intTypePromotion=1

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

0
163
lượt xem
37
download

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

Mô tả tài liệu
  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:
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

  1. 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
  2. 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
  3. 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
  4. 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
  5. 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
  6. 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
  7. 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 
  8. 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
  9. 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
  10. 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
  11. 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
  12. 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
  13. 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
  14. 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
  15. 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
  16. 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
  17. 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
  18. 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
  19. 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
  20. 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
ADSENSE
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2