zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Luận Văn - Báo Cáo

» Công nghệ - Môi trường

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày

Chia sẻ: Anh Anh | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:111

Báo xấu

233
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Với kết cấu nội dung gồm 9 chương, đồ án tốt nghiệp "Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày" giới thiệu đến các bạn những nội dung về lập luận kinh tế kỹ thuật, chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ, tính cân bằng vật chất, tính nhiệt, hơi nước,.... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung đồ án để nắm bắt đầy đủ nội dung chi tiết.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày

Đồ án tốt nghiệp 1 GVHD: KS. Bùi Viết Cường MỞ ĐẦU Đất nước đang ngày càng phát triển cùng với sự phát triển vượt bậc của rất nhiều ngành công nghiệp trong đó có ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu etylic nói riêng. Ứng dụng các nghiên cứu khoa học cùng với kinh nghiệm vốn có vào sản xuất đã tạo ra các sản phẩm cồn (rượu) có chất lượng ngày càng cao. Rượu là sản phẩm lên men phổ biến và có mặt ở khắp mọi nơi trên thế giới, ở Việt Nam nghề nấu rượu cũng có từ lâu đời và đang ngày càng phát triển. Ngoài mục đích làm đồ uống thì rượu etylic còn đóng góp nhiều vào các ngành công nghiệp khác như trong y học làm chất sát trùng, trong công nghiệp hoá chất, làm nhiên liệu cho giao thông, trong công nghiệp dệt,... Trong công nghiệp sản xuất rượu bằng phương pháp lên men, có thể sử dụng rất rộng rãi các loại nguyên liệu chứa đường lên men được như rỉ đường, nước quả... nguyên liệu chứa tinh bột như gạo, ngô, lúa mì, khoai, sắn..., và các loại chứa xenluloza như gỗ, mùn cưa,... nói chung là nguyên liệu có hàm lượng hydrat cacbon cao. Chọn một loại nguyên liệu đưa vào sản xuất ngoài những yêu cầu cơ bản phải đạt: hàm lượng gluxit cao, giá thành rẻ, trữ lượng lớn và tập trung, không ảnh hưởng đến nền kinh tế quốc dân, bảo quản và sử dụng không phức tạp... thì còn đề cập đến vấn đề: chất lượng rượu sản xuất ra, yêu cầu trang thiết bị, kỹ thuật không phức tạp, cho hiệu suất tổng thu hồi rượu cao. Việt Nam với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp lâu đời, các sản phẩm ngũ cốc dồi dào, phong phú đã tạo nên sự đa dạng về nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho ngành sản xuất cồn. Trong các loại cây lương thực, cây sắn là cây cho nguồn nguyên liệu có khả năng chế biến phong phú. Với tổng sản lượng sắn hàng năm ngày càng tăng, việc thiết kế và xây dựng thêm nhà máy sản xuất cồn từ sắn với năng suất cao là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệp cồn cũng như nhu cầu của nền kinh tế đất nước. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 2 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày” Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Vị trí xây dựng ̉ ̀ ̣ ́ ̣ ́ ́ ̣ ̣ ̣ ̉ ̀ ́ Qua tim hiêu vê vi tri đia ly, khi hâu, hê thông giao thông vân tai va cac điêu ̀ ́ ̀ ̣ kiên khac, ch ́ ọn đia điêm xây d ̣ ̉ ựng nha may c ̀ ́ ồn tai khu công nghiêp Sao Mai, v ̣ ̣ ị trí: Xã Hòa Bình thành phố Kon Tum tỉnh Kon Tum. Khu công nghiệp có tổng diện tích 150 ha là hợp lý.[10] Việc xây dựng nhà máy tại đây có nhiều thuận lợi như gần nguồn nguyên liệu, điện nước ổn định cho sản xuất, giao thông thuận lợi… 1.2. Đặc điểm tự nhiên Khí hậu Kon Tum có nét chung của khí hậu vùng nhiệt đới gió mùa của phía Nam Việt Nam, lại mang tính chất của khí hậu cao nguyên. Khí hậu Kon Tum chia thành 2 mùa rõ rệt là mùa mưa và mùa khô. Nhiệt độ trung bình trong năm dao động từ 22oC ÷ 23oC, Lượng mưa trung bình trong năm là từ 2.121 mm/năm, Hướng gió chủ đạo là hướng Tây – Nam. [11] 1.3. Nguồn nguyên liệu Theo Sở Nông Nghiệp và Phát Triển Nông Thôn tỉnh, tính đến năm 2012 diện tích trồng sắn của tỉnh Kontum đạt hơn 39.000 ha và sẽ còn được mở rộng trong thời gian sắp tới. Với vùng nguyên liệu lớn có thể đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho nhà máy hoạt động ổn đinh. Ngoài ra sắn còn được thu mua ở các tỉnh lân cận như: Gia Lai, Đăk Nông, Phú Yên .... [12] 1.4. Nguồn cung cấp điện Đây là khu công nghiệp có mạng lưới điện quốc gia đi qua nên có thể Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 3 GVHD: KS. Bùi Viết Cường dùng trạm biến áp riêng để sử dụng cho nhà máy. Ngoài ra, chuẩn bị thêm máy biến áp dự phòng để phòng sự cố khi mất điện để đảm bảo sản xuất liên tục . 1.5. Nguồn cung cấp hơi Sử dụng hơi với nhiều mục đích khác nhau. Lượng hơi đốt cung cấp cho sản xuất lấy từ lò hơi của nhà máy. Nhiên liệu sử dụng là dầu FO, thu mua từ các trạm xăng hoặc liên hệ với công ty xăng dầu của tỉnh để được cung cấp. Có thêm kho dự trữ để đảm bảo sản xuất. 1.6. Nguồn cung cấp nước và nước thải Nước dùng để sản xuất chính cho nhà máy là nước giếng khoan (nước ngầm). Nước sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như cho sản xuất, vệ sinh, sinh hoạt. Nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu để thải trực tiếp ra môi trường do vậy cần được xử lý, nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý nước trước khi thải ra ngoài môi trường. Các chất thải rắn xử lý bằng cách đào hố để chôn tránh gây ô nhiễm cho người dân. 1.7. Giao thông Khu công nghiệp Sao Mai nằm ngay bên quốc lộ 14, đi về phía thành phố KonTum khoảng 07 km về phía Bắc, Kon Tum có điều kiện hình thành các cửa khẩu, mở rộng hợp tác quốc tế về phía Tây. Kon Tum có đường Quốc lộ 14 nối với các tỉnh Tây Nguyên và Quảng Nam, đường 40 đi Atôpư (Lào), do đó việc vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm tương đối thuận lợi. 1.8. Nguồn nhân lực KonTum là tỉnh có dân số tương đối đông, nhà máy đặt gần các trung tâm kinh tế của khu vưc Tây Nguyên nên có nguồn nhân lực đổ về đây bao gồm nguồn nhân lực đã qua đào tạo và chưa qua đào tạo. Cán bộ kỹ thuật, kinh tế và quản lý có thể tuyển dụng từ các trường đại học trong cả nước. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 4 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 1.9. Thị trường tiêu thụ Nhà máy được xây dựng với tiêu chí là cung cấp cồn thực phẩm và cồn kĩ thuật cho thị trường Việt Nam và các nước lân cận. Thị trường trong nước có rất nhiều sản phẩm chất lượng tốt cạnh tranh, đó là mục tiêu công ty hướng tới. Với sự thuận lợi về giao thông vận tải, nguồn lao động sáng tạo thì sản phẩm sẽ được ưa chuộng. 1.10. Năng suất nhà máy Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại, và thị trường tiêu thụ sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96o năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày là hoàn toàn có tính khả thi cao. Mặt khác nhà máy cũng tạo điều kiện cho người nông dân trên địa bàn tỉnh Kontum và các tỉnh lân cận có công ăn việc làm và đầu ra ổn định cho sản phẩm sắn lát khô. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 5 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Sắn 2.1.1.1. Giới thiệu về sắn Sắn hay khoai mì có tên khoa học Manihot esculenta, là cây lương thực ăn củ hàng năm, có thể sống lâu năm, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae. Hình 2.1. Cây sắn Cây sắn cao 2÷3 m, đường kính tán 50÷100 cm. Lá khía thành nhiều thùy, có thể dùng để làm thức ăn chăn nuôi gia súc. Rễ ngang phát triển thành củ và tích luỹ tinh bột. Củ sắn dài 20÷50 cm, khi luộc chín có màu trắng đục, hàm lượng tinh bột cao. Sắn luộc chín có vị dẻo, thơm đặc trưng. Sắn có thời gian sinh trưởng thay đổi từ 6 đến 12 tháng, có nơi tới 18 tháng, tùy thuộc giống, vụ trồng, địa bàn trồng và mục đích sử dụng. [13] 2.1.1.2. Cấu tạo của củ sắn Củ sắn là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Cấu tạo gồm: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt sắn, lõi sắn. + Vỏ gỗ: Chiếm 0,5÷3% khối lượng củ. Gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và hemicellulose, hầu như không có tinh bột. Vỏ gỗ là lớp ngoài cùng, Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 6 GVHD: KS. Bùi Viết Cường sần sùi, màu nâu thẫm, chứa các sắc tố đặc trưng. Có tác dụng giữ cho củ rất bền, không bị tác động cơ học bên ngoài. + Vỏ cùi: Dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% trọng lượng củ. Gồm các tế bào được cấu tạo bởi cellulose và tinh bột (5÷8%). Giữa các lớp vỏ là mạng lưới ống dẫn nhựa củ, trong mủ có nhiều tanin, enzyme và các sắc tố. + Thịt khoai mì (ruột củ): Là thành phần chiếm chủ yếu của củ, bao gồm các tế bào có cấu tạo từ cellulose và pentozan, bên trong là các hạt tinh bột và nguyên sinh chất. Hàm lượng tinh bột trong ruột củ phân bố không đều. Kích thước hạt tinh bột koảng 15÷80mm. Khoai mì càng để già thì càng có nhiều xơ. + Lõi khoai mì: Thường nằm ở trung tâm dọc theo thân củ, nối từ thân đến đuôi củ. Lõi chiếm từ 0,3÷1% khối lượng củ. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cellulose và hemicelluloses. [14] 2.1.1.3. Thành phần hóa học của sắn Củ sắn tươi có tỷ lệ chất khô 38÷40%, tinh bột 16÷32%, giàu vitamin C, calcium, vitamin B và các chất khoáng, nghèo chất béo, muối khoáng, vitamin và nghèo đạm. Trong củ sắn, hàm lượng các acid amin không được cân đối, thừa arginin nhưng lại thiếu các acid amin chứa lưu huỳnh. Thành phần dinh dưỡng khác biệt tuỳ giống, vụ trồng, số tháng thu hoạch sau khi trồng và kỹ thuật phân tích. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 7 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Hình 2.3. Củ sắn Sắn lát khô thường có hai loại: sắn lát khô có vỏ và sắn lát khô không vỏ. Hàm lượng tinh bột: 70÷75%, độ ẩm 1214%. Sắn lát khô không vỏ ở Việt Nam bình quân có hàm lượng chất khô 90,01%, đạm 2,48%, béo 1,40%, Sắn lát khô có vỏ hàm lượng chất khô 90,57%, đạm 4,56%, béo 1,43%. [15] 2.1.2. Nước Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng với các mục đích khác nhau. Nước được dùng để để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi… Ngoài ra nước còn dùng cho phòng chữa cháy trong khu vực sản xuất. Thành phần, tính chất hoá lý và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu xuất thu hồi. * Yêu cầu chất lượng nước: Trong công nghiệp sản xuất cồn, yêu cầu chất lượng nước giống như tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt. Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ. Chỉ tiêu hoá lý: [4, tr 41 42] + Độ cặn toàn phần
Đồ án tốt nghiệp 8 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Sử dụng chủng nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae. Hình 2.4. Nấm men saccharomyces cerevisiae Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần phải chú ý đảm bảo các yêu cầu sau đây: + Có tốc độ phát triển nhanh trên môi trường sản xuất, + Có đặc tính sinh lý, sinh hoá ổn định trong thời gian dài, + Có khả năng chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường. Đặc biệt là các chất sát trùng, độ pH thấp và lên men được ở nhiệt độ tương đối cao, + Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên men lớn, đồng thời nấm men ít bị ức chế bởi các sản phẩm của sự lên men, + Lên men được nhiều loại đường như: Glucose, Fructose, Saccharose, maltose… + Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít. * Những chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu: Chủng nấm men 396 Trung Quốc (2610): Chủng nấm men này phân lập được từ rỉ đường ở Trung Quốc, chủng này có khả năng lên men được đường fructose, glucose, maltose, rafinose, galactose. Nó không lên men được đường arabinose, lactose, dextrin. Nhiệt độ thích hợp 33oC, pHopt=4,5, chịu được nồng độ rượu 10%. Chủng Я (i – a): Do Liên Xô cung cấp, chủng này thích hợp cho lên men rỉ đường, chịu áp suất thẩm thấu lớn, lên men được các loại đường: Glucose, fructose, saccharose và 1/3 đường rafinose. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 9 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chủng T (Việt Nam): Phân lập từ rỉ đường đặc 35÷45ºBe và đặt tên T (trời), chủng nấm men này lên men được rỉ đường ở nhiệt độ cao 33÷37 oC, độ pH từ 4,5÷5 nồng độ lên men có thể đạt 18÷24% có thể lên men được nồng độ rượu trong dịch lên men từ 8÷12%, chịu được chất sát trùng với nồng độ từ 0,02÷0,025% so với thể tích dịch lên men, chất sát trùng ở đây là formol. Kích thước tế bào từ 4÷5 x 6÷9 (µm) tế bào có dạng hình trứng, tốc độ phát triển nhanh. Nấm men chủng XII : phân lập từ nấm men bánh mì 1902. Tế bào hình tròn hoặc oval, có kích thước lớn và mập hơn các chủng khác (5÷7 ). Chu kỳ sinh trưởng của 1 thế hệ là 1h 39 phút. Sinh sản bằng cách nảy chồi. Trong tế bào già thường chứa nhiều glycogen. Nấm men chủng XII sinh sản m ạnh trong 12h đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên men rất mạnh. Chúng có khả năng lên men mạnh glucose, matose, fructose, galactose, saccharose, maltose và 1/3 rafinose. Chủng này không lên men được lactose, arabinose, innulin. Nồng độ rượu trong dịch lên men có thể đạt tới 13%V. Chủng XII được xem là tốt nhất khi lên men dịch đường từ tinh bột. Nấm men MTB Việt Nam (Men thuốc bắc): được phân lập tại nhà máy rượu Hà Nội từ men thuốc bắc, tế bào hình bầu dục, kích thước 3÷5×5÷8µm. Là những nấm men đa bột nên có thể hình thành 2÷4 bào tử trong một tế bào. Có khả năng lên men được đường glucoza, fructoza, galactoza, saccaroza, maltoza, galactoza. Lên men được ở nhiệt độ cao (39÷40oC) chịu được độ axit tương đối cao 1÷1,5o nồng độ có thể đạt từ 12÷14 %. Đặc biệt qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường có 0,02÷0,025 % chất sát trùng Na2SiF6. [4, tr116117] 2.2. Tổng quan về sản phẩm 2.2.1. Cồn [12] 2.2.1.1. Công thức hóa học Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 10 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Cồn hay etanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là C2H6O, C2H5OH hay CH3CH2OH. 2.2.1.2. Lịch sử Cồn đã được con người sử dụng từ thời tiền sử như là một thành phần gây cảm giác say trong đồ uống chứa cồn. Các cặn bã khô trong các bình gốm 9000 năm tuổi tìm thấy ở miền bắc Trung Quốc đã gián tiếp cho thấy việc sử dụng các đồ uống chứa cồn trong số những người sống ở thời kỳ đồ đá mới. Việc chiết nó ra dưới dạng tương đối nguyên chất đã được thực hiện lần đầu tiên bởi các nhà giả kim thuật Hồi giáo và họ là những người đã phát triển ra nghệ thuật chưng cất rượu trong thời kỳ của chế độ khalip (vua chúa Hồi giáo) thời kỳ Abbasid. Các ghi chép của Geber (721815) đã đề cập tới hơi dễ cháy của rượu được đun sôi. AlKindī (801873) cũng đã miêu tả rõ ràng quá trình chưng cất rượu. Việc chưng cất cồn ra khỏi nước có thể tạo ra các sản phẩm chứa tới 96% cồn. Cồn nguyên chất lần đầu tiên đã thu được vào năm 1796 bởi Johann Tobias Lowitz, bằng cách lọc cồn chưng cất qua than củi. 2.2.1.3. Tính chất vật lý Cồn là một chất lỏng, không màu, trong suốt, mùi thơm dễ chịu và đặc trưng, vị cay, nhẹ hơn nước ( khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở 15oC), dễ bay hơi (sôi ở nhiệt độ 78,39oC), hóa rắn ở 114,15oC, tan trong nước vô hạn, tan trong ete và clorofom, hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời. 2.2.1.4. Tính chất hóa học Phản ứng thế với kim loại kiềm, kim loại kiềm thổ. 2C2H5OH + 2 Na > 2C2H5ONa + H2 Phản ứng este hóa, phản ứng giữa rượu và acid với môi trường là acid sulfuric đặc nóng tạo ra este. C2H5OH + CH3COOH > CH3COOC2H5 + H2O Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 11 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Phản ứng loại nước như tách nước trong một phân tử để tạo thành olefin, trong môi trường acid sulfuric đặc ở 170oC: C2H5OH > C2H4 + H2O Hay tách nước giữa 2 phân tử rượu thành ether C2H5OH + C2H5OH > C2H5OC2H5 + H2O Phản ứng oxi hóa, trong đó rượu bị oxi hóa theo 3 mức: thành aldehyde, acid hữu cơ và oxi hóa hoàn toàn (đốt cháy) thành CO2 và H2O. Mức 1, nhiệt độ cao: CH3CH2OH + CuO > CH3CHO + Cu + H2O Mức 2, có xúc tác: CH3CH2OH + O2 > CH3COOH + H2O Mức 3: C2H5OH + 3O2 > 2CO2 + 3H2O. 2.3. Cơ sở lý thuyết về quá trình sản xuất cồn 96o 2.3.1. Các phương pháp sản xuất cồn Có hai phương pháp sản xuất cồn: Phương pháp lên men bằng vi sinh vật, Phương pháp tổng hợp hoá học. [1, tr100102] 2.3.1.1 Phương pháp lên men bằng vi sinh vật Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay và cho hiệu quả kinh tế cao. Nguyên liệu dùng để sản xuất theo phương pháp này là phải chứa nhiều gluxit. Sản xuất cồn theo phương pháp lên men gồm có các công đoạn chính sau: Chế biến nguyên liệu thành dịch đường lên men. Lên men dịch đường để chuyển đường thành rượu. Chưng cất, tinh chế nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín rồi tách các chất ra khỏi rượu nâng cao nồng độ rượu để nhận được cồn tinh khiết. 2.3.1.2 Phương pháp tổng hợp hoá học Nguyên liệu chính để sản xuất cồn bằng phương pháp hoá học là khí etylen. Có hai phương pháp chính để sản xuất rượu etylic từ etylen là. Thuỷ phân khí etylen bằng axit sulfuric. Thuỷ phân trực tiếp etylen. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 12 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.3.2. Quá trình nấu 2.3.2.1. Phương pháp nấu Tùy vào điều kiện trang thiết bị của các cơ sở sản xuất có thể chọn các phương pháp nấu: gián đoạn, bán liên tục và liên tục Nấu gián đoạn: Nấu gián đoạn là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện cùng một nồi + Ưu điểm: tốn ít nhiên liệu để chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản. + Nhược điểm: tốn nhiều hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp suất và nhiệt độ cao gây tổn thất nhiều đường. Nấu bán liên tục Nấu bán liên tục là quá trình nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và được chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu thêm. + Ưu điểm: giảm thời gian nấu ở áp suất và nhiệt độ cao nhờ sử dụng hơi thứ vào nấu sơ bộ từ đó giúp giảm tổn thất hơi và tăng hiệu suất nấu. + Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. Nấu liên tục: Nấu liên tục là quá trình nấu trải qua 3 giai đoạn và trong 3 thiết bị khác nhau nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nồi nấu thêm. + Ưu điểm: Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao mà không ảnh hưởng tới hoạt động của thiết bị Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn giảm tổn thất đường do cháy hoặc tạo melanoidin. Nhờ đó mà năng suất nấu cao hơn gián đoạn. Dễ cơ giới hóa và tự động hóa, tốn ít kim loại chế tạo thiết bị do năng suất riêng của 1 cm3 tăng lên 7 lần. + Nhược điểm: đòi hỏi nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ, đảm bảo ổn định nhiệt, hơi, nước. [1, tr107112] Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 13 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 2.3.2.2. Các biến đổi trong quá trình nấu Sự biến đổi của tinh bột + Sự trương nở và hòa tan tinh bột: Trương nở là tính chất của những chất rắn cao phân tử có khả năng hút dung môi để tăng thể tích. Khi cho nguyên liệu tinh bột tiếp xúc với nước, các phân tử nước có kích thước phân tử nhỏ nên chúng xâm nhập vào giữa các phân tử tinh bột. Các phân tử nước sẽ tương tác với các nhóm hoạt động của tinh bột làm yếu một số liên kêt trong phân tử tinh bột, phân tử tinh bột bị trương lên và bị rã ra. Khi nhiệt độ tăng các liên kết trong phân tử tinh bột bị đứt dẫn đến quá trình trương nở không hạn chế nghĩa là tinh bột bị hòa tan chuyển thành dạng dung dịch. + Sự thủy phân tinh bột: Khi nấu, một lượng nhỏ tinh bột biến thành đường và dextrin do tác dụng của enzim amylaza chứa trong nguyên liệu và do bị thủy phân dưới xúc tác của ion H+. Sự biến đổi của hemixenluloza, xenluloza, pectin Trong quá trình nấu nguyên liệu, ở điều kiện môi trường axit yếu xenluloza không bị thủy phân. Hemixenluloza cấu tạo chủ yếu từ pentozan có bị thủy phân ít nhiều. Sự thủy phân này bắt đầu từ khi chuẩn bị dịch bột do tác dụng của xitaza chứa trong nguyên liệu và được tiếp tục trong quá trình nấu do tác dụng của ion H+ và nhiệt độ cao. Kết quả là tạo ra dextrin và các hợp chất có phân tử thấp, kể cả đường 5 các bon – arbinoza và kxiloza. Sự biến đổi của đường Trong quá trình nấu đường sẽ bị phân hủy do các phản ứng caramen, melanoidin tạo thành oxymethylfurfurol. Một phần oxymethylfurfurol ngưng kết tạo chất màu vàng. [1, tr106107] 2.3.3. Đường hóa tinh bột Là quá trình dùng tác nhân để chuyển hóa tinh bột thành đường dễ lên men. Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi cồn. Đường hóa dịch cháo có thể tiến hành theo phương pháp gián đoạn hoặc Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 14 GVHD: KS. Bùi Viết Cường liên tục trên các sơ đồ thiết bị khác nhau. Nhưng dù theo phương pháp nào cũng bao gồm các công đoạn chính sau: Làm nguội dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa Cho tác nhân vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ trong thời gian xác định để chuyển hóa tinh bột thành đường. Làm nguội dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men. * Tác nhân đường hóa: Dùng axit HCl hoặc H2SO4: phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà hiệu suất thu hồi thấp. Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): Một số nước Châu Âu vẫn còn dùng phương pháp này. Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn. Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc, mấy năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Novo Đan Mạch. [1, tr112] 2.3.4. Quá trình lên men rượu 2.3.4.1. Cơ chế hóa học của quá trình lên men rượu Quá trình lên men rượu là quá trình chuyển hóa đường glucose dưới xúc tác của các hệ enzim khác nhau để tạo thành một loạt chất trung gian trong đó giai đoạn trung gian quan trọng là biến thành acid piruvic (CH3COCOOH), từ acid piruvic trong điều kiện yếm khí sẽ tạo thành rượu etylic và sản phẩm phụ tùy điều kiện lên men. [1, tr126127] C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q 2.3.4.2. Cơ chế hóa lý của quá trình lên men rượu Để lên men dịch đường phải cho vào dịch một lượng tế bào nấm men nhất định. Nấm men sẽ sử dụng các chất dinh dưỡng có trong dịch nấm men chủ yếu là đường để chuyển hóa đường thành rượu và khí CO2 nhờ ezim zymase. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 15 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán nhanh vào môi trường. CO 2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan không lớn. Khi bão hoà, CO2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt khí CO2 lớn đến mức độ nhất định thì lôi kéo tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề mặt của dung dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO2 thoát ra ngoài, tế bào nấm men lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên đã làm tế bào nấm men từ trạng thái không chuyển động sang trạng thái chuyển động nghĩa là quá trình trao đổi chất được thực hiện và quá trình lên men tăng nhanh. [1, tr129] 2.3.4.3. Các giai đoạn lên men rượu Tốc độ lên men rượu xác định bằng cách thay đổi hàm lượng đường trong dịch lên men hoặc hàm lượng CO2 thoát ra trong một đơn vị thời gian hay hàm lượng rượu và lượng nhiệt sinh ra. Dựa vào tốc độ lên men của nấm men chia quá trình lên men thành 3 thời kỳ: lên men đầu, lên men chính và lên men cuối. Lên men đầu: nấm men làm quen với môi trường lên men và sử dụng đường để tăng sinh khối là chính. Giai đoạn này đường tiêu hao ít và rượu sinh ra không đáng kể. Lên men chính: nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử dụng nhiều nhất, sinh nhiều cồn và CO2, Lên men cuối: Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong dịch ít, tế bào nấm men già và suy yếu. [1, tr130131] 2.3.4.4. Phương pháp lên men Có 3 phương pháp lên men: Lên men gián đoạn, lên men liên tục, lên men bán liên tục. Lên men gián đoạn: các giai đoạn lên men đều tiến hành trong cùng một thiết bị (thùng lên men). Lên men cải tiếnbán liên tục: sử dụng thiết bị lên men gián đoạn có đặt thêm thiết bị truyền nhiệt kiểu ống lồng ống. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 16 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Lên men liên tục: Các giai đoạn lên men rải đều trong các thiết bị lên men có liên hệ với nhau. Lên men liên tục có ưu điểm hơn so với bán liên tục và gián đoạn: hệ số sử dụng thiết bị cao, hiệu suất lên men ổn định, hiệu suất tổng thu hồi cao, tiêu hao hơi nhiệt ít. Tuy nhiên nó có nhược: dễ bị nhiễm khuẩn hàng loạt, yêu cầu trình độ cao. [1, tr132134]. 2.3.5. Quá trình chưng cất và tinh chế 2.3.5.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất tinh chế Ở nhiệt độ bất kỳ, áp suất hơi bão hoà của rượu etylic lớn hơn áp suất hơi bão hòa của nước. Do đó khi cùng một áp suất thì nhiệt độ sôi của rượu etylic thấp hơn nhiệt độ sôi của nước. Hình 2.6. Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu nước ở áp suất thường. Ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng, khi chưng cất giấm chín thu được rượu thô gồm có 50 tạp chất khác nhau. Dựa vào tính chất hoá học của tạp chất chia chúng ra làm 4 nhóm: aldehyt, este, rượu bậc cao và axit hữu cơ. Dựa vào tính chất vật lý chia thành 3 nhóm : Tạp chất đầu (aldehyt, axetic, etyl axetat,... ), tạp chất cuối (amylic, izoamylic, izobutylic...), tạp chất trung gian (etylizobutylrat, etylizovalianat...). [1, tr139140]. 2.3.5.2. Phương pháp chưng cất tinh chế Có 3 phương pháp chưng luyện: chưng luyện gián đoạn, liên tục và bán liên tục. a) Chưng luyện gián đoạn Tháp chưng (hình a): Tháp tinh (hình b): 1. Thùng chưng 1. Thùng cất 2. Tháp chưng 2. Tháp tinh 3. Thiết bị ngưng tụ và làm 3,4. Bình ngưng tụ hồi lưu nguội Quá trình chưng gián đoạn (hình a): Giấm chín được bơm vào thùng chưng cất (1) sau đó mở hơi đun cho tới sôi, hơi rượu bay lên theo tháp (2) sẽ được nâng Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 17 GVHD: KS. Bùi Viết Cường cao nồng độ sau đó vào thiết bị ngưng tụ và làm nguội (3) thu được cồn thô. Chưng gián đoạn có ưu điểm đơn giản, dễ thao tác nhưng thời gian dài, thùng chứa lớn, tốn vật liệu chế tạo, năng suất thấp, tốn hơi, nồng độ cồn không ổn định, tổn thất rượu gấp 3÷4 lần so với chưng liên tục. Quá trình tinh chế gián đoạn (hình b): Cồn thô sau chưng cất sẽ được xử lý bằng NaOH trước khi vào tinh chế gián đoạn. Cồn thô qua xử lý được cho vào thùng cất (1), dùng hơi đun tới 80÷90oC, đóng van hơi để 1÷2 giờ đồng thời mở van nước để ngưng tụ hơi rượu vừa bay lên sau đó mở van hơi gián tiếp đun tới sôi đồng thời mở đủ nước ngưng tụ toàn bộ hơi rượu đi vào bình ngưng tụ hồi lưu (3). Phần khí không ngưng theo bình ngưng tụ làm nguội (4) ra ngoài. Sau 30÷60 phút lấy 3÷5% cồn đầu để riêng rồi lấy tiếp 6 ÷12% cồn (2a) sau đó điều chỉnh chỉ số hồi lưu để lấy sản phẩm chính rồi đến lấy 6 ÷12% cồn (2b), cuối cùng lấy rượu fusel 3÷5%. Tinh chế gián đoạn cho sản phẩm chất lượng nhưng hiệu suất thu hồi thấp, tốn hơi và sức lao động do phải cất lại nên hiện nay ít dùng. [5, tr179181]. b) Chưng luyện bán liên tục 1. Thùng cất thô 5. Bình ngưng tụ 2. Thùng ngưng tụ cồn thô 6. Bình ngưng tụ 3. Thùng chứa tạm cồn thô 7. Bình ngưng tụ và làm nguội 4. Tháp tinh chế 8. Bình ngưng tụ và làm nguội Giấm chín được bơm vào thùng (1) và được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi lên được ngưng tụ ở (2) rồi đi vào thùng (3) tiếp đó liên tục đi vào tháp tinh chế (4), tại tháp (4) cũng đun bằng hơi trực tiếp, từ đĩa tiếp liệu xuống đáy nồng độ cồn giảm dần rồi ra ngoài, nhiệt độ đáy tháp phải 103÷105oC. hơi rượu bay lên có nồng độ tăng dần ngưng tụ ở (5) rồi hồi lưu lại tháp. Một phần nhỏ chưa ngưng kịp đưa sang ngưng tụ (6) và lấy ra ở dạng cồn đầu. cồn sản phẩm lấy ra ở đỉa thứ 3÷6 từ trên xuống qua làm nguội (7) rồi ra ngoài. [5, tr181183]. c) Chưng luyện liên tục Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 18 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chưng luyện liên tục có thể thực hiện bằng nhiều cách: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Chưng luyện 2 tháp: Hệ thống gồm 1 tháp cất và 1 tháp tinh làm việc liên tục, cồn thành phẩm được lấy ra dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 ÷6 đĩa, hệ thống này tiên tiến hơn so với chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải lấy thêm cồn đầu. Chưng luyện 3 tháp: Hệ thống gồm 3 tháp: tháp thô, tháp aldehyde và tháp tinh chế. Ưu điểm của phương pháp này là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng nhược điểm là tốn hơi. 1. Thùng chứa giấm 7. Bình làm nguội ruột gà 2. Bình hâm giấm 8. Tháp andehyt 3. Bình tách CO2 9,10. Bình ngưng tụ 4. Tháp thô 11. Tháp tinh chế Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 19 GVHD: KS. Bùi Viết Cường 5. Bình chống phụt giấm 12. Bình ngưng tụ hồi lưu 6. Bình ngưng tụ cồn thô 13. Bình làm lạnh sản phẩm Chưng luyện 4 tháp: sơ đồ gồm 3 tháp và tháp làm sạch. Khác nhau giữa 3 tháp và 4 tháp là cồn lấy ra ở dạng lỏng không đưa làm nguội mà đưa vào tháp làm sạch có cấu tạo và chiều cao như tháp aldehyde để tinh chế tiếp nhằm loại bỏ tạp chất đầu và tạp chất cuối, cồn đầu cho quay lại tháp aldehyde, cồn cuối ở đáy tháp làm sạch đi vào trên đĩa tiếp liệu của tháp tinh. [5, tr184189]. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT
Đồ án tốt nghiệp 20 GVHD: KS. Bùi Viết Cường Chương 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn dây chuyền công nghệ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ sắn SVTH: Ngô Thị Ngọc Bích lát khô năng suất 135 tấn nguyên liệu/ngày Lớp:12H2LT

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.09: Bộ Luận Văn Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Quản Trị Kinh Doanh

81 tài liệu

1643 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.