Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày.

Thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày.

Bộ giáo dục và đào tạoTrường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

5 Các cán bộ hướng dẫn:

Phần: Họ tên cán bộ:

-Công nghệ: ………- Kinh tế: ………- Xây dựng: ………

6 Ngày giao nhiệm vụ đồ án:

7 Ngày hoàn thành đồ án:

Ngày … tháng … năm …

Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên)

Kết quả đánh giá:

- Quá trình thiết kế……….- Điểm………- Bản vẽ thiết kế……….

Sinh viên đã hoàn thành(Và nộp đồ án cho bộ môn)

Ngày … tháng … năm …(Ký tên)

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tìnhcủa các thầy cô cùng các bạn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Với đềtài “Thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày”

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Viện công nghệ sinhhọc – công nghệ thực phẩm, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt em xin

gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo Nguyễn Thanh Hằng, cô đã hướng dẫn em tận

tình trong suốt quá trình em thực hiện bản đồ án này Em cũng gửi lời cảm ơn đến

thầy Phan Đình Tính hướng dẫn phần xây dựng và thầy Phan Thế Vinh hướng dẫn

phần kinh tế để bản đồ án của em được hoàn thiện.

Bản đồ án là kết quả của sự nỗ lực học hỏi và nghiên cứu của em nhưng cũngkhông thể tránh khỏi có những sai sót xảy ra Do vậy, em rất mong các thầy, các côđóng góp ý kiến để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn và giúp em có thêmnhững kinh nghiệm thực tế hơn!

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, tháng 5 năm 2009.

Sinh viên thực hiện

Hà thị Yến

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

LỜI MỞ ĐẦU 10

CHƯƠNG I - LẬP LUẬN KINH TẾ 12

1.1 Thực trạng ngành công nghiệp sản xuất rượu cồn ở nước ta 12

1.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất rượu cồn 13

1.2.1 Nguồn cung cấp nguyên liệu 14

1.2.8 Thông tin, liên lạc 15

CHƯƠNG II - CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 16

2.1 Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm 16

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất 20

2.2.1 Nghiền nguyên liệu 21

2.2.1 Nghiền nguyên liệu 22

g) 2.2.1.1 Mục đích 22

h) 2.2.1.2 Các phương pháp nghiền 22

i) 2.2.1.3 Yêu cầu bột sắn sau khi nghiền 22

2.2.2 Hòa bột 22

j) 2.2.2.1 Mục đích 22

k) 2.2.2.2 Tiến hành 22

2.2.3 Công đoạn nấu 23

l) 2.2.3.1 Mục đích 23

m) 2.2.3.2 Các phương pháp nấu 23

n) 2.2.3.3 Chọn phương pháp nấu 26

2.2.4 Công đoạn đường hóa 27

o) 2.2.4.1 Mục đích 27

p) 2.2.4.2 Tác nhân đường hóa 27

q) 2.2.4.3 Các phương pháp đường hóa 27

r) 2.2.4.4 Chọn phương pháp đường hóa 29

2.2.5 Công đoạn lên men 30

s) 2.2.5.1 Mục đích 30

t) 2.2.5.2 Các phương pháp lên men 30

u) 2.2.5.3 Chọn phương pháp lên men 31

2.2.6 Công đoạn chưng luyện và tinh chế 33

v) 2.2.6.1 Mục đích 33

w) 2.2.6.2 Các phương pháp chưng luyện 33

x) 2.2.6.3 Chọn phương pháp chưng luyện 35

y) 2.2.6.3.1 Tiến hành 35

CHƯƠNG III - TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 37

3.1 Tính hiệu suất lý thuyết 37

3.2.Tính hiệu suất thực tế 37

3.3 Tính cân bằng cho nguyên liệu 38

3.4 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn nấu và công đoạn đường hóa 39

3.4.1 Tính lượng dịch cháo sau khi nấu 39

3.4.2 Tính lượng dịch đường hóa (lượng chất khô hòa tan) 40

3.4.3 Tính lượng chế phẩm 42

z) 3.4.3.1 Lượng Termamyl 42

aa) 3.4.3.2 Lượng Sansuper 42

bb) 3.4.3.3 Tính lượng chất sát trùng Na2SiF6 42

cc) 3.4.3.4 Tính lượng men khô 42

3.5 Tính cân bằng cho công đoạn lên men 43

3.5.1 Lượng cồn khan thu được sau khi lên men 43

3.5.2 Tính độ cồn trong giấm chín sau lên men 43

3.5.3 Tính lượng urê cần bổ sung 44

3.6 Tính cân bằng cho công đoạn chưng cất 44

3.7 Tính cân bằng cho hệ thống chưng luyện 45

3.7.1 Tính cân bằng cho tháp thô 45

dd) 3.7.1.1 Cân bằng vật chất (tính theo 100 kg giấm chín) 45

ee) 3.7.1.2 Cân bằng hơi rượu 46

ff) 3.7.1.3 Cân bằng nhiệt lượng 47

3.7.2 Tính cân bằng cho tháp aldehyt 48

gg) 3.7.2.1 Cân bằng hơi 48

hh) 3.7.2.2 Cân bằng vật chất 49

ii) 3.7.3 Cân bằng cho tháp tinh 50

jj) 3.7.3.1 Cân bằng vật chất 50

kk) 3.7.3.2 Cân bằng nhiệt lượng 51

CHƯƠNG IV - TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 54

4.1 Chọn thiết bị cho khâu chuẩn bị nguyên liệu 54

4.1.1 Cân 54

4.1.2 Máy nghiền và thùng chứa bột nghiền 54

4.1.3 Vít tải và gầu tải 55

4.2 Chọn và tính toán cho nồi nấu (hòa bột trong nồi nấu) 55

4.2.1 Thời gian tiến hành một nồi nấu 55

4.2.2 Tính toán kích thước nồi 55

4.3 Chọn và tính toán cho thiết bị khâu đường hóa 56

4.3.1 Tính chu kỳ làm việc của nồi đường hóa 56

4.3.2 Tính kích thước cho nồi đường hóa 57

4.3.3 Tính toán cho hệ thống làm lạnh 57

4.4 Tính toán cho thùng lên men 60

4.4.1 Tính chu kỳ làm việc của thùng lên men 60

4.4.2.Tính toán thùng lên men 61

4.4.3 Tính toán cho hệ thống làm mát kiểu ống lồng ống 62

4.5 Tính và chọn thiết bị hoạt hóa men giống 64

mm) 4.7.1.2 Chiều cao của tháp 67

4.7.2 Tính cho tháp aldehyt 68

nn) 4.7.2.1 Đường kính tháp 68

oo) 4.7.2.2 Chiều cao tháp 68

4.7.3.Tính cho tháp tinh 68

pp) 4.7.3.1 Đường kính tháp tinh 68

qq) 4.7.3.2 Chiều cao tháp 68

4.7.4 Các thiết bị phụ 68

rr) 4.7.4.1 Bình hâm giấm 68

ss) 4.6.3.2 Bình ngưng tụ hồi lưu của tháp thô.

ww) 4.6.3.6 Thùng cao vị 80

xx) 4.6.3.7 Thùng chứa cồn thực phẩm, thùng chứa cồn đầu và thùng chứa dầu fusel 80

yy) 4.6.3.8 Bình tách CO2 và bình chống phụt giấm 81

CHƯƠNG V - TÍNH ĐIỆN, HƠI, NƯỚC 84

ccc) 5.1.3.2 Xác định dung lượng bù 105

5.1.4 Tính lượng điện tiêu thụ hằng năm 105

ddd) 5.1.4.1 Điện thắp sáng Acs 105

eee) 5.1.4.2 Điện động lực Ađl 106

fff) 5.1.4.3 Điện cả nhà máy 106

5.2 TÍNH HƠI 106

5.2.1 Hơi dùng cho xưởng chưng luyện 107

5.2.2 Lượng hơi dùng trong phân xưởng nấu, đường hóa, và cho hệ thống xônghơi sát trùng 107

5.2.3 Chọn nồi hơi và tính nhiên liệu 107

5.3.1 Tính nước dùng cho sản xuất 109

iii) 5.3.1.1 Nước dùng cho nấu ( hòa bột và nấu) 109

jjj) 5.3.1.2 Nước dùng cho đường hóa 109

kkk) 5.3.1.3 Nước dùng trong lên men 110

lll) 5.3.1.4 Nước dùng cho chưng cất 110

mmm) 5.3.1.5 Lượng nước cấp cho lò hơi 112

nnn) 5.3.1.6 Lượng nước dùng cho vệ sinh thiết bị, nhà xưởng 112

5.3.2 Tính nước dùng cho sinh hoạt 113

CHƯƠNG VI - TÍNH TOÁN XÂY DỰNG 113

6.1 Giới thiệu sơ bộ luận chứng xây dựng nhà máy 113

qqq).Kho cồn thành phẩm, kho rượu thành phẩm và phân xưởng rượu mùi, kho chứa vỏ chai 121

rrr) 6.2.2.2 khu vực đảm bảo năng lượng 121

sss) a Phân xưởng lò hơi 121

ttt) b Xưởng cơ điện 121

6.2.2.4 Các công trình giao thông, cây xanh và đất dự trữ 122

6.3 Thuyết minh về giải pháp kiến trúc và kết cấu xây dựng phân xưởng sản xuất và các công trình 123

6.3.3 Cách bố trí thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính 126

6.4 Kết luận 127

6.5 Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản 129

6.4.1 Hệ số xây dựng 129

6.4.2 Hệ số sử dụng 130

CHƯƠNG VII - TÍNH KINH TẾ 131

7.1 Mục đích và ý nghĩa của việc tính kinh tế 131

7.2 Nội dung tính toán kinh tế 131

7.2.1 Chi phí nhân công 131

7.2.1.1 Chi phí lao động trực tiếp 131

dddd) 7.2.1.2 Chi phí lao động gián tiếp 132

7.2.2 Chi phí sản xuất trong 1 năm của nhà máy 133

eeee) 7.2.2.1 Chi phí nguyên liệu sản xuất trực tiếp 133

ffff) 7.2.2.2 Chi phí sản xuất chung của nhà máy.

7.2.3 Tổng giá thành sản phẩm 137

7.2.4 Vốn đầu tư cố định của nhà máy 138

gggg) 7.2.4.1 Vốn đầu tư xây dựng 138

hhhh) 7.2.4.2 Vốn đầu tư thiết bị 140

7.2.5 Doanh thu, lợi nhuận và vốn đầu tư của nhà máy 141

7.2.6 Nguồn vốn của nhà máy 142

7.2.7 Điểm hòa vốn và giá trị hiện tại ròng 143

iiii) 7.2.7.1 Điểm hòa vốn 143

jjjj) 7.2.7.2 Tính chỉ số NPV 143

CHƯƠNG VIII: AN TOÀN LAO ĐỘNG – VỆ SINH CÔNG NGHIỆP – PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 145

8.1 An toàn lao động 145

8.1.1 An toàn máy móc 145

8.1.2 An toàn cho người lao động 145

8.2 Vệ sinh công nghiệp 146

8.3 Phòng chống cháy nổ 146

KẾT LUẬN 148

TÀI LIỆU THAM KHẢO 149

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến cácnguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm rượu etylic hayetanol Đây là ngành công nghệ được biết đến rất sớm và ngày càng được quan tâmphát triển bởi cồn có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực và đời sống xã hội Cồnpha với nước thành rượu để uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoaquả Trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh Cồn còn là một sản phẩm hoá học vì cồn có thể sử dụng trực tiếp hoặc là nguyênliệu trung gian để sản xuất axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat và các hoá chấtkhác, có thể tạo ra hoá chất dầu mỏ Cồn còn được dùng trong công nghiệp để làmchất đốt, làm dung môi hòa tan các hợp chất vô cơ và hữu cơ, trong cao su tổnghợp…

Ngoài ra hiện nay cồn tuyệt đối (≥ 99,5%V) còn được dùng để thay thế mộtphần nhiên liệu cho động cơ ô tô Cồn có thể thay thế 20%÷22% trong tổng lượngxăng thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng động cơxăng Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vìviệc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môitrường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ Nó làm tăng chỉ số octan củaxăng, ngăn cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra etyl chì là một chấtđộc hại Cồn có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy sản xuất cồn là công việc cần thiếtvà được quan tâm phát triển

Nước ta với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp, các sản phẩmngũ cốc dồi dào, phong phú đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứatinh bột cung cấp cho ngành sản xuất rượu cồn Tuy nhiên, hiện nay ngành côngnghiệp sản xuất cồn của nước ta vẫn chưa thực sự phát triển, công nghệ, thiết bị lạchậu, năng suất và chất lượng sản phẩm chưa cao, chủng loại sản phẩm nghèo nàn,chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ Ứng dụng của cồn trong các ngành công nghiệpchưa được rộng rãi, công suất của các nhà máy sản xuất còn thấp.

Do vậy, thiết kế và xây dựng thêm nhà máy sản xuất rượu cồn với năng suất và chấtlượng sản phẩm cao hơn là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệprượu cồn cũng như yêu cầu của nền kinh tế nước nhà.

CHƯƠNG I - LẬP LUẬN KINH TẾ

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

Ở Việt Nam, nghề nấu rượu có từ lâu đời và bắt đầu phát triển mạnh vào cuốithế kỷ thứ X Cho đến nay, có hai doanh nghiệp quốc doanh trung ương có công suấtsản xuất rượu cồn lớn nhất nước ta: Công ty rượu Hà Nội, công suất thiết kế 10 triệulít/năm; Nhà máy rượu Bình Tây, công suất thiết kế 20 triệu lít/năm và 26 doanhnghiệp quốc doanh địa phương có công suất thiết kế khoảng 25.8 triệu lít/năm Tuynhiên các nhà máy mới chỉ khai thác được 74% công suất thiết kế Ngoài ra còn cócác cơ sở sản xuất tư nhân và cổ phần: Tổng công suất thiết kế của các cơ sở nàykhoảng 4,55 triệu lít/năm Các cơ sở này phần lớn thiết bị chế tạo trong nước,thường có vốn đầu tư thấp, công suất nhỏ nên thiết bị thường chấp vá, không đồngbộ, lao động hoàn toàn thủ công, công nghệ sản xuất trong nước Một số cơ sở cóđầu tư thường xuyên cho công nghệ và thiết bị nên sản phẩm tương đối tốt và ổnđịnh, còn phần lớn các cơ sở khác sản xuất theo thời vụ, đối tượng bán hàng chủ yếutập chung ở các vùng nông thôn, miền núi, chất lượng sản phẩm kém, không ổn địnhnhưng giá thành thấp, nên kinh doanh vẫn có hiệu quả Mặt khác, cùng với sự pháttriển của nền kinh tế thị trường, rượu do dân tự nấu có chất lượng tốt cũng đượcbung ra sản xuất như một ngành nghề, tạo nên những làng nghề nấu rượu Tổng sảnlượng rượu dân tự nấu rất lớn, theo báo cáo của các tỉnh và số liệu thống kê đạt:242,412 triệu lít/năm Trong đó loại rượu nấu ở các địa phương có truyền thốngkhoảng 82,412 triệu lít/năm Sản lượng rượu dân tự nấu rải rác ở các địa phương cònlại không thống kê được, ước còn khoảng: 160 triệu lít Ngoài ra hàng năm ta cònnhập một lượng lớn các loại rượu ngoại để đáp ứng nhu cầu trong nước.

Nhìn chung, ngành công nghiệp rượu hiện nay vẫn chưa phát triển, côngnghệ, thiết bị lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao, cồn của các nhà máy làm ranói chung là chưa đạt TCVN-71, nhưng bản thân TCVN-71 về cồn rượu cũng thuộcloại thấp so với các nước tiên tiến trên thế giới Chủng loại sản phẩm nghèo nàn,chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu.

Nguyên nhân là do thiếu vốn để đầu tư, đổi mới thiết bị công nghệ, nâng caochất lượng sản phẩm Do đó khả năng cạnh tranh kém Trong khi đó, rượu nấu bằngphương pháp thủ công chưa thể quản lý, rượu lậu, rượu giả trốn thuế chưa có biệnpháp khả thi để ngăn chặn, càng gây khó khăn cho việc tiêu thụ sản phẩm rượu của

các doanh nghiệp nhà nước Các doanh nghiệp FDI do thương hiệu sản phẩm chưathực sự mạnh, nên chỉ huy động được 17% công suất thiết kế.

Trước thực trạng hiện nay của ngành công nghiệp rượu cồn Việt Nam, nổi lêncác vấn đề cần quan tâm và phát triển:

- Cần nâng cao hiệu suất thu cồn tinh khiết (hiện nay hiệu suất tổng thu hồi cồn từsắn lớn nhất ở Việt Nam mới chỉ là 85%.)

- Phát triển TCVN_71 cho phù hợp hơn với thế giới, để tạo thuận lợi cho pha chế,sử dụng triệt để các sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cồn etylic: Cồn chocác ngành công nghiệp, dầu furel cho ngành năng lượng, bã rượu cho công nghiệp.- Xây dựng và cải tiến công nghệ và thiết bị để có thể sử dụng hết năng suất thiết kếcủa các nhà máy rượu.

1.2 Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất rượu cồn.

Sau khi tìm hiểu thực trạng ngành công nghiệp rượu cồn trong nước và phântích các vấn đề cần quan tâm của ngành, các điều kiện thuận lợi để thiết kế một nhàmáy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày với nguyên liệu từ sắn, em xin chọnđịa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Bỉm Sơn (hay còn gọi là khu côngnghiệp Bắc Thanh Hóa).

 Vài nét sơ lược về khu công nghiệp Bỉm Sơn.

Ngày 02 tháng 6 năm 2005, UBND tỉnh Thanh Hoá ra Quyết định số UBND về việc phê duyệt quy hoạch chi tiết khu Công nghiệp Bỉm Sơn – Thị xã BỉmSơn - Tỉnh Thanh Hoá.

1471/QĐ-Tổng diện tích quy hoạch 540 ha, chia làm hai khu:

- Khu A: Nằm phía Tây Quốc lộ 1A, diện tích 310 ha, với các chức năng: lắpráp xe ôtô tải nhỏ, chế biến nông lâm sản, chế tạo máy, sửa chữa cơ khí, luyện cánthép xây dựng, da giày

- Khu B: Nằm phía Đông Quốc lộ 1A, diện tích 230 ha, với các chức năng:Công nghiệp xi măng và sau xi măng, dệt may, điện tử, điện lạnh, hàng gia dụng vàthủ công mỹ nghệ

Trung tâm công cộng khu công nghiệp được bố trí trong khu A, gồm trung tâmđiều hành, trung tâm dịch vụ kỹ thuật, trung tâm giao dịch giới thiệu sản phẩm côngnghiệp, sân bãi đỗ xe

 Địa điểm này hội tụ nhiều điều kiện thuận lợi như sau:

1.2.1 Nguồn cung cấp nguyên liệu.

Nguyên liệu sản xuất của nhà máy là sắn, đây là loại nông sản được trồng phổ biếnnhất ở các vùng sinh thái ở nước ta, các tỉnh có sản lượng sắn lớn như Thanh Hóa,Hòa Bình, Sơn La…Do vậy địa điểm này hoàn toàn thuận lợi cho việc thu muanguyên liệu.

1.2.2 Địa hình.

Với địa hình chung của thị xã Bỉm Sơn là đồi núi bán sơn địa, ngay sau khu đất côngnghiệp là đồi núi, tạo điểm tựa vững chắc cho các công trình khi thiên tai bão lũ.Thêm vào đó là một hệ cây xanh của những dãy đồi phía sau khu công nghiệp tạomôi trường tốt, trong lành, góp phần bảo vệ môi trường cho toàn khu công nghiệpcũng như toàn thị xã.

1.2.3 Giao thông.

Bỉm Sơn cách thủ đô Hà Nội 120 km về phía Bắc, cách thành phố Thanh Hóa 34 kmvề phía Nam, nằm trên mạng lưới giao thông vận tải thuận lợi với tuyến đường sắtBắc - Nam, quốc lộ 1A chạy qua, tạo nên mối giao thương rộng lớn với các tỉnhtrong vùng và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước Đây là yếu tố thuận lợi trongvận chuyển thu mua nguyên liệu cũng như phân phối sản phẩm của công ty khắp cácvùng miền trên toàn quốc.

1.2.4 Nguồn nước.

Nguồn nước của khu công nghiệp được thiết kế riêng thuận lợi cho sản xuất côngnghiệp Hệ thống cấp nước gồm hai tuyến chính: Tuyến chính 1 cấp cho khu A,đường kính 450 m; tuyến chính 2 cấp cho khu B, đường kính 300 Từ hai tuyếnchính, tổ chức các mạng lưới phân phối theo hình thức mạng vòng khép kín, đảmbảo cấp nước an toàn

Ngoài ra hệ thống thoát nước mưa, thoát nước thải bố trí riêng biệt Nước thải đượcxử lý cục bộ tại nguồn, sau đó thu gom về khu vực xử lý chung Sau khi nước thảixử lý đạt tiêu chuẩn mới được thải ra hệ thống thoát nước chung của thị xã

1.2.5 Nguồn điện.

Hệ thống cấp điện có tổng công suất 55.753 KVA Lắp đặt một trạm biến áp110/22KV (2x25MVA) ở phía Tây Nam nhà máy lắp ráp xe tải nhỏ VEAM Hệthống cáp điện 22KV của khu công nghiệp sử dụng cáp lõi đồng XLPE/SWA/PVCtiết diện 3x240 mm2 chôn ngầm Các tuyến của khu công nghiệp được chiếu sángbằng đèn cao áp bóng Sodium 220V-250W

1.2.6 Nguồn nhân lực.

Theo số liệu điều tra ngày 1/4/1999, dân số thị xã Bỉm Sơn là 54.319 người, trongđó nam giới chiếm 50.5%, nữ giới 49.5% Số người trong độ tuổi lao động trên27.000 người, trong đó số người có trình độ cao đẳng - đại học chiếm 15% Đây lànguồn cung cấp nhân lực dồi dào, đặc biệt là đội ngũ cán bộ có trình độ Mặt kháccác vùng lân cận như: Ninh Bình, Hà Trung, thành phố Thanh Hóa cũng là nguồncung cấp nhân lực lớn, tạo điều kiện công ăn việc làm cho người dân xung quanhkhu vực.

1.2.7 Thị trường tiêu thụ.

Nhu cầu về cồn rượu là rất lớn, mà trong khu vực lại có nhiều nhà máy, xí nghiệp cónhu cầu về cồn: chế biến thực phẩm, chế biến gỗ, y tế…Mặt khác địa điểm nằm trêntrục đường quốc lộ 1A, cửa ngõ giao thông Bắc Nam, nên rất thuận lợi cho việc vậnchuyển sản phẩm đến các vùng miền khác trên toàn quốc.

1.2.8 Thông tin, liên lạc.

Hệ thống thông tin liên lạc sử dụng mạng của thị xã, tổng đài đặt tại trung tâm điềuhành khu công nghiệp Hơn nữa, khu công nghiệp lại nằm trên trục đường quốc lộ1A, là trục giao thông chính của toàn quốc nên hết sức thuận tiện về thông tin giaodịch, liên lạc trong cả nước.

CHƯƠNG II - CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT2.1 Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm.

2.1.1 Nguyên liệu.

Nguyên liệu để sản xuất rượu etylic là những nguyên liệu chứa đường lên men hoặctừ các polysaccharit có khả năng chuyển hóa thành đường lên men như: gạo, ngô,khoai, sắn, rỉ đường…

Trong đồ án tốt nghiệp, em được giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồntừ tinh bột sắn Đây là nguồn nguyên liệu có sản lượng lớn ở nước ta, đồng thời giánguyên liệu để sản xuất ra một lít cồn từ sắn cũng tương đối thấp so với các nguồnnguyên liệu khác Đó là yếu tố thuận lợi ban đầu khi thiết kế nhà máy bởi sắn thỏamãn yêu cầu chung sau:

- Hàm lượng tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao.- Vùng nguyên liệu tập trung đủ thỏa mãn nhu cầu sản xuất.

2.1.1.2 Thành phần cấu tạo hóa học của sắn.

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

Vỏ gỗ cấu tạo chủ yếu là xenluloza, có tác dụng bảo vệ củ khỏi tác dụng bên ngoài,đồng thời hạn chế mất nước của củ Bản thân vỏ củ cứng nhưng liên kết không bềnvới củ nên dễ mất khi thu hoạch và vận chuyển

Vỏ cùi dày khoảng 1÷3 mm chiếm 8÷15% khối lượng củ Vỏ cùi gồm lớp tế bàomô cứng phủ ngoài, thành phần chủ yếu của lớp này là xenluloza, hầu như khôngchứa tinh bột và chứa nhiều dịch bào (mủ sắn) Trong thành phần dịch bào có chứapolyphenol, tiếp theo là lớp tế bào mô mềm, lớp này ngoài dịch bào còn có tinh bột(khoảng 5%), các polyphenol, enzyme là lilamarin có tác dụng bảo vệ củ phát triểnbình thường trước khi thu hoạch nhưng khi đào bới củ khỏi đất chúng gây trở ngạicho bảo quản và chế biến.

- Thịt củ: Chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu Đây là phần dự trữ chủ yếucác chất dinh dưỡng của củ Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở thịt củ

tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với chúng chứa trong củ nhưng vẫn gây trở ngạinhư làm biến màu, sắn dễ bị chảy mủ và khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.- Lõi sắn: Nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài Thành phần lõi sắn chủ yếu làxenluloza, có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thờigiúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.

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

Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô.

Yêu cầu của sắn khô được chọn làm nguyên liệu (tính theo phần trăm trung bình):- Sắn trắng thơm, không có mùi mốc.

- Hàm lượng tinh bột đạt trên 63%.- Độ ẩm: 14%.

- Gluxit lên men: 67.6%.- Protit: 1.75%

- Chất tro: 1.79%.- Chất béo: 0.87%.

Sắn là nguyên liệu chứa tinh bột cao, dễ chế biến trong sản xuất, tuy nhiên hàmlượng protein không lớn nên trong quá trình chế biến cần bổ sung bằng nguồnđạm từ Ure.

2.1.2 Rượu etylic.

Êtanol, còn được biết đến như là rượu êtylic hay rượu ngũ cốc hay cồn, là

một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, là một trong các

rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn Trong cách nói dândã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là rượu.

2.1.2.1 Tính chất vật lý của rượu etylic.

Rượu etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặctrưng, có vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi, dễ cháy Rượu hòa tan trong nước ởbất cứ tỉ lệ nào, có kèm theo các hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích Rượu hòa tanđược nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH…, và nhiều chất khí: H2, N2,O2, SO2, CO…, hòa tan được nhiều chất hữu cơ, nhưng không hòa tan được tinh bộtdisaccharit…

Các thông số vật lý của rượu etylic nguyên chất:- Tỷ trọng: d420 = 0.7894, d415= 0.7942…- Phân tử lượng: 46.03

- Nhiệt độ sôi: 78.320 C ở áp suất 760 mmHg, nhiệt độ bắt lửa 1200C- Nhiệt dung riêng: 0.548 KJ/kg.độ (ở 200C) và 0.769 KJ/kg.độ (ở 600C).- Năng suất tỏa nhiệt: 6642÷7100 KJ/kg.độ

2.1.2.2 Tính chất hóa học của rượu etylic.

Công thức hóa học của nó là C2H5OH, hay CH3-CH2-OH, viết tóm tắt là C2H6O.Do cấu trúc phân tử rượu gồm hai thành phần: gốc etyl và nhóm hydroxyl nên tínhchất hóa học của rượu etylic phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần hóa học đó.a) Tác dụng với oxy.

Tùy theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà cho ra những sản phẩm khác nhau2C2H5 OH + O2 Nhẹ 2CH3CHO + 2H2O

2C2H5OH + O2 Vừa đủ CH3COOH + 2H2O C2H5OH + 3O2 Mãnh liệt 2CO2 + 3H2O

b) Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ.

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

2C2H5OH +2M = 2C2H5OM + H2  (Alcolat kiềm)

C2H5OH + Na = C2H5ONa + 0.5 H2 (Natri Alcolat)

- Đối với axit vô cơ tạo thành este (muối) phức tạp.C2H5OH + HNO3 = C2H5NO3 + H2O

(etyl Nitrat).

e) Rượu etylic và oxit sắt tạo thành aldehyt axetic.Phản ứng xảy ra như sau:

2FeO + O2 + C2H5OH = Fe2O3 + CH3CHO + H2OFe2O3 + C2H5OH = FeO + CH3CHO + H2O

Do vậy lượng rượu bị giảm đi rõ rệt nếu chưng cất, tinh chế hoặc bảo quản rượubằng thiết bị chế tạo bằng sắt.

2.1.2.3 Tính chất sinh học.

Rượu etylic có tính chất sát trùng mạnh vì rượu hút nước sinh lý của các tế bào làmkhô chất albumin Cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ rượu, nhưng tác dụngsát trùng mạnh nhất của rượu là dunh dịch có nồng độ 70% Vì nồng độ này rượukhả năng thấm qua màng tế bào lớn hơn so với rượu cao độ Đối với nhiều loại nấmmen, và nấm mốc thì nồng độ rượu từ 5÷10% V đã có tác dụng ức chế sự phát triểnvà làm yếu sự hoạt động của nấm men, nấm mốc Ngược lại, dưới tác dụng của các

vi khuẩn Mycoderma axeeti, Micrococcus axeeti, Bactenum axeeti, dung dịch rượu ≤

15% V sẽ bị lên men giấm.

Rượu etylic nguyên chất có tác dụng kích thích tế bào da, nhất là đối với bộ phậnniêm mạc, có tác dụng rõ rệt đến hô hấp và tuần hoàn, hệ thần kinh và bộ máy tiêuhóa Sự kích thích gây mê, hưng phấn thần kinh gọi là hiện tượng say rượu, ngượclại người ta có thể dùng rượu để kích thích hồi tỉnh người bị ngất đột ngột.

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất

Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất

Hòa bột

Cồn thực phẩm

Đường hóa

Lên men

Chưng cất, tinh chếNghiền

Cồn công nghiệpDầu fusel

2.2.1 Nghiền nguyên liệu.2.2.1.1 Mục đích.

Nghiền làm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng các hạttinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quátrình trương nở, hòa tan tốt hơn Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu đường hóa, tiếtkiệm hơi, nâng cao hiệu suất thu hồi rượu.

2.2.1.2 Các phương pháp nghiền.

Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau máy nghiềnbúa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc…

Với nguyên liệu sản xuất là sắn khô thái lát em lựa chọn loại máy nghiền búa.

2.2.1.3 Yêu cầu bột sắn sau khi nghiền.

- Bột nghiền càng mịn càng tốt, kích thước bột đồng đều, tối thiểu phải có 60% bộtmịn lọt qua rây có đường kính 1mm và ≤ 10% nằm trên rây có đường kính 2mm.- Hàm lượng tinh bột ≥ 63%

- Độ ẩm: ≤ 14%

- Đạt chỉ tiêu chất lượng cảm quan: Không có lẫn tạp chất, không mối mọt, bộtmàu trắng, mịn, mùi thơm đặc trưng của sắn.

2.2.2 Hòa bột.2.2.2.1 Mục đích.

Hoà bột nhằm hoà tan bột trong nước giúp cho quá trình nấu được nhanh, không bịvón cục, vón hòn Chuyển dịch khi nấu xuống đường hoá không bị tắc vì các phếliệu được lắng xuống đáy khi hoà bột như sạn, cặn bẩn.

2.2.3 Công đoạn nấu.2.2.3.1 Mục đích.

Hạt tinh bột do có màng tế bào bảo vệ, khi nghiền chỉ phá vỡ được một phần cácmàng đó, phần còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc giữa enzyme và tinh bột khi đườnghóa Hơn nữa, ở trạng thái không hòa tan enzyme amylaza tác dụng lên tinh bột rấtkém Do vậy, để đường hóa tinh bột dễ dàng cần tiến hành nấu nguyên liệu đểchuyển tinh bột sang trạng thái hòa tan.

2.2.3.2 Các phương pháp nấu.

a Nấu gián đoạn.Đặc điểm

- Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi

- Nấu được tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài. Ưu điểm

- Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị - Thao tác vận hành đơn giản - Dễ vệ sinh và sửa chữa (nếu cần)

 Nhược điểm

- Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ

- Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ(caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và nấm men- Khi dùng acids thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm chóng ăn mònthiết bị.

- Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn(thời gian giữa các mẻ).

a Nấu bán liên tục. Đặc điểm

- Nấu được tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín (làm việc giánđoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục).

- Nấu sơ bộ và nấu chín là gián đoạn, còn nấu chín thêm là liên tục.- Áp suất và thời gian ít hơn nấu gián đoạn.

- 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 caonăng 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.

- Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100oC.

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

B.Licherifocmic có pH khoảng 5÷6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có thể

- Năng lượng giảm do quá trình nấu thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thấp.

- Tránh được hiện tượng lão hóa tinh bột (do amyloza và amylopectin đã được thủyphân thành các dextrim).

 Nhược điểm

- Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1 mm.- Không cơ khí và tự động hóa được.

2.2.3.3 Chọn phương pháp nấu.

Dựa vào sự phân tích những ưu nhược điểm của các phương pháp nấu ở trên emnhận thấy phương pháp nấu có sử dụng enzym có nhiều ưu điểm và có tính khả thi,hiện nay đã được áp dụng ở hầu hết các cơ sở sản xuất nước ta.

a Cách tiến hành.

- Kiểm tra các đường ống dẫn hơi và hệ thống cung cấp hơi

- Nồi cần được vệ sinh bằng cách xông hơi trực tiếp 95÷1000C trong 15÷20 phút.- Chuẩn bị lượng enzyme Termamyl 120L, khoảng 0.02÷0.03 % so với khối lượngtinh bột.

- Bật cánh khuấy Lượng Termamyl chia làm 4 phần, lần lượt cho vào nồi nấu nhưsau

o Lần 1: Khi bơm dịch bột chạm đến ống dẫn hơi dưới đáy nồi để tránh tắc ốngdẫn hơi.

o Lần 2: Khi bơm dịch bột đến 1/3.o Lần 3: Khi bơm dịch bột đến 2/3.o Lần 4: Khi bơm đầy nồi.

- Cấp hơi nâng nhiệt độ lên tới 1000C, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 60 phút.- Thời gian từ lúc bơm bột đến xuống thùng đường hóa là khoảng 3h.

b Yêu cầu dịch cháo sau khi nấu.

Dịch cháo sau khi nấu phải chín đều, cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm hoặccánh gián, không vón cục, không cháy khét, không đặc hoặc quá loãng.

c Các phương pháp đánh giá dịch cháo

- Phương pháp cảm quan: Dựa vào kinh nghiệm của người công nhân để nhậnbiết mùi thơm, màu sắc của dịch cháo sau khi nấu để biết được độ chín của dịchcháo.

- Phương pháp hóa lý: Lọc dịch nấu qua giấy lọc (giấy bản), sau đó quan sát tốc độlọc 80÷100 giọt/ phút được coi là đạt được yêu cầu.

2.2.4 Công đoạn đường hóa.2.2.4.1 Mục đích.

Sau khi nấu, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng chưathể lên men trực tiếp được mà phải có quá trình thủy phân chuyển hóa tinh bột thànhđường, gọi là quá trình đường hóa Nó đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệsản xuất cồn, quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăngđường và tinh bột sót sau khi lên men.

Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọngtrước tiên là chọn tác nhân đường hóa.

2.2.4.2 Tác nhân đường hóa.

- Dùng axit HCl hoặc H2SO4: phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà hiệusuất thu hồi thấp.

- Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): Một số nước Châu Âu vẫn còndùng phương pháp này.

- Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầuhết các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn.

- Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc,mấy năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Novo Đan Mạch.

2.2.4.3 Các phương pháp đường hóa.

a) 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 700C

- Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao) vàthời 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 b) Đường hóa liên tục.

 Đặc điểm.

Quá trình đường hóa được thực hiện trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịchamylaza 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 rútngắn.

- 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

- 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 ởnồng 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

2.2.4.4 Chọn phương pháp đường hóa.

Trong các phương pháp trên, đường hóa liên tục có nhiều ưu điểm, tuy nhiên vớicông suất không lớn lắm, và điều kiện kinh tế kỹ thuật của nước ta không cao nênviệc thiết kế một dây chuyền liên tục và tự động hóa hoàn toàn là việc không có tínhkhả thi cao, vì thế em lựa chọn phương pháp đường hóa gián đoạn Mặt khác, trongcông đoạn nấu đã lựa chọn phương pháp sử dụng enzym nên đã khắc phục một sốnhược điểm của nấu gián đoạn.

Đây là phương pháp đã được nghiên cứu và được áp dụng ở hầu hết các nhà máy ởnước ta.

a) Cách tiến hành.

- Trước tiên cần vệ sinh thùng bằng cách xông hơi trực tiếp vào thùng trong15÷20 phút.

- Bơm xả dịch cháo xuống nồi, thời gian thường 15÷20 phút.

- Khi nhiệt độ đạt 550C cho 100 % lượng enzyme vào và thuốc sát trùng thườngdùng là Na2SiF6 giữ trong 30 ÷ 60 phút khi nào mẫu kiểm tra được thì dừng.

- Làm lạnh dịch đường tới nhiệt độ lên men 28÷300C.- Enzyme sử dụng là DGA hoặc AMG.

b) Yêu cầu của dịch đường hóa

- Nồng độ đường khử khoảng 3 % (≥ 30 g/ l).- Nồng độ chất khô: 130÷150 g/l

- pH khoảng 4.8÷5.2.

- Độ chua dịch đường 0.8÷1.2 g H2SO4/lít c) Phương pháp kiểm tra dịch đường.

- Xác định nồng độ chất khô: Dùng brome kế hoặc đường kế.

- Xác định nồng độ đường lên men: Dùng phương pháp chuẩn độ với dung dịchK3Fe(CN)6 và NaOH đun sôi với chất chỉ thị là xanhmetylen (dung dịch biến từ màunâu đỏ sang màu vàng).

- Xác định pH.

2.2.5 Công đoạn lên men.2.2.5.1 Mục đích.

Nhờ tác dụng của nấm men, đường lên men sẽ biến thành rượu, khí CO2, và một sốsản phẩm phụ.

Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu, nước và bã gọi là giấm chín hay cơmhèm.

2.2.5.2 Các phương pháp lên men.

a Phương pháp lên men gián đoạn  Đặc điểm

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

 Ưu điểm.

- Thiết bị đơn giản dễ chế tạo.

- Dễ vận hành, thao tác cho người công nhân.- Dễ vệ sinh, sửa chữa.

- Khi bị nhiễm tạp thì dễ xử lý. 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 liên tục

 Đặc điểm:

Dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra Dịchđường phải đi qua nhiều các thùng lên men: thùng lên men chính, các thùng lên mentiếp 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.

c 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 trungbình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết.

 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.

2.2.5.3 Chọn phương pháp lên men.

Dựa vào sự phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp, em lựa chọn phươngpháp gián đoạn vì nó có nhiều ưu điểm phù hợp năng suất thiết kế và với trình độcông nghệ nước ta.

a Cách tiến hành.

Vì em lựa chọn sử dụng men khô để lên men nên có bước hoạt hóa men khô trướckhi lên men.

o Bước 1: Hoạt hóa men khô:

Lấy dịch đường hóa ở nhiệt độ 600C vào thùng hoạt hóa men khô Làm nguội đến300C, bổ sung Ure với hàm lượng 0.5 g/l, khuấy đều rồi cho toàn bộ men khô ứngvới một thùng vào, khuấy đều và để cho nấm men phát triển khoảng 3÷5 giờ nữa, cứ1 giờ cho cánh khuấy hoạt động 2÷3 phút

Với phương pháp lên men có sử dụng men khô giúp rút ngắn thời gian (không phảitrải qua gian đoạn nuôi cấy nấm men), hơn nữa lượng men giống khá lớn nên có thểđánh bại các vi sinh vật bất lợi khác dễ dàng hơn, vì thế giảm khả năng nhiễm tạp.o Bước 2: Lên men dịch đường.

- Trước khi lên men cần kiểm tra hệ thống thiết bị, tiến hành rửa vệ sinh, sát trùngthùng lên men sạch sẽ bằng hơi nóng cùng vói hơi phocmon trong vòng 45÷60phút Sau đó làm lạnh thùng đến 30 ÷320C thì bơm dịch đường vào theo trình tựsau:

 Đầu tiên cho 25 % dịch đường hóa vào thùng (dịch đường hóa của nồi đườnghóa thứ nhất của mỗi ca), sau đó cho toàn bộ men giống của một thùng lênmen vào với thể tích 10% thể tích dịch lên men.

 Sau 1.5 giờ cho tiếp 25% dịch đường (dịch đường của nồi đường hóa thứ hai)vào thùng để nấm men phát triển tiếp.

 Sau 1.5 giờ tiếp theo cho 25% ( dịch đường hóa của nồi thứ ba) vào thùng lênmen.

 Sau 1.5 giờ cho nốt 25% (dịch đường vủa nồi đường hóa thứ 4) vào thùng lênmen.

- Trong quá trình lên men phải khống chế nhiệt độ 30÷320C bằng cách bơm nướclạnh bên ngoài thùng lên men (mùa đông) hoặc bơm ra thiết bị làm lạnh ngoài rồilại bơm tuần hoàn trở lại.

- Trong thời gian lên men, kiểm tra thấy thùng lên men nào mà nấm men phát triểntốt, ít lẫn tạp khuẩn thì ta san bớt dịch đang lên men và dùng làm men giống cho

thùng sau, tiếp đó lại thêm đầy dịch đường vào cả hai thùng trên rồi dể lên mentiếp.

- Trong quá trình lên men phải kiểm tra thường xuyên các chỉ tiêu chất lượng chấtlượng sau: Độ Bx, độ axit, và kiểm tra vi sinh vật để theo dõi và kịp thời xử lý.- Thời gian lên men khoảng 72 giờ.

b.Chỉ tiêu và thông số của quá trình lên men

- Nồng độ chất khô biểu kiến về 0 thường sau 50 h là lên men bình thường.

- Quá trình lên men kết thúc khi nồng độ chất khô biểu kiến không tăng hoặc chỉgiảm 0.1÷0.2 %.

- Độ chua dịch lên men tăng khoảng 0.2o÷0.3o chua là bình thường.- Nồng độ rượu trong giấm chín khoảng 9÷11 %.

2.2.6 Công đoạn chưng luyện và tinh chế.2.2.6.1 Mục đích.

Chưng luyện chia làm hai công đoạn nhỏ là chưng cất và tinh chế.

Chưng cất: Là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín và cuốicùng nhận được cồn thô.

Tinh chế: Là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn vàcuối cùng nhận được cồn tinh chế.

2.2.6.2 Các phương pháp chưng luyện.

a Chưng luyện gián đoạn. Ưu điểm

- Đơn giản, dễ thao tác.- Tốn ít thiết bị.

 Nhược điểm:

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

- Tốn hơi do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồnthô.

- Thời gian cất kéo dài.

b Phương pháp chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục).

Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạnnhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao.

c Phương pháp chưng luyện liên tục.

Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm trên của chưng cất gián đoạn vàbảo đảm hiệu quả kinh tế cao hơn Chưng luyện liên tục có thể thực hiện theo nhiềusơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp Trên các sơ đồ người ta lại chia thành chưngluyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp vừa trực tiếp). Sơ đồ hai tháp gián tiếp 1 dòng.

Hệ thống này tuy có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tụcnhưng chất lượng cồn chưa cao, hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải lấy tăng lượng cồnđầu.

 Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp.

Hệ thống cho phép nhận 70÷80% cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN 71, 30÷20 % cồnloại II, 3÷5% cồn đầu.

Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định,nhưng tốn hơi

Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơi nhưngđòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác.

 Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và một tháp fusel

Hệ thống này khác với các hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn (khoảng10%) rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel.

Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách dầu fusel triệt để hơn nhưng cónhược điểm là có tổn thất rượu etylic trong dầu.

 Sơ đồ chưng luyện bốn tháp (thêm một tháp làm sạch).

Cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm lạnh mà được đưa vào tháp làmsạch để tách tạp chất đầu và tạp chất cuối Do vậy chất lượng cồn được nâng cao.

 Ngoài ra ở một số nước người ta thiết kế hệ thống chưng luyện gồm 5 hoặc 6tháp Hệ thống có ưu điểm là tách được nhiều tạp chất và nhận được cồn có chấtlượng cao và ổn định hơn Tuy nhiên, sơ đồ nhiều thấp gây nhiều tốn kém: Tốnvật liệu chế tạo thiết bị, tốn hơi, tổn thất rượu nhiều.

2.2.6.3 Chọn phương pháp chưng luyện.

Nhờ phát triển khoa học kỹ thuật và qua thực tiễn người ta nhận thấy rằng, trongđiều kiện sản suất cồn từ nguyên liệu tinh bột, hệ thống ba tháp cho phép nhận cồncó chất lượng cao Để ổn định chất lượng chỉ cần thêm 1 tháp làm sạch khi phải sửdụng nguyên liệu chất lượng không tốt Vì vậy trong đồ án em chọn hệ thống chưngcất 3 tháp làm việc gián đoạn.

2.2.6.3.1 Tiến hành.

Giấm chín được bơm lên thùng cao vị 10, sau đó tự chảy vào bình hâm giấm 11 Ởđây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70÷800 C rồichảy qua bình tách CO2 12 rồi vào tháp thô 13 Khí CO2 và hơi rượu bay lên đượcngưng tụ ở bình ngưng tụ hồi lưu 15, rồi sang tháp aldehyt 16 Tháp thô được đunnóng bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quátrình chuyển khối được thực hiện,sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ởbình hâm giấm 11 rồi qua 15, một phần được hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứanhiều tạp chất Ở dưới đáy tháp thô nồng độ cồn trong giấm chỉ còn khoảng0.015÷0.030 % V được thải ra ngoài nhờ bơm 7 gọi là bã rượu Muốn kiểm tra rượusót trong bã ta phải ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng Hơi ngưng tụ có nồngđộ 0.4÷0.6 % là đạt yêu cầu (lớn hơn khoảng 10÷15 lần so với thể lỏng) Nhiệt độđáy tháp thô là 103÷1050 C, nhiệt độ đỉnh tháp phụ thuộc nồng độ cồn trong giấm vàthường khoảng 93÷970C.

Phần lớn rượu thô (90÷95 % ) từ tháp thô 13 liên tục đi vào tháp aldehyt 16 Thápnày cũng dùng hơi trực tiếp, hơi rượu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 95%,chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3÷5% gọi là cồn đầu, được làmlạnh ở thùng làm mát 23 rồi đưa về thùng chứa cồn công nghiệp 24, sau mỗi ngàysản xuất đưa về kho, trở thành sản phẩm phục vụ các ngành kinh tế khác.

Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt liên tục đi vào tháp tinh 19với nồng độ 35÷45% Tháp tinh chế cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp (có thểgián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở và rồi một phần hồi

lưu lại tháp tinh 19, một phần hồi lưu lại tháp aldehyt (1.5  2%) Nhiệt độ đáy thápaldehyt 16 duy trì ở 80÷850C, nhiệt độ đỉnh tháp ở 78÷790C Bằng cách điều chỉnhnước làm lạnh ta lấy 1.5÷2 % cồn đầu rồi cho hồi lưu lưu về đỉnh tháp aldehyt 16.Cồn tinh sau khi được lấy ra dưới dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3÷6 đĩa của tháp tinh19 thì được làm lạnh ở 26 rồi đưa về thùng chứa cồn thực phẩm 27, sau mỗi ca vậnchuyển về kho thành phẩm Nhiệt độ của đáy tháp tinh luôn đảm bảo 103÷1050C,nhiệt độ đỉnh tháp vào khoảng 78.3 ÷78.50 C.

Dầu fusel lấy ở dạng hơi, được làm lạnh rồi đưa về thùng chứa dầu 23, cuối mỗi casản xuất được vận chuyển về kho chứa.

 Nguyên tắc chung khi vận hành hệ thống tháp chưng cất.

- Phải kiểm tra các đường ống, các van và các thiết bị hoạt động bình thường.- Mở nước vào bình ngưng tụ trước khi cho dung dịch rượu-nước vào tháp.

- Trong quá trình vận hành hệ thống tháp phải theo dõi nghiêm ngặt các thông sốkỹ thuật để kịp thời điều chỉnh.

- Cồn sản phẩm phải được thường xuyên kiểm tra các thông số chất lượng: nồngđộ cồn, chỉ số axit, chỉ số este, hàm lượng aldehyt, thời gian oxy hóa để kịp thờicó sự điều chỉnh, đảm bảo chất lượng cồn sản phẩm.

Bảng2.1: Thông số cần đảm bảo ở các tháp.

Tháp thôTháp aldehytTháp tinh

CHƯƠNG III - TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM3.1 Tính hiệu suất lý thuyết.

- Phương trình phản ứng tạo rượu từ tinh bột

C6H10O5n + nH2O → nC6H12O6 (1)

Mặt khác, theo pt (1) ta xác định được hệ số chuyển tinh bộ thành đường là k= 162180..11 = 1.11

Vậy từ 100 kg tinh bột sẽ tạo ra Y kg cồn khan.Y = X×k = 51.142×1.11 = 56.76 kg.Tương đương với số lít cồn khan là 56.8145

- Tổn thất 3: không xác định, đổ ra ngoài, đọng lại ở thiết bị, đường ống và baytheo CO2 từ 1%÷2%

- Tổn thất 4: do chưng cất, do bay hơi, cồn còn lại trong bã rượu, nước thải:5%÷10%

- Tổn thất 5: do nhiễm khuẩn làm tăng độ chua so với bình thường: 1% (tổn thấtnày nằm trong tổn thất do lên men).

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

Bảng 3.1: Tổn thất trong quá trình sản xuất.

Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội

Do vậy hiệu suất thu hồi rượu thực tế là 100 - 15 = 85 %.

Có nghĩa là trong sản xuất thì cứ 100 kg tinh bột thu được lượng rượu khan là: R= 71.91 85 61.12

3.3 Tính cân bằng cho nguyên liệu.

Lượng tinh bột cần thiết để sản xuất ra 20000 lít cồn khan được xác định như sau:Theo tính toán ở trên ta biết:

Cứ 100 kg tinh bột tạo ra 61.12 lít cồn khan.Vậy mtb kg tinh bột tạo ra 20000 lít cồn khan.