Thiết kế nhà máy sản xuất rượu vang nho năng suất 2 triệu lít/năm: Quy trình công nghệ, trang thiết bị và hiệu quả kinh tế

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU

Theo đà phát triển của xã hội, ngày càng có nhiều loại rượu du nhập từ các nước khác nhau với hương vị mới lạ, mang nét điển hình của nơi sản xuất và được khách hàng trong nước ưa chuộng, rượu vang là một trong số những loại thức uống đó. Ngày nay rượu vang không còn là loại thức uống xa xỉ đối với người tiêu dùng trong nước bởi những mặt hàng có giá trị kinh tế phù hợp với khách hàng trong nước và chất lượng có thể chấp nhận được. Cùng với quá trình hội nhập Tổ chức Thương mại thế giới WTO, thuế nhập khẩu đối với rượu vang ngoại giảm, ngoài vang Pháp, sản phẩm rượu vang của Italia, Australia bắt đầu tràn vào Việt Nam với giá vả cả và chất lượng cạnh tranh cùng hàng nội địa.

TOÅNG QUAN

Sản phẩm rượu vang nho

  • Các chỉ tiêu của sản phẩm rượu vang

    Rượu vang không những là đồ uống khai vị trong các bữa tiệc, nó còn có tác dụng tốt đối với sức khỏe như: uống rượu vang 1 – 2 ly/ngày giúp tiêu hóa tốt hơn, ăn ngon miệng hơn, giảm nguy cơ bệnh tim, bệnh thiếu máu, bệnh hen, ngừa ung thư tuyến tiền liệt,… (theo Health Day). Tùy vào màu sắc và độ chát của vang sản phẩm, người ta có thể tiến hành quá trình trích ly chất màu và chất chát, nhờ vậy rượu vang đỏ (còn gọi là rượu chát) có màu đặc trưng, vị chát với nhiều mức phẩm cấp chất lượng khác nhau. Lượng SO2 (E220 hay E224) cho vào có thể ở dạng lỏng nguyên chất hay ở dạng muối sulfit nhằm làm trong dịch nho, ức chế các vi sinh vật dại có trong dịch nho hay bị nhiễm vào trong quá trình sản xuất (nhằm tránh tình trạng lên men tự phát).

    Bảng 1.1: Phân loại rượu vang nho [1]
    Bảng 1.1: Phân loại rượu vang nho [1]

    Lựa chọn năng suất và địa điểm cho nhà máy

    • Lập luận kinh tế kỹ thuật và lựa chọn năng suất cho nhà máy

      Theo những điều kiện nguyên liệu sẵn có như trình bày ở trên và nhu cầu thị trường, chúng tôi dự kiến thiết kế nhà máy sản xuất rượu vang nho năng suất 2 triệu lít/năm. Thuận lợi cho việc kết nối mạng lưới điện: hệ thống lưới điện quốc gia đã được đầu tư đến 100% số xã đáp ứng nhu cầu điện cho sản xuất và cung cấp điện cho hơn 95% số hộ trong tỉnh. Nguồn nước được phân phối rộng khắp: hiện nay tỉnh có 3 nhà máy cung cấp nước sinh hoạt là Tháp Chàm (công suất 52.000 m3/ngày đêm), Tân Sơn Ninh Sơn, Phước Dân Ninh Phước đảm bảo cung cấp nước cho thị xã Phan Rang – Tháp Chàm, các thị trấn và các vùng phụ cận.

      CÔNG NGHỆ SẢN SUẤT RƯỢU VANG NHO

      Quy trình công nghệ sản xuất rượu vang trắng .1 Sơ đồ quy trình công nghệ

      • Thuyeỏt minh quy trỡnh coõng ngheọ

        Cách tiến hành: sử dụng tác nhân lạnh cho tiếp xúc với dịch nho qua các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm, dịch nho có thể được làm lạnh xuống 4 ÷ 50C. Thực hiện: saccharose được cho từ từ vào bồn phối chế hình trụ đứng có cánh khuấy cùng với quá trình bơm dịch nho, sau khi đường tan hết, bổ sung dịch nấm men vào bồn phối chế. + Hóa học: hình thành một số sản phẩm phụ như aldehyde (aldehyde acetic, diacetyl, aceton, 2,3 – butaendiol), acid hữu cơ, ester, hợp chất cao phân tử.

        CÂN BẰNG VẬT CHẤT

        Lịch làm việc của các phân xưởng trong nhà máy

        Dựa vào quy trình công nghệ, ta có thể chia nhà máy thành ba phân xưởng chính: phân xưởng sơ chế (từ phân loại đến khi chuẩn bị dịch lên men), phân xưởng lên men, phân xưởng chiết rót và hoàn thiện sản phẩm. - Thời gian vệ sinh thiết bị trong phân xưởng: 8 giờ/tuần (vệ sinh và bảo dưỡng máy định kyứ). - Thời gian vệ sinh thiết bị trong phân xưởng: 8 giờ/tuần (vệ sinh và bảo dưỡng máy định kyứ).

        - Thời gian vệ sinh trang thiết bị trong phân xưởng: 8 giờ/tuần (vệ sinh và bảo dưỡng định kyứ). Nhà máy sẽ tiến hành sản xuất luân phiên nhau giữa hai loại rượu vang đỏ và. Nho sẽ được bảo quản trong kho lạnh một thời gian ngắn trước khi mang đi chế bieán.

        Do nguồn nguyên liệu nhập vào nhà máy trong thời gian 6 tháng/năm nên thời gian phân xưởng sơ chế hoạt động sản xuất rượu vang trắng là 50 ngày, sản suất rượu vang đỏ là 130 ngày. Vậy kế hoạch sản xuất của nhà máy: nhập nguyên liệu theo mùa vụ nên phân xưởng sơ chế sẽ làm việc 2 tháng và tạm ngưng 2 tháng luân phiên nhau.

        Tính cân bằng vật chất trong sản xuất rượu vang trắng Bảng 1.1: Yêu cầu nguyên liệu sản xuất vang trắng

        • Tính cân bằng vật chất cho 100 Kg nguyên liệu sản xuất vang trắng Bảng 1.1: Tổn thất trong các quá trình đối với sản xuất rượu vang trắng

          Giả sử quá trình bổ sung nước khi ép tận thu không làm thay đổi nồng độ chất khô, khối lượng riêng của dịch nho ở 15 Bx là. Mật độ nấm men của dịch nho sau khi cấy là 3 triệu tế bào nấm men/lít.

          Bảng 1.2: Cân bằng vật chất cho 100 Kg nguyên liệu sản xuất rượu vang trắng (nho xanh)
          Bảng 1.2: Cân bằng vật chất cho 100 Kg nguyên liệu sản xuất rượu vang trắng (nho xanh)

          Tính cân bằng vật chất trong sản xuất rượu vang đỏ Bảng 1.1: Yêu cầu nguyên liệu sản xuất vang đỏ

          • Tính cân bằng vật chất cho 100 Kg nguyên liệu sản xuất vang đỏ Bảng 1.1: Tổn thất trong các quá trình đối với sản xuất rượu vang đỏ

            Mật độ nấm men của dịch nho sau khi cấy là 2 triệu tế bào nấm men/lít.

            Bảng 1.1: Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất rượu vang đỏ
            Bảng 1.1: Cân bằng vật chất cho một ngày sản xuất rượu vang đỏ

            LỰA CHỌN THIẾT BỊ

            Rượu vang trắng

            • Thieát bò chính
              • Thieỏt bũ phuù

                Chọn bồn lên men hình trụ có, đáy côn được làm bằng thép không gỉ, có lớp vỏ áo. 1.9.1.2.2Thieát bò nhaân gioáng naám men Thùng nhân giống nấm men loại nhỏ: (cấp 1) Chọn thùng hình trụ, đáy bán cầu làm bằng inox. Thùng nhân giống nấm men loại vừa: (cấp 2) Chọn thùng hình trụ, đáy bán cầu làm bằng inox.

                Thùng nhân giống nấm men loại lớn: (cấp 3) Chọn thùng hình trụ, đáy bán cầu làm bằng inox. Chọn bồn trữ có dạng hình trụ, nằm ngang được làm bằng thép không gỉ. Chọn bồn trữ có dạng hình trụ, đáy côn được làm bằng thép không gỉ.

                Do quá trình rửa liên tục nên ta chọn bơm ly tâm một cấp nằm ngang kiểu K của công ty Prospero, soỏ hieọu MPL 31. Chọn bơm ly tâm một cấp nằm ngang kiểu K của công ty Prospero, số hiệu MPL 31 Bảng 4.1: Thông số kỹ thuật của bơm vận chuyển nho có lẫn xác. Chọn bơm ly tâm một cấp nằm ngang kiểu K của công ty Prospero, số hiệu MPL 31 Bảng 8.1: Thông số kỹ thuật của bơm dịch nho vào thiết bị sulfit hóa.

                Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy nghiền xé tách cuống
                Bảng 3.1: Thông số kỹ thuật của máy nghiền xé tách cuống
                • Thieát bò chính

                  TÍNH NĂNG LƯỢNG

                  Tính hơi và chọn nồi hơi

                  Hơi được dùng để làm vệ sinh đường ống, trong thiết bị rửa chai và thanh trùng.

                  Tính và chọn máy nén lạnh

                    (ddn: khối lượng riêng dịch nho trước lên men, sau khi bổ sung đường được tra theo hàm lượng đường có trong dung dịch). Đối với quá trình sản xuất rượu vang trắng cần cung cấp một lượng lạnh nhằm làm lạnh dịch nho để lắng cặn trước khi lên men. Khi lên men, đường trong dịch nho được chuyển hóa thành hai sản phẩm chính đó là etanol và CO2 đồng thời phóng ra một nhiệt lượng.

                    Lượng nhiệt tỏa ra trong quá trình lên men sẽ được giữ lại 75%, 25% còn lại sẽ thất thoát ra môi trường bên ngoài. Tổng thể tích dịch nho cần dùng để nhân giống nấm men sử dụng cho một ngày sản xuất là 2500 (lít). Hàm lượng chất khô (xem như hàm lượng đường) cho nấm men phát triển tốt là 20%.

                    Cn: nhiệt dung riêng của nho (vì trong quả nho gồm nhiều thành phần nên nhiệt dung riêng của quả nho ở đây được tính gần đúng theo hàm lượng đường).

                    Tính nước và chọn bể nước

                    • Nước công nghệ

                      Sulfit hóa Làm lạnh Lọc tinh Rửa chai Chieát Gheùp naép Thanh truứng Dán nhãn Máy lạnh Máy nén. Công suất sử dụng điện năng của một số xưởng phụ trợ bằng 15% công suất của phân xưởng chính.

                      Bảng 1.1: Tổng kết công suất thiết bị chính trong nhà máy
                      Bảng 1.1: Tổng kết công suất thiết bị chính trong nhà máy

                      BỐ TRÍ MẶT BẰNG NHÀ MÁY

                      Phân xưởng sản xuất chính

                      • Nhà hành chính
                        • Khu kỹ thuật
                          • Khu vực xử lý cuống, hạt Kích thước khu vực xử lý cuống hạt
                            • Cây xanh, thảm cỏ

                              - Diện tích công nhân làm việc: mỗi công nhân trung bình cần 4 m2 để làm việc. Thùng được xếp trên pallet, mỗi pallet gồm 27 thùng xếp thành 3 chồng, mỗi chồng gồm 3 thùng. Nguyên liệu nho mua về được chứa trong các khay khoảng 60 ÷ 80 Kg, các khay được xếp thành 10 chồng và bảo quản trong kho lạnh.

                              Hình 1.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng sơ chế
                              Hình 1.1: Sơ đồ bố trí mặt bằng phân xưởng sơ chế

                              TÍNH KINH TEÁ

                              VẤN ĐỀ AN TOÀN VỆ SINH COÂNG NGHIEÄP

                              • An toàn lao động
                                • Veọ sinh coõng nghieọp
                                  • Xử lý nước thải

                                    Khi sửa chữa các tank lên men tỷ trọng của CO2 lớn hơn không khí nên nó lắng xuống, điều này gây ngạt cho công nhân trong nhà máy khi đang làm việc. - Lau chùi, vệ sinh các thiết bị khi kết thúc ca trực, lắp đặt thiết bị thông gió trong phòng chứa nồi hơi, lắp đặt hệ thống xả khí đốt nồi hơi. Công nhân đứng máy có chuyên môn và được huấn luyện kĩ về thiết bị cần sử dụng, nhằm hiểu rừ nguyờn tắc vận hành của mỏy múc để trỏnh cỏc sự cố làm hỏng thiết bị và tai nạn lao động.

                                    Nhân viên phòng thí nghiệm được huấn luyện nắm vững các đặc điểm của các máy móc đem sử dụng, dự kiến các tình huống có thể xảy ra, khi xảy ra sự cố phải nhanh chóng đưa đến phòng y tế tiến hành sơ cứu và chuyển đến bệnh viện gần nhất. Tất cả công nhân, viên chức trước khi được nhận vào nhà máy phải thông qua công đoạn kiểm tra sức khỏe, tay nghề, trình độ để đảm bảo năng suất cho nhà máy. Do đặc tính nước thải trong công nghệ sản xuất rượu vang đỏ có hàm lượng chất hữu cơ cao phân tử ở trạng thái hòa tan và trạng thái lơ lửng, trong đó chủ yếu là hydratcarbonat, protein và các acid hữu cơ, là các chất có khả năng phân hủy sinh học.

                                    Các vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và các chất khoáng làm chất dinh dưỡng cho chúng, sản phẩm của chúng là sinh khối tế bào, năng lượng, khí CO2, khí metan, nước, nitơ, một số ion,…. Nước thải từ các phân xương khác nhau, cùng với nước thải sinh hoạt theo hệ thống ống dẫn đưa về bể thu gom, qua các song chắn rác, lưới chắn rác để loại bỏ tạp chất rắn thô. Sau khi xử lý kị khí, nước thải sẽ được đưa đến bể xử lý hiếu khí aerotank, ở đây tiếp tục quá trình phân hủy các chất hữu cơ bằng các vi sinh vật hiếu khí.

                                    Tiến hành oàn lưu khoảng 50% lượng bùn ở bể lắng để bổ sung vào bể aerotank, do trong bùn ở bể lắng chứa một lượng sinh khối vi sinh vật khá lớn.