CT3 1570 H = 2208 D = 1 Gàu tải sắn Thùng hòa trộn Thép CT3 Thép CT3 1422 H = 14000 2 H = 4555, D = 1 Nồi nấu sơ bộ 2152 Thép không H = 5750, D = 1 Nồi nấu chín rỉ 2360 Thép không H = 5343, D = 6 Bộ phận tiếp xúc nhiệt Thiết bị tách hơi khối nấu rỉ Thép CT3 Thép CT3 2500 H = 1500, D = 400 1 H = 5343, D = 1 Thép CT3 2500 H = 4022, D = 1 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Bunke chứa sắn Cân sắn Thiết bị đường hoá 1650 H = 118, D = 150 H = 3800, D = 200 12 13 Thùng chứa chế phẩm Thép CT3 Thiết bị làm nguội ống lồng Thép CT3 14 ống Thùng lên men chính Thép chịu H = 9700, D = 9 Thùng gây men cấp I axit Inox 6060 H = 4338, D = 1 Inox 2706 H = 6490, D = 2 Thép 4057 H = 5250, D = 2 Inox 6510 H = 10000, D = 1 15 16 17 18 Thùng gây men cấp II Hấp thụ cồn trong CO2 Tháp thô 1 2 1329 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp 19 GVHD: Trần Xuân Ngạch Inox H =24400, D = 1 Inox Inox Inox 1658 L = 2300, D = 930 2 H = 1283, D = 830 1 L = 3300, D = 1 23 Thiết bị ngưng tụ cồn tinh Inox 1496 L = 2027, D = 1 24 ngang Thiết bị ngưng tụ cồn tinh Inox 1350 H = 1752, D = 820 25 26 đứng Thiết bị bốc hơi – quá nhiệt Thiết bị hấp phụ - giải hấp Thép Thép H = 5000, D = 957 1 H = 6320, D = 2 27 28 Thiết bị làm lạnh cồn đầu Inox Thiết bị làm lạnh cồn thành Inox 3000 H = 740, D = 589 1 H =1500, D = 1 29 30 phẩm Thiết bị làm lạnh dầu fusel Thiết bị phân ly dầu fusel Inox Inox 1880 H = 1064, D = 360 1 H = 2296, D = 1 Inox 1500 H = 1545, D = 1 20 21 22 31 Tháp tinh chế Trang 91 Thiết bị hâm dấm Thiết bị tách bọt Thiết bị ngưng tụ cồn thô Thùng chứa dầu fusel 1 32 33 34 35 Thùng chứa cồn đầu Bơm ly tâm khu nấu Bơm ly tâm khu lên men Bơm khu chưng cất – tinh Inox Thép CT3 Thép CT3 Thép CT3 1288 H =1200, D = 800 525 x 250 x 292 700 x 322 x 405 700 x 322 x 405 36 chế Bơm chân không vòng nước Thép CT3 1645 x 680 x 1 37 Thùng chứa giấm chín Inox 1080 H= 6950, D=4000 1 38 Thiết bị tách bã rượu Thép CT3 H=6950, D=4000 1 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày 1 9 13 1 SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 92 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày GVHD: Trần Xuân Ngạch SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 93 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 6. TỔ CHỨC VÀ 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 PGĐ kỹ thuật Phòng kinh doanh chính kế PhòngPhòng tài tàiPhòng Phòng hoạch y tế - Phòng bảo vệkỹ thuật Phòng cơ Phòng KCS vụ điện 6.1.2. Tổ chức lao động. Nhà máy làm việc 326 ngày/năm. Mỗi ngày làm việc 3 ca: Ca 1: Từ 6h – 14h, Ca 2: Từ 14h – 22h, Ca 3: Từ 22h – 6h sáng hôm sau. Khối hành chính làm việc 8 h/ngày . Sáng : Từ 7h – 11h30 Chiều: Từ 13h30 – 17h 6.1.2.1. Nhân lực lao động gián tiếp. - Giám đốc: 1 - Phó giám đốc: 2 - Phòng hành chính: 2 - Phòng tài vụ: 3 - Phòng kinh doanh: 3 - Phòng y tế: 2 - Phòng kỹ thuật: 4 - Nhà ăn, căn tin: 4 - Nhà vệ sinh: 2 - Phòng kế hoạch: 3 - Phòng KCS: 3 - Phòng bảo vệ: 6 Tổng cộng : 35 người. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 94 GVHD: Trần Xuân Ngạch 6.1.2.2. Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp. Bảng 7.1. Nhân lực lao động cho sản xuất trong nhà máy STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Chức năng Số người Trưởng ca 1 Xử lý nguyên liệu 3 Khu nấu nguyên liệu 3 Khu lên men 2 Khu chưng cất – tinh chế và hấp 3 Phân 4 phụ xưởng cơ điện 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 2 Lái xe lãnh đạo nhà máy 1 Trạm máy nén 1 Tổng Số ca 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 30 Tổng số người 3 9 9 6 9 12 3 6 6 3 3 3 6 6 1 3 88 Tổng nhân lực lao động nhà máy là: 35 + 88 = 123 người. Số người của cùng 1 ca đông nhất sẽ bằng tổng số người lao động gián tiếp và số người lao động trực tiếp của 1 ca: 35 + 30 = 65 người. 6.2. Tính xây dựng. 6.2.1.Nhà sản xuất chính. Nhà sản xuất chính bao gồm 3 phân xưởng: - Khu nấu - đường hoá - Phân xưởng lên men - Phân xưởng chưng cất và tinh chế Kích thước mỗi phân xưởng phụ thuộc vào kích thước số lượng thiết bị có trong phân xưởng. Ngoài ra còn phụ thuộc cách bố trí thiết bị dây chuyền sản xuất. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 95 GVHD: Trần Xuân Ngạch a) Khu nấu - đường hoá Khu nấu - đường hoá được xây dựng 2 tầng để tận dụng được sự chiếu sáng và thông gió. Ngoài ra còn tận dụng được sự tự chảy của nguyên liệu giảm được năng lượng cho sự vận chuyển - Tầng1: Bước cột 6 m, nhịp nhà 12m , kích thước: 36 x 12 x 7,2 m - Tầng 2: Bước cột 6 m, nhịp nhà 12m, kích thước: 36 x 12 x 7,2 m b) Phân xưởng lên men Phân xưởng lên men và phân xưởng nấu được xây dựng gần nhau để tiết kiệm đường ống và giảm hao hụt dịch đường. Phân xưởng lên men nhà 2 tầng: - Tầng 1: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 54 x 18 x 7,2 m - Tầng 2: Bước cột 6m, nhịp nhà 18m, kích thước: 54 x 18 x 7,2 m c) Phân xưởng chưng cất – tinh chế Phân xưởng chưng cất – tinh chế được xây dựng trong phân xưởng lên men để tiết kiệm đường ống, hạn chế sự hao hụt dấm chín. Đây là phân xưởng chứa thiết bị có chiều cao, tải trọng lớn do đó đòi hỏi xây dựng phải đảm bảo tải trọng. Phân xưởng chưng cất – tinh chế là nhà 3 tầng: - Tầng 1: Kích thước: 9 x 18 x 7,2 m - Tầng 2: Kích thước: 9 x 18 x 7,2 m - Tầng 3: Kích thước: 9 x 18 x 7,2 m 6.2.2. Kho nguyên liệu. Đây là nơi dự trữ nguyên liệu sắn để cung cấp cho phân xưởng nấu. Lượng nguyên liệu trong kho đủ sản xuất trong 20 ngày. Nguyên liệu được cho vào bao 50kg, kích thước bao: Chiều dài bao 0,8 m, Đường kính bao 0,5 m Trong kho các nguyên liệu xếp chồng nhau tạo thành khối. Theo bảng 4.6: Lượng nguyên liệu cần sản xuất trong một ngày: 154639,175 kg Lượng nguyên liệu dùng trong 20 ngày: 154639,175×20 = 3092783,5 kg Thể tích một bao nguyên liệu chiếm chổ: V = h×π×R2 = 0,8×3,14×0,252 = 0,157 (m3) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 96 GVHD: Trần Xuân Ngạch Thể tích nguyên liệu dung trong 20 ngày chiếm chổ: 3092783,5 × 0,157 = 9711,340 50 V1 = (m3) Chọn hệ số chứa đầy của kho là 0,85 thể tích thực nguyên liệu chiếm chỗ: 9711,340 = 11425,106 0 , 85 VTT = (m3) Kích thước kho: 75 x 30 x 8 m 6.2.3. 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 dạng hình trụ, được chế tạo bằng thép. Lượng cồn sản xuất trong một ngày là 60000 lít = 60 (m 3) Kho thành phẩm được xây dựng có kích thước đủ chứa lượng thành phẩm sản xuất trong 10 ngày: 60×10 = 600 m3 Chọn thùng thân hình trụ có đường kính là 2,8 m, chiều cao thùng 4,6 m. Thể tích của mỗi thùng là V = 3.14×1,42×4,6 = 29,5 (m3) Số thùng cần dùng là: 600/29,5 = 20,339. Chọn 21thùng. Chọn ba dãy thùng chứa song song nhau, mỗi dãy thùng các nhau 1m, trong cùng dãy thùng sắp xếp các thùng gần nhau. Vậy kích thước của phòng chứa cồn thành phẩm là: 24 x 12 x 6 (m). 6.2.4. Phân xưởng lò hơi. Phân xưởng lò hơi do dễ cháy nổ nên đặt cuối hướng gió. Phân xưởng này chứa các thiết bị lò hơi và các bộ phận của hệ thống tạo hơi đốt cho nhà máy. Xây dựng phân xưởng có kích thước: 12 x 6 x 6 m 6.2.5. Nhà hành chính. Bao gồm các phòng: - Phòng giám đốc: - Phòng phó giám đốc: Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày 6 x 4 = 24 (m2) 2 (6 x 4) = 48 (m2) SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 97 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Phòng tài vụ: 6 x 4 = 24 (m2) - Phòng tổ chức hành chính: 6 x 4 = 24 (m2) - Phòng kỹ thuật: 6 x 4 = 24 (m2) - Phòng KCS: 6 x 4 = 24 (m2) - Phòng kế hoạch kinh doanh: 6 x 4 = 24 (m 2) - Hội trường: 18 x 6 = 108 (m2) - Phòng y tế: 6 x 4 = 24 (m 2) Tổng diện tích: 324 (m 2) Xây dựng nhà hai tầng, kích thước: Tầng 1: (30 x 6 x 4) m. Tầng 2: (30 x 6 x 4) m. 6.2.6. Trạm xử lí nước. Dùng để xử lí nước để cung cấp cho lò hơi, nấu, lên men, chưng cất, sinh hoạt, vệ sinh thiết bị. Kích thước: 6 x 6 x 6 m 6.2.7. Đài nước. Đài nước dùng để chứa nước đã qua xử lý để cung cấp cho các phân xưởng sản xuất trong nhà máy. Kích thước: Đường kính: 4 m, Chiều dài: 5 m, Chiều cao: 12 m 6.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm. Tính cho 60% nhân viên của ca: 60 x 65/100 = 39 người Số phòng tắm tính trung bình 7 người/phòng, cần xây dựng 5 phòng. Kích thước mỗi phòng: 1,5 x 1,5 x 2,5 m Phòng WC tính tương tự: Có 5 phòng kích thước: 1,5 x 1,5 x 2,5 m 6.2.9. Nhà ăn. 2 × 65 = 44 Tính cho 2/3 số lượng công nhân của ca đông nhất: 3 người Diện tích cho mỗi người là 2,25 (m 2), diện tích nhà ăn: 44 × 2,25 = 99 (m2). Kích thước nhà ăn: 12 × 9 × 4 (m), diện tích của nhà ăn, căn tin: 108 (m 2) 6.2.10. Trạm biến áp. Để hạ thế điện từ dòng cao áp xuống lưới điện nhà máy sử dụng. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 98 GVHD: Trần Xuân Ngạch Kích thước trạm biến áp: 4 x 4 x 6 m 6.2.11. Nhà chứa máy phát điện dự phòng. Để đảm bảo cho máy hoạt động bình thường khi mất điện đột ngột, nhà máy có trang bị máy phát điện dự phòng. Kích thước nhà chứa máy phát điện dự phòng: 6 x 6 x 6 m 6.2.12. Gara ôtô. Nơi để xe của nhà máy. Bao gồm xe lãnh đạo cơ quan (1 chiếc), xe đưa đón công nhân (1 chiếc) và xe chở nguyên liệu, sản phẩm (10 chiếc) Kích thước: 12 x 9 x 6 m 6.2.13. Nhà xe. Tính 80 % công nhân ở ca đông nhất:52 (người). 1 m2 cho 1 xe máy nên diện tích là: 52 (m2) Kích thước là: 18 × 4 × 3 (m), diện tích của nhà để xe : 72 (m2) 6.2.14. Phòng 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: 4 x 3 x 4 m 6.2.15. Kho nhiên liệu. Dùng để chứa dầu đốt cho lò hơi, xăng xe và máy phát dự phòng. Kích thước: 6 x 6 x 6 m 6.2.16. Khu xử lí bã. Kích thước của khu xử lí bã: 12 x 12 m 6.2.17. Khu xử lí nước thải. Kích thước của khu xử lí nước thải: 12 x 6 m 6.2.18. Trạm bơm. Kích thước của trạm bơm: 6 x 6 x 6 m 6.2.19. Trạm máy nén và thu hồi CO2. Kích thước: 8 x 6 x 6 m 6.2.20. 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 6.2.21. Cân tự động. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 99 GVHD: Trần Xuân Ngạch Cân tự động dùng để cân nguyên liệu ngay trên xe ô tô. Chọn cân có kích thước: 6 x 3 m Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 100 GVHD: Trần Xuân Ngạch 6.2.22. Khu đất mở rộng. Để thuận tiện cho việc mở rộng sản xuất sau này thì trong nhà máy có bố trí một phần đất mở rộng. Diện tích đất mở rộng bằng 50% diện tích của phân xưởng chưng cất - tinh chế. Vậy kích thước khu đất mở rộng là: 54 x 9 m 6.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy. 6.3.1. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy. Fxd Fkd = K xd [8, tr 44] Đối với nhà máy thực phẩm: Kxd = 30÷40% Trong đó: Fkd - Diện tích khu đất Fxd - Diện tích xây dựng các công trình, Fxd = 5716,5 m2 Kxd - Hệ số xây dựng. Chọn Kxd = 35% 5716,5 = 16332,8 0 , 35 Fkd = (m2) Vậy diện tích khu đát xây dựng là: 16400 (m2). Ta chọn khu đất có kích thước: 164 x 100 m 6.3.2. Tính hệ số sử dụng. Fsd Ksd = Fkd [8, tr 44] Trong đó: Ksd - Hệ số sử dụng Fsd - Diện tích sử dụng khu đất Fsd = Fxd + Fhè, rãnh +Fgt + Fcx Fcx - Diện tích cây xanh, Fgt - Diện tích giao thông Fcx = 0,25×Fxd = 0,25×5716,5 = 1429,1 (m2) Fgt = 0,5×Fxd = 0,5× 5716,5 = 2858,3 (m2) Fhè, rãnh = 0,05×5742 = 285,8 (m2) Fsd 10289 ,7 = 0,63 Fsd = 10289,7 (m2) , Ksd = Fkd = 16332,8 Vậy Kxd = 0,35; Ksd = 0,63 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 101 GVHD: Trần Xuân Ngạch Bảng 6.2. Tổng kết các công trình xây dựng. TT Tên công trình 01 Phân xưởng nấu - đường hoá 02 Phân xưởng lên men 03 Phân xưởng chưng cất- tinh chế 04 Kho nguyên liệu 05 Kho thành phẩm 06 Phân xưởng lò hơi 07 Nhà hành chính 08 Trạm xử lí nước 09 Đài nước 10 Nhà vệ sinh 11 Nhà tắm 12 Nhà ăn 13 Trạm biến áp 14 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 15 Gara ôtô 16 Nhà để xe máy 17 Phòng trực bảo vệ 18 Kho nhiên liệu 19 Khu xử lí bã 20 Khu xử lí nước thải 21 Trạm bơm 22 Trạm máy nén và thu hồi CO2 23 Cân tự động 24 Phân xưởng cơ điện 25 Khu đất mở rộng Tổng kết Kích thước (m) Dài Rộng Cao 36 54 9 75 24 12 30 6 Φ= 4 7,5 7,5 12 4 6 12 18 2x4 6 12 12 6 8 6 18 36 12 18 18 30 12 6 6 6 L=5 1,5 1,5 9 4 6 9 4 2x3 6 12 6 6 6 3 12 9 14,4 14,4 21,6 8 6 6 8 6 H=12 2,5 2,5 4 6 6 6 3 4 6 6 6 6 Diện tích (m2) 432 972 162 2250 288 72 180 36 20 11,25 11,25 108 16 36 108 72 48 36 144 72 36 48 18 216 324 5716,5 Chương 7 TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 7.1. Tính nhiệt và hơi cần cung cấp. 7.1.1. Tính nhiệt cho 1 bộ nấu. 7.1.1.1 Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ. 1. Lượng nhiệt đun nóng dịch sắn (từ 400C đến 850C) Q 1 = G1×C1×(t1 – t2) [3, trang 269] Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 102 GVHD: Trần Xuân Ngạch G1 - Lượng nguyên liệu đưa vào 1 bộ nấu trong 1 giờ (gồm 3 bộ nấu 3 nồi nấu) ` M s an + M nuoc 6282,216 + 17731,958 24014,174 3 3 3 G1 = = = = 8004,724 (kg/h) C1 - Nhiệt dung riêng của khối nấu C1 = 4186×(n - x) = 4186 × (1 − 6282,216 ) 24014,173 = 3090,923 (J/kg.độ) x - Nồng độ chất hòa tan phần khối lượng Q1 = 8004,724 ×3090,923 ×(85-40) =1113389,534(kJ)=265725,425 (kcal) 2. Lượng nhiệt giữ khối nấu Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 850C trong khoảng 15 phút cho nồi nấu sơ bộ. Q2 = F×T2× α ×(tbm - tkk) α - Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra không khí xung quanh; α = 9,3 + 0,085×tbm (W/m2.độ) [12, trang 41] 85 + 25 = 550 C tbm - Nhiệt độ bề mặt của thiết bị, tbm = 2 (0C); α = 9,3 + 0,058×55 = 12,49 (W/m2.độ); T2 - Thời gian giữ nhiệt, T2 = 15×60 = 900 (s); F - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của 1 nồi. F = 2×π×R×H = 2×3,14×0,915×2 = 11,492 (m2) Q2 = 11,492 ×900×12,49×(55 - 25) = 3875,447 (kJ) =924,928 (kcal) 3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi Q3 = G3 × C3 × (t2 – t1) [12, tr 58] G3 = F × δ × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi, F = 11,492 (m 2) δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép f = 7850 (kg/m2): Khối lượng riêng của thép. G3 = 11,492 × 0,003 × 7850 = 270,637 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 1330C là: 0,12 kcal/kg.độ[13, tr163] Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 103 GVHD: Trần Xuân Ngạch Q3 = 270,637 × 0,12 × (133 – 25) = 3507,456 (Kcal) 4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh Q4 = F × T4 × α × (tbm– tkk) [12, tr 58] T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = T1 + T2 T1: Thời gian nâng nhiệt khối nấu từ 400C đến 850C, T1=10 phút; T2: Thời gian giữ nhiệt khối nấu ở 850C, T2 = 15 phút; Suy ra: T4 = 25 (phút) = 1500 (s); t bm = 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 79 = 13,882 (W/m2.độ). [12,tr 41] Q4= 11,492 × 1500 × 13,882 × (79 – 25) = 12922,087(kJ) = 3084,03(Kcal) 5. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước khi nâng nhiệt Qbh1 = W × r [12, tr 58] r: Ẩn nhiệthóa hơi của nước ở t= 100 + 25 = 62,5 0 C 2 , r = 576 (Kcal/kg) W: Lượng ẩm bốc hơi. W= k × F × (P – P’ × ϕ) × T; k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036; D  F = π × R = π ×  bh   2  Diện tích bốc hơi: 2 2 Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. Diện tích bốc hơi lớn nhất: Đường kính ống thoát hơi: S bh = 1 D2 1 1,83 2 ×π × = ×π × = 0,053 50 4 50 4 (m2) Dbh = 4 × S bh 4 × 0,053 = = 0,068 π 3,14 (m) 3,14 × 0,068 2 F= = 0,00363 4 (m2) P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C, P = 174,08 mmHg; ϕ: Độ ẩm tương đối của không khí, ϕ = 80%; P’: Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh, P’=24,55 mmHg; T: Thời gian nấu, T = 15 phút = 0,25 giờ. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 104 GVHD: Trần Xuân Ngạch W = 0,036×0,00363×(174,08 – 24,55 × 0,8)×0,25= 0,005(kg) Nên lượng nhiệt sẽ là : Qbh = 0,005 × 576 = 2,88 (Kcal) Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho nồi nấu sơ bộ là: 5 Q h = ∑ Q I + Qbh i =1 = 273244,719 (Kcal) 7.1.12. Tính chi phí hơi nồi nấu sơ bộ. Qh D = i − iKK [12, tr 31] Ở t = 1330C thì i = 651,6 (Kcal/kg), iKK = 133,4 (Kcal/kg) [12, tr 313] Suy ra: D = 527,295(kg/h). Hơi cung cấp cho nồi nấu sơ bộ một phần lấy từ hơi thứ của nồi nấu chín chiếm khoảng 25%, còn lại là hơi cấp chiếm 75%. Nên lượng hơi cho nồi nấu sơ bộ của 1 bộ nấu liên tục là: 75% 527,295 = 395,471 (kg) 7.1.13. Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa. Nhiệt cung cấp cho thiết bị phun dịch hóa chủ yếu là nhiệt để nâng nhiệt của dịch cho từ 850C đến 940C và một phần nhiệt tổn thất ra môi trường . 1.Lượng nhiệt làm đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C Q1 = G × C × (t1 – t2) [12, tr 58] G: Lượng nguyên liệu đem phun dịch hóa: G = 23651,546 (kg/h). C: Nhiệt dung riêng của khối nấu, C = 4186 × (1 – x) = 3174,688 (J/kg.độ); 23651,546 3 Q 1= ×3174,688×(94 – 85) =225258,841(KJ) =53761,059(Kcal). 2. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường chiếm khoảng 20% lượng nhiệt dùng để đun nóng dịch cháo từ 850C đến 940C: Q2 = 20% × Q1 = 10752,211 (Kcal). Vậy tổng lượng nhiệt cần dùng cho phun dịch hóa là: Q2 = Q1 + Q2 = 10752,211 + 53761,059= 64513,270(Kcal). Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 105 GVHD: Trần Xuân Ngạch Qh Tính chi phí hơi: D = i − iKK [11, tr 31] Ở t = 1330C thì i = 651,6 (Kcal/kg), iKK = 133,4 (Kcal/kg) [12, tr 313] Suy ra: D = 124,494(kg/h). 7.1.2. Tính nhiệt cho nồi nấu chín. 7.1.2.1. Lượng nhiệt đun nóng khối nấu từ 940C đến 1050C. Q 1 = G1 × C1 × (t1 – t2) G1: Lượng nguyên liệu đem đi nấu chín trong 1h cho 1 nồi nấu của 1 bộ nấu 29627,577 3 G1 = = 9875,859 kg. là: C1: Nhiệt dung riêng của khối nấu. C1 = 4186 × (1 – x) = 3474,38 (J/kg.độ). x = 17%: Nồng độ chất hòa tan; Q1 = 9875,859 × 3474,38 ×(105 – 94) =377437,356 (KJ) =90080,514(Kcal). 7.1.2.2. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C. Q2 = F × Tg × α × (t0bm – t0kk) (Kcal). [12, tr 3] t0kk: Nhiệt độ không khí ở môi trường xung quanh. ( 0C); t 0 bm : Nhiệt độ bề mặt thiết bị. tbm 1 0 (t g + tkk ) = 2 = 65(0C) ; tg0: Nhiệt độ cần giữ cho khối nấu, (0C); α: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị ra môi trường xung quanh; α = 9,3 + 0,058 × tbm , (W/m2. độ) [12, tr 41], α = 13,07 (W/m2. độ). F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của 1 nồi nấu chín dãy tháp nấu (m 2) F1 = 2 × П × R × H =2 × 3,14 × 0,6 × 7,255= 27,337(m2) Tg : Thời gian giữ nhiệt của hệ thống tháp nấu Tg = (25phút) = 1500(giây). Q2= 27,337×1500 × 13,07 ×(65 – 25)=21437,675(kJ) = 5116,390(Kcal) 7.1.2.3. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi. Q 3 = G3 × C3 × (t2 – t1) [12, tr 58] Trong đó: G3 = F × δ × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. δ = 0,003 m: Bề dày vỏ thép Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 106 GVHD: Trần Xuân Ngạch f = 7850 kg/m2: Khối lượng riêng của thép. G3 = 27,337× 0,003 × 7850 = 643,786 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 133 0C, C3 = 0,12 kcal/kg.độ [12, tr163] Q3 = 643,786×0,12× (133 – 25) = 8343,467 (Kcal) 7.1.2.4. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Q4 = F × T4 × α × (tbm– tkk) [14, tr 58] T4: Thời gian nấu sơ bộ: T4 = T1 + T2 T1: Thời gian nâng nhiệt khối nấu từ 940C đến 1050C, T1=15 phút. T2: Thời gian giữ nhiệt khối nấu ở 1050C, T2 = 25 phút. Suy ra : T4 = 40 (phút) = 2400 (giây) ; t bm = 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 79 =13,882 (W/m2.độ) Q4=27,337×2400×13,882×(79 –25)= 49182,194(KJ)=11737,994 (Kcal). 7.1.2.5. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước. Qbh= W × r [11, tr 58] r: Ẩn nhiệthóa hơi của nước ở t= 100 + 25 = 62,50 C 2 , r = 576 (kcal/kg) W: Lượng ẩm bốc hơi. W = k × F × (P – P’ × ϕ) × T k: Hệ số bốc hơi. k = 0,036. 2 D  F = π × R = δ × π ×  bh   2  (m2) Diện tích bốc hơi: 2 Chọn đường kính ống thoát hơi bằng 1/50. Diện tích bốc hơi lớn nhất: Đường kính ống thoát hơi: F= S bh = 1 D2 1 1,2 2 ×π × = ×π × = 0,023 50 4 50 4 (m2) Dbh = 4 × S bh 4 × 0,023 = = 0,0293 π 3,14 (m) 3,14 × 0,02932 = 0,0007 4 (m2) P: Áp suất hơi bão hòa ở 62,50C. P = 174,08 (mmHg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 107 GVHD: Trần Xuân Ngạch ϕ: Độ ẩm tương đối của không khí. ϕ = 80% P’: Áp suất hơi bão hòa ở nhiệt độ xung quanh. P’=24,94 mmHg. T: Thời gian nấu ở một nồi. T = 25 phút = 0,42 giờ. W = 0,036 × 0,0007× (174,08 – 24,94 × 0,8) × 0,42 = 0,002 (kg) Qbh = 0,002× 576 = 1,152 (kcal) 5 Vậy tổng lượng nhiệt dùng nấu chín là: Qh = ∑ Q I + Qbh i =1 = 115279,517 (Kcal) 7.1.2.6. Tính chi phí hơi. Qh D = i − iKK Ở t = 1330C thì i = 651,6 (kcal/kg), iKK = 133,4 (kcal/kg) [11, tr 313] Suy ra: D = 222.461 (kg/h). 7.1.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín thêm. 7.1.3.1. Lượng nhiệt giữ khối nấu ở 1050C. Cũng tương tự như cách tính lượng nhiệt cho nồi nấu chín, tuy nồi nấu chín và chín thêm cùng 1 thể tích nhưng có độ cao khác nhau và hệ thống nồi nấu chín thêm có 3 thiết bị. F : Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của 1 nồi nấu chín dãy tháp nấu (m 2) F = (2 × П × R × H)=2 × 3,14 × 0,6 × 6,88= 25,924(m2) Tg : Thời gian giữ nhiệt của hệ thống tháp nấu Tg= 75phút = 4500(giây). Q1=3 × 25,924 ×4500 ×13,07×(65 – 25)=182965,278(J) = 43667,131(Kcal) 7.1.3.2. Lượng nhiệt đun nóng vỏ thép của nồi. Q 3 = G3 × C3 × (t2 – t1) Trong đó: G3 = F × δ × f : Khối lượng vỏ thép. F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của nồi. δ = 0,003 m: bề dày vỏ thép; f = 7850 kg/m2: khối lượng riêng của thép. G3 =3 × 25,924 ×0,003×7850 = 1831,531 (kg) Ở áp suất 3 at thì nhiệt độ hơi đốt là 1330C C3: Nhiệt dung riêng của thép ở nhiệt độ 133 0C, C3 = 0,12 kcal/kg.độ[14, tr163] Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 108 GVHD: Trần Xuân Ngạch Q2= 1831,531×0,12×(133 – 25) = 23736,642 (Kcal) 7.1.3.3. Lượng nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh. Q4 = F × T4 × α × (tbm– tkk) [12, tr 58] t bm = Thời gian nấu T4 = 75 (phút) = 4500 (giây) ; 133 + 25 = 79 0 C 2 α = 9,3 + 0,058 × 79 =13,882 (W/m2.độ) Q3=3 × 25,924 ×4500×13,882×(79 –25)=262350,310(KJ)=62613,439 (Kcal). 7.1.3.4. Lượng nhiệt làm bốc hơi nước. Do kích thước đường kính nồi nấu chín và chín thêm giống nhau nên lượng nhiệt làm bốc hơi nước sẽ bằng: Qbh = 3×(0,002× 576)= 3,456 (kcal) 3 Vậy tổng lượng nhiệt dùng nấu chín là: Qh = ∑ QI + Qbh i =1 = 130020,668 (Kcal) 7.1.3.5. Tính chi phí hơi. Qh D = i − iKK Ở t = 1330C thì i = 651,6 (kcal/kg), iKK = 133,4 (kcal/kg) [11, tr 313] Suy ra: D = 250,908 (kg/h). Vậy lượng hơi dùng cho phân xưởng nấu trong 1 giờ là: D1 = 3×(594,182 + 184,775 + 303,207 + 250,908) =3999,216 (kg) 7.1.4. Tính hơi cho quá trình chưng cất - tinh chế. 7.1.4.1. Tháp thô. Lượng hơi cần cho tháp thô là: P = 18,336 (kg/100kg giấm). 18,336 × 710721,648 = 100 × 24 Lượng hơi dùng trong 1 giờ là: 5438,797(kg/h) 7.1.4.2. Tháp tinh chế. Lượng hơi cần cho tháp tinh chế trong 1 ngày: P=11,85 kg/100kg giấm 11,85 × 710721,648 = 3509,188 100 × 24 Lượng hơi cần dùng trong một giờ là: (kg/h) Vậy lượng hơi tiêu hao ở quá trình chưng cất - tinh chế trong một giờ là : D2 = 5438,797+ 3509,188 = 8947.985 (kg). 7.1.5. Tính lượng hơi cho quá trình bốc hơi. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 109 GVHD: Trần Xuân Ngạch Lượng nhiệt cần cấp cho quá trình bốc hơi trong một giờ: 689773,154 (kcal) Qh Lượng hơi cần dùng cho quá trình bốc hơi trong là : Di = ihn − i n (kg) ihn: nhiệt lượng riêng của hơi nước. t = 125 0C thì ihn = 648,8 (kcal/kg) [11, tr 313] in: nhiệt lượng riêng của nước t = 151,1 0C thì in = 125,4 (kcal/kg) [11, tr 313] Ta được: Di = 1317,870(kg/h) Lượng hơi cho quá trình bốc hơi là: 5146,823 kg/h. 7.1.6. Tính nhiệt lượng cho quá trình hấp phụ - giải hấp. 7.1.6.1. Quá trình hấp phụ. Tính nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình hấp phụ ở 140 ÷ 160 0C trong 8 giờ. Q1 = Q1n + Q2E Trong đó:Q1: Nhiệt tỏa ra khi Zeolite hấp phụ nước. Q1E: Nhiệt tỏa ra khi Zeolite hấp phụ Etanol. Theo thí nghiệm của E.Lalik ta có bảng nhiệt hấp phụ của nước và Etanol: Bảng 7.1. Nhiệt hấp thụ của Zeolite 3A Chất bị hấp phụ Nước Etanol Ta có: Nhiệt hấp phụ 0,02g Zeolite (kJ/kg) 371,32 8,02 Q1N = M Zeolite × ∆H adH2O = 21375,108 × 371,32 = 7937005,103 (kJ) Q1N = M Zeolite × ∆H adE = 21375,108 × 8,02 = 171428,366 (KJ) Vậy: Q1 = 7937005,103 + 171428,366 = 8108433,469 (KJ) = 1935186,985(kcal) Qh Tính chi phí hơi: Di = ihn − i n (kg) ihn: nhiệt lượng riêng của hơi nước; t = 1500C thì ihn = 657 (kcal/kg). in: nhiệt lượng riêng của nước; t = 1500C thì in = 151 (kcal/kg)[11, trang 313] Vậy ta được: Di= 3824,480(kg/h) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 110 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chi phí hơi cho quá trình giải hấp trong 8h là: = D i/8 = 478,06 (kg/h) 7.1.6.2. Tính toán cho quá trình giải hấp. Tính nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình hấp phụ ở 140 ÷ 160 0C trong 6 giờ. Ta có: Q1 = Q1n + Q2E Trong đó:Q1: Nhiệt tỏa ra khi Zeolite hấp phụ nước. Q1E: Nhiệt tỏa ra khi Zeolite hấp phụ Etanol. Theo thí nghiệm của E.Lalik ta có bảng nhiệt hấp phụ của nước và Etanol: Bảng 7.2. Nhiệt hấp thụ của Zeolite 3A Chất bị hấp phụ Nước Etanol Nhiệt hấp phụ 0,02g Zeolite (kJ/kg) 378,635 2,91 Nhiệt lượng cần thực hiện quá trình giải hấp phụ của nước trên Zeolite 3A: Q2 N = M Zeolite × ∆H desH2O = 21375,108 × 378,635 = 8093364 ,018( KJ ) Nhiệt lượng cần thực hiện quá trình giải hấp phụ của nước trên Zeolit 3A là: Q2 E = M Zeolite × ∆H desE = 21375,108 × 2,91 = 62201,564( KJ ) Vậy tổng nhiệt lượng cần thiết thực hiện quá trình giải hấp phụ: Q3 = 8093364 ,018 + 62201,564 = 8155565,582 ( KJ ) =1946435,7(kcal) Qh Tính chi phí hơi: Di = ihn − i n (kg) ihn: nhiệt lượng riêng của hơi nước; t = 1500C thì ihn = 657(kcal/kg) in: nhiệt lượng riêng của nước; t = 1500C thì in = 151 (kcal/kg) [11, trang 313] Vậy ta được: Di= 3846,711(kg) Chi phí hơi cho quá trình giải hấp trong 6h là: D i/6 = 641,118 (kg/h) Vậy chi phí hơi cho quá trình hấp phụ - giải hấp: D 4= 1119,178 (kg/h) Lượng hơi cấp cho nhà máy: D = D1 + D2 + D3 + D4 = 22758,344 (kg/h). Vậy lượng hơi cấp cho nhà máy là: 22758,344 kg/h. 7.1.7. Tính và chọn lò hơi. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 111 GVHD: Trần Xuân Ngạch Lượng hơi thực tế dùng: Dtt = D 22758,344 = = η 0,9 25287,049 (kg/h) = 25,287(tấn/h). Với η =0,9: Hệ số tổn thất nhiệt độ, mất mát do bảo ôn đường ống, thiết bị. Vậy ta chọn lò hơi có năng suất 25tấn/h. 7.1.8. Tính nhiên liệu. 7.1.8.1. Dầu F.O Nhiên liệu sử dụng chính cho lò hơi: D= Dtt × (ih − in ) Q ×η Q: Nhiệt lượng của dầu, Q = 6728,2 (Kcal/kg). Dtt: Năng suất hơi . Dtt = 25,287 (kg/h) η : Hiệu suất lò hơi, η = 90%. ih: Nhiệt hàm của hơi ở áp suất làm việc, ih = 657,3 (Kcal/kg)[12, tr 213] in: Nhiệt hàm của nước ở áp làm việc, in = 152,2 (Kcal/kg)[12, tr 214] Suy ra: D = 2109,279 (kg/h). Vậy lượng dầu nhà máy sử dụng trong 1 năm là: ∑ D = 2109,279×24×326 = 16503002,16 (kg/năm). 7.1.8.2. Xăng. Sử dụng cho các loại xe ở nhà máy. Lượng xăng sử dụng: 200 (lít/ngày). Như vậy 1 năm cần: 200 × 326 = 65200 (lít/năm). 7.1.8.3. Dầu D.O. Dùng để chạy máy phát dự phòng lấy trung bình 5 kg/ngày. Lượng dầu sử dụng trong 1 năm: 5 × 326 = 1630 (kg/năm) 7.2. Tính nước. 7.2.1. Nước dùng cho phân xưởng nấu. 7.2.1.1. Nước dùng để nấu nguyên liệu. Theo cân bằng vật chất lượng nước nấu 1 ngày: m 1=425567,01(kg/ngày) Thể tích nước cần dùng để nấu: V1 = m1 425567,01 = = 425,567 ρn 1000 (m3/ngày) 7.2.1.2. Nước vệ sinh thiết bị nấu. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 112 GVHD: Trần Xuân Ngạch V2 = 15% × V1 = 0,15 × 425,567 = 63,835(m3/ngày) 7.2.1.3. Nước dùng cho phân xưởng nấu. V = V1 + V2 = 425,567 + 63,835= 489,402 (m3/ngày) 7.2.2. Nước dùng cho đường hóa. Lượng nước cần dùng trong 1 ngày: m2 = 88608,247 kg/ngày. Thể tích nước cần dùng cho đường hóa trong một ngày: V = m 88608 ,247 = = 88 ,608 ρn 1000 (m3/ngày) 7.2.3. Nước dùng cho phân xưởng lên men. 7.2.3.1. Tính nhiệt cho thùng lên men chính. Nhiệt sinh ra trong quá trình lên men: Cứ 1 lít dịch lên men trong thùng lên men chính sau mỗi giờ sẽ giải phóng ra 1,13 kcalo nhiệt. Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ trong 1 thùng: Q= 1,13 = 1,13 = 102311,597 (kcalo) V: Tổng số dịch lên men trong 1 ngày, n: số thùng lên men trong 1 ngày. Nhiệt tổn thất do hơi rượu và CO2 mang ra: Lấy 10% so nhiệt lượng sinh ra: Q1 = 10% × Q = 0,1 × 102311,597 = 10231,159 (Kcal). Để lấy lượng còn lại ta sử dụng hệ thống làm nguội dạng ống xoắn ruột gà. Lượng nhiệt do hệ thống làm nguội lấy đi: Q2 = F × k × ∆t (W), [9, tr 3] F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt. F=π×D×H= 3,14×6,865×8,924=192,367(m2) k= k: Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: 1 1 δ 1 + + α 1 λ t α 2 [9, tr 3] α1: Hệ số cấp nhiệt từ thùng 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, Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày α 2 = Nu × λN H T [9, tr 21] SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 113 GVHD: Trần Xuân Ngạch λN = 52,3 × 10-2 (Kcalo/m.h.độ) = 60,8 × 10-2(W/m.độ) HT: Chiều cao phần thân hình trụ, HT = 6,865 m, Nu: Chuẩn số Nuyxen nó đặc trưng cho quá trình cấp nhiệt ở bề mặt phân giới và phụ thuộc vào chuẩn số Raynon: V: Mật độ tưới , V= Re = 4 ×V µ [9, tr 21] G DT , (kg/m.s) . DT: Diện tích bề mặt truyền nhiệt thân thiết bị, D T = F = 192,367 m2. G : Khối lượng chất lỏng chảy trên bề mặt thành. G = 1,5 kg/s. Nhiệt độ trung bình nước dội: 250C (Nhiệt độ đầu: 200C, nhiệt độ cuối: 300C ) Ở 250C, độ nhớt của nước là µ = 0,8937 × 10-3 (N.s/m2) [9, tr 94] Re = = = =34,900 Re = 33,192 < 2000. Nuyxen tính: Nu = 0,67 × (Ga2 × Pr3 × Re)1/9 [9, tr 21] Trong đó: Ga = ( H3 3/ 2 = 3969,759 1012 Pr = CP × µ λ [10, tr 21] µ - Độ nhớt nước ở 250C, µ = 0,8937 × 10-3 N.s/m2 λ - Hệ số dẫn nhiệt của nước ở 250C, λ = 60,8 × 10-2 W/m.độ. CP- Nhiệt dung riêng của nước ở 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ. Pr = 0,99892 × 0,8937 × 10 −3 = 0,00147 60,8 × 10 − 2 Nu=0,67×[(3669,759 × 1012)2 × (0,00147)3 × 34,900]1/9 = 330,875 2 = = = 29,304 (N/m2.0C) K = 1/( + + ) = 28,030(W/m2.0C) ∆t = ∆t – Hiệu số nhiệt độ trung bình, ∆t1 − ∆t 2 ∆t ln 1 ∆t 2 [9, tr 21], ∆t1 = T – t1, ∆t2 = T- t2 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 114 GVHD: Trần Xuân Ngạch 12 − 2 = 5,58 0 C 0 0 0 0 0 ln 6 T = 32 C, t1 = 20 C, t2 = 30 C, ∆t1 = 12 C, ∆t2 = 2 C, ∆t = . Vậy nhiệt lượng do nước dội lấy đi: Q2=K× F × ∆t = 28,030×192,367 × 5,58=30087,622(W)= 25870,698(Kcalo/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= 102311,597 – 10231,159 – 25870,698=66209,74 (Kcalo/h) Lượng nước cung cấp cho ống xoắn ruột gà: Q = G × C × ∆t [9, tr 58] G = = 6628,132 (kg/h) Lượng nước cấp cho thùng lên men chính: 6628,132 (kg/h). Thể tích nước cần cấp cho thùng lên men chính: VC = = 6,628(m3/h) = 159,075 (m3/ngày) 7.2.4.2. Tính nhiệt cho thùng nhân giống. Thùng nhân giống cấp II: Lượng dịch sử dụng cho 1 ngày: 71597,938 lít Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: QII = 71597,938 /24 × 1,13 = 3371,069(kcal/h). Thùng nhân giống cấp I: Lượng dịch chứa trong thùng bằng 30% so với lượng dịch trong thùng gây men cấp II: 71597,938 × 0,3 = 21479,381(lít) Lượng nhiệt sinh ra trong 1 giờ: QI = 21618,556/24 × 1,13 =1017,873(kcal/h) Lượng nhiệt do CO2 mang đi là 10%, toả ra môi trường xung quanh là 5%. Do đó lượng nhiệt còn lại cần giải phóng ở các thùng này là: QIC = 1017,873 × 0,85 = 865,192 (kcal/h) QIIC =3371,069 × 0,85 = 2865,408 (kcal/h) Diện tích truyền nhiệt cho ống xoắn ruột gà: F= Q k × ∆t Nước cấp cho nhân giống cấp I: m1 = = 86,519 (kg/h) Suy ra thể tích nước: V = 0,865(m3/h) Nước cấp cho nhân giống cấp II: mII = = 286,540 (kg/h) Suy ra thể tích nước: V= 0,286 (m3/h) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 115 GVHD: Trần Xuân Ngạch Lượng nước cấp thùng nhân giống cấp 1: 0,865 (m3/h) = 2076(m3/ngày). Lượng nước cấp thùng nhân giống cấp 2: 0,286 (m3/h) = 6864(m3/ngày). Lượng nước cần cho phân xưởng lên men: VLM=VC+VI+VII= 159,075+ 10,464 + 34,824 = 204,363(m3/ngày). 7.2.5. Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất tinh chế. Dựa vào phương trình cân bằng: G × r = Gn × Cn × (t’n – tn) [9, tr 32] Hay : G × C × (t1 – t2) = Gn × Cn × (t’n – tn) G: Lượng sản phẩm ngưng tụ làm nguội, (kg) . C: Nhiệt dung riêng của chất cần làm lạnh ngưng tụ (kcal/kg.độ) t1, t2: Nhiệt độ đầu và cuối của chất cần làm lạnh . Gn: Lượng nước dùng làm nguội (kg) Cn: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg.độ). tn,t’n: Nhiệt độ đầu và cuối của nước (0C) 7.2.5.1. Bộ ngưng tụ tháp thô. Lượng hơi rượu ra khỏi tháp thô là : mc = 115979,381 = 19157,474 (kg/ngày)=797,228 (kg/h) 1 Lượng hơi rượu cần ngưng tụ: G1 = 797,228 × 5 = 159,645( kg/h). Hơi cồn thô có nồng độ 44,206%V → r1 = rE × a1 + rn × (1-a1). rE : Ẩn nhiệt ngưng tụ của rượu, rn : Ẩn nhiệt ngưng tụ của nước . a1 : Thành phần cồn trong hỗn hợp . r1 = 314 × 0,44206 + 540 × (1 – 0,44206) = 440,094 (kcal/kg) . t’n = 500C , tn = 200C , Cn = 1 (kcal/kg.độ) G1 × r1 = Gn1 × Cn × (t’n-tn) Gn1= = 2341,969 (kg/h) = 56,207 (m3/ngày) 7.2.5.2. Bộ ngưng tụ hồi lưu tháp tinh chế. Phương trình cân bằng: G2 × r2 = Gn2 × Cn × (t’n – tn) .[9, tr 32] G2: Lượng rượu ra khỏi tháp tinh. G2 = 24,630 × 615819 ,06 = 151676,234 100 (kg/ngày) = 6319,843 (m3) Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 116 GVHD: Trần Xuân Ngạch Hơi cồn ra khỏi tháp tinh có nồng độ: 94,1% khối lượng r2 = 228×0,941 + 540×(1– 0,941) = 247,216 (kcal/kg) Gn 2 = G2 × r2 6319,843 × 247,216 = C n × (t ' n −t n ) 1 × (70 − 20) = 31247,326 (kg/h) =749,935 (m3/ngày) 7.2.5.3. Lượng nước cần làm lạnh dầu fusel. Phương trình cân bằng: Gf × Cf × (t2 – t1) = Gn 3 × Cn × (t’n – tn) [9, tr 32] Gf : Lượng dầu fusel. Gf = 1855,670 (lít/ngày) t2 = 80 (0C); t1 = 30 (0C); t’n = 70 (0C); tn = 20 (0C). 1855,670 × 0,883 × (80 − 30) = 1638,556 70 − 20 Gn3= (lit/ngày)=1,638(m3/ngày) 7.2.5.4. Lượng nước cần ngưng tụ làm lạnh cồn thành phẩm. Phương trình cân bằng: GTC × CTC × (t2 – t1) = Gn4 × Cn × (t’n – tn) [9, tr 32] GTC : Lượng cồn tinh chế. GTC = 60000(lít/ngày) t2 = 78 (0C); t1 = 30 (0C); t’n = 70 (0C); tn = 20 (0C). 60000 × 0,87 × (78 − 30) = 50112 70 − 20 Gn4= (lit/ngày) = 50,112 (m3/ngày) . 7.2.5.5. Lượng nước cần ngưng tụ làm lạnh cồn nhạt. Phương trình cân bằng: GCN × CCN × (t2 – t1) = Gn5 × Cn × (t’n – tn) [9, tr 32] GTC : Lượng cồn tinh chế. GCN = 2164,948 (lít/ngày) t2 = 78 (0C) , t1 = 30 (0C) , t’n = 70 (0C) , tn = 20 (0C) . 2164,948× 0,95 × (78 − 30) = 1974,432 70 − 20 Gn5= (lit/ngày)=1,974 (m3/ngày) . Vậy lượng nước cần dùng trong chưng cất – tinh chế là : 5 ∑G Gn= i =1 ni = 56,207 + 749,935 + 1,638+50,112 +1,974 =859,866 (m 3/ngày) Nước cho lò hơi Lượng hơi dùng cho lò hơi trong 1 ngày:35244,363(kg/ngày). Nếu 1 lít nước sẽ tạo ra 1 kg hơi và giả sử tổn thất là 10% thì lượng nước dùng cho 1 ngày:35244,363×24×1,1 = 930451,183(kg/ngày)=930,451 (m 3/ngày). 7.2.7. Lượng nước dùng cho sinh hoạt. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 117 GVHD: Trần Xuân Ngạch 7.2.7.1. Nước dùng cho bể tắm. Tính cho 60% công nhân trong ca đông nhất, dùng 25 lít trong 1 ngày cho 1 người. Vậy lượng nước dùng trong 1 ngày là: 3 × 25 × 65 × 0,6 = 2925 (lít/ngày). Nên thể tích nước cần cung cấp cho bể tắm: V= m 2925 = = 2,925 ρ 1000 (m3/ngày) 7.2.7.2. Nước dùng cho nhà ăn. Tính 20 lít cho 1 người trong 1 ngày, lượng nước cần: 20×132=2640 (lít). Thể tích nước cần cấp cho bể tắm trong 1 ngày: V= m 2640 = = 2,64 ρ 1000 (m3/ngày) 7.2.7.3. Nước dùng rửa xe. Sử dụng : 4 (m3/ngày). 7.2.7.4. Nước dùng các mục đích khác. Sử dụng 2 m3/h = 48 (m3/ngày). Tổng lượng nước cần cấp cho nhà máy trong một ngày: 3767,134(m3/ngày). Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 118 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày GVHD: Trần Xuân Ngạch SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 119 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 8.1. An toàn lao động. An toàn lao động trong nhà máy đóng vai trò rất quan trọng. Nó ảnh hưởng rất lớn đến quá trình sản xuất, sức khoẻ và tính mạng của công nhân cũng như tình trạng máy móc, thiết bị. Vì vậy cần phải được quan tâm đúng mức, phổ biến rộng rãi để công nhân hiểu được tầm quan trọng của nó. Nhà máy phải đề ra nội quy, biện pháp chặt chẽ để đề phòng. 8.1.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn. - Tổ chức lao động và sự liên hệ giữa các bộ phận không chặt chẽ. - Các thiết bị bảo hộ lao động còn thiếu hoặc không đảm bảo an toàn. - Ý thức tổ chức kỷ luật lao động của công nhân chưa cao. - Vận hành máy móc, thiết bị không đúng theo quy trình kỹ thuật. - Trình độ công nhân còn yếu và các máy móc thiết bị được trang bị chưa tốt. 8.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động. - Tại các bộ phận phải có biển báo an toàn và quy trình sử dụng từng thiết bị. - Bố trí, lắp đặt các thiết bị phù hợp với quy trình sản xuất. - Các đường ống hơi nhiệt phải có lớp bảo ôn, áp kế. - Kho xăng dầu phải đặt xa nguồn nhiệt, phải có các bình CO 2 chống cháy, không được hút thuốc. - Người công nhân vận hành phải thực hiện đúng chức năng của mình, phải chịu hoàn toàn trách nhiệm nếu máy móc hư hỏng do quy trình vận hành của mình. - Kỷ luật của nhà máy phải thực hiện nghiêm để xử lí các trường hợp vi phạm. 8.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động. 8.1.3.1. Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc. Phải đảm bảo độ sáng tối thiểu trong nhà sản xuất. Ban ngày cần tận dụng Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 120 GVHD: Trần Xuân Ngạch ánh sáng tự nhiên, ban đêm sử dụng ánh sáng nhân tạo phải đảm bảo đủ ánh sáng. 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. Các thiết bị điện phải có hệ thống báo động khi có sự cố, phải có rơle đề phòng khi quá tải, các mạch điện phải kín, đặt nơi khô ráo. 8.1.3.4. An toàn sử dụng thiết bị. - Thiết bị, máy móc phải sử dụng đúng chức năng đúng công suất. - Mỗi loại thiết bị phải có hồ sơ rõ ràng, sau mỗi ca làm việc phải có sự bàn giao máy móc, nêu rõ tình trạng để ca sau xử lí. - Thường xuyên theo dõi chế độ làm việc của máy móc, có chế độ vệ sinh, sát trùng vô dầu mỡ thiết bị. 8.1.3.5. Phòng chống cháy nổ. Đối với nhà máy rượu việc phòng chống chảy nổ là rất quan trọng do sản phẩm nhà máy là cồn rất dễ cháy nổ, phải có đủ nước và thiết bị chữa cháy. 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 nhà máy. Vấn đề vệ sinh xí nghiệp có ý nghĩa cực kỳ quan trọng đối với nhà máy sản xuất cồn. Nếu tiêu chuẩn vệ sinh trong nhà máy không đảm bảo sẽ tạo điều kiện cho vi sinh vật gây bệnh phát triển. 8.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân. - Công nhân phải mặc áo quần sạch sẽ, đội mũ, đeo khẩu trang, đi ủng và mang găng tay và phải có bịt tai. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 121 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Không được ăn uống trong khu sản xuất. - Thực hiện tốt chế độ khám sức khoẻ định kì cho công nhân. 8.2.2. Vệ sinh máy móc thiết bị. Máy móc, thiết bị phải được vệ sinh sạch sẽ. Đặc biệt các thùng lên men phải được vệ sinh, sát trùng kỹ để chuẩn bị lên men lượng dịch tiếp theo, nhằm hạn chế tối đa sự nhiễm tạp khuẩn làm giảm hiệu suất lên men. 8.2.3. Vệ sinh xí nghiệp. Trong phân xưởng sản xuất, sau mỗi ca cần phải vệ sinh khu làm việc. 8.2.4. Xử lí phế liệu trong quá trình sản xuất. Phế liệu trong quá trình sản xuất như bã hèm là phế liệu dễ gây nhiễm bẩn. Sau mỗi mẻ sản xuất cần chứa đúng quy định và xử lí để sản xuất phân bón vi sinh, hoặc thức ăn gia súc. 8.2.5. Xử lí nước thải. Nước thải chứa nhiều tạp chất hữu cơ nên vi sinh vật dễ phát triển gây ô nhiễm môi trường sống của con người. Vì vậy vấn đề xử lí nước thải rất quan trọng đối với nhà máy. Nhà máy sử dụng phương pháp sinh học để xử lí nước thải. Nguyên tắc làm việc hệ thống như sau: Nước thải chảy xuống bể lắng và đi ra ngoài. Do sự tiếp xúc của nước thải và vi sinh vật trên bề mặt vật liệu xốp nên quá trình xử lý được tiến hành khá nhanh. Vật liệu xốp ở đây có thể là gốm, sứ, đá dăm với độ xốp cao. Ưu điểm của bể lắng sinh học là quá trình làm sạch nhanh, liên tục thiết bị đơn giản, dễ làm, rẻ tiền và dễ ứng dụng. 8.2.6. Xử lí nước dùng cho sản xuất. Các nguồn nước đều không đạt tiêu chuẩn về chất lượng để sản xuất rượu. Do đó cần phải xử lý nước trước khi đưa vào sản xuất. Nhà máy sử dụng phương pháp kết tủa các ion Ca2+, Mg2+. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 122 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 9 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG SẢN PHẨM 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 sản phẩm. 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. 9.1. Kiểm tra nguyên liệu. Trong công nghệ lên men nói chung và sản xuất rượu nói riêng, việc kiểm tra hay xác định hàm ẩm, % tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng, vì nó ảnh hưởng đến số lượng và chất lượng nguyên liệu đưa vào sản xuất. 9.1.1. Xác định độ ẩm . Thông thường độ ẩm trong nguyên liệu được xác định theo phương pháp sấy và chỉ cho kết quả gần đúng. Vì sấy ở nhiệt độ cao, một số chất hữu cơ trong nguyên liệu sẽ bị phân hủy và bay hơi cùng nước, khi đó lại có một lượng nhỏ nước liên kết không bay hơi hết. Để hạn chế sai số người ta chỉ sấy ở 100÷1050C và kéo dài trong 3÷4 giờ. Đôi khi muốn rút ngắn thời gian sấy người ta thực hiện ở 1300C trong 140 phút. Cân khoảng 5 gam bột sắn đã nghiền nhỏ trong hộp nhôm đã biết trọng lượng. Sau đó đặt hộp nhôm vào tủ sấy có nhiệt độ 105 0C, sau 3 giờ đậy hộp nhôm và đem làm nguội ở bình hút ẩm, sau đó đem cân lại, ghi lại số cân rồi đặt hộp nhôm vào tủ, sấy tiếp 30÷60 phút. Sau đó đem làm nguội và cân lại lần 2. Nếu sai số hai lần không quá 0,001 gam thì xem như quá trình sấy kết thúc. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 123 GVHD: Trần Xuân Ngạch Phương pháp này gọi là phương pháp sấy đến khối lượng không đổi. Độ ẩm của nguyên liệu tính theo công thức sau: W= a -b ×100% a -c a: khối lượng hộp nhôm cộng khối lượng nguyên liệu trước khi sấy, g. b: khối lượng hộp nhôm chứa nguyên liệu sau sấy, g. c: khối lượng hộp nhôm khô không chứa nguyên liệu, g. 9.1.2. Xác định hàm lượng tinh bột. Cân khoảng 2g trên cân phân tích sau đó chuyển toàn bộ vào bình tam giác có dung tích 250ml, cho vào 100ml HCl 2%. Tiến hành đun cách thuỷ trong 2 giờ. Sau 2 giờ thuỷ phân toàn bộ lượng tinh bột đã biến thành glucoza, làm nguội đến nhiệt độ phòng rồi thêm 4÷5 giọt metyl da cam. Dùng NaOH 10% để trung hoà axit tới đổi màu rồi chuyển toàn bộ dịch vào bình định mức 250ml, tráng bình thêm nước cất cho đến 250ml rồi lọc. Hàm lượng tinh bột được xác định: a × 250 × 100 × 0,9% b×m TB = [6, tr 215] a: số gam glucoza tương ứng với 20ml ferixyanua Kali K 3Fe(CN)6. b: số ml dịch đường loãng tiêu hao khi định phân. m: số gam bột sắn ở mẫu thí nghiệm. 0,9: hệ số chuyển glucoza thành tinh bột. 9.1.3. Xác định hàm lượng protein thô và nitơ hoà tan trong nguyên liệu. Xác định hàm lượng protein thường được theo phương pháp Kjeldal: Đun nóng các chất hữu cơ trong axit sunfurit đậm đặc, trong điều kiện đun nóng H2SO4 sẽ phân ly thành SO3 và hơi nước. Tiếp theo SO3 tách thành SO2 và O2, O2 vừa giải phóng sẽ oxy hoá các chất hữu cơ để tạo thành CO 2 và H2O, còn NH3 sẽ kết hợp với H2SO4 tạo ra (NH4)HSO4 bền trong môi trường axit, phương trình phản ứng: 2H2SO4  2SO3 +H2O  2SO2 +O2 +H2O Oxy sẽ oxy hoá gluxit, chất béo thành CO 2 + H2O còn axit amin sẽ tạo ra SO 2, CO2 và NH3. NH3 bay ra khi cất sẽ được thu vào bình chứa H 2SO4. Từ đây suy ra lượng nitơ chứa trong mẫu thí nghiệm, sau đó nhân với 6,25 ta thu được protein thô. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 124 GVHD: Trần Xuân Ngạch Tiến hành: lấy 1÷2 gam bột sao cho lượng nitơ trong mẫu khoảng 15÷40 mg. Cân chính xác mẫu thí nghiệm trên cân phân tích trong ống nghiệm sau đó cho vào bình Kjeldal, cân lại ống nghiệm để biết lượng bột của mẫu. Tiếp theo cho vào bình 20ml H2SO4 đậm đặc (d=1,84), 0,5g CuSO4 và 1g K2SO4 lắc nhẹ 5÷7 phút. Đặt bình lên bếp để trong tủ hút khí độc. Đun nhẹ lửa lúc ban đầu để tránh trào bọt, thỉnh thoảng nhỏ vài giọt cồn. Đun kéo dài cho đến khi xuất hiện màu xanh của CuSO4 trong hỗn hợp khoảng 4÷5 giờ. Đun xong, để nguội và chuyển toàn bộ vào bình cầu rồi tiến hành chưng cất. Dùng bình thu dịch chưng cất cho vào chính xác 25ml H2SO4 hoặc HCl 0,1N. Thêm 10÷15 ml nước cất và 3 giọt metyl da cam. Bình cầu chứa dịch cần chưng cất cần thêm vào 15ml NaOH 40% và tiến hành chưng cất. Thời gian chưng cất 30÷60 phút, thử nước ngưng với giấy quỳ nếu không có phản ứng xem như chưng cất kết thúc. Dung dịch chưng được chuẩn bằng NaOH 0,1N để suy ra lượng axit đã tác dụng với NH3. Hàm lượng Nitơ tính theo công thức: Trong đó: ( a − b ) × 0,0014 % m [6, tr 239] a: số ml H2SO4 0,1N cho vào bình dung dịch chưng. b: số ml NaOH 0,1N định phân lượng axit dư. 0,0014: hàm lượng nitơ tương ứng với dung dịch H 2SO4 0,1N. m: lượng bột sắn. 9.2. Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hoá tinh bột. Xác định hoạt độ đường hoá chung theo Linơ: Thực hiện: Xác định 20ml dung dịch ferixyanua kali 1% tương đương bao nhiêu mg đường. Dùng ống hút lấy 20ml K 3Fe(CN)6 1% cho vào bình tam giác 250ml, sau đó thêm 5ml KOH 2,5N và 2÷3 giọt xanh metylen, 3÷4 ml dịch đường 0,5% tinh khiết. Lắc đều và đun sôi 2÷3 phút. Dùng ống hút nhỏ dung dịch đường vào dung dịch đang sôi cho đến mất màu xanh metylen. Làm thí nghiệm 2÷3 lần lấy kết quả trung bình. Hút 20ml dung dịch tinh bột 2% cho vào bình tam giác 100ml, sau đó đun cách thuỷ bình ở nhiệt độ 300C, sau 15÷20 phút cho vào bình 2ml dung dịch Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 125 GVHD: Trần Xuân Ngạch enzyme. Lắc đều tính thời gian, sau 30 phút giữ ở 30 0C ta lấy bình tam giác ra và nhúng vào dung dịch đang sôi để vô hoạt enzyme, đảm bảo thời gian thuỷ phân đúng 30 phút, làm nguội đến nhiệt độ phòng và dung dịch này dùng để chuẩn 20ml dung dịch ferixyanua. Lấy 20ml dung dịch ferixyanua vào bình tam giác 250ml, cộng thêm 5ml KOH 2,5N và 2÷3 giọt xanh metylen đem đun sôi rồi dùng dung dịch đó chuẩn lượng tinh bột đã thuỷ phân tới mất màu xanh. Làm thí nghiệm khác tương tự nhưng dung dịch chuẩn là dung dịch enzyme. Giả sử dịch thuỷ phân chuẩn hết là a ml, dịch enzyme chuẩn hết là b ml. Hệ số Linơ: 100 100 − × 0,1 b Li = a [6, tr 259] 0,1: tỉ số pha loãng dịch enzyme trong thí nghiệm. 9.3. Kiểm tra dịch đường hoá và giấm chín sau lên men. 9.3.1. Độ rượu trong giấm chín. Sau khi lên men trước hết ta cần kiểm tra nồng độ rượu trong giấm chín, ngoài ra ta còn phải kiểm tra rượu sót ở đáy tháp thô và tháp tinh. Muốn xác định ta phải chưng cất để tách rượu ra khỏi các chất hoà tan. Lấy 100ml dung dịch lọc giấm chín có nhiệt độ khoảng 200C cho vào bình định mức 100ml, rót dịch giấm vào bình rồi tráng bằng 100ml nước cất rồi đổ vào bình cất. Tiến hành chưng cất cho đến khi dịch cất được 97÷98 ml thì ngừng và đặt bình đựng dung dịch cất được vào nồi điều nhiệt và giữ ở 20 0C. Sau 10÷15 phút thêm nước cất đến 100ml, đậy kín và chuẩn bị đo nồng độ rượu. Để kiểm tra rượu sót, sau khi thu được dịch cất ta đem xác định rượu theo phương pháp hoá học và dựa trên cơ sở phản ứng: 3C2H5OH + 2 K2Cr2O7 +8H2SO4 = 3CH3COOH +2K2SO4 + 2Cr2(SO4)3 + 11H2O Lượng bicromat kali dư được xác định theo phương trình phản ứng: K2Cr2O7 + 6KI +7H2SO4 = 3I2 +4K2SO4 +2Cr2(SO4)3+ 7H2O I2 giải phóng ra được định phân bằng phươnh trình: Na2S2O3: Na2S2O3+ I2 = 2 NaI + Na2S2O6 Tiến hành: Lấy 20ml dung dịch bicromat kali cho vào bình cầu 500ml cho thêm 5ml H2SO4, tiếp tục cho vào 10ml dung dịch rượu đã pha loãng đến Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 126 GVHD: Trần Xuân Ngạch 0,3÷0,6% hay 20ml dịch cất từ bã rươu hay nước thải, lắc đều và để phản ứng 15 phút. Cân khoảng 1÷2 gam KI hoà với 1 ít nước rồi cho vào bình phản ứng, lắc đều và để vào chổ tối. Sau khoảng 10 phút thêm vào 100ml cất rồi định phân I 2 vừa được tạo thành bằng dung dịch Na 2S2O3 0,1N với chỉ thị là dung dịch tinh bột 0,5% cho đến khi xuất hiện màu xanh da trời (màu của Cr 2(SO4)3). Song song với mẫu thí nghiệm ta làm với mẫu trắng thay rượu bằng nước cất. căn cứ vào hiệu số giữa lượng Na 2S2O3 mẫu thí nghiệm và mẫu trắng ta suy ra lượng rượu chứa trong mẫu thí nghiệm và % rượu sót: ( A − A0 ) × 1,15 20 × 100 (mg/100ml). [6, tr 242] A: số ml Na2S2O3 tiêu hao trong thí nghiệm. A0: số ml Na2S2O3 tiêu hao trong mẫu trắng. 1,15: lượng rượu tương ứng với 1ml Na2S2O3 0,1N. 9.3.2. Đường và tinh bột sót trong giấm chín. Xác định hàm lượng tinh bột và đường theo phương pháp dùng antron: ( C6H4COCH2C6H4). Cơ sở phương pháp: Trong dung dịch axit sunfurit đậm đặc antrim sẽ phản ứng với gluxit lên men và tạo chất màu xanh da trời. Tiến hành: Cân 2 mẫu giấm chín, mỗi mẫu 20g trong cốc khô đã biết trướckhối lượng. Lấy 1 mẫu cho vào bình định mức 250ml, tráng sạch bằng nước cất rồi rót vào bình, mẫu này dùng xác định đường chưa lên men còn mẫu thứ 2 xác định tổng lượng tinh bột sót. Ở mẫu thứ nhất ta cho vào bình 2ml dung dịch ZnSO4 30% và giữ 2 ÷3 phút để kết tủa prôtêin. Sau đó cho dung dịch K 3Fe(CN)6 15% rồi thêm nước cất tới nút bình và đem lọc vào cốc khô, dịch lọc ban đầu còn đục bỏ đi, dịch trong để phân tích. Dùng ống hút 10ml dung dịch antron . Tiếp theo cho vào ống 1÷5ml nước cất, mẫu kiểm nghiệm khác cho 5ml dịch đường loãng. Dậy nút, lắc đều và cho vào nước đang sôi sao cho ½ phút thì sôi trở lại và giữ thêm 5÷6 phút nữa, lấy ống nghiệm ra nhúng ngay vào nước lạnh. Mẫu thứ 2 dùng xác định cả tinh bột và đường, cần chuyển tinh bột sang trạng thái hoà tan. Ta chuyển 28g giấm vào bình định mức 250ml rồi cho tshêm Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 127 GVHD: Trần Xuân Ngạch 80ml dung dịch H2SO4 0,5% để rửa và tráng cốc. Đặt bình vào nước đang sôi và giữ khoảng 15 phút, sau đó làm nguội, thêm nước cất đủ 250ml và đem lọc trong. Dung dịch đem pha loãng và tiến hành phản ứng với antrim như trên. Sau đó đo mật độ quang D3 và D4. Tổng lượng tinh bột và đường trong giấm được xác định: 18,9 × ( D3 − D4 ) × n (%) 1000 [6, tr 245] 9.3.3. Xác định nồng độ chất hoà tan của dịch đường và giấm chín. Trong dịch đường hoá chứa một lượng chất hoà tan chủ yếu là tinh bột hoà tan, dextrin, đường có gốc glucoza khác nhau. Ngoài ra còn chứa protein, khoáng. Các chất này mang tên chung là chất khô của dịch đường và đo bằng đường kế ở nhiệt độ 200C. Đường hoá xong ta đem lọc dịch đường rồi lấy dịch trong cho vào ống đong để đo. Nồng độ chất hoà tan sau khi lên men còn gọi là độ lên men hay đường sót cũng được đo bằng đường kế ở điều kiện 200C. 9.4. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm. 9.4.1. Nồmg độ rượu. Đo độ rượu bằng rượu kế. 9.4.2. Hàm lượng axit và este trong cồn. Dùng ống hút cho 100ml cồn pha loãng tới 50% vào bình tam giác 250ml. Nối với hệ thống làm lạnh ngược, đun sôi 15 phút để tách CO 2. Tiếp theo làm lạnh đến nhiệt độ phòng, cho 3÷4 giọt phenolftalein, dùng dung dịch NaOH 0,5N chuẩn đến xuất hiện màu hồng nhạt. V × 6 × 10 × 100 C Hàm lượng axit tính theo công thức: (mg/l). [6, tr 255] Trong đó: V: Số dung dịch NaOH 0,1N tiêu hao khi điện phân. 6: Số mg axetic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 10: Hệ số chuyển thành 1 lít. 100: Hệ số chuyển thành cồn 100%. C: Nồng độ cồn trong dung dịch đem phân tích. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 128 GVHD: Trần Xuân Ngạch Sau khi chuẩn hàm lượng axit ta 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: CH 3COOC2H5 + 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). [6, tr 256] V: số ml NaOH 0,1N tiêu hao khi chuẩn H2SO4 dư. 8,8: lượng este etylic ứng với 1ml NaOH 0,1N. 9.4.3. Xác định hàm lượng aldehyt theo phương pháp Iốt. Tiến hành: Lấy 50ml rượu hoặc cồn đã pha loãng xấp xỉ 50% cho vào bình tam giác 250ml. Sau đó thêm vào 25ml NaHSO 3 1,2% lắc đều để 1 giờ. Tiếp tục cho vào 5÷7 ml HCl 0,1N và dung dịch iốt 0,1N để oxy hoá lượng NaHSO 3 dư với chỉ thị dùng là dung dịch tinh bột 0,5%. Lượng dung dịch I 2 0,1N và 0,01N tiêu hao trong giai đoạn này không tính đến. Tiếp theo cho vào bình 25ml dung dịch NaHSO 3 để giải phóng lượng NaHSO3 và andehyt. Sau 1 phút ta 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, ta 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). [6, tr 257] V, V0: số ml dung dịch I2 0,01N tiêu hao mẫu thí nghiệm và mẫu kiểm chứng. 0,22: số mg andehyt axetic tương ứng 1ml dung dịch I 2 0,01N. C: số ml rượu mẫu lấy để phân tích. 9.4.4. Xác định hàm lượng ancol cao phân tử. Cơ sở: dựa vào phản ứng của ancol cao phân tử với andehyt salixilic, trong môi trường axit sunfuric ancol etylic phản ứng với andehyt salixilic và có màu vàng, nếu trong rượu chứa ancol cao phân tử thì màu hổn hợp là màu đỏ (da cam). Tiến hành: dùng một ống đong 50ml hay 25ml có nút nhám đã rửa sạch, sấy Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 129 GVHD: Trần Xuân Ngạch 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 %) [6, tr 259] a: hàm lượng dầu fusel trong mẫu. C: nồng độ cồn trong mẫu thí nghiệm. 9.4.5. Xác định hàm lượng ancol metylic. Tiến hành: Lấy ống nghiệm t0(18x180) khô sạch, cho vào đó 0,1ml dịch cồn hoặc rượu cộng thêm 5ml KMnO 4 1% và 0,4ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc. Lắc nhẹ và để yên sau 3 phút thêm vào đó 1ml axit oxalic bão hòa để khử lượng KMnO4 dư. Khi dung dịch có màu vàng, thêm vào 1ml dung dịch axit sunfuric đậm đặc, khi mất màu dùng ống hút cho vào 5ml dung dịch fucxin lắc nhẹ và để 25÷30 phút. Song song tiến hành thí nghiệm với mẫu chứa ancol metylic đã biết trước. Sau 25÷30 phút nếu màu của ống thí nghiệm nhạt hoặc bằng màu của dung dịch mẫu thì xem như là đạt tiêu chuẩn về hàm lượng ancol metylic, nếu màu của thí nghiệm đậm hơn là không đạt. 9.4.6. Xác định hàm lượng furfurol. Cơ sở: 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. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 130 Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày GVHD: Trần Xuân Ngạch SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 131 GVHD: Trần Xuân Ngạch KẾT LUẬN Sau 3 tháng học hỏi và nghiên cứu với sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy Trần Xuân Ngạch, đến nay tôi đã hoàn thành xong đồ án tốt nghiệp của mình với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất bio-etanol từ nguyên liệu tinh bột với năng suất 60.000 lít/ngày”. Qua đồ án này đã giúp em hiểu thêm về: - Những điều kiện cần thiết để xây dựng một nhà máy sản xuất thực phẩm - nói chung và nhà máy sản xuất bio-ethanol nói riêng. Quy trình công nghệ cơ bản để sản xuất Bio-etanol 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. Tính toán, chọn các thiết bị phù hợp với dây chuyền công nghệ và cách bố trí các thiết bị hợp trong nhà máy. Qua quá trình thực hiện đồ án tốt nghiệp này đã giúp em cũng cố thêm kiến thức chuyên môn, kiến thức về thiết kế một nhà máy sản xuất bio-etanol 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 còn hạn hẹp 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 22 tháng 5 năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Phượng Vĩ Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 132 GVHD: Trần Xuân Ngạch TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt. 1. Đoàn Dụ, Bùi Đức Hợi, Mai Văn Lề, Nguyễn Như Thung (1983), Công nghệ và các máy chế biến lương thực, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 2. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa (1992), Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học (1), Nxb Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 3. Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuông, Trần Quang Thảo, Võ Thị Ngọc Tươi, Trần Xoa (1992), Cơ sở các quá trình và thiết bị công nghệ hóa học (2) , Nxb Đại học và Trung học chuyên nghiệp. 4. Nguyễn Thanh Hằng, Nguyễn Đình Thưởng (2005), Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn Etylic, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 5. Trần Xuân Ngạch, Phan Thị Bích Ngọc (2005), Giáo trình công nghệ lên men rượu, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. 6. Trần Xuân Ngạch (2007), Giáo trình công nghệ lên men rượu, Trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. 7. Nguyễn Văn Phước (1979), Kỹ thuật sản xuất rượu Etylic, Bộ lương thực và thực phẩm (TL lưu hành nội bộ). 8. Nguyễn Thọ, Lê Văn Hoàng, Lê Thị Liên Thanh, Trần Thế Truyền, Phan Bích Ngọc, Trần Xuân Ngạch (1998), Thí nghiệm công nghệ thực phẩm, Đại Học kỹ thuật Đà Nẵng. 9. Trần Thức (1998), Công nghệ sản xuất rượu etylic, Trường cao đẳng lương thực - thực phẩm 10.Trần Thế Truyền (2006), Cơ sở thiết kế nhà máy hóa, Khoa Hóa – Trường Đại học Bách khoa, Đà Nẵng. 11. TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên (2004), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (1), Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. 12. TS Trần Xoa, Pgs, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản (2004), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất (2), Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 133 GVHD: Trần Xuân Ngạch 13. Lê Ngọc Trung, Qúa trình và thiết bị truyền chất, Khoa Hóa – Trường Đại học Bách Khoa, Đà Nẵng. 14. Tài liệu nhà máy cồn Đại Tân. 15. Nguyễn Văn Phước (1979), Kỹ thuật sản xuất rượu Etylic, Bộ lương thực và thực phẩm (TL lưu hành nội bộ). Website 16. http://vn.sbmchina.com/hammer_crusher.html. Truy cập ngày 27/3/2014 17. http://bomcongnghiep.vn/TD05/185/386/pentax---cm.html.Truy cập ngày 20/4/2014 18.https://www.google.com.vn/url? sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&cad=rja&ved=0CCoQFjAA&url=htt p%3A%2F%2Ftailieu.vn%2Ftag%2Ftai-lieu%2Fc%25E1%25BB%2593n %2520sinh%2520h%25E1%25BB %258Dc.html&ei=kOeWUfWaFsmzrAeZ3YCIDw&usg=AFQjCNEgZ7JfAFI9OU Nyh5QrR0J6M8Ou3g&sig2=776hjUgcDUVhulyqua8UEA Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT [...]... nguyên liệu cho nhà máy nên nhà máy có kế hoạch ngừng hoạt động vào tháng này để vệ sinh, sữa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết Tháng 1 2 3 Số ngày sản xuất 2 2 Số ca sản xuất 7 6 7 6 4 5 6 7 8 9 10... ( 25÷27 0C), hai thùng tiếp theo (2 7÷300C), các thùng còn lại ( 27÷280C) 3.2.7 Chưng cất [ 4, tr 169] 3.2.7.1 Mục đích - Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín, kết quả thu nhận được cồn thô - Tinh chế là tách tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn, thu được sản phẩm cồn tinh chế Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày. .. 0 26 26 26 78 75 75 78 7 6 81 0 78 78 78 Tổng số ngày sản 8 xuất: 8285 ngày, tổng số ca sản 8 xuất: 855 ca Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 35 GVHD: Trần Xuân Ngạch 4.3 Tính cân bằng vật chất 4.3.1 Các thông số ban đầu - Năng suất: 60.000 lít cồn/ ngày - Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô -... Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 22 GVHD: Trần Xuân Ngạch Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1 Chọn dây chuyền công nghệ Nguyên liệu sắn Làm sạch Nghiền nguyên liệu Nấu sơ bộ (t o=80÷850C) Phun dịch hóa (to=94÷960C) Enzyme Termamyl Hơi Hơi thứ Nấu chín (to=100÷1050C) Thiết kế nhà. .. so với nấu gián đoạn Nhược điểm - Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 13 GVHD: Trần Xuân Ngạch - Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích - Nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn - Khó vệ sinh do nhiều thiết bị và thiết. .. Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày Hơi SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 23 GVHD: Trần Xuân Ngạch Tách hơi Làm nguội Enzyme Spirit Đường hoá (to=60÷620C) H2SO4, Na2SiF6 Làm nguội Lên men dịch đường (to=30÷320C) Nấm men Giấm chín Hơi Tháp thô Bã rượu Cồn thô *Cồn nhạt Dầu fusel Tháp tinh chế Hơi Cồn đầu Cồn ( khoảng 96 0 ) Hơi Bốc hơi... yêu cầu là M ( kg ) Với tỉ lệ hao hụt trong quá trình sản xuất như trong bảng 4.1 ta có: Lượng nguyên liệu thu được sau khi làm sạch : m1 = M × (1 00 − 2) = 0,98 × M 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch ( với lượng tinh bột có trong nguyên liệu là 73 %) : mTB1 = m1 × 73 0,98 × M × 73 = = 0,715 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch ( với lượng chất... có kích thước lớn Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT Đồ án tốt nghiệp Trang 21 GVHD: Trần Xuân Ngạch + Khi sử dụng Zeolite để hấp phụ sản xuất cồn tuyệt đối, bản chất là chất hấp phụ chọn lọc nước trong hỗn hợp nước và etanol có nồng độ thấp hơn + Kích thước động học của ethanol và nước: Kích thước động học của ethanol là:... liệu là 87 %): m1 × 87 0,98 × M × 87 = = 0,853 × M 100 100 (kg) mCK 1 = Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch ( với độ ẩm trong nguyên liệu là 13 %): m H 2O (1 ) = m1 × 13 0,98 × M × 13 = = 0,127 × M 100 100 (kg) 4.3.2.2 Công đoạn nghiền Với tỉ lệ hao hụt như trong bản 4.1: Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: m2 = m1 × (1 00 − 0, 5) 0,98 × M × 99,5 = = 0,975 × M 100 100 (kg) Khối lượng... × M 100 100 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền ( tinh bột chiếm 73% nguyên liệu): mTB 2 = m2 × 73 0,975 × M × 73 = = 0,712 × M 100 100 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền ( chất khô chiếm 87% nguyên liệu): Thiết kế nhà máy sản xuất bio- etanol từ tinh bột năng suất 60000 lít/ ngày SVTH: Nguyễn Thị Phượng Vĩ Lớp : 12H2LT ... 99,5 = 0,388 × M 100 (lit) Năng suất nhà máy 60.000 (lit /ngày) nên ta có : Vcồn99,97%= 0,388 ×M = 60.000 (lít) Vậy M = 154639,175(kg /ngày) Vậy để sản xuất 60.000 lít sản phẩm / ngày bio-etanol ta... 100 100 (kg) Khối lượng nước dịch cháo lại sau nấu sơ bộ: m H O ( 3) = ( m H O ( ) + X ) × (1 00 − 1) 99 = (0 ,126 × M + X ) × 100 100 = 0,125 × M + 0,99 × X (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất bio-... với hao hụt 2% là: mĐuong( 8) = mĐuong × (1 00 − 2) 100 = 0,675 × M × 98 = 0,662 × M 100 (kg) Khối lượng nước lại dịch đường sau đường hóa là: m H 2O ( ) = ( m H 2O ( ) + Y ) × (1 00 − 2) 98 = (3 ,734