Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường với năng suất 20 triệu lít sản phẩm ngày

Rượu là sản phẩm đã có từ lâu đời là đồ uống có mặt tại mọi nơi trên thế giới từ những loại thượng hạng cho đến bình dân luôn có mặt trong mọi cuộc vui đến bữa ăn hằng ngày Ngoài mục đích được sử dụng làm đồ uống rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như làm chất sát trùng trong lĩnh vực y tế làm nguyên liệu hoặc dung môi cho các phản ứng hóa học dùng để sản xuất thuốc trừ sâu trong nông nghiệp đặc biệt cồn tuyệt đối còn được dùng để thay thế một phần nhiên liệu cho động cơ ô tô Cồn có thể thay thế 20 – 22 trong tổng lượng xăng để sử dụng trong ô tô và các phương tiện khác dùng động cơ xăng Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ Cồn tuyệt đối có rất nhiều ứng dụng chính vì vậy sản xuất cồn tuyệt đối là công việc cần thiết và được quan tâm phát triển Cồn có thể sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau như gạo ngô khoai sắn rỉ đường… Trong đó việc sản xuất cồn tuyệt đối từ nguyên liệu rỉ đường có ý nghĩa kinh tế cao vì không có các quá trình nghiền nấu nguyên liệu và đường hóa như đối với các nguyên liệu từ tinh bột Xuất phát từ cơ sở đó sinh viên được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường với năng suất 20 triệu lít sản phẩm ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA * THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN ETYLIC TỪ RỈ ĐƯỜNG VỚI NĂNG SUẤT 20 TRIỆU LÍT SẢN PHẨM/NGÀY Sinh viên thực hiện: NGUYỄN THỊ THU HÀ Đà Nẵng – Năm 2018 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm MỞ ĐẦU Rượu sản phẩm có từ lâu đời, đồ uống có mặt nơi giới, từ loại thượng hạng bình dân, ln có mặt vui đến bữa ăn ngày Ngồi mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic sử dụng nhiều lĩnh vực khác như: làm chất sát trùng lĩnh vực y tế, làm nguyên liệu dung mơi cho phản ứng hóa học, dùng để sản xuất thuốc trừ sâu nông nghiệp, đặc biệt cồn tuyệt đối dùng để thay phần nhiên liệu cho động ô tô Cồn thay 20 – 22% tổng lượng xăng để sử dụng ô tô phương tiện khác dùng động xăng Đây hướng phát triển đầy triển vọng ngành cơng nghiệp việc sử dụng cồn thay phần cho xăng làm giảm bớt ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm lượng loại động Cồn tuyệt đối có nhiều ứng dụng, sản xuất cồn tuyệt đối cơng việc cần thiết quan tâm phát triển Cồn sản xuất từ nhiều loại nguyên liệu khác như: gạo, ngơ, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đó, việc sản xuất cồn tuyệt đối từ nguyên liệu rỉ đường có ý nghĩa kinh tế cao khơng có q trình nghiền, nấu ngun liệu đường hóa nguyên liệu từ tinh bột Xuất phát từ sở đó, tơi giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt nghiệp với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/ngày” Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1 Đặc điểm điều kiện tự nhiên nhà máy Qua tìm hiểu vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thơng vận tải điều kiện khác, định chọn địa điểm xây dựng nhà máy cồn etylic khu công nghiệp Phổ Phong, thuộc hai xã Phổ Phong Phổ Nhơn, huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi Việc xây dựng nhà máy có nhiều thuận lợi gần nguồn nguyên liệu, điện nước ổn định cho sản xuất, giao thông thuận lợi… Khu vực có khí hậu tương đối ơn hịa, nhiệt độ trung bình năm 25-26,90C, hướng gió chủ đạo Đông – Nam [9] 1.2 Nguồn nguyên liệu Quảng Ngãi tỉnh có diện tích trồng mía đường lớn nước, mà có nhà máy đường Phổ Phong, với suất 2200 mía/ngày Do đặt nhà máy tận dụng nguồn rỉ đường dồi nhà máy [11] Lượng rỉ đường vào khoảng 66 – 110 tấn/ngày 1.3 Hợp tác hoá Nhà máy đặt địa bàn thuận lợi từ việc thu mua nguyên liệu, việc tiêu thụ sản phẩm chính, sản phẩm phụ phế liệu Nhà máy hợp tác với nhà máy đường để cung cấp nguồn nguyên liệu, hợp tác với nhà máy thực phẩm khu vực để tiêu thụ sản phẩm liên hệ với nhà máy chế biến thức ăn gia súc hay đơn vị chăn nuôi để tiêu thụ bã Nhà máy cịn hợp tác hố với nhà máy, xí nghiệp khác khu cơng nghiệp để sử dụng chung số cơng trình cung cấp điện, nước, giao thông, hệ thống xử lý nước thải… 1.4 Nguồn điện nhiệt Đây khu công nghiệp có sử dụng lưới điện quốc gia thơng qua đường dây 110KV Thạch Trụ - Ba Tơ qua nên dùng trạm biến áp riêng để sử dụng cho nhà máy Ngoài ra, chuẩn bị thêm máy biến áp dự phòng để phòng cố điện để đảm bảo sản xuất liên tục Nhiệt năng: Sử dụng với nhiều mục đích khác Lượng đốt cung cấp cho sản xuất lấy từ lò nhà máy Nhiên liệu sử dụng dầu FO, 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 1.5 Giao thông vận tải thị trường tiêu thụ Nhà máy nằm khu công nghiệp Phổ Phong huyện Đức Phổ quy hoạch mạng lưới giao thơng thuận lợi Huyện có quốc lộ chạy dọc theo chiều dài, có Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm quốc lộ 24 nối từ quốc lộ 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 1.6 Nguồn nhân lực Quảng Ngãi tỉnh có dân số đông, chất người cần cù sáng tạo nguồn nhân lực lao động cho nhà máy Nhà máy đặt gần trung tâm kinh tế Miền Trung nên có nhiều nguồn nhân lực đổ bao gồm nguồn nhân lực qua đào tạo chưa qua đào tạo Vì nguồn lao động cho nhà máy tuyển dụng từ lực lượng này, giải việc làm chỗ cho người dân Đội ngũ cán khoa học kỹ thuật quản lý nhà máy tiếp nhận trường Đại Học Đà Nẵng trường Đại Học khác toàn quốc 1.7 Nguồn cung cấp nước vấn đề xử lý nước Nước sử dụng cho nhà máy có nhiều mục đích khác cho 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 1.8 Thoát nước Phần lớn nước thải nhà máy chứa nhiều hợp chất hữu Đây mơi trường thích hợp cho vi sinh vật phát triển gây ô nhiễm môi trường sinh thái Vì vậy, nước trước thải hệ thống nước khu vực phải xử lý trước Ngoài ra, cần tránh đọng nước thường xuyên gây ảnh hưởng đến cơng trình nhà xưởng Kết luận: Vậy việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy khu công nghiệp Phổ Phong hợp lý Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1 Nguyên liệu Bất kì nguyên liệu có chứa nhiều gluxit với hàm lượng lớn dùng để sản xuất cồn Nguyên liệu sản xuất rượu chủ yếu nguồn tinh bột rỉ đường - Nguyên liệu chứa nhiều đường: rỉ đường mía, rỉ đường củ cải (mật rỉ), nước ép trái cây… - Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: Gạo, ngô, khoai lang, sắn v.v… Chọn nguyên liệu để sản xuất rượu cần phải ý đến yêu cầu sau: - Chứa nhiều gluxit - Trữ lượng lớn tập trung - Bảo quản sử dụng dễ dàng - Giá rẻ - Trang thiết bị không phức tạp, chất lượng rượu sản xuất đảm bảo tiêu chuẩn quy định Hiện nay, cơng nghiệp sản xuất rượu rỉ đường sử dụng nhiều đáp ứng đầy đủ yêu cầu Mật rỉ hay rỉ đường thứ phẩm công nghệ sản xuất đường, chiếm – 5% so với lượng mía đừa vào sản xuất, tỷ lệ phụ thuộc vào lượng mía cơng nghệ sản xuất 2.1.1 Rỉ đường [1, tr 29 – 32] 2.1.1.1 Thành phần hóa học Thành phần rỉ đường phụ thuộc vào giống mía đất trồng trọt điều kện canh tác công nghệ sản xuất đường Bình thường lượng chất khơ rỉ đường chiếm 80 – 85%, nước chiếm 15 – 20% Trong số chất khơ đường chiếm tới 60%, gồm 35 – 40% saccaroza 20 – 25% đường khử Số chất khơ cịn lại gọi chung chất phi đường gồm 30 – 32% hợp chất hữu – 10% chất vô Chất hữu rỉ đường bao gồm chất hữu có chứa nitơ chất hữu khơng chứa nitơ - Chất hữu không chứa nitơ bao gồm: pectin sản phẩm phân hủy pectin chiếm khoảng 3%; sản phẩm phân hủy đường caramen, melanoidin chiếm khoảng 1,7%; axit hữu axit formic, axit oxalaic, axit lactic, axit aconitic Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm chiếm khoảng 2,5% so với rỉ đường Axit aconitic chiếm phần lớn chất không đường hữu - Chất hữu có chứa nitơ bao gồm axit amin số protein Tổng lượng chất hữu chứa nitơ có rỉ đường vào khoảng 1,68 – 3,33% so với rỉ đường Hàm lượng trung bình hợp chất vô chất khô vào khoảng sau: K2O: 76,4% Na2O: 11,1% Các oxit khác: 0,8% MgO: SO3: 0,4% 2,8% CaO: 3,5% Cl-: 5,0% Trong rỉ đường, lượng P2O5 chiếm 0,02 – 0,05% P2O5 cần cho phát triển nấm men Ngoài ra, rỉ đường chứa số vitamin sau: Thiamin : 8,3 Axit folic : 0,038 Riboflavin Axit nicotinic Axit pantotenic : 2,5 : 21,0 : 21,4 Pyridoxin : 6,5 Biotin : 12 2.1.1.2 pH mật rỉ Bình thường pH mật rỉ từ 6,8 – 7,2, rỉ sản xuất có pH = 7,2 – 8,9, độ kiềm rỉ khoảng 0,5 – (10 kiềm tương đương 1ml dung dịch H2SO4 1N trung hòa hết 100 g rỉ) Độ kiềm gây muối canxi axit cacbonic chất hữu khác 2.1.1.3 Vi sinh vật mật rỉ Ngoài thành phần hóa học kể trên, rỉ đường cịn có nhiều loại vi sinh vật có hại gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng rỉ đường, làm giảm hiệu suất thu hồi rượu Đặc biệt nhiễm vi khuẩn sinh keo vi khuẩn sinh axit Mật rỉ nhận từ sản xuất chứa lượng vi sinh vật nguy hiểm vi khuẩn lactic axit axetic Mức độ nhiễm khuẩn xác định tăng độ chua để mật rỉ “tự lên men”, mức tăng độ chua (khi tự lên men sau 24 giờ) phạm vi 0,2 – 0,30 xem bình thường Thực tế gram mật rỉ chứa tới 100000 vi sinh vật không nha bào 15000 có khả tạo bào tử Ở mật rỉ bị nhiễm nặng, số vi sinh vật đạt 500000 500000 Tuy nhiên, rỉ đường có nồng độ 70% hầu hết vi sinh vật mật rỉ chịu nằm n, pha lỗng chúng bắt đầu hoạt động trở lại làm giảm lượng đường nhanh, dẫn đến tổn thất Trong trình sản xuất cần có biện pháp xử lý phù hợp tiến hành gia nhiệt sử dụng chất sát trùng nhằm diệt bớt hạn chế hoạt động tạp khuẩn Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm ➢ Khi chọn rỉ đường để sản xuất cồn cần phải ý đến nồng độ chất khô, hàm lượng đường lên men (đường tổng số), chất có lợi P2O5, biotin… 2.1.1.4 Bảo quản rỉ đường Rỉ đường bảo quản bồn chứa hình trụ, thép bê tơng cốt thép Thể tích thùng tính tốn cho lượng rỉ đường dự trữ đủ để sản xuất tháng Thơng thường bồn chứa tích vào khoảng 600÷5000m3 u cầu bồn chứa phải có đầy đủ thiết bị kiểm tra phao báo mức, nhiệt kế… Cần có hệ thống ống nước bố trí gần đường ống dẫn rỉ đường đến bơm để gia nhiệt rỉ đường giúp rỉ đường dễ di chuyển trường hợp rỉ đường bị sánh lại trời lạnh Ngồi cần có hệ thống bơm đảo trộn rỉ đường bồn chứa rỉ đường đồng nhất, đảm bảo chất lượng rỉ đường đồng trước đưa vào sản xuất - Tổn thất rỉ đường trình bảo quản: Trong trình bảo quản rỉ đường ln có lượng rỉ đường bị tổn thất Trong chủ yếu bay nước Theo nghiên cứu cho thấy, tổn thất khối lượng bay nước hàng tháng vào khoảng 0,2% Khi hàm lượng chất khô rỉ đường lớn 75% lượng nấm men dại, vi khuẩn lên men tạo axit ít, bảo đảm chất lượng rỉ đường suốt thời gian bảo quản thay đổi không đáng kể Nếu hàm lượng chất khô rỉ đường nhỏ 70% tổn thất rỉ đường lên đến 1,3% so với khối lượng rỉ đường Sự tổn thất tăng mạnh hàm lượng chất khô rỉ đường nhỏ 40% Ngồi ra, q trình bảo quản rỉ đường xảy phản ứng axit amin với đường khử tạo thành melanoidin Phản ứng xảy vừa làm đường vừa giảm lượng axit amin gây khó khăn cho q trình lên men sau Để tránh tượng vi sinh vật phát triển, q trình bảo quản cần giữ cho rỉ đường khơng bị pha loãng Muốn bồn chứa rỉ đường phải đậy kín khơng cho mưa bên ngồi xâm nhập vào hạn chế dùng nước rửa Đồng thời dùng chất sát trùng formol, Na2SiF6 2.1.2 Nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước sử dụng với mục đích khác Nước dùng để pha loảng rỉ đường, làm nguội, vệ sinh thiết bị nhà xưởng, dùng cho nhu cầu sinh hoạt, cung cấp cho lị hơi… Ngồi nước cịn dùng cho phịng chữa cháy khu vực sản xuất Lượng nước dùng cho sản xuất rượu nhiều so với ngành sản xuất khác [2, tr 41 – 44] Thành phần, tính chất hóa lý chất lượng nước ảnh hưởng trực tiếp tới kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm hiệu suất thu hồi Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Thu Hà Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ rỉ đường với suất 20 triệu lít sản phẩm/năm ❖ Yêu cầu chất lượng nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, yêu cầu chất lượng nước giống tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt - Chỉ tiêu cảm quan: Trong suốt, không màu, không mùi vị lạ - Chỉ tiêu hóa lý: Bảng 2.1 Các tiêu hóa lý nước Cặn khơ