Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ rỉ đường năng suất 5 tấn nguyên liệu ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA * THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN 96O TỪ RỈ ĐƯỜNG NĂNG SUẤT TẤN NGUYÊN LIỆU /NGÀY SVTH: ĐÀO NGỌC QUÝ Đà Nẵng – Năm 2017 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày MỞ ĐẦU Sản xuất cồn ngành nghề xuất từ lâu tồn giới nói chung Việt Nam nói riêng hai dạng sản phẩm rượu bia Lượng tiêu thụ rượu, bia toàn giới vịng 10 năm trở lại khơng tăng trưởng nhiều mức cao (khoảng 6,2 lít/người/năm) Tuy nhiên, Việt Nam lượng rượu bia tiêu thụ lại tăng trưởng mạnh (từ 3,8 lít/người/năm vào năm 2005 đến 6,6 lít/người/năm vào năm 2010) Thêm vào đó, mục đích sử dụng cồn ngày mở rộng khiến cho ngành sản xuất cồn đem lợi nhuận lớn đóng vai trị khơng thể thiếu kinh tế quốc dân Cồn có mặt nhiều loại thức uống từ cao cấp vang, whisky, vodka loại bình dân rượu nếp hoa vàng, rượu bầu đá, rượu cần đồ uống ưa chuộng sử dụng nhiều sống ngày…Ngồi mục đích làm ngun liệu ngành cơng nghiệp thực phẩm cồn cịn sử dụng rộng rãi lĩnh vực khác như: cơng nghệ hố chất, làm dung mơi cho phản ứng hoá học, nguyên liệu Đối với quốc phịng rượu etylic dùng làm thuốc súng khơng khói, nhiên liệu hoả tiễn Trong y tế, rượu etylic chất sát trùng pha thuốc Trong nông nghiệp, rượu dùng sản xuất thuốc trừ sâu Đối với ngành dệt rượu dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni chế biến gỗ Trong tương lai rượu sử dụng làm nhiên liệu sinh học sản phẩm cháy khơng gây nhiễm mơi trường Hiện nay, với phát triển mạnh mẽ khoa học – kỹ thuật nhu cầu sử dụng cồn ngày tăng ngành cơng nghiệp sản xuất cồn ngày phát triển mạnh mẽ với độ hiệu chất lượng cồn ngày cao Các nguyên liệu chế biến cồn ngày đa dạng như: gạo, ngơ, khoai, sắn, rỉ đường Trong rỉ đường ngun liệu có hiệu kinh tế cao nguyên liệu phụ phẩm ngành công nghiệp rỉ đường nên giá thành rẻ, trình xử lý ngun liệu lại đơn giản, tốn tài ngun Trên sở đó, tơi giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường suất nguyên liệu /ngày” SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Vị trí xây dựng Địa điểm chọn để xây dựng nhà máy khu công nghiệp Phổ Phong, thuộc hai xã Phổ Phong Phổ Nhơn, huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi, có diện tích 143,7 ha, 115 khu công nghiệp tập trung nước Thủ tướng Chính phủ phê duyệt ghi danh mục đầu tư Quy hoạch tổng thể phát triển kinh tế xã hội tỉnh Quảng Ngãi; địa hình khu cơng nghiệp vị trí xây dựng nhà máy cồn 96° có đặc điểm sau: - Phía Đơng giáp: Suối Khoai (suối Mn), - Phía Tây giáp: Núi Tam Cọp, - Phía Nam giáp: Phần đất Công ty khác, 1.2 - Phía Bắc giáp: Sơng Ba Liên.[15][16] Đặc điểm tự nhiên Quảng Ngãi có khí hậu nhiệt đới gió mùa, Nhiệt độ trung bình từ 25oC-27oC, Lượng mưa trung bình năm từ 1600 - 2500 mm/năm, Độ ẩm trung bình năm khoảng 84 %, Hướng gió chủ đạo hướng Đông Nam [16] 1.3 Nguồn nguyên liệu Nguồn nguyên liệu rỉ đường từ hai nhà máy đường Phổ Phong An Khê Việc xây dựng nhà máy cồn vùng khu công nghiệp tạo điều kiện tốt cho việc giảm chi phí vận chuyển bảo quản, nâng cao giá trị kinh tế Tuy nhiên, tương lai phải giải vấn đề nguồn nguyên liệu mía cơng ty đường mía Phổ Phong Quảng Ngãi Bởi năm hai công ty sản xuất đường từ đến tháng vấn đề thiếu nguồn nguyên liệu, việc kéo theo đình trệ nhà máy cồn 96° Nếu cần thiết bổ sung nguyên liệu tinh bột tỉnh Quãng Ngãi, diện tích đất nông nghiệp dùng để trồng lương thực cịn cao 1.4 Hợp tác hóa Nhà máy xây dựng khu công nghiệp Phổ Phong Đây khu cơng nghiệp xây dựng năm 2010, có nhiều nhà máy xây dựng trước nhà máy đường Phổ Phong Các nhà máy liên hợp với tạo điều kiện phát triển bền vững việc chia sẻ cơng trình phụ trợ Về nguồn ngun liệu hợp tác hố chặt chẽ nhà máy nhà máy đường để thu mua nguyên liệu rỉ đường Cần hợp tác với người dân địa phương SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày nguồn cung cấp tinh bột để bổ sung cần thiết 1.5 Nguồn cung cấp điện Điện sử dụng từ hệ thống lưới điện quốc gia 500KV truyền tải khu công nghiệp đường dây 110KV Tại chân khu công nghiệp, có trạm biến áp 40MVA, mạng 22KV khu cơng nghiệp Tuy vậy, để đảm bảo an tồn cho q trình sản xuất liên tục an tồn điện, nhà máy cần phải có máy phát điện dự phịng có cố [15] 1.6 Nguồn cung cấp Hơi dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu công đoạn sản xuất Lượng đốt cung cấp cho phân xưởng lấy từ lò riêng nhà máy Nhiên liệu sử dụng dầu FO (Fuel Oil), thu mua từ trạm xăng liên hệ với công ty xăng dầu tỉnh để cung cấp Có thêm kho dự trữ để đảm bảo sản xuất Có thể liên hệ với hai nhà máy đường mía để tận dụng lượng bã mía làm nguyên liệu cung cấp nhiệt bổ sung [15] 1.7 Nguồn cung cấp nước Nước sử dụng cho nhà máy có nhiều mục đích khác như: Sản xuất, vệ sinh, sinh hoạt Sử dụng nguồn nước từ mạch nước ngầm qua giếng khoan, từ sông Ba Liên Nước qua hệ thống xử lý, kiểm tra tiêu vi sinh vật, độ cứng, nồng độ chất hữu cơ, vô cơ… Đạt yêu cầu đưa vào sử dụng [15] 1.8 Giao thông Nhà máy nằm khu công nghiệp Phổ Phong huyện Đức Phổ quy hoạch mạng lưới giao thông thuận lợi Huyện có quốc lộ chạy dọc theo chiều dài, có quốc lộ 24B nối từ quốc lộ 1A lên tỉnh Kon Tum, tuyến đường sắt Bắc Nam song song với quốc lộ Quảng Ngãi tỉnh trung lộ nước nên có thị trường tiêu thị lớn, dễ dàng vận chuyển sản phẩm Bắc hay vào Nam [15] 1.9 Nguồn nhân lực Quảng Ngãi có lực lượng lao động dồi dào, với dân số 1,5 triệu dân; 50% dân số độ tuổi lao động Chất lượng nguồn lao động cải thiện đáng kể Tỷ lệ lao động đào tạo nghề chiếm 30% tổng số lao động [17] Nhà máy đặt gần trung tâm kinh tế miền Trung nên có nhiều nguồn nhân lực tập trung bao gồm: Nguồn nhân lực qua đào tạo chưa qua đào tạo Vì thế, nguồn lao động cho nhà máy tuyển dụng từ nguồn nhân lực này, giải việc làm chỗ cho người dân Đội ngũ cán khoa học kỹ thuật SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày quản lý nhà máy tiếp nhận trường Đại học Đà Nẵng trường Đại học khác toàn quốc Khả tiêu thụ sản phẩm Cồn sản xuất nhà máy cung ứng tỉnh Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi Ngồi xuất nước 1.10 Năng suất nhà máy Trong điều kiện thuận lợi nguồn nguyên liệu, giao thơng thị trường tiêu thụ sản phẩm việc thiết kế xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường với 1.11 suất ngun liệu/ngày có tính khả thi cao SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Tổng quan nguyên liệu 2.1.1 Rỉ đường 2.1.1.1 Khái niệm: Rỉ đường sản phẩm thứ phẩm công nghệ sản xuất đường (chủ yếu đường mía) Rỉ đường chiếm từ 3% đến 5% tổng lượng mía đưa vào sản xuất đường từ 3% đến 3,5% trọng lượng nước mía [1] Rỉ đường thường dùng để làm thức ăn gia súc, dùng số ngành công nghiệp khác Nhưng để giải lượng lớn rỉ đường nhà máy đường chủ yếu dùng làm nguyên liệu sản xuất rượu etylic (C2H5OH) Trong trình sản xuất cồn cần lên men trực tiếp rỉ đường trước đưa chưng cất tinh chế nên quy trình cơng nghệ ngắn so với nguyên liệu khác, tiết kiệm thiết bị lượng Hình 2.1: Rỉ đường 2.1.1.2.Thành phần rỉ đường Nước chiếm từ 18 – 20% (tùy theo phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản vận chuyển) Chất khơ chiếm 80 – 82%, 60% đường gồm: 40% đường saccaroza, 20% đường glucoza + fructoza 40% thành phần đường gồm : 8-10% hợp chất vô 30-32% hợp chất hữu [3] SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày Bảng 2.1:Thành phần hợp chất vô Thành phần Sacaroza Glucoza fructoza Hợp chất vô Hợp chất hữu cỡ % (khối lượng) 40 20 – 10 30 – 32 Trong rỉ đường lượng P2O5 chiếm 0,02 – 0,05% đóng vai trị quan trọng cho phát triển nấm men [4] Ngoài cịn có chất dinh dưỡng khác biotin (C10H16N2O3S), inozit (C6H12O6), acide, pantotetic (C9H17NO5), nguyên tố vi lượng đóng vai trị quan trọng q trình sinh dưỡng tế bào nấm men [1] Hợp chất hữu không chứa nitơ cấu trúc phân tử: Gồm có pectin sản phẩm phân huỷ pectin, chiếm 3% trọng lượng mật rỉ, sản phẩm phân huỷ đường nghịch đảo caramen, melanoit, acide hữu acid acetic (CH3COOH), acid formic (HCOOH), acid oxalic (C4H6O5), số lượng sản phẩm chiếm 2,5% lượng chất khô mật rỉ [1] Hợp chất hữu có nitơ cấu trúc phân tử: Thường gặp dạng protit, acide aminoacide (acid aspuraxic (C4H7NO4), acid glutamic (C5H9NO4), bucin, izoleuxin, betain ) Theo C.A Konôbalốp chất hữu có nitơ chung rỉ đường chiếm 1,68 – 2,33% (khối lượng) Trong gồm: Bảng 2.2: Thành phần đạm có rỉ đường Amin 13,02 - 18,33% Amiac 2,73% Amit 6,07% Protit 17,26% Lượng nitơ mà nấm men yếm khí đồng hóa khoảng 26,2% tổng lượng nitơ có rỉ đường Ngồi rỉ đường cịn có loại vi sinh vật gây ảnh hưởng lớn đến chất lượng rỉ đường Điều nguy hại rỉ đường bị nhiễm vi sinh vật, loại vi khuẩn sinh keo ( t°C = 26 - 28 ) đơi có loại vi khuẩn sinh acid theo nhiễm tạp P.B Ghivatôpski chia rỉ đường làm loại: Bảng 2.3: Phân loại rỉ đường theo lượng vi sinh vật Loại SVTH: Đào Ngọc Quý Lượng vi sinh vật có 1g rỉ đường I 10 – 90.000 II 150.000 – 500.000 III 1.000.000 – 8.000.000 (cần sử dụng GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày để tránh tổn thất ) 2.1.1.3 Ưu điểm rỉ đường cơng nghệ sản xuất cồn Có nguồn cung cấp phổ biến, giá rẻ, sản lượng nhiều, sử dụng tiện lợi Trang thiết bị không phức tạp, chất lượng rượu sản xuất đảm bảo tiêu chuẩn quy định Việc sử dụng rỉ đường để sản xuất cồn vừa khai thác tối đa nguồn phụ phẩm công nghệ sản xuất đường, vừa làm giảm gánh nặng lượng tinh bột phải sử dụng Từ nâng cao hiệu kinh tế giải phần vấn đề môi trường lương thực cho xã hội 2.1.1.4 Bảo quản rỉ đường Đối với nhà máy sản xuất rượu, rỉ đường bảo quản thùng Inox hình trụ bồn bêtơng cốt thép, thể tích thùng chứa phải bảo đảm cho nhà máy sản xuất tháng Trong thùng chứa rỉ đường có thiết bị kiểm tra, phao báo mức, nhiệt kế Dưới đáy thùng có lắp đặt hệ thống dẫn bơm để vận chuyển rỉ đường đến nơi sản xuất Về mùa đông rỉ đường bị sánh lại bơm nên phải thiết kế hệ thống gia nhiệt gần đường ống bơm Mặt khác q trình bảo quản rỉ đường khơng đồng chất lượng suốt vụ mùa không đồng nên cần phải có hệ thống bơm trộn rỉ đường thùng trước đưa sản xuất Theo A.M.Mankốp tổn thất rỉ đường hàng tháng khoảng 0,2% khối lượng, tổn thất chủ yếu bốc nước.Theo nghiên cứu O.A.BaKuSintrong trình bảo quản rỉ đường có tượng kết tinh mầm tinh thể nhỏ, số lượng không vượt 15000 tinh thể /1g hàng tháng tổn thất 0,02 - 0,04% khối lượng rỉ đường Khi 1g rỉ đường có tới 100000 tinh thể coi việc bảo quản rỉ đường không tốt Khi hàm lượng chất khơ rỉ đường đạt 75 – 80% lượng nấm men dại, vi khuẩn tạo thành acid ít, bảo đảm chất lượng rỉ đường suốt trời gian bảo quản, thay đổi không đáng kể Khi số lượng vi khuẩn có 50.000 tế bào /1g rỉ đường tổn thất đường sacaroza lên tới 1,3% so với khối lượng rỉ đường Nếu rỉ đường có sẵn nấm men lượng đường tổn thất nhiều, tổn thất đường tăng lên hàm lượng chất khô rỉ đường 40% Để tránh tượng vi sinh vật phát triển, trình bảo quản phải giữ pH > 6,8 Dùng chất sát trùng Na2SiF6, foocmol với tỷ lệ 0,015 - 0,02% so với khối lượng rỉ đường Ngoài trình SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày bảo quản đường xảy phản ứng Maillard đường khử acid amin tạo thành melanoit vừa làm tổn thất đường vừa gây khó khăn cho việc lên men sau [3] 2.1.2 Nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích nước dùng để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi…[4] Chất lượng nước phải đảm bảo yêu cầu [4]: − Trong suốt, không màu, không mùi, − Độ cứng: không mg-E/l, − Độ oxy hóa:  mL KMnO4/l, − Chất cặn:  mg/l, − Khơng có kim loại nặng Bảng 2.4: Hàm lượng muối cho phép[5] Hàm lượng muối Mg/l Cl- 0,5 F- SO42- 80 Zn2+ As 0,05 Cu2+ Fe2+,Fe3+ 0,3 NO3- 40 Pb2+ 0,1 NH3 cuối axit nitric 2.1.3 Nấm men 2.1.3.1 Yêu cầu − Có tốc độ phát triển nhanh mơi trường sản xuất, − Có đặc tính sinh lý, sinh hóa ổn định thời gian dài, − Có khả chịu đựng yếu tố khơng thuận lợi môi trường Đặc biệt chất sát trùng, độ pH thấp, độ cồn cao lên men nhiều loại đường nhiệt độ tương đối cao, − Chịu áp suất thẩm thấu lớn, tức chịu nồng độ dịch lên men SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ngày lớn, đồng thời nấm men bị ức chế sản phẩm trìnhlên men, − Lên men nhiều loại đường như: glucoza, fructoza, saccharoza, maltoza…, − Tạo sản phẩm nhiều (rượu etylic, C2H5OH) sản phẩm phụ (este, alcol cao phân tử, dầu fusel, CH3CHO) [5][2] 2.1.3.2 Chủng nấm men sử dụng cho trình lên men từ rỉ đường Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rasse XII) phân lập Đức năm 1902, tốc độ phát triển nhanh sau 24 tế bào phát triển 55 tế bào Không bào nhỏ, sinh bọt, tế bào hình trứng trịn, kích thước vào khoảng - µm Lên men nhiệt độ cao lên men đường glucose, fructose, galactose, saccarose, maltose 1/3 đường raffinose, không lên men đường lactose Có thể lên men đạt 13% rượu môi trường Nấm men Rasse XII thuộc loại nấm men nổi, phân bố toàn dịch lên men, không tạo thành đám trắng [1] Nấm men MTB (Men thuốc bắc) Việt Nam phân lập nhà máy rượu Hà Nội từ nấm men thuốc bắc, tế bào hình bầu dục, kích thước - ì àm L nhng nm men đa bội nên hình thành - bào tử tế bào Có khả lên men đường glucose, fructose, galactose, saccarose, maltose, galactose Lên men nhiệt độ cao (39 - 40 oC) chịu độ axit tương đối cao - 1,5o, độ rượu dấm chín sau q trình lêm men đạt từ 12 - 14 % Đặc biệt qua nhiều năm hóa, nấm men phát triển lên men tốt mơi trường có 0,02 - 0,025 % chất sát trùng Na2SiF6[1] 2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật Acid sunfuric (H2SO4) có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ trình xử lý dịch đường − Urê (CO(NH2)2) cung cấp để đảm bảo lượng nitơ cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo nhiều rượu, − Nhóm hóa chất xử lý nước như: Than hoạt tính, đá sỏi…, − Hóa chất sát trùng: Sodium silifluoeide (Na2SiF6) bổ sung q trình đường hóa để hạn chế ngăn chặn nhiễm khuẩn trình đường hóa [1] 2.2 Lên men cơng nghệ sản xuất cồn 2.2.1 Khái niệm: Lên men rượu trình yếm khí xảy có mặt nấm men để chuyển hóa đường thành rượu, giải phóng CO2 tỏa nhiệt C6H12O6 → 2C2H5OH + 2CO2 + Q SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường 10 g’ = mDam  g tb 713728,94 11, 656 = = 3466,34 (kg/h) 24  100 24  100 Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188 D= 3466,34 = 1,038 (m) 1,137 D L + DC 1, 244 + 1, 038 = = 1,141( m) 2 Phụ lục 3: Đồ thị xác định số đĩa làm việc tháp tinh Phụ lục : Tính nhiệt cho thùng lên men Nhiệt sinh q trình lên men: Cứ lít dịch lên men thùng lên men sau giải phóng 1,13 kcalo nhiệt Lượng nhiệt sinh trong thùng: PHỤ LỤC V 72 n 24 Q= × 22180 × 1,13= × 72 24 × 1,13 = 10741,45(Kcal) V: Tổng số dịch lên men ngày, n: số thùng lên men Nhiệt tổn thất rượu CO2 mang ra: Lấy 10% so nhiệt lượng sinh ra: Q1 = 10% × Q = 0,1 × 10741,45 = 1074,145 (Kcal) Để lấy lượng lại ta sử dụng hệ thống làm nguội dạng ống xoắn ruột gà Lượng nhiệt hệ thống làm nguội lấy đi: Q2 = F × k × t (W), [8] F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt F=×D×H= 3,14×2,09×6,27=41,14(m2) k: Hệ số truyền nhiệt qua thành thiết bị: k =  + +  t  [8] 1: Hệ số cấp nhiệt từ thùng lên men đến thành thiết bị, 1 = 699 W/m2.độ : Chiều dày thành thiết bị,  = 0,006 (m) t : Hệ số dẫn nhiệt thành thiết bị, t =50 W/m.độ 2: Hệ số cấp nhiệt từ thiết bị đến nước dội,  = Nu  N = 52,3  10-2 (Kcal/m.h.độ) = 60,8 N [9] HT  10-2(W/m.độ) HT: Chiều cao phần thân hình trụ, HT = 5,036 m, Nu: Chuẩn số Nuyxen đặc trưng cho trình cấp nhiệt bề mặt phân giới phụ thuộc vào chuẩn số Raynon: Re =  V [9]  V: Mật độ tưới , V = G , (kg/m.s) DT DT: Diện tích bề mặt truyền nhiệt thân thiết bị, DT = F = 61,26 (m2) G : Khối lượng chất lỏng chảy 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 nước  = 0,8937  10-3 (N.s/m2) [9] Re = V  = 4G 1,5 = = 109,59   DT 0,8937 10−3  61, 26 Re = 109,59 < 2000 Nuyxen tính: Nu = 0,67  (Ga2  Pr3  Re)1/9 [9] PHỤ LỤC Trong đó: Ga = Pr = CP    H3  2  g 2 5, 0363 10002  9,8 = = 156, 7111013 −3 (0,8937 10 ) [12]  - Độ nhớt nước 250C,  = 0,8937 × 10-3 N.s/m2  - Hệ số dẫn nhiệt nước 250C,  = 60,8 × 10-2 W/m.độ CP- Nhiệt dung riêng nước 250C, CP = 0,99892 kcal/kg.độ 0,99892  0,8937  10 −3 Pr = = 0,00147 60,8  10 − Nu=0,67×[( 156, 7111013 )2 × (0,00147)3 × 109,59]1/9 = 305,62 2 = K= Nu  N 305, 62  60,8 10−2 = = 36, (N/m2.0C) H 5, 036 = 34, 72 (W/m2.0C) 0, 006 + + 699 50 36, t – Hiệu số nhiệt độ trung bình, t = t1 − t [9], t1 ln t t1 = T – t1, t2 = T- t2 T = 320C, t1 = 200C, t2 = 300C, t1 = 120C, t2 = 20C, t = 12 − = 5,58 C ln Vậy nhiệt lượng nước dội lấy đi: Q2=K× F × t =34,72×41,14  5,58=7970,36 (W)=6853,28 (Kcal/h) Lượng nước dội cho thùng lên men chính: m = 3600  1,5 = 5400 (kg/h) Lượng nhiệt lượng hệ thống làm nguội ống xoắn ruột gà lấy đi: Q3=Q – Q1 – Q2 =10741,45– 1074,145 – 6853,28= 2814,025(Kcal/h) Lượng nước cung cấp cho ống xoắn ruột gà: Q = G  C  t [9] G= 2814,025 Q3 52904,35 = 281,1(kg/h) = = 5296,15 0,99892×(30-20) CP  t 0,99892  (30 − 20) Lượng nước cấp cho thùng lên men chính: 281,7(kg/h) Phụ lục 5: Xác định hàm lượng đường mật rỉ PHỤ LỤC Tiến hành: Dùng ống đong lấy 20 mL Felling A 20 mL Felling B cho vào bình tam giác 250 mL Lắc dùng pipet hút 20 mL dung dịch đường xử lý pha loãng vào Lắc đặt bình tam giác lên bếp điện đun sơi vịng 3-4 phút để sơi phút, sau đem lọc qua phễu xốp nhiều lần nước cất nóng 7080°C Dùng Fe2(SO4)3 để hịa tan oxit đồng rửa 2-3 lần nước nóng Dung dịch thu đem chuẩn KMnO4 0,1N đến xuất màu hồng không sau 2-3 giây Số mL KMnO4 tiêu hao nhân với 6,36 có lượng mg đồng Đem tra với bảng Bectran [1] để biết lượng đường chứa 20mL dịch thí nghiệm Phụ lục 6: Xác định hàm lượng acid este cồn Tiến hành: Dùng ống hút cho 100 mL cồn pha lỗng tới 50 % cho vào bình tam giác 250 mL, nối với hệ thống làm lạnh ngược, đun sôi 15 phút để tách CO2 Tiếp theo làm lạnh đến nhiệt độ phòng, cho – giọt phenolftalein, dùng dung dịch NaOH 0,5 N chuẩn đến xuất màu hồng nhạt Hàm lượng axit tính theo cơng thức: V × × 10 × 100 (mg/L)[1] C Trong đó: V: Số mL dung dịch NaOH 0,1 N tiêu hao điện phân, 6: Số mg acid axetic ứng với mL NaOH 0,1 N, 10: Hệ số chuyển thành lít, 100: Hệ số chuyển thành cồn 100%, C: Nồng độ cồn dung dịch đem phân tích Sau chuẩn hàm lượng axit ta thêm vào hỗn hợp mL NaOH 0,1N nối với hệ thống làm lạnh đun sôi tạo điều kiện cho phản ứng: CH3COOC2H5 + NaOH CH3COONa + C2H5OH Đun xong, đem làm ngội đến nhiệt độ phòng cho mL H2SO4 0,1 N vào bình Sau chuẩn lại H2SO4 dư NaOH 0,1 N tới xuất màu hồng nhạt Hàm lượng este cồn xác định: E = V × 8,8 × 10 × 100 (mg/L)[1] c Trong đó: V: Số mL NaOH 0,1 N tiêu hao chuẩn H2SO4 dư, PHỤ LỤC 8,8: Lượng este etylic ứng với mL NaOH 0,1 N Phụ lục 7: Xác định hàm lượng aldehyt Tiến hành: Lấy 50 mL rượu cồn pha lỗng xấp xỉ 50 % cho vào bình tam giác 250 mL Sau thêm vào 25 mL NaHSO3 1,2 % lắc để Tiếp tục cho vào – mL HCl 0,1 N dung dịch iot 0,1 N để oxy hóa lượng NaHSO3 dư với thị dùng dung dịch tinh bột 0,5% Lượng dung dịch I2 0,1 N 0,01 N tiêu hao giai đoạn khơng tính đến Tiếp theo cho vào bình 25 mL dung dịch NaHSO3 để giải phóng lượng NaHSO3 andehyt Sau phút ta dùng dung dịch I2 0,01 N để chuẩn lượng NaHSO3 vừa giải phóng kết hợp với andehyt ban đầu, phản ứng kết thúc xuất màu tím nhạt Song song với mẫu thí nghiệm ta làm mẫu kiểm chứng cách thay 50 mL rượu 50 mL nước cất Hàm lượng andehyt xác định: (V − V0 ) × 0,22 × 1000 × 100 (mg/L)[1] 50 × C V, V0: Số mL dung dịch I2 0,01 N tiêu hao mẫu thí nghiệm mẫu kiểm chứng 0,22: Số mg andehyt axetic tương ứng mL dung dịch I2 0,01 N C: Số mL rượu mẫu lấy để phân tích Phụ lục 8: Xác định hàm lượng alcol cao phân tử Tiến hành: Dùng ống đong 50 mL hay 25 mL có nút nhám rử sạch, sấy khơ Sau cho vào ống thứ 10 mL cồn, ống khác chứa 10 mL dung dịch mẫu có hàm lượng andehyt axetic tương đương mẫu thí nghiệm, dùng ống hút cho vào ống đong 0,4 mL dung dịch andehyt salixilic % 20 mL axit sunfuric đậm đặc Nút ống đong lắc đều, để yên 30 phút Sau đem so màu mắt thường, màu ống thí nghiệm phù hợp với màu ống mẫu hàm lượng ancol cao phân tử rượu thí nghiệm hàm lượng ancol cao phân tử mẫu Hàm lượng ancol cao phân tử tính theo cồn: 100 C (mg/L hay%)[3], a: Hàm lượng dầu fusel mẫu C: Nống độ cồn mẫu thí nghiệm PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, nhận nhiều giúp đỡ, đóng góp ý kiến bảo nhiệt tình thầy cơ, gia đình bạn bè Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.S Bùi Viết Cường, giảng viên mơn cơng nghệ hóa thực phẩm – trường ĐHBK ĐÀ NẴNG người tận tình hướng dẫn, bảo tơi suốt q trình làm đồ án Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường ĐHBK ĐÀ NẴNG nói chung, thầy giáo mơn cơng nghệ hóa thực phẩm nói riêng hướng dẫn cho kiến thức môn đại cương mơn chun ngành, giúp tơi có sở lý thuyết vững vàng tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình học tập Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn gia đình, bạn bè, tạo điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên tơi suốt q trình học tập hoàn thành đồ án tốt nghiệp i CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan q trình làm đồ án tốt nghiệp Các số liệu, kết nêu đồ án tốt nghiệp trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Nếu khơng nêu , tơi hồn tồn chịu trách nhiêm đề tài Sinh viên thực Đào Ngọc Quý ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án Lời nói đầu cảm ơn Lời cam đoan liên học thuật i ii Mục lục Danh sách bảng biểu, hình vẻ sơ đồ Danh sách cụm từ viết tắt iii viii x Trang PHỤ LỤC MỞ ĐẦU ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT .3 1.2 1.1 VỊ TRÍ XÂY DỰNG .3 1.3 ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN 1.4 NGUỒN NGUYÊN LIỆU .3 1.5 HỢP TÁC HÓA 1.6 NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN 1.7 NGUỒN CUNG CẤP HƠI 1.8 NGUỒN CUNG CẤP NƯỚC 1.9 NGUỒN NHÂN LỰC 1.10 KHẢ NĂNG TIÊU THỤ SẢN PHẨM .5 1.11 NĂNG SUẤT NHÀ MÁY .5 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU 2.1.2 Nước 2.1.3 Nấm men 2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật .9 2.2 LÊN MEN TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN 2.2.1.khái niêm 2.2.2.Các phương pháp lên men 11 2.3 CHƯNG CẤT VÀ TINH CHẾ CỒN 96O 11 2.3.1 Lý thuyết chưng cất .11 2.3.2 Cơ sở lý thuyết tinh chế .12 2.3.3 Các phương pháp chưng cất – tinh chế .13 2.4 TÁCH NƯỚC .19 iii 2.5 SẢN PHẨM 19 2.5.1 Ethanol 19 2.5.2 Cồn 96° 20 2.6 TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TRONG NƯỚC VÀ NGỒI NƯỚC .21 2.6.1.Ở nước 21 2.6.2 Trong nước 22 CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 24 3.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 24 3.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH SẢN XUẤT 25 3.2.1 Xử lý nguyên liệu 25 3.2.2 Lên men .29 3.2.3 Chưng cất, tinh chế 31 3.2.4 Bốc nhiệt 33 3.2.5 Tách nước 33 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 35 4.1 KẾ HOẠCH SẢN XUẤT 35 4.2 TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 35 4.2.1 Các thông số ban đầu 35 4.2.2 Tính tốn cân vật chất 36 4.3 Tính toán cân vật chất cho ngày 49 Chương 5: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 50 5.1 PHÂN XƯỞNG XỬ LÝ VÀ PHA LOÃNG RỈ ĐƯỜNG .50 5.1.1 Thùng tiếp nhận rỉ đường .50 5.1.2 Thùng chứa H2SO4 51 5.1.3 Thiết bị hịa lỗng sơ 52 5.1.4 Thùng chứa (NH4)2SO4 53 5.1.5 Thùng chứa Na2SiF6 54 5.1.6 Thùng chứa H3PO4 55 5.1.7 Thiết bị gia nhiệt lắng 56 5.1.8 Thiết bị pha loãng liên tụ .57 5.1.9 Thùng chứa sau pha loãng liên tục 58 5.2 PHÂN XƯỞNG LÊN MEN 59 5.2.1 Thùng nhân giống cấp I, II 59 5.2.2 SỐ LƯỢNG THÙNG LÊN MEN 60 5.2.3 Thiết bị tách CO2 61 5.2.4 Thùng chứa giấm chín 62 iv 5.3 PHÂN XƯỞNG CHƯNG CẤT VÀ TINH CHẾ 63 5.3.1 Tính tháp thơ .63 5.3.2 Tháp tinh chế .64 5.4 CÁC THIẾT BỊ TRUYỀN NHIỆT 65 5.4.1 THIẾT BỊ HÂM GIẤM: 65 5.4.2 Thiết bị ngưng tụ cồn thô 67 5.4.3 Thiết bị tách bọt 68 5.4.4 Thiết bị ngưng tụ tháp tinh 69 5.4.5 Thiết bị bốc 71 5.4.6 Thiết bị hấp phụ giải hấp 73 5.4.7 Thiết bị ngưng tụ cồn sản phẩm : .75 5.4.8 Thiết bị làm lạnh cồn sản phẩm 76 5.4.9 Thiết bị làm lạnh dầu fuzel: 77 5.4.10.Thiết bị ngưng tụ cồn nhạ 78 5.5 CHỌN BƠM .80 5.5.1 Bơm rỉ đường đặc, chất sát trùng, axit, chất dinh dưỡng, dịch giống 80 5.5.2 Bơm dịch pha loãng lên men 81 CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 83 6.1 TÍNH HƠI 83 6.1.1 Tính cho xử lý rỉ đường .83 6.1.2.Tính cho q trình chưng cất tinh chế 85 6.1.3 Tính cho q trình bốc – q nhiệt 85 6.1.4 Tính nhiệt lượng cho trình hấp phụ - giải giấp .86 6.1.5 Tính chọn lò .88 6.1.6 Tính nhiên liệu 88 6.2 TÍNH NƯỚC CHO PHÂN XƯỞNG SẢN XUẤT CHÍNH 89 6.2.1 Nước dùng cho phân xưởng lên men 89 6.2.2 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế 90 CHƯƠNG 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 93 7.1 TỔ CHỨC CỦA NHÀ MÁY 93 7.1.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy 93 7.1.2 Tổ chức lao động 93 7.2 TÍNH CÁC CƠNG TRÌNH XÂY DỰNG 94 7.2.1 Khu sản xuất 94 7.2.2 Phân xưởng điện .95 7.2.3 Kho chứa nguyên liệu 95 v 7.2.4 Phân xưởng lò 96 7.2.5 Nhà hành 96 7.2.6 Trạm xử lý nước 96 7.2.7 Nhà vệ sinh, nhà tắm 96 7.2.8 Nhà ăn, tin .97 7.2.9 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 97 7.2.10 Trạm biến áp 97 7.2.11 Gara ô tô 97 7.2.12 Nhà để xe 97 7.2.13 Phòng thường trực bảo vệ .97 7.2.14 Khu xử lý bã nước thải 98 7.2.15 Kho nhiên liệu 98 7.2.16 Trạm máy nén thu hồi CO2 98 7.3 TÍNH TỔNG MẶT BẰNG CẦN XÂY DỰNG NHÀ MÁY 99 7.3.1 Khu đất mở rộng 99 7.3.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy 99 7.3.3 Tính hệ số sử dụng 100 CHƯƠNG 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 101 8.1 KIỂM TRA NGUYÊN LIỆU 101 8.2 KIỂM TRA CÁC CHỈ TIÊU CỦA DẤM CHÍN .102 8.2.1 Nồng độ lên men 102 8.2.2 Xác định đường sót lên men .102 8.2.3 Độ chua dấm chín .103 8.3 KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỒN SẢN PHẨM .103 8.3.1 Nồng độ rượu .103 8.3.2 Hàm lượng acid este cồn .103 8.3.3 Xác định hàm lượng aldehyt .104 8.3.4 Xác định hàm lượng furfurol .104 8.3.5 Xác định hàm lượng alcol cao phân tử 104 8.3.6 Xác định hàm lượng alcol metylic 105 8.3.7 Xác định thời gian oxy hóa 105 CHƯƠNG 9: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 106 9.1 AN TOÀN LAO ĐỘNG 106 9.1.1 Những nguyên nhân gây tai nạn 106 9.1.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động .106 9.1.3 Những yêu cầu cụ thể an toàn lao động 107 vi 9.2 VỆ SINH NHÀ MÁY 108 9.2.1 Vệ sinh cá nhân công nhân 108 9.2.2 Vệ sinh máy móc thiết bị .108 9.2.3 Vệ sinh xí nghiệp 108 9.2.4 Xử lý phế liệu trình sản xuất 108 9.2.5 Xử lý nước thải 108 9.2.6 Xử lý nước dùng cho sản xuất 109 KẾT LUẬN 110 TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC vii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ BẢNG 2.1:THÀNH PHẦN CÁC HỢP CHẤT VÔ CƠ BẢNG 2.2: THÀNH PHẦN ĐẠM CÓ TRONG RỈ ĐƯỜNG BẢNG 2.3: PHÂN LOẠI RỈ ĐƯỜNG THEO LƯỢNG VI SINH VẬT BẢNG 2.4: HÀM LƯỢNG MUỐI CHO PHÉP[5] BẢNG 4.1 KẾ HOẠCH SẢN XUẤT BẢNG 4.2 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT BẢNG 4.3 THÀNH PHẦN HĨA HỌC CỦA RỈ ĐƯỜNG (TÍNH THEO TRỌNG LƯỢNG) Ở VIỆT NAM BẢNG 4.4 BẢNG HAO HỤT VÀ TỔN THẤT QUA CÁC CÔNG ĐOẠN BẢNG 4.5 BẢNG CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG ỨNG VỚI 100 KG GIẤM CHÍN BẢNG 4.6 BẢNG CÂN BẰNG VẬT CHẤT CHO NGÀY BẢNG 5.1 THỐNG KÊ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ BẢNG 6.1 NHIỆT HẤP PHỤ CỦA ZEOLITE 3ª BẢNG 7.1 BẢNG TỔNG KẾT CÁC CƠNG TRÌNH BẢNG 10.1 CÁC U CẦU CƠ BẢN ĐỐI VỚI THÁP TINH CHẾ BẢNG 10.2 BẢNG NHIỆT LƯỢNG CỦA CÁC THÀNH PHẦN BẢNG 10.3 BẢNG NỒNG ĐỘ PHA LỎNG, HƠI TỪ VỊ TRÍ ĐỈNH, ĐÁY, TIẾP LIỆU HÌNH 2.1: RỈ ĐƯỜNG HÌNH 2.2 ĐỘ BAY HƠI ĐẲNG NHIỆT CỦA DUNG DỊCH RƯỢU NƯỚC [4] HÌNH 2.3 ĐƯỜNG CONG CÂN BẰNG HỖN HỢP RƯỢU NƯỚC Ở ÁP SUẤT KHÍ QUYỂN [4] HÌNH 2.4 CHƯNG GIÁN ĐOẠN HÌNH 2.5 TINH CHẾ GIÁN ĐOẠN HÌNH 2.6 SƠ ĐỒ CHƯNG LUYỆN BÁN LIÊN TỤC HÌNH 2.7 SƠ ĐỒ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC HAI THÁP HÌNH 2.8 SƠ ĐỒ CHƯNG LUYỆN LIÊN TỤC BA THÁP HÌNH 2.9 THÁP FUZEL HÌNH 2.10 THÁP LÀM SẠCH HÌNH 3.1 SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHA LỖNG SƠ BỘ viii HÌNH 3.2 THIẾT BỊ GIA NHIỆT VÀ LẮNG HÌNH 3.3.SƠ ĐỒ THIẾT BỊ PHA LỖNG LIÊN TỤC VÀ THÙNG CHỨA SAU PHA LỖNG HÌNH 3.4 SƠ ĐỒ BỐ TRÍ LÊN MEN LIÊN TỤC NHƯ SAU HÌNH 3.5 HỆ THỐNG CHƯNG CẤT TINH CHẾ THÁP LIÊN TỤC HÌNH 3.6 THIẾT BỊ BỐC HƠI HÌNH 3.7 THIẾT BỊ HẤP PHỤ - GIẢI HẤP HÌNH 5.1.THÙNG TIẾP NHẬN RỈ ĐƯỜNG HÌNH 5.2 THÙNG CHỨA H2SO4 HÌNH 5.3 THIẾT BỊ HỊA LỖNG SƠ BỘ HÌNH 5.4.THÙNG CHỨA (NH4)2SO4 HÌNH 5.5 THÙNG CHỨA NA2SIF6 HÌNH 5.6 THÙNG CHỨA H3PO4 HÌNH 5.7 THÙNG GIA NHIỆT VÀ LẮNG HÌNH 5.8 THIẾT BỊ PHA LỖNG LIÊN TỤC HÌNH 5.9 THÙNG CHỨA SAU PHA LỖNG HÌNH 5.10 THÙNG NHÂN GIỐNG CẤP HÌNH 5.11 THÙNG NHÂN GIỐNG CẤP HÌNH 5.12 THIẾT BỊ LÊN MEN HÌNH 5.13 THIẾT BỊ THU HỒI CO2 HÌNH 5.14 THÙNG CHỨA GIẤM CHÍN HÌNH 5.15 THÁP THƠ HÌNH 5.16 THÁP TINH HÌNH 5.17 THIẾT BỊ HÂM GIẤM HÌNH 5.18 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CỒN THƠ HÌNH 5.19 THIẾT BỊ TÁCH BỌT HÌNH 5.20 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ KIỂU NẰM NGANG HÌNH 5.21.THIẾT BỊ NGƯNG TỤ THẲNG ĐỨNG ix HÌNH 5.22 THIẾT BỊ BỐC HƠI HÌNH 5.23 THIẾT BỊ HẤP THỤ HÌNH 5.24 THIẾT BỊ NGƯNG TỤ CỒN THÀNH PHẨM HÌNH 5.25 THIẾT BỊ LÀM LẠNH CỒN SẢN PHẨM HÌNH 5.26 THIẾT BỊ LÀM LẠNH DẦU FUZEL HÌNH 5.27 THIẾT BỊ NGƯNG CỒN NHẠT HÌNH 5.28 THÙNG CHỨA CỒN SẢN PHẨM HÌNH 5.29 THÙNG CHỨA DẦU FUZEL HÌNH 5.30.THÙNG CHỨA CỒN NHẠT HÌNH 10.1 THÁP THƠ HÌNH 10.2 THÁP TINH DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: H: Chiều cao T: Thời gian D: Đường kính t: Nhiệt độ R: Bán kính p: áp suất CHỮ VIẾT TẮT: KCN: Khu công nghiệp KKT: Khu kinh tế TCVN: Tiêu chuẩn Việt Nam FO: (FUEL OIL ): Dầu FO hay gọi dầu mazut, phân đoạn nặng thu chân cất dâu thô parafin asphalt áp suất khí quển chân khơng RPT: (Rây phân tử): Hay zeolit tên chung họ vật liệu khống vơ có thành phần aluminosilicat cấu trúc tinh thể, tạo nên hệ thống vi mao quản phát triển với cửa sổ đặn kích thước phân tử,có khã hấp phụ chọn lọc x ... vụ: ? ?Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường suất nguyên liệu /ngày? ?? SVTH: Đào Ngọc Quý GVHD: ThS Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ ngày Chương... Viết Cường 35 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ ngày Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT LIỆU 4.1 Kế hoạch sản xuất Bảng 4.1 Kế hoạch sản xuất Tháng 10 11 12 Nguyên liệu X X... Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ rỉ đường suất nguyên liệu/ ngày để tránh tổn thất ) 2.1.1.3 Ưu điểm rỉ đường cơng nghệ sản xuất cồn Có nguồn cung cấp phổ biến, giá rẻ, sản lượng