Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.

Datn san xuat con tu tinh bot san

2,037 views

Published on

do an tot nghioep tu tinh bot san (worrd)

Published in: Food
  • Login to see the comments

  • Be the first to like this

Datn san xuat con tu tinh bot san

  1. 1. Đồ án tốt nghiệp - 1 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch LỜI MỞ ĐẦU Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu etylic nói riêng đã phát triển và ngày càng lớn mạnh. Với việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của con người. Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon và đắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân, luôn có mặt trong mọi cuộc vui đến bữa ăn hằng ngày. Ở Việt Nam nghề nấu rượu cũng có từ lâu đời trong nhân dân tạo ra các sản phẩm truyền thống có tên gọi quen thuộc là “rượu quốc lủi ”, “rượu nút lá chuối khô ”, rượu Hoa Mai, Bầu Đá, Kim Long… . Để có các sản phẩm rượu pha chế ngon cần phải có cồn chất lượng tốt. Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: trong công nghệ hoá chất, làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu. Đối với quốc phòng rượu etylic được dùng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn. Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ. Trong tương lai rượu được sử dụng làm nhiên liệu sinh học vì sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường. Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đã đem lại thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Có nhiều nguồn nguyên liệu để sản xuất rượu etylic, với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho sản xuất cồn, đặc biệt là sắn lát . Trên cơ sở đó, em được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột năng suất 60000 lít cồn 96o /ngày”. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  2. 2. Đồ án tốt nghiệp - 2 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 1 LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬTLẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT 1.1. Vị trí địa lý [17] Đông Hà là một thành phố trung tâm của tỉnh Quảng Trị, miền trung việt nam. Đông Hà là trung tâm chính trị, văn hóa, xã hội, kinh tế và thương mại của tỉnh Quảng Trị. Đông Hà có một vị trí quang trọng, nằm ở trung độ giao thông của cả nước, trên quốc lộ 1A nối thủ đô Hà Nội – Thành Phố Hồ Chí Minh và quốc lộ 9B trong hệ thống xuyên Á, là điểm khởi đầu ở phía đông của trục hành lang kinh tế Đông – Tây giữa đông bắc Thái Lan, Lào, Myanma và miền trung Việt Nam qua cửa khẩu quốc tế Lao Bảo và các nước trong khu vực biển đông qua cảng Cửa Việt, kết thúc ở thành phố Đà Nẵng. Từ thuận lợi về giao lưu đối ngoại, Đông Hà có khả năng thu hút, hội tụ để phát triển kinh tế, xã hội và trở thành trung tâm phát luồng các mối quan hệ kinh tế trong khu vực và quốc tế. Chính vì thế tỉnh Quảng Trị đã tổ chức quy hoạch và hình thành được các Khu, Cụm công nghiệp. Đặc biệt, từ cuối năm 2006, cầu Hữu Nghị 2 hoàn thành và đưa vào khai thác, sử dụng đã mở ra hướng giao thương thông thoáng giữa Quảng Trị với các nước trong khu vực và quốc tế. Tỉnh Quảng Trị chỉ trong vòng 10 năm, diện tích trồng sắn đã tăng lên 11 nghìn ha. Trong đó: Đakrông 1100ha, Hải Lăng 1300ha, Hướng Hóa 4000ha, Triệu Phong 2000ha... Ngoài ra sắn còn được trồng tại các hộ gia đình và các vùng khác trong tỉnh và ngoài tỉnh. Chính vì những thuận lợi trên nên việc chọn Quảng Trị là địa điểm đặt nhà máy sản xuất cồn etylic từ nguyên liệu sắn là việc rất hợp lý và cần thiết. Qua khảo sát thực tế trong địa bàn tỉnh, nhận thấy Khu công nghiệp Nam Đông Hà, thành phố Đông Hà là rất thích hợp để xây dựng một nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột (nguyên liệu sắn) năng suất 60000 lít cồn 96o /ngày. 1.2. Đặc điểm tự nhiên Khu Công Nghiệp (KCN) Nam Đông Hà được thành lập vào năm 2004 với tổng mức đầu tư là 118.359 tỷ đồng, diện tích 98.653 ha. Thời gian qua, tỉnh đã Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  3. 3. Đồ án tốt nghiệp - 3 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch quan tâm đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng nên KCN Nam Đông Hà đã hoàn thành hệ thống đường bê tông thảm nhựa, cấp điện, nước và đang chuẩn bị xây dựng hệ thống xử lý nước thải tập trung, hệ thống thoát nước... Phía Bắc là thành phố Đông Hà, đồng thời nơi đây giáp với tuyến đường Quốc lộ 1A thuận lợi cho giao thông, thuận tiện vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm. Đông hà chịu ảnh hưởng sâu sắc của hai loại gió mùa: gió mùa đông bắc hoạt động từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau và gió mùa tây nam hoạt động từ tháng 4 đến tháng 9. Hướng gió chính là hướng Đông - Nam. Nhiệt độ trung bình hàng năm: 26-340 C Độ ẩm tương đối trung bình năm: 80-85%. 1.3. Vùng nguyên liệu Với vị của trí nhà máy thì nguồn nguyên liệu chính được cung cấp bởi 4 huyện trọng điểm trong tỉnh: Hải Lăng, Triệu Phong, Vĩnh Linh, Gio Linh, ngoài ra lân cận còn có các tỉnh bạn như Thừa Thiên Huế, Quảng Bình... Hệ thống giao thông liên hệ trực tiếp với quốc lộ 1A, khoảng cách các địa điểm thu mua nguyên liệu đến nhà máy không xa nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển sắn. Ngoài ra, khi xây dựng nhà máy để có nguyên liệu cho việc sản xuất thuận lợi ta cần mở rộng thêm vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư vốn cho nông dân, khuyến khích dùng giống mới đạt năng suất cao. 1.4. Hợp tác hóa và liên hiệp hóa Nhà máy được xây dựng ở KCN Nam Đông Hà và trong tương lai không xa sẽ xây dựng thêm nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, phân vi sinh, khi đó rất thuận tiện cho việc liên kết hóa 3 nhà máy này với nhau. Ngoài ra, nhà máy còn hợp tác hóa với các nhà máy lân cận để giảm bớt chi phí xây dựng như cơ sở đường giao thông, trạm biến áp, hệ thống xử lý nước thải ... Về nguồn nguyên liệu thì sự hợp tác hoá chặt chẽ để phân vùng nguồn nguyên liệu giúp thu hoạch đúng thời gian và đạt hiệu quả kinh tế cao. Ngoài ra, nhà máy phải kết hợp chặt chẽ với trung tâm nghiên cứu giống cây trồng, sở nông Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  4. 4. Đồ án tốt nghiệp - 4 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch nghiệp và phát triển nông thôn để kịp thời cung cấp cho nông dân các loại giống cho năng suất cao đảm bảo chất lượng. Đồng thời, nguồn phế thải của nhà máy như bã rượu... sẽ là nguồn thức ăn cho các loại chăn nuôi heo, bò và sản xuất thức ăn nuôi tôm. 1.5. Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện do sở điện lực Quảng Trị cung cấp từ mạng lưới điện quốc gia 500 kV được hạ thế xuống 220V/380 nhằm hổ trợ cho sản xuất lúc khởi động máy, chạy thiết bị…Ngoài ra nhà máy còn có dự phòng các máy phát điện công suất nhỏ chạy bằng nhiên liệu dầu diezen để phòng khi mất điện. 1.6. Nguồn cung cấp hơi Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất. Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy. 1.7. Nhiên liệu Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO, dầu FO, gas. 1.8. Nguồn cung cấp nước và xử lý nước Nước dùng trong nhà máy thì chủ yếu là để sản xuất, sinh hoạt, tưới cây, phòng cháy chữa cháy, để vệ sinh thiết bị và nhà xưởng. Vì thế nước được lấy trực tiếp từ nhà máy nước Quảng Trị. 1.9. Giao thông vận tải Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các nhà máy. Hằng ngày, tại nhà máy có rất nhiều chuyến xe đến và đi để chở nguyên liệu vào sản xuất, và chở sản phẩm đi tiêu thụ. Khu công nghiệp Nam Đông Hà nằm gần ga Đông Hà và quốc lộ 1A, cách trung tâm thị xã Đông Hà 2 km, cách cửa khẩu quốc tế Lao Bảo 80 km, cách cảng Cửa Việt 15 km, nằm gần trục đường hành lang kinh tế đông - tây sẽ là lợi thế để giảm chi phí vận chuyển, lưu thông hoạt động dễ dàng. 1.10. Nguồn nhân lực Tỉnh Quảng Trị là một tỉnh còn rất nghèo. Dân số đông, cuộc sống nhân dân Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  5. 5. Đồ án tốt nghiệp - 5 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch còn nhiều cơ cực, và tỉnh có các huyện miền núi đông dân cư. Nên việc xây dựng nhà máy sẽ giải quyết phần nào việc làm cho lao động trong khu vực, tạo điều kiện cho nền kinh tế tỉnh nhà ngày càng phát triển. Quảng Trị có nguồn nhân lực dồi dào, ngoài ra còn có một lượng lớn lao động từ các nơi khác đến. Vì thế nguồn lao động cho nhà máy có thể tuyển dụng từ lực lượng này, cũng là giải quyết việc làm tại chỗ cho người dân. Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý nhà máy sẽ tiếp nhận của trường Đại Học Đà Nẵng và các trường Đại Học khác trên toàn quốc. 1.11. Thoát nước Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các hợp chất hữu cơ, đây là môi trường thích hợp cho vi sinh vật phát triển, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng đến môi trường sinh thái. Vì vậy, nước từ các phân xưởng sản xuất chảy ra sẽ được đưa qua hệ thống xử lý nước thải của nhà máy trước khi ra ngoài hay qua nhà máy xử lý nước thải trong khu công nghiệp. Mặt khác phải tránh đọng nước thường xuyên làm ngập móng tường, móng cột ảnh hưởng đến kết quả xây dựng. Tóm lại Qua những phân tích trên đây thì việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột năng suất 60000 lít cồn 96o /ngày ở KCN Nam Đông Hà, thành phố Đông Hà, tỉnh Quảng Trị là phù hợp. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  6. 6. Đồ án tốt nghiệp - 6 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Sắn 2.1.1.1. Giới thiệu về sắn Sắn có tên khoa học: Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm, có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỉ XVI được trồng ở châu Á và châu Phi. Ở nước ta, sắn được trồng ở khắp nơi từ Nam tới Bắc nhưng do quá trình sinh trưởng và phát triển của sắn kéo dài, sắn giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình… là những nơi có điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. Sắn gồm nhiều giống khác nhau. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc củ, thân, gân lá mà phân loại: - Sắn dù: Cây thấp (không quá 1,2m), đốt ngắn, thân cây khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá màu hơi trắng, lá xòe như cái ô. Vỏ gỗ nâu sẫm, vỏ cùi và thịt sắn đều trắng. Hàm lượng axit xyanuahydric cao ăn bị ngộ độc, hàm lượng bột cao. - Sắn vàng: Khi còn non thân cây màu xanh sẫm, cuống lá màu đỏ, có sọc nhạt. Củ sắn dài, to, vỏ gỗ màu vàng nâu, vỏ cùi màu trắng, thịt sắn màu vàng nhạt, khi luộc màu vàng rõ rệt hơn, mềm, ít xơ, ít nhựa, ăn dẻo thơm, không gây ngộ độc. - Sắn đỏ: Thân cây cao (3m), khi non màu xanh thẫm, đốt dài, cuống và gân lá màu đỏ thẫm. Củ dài, to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày màu hơi đỏ, thịt trắng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày Hình 2.1. Cây và củ sắn
  7. 7. Đồ án tốt nghiệp - 7 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch - Sắn trắng: Thân cây cao, khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá đỏ. Củ ngắn, mập, vỏ gỗ màu xám nhạt, thịt trắng. Khi luộc bở, thơm, ít nhựa. Trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại là sắn đắng và sắn ngọt. Sắn đắng có hàm lượng axit xyanuahydric cao, ăn bị ngộ độc, hàm lượng tinh bột cũng cao, không dùng để ăn tươi mà chỉ để sản xuất bột và sắn lát. Sắn ngọt có hàm lượng axit xyanuahydric thấp, hàm lượng bột cũng thấp hơn, dễ chế biến và sử dụng. 2.1.1.2. Đặc điểm sinh học [7, tr 21] a. Thân Thân có chiều cao trung bình 1,5 m; có khi cao 2÷3 m. Đường kính ở gốc thân biến động từ 2÷6cm. Thân có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ vào giống. Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau. Thông thường thân non có màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổi thành màu vàng tro hay xám lục. Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại. Chiều dài lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân. Cấu tạo của thân gồm các phần chính: - Tầng biểu bì (lớp bần): mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, có nhiệm vụ bảo vệ các phần trong thân. - Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ. - Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): cứng, ở giữa có lõi thẳng giúp cây sắn cứng và đứng thẳng được. - Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa thân, chứa nhiều khí và nước. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  8. 8. Đồ án tốt nghiệp - 8 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch b. Lá Có gân lá nổi rõ ở mặt sau. Lá mọc so le, xếp trên thân theo đường xoắn ốc. Lá non ở ngọn sắn có màu xanh hay tím. Lá già màu xanh, chiều dài từ 8÷20 cm, chiều rộng 1÷6 cm. Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới có màu xanh nhạt. Cuống lá dài khoảng 9÷20 cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím tùy giống. c. Rễ Mọc từ mắt và mô sẹo của hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ. d. Củ Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25÷200 cm, trung bình khoảng 40÷50 cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2÷25 cm, trung bình 5÷7 cm. Nhìn chung, kích thước và trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu của đất. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày Hình 2.2. Thân sắn và cấu tạo của thân cây sắn Hình 2.4. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn Hình 2.3. Lá sắn
  9. 9. Đồ án tốt nghiệp - 9 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Cấu tạo của củ sắn bao gồm: - Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi: + Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn. Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàng sẫm hay nâu tùy thuộc loại giống. Thành phần cấu tạo chủ yếu là xenlulloza và hemixenlulloza, hầu như không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho củ ít bị tác động từ bên ngoài. Vỏ gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5÷3% khối lượng toàn củ. + Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi mềm, ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụng lượng bột này khi chế biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi. Trong mủ chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,… - Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là xenluloza. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. - Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở thịt củ tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng vẫn gây trở ngại khi chế biến như làm biến màu. 2.1.1.3. Thành phần hoá học của củ sắn [7, tr 23] Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20÷34%; protein 0,8÷1,2%; chất béo 0,3÷0,4%; xenlulose 1÷3,1%; chất tro 0,54%; polyphenol 0,1÷0,3% và nước 60÷74,2%. Sắn khô: nước 13,12%; protit 0,205%; gluxit 74,74%; chất béo 0,41%; xenlulose 1,11%; tro 1,69%. Ngoài ra các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin và độc tố. Trong các vitamin thì vitamin B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, còn B6 chiếm 0,06 mg%. Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu. Chất độc có trong sắn ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ đó chính là HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucozit linamarin Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  10. 10. Đồ án tốt nghiệp - 10 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch (C10H17O6N) và lotaustralin (C11H19O6N). Bình thường phazeolunatin không độc nhưng khi thủy phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽ giải phóng axit HCN gây độc. Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và ở vỏ củ. C10H17O6N+ H2O C6H12O6 + C3H6O + HCN 2.2. Nước [5; tr 71] Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng rất rộng rãi, với nhiều mục đích khác nhau. Trong quá trình công nghệ, nước dùng để xử lý 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 sinh hoạt, chữa cháy trong khu vực sản xuất. Nguồn nước cung cấp cho nhà sản xuất rượu là nước sông và nước giếng. Trong công nghệ yêu cầu chất lượng nước giống như nước sinh hoạt, độ cứng không quá 7 mg/lít, phải trong suốt, không màu, không mùi. Hàm lượng các kim loại không vượt quá yêu cầu sau: Fe ≤ 0,3 mg/l F ≤ 3 mg/l Zn ≤ 5 Mn ≤ 0,05 mg/l Cl ≤ 0,5 mg/l SO4 2- : 60-80 mg/l Mg ≤ 125 mg/l As ≤ 0,05 mg/l Cu ≤ 3 mg/l Pb ≤ 0,1 mg/l NO3 - ≤ 35 mg/l Không cho phép có NH3 và muối của axit nitric. Không có các kim loại nặng như Hg, Ba, Cr... Không có amoniac (NH3), sunfuahydro (H2S), chất cặn không vượt quá: 1mg/lít. Nước mặt (sông) chứa lượng muối khoáng thấp: 40-500 mg/lít, tạp chất hữa cơ khoảng: 2-100 mg/lít. Nước ngầm hàm lượng muối khoáng nhiều hơn: 500-3000 mg/lít, hàm lượng các chất hữu cơ không vượt quá 4 mg/lít và vi sinh vật hầu như không có. Trong công nghiệp sản xuất rượu, độ cứng trong nước quá lớn ảnh hưởng đến quá trình nấu nguyên liệu, đường hoá và lên men. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  11. 11. Đồ án tốt nghiệp - 11 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 2.3. Nấm men [5;tr 206 - 227] 2.3.1. Đặc tính chung của nấm men Hình 2.5: Saccharomyces cerevisiae [19] Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sôi nảy nở bằng cách nảy chồi. Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân bố rộng rãi trong tự nhiên Trong thực tế sản xuất có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành, già và chết bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu. Nấm men sử dụng trong thùng lên men lúc tế bào đang thời kì trưởng thành. Trong một môi trường thường gồm tất cả các loại tế bào, nên phương pháp nhanh và tương đối chính xác là nhuộm màu bằng phương pháp xanh metylen. Tế bào trẻ không bắt màu trong sáng, tế bao già màu xanh nhạt đều từ nguyên sinh chất đến màng tế bào, tế bào chết bắt màu xanh đậm và màng tế bào rõ nét hơn. 2.3.2. Chọn chủng nấm men Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có những tính chất cơ bản sau: + Tốc độ phát triển nhanh. + Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh. + Chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên men. + Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường. Đăc biệt là đối với chất sát trùng. Riêng đối với nước ta, đòi hỏi lên men được ở nhiệt độ tương đối cao (350 C). Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  12. 12. Đồ án tốt nghiệp - 12 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Để có được một chủng nấm men thỏa mãn yêu cầu trên, thường trải qua thời gian tuyển chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép…lâu dài, phức tạp. Đến nay, trong sản xuất rượu lên men từ dịch đường hóa tinh bột, thường sử dụng một trong các chủng sau: - Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rase II): Sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ axit thấp, sức kháng cồn cao, không lên men được đường lactoza. Kích thước tế bào 5,6 - 7µm - Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII): Phân lập ở Đức năm 1902, tốc độ phát triển nhanh và ít sinh bọt, sau 24h một tế bào có thể phát triển thêm 56 tế bào mới. Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được nhiều loại đường, có thể lên men đạt 13% rượu trong môi trường. Nấm men Rasse XII thuộc loại lên men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng. Kích thước tế bào 5 - 8µm. - Nấm men MTB Việt Nam (men thuốc bắc): Được phân lập tại nhà máy rượu Hà Nội từ men thuốc bắc. Lên men được nhiều loại đường ở nhiệt độ cao (39 – 400 C), chịu độ axit tương đối cao (1 – 1,50 ), nồng độ rượu có thể đạt được 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. Chọn nấm men chủng XII để lên men dịch đường hóa từ tinh bột. 2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của nấm men chủng XII. + Nhiệt độ: Nấm men chủng XII phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 – 330 C. Nhiệt độ tối đa 380 C, tối thiểu 50 C. + pH: Nấm men có thể phát triển trong môi trương có pH = 2 – 8, nhưng thích hợp nhất là 4,5 – 5. Vi khuẩn bắt đầu phát triên ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấm men phát triển. Vì vậy trong lên men rượu để ngăn ngừa hiện tượng nhiễm khuẩn, người ta thực hiện trong giới hạn pH = 3,8 – 4. Tuy nhiên các loài vi khuẩn cũng quen dần với pH thấp, nên còn kết hợp các chất sát trùng. + Nồng độ rượu: Thường trong dịch nấm men có chừng 4 – 6% rượu. Nồng độ rượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men. Nồng độ Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  13. 13. Đồ án tốt nghiệp - 13 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phụ thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và nguyên liệu chuẩn bị môi trường nuôi cấy. + Sự thông khí và đảo trộn: Thông không khí tức là cung cấp oxy cho quá trình hô hấp của nấm men. Việc thông khí và đảo trộn có tác dụng làm cho môi trường luôn ở trạng thái động, tăng cường sự tiếp xúc giữa các tế bào nấm men với môi trường dinh dưỡng, do đó rút ngắn được thời gian nuôi cấy. Thiếu không khí tức là điều kiện yếm khí, làm cho nấm men thực hiện quá trình lên men, nồng độ rượu trong môi trường tăng lên nhanh chóng, có tác dụng kìm hãm sự phát triển của nấm men. + Ngoài các yếu tố trên các chất sát trùng, các muối kim loại, tia cực tím đều ảnh hưởng đến hoạt động sống của nấm men. 2.3.4. Môi trường nuôi cấy nấm men + Giai đoạn phòng thí nghiệm: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn 10 ml, 100 ml thường dùng là nước đường hóa của malt. Nước malt chuẩn bị như sau: Gạo tẻ đem nấu cháo đặc, rồi làm nguội xuống 55 - 580 C. Sau đó cho đường hóa bằng malt đã nghiền nhỏ với tỉ lệ 15 - 20% so với gạo. Giữ nhiệt độ đường hóa 55-50 C trong 4-6 giờ, thử khả năng thủy phân. Nâng nhiệt độ 95 - 1000 C, sát trùng và lọc nhanh. Dịch đường được phân phối vào ống nghiệm 10 ml, bình tam giác 250 ml, bình cầu 900 ml. Nút bông bình và đem tiệt trùng ở áp suất 1 kg/cm2 , trong thời gian 30 phút. + Môi trường 10 lít, có thể lấy dịch trực tiếp ở thùng đường hóa trong sản xuất và bổ sung thêm nấm mốc (5 - 7%) để đảm bảo nồng độ cho nấm men phát triển, sau đó đem lọc, tiệt trùng, làm nguội về nhiệt độ 35 - 360 C và tiếp men giống từ thùng 100 lít. Khi chuyển giống từ bình nọ sang bình kia cần tuân thủ nghiêm ngặt các điều kiện vệ sinh. + Nhân giống trong sản xuất: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  14. 14. Đồ án tốt nghiệp - 14 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Nhân giống đến đủ số lượng 10% dịch đường lên men. Môi trường nhân giống thường được lấy trực tiếp từ thùng đường hóa nhưng cần đường hóa thêm để đảm bảo hàm lượng đường cho nấm men phát triển. 2.4. Chất hỗ trợ kĩ thuật 2.2.1. Các hóa chất ─ Acid sunfuric: có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ trong quá trình đường hóa ─ Ure: cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo ra nhiều rượu ─ Nhóm các hóa chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa,… ─ Hóa chất sát trùng: Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa. 2.2.2. Chế phẩm enzym [1;tr 269-271] Trong công nghệ sản xuất ancol, emzym xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men là khá quan trọng. Các emzym này thuộc loại amylaza. Chế phẩm enzym Novo amylaza được được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các enzyme này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt động cao. Các enzyme này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặt tính trong điều kiện bảo quản không lớn hơn 250 C. - Termamyl 60L : là một emzym α - amylaza cô đặc ở dạng lỏng hoạt động ổn định nhiệt độ cao. Hoạt động của nó là thủy phân tinh bột thành dextrin giống như α - amylaza của malt. Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong thủy phân ở pH = 5,0. Nhiệt độ thích hợp 900 C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó. - Fungamyl 800L : là α -amylaza cô dặc ở dạng lỏng. Nhiệt độ tối thích là 60- 65o C , Fungamyl 800L hoạt động thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các α -amylaza khác, tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành. Fungamyl Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  15. 15. Đồ án tốt nghiệp - 15 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 800L có thể hoạt động thủy phân tinh bột ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện có muối Ca cho sự ổn định của nó. - Spiritamylaza Novo 150L : là một glucoamylaza lỏng cô đặc, được thủy phân tinh bột trong công nghệ lên men rượu. Emzym này thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các đương lên men glucoza không có các dextrin trong các sản phẩm thủy phân. Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là pH = 3 tại 600 C. Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của ion Caxi (Ca2+ ). Nhà máy dùng chế phẩm Novo amylaza của Đan Mạch. Trong sản xuất cồn, enzym này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  16. 16. Đồ án tốt nghiệp - 16 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Lựa chọn dây chuyền công nghệ 3.1.1. Các phương pháp nấu [7, tr 47 - 61] 3.1.1.1. Nấu gián đoạn Đặc điểm: + Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi. + Nấu được tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài. Ưu điểm: + Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị. + Thao tác vận hành đơn giản. + Dễ vệ sinh và sửa chữa (nếu cần). Nhược điểm: + Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ. + Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ (caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và nấm men. + Khi dùng acid thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm ăn mòn thiết bị, nếu nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt độ của amylaza. + Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn. 3.1.1.2. Nấu bán liên tục Đặc điểm: + Nấu được tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín (làm việc gián đoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục). + Áp suất và thời gian ít hơn nấu gián đoạn. Ưu điểm: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  17. 17. Đồ án tốt nghiệp - 17 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất đường tăng hiệu suất lên 7 lít cồn/tấn tinh bột. + Dùng được hơi thứ nên giảm được 15÷30 % lượng hơi dùng cho nấu. + Năng suất thiết bị tăng so với nấu gián đoạn. Nhược điểm: + Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị. + Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích. + Nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn. + Khó vệ sinh do nhiều thiết bị và thiết bị nấu chín thêm có cấu tạo phức tạp. 3.1.1.3. Nấu liên tục Đặc điểm: + Quá trình nấu chia ra làm 3 giai đoạn: nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nấu chín thêm còn gọi là thiết bị tách hơi. Thời gian nấu được rút ngắn. Ưu điểm: + Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu. + Thời gian nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm tổn thất đường do cháy và tạo melanoidin. Nhờ đó hiệu suất cồn tăng lên 5 lít so với nấu bán liên tục và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn + Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần. + Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục. + Dễ cơ khí và tự động hóa. + Tốn ít diện tích đặt thiết bị. + Năng suất cao cho chất lượng dịch cháo ổn định vì thế cho chất lượng cồn ổn định. + Tốn ít nhân lực do tự động hóa cao. Nhược điểm: + Yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây d = 3 mm không quá 10 % và lọt rây d = 1 mm phải nhiều hơn 40 %. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  18. 18. Đồ án tốt nghiệp - 18 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. + Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định. 3.1.1.4. Nấu có sử dụng enzym Đặc điểm: + Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 1000 C. + Sử dụng enzym α - amylase chịu nhiệt. Enzym này thu nhận từ vi khuẩn B.Lichenigermis có pH khoảng 5 ÷ 6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có thể 90 ÷ 930 C. + Tất cả quá trình nấu thực hiện trong 1 nồi nấu. Ưu điểm: + Cấu tạo thiết bị đơn giản dễ chế tạo, không đòi hỏi thiết bị chịu áp lực cao. + Dễ thao tác, vận hành, dễ vệ sinh, sửa chữa khi cần. + Nhiệt độ, áp suất, thời gian nấu giảm do đó rất ít tổn thất đường, tinh bột vì vậy nâng cao năng suất cồn. + Năng lượng giảm do quá trình nấu thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thấp. + Tránh được hiện tượng lão hóa tinh bột (do amyloza và amylopectin đã được thủy phân thành các dextrin). + Năng suất quá trình chuyển hóa thành đường lên men cao. Nhược điểm: + Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1mm. + Dễ cơ khí và tự động hóa. 3.1.2. Các phương pháp đường hóa [7, tr 62, 95 - 104] Đường hóa dịch cháo nấu có thể tiến hành theo phương pháp liên tục, gián đoạn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là tác nhân đường hóa: + Dùng acid 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. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  19. 19. Đồ án tốt nghiệp - 19 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất cồn. + Ở Việt Nam đa số các nhà máy cồn đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc, mấy năm gần đây có dùng chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch. 3.1.2.1. Đường hóa liên tục Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và dịch amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men. Phương pháp có ưu điểm so với đường hóa gián đoạn: + Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa. + Thời gian đường hóa ngắn, tăng được công suất của thiết bị và do đó tiết kiệm được diện tích của nhà xưởng. + Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn. Nhược điểm: + Yêu cầu người vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. + Yêu cầu các yêu cầu đúng kỹ thuật và ổn định. 3.1.2.2. Đường hóa bán liên tục Đường hóa gián đoạn được thực hiện trong một thiết bị, quá trình đương hóa kéo dài. Phương pháp này có ưu điểm là dịch cháo được dịch hóa, nhưng thời gian đổ cháo kéo dài, enzym amylaza giảm hoạt tính, đồng thời làm giảm năng suất của thiết bị. 3.1.3. Các phương pháp lên men [5, tr 251 - 266] 3.1.3.1. Phương pháp lên men gián đoạn Đặc điểm: Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gian lên men kéo dài. Ưu điểm: + Thao tác của công nhân đơn giản + Thiết bị dễ vệ sinh, sửa chữa. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  20. 20. Đồ án tốt nghiệp - 20 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch + Nếu có sự cố (nhiễm khuẩn, nấm mem kém, tình trạng lên men không bình thường…) thì chỉ xảy ra trong phạm vi của thùng lên men đó, không ảnh hưởng đến thùng lên men khác, xử lý nhẹ nhàng hơn. Nhược điểm: + Chất lượng lên men không đồng đều + Hiệu suất lên men thấp. + Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác. 3.1.3.2. Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì) Lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạn cuối. Đây là phương pháp cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặc trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết. Ưu điểm: Phương pháp lên men chu kì có ưu điểm là đơn giản, rút ngắn được chu kì lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men. Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên. Nhược điểm: Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặt biệt là các thùng đầu dãy. 3.1.3.3. Lên men liên tục Dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra. Dịch đường phải đi qua nhiều các thùng lên men: Thùng lên men chính, các thùng lên men tiếp theo là lên men phụ. Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn. Ưu điểm: Hiệu suất lên men tăng, dễ cơ khí và tự động hóa, thời gian lên men được rút ngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng men gống ban đầu cao, chất lượng giấm chín là ổn định. Nhược điểm: Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể, yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  21. 21. Đồ án tốt nghiệp - 21 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 3.1.4. Chưng cất và tinh chế cồn [13] 3.1.4.1. Cơ sở lý thuyết về chưng cất rượu Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín. Kết quả ta nhận được cồn thô. Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như : rượu, este, andehyt và một số ancol có số các bon lớn hơn hai, các ancol này ta gọi là ancol cao phân tử hay dầu fusel ( dầu khét ). Ngoài ra trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứa chủ yếu là rượu Etylic và nước, vì thế khi nghiên cứu người ta xem giấm chín như hỗn hợp của hai cấu tử. Quá trình chưng cất rượu có thể dựa vào 2 định luật sau ( do Cônôvalốp và Vrepski đưa ra): -Định luật I: Thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi. ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng. Nếu ta thêm cấu tử dễ bay hơi vào dung dịch thì điều đó sẽ dẫn đến làm tăng độ bay hơi của hỗn hợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho. Tuy nhiên độ bay hơi của hỗn hợp chỉ tăng theo nồng độ rượu trong pha lỏng tới một nồng C% nào đó. Sau đó nếu tiếp tục thêm rượu vào pha lỏng thì độ bay hơi không tăng nữa mà giảm đi. Lúc này định luật I không còn đúng nữa. - Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, ta chỉ có thể nhận được cồn có nồng độ 97, 2% V. Thành phần hơi thoát ra từ dung dịch phụ thuộc vào áp suất bên ngoài. Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơi đòi hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợp đẳng phí. Do đó khi chưng cất rượu trong điều kiện chân không thì có lợi hơn và có thể thu được rượu với nồng độ cao hơn 97, 2%V phụ thuộc vào độ chân không. 3.1.4.2 Lý thuyết về tinh chế cồn Tinh chế là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn. Cồn thô nhận được sau khi chưng cất còn chứa rất nhiều tạp chất ( trên 50 chất), có cấu tạo và tính chất khác nhau. Trong đó gồm các nhóm chất như: aldehyt, este, alcol cao phân tử và các axit hữu cơ. Hàm lượng chung của tất cả các tạp chất không vượt quá 0,5% so với khối lượng cồn Etylic. Thành phần tạp chất nói chung Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  22. 22. Đồ án tốt nghiệp - 22 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch thay đổi phụ thuộc vào nguyên liệu. Có một số tạp chất mang tính đặc thù của từng nguyên liệu.Còn sản xuất rượu từ tinh bột thường chứa furfuron và các tạp chất gây vị đắng, đó là các tecpen. Phân loại tạp chất: -Trong việc tinh chế cồn người ta chia tạp chất thành ba loại sự phân loại này chỉ mang tính quy ước vì tính chất của tạp chất có thể thay đổi tuỳ theo nồng độ cồn trong tháp -Tạp chất đầu : bao gồm nhóm chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở bất kỳ nồng độ nào, nghĩa là hệ số bay hơi luôn luôn lớn hơn hệ số bay hơi của rượu ở cùng nồng độ.Ví dụ như: aldehyt axetic, axetatetyl, axetat metyl, formiat etyl, aldehyt butyric. -Tạp chất cuối: gồm nhóm chất có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi của rượu etylic ở cùng nồng độ ,do đó nhiệt độ sôi của nó lớn hơn nhiệt độ sôi của rượu ở cùng áp suất.Gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic, izobutylic, propylic, izopropylic.Tạp chất cuối điển hình nhất là axit axetic. -Tạp chất trung gian: là thể hiện tính chất phụ thuộc vào nồng độ cồn, chẳng hạn ở nồng độ cao thì nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp nó lại là tạp chất đầu. Đó là các chất như izobutyrat etyl, izovalerat etyl, izovalerat izoamil và axetat izoamyl. -Tạp chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, còn tạp chất trung gian rất khó tách. * Hệ số tinh chế : Độ bay hơi của các tạp chất phụ thuộc vào nồng độ alcol Etylic trong dung dịch. Gọi A% là % của rượu trong pha hơi. a% là trọng lượng của rượu trong pha lỏng thì A/a = Kr gọi là hệ số bay hơi của rượu. Tương tự như vậy ta có B/b=Ktc gọi là hệ số bay hơi của tạp chất. Hệ số bay hơi của rượu và hệ số bay hơi của tạp chất cho ta biết trong thể hơi chứa bao nhiêu lần rượu hoặc tạp chất nhiều hơn so với ở thể lỏng. Để đánh giá độ bay hơi tương đối của tạp chất so với rượu ở cả hai pha lỏng và hơi, người ta đưa ra hệ số tinh chế K và biểu diễn bằng tỷ số: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  23. 23. Đồ án tốt nghiệp - 23 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Nếu : K = 1 Tạp chất trung gian. K < 1 Tạp chất cuối. K > 1 Trong hơi có nhiều tạp chất (tạp chất đầu). Hệ số tinh chế cho ta dự đoán sơ bộ khoảng không gian chứa nhiều tạp chất trong tháp. Tuy nhiên không xác định vị trí lấy tạp chất cụ thể Để tách cồn thô khỏi giấm và tinh chế để nhận được cồn tinh chế có chất lượng cao ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau: phương pháp gián đoạn, phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục, trên các sơ đồ thiết bị khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, tuỳ theo điều kiện, vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng của cơ sở sản xuất. 3.2. Lập và thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.2.1 Chọn dây chuyền công nghệ Nguyên liệu sắn Làm sạch Nghiền nguyên liệu Nấu sơ bộ (to =80÷850 C) Enzyme Termamyl Phun dịch hóa (to =94÷960 C) Hơi Hơi thứ Nấu chín (to =100÷1050 C) Hơi Tách hơi Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  24. 24. Đồ án tốt nghiệp - 24 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Làm nguội Enzyme Spirit Đường hoá (to =60÷620 C) H2SO4, Na2SiF6 Nấm men phòng thí nghiệm Làm nguội (to =28÷320 C) Nấm men sản xuất Lên men (to =30÷320 C) Dấm chín Gia nhiệt Hơi Tháp thô Bã rượu Làm lạnh cồn thô Hơi Tháp trung gian Cồn đầu Cồn đã tách cồn đầu Làm lạnh cồn đầu Hơi Tháp tinh Dầu fusel Làm lạnh Cồn thực phẩm Kho bảo quản Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  25. 25. Đồ án tốt nghiệp - 25 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 3.2.2. Thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.2.2.1. Làm sạch [7, tr 31] 3.2.2.1.1. Mục đích Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có trong nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất, thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm. 3.2.2.1.2. Tiến hành làm sạch Nguyên liệu sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém… Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn rung thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung và được đưa ra ngoài. Phần nguyên liệu có kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ lưới nên được giữ lại trên sàng rung. Cuối sàng rung đặt một nam châm điện để tách bỏ kim loại lẫn trong nguyên liệu. 3.2.2.2. Nghiền nguyên liệu [7, tr 33] 3.2.2.2.1. Mục đích Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa,hồ hóa. 3.2.2.2.2. Các phương pháp nghiền Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày Hình 3.1. Sàng rung Hình 3.1. Sàng rung
  26. 26. Đồ án tốt nghiệp - 26 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau như máy nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc… Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa . Hình 3.2. Máy nghiền búa 1. Phễu nạp liệu, 2. Búa, 3. Lưới, 4. Đĩa treo búa, 5. Trục quay 3.2.2.2.3. Hoạt động của máy nghiền búa [7, tr 33] Sắn lát đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1). Sắn lát được nghiền nát nhờ lực va đập của sắn và búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền và do sự cọ xát giữa các lát sắn với nhau. Búa được lắp trên đĩa treo búa (4) gắn trên trục quay (5), các búa được treo cách đều nhau. Sắn lát sau khi được nghiền đạt kích thước yêu cầu lọt qua lưới (3) ra ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, với những phần nghiền chưa đạt yêu cầu nằm trên lưới và tiếp tục được búa nghiền cho đến khi có kích thước đủ nhỏ lọt lưới ra ngoài. Sau khi nghiền kích thước của bột sắn khoảng 1,5 mm. 3.2.2.3. Nấu [7, tr 36] 3.2.2.3.1. Mục đích Mục đích của quá trình nấu la nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trong nội nhũ của hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ emzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đường hóa,biến tinh bột thành đường lên men càng triệt để càng tốt. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày Bột sắn nghiền Sắn lát
  27. 27. Đồ án tốt nghiệp - 27 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 3.2.2.3.2. Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu a) Sự trương nở và hòa tan tinh bột Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối lượng. Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa. b) Sự biến đổi Xenluloza và Hemixenluloza Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân. Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C5) một phần có thể bị thủy phân. Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác dụng của men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động của ion H+ ) tạo ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza, arabinoza). c) Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu. Khi nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành dextrin và đường maltoza. Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao đường sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,…gây sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu. Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi trong quá trình nấu. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  28. 28. Đồ án tốt nghiệp - 28 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 3.2.2.3.3. Tiến hành [ 7, tr 52-54] Hình 3.3. Hệ thống Misurin. 1.Gàu tải hạt, 2.Gàu tải củ, 3.Thiết bị tách tạp chất kim loại, 4.Phểu chứa hạt, 5.Vít tải định lượng hạt, 6.Van điều chỉnh nước, 7.Máy nghiền hạt, 8.Cân định lượng củ, 9. Máy thái củ, 10.Thiết bị trộn và nấu sơ bộ, 11. Bơm chuyển hỗn hợp nấu, 12. Ống góp hơi chính, 13. Bộ tiếp xúc nhiệt, 14. Nồi nấu chín. 15. Nồi Nấu chín thêm, 16. Phao điều chỉnh mức, 17.Thiết bị tách hơi thứ. Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại thùng hòa bột rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ .Trong quá trình nấu có bổ sung enzyme Termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột. Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được nâng lên 80÷850 C trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột. Tiếp đó khối nấu nhờ bơm pittông bơm sang thiết bị phun dịch hóa tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷960 C. Sau đó khối nấu tiếp tục được bơm sang nồi nấu chín , theo đó dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  29. 29. Đồ án tốt nghiệp - 29 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức độ cần thiết. Ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu sẽ được giữ ở nhiệt độ 100÷1050 C trong khoảng thời gian từ 25÷30 phút. Hệ thống chín gồm 6 nồi nấu chín. Việc điều chỉnh mức khối nấu nhờ phao điều chỉnh . Hơi thứ tách ra ở nồi nấu chín được tách ở thiết bị tách hơi được thu hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ. Ở nồi nấu chín, dịch được cho vào theo cửa (b). Ở giữa nồi nấu có một vách ngăn chia nồi nấu thành 2 phần nhưng ở đáy lại thông nhau. Dịch đi vào phía trên theo cửa (b) của nồi rồi chảy xuống đáy sau đó tràn qua ngăn kia cho đến khi đầy thì chảy chuyền sang nồi khác qua cửa (d). Phía dưới đáy nồi có van xả đáy (e) để xả dịch nấu khi có trường hợp bị sự cố. Ta có : + Thời gian nấu sơ bộ: 15 phút. + Thời gian đem đi phun dịch hóa: 15 phút. + Thời gian nấu chín: 180 phút. + Thời gian xông hơi tiệt trùng: 30 phút. Vậy tổng thời gian nấu một mẻ: 240 phút Số mẻ nấu trong một ngày: 6 240 6024 = × mẻ 3.2.2.4. Đường hóa 3.2.2.4.1. Mục đích [7, tr 62] Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa trong quá trình nấu thành đường lên men được, quyết định hiệu suất lên men, khâu này là khâu then chốt trong sản xuất cồn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa. 3.2.2.4.2. Tiến hành Quá trình đường hoá dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục. Ta chọn phương pháp đường hóa liên tục tác nhân đường hóa enzyme amylaza. Dịch cháo từ nồi nấu theo ống dẫn cháo vào thiết bị làm nguội ống lồng ống. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  30. 30. Đồ án tốt nghiệp - 30 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Ở đây dịch cháo đi trong ống còn nước làm nguội đi bên ngoài ống thực hiện quá trình trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ của dịch cháo giảm xuống to =60÷620 C. Sau đó dịch cháo liên tục đưa vào thùng đường hóa. Quá trình đường hóa có bổ sung dịch enzyme Spirit và H2SO4 nhờ bộ phận phân phối. Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút, sau đó dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men. Quá trình làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được thực hiện trong thiết bị làm nguội ống lồng ống. Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì 10% dịch đường được đưa sang phân xưởng nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa vào thùng lên men. 3.2.2.5. Lên men 3.2.2.5.1. Mục đích [7, tr 107] Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrin thấp phân tử trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ hoạt động của nấm men. Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men. 3.2.2.5.2. Tiến hành Chuẩn bị giống: + Từ ống gốc đến 10L thường thực hiện trong phòng thí nghiệm Môi trường nuôi cấy ở 10mL, 100mL: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn này thường dùng malt đại mạch. + Từ 10L thực hiện trong phân xưởng sản xuất - Thao tác thực hiện: Men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, ta tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10 ml. Sau đó nuôi trong tủ ấm, duy trì nhiệt độ 28 ÷320 C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày Ống giống gốc ống nghiệm 10mL bình nuôi 100mL bình cầu 1000mLbình 10Lthùng 100Lthùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu
  31. 31. Đồ án tốt nghiệp - 31 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Sau thời gian đó thì ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp tục, chuyển sang nuối cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị lớn hơn. -Tiến hành lên men: [7, tr 152] Sử dụng phương pháp lên men liên tục: Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính, luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dung dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín. Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giống nấm men cấp 2, một thùng lên men chính và có khoảng 6÷8 thùng lên men tiếp theo. Thùng nhân giống cấp 1 được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp 2 cũng được đặt cao hơn so với thùng lên men chính. Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở 2 thùng cấp 1 lệch nhau khoảng 3÷4 giờ. Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầu thì tháo xuống thùng cấp 2. Thùng vừa giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày Hình 3.4. Sơ đồ lên men liên tục
  32. 32. Đồ án tốt nghiệp - 32 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch dịch đường mới. Tiếp đó thanh trùng ở 750 C rồi axit hoá tới độ chua 1,8÷2,4g H2SO4/l. Sau đó làm lạnh đến nhiệt độ nhân giống rồi cho 25÷30% lượng nấm men giống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho lên men đến độ biểu kiến 5÷6%. Lượng nấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết xuống thùng cấp 2. Sau khi vệ sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác. Ở thùng nhân giống nấm men cấp 2 tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axit hoá tới độ chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới độ lên men biểu kiến còn 5÷6%. Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp 2 vào thùng lên men chính rồi liên tục cho dịch đường vào. Dịch lên men sẽ tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang các thùng bên cạnh và đến thùng cuối cùng ta thu được giấm chín. Tổng thời gian lên men là 70÷72 giờ, nhiệt độ lên men ở thùng lên men chính ( 25÷270 C), hai thùng tiếp theo (27÷300 C), các thùng còn lại ( 27÷280 C). Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men này là dùng một lượng men giống lớn ở thùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế sự tạp nhiễm. Nhược điểm: Yêu cầu công nghệ cao, ổn định các điều kiện sản xuất như dịch đường, men giống, kĩ thuật thao tác cao. Phương pháp lên men này dễ nhiễm khuẩn hoàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men. 3.2.2.6. Chưng cất và tinh chế 3.2.2.6.1. Mục đích Chưng cất: Chưng cất là quá trình tách cồn cùng các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín để thu được cồn thô và bã rượu. Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối cùng nhận được cồn tinh chế. 3.2.2.6.2. Tiến hành Tiến hành chưng cất và tinh chế theo sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  33. 33. Đồ án tốt nghiệp - 33 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Hình 3.5.Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng. Ghi chú : 1.Thùng chứa dấm chín. 7.Bình làm lạnh ruột gà. 2.Bình hâm dấm. 8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt). 3.Bình tách CO2 9,10.Bình ngưng tụ. 4.Tháp thô. 11.Tháp tinh chế. 5.Bình chống phụt giấm. 12. Bình ngưng tụ hồi lưu. 6.Bình ngưng tụ cồn thô. 13.Bình làm lạnh sản phẩm. * Thuyết minh qui trình chưng cất và tinh chế: Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bình hâm giấm (2). Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70÷800 C rồi chảy qua bình tách CO2 số (3) rồi vào tháp (4). Khí CO2 và hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài. Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  34. 34. Đồ án tốt nghiệp - 34 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua (7) ra ngoài. Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷ 0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta phải ngưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng. Hơi ngưng tụ có nồng độ 0,4÷0,6% là đạt yêu cầu. Nhiệt độ của tháp thô 103 ÷ 1050 C. Phần lớn rượu thô (90 ÷ 95%) liên tục đi vào tháp aldehyt số (8). Tháp này cũng dùng hơi trực tiếp, hơi ruợu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 90%, chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3 ÷ 5% gọi là cồn đầu. Một phần rượu thô (5 ÷ 10%) ở (6) hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất. Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt số (8) liên tục đi vào tháp tinh (11) với nồng độ 35 ÷ 40%V. Tháp tinh chế (11) cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp (có thể gián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở (12) rồi hồi lưu lại tháp. Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra 1,5÷2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh (8). Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3 đến 5 đĩa và được làm lạnh ở (13). Nhiệt độ đáy tháp aldehyt duy trì ở nhiệt độ 78÷790 C. Nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu 3÷4 đĩa về phía trên khống chế ở 82÷830 C. Sơ đồ trên được gọi là gián tiếp một dòng vì sản phẩm đi vào các tháp chỉ có một dòng chất lỏng duy nhất. Còn gọi là gián tiếp vì bản thân dòng chất lỏng không chứa ẩn nhiệt bay hơi. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là đễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  35. 35. Đồ án tốt nghiệp - 35 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch CHƯƠNG 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Biểu đồ nhập liệu Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Nguyên liệu x x x x x x x 0 x x x x Nhà máy làm việc 11 tháng trong năm, tháng 8 ngừng hoạt động để vệ sinh, sửa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác nhằm làm cho quá trình sản xuất được hiệu quả hơn. Trong năm nghỉ các ngày chủ nhật và các ngày lễ lớn (1/1, 4 ngày tết âm lịch, 10/3 âm lịch, 30/4, 1/5, 2/9). 4.2. Biểu đồ sản xuất của nhà máy Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, số ngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết. Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Số ngày sản xuất 2 6 28 31 29 30 30 3 1 0 29 31 30 31 Số ca sản xuất 7 8 84 93 87 90 90 9 3 0 87 93 90 93 Tổng số ngày sản xuất: 326 ngày, tổng số ca sản xuất: 978 ca. 4.3. Tính cân bằng sản phẩm 4.3.1. Các thông số ban đầu - Năng suất: 60.000 lít cồn 96o / ngày. - Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô. - Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%. - Hiệu suất đường hoá: 98%. - Hiệu suất lên men: 98%. - Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%. - Hiệu suất thu hồi: %1,93931,097,098,098,0 ==××=××= cclmdh ηηηη - Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  36. 36. Đồ án tốt nghiệp - 36 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn STT Công đoạn Hao hụt và tổn thất 1 Làm sạch 2% 2 Nghiền 0,5% 3 Nấu sơ bộ 1% 4 Phun dịch hóa 0,5% 5 Nấu chín 1% 6 Tách hơi 0,5% 7 Làm nguội 0,5% 8 Đường hóa 2% 9 Làm lạnh 0,5% 10 Lên men 2% 11 Chưng cất 1% 12 Tinh chế 1% Bảng 4.2. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu Nguyên liệu Độ ẩm Chất khô Tinh bột Sắn 13% 87% 73% 4.3.2.Tính toán cân bằng vật chất 4.3.2.1. Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: M (kg) Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch: M M m ×= −× = 98,0 100 )2100( 1 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch: M Mm mCK ×= ×× = × = 853,0 100 8798,0 100 871 1 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch: M Mm mTB ×= ×× = × = 715,0 100 7398,0 100 731 1 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch: M Mm m OH ×= ×× = × = 127,0 100 1398,0 100 131 )1(2 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  37. 37. Đồ án tốt nghiệp - 37 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 4.3.2.2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: M Mm m ×= ×× = −× = 975,0 100 5,9998,0 100 )5,0100(1 2 (kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền: M Mm mCK ×= ×× = × = 848,0 100 87975,0 100 872 2 (kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền: M Mm mTB ×= ×× = × = 712,0 100 73975,0 100 732 2 (kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền: M Mm m OH ×= ×× = × = 126,0 100 13975,0 100 132 )2(2 (kg) 4.3.2.3. Công đoạn nấu sơ bộ Gọi X là lượng nước tại công đoạn nấu sơ bộ mà ta cần bổ sung để sau khi nấu chín nồng độ chất khô đạt 18%. Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinh bột có trong nguyên liệu: M Mm m TB E ××= × == −42 1012,7 1000 712,0 1000 (kg) Trong quá trình nấu sơ bộ ta bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa: 44 )3( 10136,21012,7 100 30 100 30 −− ××=×××=×= MMmm EE (kg) Do lượng enzyme bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua. Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là: 100 99 )975,0( 100 )1100( )( 23 ×+×= − ×+= XMXmm XM ×+×= 99,0965,0 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  38. 38. Đồ án tốt nghiệp - 38 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch M Mm m CK CK ×= ×× = −× = 840,0 100 99848,0 100 )1100(2 3 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ: M Mm m TB TB ×= ×× = −× = 705,0 100 99712,0 100 )1100(2 3 (kg) Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ: 100 99 )126,0( 100 )1100( )( )2()3( 22 ×+×= − ×+= XMXmm OHOH XM ×+×= 99,0125,0 (kg) 4.3.2.4. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: 100 5,99 )99,0965,0( 100 )5,0100( 34 ××+×= − ×= XMmm XM ×+×= 985,0960,0 (kg ) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: M Mm m CK CK ×= ×× = −× = 836,0 100 5,99840,0 100 )5,0100(3 4 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: M Mm m TB TB ×= ×× = −× = 702,0 100 5,99705,0 100 )5,0100(3 4 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa: 100 5,99 )99,0125,0( 100 )5,0100( )3()4( 22 ××+×= − ×= XMmm OHOH XM ×+×= 985,0124,0 (kg) 4.3.2.5. Công đoạn nấu chín Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi và lượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào. Vậy khối lượng nước ngưng tụ sau khi nấu: Mmmm NOH ×==××= 975,02 100 50 22)(2 (kg) Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  39. 39. Đồ án tốt nghiệp - 39 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 100 99 )975,0985,096,0( 100 )1100( )( )(45 2 ××+×+×= − ×+= MXMmmm NOH XM ×+×= 975,0915,1 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín: M Mm m CK CK ×= ×× = −× = 828,0 100 99836,0 100 )1100(4 5 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín: M Mm m TB TB ×= ×× = −× = 695,0 100 99702,0 100 )1100(4 5 (kg) Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: 100 )1100( )( )()4()5( 222 − ×+= NOHOHOH mmm 100 99 )975,0985,0124,0( ××+×+×= MXM XM ×+×= 975,0088,1 (kg) Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên ta có: XMM M mm m m m C OHCK CK dd ct ×+×+× × =⇔ + == 975,0088,1828,0 828,0 100 18 )5(5 5 0 0 2 MX ×=⇒ 752,2 (kg). Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín: MMMXMm OH ×=××+×=×+×= 772,3752,2975,0088,1975,0088,1)5(2 ( kg) Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: MMMm ×=××+×= 598,4752,2975,0915,15 (kg) 4.3.2.6. Công đoạn tách hơi Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu sau khi nghiền để hòa nước. Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chiếm 30% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín: MMmmH ×=×××=××= 585,0975,02 100 30 2 100 30 2 (kg) Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  40. 40. Đồ án tốt nghiệp - 40 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch MMmm ×=××= − ×= 575,4 100 5,99 598,4 100 )5,0100( 56 (kg) Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi: M Mm m CK CK ×= ×× = −× = 824,0 100 5,99828,0 100 )5,0100(5 6 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi: M Mm m TB TB ×= ×× = −× = 692,0 100 5,99695,0 100 )5,0100(5 6 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi: MMmm OHOH ×=××= − ×= 753,3 100 5,99 772,3 100 )5,0100( )5()6( 22 (kg) 4.3.2.7. Công đoạn làm nguội: Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: MMmm ×=××= − ×= 552,4 100 5,99 575,4 100 )5,0100( 67 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội: M Mm m CK CK ×= ×× = −× = 820,0 100 5,99824,0 100 )5,0100(6 7 (kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội: M Mm m TB TB ×= ×× = −× = 689,0 100 5,99692,0 100 )5,0100(6 7 (kg) Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội: MMmm OHOH ×=××= − ×= 734,3 100 5,99 753,3 100 )5,0100( )6()7( 22 (kg) 4.3.2.8. Công đoạn đường hóa: Trong quá trình đường hóa ta bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme này bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. 44 )8( 10984,41012,7 100 70 100 70 −− ××=×××=×= MMmm EE (kg) Lượng axit H2SO4 300 Be cần bổ sung trong quá trình đường hóa sử dụng cho 100 lít cồn 100%V là 1,5÷2 kg. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  41. 41. Đồ án tốt nghiệp - 41 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Theo lý thuyết 100 kg tinh bột sản xuất được 72 lít cồn 100%V. Nên 100kg tinh bột cần bổ sung 1,08kg H2SO4 300 Be. Vậy lượng axit H2SO4 300 Be bổ sung cho quá trình nấu chín là: 37 1043,7 100 08,1689,0 100 08,1 42 − ××= ×× = × = M Mm m TB SOH (kg) Gọi Y là lượng nước trong quá trình đường hóa ta cần bổ sung. Lượng enzyme và lượng axit H2SO4 có khối lượng rất thấp so với khối lượng chất khô của khối nguyên liệu nên ta có thể bỏ qua. Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: YMYMYmm ×+×=×+×= − ×+= 98,0460,4 100 98 )552,4( 100 )2100( )( 78 (kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau đường hóa: )(804,0 100 98820,0 100 )2100(7 8 kgM Mm m CK CK ×= ×× = −× = Ta có: (C 6 H 10 O 5 ) n + nH 2 O → nC 6 H 12 O 6 (1) 162 180 Tinh bột chuyển hóa thành đường với hiệu suất 98% nên dựa vào phương trình (1) ta có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là: M Mm m TB Đuong ×= × ××× = × ×× = 675,0 100162 98180689,0 100162 981807 (kg) Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là: M Mm m Đuong Đuong ×= ×× = −× = 662,0 100 98675,0 100 )2100( )8( (kg) Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là: 100 98 )734,3( 100 )2100( )( )7()8( 22 ×+×= − ×+= YMYmm OHOH YM ×+×= 98,0659,3 (kg) 4.3.2.9. Công đoạn làm lạnh Khối lượng dịch đường sau làm lạnh là: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  42. 42. Đồ án tốt nghiệp - 42 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 100 5,99 )98,0460,4( 100 )5,0100( 89 ××+×= − ×= YMmm YM ×+×= 975,0437,4 ( kg) Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm lạnh là: M Mm m CK CK ×= ×× = −× = 80,0 100 5,99804,0 100 )5,0100(8 9 (kg) Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm lạnh: M Mm m Đuong Đuong ×= ×× = −× = 659,0 100 5,99662,0 100 )5,0100()8( )9( (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: 100 5,99 )98,0659,3( 100 )5,0100( )8()9( 22 ××+×= − ×= YMmm OHOH YM ×+×= 975,0641,3 (kg) Nồng độ chất khô của dịch đường sau đem lên men là 16% nên ta có: )9(9 9 0 0 2OHCK CK dd ct mm m m m C + == 100 16 975,0641,380,0 80,0 = ×+×+× × ⇔ YMM M MY ×= 573,0 (kg) Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm lạnh: MMMYMm OH ×=××+×=×+×= 2,4573,0975,0641,3975,0641,3)9(2 (kg) Khối lượng của dịch đường sau làm lạnh: MMMm ×=××+×= 995,4573,0975,0437,49 (kg) 4.3.2.10. Công đoạn lên men Trong quá trình lên men ta bổ sung một lượng Na2SiF6 bằng 0,25% so với khối lượng dịch cháo sau đường hóa đem làm lạnh: M Mm m SiFNa ×= ×× = × = 012,0 100 995,425,0 100 25,0 9 62 (kg) Na2SiF6 có khối lượng thấp so với chất khô nguyên liệu nên có thể bỏ qua. Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  43. 43. Đồ án tốt nghiệp - 43 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Lượng chất khô không đường có tỉ lệ rất thấp so với lượng đường trong dịch lên men. Nên thể tích dịch đường lên men với ρđương 16% = 1,065 ( kg/lít) [9, tr 58] : VDịchđường= M Mm đuong ×= × = 690,4 065,1 995,49 ρ (lit) Thể tích men giống sử dụng bằng 10% so với thể tích dịch đường đem lên men: Vmen giống= MM ×=×× 469,0690,4 100 10 (lit). Dịch đường sau khi làm lạnh thì 90%V sẽ được đem đi lên men. Vậy lượng dịch đường đem đi lên men là VDịchlênmen= VDịch đường x 90%= MM ×=×× 221,4690,4 100 90 (lit). Sau khi nhân giống xong thì dịch nhân giống sẽ được bơm trở lại thùng lên men, vây thể tích của dịch đường đi lên men: V= VDịch đường+ Vmen giống M×= 69,4 (lit). Sau khi nhân giống xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường nên nồng độ đường còn lại là C%= %4,1490 100 16 =× ρđương 14,4% = 1,056 ( kg/lít) [9, tr 58] Khối lượng của dịch trước lên men là: MMVm đuong ×=××=×= 494,569,4056,110 ρ (kg) Dựa vào phương trình lên men (2): 6126 OHC → 2 OHHC 52 + 2 2CO (2) 180,2 92,1 88 Cứ 100kg đường glucose tạo thành 51,16 kg cồn khan, nên lượng cồn khan thu được tạo ra từ 0,659xM kg đường với hiệu suất lên men là 98% là: mcồnkhan M M ×=× ×× = 331,0 100 98 100 16,51659,0 (kg) Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: mcồn khan= MM ×= − ×× 324,0 100 2100 331,0 (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  44. 44. Đồ án tốt nghiệp - 44 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Thể tích cồn khan thu được sau lên men với conkhanρ = 0,78927( kg/lít) [8, tr 9] Vcồn khan M Mm conkhan conkhan ×= × == 411,0 78927,0 324,0 ρ (lit) Dựa vào phương trình lên men ta suy ra lượng CO2 thu được sau lên men: M Mm m conkhan CO ×= ×× = × = 310,0 1,92 88324,0 1,92 88 2 (kg) Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: MMMmmm CODam ×=××−×=×−= 080,5 100 98 )310,0494,5( 100 98 )( 210 (kg ) Độ rượu trong giấm : %38,6 080,5 324,0 = × = M m m Dam conkhan khốilượng=8%V [7,tr 248] Thể tích giấm chín: Vgiấm chín = M MVconkhan ×=× × =× 137,5100 8 411,0 100 8 (lit) 4.3.2.11. Công đoạn chưng cất Dịch giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 8%V = 6,38% khối lượng. Nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là: ts = 93,84 0 C [7, tr 278] Trước khi vào tháp, giấm được hâm nóng đến 700 C ở thiết bị hâm giấm. Sau đó đưa vào tháp thô để nâng nhiệt độ đến t = 93,84o C. Nhiệt lượng cần đun nóng giấm từ 700 C đến nhiệt độ sôi tính cho 100 kg giấm: )(100 DSDD ttCQ −×××= ρ Trong đó: 100: Khối lượng giấm vào tháp. CD = 1,019 – 0,0095×B: Nhiệt dung riêng của giấm. (Kcal/kg.độ) B = 6,38 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%). Suy ra : 018,1%38,60095,0019,1 =×−=DC (kcal/kg.độ) Nên 912,2426)7084,93(018,1100 =−××=Q (Kcal) Theo đồ thị X - 3 ,nồng độ etanol tại đĩa tiếp liệu x = 8 % khối lượng bằng 3,29 % mol. Từ đó theo bảng X- 1[10, tr 313] nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  45. 45. Đồ án tốt nghiệp - 45 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch là ts = 92,6 o C. Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 47,6 % khối lượng bằng 26,21 % mol. Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg giấm là: G = )(403,13 6,47 38,6100100 kg y xđ = × = × Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là: )(073,1405,1403,13 kgGGT =×=×= β (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa ). Nồng độ thật của rượu ở pha hơi: y = 073,14 38,6 = 45,33 (% khối lượng). Phương trình cân bằng vật chất cho tháp thô ứng với 100 kg giấm chín giả sử rằng lượng rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + GT Trong đó : P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h R – Lượng bã rượu, kg/h GT – Lượng hơi rượu đi ra khỏi tháp. Suy ra : 100 + P = R + 14,073  P + 85,927 = R. Bảng 4.3. Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100 kg giấm chín Thành phần nhiệt Khối lượng (kg) Nhiệt lượng riêng (KJ/kg) Tính toán nhiệt (KJ) Và o Giấm chín 100 297 100×297=29700 Hơi nước P 2680 2680P Ra Hơi nước - rượu 14,073 2010 14,073×2010=28286,7 3Bã 85,927+P 420 (85,927+P) ×420 Nhiệt làm mát. 840 Phương trình cân bằng nhiệt: 29700+2680×P=28286,73+(85,927+P)×420+ 840 ⇒ P =15,715(Kg) ⇒ R = 101,642 (Kg). Ta có 100 kg giấm chín cần 15,715 kg hơi và bã thu được là 101,642 (kg) Hơi đốt cần cung cấp cho 5,080 ×M (kg) giấm chín là : mhơi M M ×= ×× = 798,0 100 715,15080,5 (kg) Lượng bã từ 5,080×M kg giấm chín: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  46. 46. Đồ án tốt nghiệp - 46 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch M M mbã ×= ×× = 163,5 100 642,101080,5 (kg) Hơi trong tháp ứng với 5,080×M kg giấm: G = M M ×= ×× 681,0 6,47 38,6080,5 (kg) Lượng hơi thực tế đi ra khỏi tháp thô vào thiết bị ngưng tụ: MMGGT ×=××=×= 715,005,1681,0β (kg) Toàn bộ hơi sau khi ra khỏi tháp thô được đem đi ngưng tụ thành rượu thô. Nên lượng rượu thô là 0,715×M (kg). Hao hụt ở chưng cất là 1%, nên lượng rượu thô thu được là: mrượu thô M M ×= ×× = 708,0 100 99715,0 (kg) 4.3.2.12. Tinh chế Nếu ta xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì ta có: CD xCxV ×=× Với: x – Nồng độ cồn trong giấm chín. x = 8 %V VD – Lượng giấm chín. VD = 5,137×M (lit) x – Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. x = 96%V. Lượng cồn sản phẩm lấy ra là: M M C ×= ×× = 428,0 96 8137,5 (lit) Hiệu suất chưng cất tinh chế đạt 98% nên lượng cồn sản phẩm lấy ra là: MMCV ×=××=×= 419,0428,0 100 98 100 98 (lit) Ta có lượng cồn khan có trong giấm chín sau lên men là 0,419 ×M (lit). Lượng cồn khan bị tổn thất trong quá trình chưng cất và tinh chế là: MMVV conkhanTT ×=××=×= 0083,0411,0 100 2 100 2 )1( (lit) Tương đương với cồn 96% M MV V TT TT ×= ×× = × = 009,0 96 1000082,0 96 100)1( (lit) Nên lượng cồn 96% thu được là: MMMVC ×=×−×= 41,0009,0419,0)12( (lit) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  47. 47. Đồ án tốt nghiệp - 47 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp trung gian bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [2, tr 200]: M M VCĐ ×= ×× = 0123,0 100 411,03 (lit) Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín [2, tr 201] : M M Vfuzel ×= ×× = 0123,0 100 411,03 (lit) Năng suất nhà máy là 60000 (lit/ngày) nên ta có : Vcồn96% 6000041,0 =×= M (lit), Suy ra M = 146341,463(kg/ngày). *Tính cân bằng vật chất trong một ngày 1. Công đoạn làm sạch Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: M = 146341,463 (kg) Khối lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch: 634,143414146341,46398,098,01 =×=×= Mm (kg) 2. Công đoạn nghiền Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền: 926,142682146341,463975,0975,02 =×=×= Mm (kg) 3. Công đoạn nấu sơ bộ Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu sơ bộ: 259,3110463,146341136,210136,2 44 )3( =××=××= −− MmE (kg) 031,3310175,154639136,210136,2 44 )3( =××=××= −− MmE (kg) Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là: MMXMm ××+×=×+×= 752,299,0965,099,0965,03 901,539923146341,463752,299,0146341,463965,0 =××+×= (kg) 4. Công đoạn phun dịch hóa Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa: MMXMm ××+×=×+×= 752,2985,096,0985,096,04 511,537219146341,463671,3671,3 =×=×= M (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  48. 48. Đồ án tốt nghiệp - 48 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 5. Công đoạn nấu chín Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín: 046,672878146341,463598,4598,45 =×=×= Mm (kg) 6. Công đoạn tách hơi Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chiếm 30% so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín: 755,856097146341,463585,0585,0 =×=×= MmH (kg) Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi: 193,669512146341,463575,4575,46 =×=×= Mm (kg) 7. Công đoạn làm nguội: Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội: 339,666146146341,463552,4552,47 =×=×= Mm (kg) 8. Công đoạn đường hóa: Trong quá trình đường hóa ta bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme này bằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa. 936,7210146341,463984,410984,4 44 )8( =××=××= −− MmE (kg) Vậy lượng axit H2SO4 300 Be bổ sung cho quá trình nấu chín là: 31,108710146341,46343,71043,7 33 42 =××=××= −− Mm SOH Lượng nước bố sung trong quá trình đường hóa: Y= 0,573× M = 0,573 × 146341,463 = 83853,658 (kg/ngày) Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là: MMYMm ××+×=×+×= 573,098,0460,498,0460,48 (kg) 510,734859146341,463573,098,0146341,463460,4 =××+×= (kg) 9. Công đoạn làm lạnh Khối lượng dịch đường sau làm lạnh là: MMYMm ××+×=×+×= 573,0975,0437,4975,0437,49 388,731074146341,463573,0975,0146341,463437,4 =××+×= (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  49. 49. Đồ án tốt nghiệp - 49 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch 10. Công đoạn lên men Lượng Na2SiF6 bổ sung trong quá trình lên men trong một ngày: )(097,1756146341,463012,0012,062 kgMm SiFNa =×=×= Thể tích dịch đường lên men với ρđương 16% = 1,065(kg/lít). VDịchđường= 461,686341146341,463690,4690,4 =×=×M (lit) Thể tích men giống sử dụng 10% so với thể tích dịch đường đem lên men: Vmen giống= 146,68634146341,463469,0469,0 =×=×M (lit) Thể tích của dịch trước lên men: V= 607,754975146341,463159,5159,5 =×=×M (kg) Khối lượng của dịch trước lên men là: 997,803999146341,463494,5494,510 =×=×= Mm (kg) Cồn khan thu được : mcồnkhan 024,48439146341,463331,0331,0 =×=×= M (kg) Khối lượng cồn khan thu được với hao hụt là 2%: mcồn khan 634,47414146341,463324,0324,0 =×=×= M (kg) Thể tích cồn khan thu được sau lên men: Vcồn khan 341,60146146341,463411,0411,0 =×=×= M (lit) Lượng CO2 thu được: 853,45365146341,463310,0310,02 =×=×= MmCO (kg) Khối lượng giấm chín thu được sau lên men: )(632,743414146341,463080,5080,5 kgMmDam =×=×= Thể tích giấm chín: Vgiấm chín 095,751756146341,463137,5137,5 =×=×= M (lit) 11. Chưng cất Lượng hơi đốt cần cấp: mhơi 414,115463146341,463798,0798,0 =×=×= M (kg) Lượng bã tạo ra là: 973,755560146341,463163,5163,5 =×=×= Mmbã (kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày
  50. 50. Đồ án tốt nghiệp - 50 - GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch Rượu thô thu được: mrượuthô 755,103609146341,463708,0708,0 =×=×= M (lit) 12. Tinh chế Lượng cồn 96% thu được là: 60000146341,46341,041,0)12( =×=×= MVC (lit) Lượng cồn đầu tách ra khỏi tháp trung gian bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín: 1800146341,4630123,00123,0 =×=×= MVCĐ (lit) Lượng dầu fuzel tách ra khỏi tháp tinh bằng 3% so với lượng cồn tuyệt đối có trong giấm chín: 1800146341,4630123,00123,0 =×=×= MV fuzel (lit) Bảng 4.4. Bảng tổng kết cân bằng vật chất TT Nguyên liệu, thành phẩm, bán thành phẩm Tính cho 1 ngày Tính cho 1mẻ Tính cho 1h 01 Lượng nguyên liệu 146341,463(kg) 24390,244(kg) 6097,561(kg) 02 Lượng nguyên liệu sau khi làm sạch 143414,634(kg) 23902,439(kg) 5975,609(kg) 03 Lượng nguyên liệu sau khi nghiền 142682,926(kg) 23780,488(kg) 5945,122(kg) 04 Lượng nước cho vào nấu sơ bộ 402731,706 (kg) 67121,951(kg) 16780,488(kg) 05 Khối lượng hỗn hợp trước khi nấu 545445,891(kg) 90907,649(kg) 22726,912(kg) 06 Khối lượng dịch cháo sau khi nấu sơ bộ 539923,901(kg) 89987,317(kg) 22496,829(kg) 07 Lượng chế phẩm Enzym amylaza ở công đoạn nấu 31,259(kg) 5,209(kg) 1,302(kg) 08 Lượng chế phẩm Enzym amylaza ở đường hóa 72,937(kg) 12,156(kg) 3,039(kg) 09 Lượng Na2SiF6 bổ sung trong quá trình lên men 1756,098(kg) 292,683(kg) 73,171(kg) Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ SVTH: Trần Thị Thu Hải tinh bột (nguyên liệu tự chọn) năng suất Lớp : 08H2A 60.000 lít cồn 96o /ngày

×