Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với năng suất 50 triệu lít sản phẩmnăm

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH: CƠNG NGHỆ SINH HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN CÔNG NGHIỆP TỪ TINH BỘT SẮN VỚI NĂNG SUẤT 50 TRIỆU LÍT SẢN PHẨM/NĂM Người hướng dẫn: TS LÊ LÝ THÙY TRÂM Sinh viên thực hiện: NGUYỄN VIẾT CƯƠNG Số thẻ sinh viên: 107120246 Lớp: 12SH Đà Nẵng, 5/2017 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm i Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm LỜI CÁM ƠN Đồ án tốt nghiệp sản phẩm cuối sinh viên trước rời khỏi trường đại học Để hoàn thành đồ án tốt nghiệp sinh viên phải áp dụng tất kiến thức học tích lũy suốt năm ngồi ghế nhà trường Chính kiến thức tiếp thu năm học trường Đại học Bách Khoa tảng vững giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy khoa Hóa nói chung thầy cô môn Công Nghệ Sinh Học tận tình giảng dạy giúp đỡ em suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn cô Lê Lý Thùy Trâm người bảo tận tình cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện thuận lợi cho em hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối em xin cảm ơn bạn bè người thân ủng hộ giúp đỡ trình học tập thực đồ án Sinh viên thực Nguyễn Viết Cương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm ii Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm CAM ĐOAN Em xin nghiêm túc trình thực đồ án tốt nghiệp, khơng có sử dụng trái phép nguồn tài liệu tham khảo Các nguồn tài liệu tham khảo liệt kê rõ ràng, xác Sinh viên thực Nguyễn Viết Cương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm iii Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm MỤC LỤC MỤC LỤC iv DANH MỤC BẢNG xiii DANH MỤC HÌNH .xiv MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Sự cần thiết việc xây dựng nhà máy .2 1.2 Đặc điểm thiên nhiên 1.3 Hệ thống giao thông vận tải 1.4 Nguồn cung cấp điện 1.5 Nguồn cung cấp nguyên liệu 1.6 Nguồn cung cấp nước vấn đề thoát nước 1.7 Nguồn nhân lực .5 1.8 Hợp tác hóa 1.9 Nguồn tiêu thụ sản phẩm 1.10 Nguồn cung cấp nhiên liệu .5 1.11 Kết luận .6 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 Cồn 2.1.1 Tính chất vật lý cồn 2.1.2 Tính chất hóa học cồn 2.1.3 Tính chất sinh học 2.2 Phân loại cồn 2.3 Các phương pháp sản xuất cồn .8 2.4 Tinh bột sắn 2.5 Nấm men .9 2.5.1 Đặc tính chung nấm men 2.5.2 Chọn chủng nấm men 10 2.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng nấm men chủng XII 11 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm iv Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 2.5.4 Môi trường nuôi cấy nấm men 11 2.6 Chất hỗ trợ kĩ thuật 12 2.6.1 Các hóa chất 12 2.6.2 Chế phẩm enzym 12 2.7 Các yếu tố ảnh hưởng đến trình lên men 13 2.7.1 Chủng nấm men 13 2.7.2 Thành phần môi trường lên men 13 2.7.3 Nồng độ dịch lên men 13 2.7.4 Các điều kiện khác 13 2.8 Các phương pháp nấu 14 2.8.1 Nấu gián đoạn .14 2.8.2 Nấu bán liên tục 14 2.8.3 Nấu liên tục 15 2.8.4 Nấu có sử dụng enzyme 15 2.9 Các phương pháp đường hóa 16 2.9.1 Đường hóa liên tục .16 2.9.2 Đường hóa bán liên tục 16 2.10 Các phương pháp lên men 17 2.10.1 Lên men gián đoạn 17 2.10.2 Lên men bán liên tục 17 2.10.3 Lên men liên tục 17 2.11 Chưng cất tinh chế cồn 18 2.11.1 Cơ sở lý thuyết chưng cất rượu 18 2.11.2 Lý thuyết tinh chế cồn 18 CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 21 3.1 Lập thuyết minh dây chuyền công nghệ .21 3.1.1 Chọn dây chuyền công nghệ 21 3.1.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ 22 3.1.2.1 Làm .22 3.1.2.2 Nghiền nguyên liệu 23 3.1.2.3 Nấu 23 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm v Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 3.1.2.4 Làm lạnh 24 3.1.2.5 Đường hóa 25 3.1.2.6 Lên men 25 3.1.2.7 Chưng cất tinh chế .27 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .29 4.1 Biểu đồ nhập liệu 29 4.2 Biểu đồ sản xuất nhà máy .29 4.3 Tính cân sản phẩm 29 4.3.1 Các thông số ban đầu 29 4.3.2 Tính tốn cân vật chất 30 4.3.2.1 Công đoạn làm .30 4.3.2.2 Công đoạn nghiền 31 4.3.2.3 Công đoạn nấu sơ 31 4.3.2.4 Công đoạn phun dịch hóa .32 4.3.2.5 Cơng đoạn nấu chín 32 4.3.2.6 Công đoạn làm nguội: 33 4.3.2.7 Cơng đoạn đường hóa: 33 4.3.2.8 Công đoạn làm lạnh .34 4.3.2.9 Công đoạn lên men 34 4.3.2.10 Công đoạn chưng cất 35 4.3.2.11 Tinh chế 37 CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 41 5.1 Các thiết bị sản xuất 41 5.1.1 Sàng rung 41 5.1.2 Máy nghiền búa 41 5.1.3 Bunke chứa sắn sau nghiền 42 5.1.4 Cân định lượng .43 5.1.5 Nồi nấu sơ 43 5.1.6 Thiết bị phun dịch hóa 44 5.1.7 Nồi nấu chín 44 5.1.8 Nồi đường hóa 45 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm vi Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 5.1.9 Thiết bị làm nguội ống lồng ống 46 5.1.10 Thùng lên men .47 5.1.11 Thùng nhân giống cấp .48 5.1.12.Thùng nhân giống cấp 48 5.1.13 Thiết bị tách CO2 49 5.1.14 Thùng chứa giấm chín 49 5.1.15 Thùng chứa cồn thành phẩm 50 5.1.16 Thùng chứa dầu fuzel cồn đầu .51 5.2 Tính cấu vận chuyển 51 5.2.1 Vít tải vận chuyển sắn từ kho đến sàng làm 51 5.2.2 Gàu tải vận chuyển sắn nghiền .52 5.2.3 Gàu tải vận chuyển sắn sau nghiền lên bunke chứa .52 5.2.4 Bơm nước cho nồi nấu, vệ sinh thiết bị 52 5.2.5 Bơm dịch nấm men cho thùng lên men 53 5.2.6 Bơm giấm chín sau lên men sang thùng chứa giấm chín .53 5.3 Tính tháp thơ .53 5.3.1 Tính số đĩa 53 5.3.2 Tính đường kính tháp 53 5.3.3 Tính chiều cao tháp 53 5.3.4 Các thiết bị phụ tháp thô .53 5.3.4.1 Thiết bị hâm giấm 53 5.3.4.2 Thiết bị tách bọt 55 5.3.4.3 Bình chống giấm 55 5.3.4.4 Thiết bị ngưng tụ cồn thô .55 5.3.4.5 Thiết bị ngưng tụ ruột gà 56 5.4 Tính tháp tinh 57 5.4.1 Xác định số đĩa .57 5.4.1.1 Số đĩa đoạn luyện 57 5.4.1.2 Số đĩa phần chưng 57 5.4.2 Tính đường kính 58 5.4.2.1 Đường kính đoạn luyện 58 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm vii Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 5.4.2.2 Đường kính đoạn chưng 58 5.4.3 Tính chiều cao tháp 58 5.4.4 Các thiết bị phụ tháp tinh 58 5.4.4.1.Thiết bị ngưng tụ nằm ngang 58 5.4.4.2 Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng 59 5.4.4.3 Bình ngưng tụ cồn đầu ống xoắn ruột gà .60 5.4.4.4 Thiết bị làm nguội dầu fuzel 61 5.4.4.5 Bình ngưng tụ cồn thành phẩm loại ống xoắn ruột gà 61 CHƯƠNG : TÍNH TỔ CHỨC 65 6.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy 65 6.2 Tổ chức lao động 65 6.2.1 Nhân lực lao động gián tiếp 65 6.2.2 Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp 65 CHƯƠNG : TÍNH XÂY DỰNG 67 7.1 Khu sản xuất 67 7.1.1 Khu nấu, đường hóa nhân giống .67 7.1.2 Khu sản xuất trời (lên men) 67 7.1.3 Khu chưng cất - tinh chế .67 7.2 Phân xưởng điện .67 7.3 Kho nguyên liệu 67 7.4 Kho thành phẩm 68 7.5 Phân xưởng lò .68 7.6 Nhà hành 68 7.7 Khu xử lý nước 69 7.8 Nhà vệ sinh, nhà tắm 69 7.9 Nhà ăn, tin 69 7.10 Nhà chứa máy phát điện dự phòng 69 7.11 Trạm biến áp .69 7.12 Gara ô tô 69 7.13 Nhà để xe 70 7.15 Phòng thường trực bảo vệ 70 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm viii Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 7.16 Khu xử lý bã nước thải 70 7.17 Kho nhiên liệu 70 7.18 Trạm bơm 70 7.19 Trạm máy nén thu hồi CO2 70 7.20 Tính tổng mặt cần xây dựng nhà máy 71 7.20.1 Khu đất mở rộng 71 7.20.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy 71 7.20.3 Tính hệ số sử dụng 71 CHƯƠNG 8: TÍNH NĂNG LƯỢNG (HƠI-NƯỚC) 73 8.1 Tính .73 8.1.1 Tính cho nồi nấu sơ 73 8.1.1.1 Tính nhiệt để đun nóng khối nấu từ 250C đến 80oC .73 8.1.1.2 Lượng nhiệt tổn thất mơi trường xung quanh q trình nâng nhiệt .73 8.1.1.3 Lượng nhiệt giữ khối nấu: 73 8.1.1.4 Lượng nhiệt đun nóng vỏ nồi 74 8.1.1.5.Lượng nhiệt tổn thất mơi trường xung quanh q trình nấu .74 8.1.1.6 Tính chi phí 74 8.1.2 Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa 74 8.1.2.1 Lượng nhiệt làm đun nóng dịch cháo từ 800C đến 940C 75 8.1.2.2 Lượng nhiệt tổn thất môi trường 75 8.1.2.3 Tính chi phí 75 8.1.3 Tính nhiệt cho nồi nấu chín 75 8.1.3.1 Lượng nhiệt đun nóng dịch nấu (từ 940C – 1050C) .75 8.1.3.2 Lượng nhiết tổn thất môi trường xung quanh trình nâng nhiệt .75 8.1.3.3 Lượng nhiệt cần thiết để giữ khối nấu 105oC .75 8.1.3.4 Lượng nhiệt đun nóng vỏ nồi 76 8.1.3.5 Nhiệt tổn thất môi trường xung quanh .76 8.1.3.6 Tính chi phí 77 8.1.4 Tính cho trình chưng cất tinh chế 77 8.1.4.1 Tháp thô 77 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm ix Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 8.1.4.2 Tháp tinh chế 77 8.1.5 Tính nhiên liệu 77 8.1.5.1 Dầu F.O 77 8.1.5.2 Xăng .78 8.2 Tính nước 78 8.2.1 Nước dùng cho phân xưởng nấu 78 8.2.1.1 Nước dùng để nấu nguyên liệu .78 8.2.1.2 Nước vệ sinh thiết bị nấu 78 8.1.2.3 Nước dùng cho phân xưởng nấu 78 8.2.2 Nước dùng cho thiết bị làm nguội ống lồng ống 78 8.2.3 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế .78 8.2.3.1 Bộ ngưng tụ tháp thô ống xoắn ruột gà .79 8.2.3.2 Bộ ngưng tụ tháp tinh chế 79 8.2.3.3 Lượng nước cần làm nguội cồn đầu .80 8.2.3.4 Lượng nước cần làm nguội dầu fuzel 80 8.2.3.5 Lượng nước cần ngưng tụ làm nguội cồn thành phẩm .80 8.2.4 Nước cho lò 80 8.2.5 Nước rửa thiết bị 80 8.2.6 Lượng nước dùng cho sinh hoạt 80 8.2.6.1 Nước dùng cho bể tắm, nhà vệ sinh .80 8.2.6.2 Nước dùng cho nhà ăn 81 8.2.6.3 Nước dùng rửa xe 81 8.2.6.4 Nước dùng mục đích khác .81 CHƯƠNG 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM 82 9.1 Kiểm tra nguyên liệu 82 9.1.1 Xác định độ ẩm .82 9.1.2 Xác định hàm lượng tinh bột 82 9.1.3 Xác định lượng protein thơ nitơ hịa tan ngun liệu 83 9.1.3.1 Cơ sở .83 9.1.3.2 Tiến hành 83 9.2 Xác định hoạt độ chế phẩm enzyme nấu đường hóa tinh bột 83 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm x độ xốp cao Ưu điểm bể lắng sinh học trình làm nhanh, liên tục thiết bị đơn giản, dễ làm, rẻ tiền dễ ứng dụng 10.2.6 Xử lý nước dùng sản xuất Các nguồn nước không đạt tiêu chuẩn chất lượng để sản xuất rượu Do cần phải xử lý nước trước đưa vào sản xuất Nhà máy sử dụng phương pháp kết tủa ion Ca2+, Mg2+ để làm mềm nước cứng trình sản xuất 10.3 Điều kiện kho chứa cồn thành phẩm - Đối với yêu cầu khoảng cách an tồn phịng cháy chống cháy; bậc chịu lửa cơng trình; lối nạn; u cầu hệ thống đường giao thông cho xe chữa cháy cần áp dụng theo Quy chuẩn QCVN 06:2010/BXD Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia an toàn cháy cho nhà cơng trình [26] - Nhà kho phải lắp đặt hệ thống báo cháy tự động loại phòng nổ; hệ thống làm mát cho bồn chứa; hệ thống chữa cháy tự động, bán tự động (nên sử dụng chất chữa cháy bọt, bột để đạt hiệu cao nhất) theo quy định TCVN 3890:2009 - Nhà kho phải lắp đặt hệ thống báo cháy tự động loại phòng nổ; hệ thống làm mát cho bồn chứa; hệ thống chữa cháy tự động, bán tự động (nên sử dụng chất chữa cháy bọt, bột để đạt hiệu cao nhất) theo quy định TCVN 3890:2009 - Nhà kho phải đặt cuối hướng gió đề phịng xảy hỏa hoạn khơng cháy lan sang cơng trình xung quanh Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Trang 92 KẾT LUẬN “ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn từ tinh bột sắn suất 50 triệu lít sản phẩm / năm ”sẽ đáp ứng nhu cầu thị trường, góp phần thúc đẩy kinh tế đất nước ngày phát triển Sau tháng nhận đề tài tốt nghiệp, với cố gắng nỗ lực thân cộng với giúp đỡ tận tình giáo viên hướng dẫn, em hồn thành xong đồ án tốt nghiệp thời gian quy định Qua trình làm đồ án, em phần nắm kiến thức thiết kế nhà máy sinh học nói chung nhà máy sản xuất cồn nói riêng Làm đồ án thiết kế giúp kiến thức chuyên môn em thêm vững vàng mà giúp cho em thấy liên quan lý thuyết thực tế sản xuất, hiểu thêm : điều kiện cần thiết để xây dựng nhà máy cồn; quy trình công nghệ phù hợp với điều kiện kinh tế, kỹ thuật; tính chọn thiết bị phù hợp cách xếp thiết bị, xây dựng bố trí nhà máy, dây chuyền cơng nghệ ; tính hơi, nhiên liệu, nước, an toàn lao động; phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng nguyên liệu sản phẩm.… Đây tập trường mà phần kiểm chứng lại kết học tập thu nhận sau năm học trường đại học sinh viên Mặc dù có cố gắng với kiến thức cịn hạn hẹp, chưa nắm rõ tình hình sản xuất thực tế, nên đồ án em khơng tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến quý thầy cô Em xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, ngày tháng 05 năm 2017 Sinh viên thực Nguyễn Viết Cương Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Trang 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài Liệu Tiếng Việt: [1] Nguyễn Đình Thưởng, Nguyễn Thanh Hằng (2005), Công nghệ sản xuất kiểm tra cồn Etylic, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Phước (1979), Kỹ thuật sản xuất rượu Etylic [3] Nguyễn Trọng Cẩn, Nguyễn Thị Hiền, Đỗ Thị Giang, Trần Thị Luyến (1998), Công nghệ enzyme, NXB Nơng nghiệp, TP Hồ Chí Minh [4] Lê Xn Phương (2001), Vi sinh vật công nghiệp, Trường ĐH Kỹ Thuật, ĐH Đà Nẵng [5] Cao Văn Hùng (2001), Bảo quản chế biến sắn, NXB Nông Nghiệp [6] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên (1992), Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập I, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [7] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên (1992), Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất tập II, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [8] Đoàn Dụ, Bùi Đức Hợi, Mai Văn Lề, Nguyễn Như Thùi (1983), Công nghệ máy chế biến lương thực, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [9] Trần Thế Truyền (2006), Cơ sở thiết kế nhà máy, Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng [10] Bùi Đức Hợi, Lê Hồng Khanh, Mai Văn Lề, Lê Thị Cúc, Hoàng Thị Ngọc Châu, Lê Ngọc Tú, Lương Hồng Nga (2007), Kỹ thuật Chế biến Lương thực tập II, NXB Khoa học Kĩ thuật Hà Nội Tài Liệu Nước Ngoài: [11] Parveen Kumar, Diane M Barrett, Michael J Delwiche, and Pieter Stroeve (2009), Methods for Pretreatment of Lignocellulosic Biomass for Efficient Hydrolysis and Biofuel Production, Industrial & Engineering Chemistry Research, 48 (8), pp 3713–3729 [12] Abdulkareem A Saka Member, IAENG, Ayo S Afolabi, Member, IAENG and Ogochukwu M.U, Production and Characterization of Bioethanol from Sugarcane Bagasse as Alternative Energy Sources , Proceedings of the World Congress on Engineering 2015 Vol II Tài Liệu Internet: [13].http://vi.wikipedia.org/wiki/%C4%90%C3%A0_N%E1%BA%B5ng Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Trang 94 (Ngày truy cập 13/4/2017) [14].http://sieuthidungmoi.com.vn/Tin-tuc/Con-ethanol-con-thuc-pham-con-congnghiep-va-nhung-dieu-ban-chua-biet.aspx (Ngày truy cập 13/4/2017) [15] https://vi.wikipedia.org/wiki/%C3%8Atanol (Ngày truy cập 13/4/2017) [16].http://vnexpress.net/tin-tuc/khoa-hoc/san-xuat-con-tu-cu-san-2808452.html (Ngày truy cập 13/4/2017) [17] http://www.zkcomp.com/Screening/107.html (Ngày truy cập 13/4/2017) [18].https://www.alibaba.com/product-detail/SBM-online-shopping-low-pricecrusher_437462497.html?s=p (Ngày truy cập 13/4/2017) [19] http://www.lamico.com.vn/vi/san-pham/thiet-bi-che-bien-gao/can-dong-bao.html (Ngày truy cập 13/4/2017) [20] https://www.alibaba.com/product-detail/MKJC-Starch-Liquefication-AutomaticJet-Cooker_1705695435.html (Ngày truy cập 13/4/2017) [21] http://thienphuchetaomay.vn/vit-tai-lieu.html (Ngày truy cập 13/4/2017) [22] http://bangtaithanhcong.com/gau-tai/ (Ngày truy cập 13/4/2017) [23].http://lachongshop.com.vn/may-bom-pentax-cm50-160b (Ngày truy cập 13/4/2017) [24].http://lachongshop.com.vn/may-bom-pentax-cm32-160b (Ngày truy cập 13/4/2017) [25] http://doc.edu.vn/tai-lieu/do-an-thiet-ke-nha-may-san-xuat-ruou-con-nang-suat20000-litngay-48351/ (Ngày truy cập 13/4/2017) [26] http://socanhsatpccc.dongnai.gov.vn/Pages/noidunghoi.aspx?IDCauHoi=132 (Ngày truy cập 23/4/2017) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Trang 95 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm PHỤ LỤC Phụ lục 1: Tính số đĩa tháp thơ Số mâm lý thuyết tính theo cơng thức : n =  X  K H   lg  − 1 + 1  X G    b  − [1,  KH  lg    G  tr 199] H: Lượng tiêu cho 100kg giấm (H= 18,387 kg) X: Hàm lượng giấm chín vào mâm tháp thô nồng độ rượu vào mâm tiếp liệu tháp tinh Với X= 7,74 % khối lượng Xb: Nồng độ rượu sót bã rượu nước thải Với Xb =0,01% khối lượng K: Hệ số bay rượu tùy thuộc vào nồng độ trung bình giấm Nồng độ trung bình tính theo : X tb = X - X b 7,74 − 0,01 = = 1,162 X 7,74 ln ln Xb 0,01 Với Xtb= 1,162 → K = 9,45 [2, tr 264] G: Lượng chất lỏng chảy theo mâm G =100-X=100 ─ 7,74= 92,26(kg) n =  7,74  9,45  18,387   lg   − 1 + 1 92,26    0,01  − = 9,37  9,45  18,387  lg   92,26   Trong thực tế hiệu suất a : = 0,3ữ0,8.[2, tr 200] Chn = 0,4 Vậy số đĩa thực tế là: Ntt = Nlt/µ = 9,37/0,4 = 23,4 Chọn Ntt = 24 (đĩa) Phụ lục 2: Tính đường kính tháp thơ Đường kính tháp giấm: D = 0,0188 g tb [1] (  y w y ) tb gtb – Lượng trung bình tháp(kg/h) (ywy)tb = 0,065×   h   xtb   ytb [10, tr184] h: Khoảng cách hai đĩa gần nhau, h = 0,4 m Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm Φ[] – Hệ số tính đến sức căng bề mặt [7, tr184] Khi < 20dyn/cm (N/s) Φ[] = 0,8 Khi > 20dyn/cm (N/s) Φ[] = Khi nồng độ nhỏ  lớn, ứng với nồng độ rượu pha lỏng tháp 7,74 % khối lượng sức căng bề mặt luôn lớn 20 dyn/cm, nên Φ[] = xtb – Khối lượng riêng trung bình pha lỏng (kg/m3) a − a tbl = tbl + [10,tr 183]  xtb  R N R, N –Khối lượng riêng trung bình rượu nước pha lỏng lấy theo nhiệt độ trung bình tháp(kg/m3) Nhiệt độ đỉnh tháp 99oC, nhiệt độ đáy tháp 1050C, nhiệt độ trung bình (99+105)/2=102oC Khối lượng riêng rượu, nước 102oC: R = 695,3 kg/m3, N = 959,5 kg/m3 [6, tr 9] atbl – Nồng độ phần khối lượng trung bình rượu pha lỏng Nồng độ % khối lượng rượu đáy tháp bé, lấy nồng độ trung bình rượu pha lỏng sau: x0 7,74% = = 3,87% khối lượng = 0,0387 phần khối lượng 2 0,0387 − 0,0387  =>xtb = 945,59 kg/m3 = + x 695,3 959,5 atbl = Khối lượng riêng trung bình pha hơi: [ y  M R + (1 − y)  M N ]  273  ytb = [12] 22,  T MR = 46, MN = 18 T = 273 + 102 = 375 0K –Nhiệt độ tuyệt đối trung bình y1 + y 2 y1 – Nồng độ phần mol đỉnh tháp: y1 = 23,376 %mol y- Nồng độ phần mol trung bình pha hơi: y = Y2 – Nồng độ phần mol đĩa tiếp liệu, y2 = 3,053 %mol y= y1 + y 0,23376 + 0,03053 = = 0,132 phần mol 2 =>  ytb = [ y  M R + (1 − y)  M N ]  273 22,  T = 0,132  46 + (1 − 0,132)  18 273 = 0,705(kg/m3) 22,4  375 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm  (PWg)tb = 0,065 0,4  945,59  0,705 = 1,061 (kg/m3.s) Tính lượng trung bình tháp: gtb= DP 100 D: Lượng giấm vào tháp theo tính toán 66501,605(kg/h) P: Lượng tháp ứng với 100kg giấm, P = 18,750 ( kg/h )  gtb= 66501,605  18,750 = 12468,938 (kg/h) 100 g tb 12468,938 = 0,0188 = 2,04 (m) (P Wg )tb 1,061 Đường kính tháp: D = 0,0188 Phụ lục 3: Tính tốn cân vật chất, nhiệt cho tháp tinh (tính cho 100 kg giấm) Bảng 11.1 Các yêu cầu tháp tinh chế Nồng độ STT Thành phần %V %khối lượng Hiệu suất so sánh với % mol lượng cồn tuyệt đối chứa giấm (%) Rượu tinh chế 96 93,836 85,627 96 Dầu fusel 88 83,1 66,1 3 Cồn đầu 95,0 93,1 84,0 Rượu hồi lưu 96 93,836 85,627 Sản phẩm đáy 0,006 0,005 0,002 Rượu vào đĩa tiếp liệu 40,588 21,104 Cân vật chất Cồn 96o 100kg giấm: 9,67%V hay 7,74% khối lượng, tức 7,74 kg Lượng rượu tinh chế 100kg giấm: D1 = 7,74  96 100  = 7,92 (kg) 100 93,836 Dầu fuzel thành phẩm 100kg giấm: M D = 7,74  Dầu fuzel nguyên chất: 7,74  100  = 0,28 (kg) 100 83,1 = 0,23 (kg) 100 Lượng fuzel trước ngưng tụ: 0,23  100 = 1,2 (kg) 20 Lượng nước rửa thu sau thu rửa dầu fusel 0,3 (kg) Lượng cồn đầu: D2 = 7,74  100  = 0,25 (kg) 100 93,836 Lượng sản phẩm tháp thô đưa vào tinh luyện: GT = 18,387 (kg) Sản phẩm đỉnh là: D = D1 + D2 = 7,92+ 0,25 = 8,17 (kg) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm Lượng khỏi đỉnh tháp tinh luyện: H =  + D = (Rx + 1)  D Với : Lượng lỏng hồi lưu, Rx: Chỉ số hồi lưu x P − y F* Xác định Rx: Rxmin = * [10, tr 158] yF − xF XF: Nồng độ phần mol rượu hỗn hợp đầu, xF = 21,104% xP: Nồng độ phần mol rượu sản phẩm đỉnh, xP = 85,627% YF*: Nồng độ phần mol rượu pha hơi, cân với nồng độ rượu pha lỏng, yF* = 53,64% Rx = 85,627 − 53,64 = 0,98 53,64 − 21,104 Chỉ số hồi lưu thích hợp: Rx = b  Rxmin b: hệ số dư, b = 1,12,5 Chọn b = Nên: Rx =  0,98= 1,96 Lượng khỏi tháp là: H = (1,96+ 1)  8,17 = 24,18 (kg) Lượng lỏng hồi lưu:  = H-D= 24,18 - 8,17 = 16,01 (kg) Gọi: Lượng đốt cần cấp Pt (kg), lượng nước thải tháp tinh W (kg) Phương trình cân vật liệu cho toàn tháp là: Pt +18,387 +0,3= 8,17+ 1,2 + W W = Pt + 9,317 2.Cân nhiệt Dựa theo tài liệu [6, tr 194], có bảng nhiệt lượng sau: Bảng 11.2 Bảng nhiệt lượng thành phần Nhiệt Khối lượng lượng riêng (kg) (KJ/kg) Thành phần STT Nhiệt lượng Q (KJ) Nhiệt vào Cồn đưa vào tinh luyện 18,387 363 Lỏng hồi lưu + rựợu tinh chế từ ngưng tụ hồi lưu 16,01 226 Hơi đốt Pt 2680 2.680× Pt Nước phân ly dầu Fusel 0,3 380 114 6674,481 3618,26 10406,741+ 2680× Pt Tổng cộng: Nhiệt Rượu tinh chế 7,74 226 1749,24 Hơi hồi lưu cồn tinh chế 16,01 1170 18731,7 Hơi dầu Fusel 1,2 1930 2316 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm Sản phẩm đáy Cồn đầu 10 Tổn thất nhiệt Pt + 9,317 436 436×P + 4062,212 0,25 1180 295 5%Qra (27154,152+436×P)× 1,05 Tổng cộng: Phương trình cân nhiệt lượng: 10406,741+ 2680× Pt =(27154,152+436× Pt)×1,05 Suy Pt = 8,147 (kg) W = Pt +9,317=17,464 (kg) Phụ lục 4: Xác định số đĩa Số đĩa đoạn luyện Phương trình làm việc: y = Rx xP x+ Rx + Rx + [7, tr 313] + Rx: Chỉ số hồi lưu, Rx = 1,96 + xP: Nồng độ phần mol rượu (pha lỏng) đỉnh tháp, xP = 85,627 % + x, y: Nồng độ % mol pha lỏng pha y = 1,96 85,627 x+ = 0,66 x + 28,93 1,96 + 1,96 + Trong khoảng nồng độ 25,736% mol đến 85,627% mol, số đĩa lý thuyết xác định theo đồ thị (Phụ lục 6), dựa vào đồ thị có bậc thay đổi nồng độ là: 26,6 đĩa Chọn hiệu suất đĩa  = 0,5 Số đĩa thực tế đoạn luyện là: N1 = 26,6 = 53,2 (đĩa), lấy N1= 54 đĩa 0,5 Số đĩa phần chưng Phương trình làm việc có dạng: y = L (x – xw) [7, tr 315] G G= Pt: Lượng tháp ứng với 100 kg giấm: Pt = 8.147 = 0,453 (Kmol) 18 L: Lượng lỏng tháp: L = L1 + L2 L1: Lượng lỏng từ tháp thô Khối lượng rượu từ tháp thô L1= GT = 18,387 kg, XM = 42,09% khối lượng L1 = 18,387 42,09 (100 − 42,09)  18,750  + = 0,77 (Kmol) 46 100 18  100 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm L2: Lượng lỏng hồi lưu: L2 = Rx  D , Rx = 1,96, D = 8,17 (kg) MD MD = 46  y + 18  (1 – y) y: Nồng độ phần mol lỏng hồi lưu, y = 0,85627 MD = 46  0,85627 + 18  (1 – 0,85627) = 41,98 L2 = 1,96  8,17 = 0,381 (Kmol) 41,98 L = L1 + L2 = 0,77 + 0,381 = 1,151 (Kmol) xw: Nồng độ phần mol sản phẩm đáy, xw = 0,002 % mol y= 1,151 ( x − 0,002) = 2,54 x − 0,0051 0,453 Khoảng nồng độ 0,2 % mol đến 14 % mol, số đĩa xác định theo đồ thị Từ kết đồ thị, có số đĩa lý thuyết: n1=3,1 khoảng nồng độ từ 0,002% đến 0,2% số đĩa xác định theo công thức:  x K G  lg 1 + ( − 1)  n’ =  xw L K G lg( ) L [1, tr 268] K: Hệ số bay rượu, K = 13 G=Pt: Lượng tháp, G=Pt = 0,453 Kmol L: Lượng lỏng tháp, L = 1,151 Kmol xo = 0,2 % mol, xw = 0,002 % mol 0,2 13  0,453   lg 1 + ( − 1) 1,151  0,002 = 3,69  13  0,453  lg    1,151  → n’ = n2 = n1 + n’1 = 3,1 + 3,69= 6,79 Hiệu suất đĩa  = 0,5 Số đĩa thực tế: N2 = n2  = Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương 6,79 = 13,58 Lấy N2 = 14 đĩa 0,5 Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm Phụ lục 5: Tính đường kính tháp tinh Nồng độ pha lỏng, từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu theo bảng sau: Bảng 11.3 Bảng nồng độ pha lỏng, từ vị trí đỉnh, đáy, tiếp liệu (dựa vào bảng 11.2) Nồng độ Vị trí Nhiệt độ sơi (0C) Pha Pha lỏng % khối lượng % mol % khối lượng % mol Đỉnh 93,836 85,627 93,836 85,627 78,3 Tiếp liệu 42,09 20,351 72,051 51,722 83,012 Đáy 0,005 0,002 0,005 0,002 105 g tb (PWg )tb (m) [7] Đường kính đoạn luyện D = 0,0188 Tính khối lượng riêng trung bình pha lỏng: a 1− a = + x R N R, N: Khối lượng riêng rượu nước lấy theo giá trị trung bình nhiệt 78,3 + 83,012 = 80,656 C độ đoạn luyện: ttb = Ứng với nhiệt độ đó: R = 746,98 kg/m3, N = 971,64 kg/ m3 [6] Gọi a: Nồng độ phần khối lượng trung bình pha lỏng a= x 0,93836 + 0,4209 = 0,68 phần khối lượng = 0,68 − 0,68 + x = 806,665 (kg/m3) 746,98 971,64 Tính khối lượng riêng trung bình pha hơi:  y = y  46 + (1 − y)  18  273 22,4  T T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình pha hơi: T = 80,656 + 273 = 353,656 (0K) y: Nồng độ phần mol trung bình pha hơi: y = yt + y d yt: Nồng độ phần mol đĩa tiếp liệu, yt = 0,51722 yd: Nồng độ phần mol đỉnh, yd = 0,85627 y= 0,51722 + 0,85627 = 0,687 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm y = 0,687  46 + (1 − 0,687)  18  273 = 1,283 (kg/m3) 22,4  353,656 Vận tốc phần luyện: (yWy)tb = 0,065  h   x   y [7] h: Khoảng cách hai đĩa gần nhau, h = 0,3 m : Hệ số xét đến ảnh hưởng sức căng bề mặt  Với a = 0,68 →  20 dyn/cm → = ( pyWy)tb = 0,065 0,3  806,665 1,283 = 1,15 (kg/m2.s) Tính lượng tháp (đoạn luyện): g = gt + g d gd: Lượng đỉnh tháp, gd = 24,18 kg gt: Lượng vào đoạn luyện gt = yt×gt = gt×xt + D×x gt×rt = gd ×rd + x: Nồng độ pha lỏng đỉnh tháp, x = 0,9384 phần khối lượng + xt: Nồng độ pha lỏng đĩa tiếp liệu, xt = 0,4209 phần khối lượng + D: Sản phẩm đỉnh, D = 8,17 kg + yt: Nồng độ pha đĩa tiếp liệu, yt =0,72051 phần khối lượng + rt , rd: Ẩn nhiệt hóa dung dịch đĩa tiếp liệu đỉnh rt = rRt  yt + (1 – yt)  rNt [6] rd = rRd  yd + (1 – yd)  rNd Ở đĩa tiếp liệu( t0s = 83,0120C): rRt =205,494 (Kcal/kg), rNt=555,988 (Kcal/kg) [7, tr 257] Ở đỉnh (t0s = 78,30C): rRd = 207,68 Kcal/kg, rNd=560,7 Kcal/kg [6, tr 254] yd = 0,9384 phần khối lượng →rd= 207,68  0,9384+(1–0,9384)  560,7=243,158 (Kcal/kg) Giải hệ phương trình trên: gt = g d  rd + D  ( x − xt )  (rNt − rRt ) xt  rRt + (1 − xt )  rNt 20,087  243,158 + 8,17  (0,9384 − 0,4209)  (555,988 − 205,494) = = 15,59 0,4209  205,494 + (1 − 0,4209)  555,988 g= g t + g d 15,59 + 24,18 = = 19,885 (kg) 2 Đường kính đoạn luyện: Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương DL = 0,0188 g' (  y  W y ) tb Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm g’: lượng qua tháp tính theo suất giấm vào g’= 0,781  M  g 0,781 394570,708  19,855 = = 2549,38 (kg/h) 24  100 24  100 DL = 0,0188 2549,38 = 0,89 (m) 1,15 Đường kính đoạn chưng D = 0,0188 g tb (PWg )tb Tính khối lượng riêng pha lỏng: (m) [7] a 1− a = + x R N + R, N: khối lượng riêng rượu nước lấy theo nhiệt độ trung bình 83,012 + 105 = 94,006 C ttb = →R = 747,567 kg/m3; N = 962,291 (kg/m3) + a: nồng độ phần khối lượng trung bình rượu pha lỏng 0,4209 + 0,00005 = 0,21 phần khối lượng a= x = 0,21 − 0,21 +   x = 907,549 (kg/m3) 747,567 962,291 Tính khối lượng riêng trung bình pha :  y = y  46 + (1 − y)  18  273 22,4  T T: Nhiệt độ tuyệt đối trung bình pha hơi: T=ttb +273=94,006 + 273 = 367,0060K y: nồng độ phần mol trung bình pha đoạn chưng y= 0,51722 + 0,0002 = 0,259 (phần mol) y = 0,259  46 + (1 − 0,259)  18  273 = 0,839 (kg/m3) 22,4  367,006 Vận tốc đoạn chưng:(yWy)tb = 0,065  h   x   y h: Khoảng cách hai đĩa, chọn h = 0,3 m : Hệ số xét đến ảnh hưởng sức căng bề mặt Với a = 0,21 nhiệt độ ttb = 94,0060C,  20 dyn/cm → = → (pyWy)tb = 0,065   0,3  907,549  0,839 = 0,982 (m) Tính lượng trung bình tháp: g = Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương gt + g w Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm gt: Lượng khỏi đoạn chưng vào đoạn luyện, gt = 15,59 kg gw: Lượng vào đoạn chưng đựơc xác định theo phương trình: gw  rw = gd  rd gd: Lượng khỏi đỉnh tháp, gd =24,18 kg/100kg giấm, rd=243,158 Kcal/kg rw: Ẩn nhiệt hóa dung dịch đáy tháp: rw = yw  rR + (1– yw)  rN rR, rN: Ẩn nhiệt hóa rượu nước đáy tháp (1050C) rR = 191 (Kcal/kg), rN = 535,75 (Kcal/kg) [9, tr 254] yw: Nồng độ rượu pha đỉnh tháp, yw = 0,0005 phần khối lượng gw= g d  rd g d  rd 24,18  243,158 = = = 10,98 kg rw yw  rR + (1 − yw )  rN 0,0005  191 + (1 − 0,0005)  535,75 g tb = 15,59 + 10,98 = 13,285 (kg/100kg giấm) Lượng tháp tính theo suất giấm vào: g’ = 0,781  M  g 0,781  394570,708  13,285 = = 1705,792 (kg/h) 24  100 24  100 Đường kính đoạn chưng: DC = 0,0188 1705,792 = 0,78 (m) 0,982 Đường kính tháp tinh là: D= ( DC + DL )/2=(0,89+0,78)/2= 0,84 (m) Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm Phụ lục 6: Đồ thị xác định số đĩa tháp tinh y 0,2 14 25,736 Sinh viên thực hiện: Nguyễn Viết Cương 85,627 Hướng dẫn: T.S Lê Lý Thùy Trâm x ... xi Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm 10.2 Vệ sinh nhà máy 91 10.2.1 Vệ sinh cá nhân công nhân 91 10.2.2 Vệ sinh máy. .. máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm DANH MỤC BẢNG Bảng 4.1 Kế hoạch sản xuất nhà máy 29 Bảng 4.2 Biểu đồ kế hoạch sản xuất nhà máy .29.. .Thiết kế nhà máy sản xuất cồn công nghiệp từ tinh bột sắn với suất 50 triệu lít sản phẩm/năm LỜI CÁM ƠN Đồ án tốt nghiệp sản phẩm cuối sinh viên trước rời khỏi