Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất rượu vang nho

Đồ án thiết kế phân xưởng sản xuất rượu vang nho

CHƯƠNG I TỔNG QUAN 1 Nguyên tắc chọn địa điểm xây dựng nhà máy

- Gần nguồn cung cấp nguyên liệu hay trong vùng cung cấp nguyên liệu để giảm chi phí vận chuyển, nguyên liệu cung cấp phải đủ, chất lượng tốt và ổn định cho nhà máy hoạt động trước mắt và lâu dài

- Phải đủ diện tích để bố trí xây dựng các công trình hiện hữu đồng thời phải có khả năng mở rộng trong tương lai, chiếm ít diện tích canh tác, địa điểm ít bị ô nhiễm

- Mặt bằng xây dựng nhà máy phải tương đối bằng phẳng, cao ráo, ít bị ngập lụt, dễ cấp và thoát nước, là nơi có mực nước ngầm đủ sâu để giảm chi phí làm nền móng và là nơi có địa hình địa chất ổn định

- Địa điểm xây dựng nhà máy phải gần nguồn điện, nguồn nước, gần các nhà máy khác để hợp tác nhiều mặt như cơ sở hạ tầng, công trình phúc lợi cho cán bộ công nhân đồng thời sử dụng công nhân hợp lý

- Địa điểm xây dựng nhà máy phải gần nơi đông dân để tuyển lựa nhân công và thuận lợi trong việc tiêu thụ sản phẩm

- Gần đường giao thông, nhất là đường bộ và đường thủy để dễ dàng trong việc đi lại, vận chuyển nguyên vật liệu và tiêu thụ sản phẩm

- Năng lượng sử dụng cho nhà máy bao gồm: hơi- điện –nước, khối lượng sử dụng hàng năm khá lớn nên cần đặt nhà máy gần nguồn cung cấp năng lượng để đảm bảo cho việc sản xuất được liên tục, giảm hao phí về đường dây, ống dẫn

- Địa điểm xây dựng nhà máy phải nằm trong vùng quy hoạch của địa phương đồng thời phải quan tâm đến vấn đề an ninh quốc phòng

- Chọn hướng gió phù hợp để tránh khói bụi do xe cộ qua lại, vì đây là nhà máy thực phẩm nên việc giữ vệ sinh cho nguyên liệu hay sản phẩm là việc hết sức cần thiết

2 Chọn địa điểm xây dựng nhà máy

Để cân bằng sự phát triển công nghiệp giữa ba miền đất nước và dựa trên các điều kiện thực tế, em quyết định đặt nhà máy sản xuất rượu vang nho ở miền Trung, tại cụm công

nghiệp Tháp Chàm, Ninh Thuận, vì nơi này đáp ứng được các nguyên tắc lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy nói trên

Cụm công nghiệp Tháp Chàm: quy mô 126 ha, nằm sát quốc lộ 27 và ga đường sắt Tháp Chàm, cách trung tâm Thành phố Phan Rang - Tháp Chàm 7 km về phía Tây Bắc Là nơi thu hút các doanh nghiệp sản xuất kinh doanh các ngành nghề chế biến lâm sản, sản xuất hoá chất, vật liệu xây dựng, chế biến thực phẩm, sản xuất đồ gia dụng…

Cụm công nghiệp này nằm ở vị trí có điều kiện giao thông thuận tiện, được nhà nước đầu tư hoàn chỉnh các công trình hạ tầng Cách cảng Cam Ranh khoảng 37km, cách thành phố Nha Trang và Đà Lạt 110 km, cách Thành phố Hồ Chí Minh 360 km

3 Công nghệ sản xuất rượu vang nho 3.1 Nguyên liệu

3.1.1 Nho

Nho là loại quả lý tưởng để chế biến rượu vang và rượu vang nho là loại rượu vang nổi tiếng nhất đối với người phương Tây cũng như phương Đông Ở Việt Nam chỉ có một số vùng thuận tiện cho việc trồng nho (nhiều nhất là ở Ninh Thuận) do đặc tính của cây nho là ưa khí hậu khô và nhiều nắng, đất ít chua Người ta chọn quả nho để chế biến rượu vang từ mấy ngàn năm nay, vì các lý do sau:

- Thành phần hoá học của nho thích hợp cho quá trình lên men, rượu vang nho có thể bảo quản được lâu

- Sản lượng nước quả trên đơn vị diện tích trồng nho cao

- Chất lượng rượu vang tốt, hương vị đậm đà Hàm lượng cồn vừa phải, cân đối với vị chua của axit, vị chát của tanin, lại thêm các vị phong phú của glixerin, axit amin, muối khoáng… màu sắc óng ả nhờ có các chất antoxian, tanin,

3.1.2 Nước

Hàm lượng chất khô trong môi trường trước lúc lên men thường vào khoảng 20% (theo trọng lượng) Như vậy trong rượu vang thành phẩm, nước chiếm một tỷ lệ khá lớn

(khoảng 80%) và điều này cũng chứng tỏ nước là một trong những nguyên liệu chủ yếu để

sản xuất rượu vang

3.1.3 Đường

Đường Saccharose là nguyên liệu thường được sử dụng để bổ sung vào môi trường lên men nhằm điều chỉnh độ đường đạt hàm lượng cần thiết cho quá trình lên men sản xuất rượu vang, vì ở một số loại quả, hàm lượng đường khá thấp làm cho khả năng lên men của nấm men yếu ớt, độ cồn sản phẩm thấp, rượu lạt

Yêu cầu của đường bổ sung vào là đạt các chỉ tiêu về chất lượng: tiêu chuẩn cảm quan, tiêu chuẩn hoá lý và tiêu chuẩn vi sinh

• Bền vững với rượu, acid và các chất sát trùng

Do đó mà các nhà máy sản xuất rượu vang hiện nay thường chọn giống nấm men Saccharomyces cerevisiae để lên men dịch nho

3.2.1 Giới thiệu về rượu vang

Rượu vang là sản phẩm có hương vị đặc trưng, độ cồn nhẹ 10 - 150 (không qua chưng cất), là nước giải khát giàu chất dinh dưỡng Nếu sử dụng với liều lượng thích hợp, rượu vang có tác dụng tốt cho sức khoẻ và có thể chữa được một số bệnh

Dịch nho Đường,Vitamin, tanin, Lên men chính

ỦLoc thô

Chiết rót, đóng nút

Sản phẩm

Loc tinhLên men phụ

Dán nhãn, đóng thùng Gan cặn

S.Cerevisiae

Nhân giống

Đường

Chai, nút Nhãn, thùng Bột điatomit

Sulfit hoáLắng trong

Cặn thôNấm men sót

4 Kế hoạch sản xuất:

+ Năng suất thiết kế: 1.000.000 lít/năm

+ Một năm nhà máy hoạt động 300 ngày, mỗi ngày làm việc 14 giờ (từ 6h đến 20h), chia làm 2 ca làm việc: ca 1 từ 6h – 13h và ca 2 từ 13h – 20h

+ Một ngày làm 3 mẻ, mẻ đầu tiên bắt đầu làm việc từ 6h sáng

CHƯƠNG III

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

1 Tính lượng nguyên liệu chính

Năng suất thiết kế: 1.000.000 lít/năm, một năm sản xuất 300 ngày do đó trung bình một ngày sản xuất là 3335 lít rượu vang nho thành phẩm

+ Khâu ủ tổn thất 0,5% khối lượng vang sau lên men phụ + Khâu lọc thô tổn thất 0,3% khối lượng vang sau ủ + Khâu lọc tinh tổn thất 0,2% khối lượng vang sau ủ

+ Tổn thất khâu chiết: 0,3% khối lượng vang bán thành phẩm Tổng tổn thất: 7,3%

Hiệu suất cả quá trình: 92,7%

¾ Tính cho 100 kg nho nguyên liệu

Chọn lượng nước để ép rửa bã ướt là 8% khối lượng quả nho và giả sử rằng: lượng bã thải sau khi ép thu dịch nho hầu hết là vỏ nho, hạt nho, nước (tổng lượng bã thãi từ công đoạn ép chiếm 10% khối lượng quả nho)

Như vậy:

- Khối lượng nước quả thu được từ các lần ép là:

1,93100%95%8100%95%10100 %

+ Gọi m2 (kg) là lượng đường cần thiết bổ sung để nâng hàm lượng đường của dịch nho lên

22 =+

mn + m2 = 93,1 +7,98 = 101,08 (kg) (1) ¾ Tính lượng nho dùng trong một ngày (tính theo năng suất nhà máy)

- Thể tích rượu nguyên chất:

V = 3335 x 11% = 366,85 (lít) - Khối lượng rượu nguyên chất:

C6H12O62C2H5OH + CO2 + Q

Vì tổng hàm lượng đường trong dịch nho sau khi chuẩn bị môi trường lên men (tính luôn lượng đường bổ sung lần 2, sau khi lên men chính 2 ngày) là 20% tổng khối lượng dịch nho đem lên men, do đó tổng khối lượng dịch nho đem lên men là:

Mtc = 699,94 x 100/20 = 3499,74 (kg) (2)

+ Tổng khối lượng dịch nho đem lên men bao gồm:

• Khối lượng dịch nho thu được từ lần ép đầu tiên • Khối lượng dịch nho thu được từ lần ép rửa bã • Khối lượng đường bổ sung vào để lên men

Lưu ý: ở đây không tính khối lượng của nấm men, xem như lượng nấm men cho vào trước lên men (3% thể tích dịch nho) phần lớn được gạn lấy sau lên men và lưu ý là trong rượu vang thành phẩm không có nấm men

Từ (1) và (2), khối lượng nho nguyên liệu lý thuyết dùng trong một ngày là:

* Tính cân bằng vật chất ở từng công đoạn (tính theo năng suất nhập liệu)

+ Khối lượng nho sau khi làm sạch:

Mls = 3735 x 99% = 3697,656(kg)

+ Khối lượng dịch nho sau khi tách cuống, làm dập, nghiền xé: Mng = (3697,656 x 95%) x 99,5% = 3495,21 (kg) + Khối lượng dịch nho sau khi ép:

Mep = (3495,21 + 3495,21 x 8% - 3495,21 x 10%) x 0,98 = 3356,8 (kg) Trong đó:

• 8% là phần trăm khối lượng nước bổ sung để rửa bã; • 10% là phần trăm khối lượng bã thải;

+ Khối lượng dịch nho thu được sau khi chuẩn bị môi trường lên men: Mcb = 3356,8 + 3735 x 7,98% = 3654,853 (kg)

Trong đó: 3735 x 7,98% là khối lượng đường bổ sung cho 3735 kg nho nguyên liệu + Khối lượng rượu vang thu được sau khi lên men chính:

Sau khi lên men chính kết thúc trong rượu vang non còn 8% đường chưa lên men Quá trình lên men chính tổn thất 1% khối lượng dịch nho và tổn thất 12% x 44/180 = 3% khối lượng dịch nho trước lên men do khí CO2 thoát ra

Mlmc = (3654,853 x 99%) x 97% = 3509,76 (kg) + Khối lượng vang thu được sau khi gạn cặn:

Quá trình gạn cặn tách được phần lớn bã men và tổn thất 1% khối lượng dịch sau lên men chính

Mgc = 3509,76 x 0,99 = 3474,66 (kg) + Khối lượng vang thu được sau khi lên men phụ:

Sau khi kết thúc quá trình lên men phụ, trong rượu vang còn 4% đường sót Quá trình lên men phụ tổn thất 0,5% khối lượng vang mới và tổn thất 4% x 44/180 = 0,98% khối lượng vang mới do khí CO2 thoát ra

Mlmp = (3474,66 x 0,995) x 0,992 = 3429,63 (kg) + Khối lượng vang thu được sau khi ủ:

Mu = 3429,63 x 0,995 = 3412,48 (kg) + Khối lượng vang thu được sau khi lọc:

Ml = 3412,48 x 0,997 x 0,998 = 3395,43 (kg) + Khối lượng vang thu được sau khi chiết rót:

Mtp = 3395,43 x 0,997 = 3385,25 (kg) * Thể tích vang thành phẩm thu được:

Như vậy nếu dùng 3735 kg nho nguyên liệu/ngày thì thể tích vang thành phẩm thu được là 3385,25 lít/ngày, do đó để sản xuất ra 3335 lít vang nho thành phẩm/ngày thì lượng nho nguyên liệu cần thiết là:

3735

3335x= (kg/ngày)

Vậy:

- Lượng nho nguyên liệu cần dùng cho một ngày là 3680 kg - Lượng nho nguyên liệu dùng trong một năm là:

3680 x 300 = 1.104.000 kg/năm = 1104 tấn nho nguyên liệu/năm

¾ Tính cân bằng vật chất trong từng mẻ làm việc

Chọn số mẻ làm việc trong một ngày là 3 mẻ, như vậy: + Số mẻ làm việc trong một năm là: 3 x 300 = 900 (mẻ)

+ Lượng nho nguyên liệu cần dùng trong một mẻ là: 12273

3680 ≈ (kg/mẻ)

+ Lượng đường bổ sung trong một mẻ: 1227x7,98%=97,915 (kg/mẻ)

+ Lượng vang sản phẩm thu được trong một mẻ làm được: 1111,73

3335 = (lít/mẻ)

1.2 Tính lượng đường bổ sung

Lượng đường bổ sung vào khi chuẩn bị môi trường lên men chiếm 7,98% khối lượng nho nguyên liệu Do đó:

• Lượng đường bổ sung tính cho một ngày làm việc là: 3680 x 7,98% = 293,664 (kg/ngày)

• Lượng đường bổ sung tính cho một năm làm việc là:

1104.000 x 7,98% = 88099,2 (kg) = 88,0992 (tấn/năm)

1.3 Tính nước

1.3.1 Nước rửa nho nguyên liệu

Trong sản xuất rượu vang, người ta thường chọn tỉ lệ giữa lượng nước rửa nho và lượng nho là 1:1, nghĩa là muốn rửa 1 kg nho nguyên liệu cần dùng 1kg nước sạch

Coi khối lượng riêng của nước là 1,0 kg/l Vậy thể tích nước rửa cần dùng trong một ngày là: 1,0 x 3680 = 3680 lít/ngày = 3,68 m3/ngày

Thể tích nước rửa nho trong một năm: 3,68 x 300 = 1104 m3/năm

1.3.2 Nước ép rửa bã (nước dùng cho ép tận thu dịch nho)

Lượng nước dùng cho việc ép rữa bã chiếm 8% khối lượng quả nho, coi khối lượng riêng của nước ép rửa bã là 1,0 kg/l

- Lượng nước cần dùng để ép rửa bã trong một ngày là: 3680 x 95% x 8% = 279,68 (lít/ngày)

- Lượng nước cần dùng để ép rửa bã trong một năm là: 279,68 x 300 = 83904 (lít/năm) = 83,904 (m3/năm)

1.3.3 Nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng

Tuỳ theo tình hình sản xuất thực tế tại nhà máy, độ sạch của thiết bị, nhà xưởng mà ta sử dụng lượng nước vệ sinh thiết bị, nhà xưởng nhiều hay ít Ơ đây, ta tính chọn lượng nước rửa thiết bị, nhà xưởng .bằng lượng nước rửa nguyên liệu là 3,68 m3/ngày hay 1104 m3/năm

(lít/ngày) Trong đó:

37353680

x= là khối lượng dịch nho trước lên men trong một ngày

• 1,08 kg/lít là khối lượng riêng của dịch nho trước lên men, [3]

- Lượng nước cái men sử dụng trong một mẻ: Một ngày làm việc 3 mẻ, do đó lượng nước cái men dùng trong một mẻ là 33,34

100 = (lít/mẻ) - Lượng nước cái men sử dụng trong một năm:

100,03 x 300 = 30009 (lít) = 30,009 (m3/năm)

2 Tính lượng nguyên liệu phụ – bao bì

2.1 Tính lượng H2O2 dùng trong công đoạn làm sạch nho

Lượng H2O2 chứa trong bồn rửa thứ 2 của dây chuyền rửa nho, chiếm 1% khối lượng dung dịch trong bồn rửa thứ 2

- Lượng H2O2 dùng trong một năm: 12,27 x 300 = 3681 (kg/năm)

2.2 Tính lượng NaHSO3 dùng để sunfit hóa dịch nho

Quá trình sunfit hóa cần dùng SO2 với liều lượng 150 mg/l dịch nho, 150 mg SO2/l dịch nho tương đương với 243,75 mg NaHSO3/l dịch nho

- Thể tích dịch nho cần sunfit hoá:

- Lượng NaHSO3 dùng trong một ngày:

842,742)/(56,3047 )

243glítxlng= (lít/ngày) Với:

37353680

21,3495

(3735 )

)(3680 )

)(3680 )

kg= là khối lượng dịch nho trước lên men • 1,08 (kg/lít) là khối lượng riêng của dịch nho trước lên men, [3]

- Lượng tanin dùng trong một mẻ: 330,37/3 = 110,123 (g)

- Lượng tanin dùng trong một năm: 330,37 x 300 = 99111(g) = 99,111(kg)

Như vậy, Số chai dung tích 0,65 lít cần dùng là: 5644

%)101( 65,03335

- Số thùng carton cần dùng: 283

5644 = (thùng/ngày) = 84900 (thùng/năm) Kích thước thùng chứa: 0,38 x 0,3 (m2)

- Mỗi pallet chứa 36 thùng, số pallet cần dùng: 836

283 ≈ (pallet/ngày) Kích thước pallet: 1,4 x 1,4 (m2)

1001693200 =

1693200x = kg

• Lượng dextrin cần dùng trong một năm: )

1693200x = kg

Lượng hồ tiêu tốn: 507,96 + 1100,58 = 1608,54 (kg/năm) = 5,362 (kg/ngày)

2.9 Tính lượng NaOH dùng trong rửa chai

Lấy lượng NaOH dùng để rửa 1 triệu chai 0,65 lít là 1100 kg Như vậy, lượng NaOH cần thiết để rửa chai trong một năm là: 1862,52( )

kg

BẢNG TỔNG KẾT

Bảng 3.1: Bảng tổng kết nguyên liệu, sản phẩm

mẻ

Trong một ngày

Trong một năm

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18

Lượng nho tươi Lượng đường bổ sung Lượng men giống Lượng nước rửa nho Lượng nước ép rửa bã Lượng NaHSO3 sử dụng Lượng H2O2 sử dụng Lượng tanin cần dùng Bột trợ lọc điatomit Lượng bã khô

Lượng NaOH rửa chai Số chai

Số nắp Số nhãn Lượng hồ dán Số thùng carton Số pallét

Thể tích rượu vang

Tấn Kg Lít m3

Kg kg kg kg kg kg chai

nắp nhãn

kg két pallét

lít

1,227 97,888

33,34 1,227 0,093 0,248 4,09 0,110 116,5 2,069 1882 1882 1882 1,788 95 1112

3,680 293,664

100,3 3,680 0,28 0,744 12,27 33,037 11,825 349,6 6,208 5644 5644 5644 5,362 283

8 3335

1104 88099,2

30090 1104 83,904

223,2 3681 99,111 3547,5 104880 1862,52 1693200 1693200 1693200 1608,54

84900 2400 1000000

CHƯƠNG 4

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 1 Sơ đồ chọn thiết bị

1 2 3 4 5

Cân Máy rửa Máy làm dập Thiết bị sunfit hĩa Máy ép

Bơm tới thiết bị sunfit hĩa (B1) Bơm tới máy ép (B2)

Bơm tới thiết bị lắng (B3) 2’

Bơm nước rửa

5’ Thùng chứa bã

7 8 9

11

13 14 15

Thiết bị lên men Bồn ủ vang Thiết bị lọc thơ

Thiết bị lọc tinh

Máy chiết Máy đĩng nắp Máy dán nhãn 16

Máy rửa chai

7” 7’ Thiết bị nhân giống

Bồn chứa men giống

Bơm tới bồn ủ vang (B5) Bơm tới thiết bị lọc thơ (B6)

Bơm tới TB lọc tinh (B8) 10 Bồn chờ lọc tinh

Bơm tới bồn chờ chiết (B9) 12 Bồn chờ chiết

Bơm tới máy chiết (B10) 6 Thiết bị lắng Bơm tới TB lên men (B4)

Bơm tới bồn chờ lọc tinh (B7)

2 Tính chọn thiết bị 2.1 Phân xưởng sơ chế

2.1.1 Cân nho nguyên liệu

Bảng 4.1: thông số kỹ thuật dự kiến của cân nho nguyên liệu

kg 300 kg 5 mm 1200 Mm x mm 800 x 600

kg 150

2.1.2 Thiết bị rửa

Bảng 4.2: Thông số kỹ thuật dự kiến của thiết bị rửa phun

Năng suất băng tải tấn/h 3

2.1.3 Bơm nuớc cho thiết bị rửa

Bảng 4.3: Thông số kỹ thuật của bơm rửa nho nguyên liệu

2.1.4 Máy làm dập

Bảng 4.4: thông số kỹ thuật của máy làm dập

Số cặp trục cặp trục 2

Kích thước phần tách cuốn:

l w h

in in in

72 40 61 Kích thước phần làm

dập

l w h

in in in

35 20 29

2.1.5 Bơm 1

Bảng 4.5: thông số kỹ thuật của bơm hỗn dịch nho vào thiết bị sunfit hóa

Cao mm 1027

2.1.6 Thiết bị sunfit hóa

Bảng 4.6: thông số kỹ thuật dự kiến của thiết bị sunfit hóa

Bảng 4.7: thông số kỹ thuật của bơm hỗn dịch nho tới máy ép

Bảng 4.8: thông số kỹ thuật của máy ép

2.1.9 Thùng chứa bã

Đặt hàng thùng chứa bã loại thùng có bánh xe đẩy, thể tích thùng chứa 1m3, số lượng thùng chứa 5 thùng

2.1.10 Bơm 3: (bơm dịch nho tới thiết bị lắng trong dịch nho)

Chọn bơm pittông thẳng đứng nhãn hiệu CH3 có các thông số kỹ thuật giống bơm 2

2.1.11 Thiết bị lắng và chuẩn bị môi trường lên men:

Bảng 4.9: thông số kỹ thuật của thiết bị lắng trong dịch nho

2.1.12 Bơm 4: ( bơm dịch nho tới thiết bị lên men)

chọn bơm pittông thẳng đứng nhãn hiệu CH3 có các thông số kỹ thuật giống bơm 2

2.2 Phân xưởng lên men

Phân xưởng lên men chia làm 4 khu vực: khu vực chứa men giống, khu vực lên men, khu vực ủ và khu vực lọc, bao gồm các thiết bị chính sau:

2.2.1 Thiết bị nhân giống nấm men

Bảng 4.10: thông số kỹ thuật dự kiến của bồn nhân giống nấm men

Thể tích Đường kính

Chiều cao

mm mm

55 350 600

2.2.2 Thùng chứa men giống

Bảng 4.11: thông số kỹ thuật dự kiến của thùng chứa men giống

Số lượng thùng chứa nấm men giống: 3 thùng

2.2.3 Thiết bị lên men

Bảng 4.12: yêu cầu kỹ thuật dự kiến của thiết bị lên men

Đường kính thân trụ mm 1000 Chiều cao thân trụ mm 1800

Nhiệt kế nhiệt kế 1

Ở đây ta sử dụng chung một thiết bị để vừa lên men chính vừa lên men phụ

Trong một ngày sử dụng 3 bồn, thời gian lên men chính 5 ngày, thời gian lên men phụ trung bình 20 ngày, 2 bồn dự trữ

Như vậy tổng số bồn lên men cần thiết là: 3 x (5 + 20) + 2 = 77 (bồn)