Đồ án Thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày

Bộ giáo dục và đào tạo Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam Độc lập – Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Họ và tên: ………………………………………………………………………………...... Lớp: ………………………………………………………………………………………… Đầu đề thiết kế: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Các số liệu ban đầu: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… Nội dung phần thuyết minh tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ (ghi rõ các loại bản vẽ, kích thước các bản vẽ): ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Các cán bộ hướng dẫn: Phần: Họ tên cán bộ: -Công nghệ: ………………………………………………………………………… - Kinh tế: …………………………………………………………………………… - Xây dựng: ………………………………………………………………………… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: .................................................................................................................................. Ngày hoàn thành đồ án: …………………………………………………………………………………….. Ngày … tháng … năm … Chủ nhiệm bộ môn Cán bộ hướng dẫn (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) Sinh viên đã hoàn thành (Và nộp đồ án cho bộ môn) Ngày … tháng … năm … (Ký tên) Kết quả đánh giá: - Quá trình thiết kế………………. - Điểm…………………………… - Bản vẽ thiết kế…………………. LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của các thầy cô cùng các bạn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình. Với đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày”. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Viện công nghệ sinh học – công nghệ thực phẩm, trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội. Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáo Nguyễn Thanh Hằng, cô đã hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình em thực hiện bản đồ án này. Em cũng gửi lời cảm ơn đến thầy Phan Đình Tính hướng dẫn phần xây dựng và thầy Phan Thế Vinh hướng dẫn phần kinh tế để bản đồ án của em được hoàn thiện. Bản đồ án là kết quả của sự nỗ lực học hỏi và nghiên cứu của em nhưng cũng không thể tránh khỏi có những sai sót xảy ra. Do vậy, em rất mong các thầy, các cô đóng góp ý kiến để bản đồ án của em được hoàn thiện hơn và giúp em có thêm những kinh nghiệm thực tế hơn! Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 5 năm 2009. Sinh viên thực hiện Hà thị Yến MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN 3 MỤC LỤC 4 LỜI MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG I - LẬP LUẬN KINH TẾ 12 1.1. Thực trạng ngành công nghiệp sản xuất rượu cồn ở nước ta. 12 1.2. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất rượu cồn. 13 1.2.1. Nguồn cung cấp nguyên liệu. 14 1.2.2. Địa hình. 14 1.2.3. Giao thông. 14 1.2.5. Nguồn điện. 15 1.2.6. Nguồn nhân lực. 15 1.2.7. Thị trường tiêu thụ. 15 1.2.8. Thông tin, liên lạc. 15 CHƯƠNG II - CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 16 2.1. Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm. 16 2.1.1. Nguyên liệu. 16 2.1.1.2. Thành phần cấu tạo hóa học của sắn. 16 2.1.2. Rượu etylic. 18 2.1.2.1. Tính chất vật lý của rượu etylic. 18 2.1.2.2. Tính chất hóa học của rượu etylic. 18 2.1.2.3. Tính chất sinh học. 20 2.2. Quy trình công nghệ sản xuất 20 2.2.1. Nghiền nguyên liệu. 21 2.2.1. Nghiền nguyên liệu. 22 2.2.1.1. Mục đích. 22 2.2.1.2. Các phương pháp nghiền. 22 2.2.1.3. Yêu cầu bột sắn sau khi nghiền. 22 2.2.2. Hòa bột. 22 2.2.2.1. Mục đích. 22 2.2.2.2. Tiến hành. 22 2.2.3. Công đoạn nấu. 23 2.2.3.1. Mục đích. 23 2.2.3.2. Các phương pháp nấu. 23 2.2.3.3. Chọn phương pháp nấu. 26 2.2.4. Công đoạn đường hóa. 27 2.2.4.1. Mục đích. 27 2.2.4.2. Tác nhân đường hóa. 27 2.2.4.3. Các phương pháp đường hóa. 27 2.2.4.4. Chọn phương pháp đường hóa. 29 2.2.5. Công đoạn lên men. 30 2.2.5.1. Mục đích. 30 2.2.5.2. Các phương pháp lên men. 30 2.2.5.3. Chọn phương pháp lên men. 31 2.2.6. Công đoạn chưng luyện và tinh chế. 33 2.2.6.1. Mục đích. 33 2.2.6.2. Các phương pháp chưng luyện. 33 2.2.6.3. Chọn phương pháp chưng luyện. 35 2.2.6.3.1. Tiến hành. 35 CHƯƠNG III - TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 37 3.1. Tính hiệu suất lý thuyết. 37 3.2.Tính hiệu suất thực tế 37 3.3. Tính cân bằng cho nguyên liệu. 38 3.4. Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn nấu và công đoạn đường hóa. 39 3.4.1. Tính lượng dịch cháo sau khi nấu. 39 3.4.2. Tính lượng dịch đường hóa (lượng chất khô hòa tan). 40 3.4.3. Tính lượng chế phẩm. 42 3.4.3.1. Lượng Termamyl. 42 3.4.3.2. Lượng Sansuper. 42 3.4.3.3. Tính lượng chất sát trùng Na2SiF6 42 3.4.3.4. Tính lượng men khô. 42 3.5. Tính cân bằng cho công đoạn lên men. 43 3.5.1. Lượng cồn khan thu được sau khi lên men. 43 3.5.2. Tính độ cồn trong giấm chín sau lên men. 43 3.5.3. Tính lượng urê cần bổ sung. 44 3.6. Tính cân bằng cho công đoạn chưng cất. 44 3.7. Tính cân bằng cho hệ thống chưng luyện. 45 3.7.1. Tính cân bằng cho tháp thô. 45 3.7.1.1. Cân bằng vật chất (tính theo 100 kg giấm chín). 45 3.7.1.2. Cân bằng hơi rượu. 46 3.7.1.3. Cân bằng nhiệt lượng. 47 3.7.2. Tính cân bằng cho tháp aldehyt. 48 3.7.2.1. Cân bằng hơi. 48 3.7.2.2. Cân bằng vật chất. 49 3.7.3. Cân bằng cho tháp tinh. 50 3.7.3.1. Cân bằng vật chất. 50 3.7.3.2. Cân bằng nhiệt lượng. 51 CHƯƠNG IV - TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 54 4.1. Chọn thiết bị cho khâu chuẩn bị nguyên liệu. 54 4.1.1. Cân. 54 4.1.2. Máy nghiền và thùng chứa bột nghiền. 54 4.1.3. Vít tải và gầu tải. 55 4.2. Chọn và tính toán cho nồi nấu (hòa bột trong nồi nấu). 55 4.2.1. Thời gian tiến hành một nồi nấu 55 4.2.2. Tính toán kích thước nồi. 55 4.3. Chọn và tính toán cho thiết bị khâu đường hóa. 56 4.3.1. Tính chu kỳ làm việc của nồi đường hóa. 56 4.3.2. Tính kích thước cho nồi đường hóa. 57 4.3.3. Tính toán cho hệ thống làm lạnh. 57 4.4. Tính toán cho thùng lên men. 60 4.4.1. Tính chu kỳ làm việc của thùng lên men. 60 4.4.2.Tính toán thùng lên men. 61 4.4.3. Tính toán cho hệ thống làm mát kiểu ống lồng ống. 62 4.5. Tính và chọn thiết bị hoạt hóa men giống. 64 4.5.1. Tính kích thước thùng. 64 4.5.2. Tính diện tích truyền nhiệt. 65 4.6. Tính và chọn bơm. 66 4.7. Tính và chọn cho thiết bị chưng cất. 66 4.7.1. Tính cho tháp thô. 66 4.7.1.1. Đường kính tháp. 66 4.7.1.2. Chiều cao của tháp. 67 4.7.2. Tính cho tháp aldehyt 68 4.7.2.1. Đường kính tháp. 68 4.7.2.2. Chiều cao tháp. 68 4.7.3.Tính cho tháp tinh. 68 4.7.3.1. Đường kính tháp tinh. 68 4.7.3.2. Chiều cao tháp. 68 4.7.4. Các thiết bị phụ. 68 4.7.4.1. Bình hâm giấm. 68 4.6.3.2. Bình ngưng tụ hồi lưu của tháp thô. 71 4.6.3.3. Bình ngưng tụ hồi lưu và bình khí khó ngưng của tháp aldehyt. 74 4.6.3.4. Bình ngưng tụ hồi lưu và bình ngưng tụ khí khó ngưng cho tháp tinh. 75 4.6.3.5. Thùng làm mát cồn sản phẩm, bình làm mát cồn đầu và bình làm mát dầu fusel. 78 4.6.3.6. Thùng cao vị. 80 4.6.3.7. Thùng chứa cồn thực phẩm, thùng chứa cồn đầu và thùng chứa dầu fusel. 80 4.6.3.8. Bình tách CO2 và bình chống phụt giấm. 81 CHƯƠNG V - TÍNH ĐIỆN, HƠI, NƯỚC 84 5.1. Tính điện. 84 5.1. 1. Tính phụ tải chiếu sáng. 84 5.1.1.1. Lựa chọn và tính toán chung. 84 5.1. 1.2. Tính toán cụ thể cho từng phòng và từng phân xưởng sản xuất. 86 5.1.2. Tính phụ tải động lực. 103 5.1.3. Tính hệ số cos F và dung lượng bù. 104 5.1.3.1. Tính hệ số cos F. 104 5.1.3.2. Xác định dung lượng bù. 105 5.1.4. Tính lượng điện tiêu thụ hằng năm. 105 5.1.4.1. Điện thắp sáng Acs. 105 5.1.4.2. Điện động lực Ađl. 106 5.1.4.3. Điện cả nhà máy. 106 5.2. TÍNH HƠI. 106 5.2.1. Hơi dùng cho xưởng chưng luyện. 107 5.2.2. Lượng hơi dùng trong phân xưởng nấu, đường hóa, và cho hệ thống xông hơi sát trùng. 107 5.2.3. Chọn nồi hơi và tính nhiên liệu. 107 5.2.3.1. Chọn nồi. 107 5.2.3.2.Tính nhiên liệu cho nồi hơi. 108 5.3. TÍNH NƯỚC. 108 5.3.1. Tính nước dùng cho sản xuất. 109 5.3.1.1. Nước dùng cho nấu ( hòa bột và nấu). 109 5.3.1.2. Nước dùng cho đường hóa. 109 5.3.1.3. Nước dùng trong lên men. 110 5.3.1.4. Nước dùng cho chưng cất. 110 5.3.1.5. Lượng nước cấp cho lò hơi 112 5.3.1.6. Lượng nước dùng cho vệ sinh thiết bị, nhà xưởng. 112 5.3.2. Tính nước dùng cho sinh hoạt. 113 CHƯƠNG VI - TÍNH TOÁN XÂY DỰNG 113 6.1. Giới thiệu sơ bộ luận chứng xây dựng nhà máy. 113 6.1.1. Vị trí địa lý. 114 6.1.2. Địa chất công trình. 114 6.2. Thuyết minh về khu đất và bố trí tổng mặt bằng nhà máy. 115 6.2.1. Nguyên tắc thiết kế tổng mặt bằng. 115 6.2.2. Tính diện tích nhà máy. 117 6.2.2.1. Khu sản xuất. 117 b. Khu vực kho. 120 v Kho cồn thành phẩm, kho rượu thành phẩm và phân xưởng rượu mùi, kho chứa vỏ chai. 121 6.2.2.2. khu vực đảm bảo năng lượng. 121 a. Phân xưởng lò hơi. 121 b. Xưởng cơ điện. 121 c. Trạm biến áp. 121 d. Trạm xử lý nước sạch, trạm bơm và trạm xử lý nước thải. 121 b. Nhà ăn và hội trường. 122 c. Nhà để xe đạp, xe máy và bãi đỗ xe ô tô. 122 d. Phòng bảo vệ. 122 6.2.2.4. Các công trình giao thông, cây xanh và đất dự trữ. 122 6.3. Thuyết minh về giải pháp kiến trúc và kết cấu xây dựng phân xưởng sản xuất và các công trình. 123 6.3.1. Khu sản xuất. 123 6.3.1.1. Phân xưởng nấu – đường hoá 123 6.3.1.2. Phân xưởng lên men. 124 6.3.1.3. Phân xưởng chưng cất. 124 6.3.2. Các công trình khác. 125 6.3.2.1. Khu hành chính. 125 6.3.3. Cách bố trí thiết bị trong phân xưởng sản xuất chính. 126 6.4. Kết luận. 127 6.5. Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật cơ bản. 129 6.4.1. Hệ số xây dựng. 129 6.4.2. Hệ số sử dụng. 130 CHƯƠNG VII - TÍNH KINH TẾ 131 7.1. Mục đích và ý nghĩa của việc tính kinh tế. 131 7.2. Nội dung tính toán kinh tế. 131 7.2.1. Chi phí nhân công. 131 7.2.1.1. Chi phí lao động trực tiếp. 131 7.2.1.2. Chi phí lao động gián tiếp 132 7.2.2. Chi phí sản xuất trong 1 năm của nhà máy. 133 7.2.2.1. Chi phí nguyên liệu sản xuất trực tiếp. 133 7.2.2.2. Chi phí sản xuất chung của nhà máy. 136 7.2.3. Tổng giá thành sản phẩm. 137 7.2.4. Vốn đầu tư cố định của nhà máy. 138 7.2.4.1. Vốn đầu tư xây dựng. 138 7.2.4.2. Vốn đầu tư thiết bị. 140 7.2.5. Doanh thu, lợi nhuận và vốn đầu tư của nhà máy. 141 7.2.6. Nguồn vốn của nhà máy. 142 7.2.7. Điểm hòa vốn và giá trị hiện tại ròng. 143 7.2.7.1. Điểm hòa vốn. 143 7.2.7.2. Tính chỉ số NPV. 143 CHƯƠNG VIII: AN TOÀN LAO ĐỘNG – VỆ SINH CÔNG NGHIỆP – PHÒNG CHỐNG CHÁY NỔ 145 8.1. An toàn lao động. 145 8.1.1. An toàn máy móc. 145 8.1.2. An toàn cho người lao động. 145 8.2. Vệ sinh công nghiệp. 146 8.3. Phòng chống cháy nổ. 146 KẾT LUẬN 148 TÀI LIỆU THAM KHẢO 149 LỜI MỞ ĐẦU Công nghệ cồn etylic là khoa học về phương pháp và quá trình chế biến các nguyên liệu chứa tinh bột, đường, xenluloza, etylen thành sản phẩm rượu etylic hay etanol. Đây là ngành công nghệ được biết đến rất sớm và ngày càng được quan tâm phát triển bởi cồn có rất nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực và đời sống xã hội. Cồn pha với nước thành rượu để uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả. Trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh... Cồn còn là một sản phẩm hoá học vì cồn có thể sử dụng trực tiếp hoặc là nguyên liệu trung gian để sản xuất axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat và các hoá chất khác, có thể tạo ra hoá chất dầu mỏ. Cồn còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm dung môi hòa tan các hợp chất vô cơ và hữu cơ, trong cao su tổng hợp… Ngoài ra hiện nay cồn tuyệt đối (≥ 99,5%V) còn được dùng để thay thế một phần nhiên liệu cho động cơ ô tô. Cồn có thể thay thế 20%÷22% trong tổng lượng xăng thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng động cơ xăng. Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ. Nó làm tăng chỉ số octan của xăng, ngăn cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra etyl chì là một chất độc hại. Cồn có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy sản xuất cồn là công việc cần thiết và được quan tâm phát triển. Nước ta với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông nghiệp, các sản phẩm ngũ cốc dồi dào, phong phú đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bột cung cấp cho ngành sản xuất rượu cồn. Tuy nhiên, hiện nay ngành công nghiệp sản xuất cồn của nước ta vẫn chưa thực sự phát triển, công nghệ, thiết bị lạc hậu, năng suất và chất lượng sản phẩm chưa cao, chủng loại sản phẩm nghèo nàn, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ. Ứng dụng của cồn trong các ngành công nghiệp chưa được rộng rãi, công suất của các nhà máy sản xuất còn thấp. Do vậy, thiết kế và xây dựng thêm nhà máy sản xuất rượu cồn với năng suất và chất lượng sản phẩm cao hơn là hoàn toàn phù hợp với yêu cầu của ngành công nghiệp rượu cồn cũng như yêu cầu của nền kinh tế nước nhà. CHƯƠNG I - LẬP LUẬN KINH TẾ 1.1. Thực trạng ngành công nghiệp sản xuất rượu cồn ở nước ta. Ở Việt Nam, nghề nấu rượu có từ lâu đời và bắt đầu phát triển mạnh vào cuối thế kỷ thứ X. Cho đến nay, có hai doanh nghiệp quốc doanh trung ương có công suất sản xuất rượu cồn lớn nhất nước ta: Công ty rượu Hà Nội, công suất thiết kế 10 triệu lít/năm; Nhà máy rượu Bình Tây, công suất thiết kế 20 triệu lít/năm và 26 doanh nghiệp quốc doanh địa phương có công suất thiết kế khoảng 25.8 triệu lít/năm. Tuy nhiên các nhà máy mới chỉ khai thác được 74% công suất thiết kế. Ngoài ra còn có các cơ sở sản xuất tư nhân và cổ phần: Tổng công suất thiết kế của các cơ sở này khoảng 4,55 triệu lít/năm. Các cơ sở này phần lớn thiết bị chế tạo trong nước, thường có vốn đầu tư thấp, công suất nhỏ nên thiết bị thường chấp vá, không đồng bộ, lao động hoàn toàn thủ công, công nghệ sản xuất trong nước. Một số cơ sở có đầu tư thường xuyên cho công nghệ và thiết bị nên sản phẩm tương đối tốt và ổn định, còn phần lớn các cơ sở khác sản xuất theo thời vụ, đối tượng bán hàng chủ yếu tập chung ở các vùng nông thôn, miền núi, chất lượng sản phẩm kém, không ổn định nhưng giá thành thấp, nên kinh doanh vẫn có hiệu quả. Mặt khác, cùng với sự phát triển của nền kinh tế thị trường, rượu do dân tự nấu có chất lượng tốt cũng được bung ra sản xuất như một ngành nghề, tạo nên những làng nghề nấu rượu. Tổng sản lượng rượu dân tự nấu rất lớn, theo báo cáo của các tỉnh và số liệu thống kê đạt: 242,412 triệu lít/năm. Trong đó loại rượu nấu ở các địa phương có truyền thống khoảng 82,412 triệu lít/năm. Sản lượng rượu dân tự nấu rải rác ở các địa phương còn lại không thống kê được, ước còn khoảng: 160 triệu lít. Ngoài ra hàng năm ta còn nhập một lượng lớn các loại rượu ngoại để đáp ứng nhu cầu trong nước. Nhìn chung, ngành công nghiệp rượu hiện nay vẫn chưa phát triển, công nghệ, thiết bị lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao, cồn của các nhà máy làm ra nói chung là chưa đạt TCVN-71, nhưng bản thân TCVN-71 về cồn rượu cũng thuộc loại thấp so với các nước tiên tiến trên thế giới. Chủng loại sản phẩm nghèo nàn, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất khẩu. Nguyên nhân là do thiếu vốn để đầu tư, đổi mới thiết bị công nghệ, nâng cao chất lượng sản phẩm. Do đó khả năng cạnh tranh kém...Trong khi đó, rượu nấu bằng phương pháp thủ công chưa thể quản lý, rượu lậu, rượu giả trốn thuế chưa có biện pháp khả thi để ngăn chặn, càng gây khó khăn cho việc tiêu thụ sản phẩm rượu của các doanh nghiệp nhà nước. Các doanh nghiệp FDI do thương hiệu sản phẩm chưa thực sự mạnh, nên chỉ huy động được 17% công suất thiết kế. Trước thực trạng hiện nay của ngành công nghiệp rượu cồn Việt Nam, nổi lên các vấn đề cần quan tâm và phát triển: - Cần nâng cao hiệu suất thu cồn tinh khiết (hiện nay hiệu suất tổng thu hồi cồn từ sắn lớn nhất ở Việt Nam mới chỉ là 85%.) - Phát triển TCVN_71 cho phù hợp hơn với thế giới, để tạo thuận lợi cho pha chế, sử dụng triệt để các sản phẩm của ngành công nghiệp sản xuất cồn etylic: Cồn cho các ngành công nghiệp, dầu furel cho ngành năng lượng, bã rượu cho công nghiệp. - Xây dựng và cải tiến công nghệ và thiết bị để có thể sử dụng hết năng suất thiết kế của các nhà máy rượu. 1.2. Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy sản xuất rượu cồn. Sau khi tìm hiểu thực trạng ngành công nghiệp rượu cồn trong nước và phân tích các vấn đề cần quan tâm của ngành, các điều kiện thuận lợi để thiết kế một nhà máy sản xuất rượu cồn năng suất 20000 lít/ngày với nguyên liệu từ sắn, em xin chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Bỉm Sơn (hay còn gọi là khu công nghiệp Bắc Thanh Hóa). Vài nét sơ lược về khu công nghiệp Bỉm Sơn. Ngày 02 tháng 6 năm 2005, UBND tỉnh Thanh Hoá ra Quyết định số 1471/QĐ-UBND về việc phê duyệt quy hoạch chi tiết khu Công nghiệp Bỉm Sơn – Thị xã Bỉm Sơn - Tỉnh Thanh Hoá. Tổng diện tích quy hoạch 540 ha, chia làm hai khu: - Khu A: Nằm phía Tây Quốc lộ 1A, diện tích 310 ha, với các chức năng: lắp ráp xe ôtô tải nhỏ, chế biến nông lâm sản, chế tạo máy, sửa chữa cơ khí, luyện cán thép xây dựng, da giày. - Khu B: Nằm phía Đông Quốc lộ 1A, diện tích 230 ha, với các chức năng: Công nghiệp xi măng và sau xi măng, dệt may, điện tử, điện lạnh, hàng gia dụng và thủ công mỹ nghệ.        Trung tâm công cộng khu công nghiệp được bố trí trong khu A, gồm trung tâm điều hành, trung tâm dịch vụ kỹ thuật, trung tâm giao dịch giới thiệu sản phẩm công nghiệp, sân bãi đỗ xe...  Địa điểm này hội tụ nhiều điều kiện thuận lợi như sau: 1.2.1. Nguồn cung cấp nguyên liệu. Nguyên liệu sản xuất của nhà máy là sắn, đây là loại nông sản được trồng phổ biến nhất ở các vùng sinh thái ở nước ta, các tỉnh có sản lượng sắn lớn như Thanh Hóa, Hòa Bình, Sơn La…Do vậy địa điểm này hoàn toàn thuận lợi cho việc thu mua nguyên liệu. 1.2.2. Địa hình. Với địa hình chung của thị xã Bỉm Sơn là đồi núi bán sơn địa, ngay sau khu đất công nghiệp là đồi núi, tạo điểm tựa vững chắc cho các công trình khi thiên tai bão lũ. Thêm vào đó là một hệ cây xanh của những dãy đồi phía sau khu công nghiệp tạo môi trường tốt, trong lành, góp phần bảo vệ môi trường cho toàn khu công nghiệp cũng như toàn thị xã. 1.2.3. Giao thông. Bỉm Sơn cách thủ đô Hà Nội 120 km về phía Bắc, cách thành phố Thanh Hóa 34 km về phía Nam, nằm trên mạng lưới giao thông vận tải thuận lợi với tuyến đường sắt Bắc - Nam, quốc lộ 1A chạy qua, tạo nên mối giao thương rộng lớn với các tỉnh trong vùng và các trung tâm kinh tế lớn của cả nước. Đây là yếu tố thuận lợi trong vận chuyển thu mua nguyên liệu cũng như phân phối sản phẩm của công ty khắp các vùng miền trên toàn quốc. 1.2.4. Nguồn nước. Nguồn nước của khu công nghiệp được thiết kế riêng thuận lợi cho sản xuất công nghiệp. Hệ thống cấp nước gồm hai tuyến chính: Tuyến chính 1 cấp cho khu A, đường kính 450 m; tuyến chính 2 cấp cho khu B, đường kính 300. Từ hai tuyến chính, tổ chức các mạng lưới phân phối theo hình thức mạng vòng khép kín, đảm bảo cấp nước an toàn.  Ngoài ra hệ thống thoát nước mưa, thoát nước thải bố trí riêng biệt. Nước thải được xử lý cục bộ tại nguồn, sau đó thu gom về khu vực xử lý chung. Sau khi nước thải xử lý đạt tiêu chuẩn mới được thải ra hệ thống thoát nước chung của thị xã 1.2.5. Nguồn điện. Hệ thống cấp điện có tổng công suất 55.753 KVA. Lắp đặt một trạm biến áp 110/22KV (2x25MVA) ở phía Tây Nam nhà máy lắp ráp xe tải nhỏ VEAM. Hệ thống cáp điện 22KV của khu công nghiệp sử dụng cáp lõi đồng XLPE/SWA/PVC tiết diện 3x240 mm2 chôn ngầm. Các tuyến của khu công nghiệp được chiếu sáng bằng đèn cao áp bóng Sodium 220V-250W 1.2.6. Nguồn nhân lực. Theo số liệu điều tra ngày 1/4/1999, dân số thị xã Bỉm Sơn là 54.319 người, trong đó nam giới chiếm 50.5%, nữ giới 49.5%. Số người trong độ tuổi lao động trên 27.000 người, trong đó số người có trình độ cao đẳng - đại học chiếm 15%. Đây là nguồn cung cấp nhân lực dồi dào, đặc biệt là đội ngũ cán bộ có trình độ. Mặt khác các vùng lân cận như: Ninh Bình, Hà Trung, thành phố Thanh Hóa cũng là nguồn cung cấp nhân lực lớn, tạo điều kiện công ăn việc làm cho người dân xung quanh khu vực. 1.2.7. Thị trường tiêu thụ. Nhu cầu về cồn rượu là rất lớn, mà trong khu vực lại có nhiều nhà máy, xí nghiệp có nhu cầu về cồn: chế biến thực phẩm, chế biến gỗ, y tế…Mặt khác địa điểm nằm trên trục đường quốc lộ 1A, cửa ngõ giao thông Bắc Nam, nên rất thuận lợi cho việc vận chuyển sản phẩm đến các vùng miền khác trên toàn quốc. 1.2.8. Thông tin, liên lạc. Hệ thống thông tin liên lạc sử dụng mạng của thị xã, tổng đài đặt tại trung tâm điều hành khu công nghiệp. Hơn nữa, khu công nghiệp lại nằm trên trục đường quốc lộ 1A, là trục giao thông chính của toàn quốc nên hết sức thuận tiện về thông tin giao dịch, liên lạc trong cả nước. CHƯƠNG II - CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT 2.1. Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm. 2.1.1. Nguyên liệu. Nguyên liệu để sản xuất rượu etylic là những nguyên liệu chứa đường lên men hoặc từ các polysaccharit có khả năng chuyển hóa thành đường lên men như: gạo, ngô, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đồ án tốt nghiệp, em được giao nhiệm vụ thiết kế nhà máy sản xuất rượu cồn từ tinh bột sắn. Đây là nguồn nguyên liệu có sản lượng lớn ở nước ta, đồng thời giá nguyên liệu để sản xuất ra một lít cồn từ sắn cũng tương đối thấp so với các nguồn nguyên liệu khác. Đó là yếu tố thuận lợi ban đầu khi thiết kế nhà máy bởi sắn thỏa mãn yêu cầu chung sau: Hàm lượng tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao. Vùng nguyên liệu tập trung đủ thỏa mãn nhu cầu sản xuất. 2.1.1.2. Thành phần cấu tạo hóa học của sắn. Củ sắn gồm 3 thành phần chính: vỏ, thịt củ, lõi sắn, ngoài ra còn có cuống và rễ củ. - Vỏ gồm: vỏ gỗ, vỏ cùi. Vỏ gỗ cấu tạo chủ yếu là xenluloza, có tác dụng bảo vệ củ khỏi tác dụng bên ngoài, đồng thời hạn chế mất nước của củ. Bản thân vỏ củ cứng nhưng liên kết không bền với củ nên dễ mất khi thu hoạch và vận chuyển. Vỏ cùi dày khoảng 1÷3 mm chiếm 8÷15% khối lượng củ. Vỏ cùi gồm lớp tế bào mô cứng phủ ngoài, thành phần chủ yếu của lớp này là xenluloza, hầu như không chứa tinh bột và chứa nhiều dịch bào (mủ sắn). Trong thành phần dịch bào có chứa polyphenol, tiếp theo là lớp tế bào mô mềm, lớp này ngoài dịch bào còn có tinh bột (khoảng 5%), các polyphenol, enzyme là lilamarin có tác dụng bảo vệ củ phát triển bình thường trước khi thu hoạch nhưng khi đào bới củ khỏi đất chúng gây trở ngại cho bảo quản và chế biến. - Thịt củ: Chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu. 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 chúng chứa trong củ nhưng vẫn gây trở ngại như làm biến màu, sắn dễ bị chảy mủ và khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. - Lõi sắn: Nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài. Thành phần lõi sắn chủ yếu là xenluloza, có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô. Thành phần củ sắn tươi dao động khá lớn bao gồm: Tinh bột: 20÷34% Chất tro: 0.54% Protein: 0.8 ÷1.2 % Polyphenol: 0.1÷0.3 % Chất béo: 0.3÷0.4 % Nước: 60÷74.2 % Xenluloza: 1÷3 %. Ngoài các chất kể trên trong sắn còn chứa một lượng vitamin và độc tố. Vitamin trong sắn thuộc nhóm B, trong đó B1, B2 mỗi loại chiếm 0.03 mg %, B6 0.006 mg%. Các vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và khi sản xuất rượu. Còn độc tố sẽ bị loại bỏ cùng bã rượu. Sắn dùng trong sản xuất rượu chủ yếu là sắn lát khô. Yêu cầu của sắn khô được chọn làm nguyên liệu (tính theo phần trăm trung bình): Sắn trắng thơm, không có mùi mốc. Hàm lượng tinh bột đạt trên 63%. Độ ẩm: 14%. Gluxit lên men: 67.6%. Protit: 1.75% Chất tro: 1.79%. Chất béo: 0.87%. Sắn là nguyên liệu chứa tinh bột cao, dễ chế biến trong sản xuất, tuy nhiên hàm lượng protein không lớn nên trong quá trình chế biến cần bổ sung bằng nguồn đạm từ Ure. 2.1.2. Rượu etylic. Êtanol, còn được biết đến như là rượu êtylic hay rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn giản là rượu. 2.1.2.1. Tính chất vật lý của rượu etylic. Rượu etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng, có vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi, dễ cháy. Rượu hòa tan trong nước ở bất cứ tỉ lệ nào, có kèm theo các hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích. Rượu hòa tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH…, và nhiều chất khí: H2, N2, O2, SO2, CO…, hòa tan được nhiều chất hữu cơ, nhưng không hòa tan được tinh bột disaccharit… Các thông số vật lý của rượu etylic nguyên chất: Tỷ trọng: d420 = 0.7894, d415 = 0.7942… Phân tử lượng: 46.03 Nhiệt độ sôi: 78.320 C ở áp suất 760 mmHg, nhiệt độ bắt lửa 1200C Nhiệt dung riêng: 0.548 KJ/kg.độ (ở 200C) và 0.769 KJ/kg.độ (ở 600C). Năng suất tỏa nhiệt: 6642÷7100 KJ/kg.độ 2.1.2.2. Tính chất hóa học của rượu etylic. Công thức hóa học của nó là C2H5OH, hay CH3-CH2-OH, viết tóm tắt là C2H6O. Do cấu trúc phân tử rượu gồm hai thành phần: gốc etyl và nhóm hydroxyl nên tính chất hóa học của rượu etylic phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần hóa học đó. Tác dụng với oxy. Tùy theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà cho ra những sản phẩm khác nhau 2C2H5 OH + O2 Nhẹ 2CH3CHO + 2H2O 2C2H5OH + O2 Vừa đủ CH3COOH + 2H2O C2H5OH + 3O2 Mãnh liệt 2CO2 + 3H2O b) Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ. Trong trường hợp này rượu etylic được coi như một axit yếu và có những phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo thành muối alcolat. 2C2H5OH +2M = 2C2H5OM + H2 ­ (Alcolat kiềm) C2H5OH + Na = C2H5ONa + 0.5 H2 ­ (Natri Alcolat) Tác dụng với NH3: Ở nhiệt độ 2500C và có xúc tác rượu etylic tác dụng với NH3 tạo thành amin. C2H5OH + NH3 = CH3CH2NH3 + H2O (etyl amin). Tác dụng với axit Rượu etylic tác dụng với axit tạo thành este. Tùy theo từng loại axit khác nhau tạo thành este khác nhau, trong trường hợp này rượu đóng vai trò kiềm yếu. - Đối với axit hữu cơ tạo thành este thơm. C2H5OH + CH3COOH = C2H5COOCH3 + H2O (Etyl axetal) - Đối với axit vô cơ tạo thành este (muối) phức tạp. C2H5OH + HNO3 = C2H5NO3 + H2O (etyl Nitrat). e) Rượu etylic và oxit sắt tạo thành aldehyt axetic. Phản ứng xảy ra như sau: 2FeO + O2 + C2H5OH = Fe2O3 + CH3CHO + H2O Fe2O3 + C2H5OH = FeO + CH3CHO + H2O Do vậy lượng rượu bị giảm đi rõ rệt nếu chưng cất, tinh chế hoặc bảo quản rượu bằng thiết bị chế tạo bằng sắt. 2.1.2.3. Tính chất sinh học. Rượu etylic có tính chất sát trùng mạnh vì rượu hút nước sinh lý của các tế bào làm khô chất albumin. Cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ rượu, nhưng tác dụng sát trùng mạnh nhất của rượu là dunh dịch có nồng độ 70%. Vì nồng độ này rượu khả năng thấm qua màng tế bào lớn hơn so với rượu cao độ. Đối với nhiều loại nấm men, và nấm mốc thì nồng độ rượu từ 5÷10% V đã có tác dụng ức chế sự phát triển và làm yếu sự hoạt động của nấm men, nấm mốc. Ngược lại, dưới tác dụng của các vi khuẩn Mycoderma axeeti, Micrococcus axeeti, Bactenum axeeti, dung dịch rượu ≤ 15% V sẽ bị lên men giấm. Rượu etylic nguyên chất có tác dụng kích thích tế bào da, nhất là đối với bộ phận niêm mạc, có tác dụng rõ rệt đến hô hấp và tuần hoàn, hệ thần kinh và bộ máy tiêu hóa. Sự kích thích gây mê, hưng phấn thần kinh gọi là hiện tượng say rượu, ngược lại người ta có thể dùng rượu để kích thích hồi tỉnh người bị ngất đột ngột. 2.2. Quy trình công nghệ sản xuất Sơ đồ khối dây chuyền sản xuất Sắn Hòa bột Cồn thực phẩm Nấu Đường hóa Lên men Chưng cất, tinh chế Nghiền Cồn công nghiệp Dầu fusel 2.2.1. Nghiền nguyên liệu. 2.2.1.1. Mục đích. Nghiền làm phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, 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. Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu đường hóa, tiết kiệm hơi, nâng cao hiệu suất thu hồi rượu. 2.2.1.2. Các phương pháp nghiền. Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau máy nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc… Với nguyên liệu sản xuất là sắn khô thái lát em lựa chọn loại máy nghiền búa. 2.2.1.3. Yêu cầu bột sắn sau khi nghiền. - Bột nghiền càng mịn càng tốt, kích thước bột đồng đều, tối thiểu phải có 60% bột mịn lọt qua rây có đường kính 1mm và ≤ 10% nằm trên rây có đường kính 2mm. - Hàm lượng tinh bột ≥ 63% - Độ ẩm: ≤ 14% - Đạt chỉ tiêu chất lượng cảm quan: Không có lẫn tạp chất, không mối mọt, bột màu trắng, mịn, mùi thơm đặc trưng của sắn. 2.2.2. Hòa bột. 2.2.2.1. Mục đích. Hoà bột nhằm hoà tan bột trong nước giúp cho quá trình nấu được nhanh, không bị vón cục, vón hòn. Chuyển dịch khi nấu xuống đường hoá không bị tắc vì các phế liệu được lắng xuống đáy khi hoà bột như sạn, cặn bẩn. 2.2.2.2. Tiến hành. - Bơm đủ lượng nước ấm 400C vào thùng hòa bột với tỉ lệ nước: bột là 4:1. - Bật cánh khuấy và tiến hành xả bột xuống thùng để tránh vón cục. - Bơm thêm dịch giấm chín của mẻ trước để điều chỉnh pH = 5 ÷6. - Thời gian mỗi mẻ hòa bột thường 15÷30 phút. 2.2.3. Công đoạn nấu. 2.2.3.1. Mục đích. Hạt tinh bột do có màng tế bào bảo vệ, khi nghiền chỉ phá vỡ được một phần các màng đó, phần còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc giữa enzyme và tinh bột khi đường hóa. Hơn nữa, ở trạng thái không hòa tan enzyme amylaza tác dụng lên tinh bột rất kém. Do vậy, để đường hóa tinh bột dễ dàng cần tiến hành nấu nguyên liệu để chuyển tinh bột sang trạng thái hòa tan. 2.2.3.2. Các phương pháp nấu. a. 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 acids thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm chóng ăn mòn thiết bị. - Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn (thời gian giữa các mẻ). 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). - Nấu sơ bộ và nấu chín là gián đoạn, còn nấu chín thêm là liên tục. - Áp suất và thời gian ít hơn nấu gián đoạn. Ưu điểm - 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 % 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. Nấu liên tục Đặc điểm - Quá trình nấu chia ra làm 3 giai đoạn: nấu sơ bộ nấu chín và nấu chín thêm và cuối cùng là thiết bị tách hơ1. - Thiết bị nấu chín là trao đổi nhiệt ngược chiều đi từ dưới lên, cháo nhiệt đi từ trên xuống cho nên hiệu quả trao đổi nhiệt rất cao và thời gian dịch cháo ở nhiệt độ cao được rút ngắn. - 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 cao được rút ngắn nên giảm tổn thất đường nâng cao năng suất cồn lên 10÷12 lít cồn / 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. - 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 > 40 %. - Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao. - Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định. Nấu có sử dụng enzyme Đặc điểm. - Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100oC. - Sử dụng enzyme a - Amylase chịu nhiệt. Enzyme này thu nhận từ vi khuẩn B.Licherifocmic có pH khoảng 5÷6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có thể 90÷93oC. - 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 dextrim). Nhược điểm - Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1 mm. - Không cơ khí và tự động hóa được. 2.2.3.3. Chọn phương pháp nấu. Dựa vào sự phân tích những ưu nhược điểm của các phương pháp nấu ở trên em nhận thấy phương pháp nấu có sử dụng enzym có nhiều ưu điểm và có tính khả thi, hiện nay đã được áp dụng ở hầu hết các cơ sở sản xuất nước ta. Cách tiến hành. - Kiểm tra các đường ống dẫn hơi và hệ thống cung cấp hơi. - Nồi cần được vệ sinh bằng cách xông hơi trực tiếp 95÷1000C trong 15÷20 phút. - Chuẩn bị lượng enzyme Termamyl 120L, khoảng 0.02÷0.03 % so với khối lượng tinh bột. - Bật cánh khuấy. Lượng Termamyl chia làm 4 phần, lần lượt cho vào nồi nấu như sau Lần 1: Khi bơm dịch bột chạm đến ống dẫn hơi dưới đáy nồi để tránh tắc ống dẫn hơi. Lần 2: Khi bơm dịch bột đến 1/3. Lần 3: Khi bơm dịch bột đến 2/3. Lần 4: Khi bơm đầy nồi. Cấp hơi nâng nhiệt độ lên tới 1000C, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 60 phút. Thời gian từ lúc bơm bột đến xuống thùng đường hóa là khoảng 3h. Yêu cầu dịch cháo sau khi nấu. Dịch cháo sau khi nấu phải chín đều, cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm hoặc cánh gián, không vón cục, không cháy khét, không đặc hoặc quá loãng. Các phương pháp đánh giá dịch cháo. Phương pháp cảm quan: Dựa vào kinh nghiệm của người công nhân để nhận biết mùi thơm, màu sắc của dịch cháo sau khi nấu để biết được độ chín của dịch cháo. - Phương pháp hóa lý: Lọc dịch nấu qua giấy lọc (giấy bản), sau đó quan sát tốc độ lọc 80÷100 giọt/ phút được coi là đạt được yêu cầu. 2.2.4. Công đoạn đường hóa. 2.2.4.1. Mục đích. Sau khi nấu, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng chưa thể lên men trực tiếp được mà phải có quá trình thủy phân chuyển hóa tinh bột thành đường, gọi là quá trình đường hóa. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn, quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột sót sau khi lên men. 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. 2.2.4.2. 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. 2.2.4.3. Các phương pháp đường hóa. Đường hóa gián đoạn. Đặc điểm. - Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong 1 nồi duy nhất. Ưu điểm. - Thiết bị đơn giản dễ chế tạo. - Dễ thao tác, vận hành, sửa chữa. - Hoạt độ enzyme ít bị mất do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao. Nhược điểm. - Không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch bột ở 700C. - Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao) và thời gian dài. - Khó cơ khí và tự động hóa. - Năng suất thấp. - Chất lượng dịch đường không ổn định. - Dễ bị nhiễm trùng hơn so với phương pháp liên tục. Đường hóa liên tục. Đặc điểm. Quá trình đường hóa được thực hiện 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.. Ưu điểm. - Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị. - Dịch cháo ít bị lão hóa vì dịch cháo được làm lạnh tức thời. - Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn. - Dễ cơ khí và tự động hóa, cho phép tăng năng suất lao động. - Năng lượng sử dụng giảm do thời gian đường hóa giảm. - Tiết kiệm được diện tích nhà xưởng. - Giảm được khả năng nhiễm trùng do dịch đường hóa đi trong hệ thống kín - Chất lượng dịch đường ổn định. - Khi kết hợp việc làm lạnh bằng chân không phương pháp này cho phép nấu cháo ở nồng độ loãng hơn do đó giảm được tổn thất đường khi nấu. Nhược điểm. - Thiết bị phức tạp. - Yêu cầu về điện, nước đầy đủ và ổn định. - Yêu cầu cao về kỹ thuật vận hành thiết bị. - Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể. 2.2.4.4. Chọn phương pháp đường hóa. Trong các phương pháp trên, đường hóa liên tục có nhiều ưu điểm, tuy nhiên với công suất không lớn lắm, và điều kiện kinh tế kỹ thuật của nước ta không cao nên việc thiết kế một dây chuyền liên tục và tự động hóa hoàn toàn là việc không có tính khả thi cao, vì thế em lựa chọn phương pháp đường hóa gián đoạn. Mặt khác, trong công đoạn nấu đã lựa chọn phương pháp sử dụng enzym nên đã khắc phục một số nhược điểm của nấu gián đoạn. Đây là phương pháp đã được nghiên cứu và được áp dụng ở hầu hết các nhà máy ở nước ta. Cách tiến hành. - Trước tiên cần vệ sinh thùng bằng cách xông hơi trực tiếp vào thùng trong 15÷20 phút. Bơm xả dịch cháo xuống nồi, thời gian thường 15÷20 phút. Khi nhiệt độ đạt 550C cho 100 % lượng enzyme vào và thuốc sát trùng thường dùng là Na2SiF6 giữ trong 30 ÷ 60 phút khi nào mẫu kiểm tra được thì dừng. Làm lạnh dịch đường tới nhiệt độ lên men 28÷300C. Enzyme sử dụng là DGA hoặc AMG. Yêu cầu của dịch đường hóa. - Nồng độ đường khử khoảng 3 % (≥ 30 g/ l). - Nồng độ chất khô: 130÷150 g/l - pH khoảng 4.8÷5.2. - Độ chua dịch đường 0.8÷1.2 g H2SO4/lít. Phương pháp kiểm tra dịch đường. Xác định nồng độ chất khô: Dùng brome kế hoặc đường kế. Xác định nồng độ đường lên men: Dùng phương pháp chuẩn độ với dung dịch K3Fe(CN)6 và NaOH đun sôi với chất chỉ thị là xanhmetylen (dung dịch biến từ màu nâu đỏ sang màu vàng). Xác định pH. 2.2.5. Công đoạn lên men. 2.2.5.1. Mục đích. Nhờ tác dụng của nấm men, đường lên men sẽ biến thành rượu, khí CO2, và một số sản phẩm phụ. Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu, nước và bã gọi là giấm chín hay cơm hèm. 2.2.5.2. Các phương pháp lên men. 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. - Thiết bị đơn giản dễ chế tạo. - Dễ vận hành, thao tác cho người công nhân. - Dễ vệ sinh, sửa chữa. - Khi bị nhiễm tạp thì dễ xử lý. Nhược điểm. - Năng suất thấp tính cho 1m3 thiết bị. - Hiệu suất lên men thấp. - Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác. Lên men liên tục. Đặc điểm: 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. c. Lên men bán liên tục (còn gọi là lên men theo kiểu pha dần). Đặc điểm. 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. - Giai đoạn lên men đầu hầu như không có, do đó tăng nhanh được quá trình lên men, rút ngắn được thời gian lên men so với lên men gián đoạn 20%. - Hệ số sử dụng thiết bị được nâng cao do lên men liên tục trong giai đoạn chính. - 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 để nước không đọng lại sau mỗi lần vệ sinh. 2.2.5.3. Chọn phương pháp lên men. Dựa vào sự phân tích các ưu nhược điểm của các phương pháp, em lựa chọn phương pháp gián đoạn vì nó có nhiều ưu điểm phù hợp năng suất thiết kế và với trình độ công nghệ nước ta. a. Cách tiến hành. Vì em lựa chọn sử dụng men khô để lên men nên có bước hoạt hóa men khô trước khi lên men. Bước 1: Hoạt hóa men khô: Lấy dịch đường hóa ở nhiệt độ 600C vào thùng hoạt hóa men khô. Làm nguội đến 300C, bổ sung Ure với hàm lượng 0.5 g/l, khuấy đều rồi cho toàn bộ men khô ứng với một thùng vào, khuấy đều và để cho nấm men phát triển khoảng 3÷5 giờ nữa, cứ 1 giờ cho cánh khuấy hoạt động 2÷3 phút. Với phương pháp lên men có sử dụng men khô giúp rút ngắn thời gian (không phải trải qua gian đoạn nuôi cấy nấm men), hơn nữa lượng men giống khá lớn nên có thể đánh bại các vi sinh vật bất lợi khác dễ dàng hơn, vì thế giảm khả năng nhiễm tạp. Bước 2: Lên men dịch đường. Trước khi lên men cần kiểm tra hệ thống thiết bị, tiến hành rửa vệ sinh, sát trùng thùng lên men sạch sẽ bằng hơi nóng cùng vói hơi phocmon trong vòng 45÷60 phút. Sau đó làm lạnh thùng đến 30 ÷320C thì bơm dịch đường vào theo trình tự sau: Đầu tiên cho 25 % dịch đường hóa vào thùng (dịch đường hóa của nồi đường hóa thứ nhất của mỗi ca), sau đó cho toàn bộ men giống của một thùng lên men vào với thể tích 10% thể tích dịch lên men. Sau 1.5 giờ cho tiếp 25% dịch đường (dịch đường của nồi đường hóa thứ hai) vào thùng để nấm men phát triển tiếp. Sau 1.5 giờ tiếp theo cho 25% ( dịch đường hóa của nồi thứ ba) vào thùng lên men. Sau 1.5 giờ cho nốt 25% (dịch đường vủa nồi đường hóa thứ 4) vào thùng lên men. Trong quá trình lên men phải khống chế nhiệt độ 30÷320C bằng cách bơm nước lạnh bên ngoài thùng lên men (mùa đông) hoặc bơm ra thiết bị làm lạnh ngoài rồi lại bơm tuần hoàn trở lại. Trong thời gian lên men, kiểm tra thấy thùng lên men nào mà nấm men phát triển tốt, ít lẫn tạp khuẩn thì ta san bớt dịch đang lên men và dùng làm men giống cho thùng sau, tiếp đó lại thêm đầy dịch đường vào cả hai thùng trên rồi dể lên men tiếp. Trong quá trình lên men phải kiểm tra thường xuyên các chỉ tiêu chất lượng chất lượng sau: Độ Bx, độ axit, và kiểm tra vi sinh vật để theo dõi và kịp thời xử lý. Thời gian lên men khoảng 72 giờ. b.Chỉ tiêu và thông số của quá trình lên men. Nồng độ chất khô biểu kiến về 0 thường sau 50 h là lên men bình thường. Quá trình lên men kết thúc khi nồng độ chất khô biểu kiến không tăng hoặc chỉ giảm 0.1÷0.2 %. Độ chua dịch lên men tăng khoảng 0.2o÷0.3o chua là bình thường. Nồng độ rượu trong giấm chín khoảng 9÷11 %. 2.2.6. Công đoạn chưng luyện và tinh chế. 2.2.6.1. Mục đích. Chưng luyện chia làm hai công đoạn nhỏ là chưng cất và tinh chế. Chưng cất: Là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín và cuối cùng nhận được cồn thô. 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. 2.2.6.2. Các phương pháp chưng luyện. a. Chưng luyện gián đoạn. Ưu điểm. Đơn giản, dễ thao tác. Tốn ít thiết bị. Nhược điểm: - Hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều. - Tốn hơi do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn thô. - Thời gian cất kéo dài. b. Phương pháp chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục). Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạn nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao. c. Phương pháp chưng luyện liên tục. Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm trên của chưng cất gián đoạn và bảo đảm hiệu quả kinh tế cao hơn. Chưng luyện liên tục có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Trên các sơ đồ người ta lại chia thành chưng luyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp vừa trực tiếp). Sơ đồ hai tháp gián tiếp 1 dòng. Hệ thống này tuy có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao, hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải lấy tăng lượng cồn đầu. Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp. Hệ thống cho phép nhận 70÷80% cồn loại I theo tiêu chuẩn TCVN 71, 30÷20 % cồn loại II, 3÷5% cồn đầu. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định, nhưng tốn hơi. Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơi nhưng đòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác. Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và một tháp fusel. Hệ thống này khác với các hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn (khoảng 10%) rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel. Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách dầu fusel triệt để hơn nhưng có nhược điểm là có tổn thất rượu etylic trong dầu. Sơ đồ chưng luyện bốn tháp (thêm một tháp làm sạch). Cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm lạnh mà được đưa vào tháp làm sạch để tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao. Ngoài ra ở một số nước người ta thiết kế hệ thống chưng luyện gồm 5 hoặc 6 tháp. Hệ thống có ưu điểm là tách được nhiều tạp chất và nhận được cồn có chất lượng cao và ổn định hơn. Tuy nhiên, sơ đồ nhiều thấp gây nhiều tốn kém: Tốn vật liệu chế tạo thiết bị, tốn hơi, tổn thất rượu nhiều. 2.2.6.3. Chọn phương pháp chưng luyện. Nhờ phát triển khoa học kỹ thuật và qua thực tiễn người ta nhận thấy rằng, trong điều kiện sản suất cồn từ nguyên liệu tinh bột, hệ thống ba tháp cho phép nhận cồn có chất lượng cao. Để ổn định chất lượng chỉ cần thêm 1 tháp làm sạch khi phải sử dụng nguyên liệu chất lượng không tốt. Vì vậy trong đồ án em chọn hệ thống chưng cất 3 tháp làm việc gián đoạn. 2.2.6.3.1. Tiến hành. Giấm chín được bơm lên thùng cao vị 10, sau đó tự chảy vào bình hâm giấm 11. Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70÷800 C rồi chảy qua bình tách CO2 12 rồi vào tháp thô 13. Khí CO2 và hơi rượu bay lên được ngưng tụ ở bình ngưng tụ hồi lưu 15, rồi sang tháp aldehyt 16. Tháp thô được đun nóng bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện,sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở bình hâm giấm 11 rồi qua 15, một phần được hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất. Ở dưới đáy tháp thô nồng độ cồn trong giấm chỉ còn khoảng 0.015÷0.030 % V được thải ra ngoài nhờ bơm 7 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 (lớn hơn khoảng 10÷15 lần so với thể lỏng). Nhiệt độ đáy tháp thô là 103÷1050 C, nhiệt độ đỉnh tháp phụ thuộc nồng độ cồn trong giấm và thường khoảng 93÷970C. Phần lớn rượu thô (90÷95 % ) từ tháp thô 13 liên tục đi vào tháp aldehyt 16. Tháp này cũng dùng hơi trực tiếp, hơi rượu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 95%, chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3÷5% gọi là cồn đầu, được làm lạnh ở thùng làm mát 23 rồi đưa về thùng chứa cồn công nghiệp 24, sau mỗi ngày sản xuất đưa về kho, trở thành sản phẩm phục vụ các ngành kinh tế khác. Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt liên tục đi vào tháp tinh 19 với nồng độ 35÷45%. Tháp tinh chế 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 và rồi một phần hồi lưu lại tháp tinh 19, một phần hồi lưu lại tháp aldehyt (1.5 ¸ 2%). Nhiệt độ đáy tháp aldehyt 16 duy trì ở 80÷850C, nhiệt độ đỉnh tháp ở 78÷790C. Bằng cách điều chỉnh nước làm lạnh ta lấy 1.5÷2 % cồn đầu rồi cho hồi lưu lưu về đỉnh tháp aldehyt 16. Cồn tinh sau khi được lấy ra dưới dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3÷6 đĩa của tháp tinh 19 thì được làm lạnh ở 26 rồi đưa về thùng chứa cồn thực phẩm 27, sau mỗi ca vận chuyển về kho thành phẩm. Nhiệt độ của đáy tháp tinh luôn đảm bảo 103÷1050C, nhiệt độ đỉnh tháp vào khoảng 78.3 ÷78.50 C. Dầu fusel lấy ở dạng hơi, được làm lạnh rồi đưa về thùng chứa dầu 23, cuối mỗi ca sản xuất được vận chuyển về kho chứa. Nguyên tắc chung khi vận hành hệ thống tháp chưng cất. Phải kiểm tra các đường ống, các van và các thiết bị hoạt động bình thường. Mở nước vào bình ngưng tụ trước khi cho dung dịch rượu-nước vào tháp. Trong quá trình vận hành hệ thống tháp phải theo dõi nghiêm ngặt các thông số kỹ thuật để kịp thời điều chỉnh. Cồn sản phẩm phải được thường xuyên kiểm tra các thông số chất lượng: nồng độ cồn, chỉ số axit, chỉ số este, hàm lượng aldehyt, thời gian oxy hóa để kịp thời có sự điều chỉnh, đảm bảo chất lượng cồn sản phẩm. Bảng2.1: Thông số cần đảm bảo ở các tháp. Tháp thô Tháp aldehyt Tháp tinh Đỉnh tháp 93÷970 C 78÷78.30 C 78÷78.30 C Đáy tháp 103÷1050 C 85÷880 C 103÷1050C CHƯƠNG III - TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM 3.1. Tính hiệu suất lý thuyết. Phương trình phản ứng tạo rượu từ tinh bột + n → n (1) 180.1 → 2 +2 (2) 180.2 92.1 88 - Từ pt (2) ta có Cứ 180.1 kg glucoza tạo ra 92.1 kg cồn khan Vậy cứ 100 kg glucoza tạo ra X kg cồn khan X = = 51.14 kg Mặt khác, theo pt (1) ta xác định được hệ số chuyển tinh bộ thành đường là k= = 1.11 Vậy từ 100 kg tinh bột sẽ tạo ra Y kg cồn khan. Y = X×k = 51.142×1.11 = 56.76 kg. Tương đương với số lít cồn khan là = 71.91 lít. 3.2.Tính hiệu suất thực tế Hiệu suất thực tế luôn nhỏ hơn hiệu suất lý thuyết vì có tổn thất trong các công đoạn sản xuất. Trong sản xuất cồn có các dạng tổn thất sau: Tổn thất 1: do nghiền, vận chuyển nội bộ: 0.2%÷0.3%. Tổn thất 2: do nấu, đường hóa và lên men giấm: 6%÷12%. (tinh bột sót, đường sót, nấm men sử dụng). Tổn thất 3: không xác định, đổ ra ngoài, đọng lại ở thiết bị, đường ống và bay theo từ 1%÷2% Tổn thất 4: do chưng cất, do bay hơi, cồn còn lại trong bã rượu, nước thải: 5%÷10% Tổn thất 5: do nhiễm khuẩn làm tăng độ chua so với bình thường: 1% (tổn thất này nằm trong tổn thất do lên men). Trong đồ án của mình em lựa chọn các tổn thất như sau: Bảng 3.1: Tổn thất trong quá trình sản xuất. Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ 0.2% Tổn thất do nấu 0.8% Tổn thất do đường hóa 2 % Tổn thất do lên men 6 % Tổn thất do chưng cất 5% Tổn thất không xác định 1 % Tổng tổn thất 15 % Do vậy hiệu suất thu hồi rượu thực tế là 100 - 15 = 85 %. Có nghĩa là trong sản xuất thì cứ 100 kg tinh bột thu được lượng rượu khan là: R= lít. 3.3. Tính cân bằng cho nguyên liệu. Lượng tinh bột cần thiết để sản xuất ra 20000 lít cồn khan được xác định như sau: Theo tính toán ở trên ta biết: Cứ 100 kg tinh bột tạo ra 61.12 lít cồn khan. Vậy mtb kg tinh bột tạo ra 20000 lít cồn khan. mtb = kg Mà biết rằng hàm lượng tinh bột trong sắn dùng để sản xuất là: 63 %, từ đó ta tính được lượng bột cần cung cấp để tạo ra 20000 lít / ngày. mbột sắn = kg Độ ẩm của bột sắn chọn là: 14% Lượng nước có trong lượng bột sắn trên là: mnước = kg Lượng chất khô có trong lượng bột sắn đó là: mchất khô = kg Lượng chất khô không phải là tinh bột là: m’ck = mchất khô – mtinh bột = kg 3.4. Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn nấu và công đoạn đường hóa. 3.4.1. Tính lượng dịch cháo sau khi nấu. Ta giả sử rằng lượng nước đưa vào nồi nấu gấp 4 lần lượng bột sắn. mnước = 4× mbột sắn = 4×= 207761.96 kg do vậy tổng lượng dịch bột trong nồi là: mdịch bột = mnước + mbột sắn = 207761.96 + 51940.49 = 259702.45 kg Nhưng trong quá trình nấu khi nhiệt độ tăng từ nhiệt độ dịch bột lên đến nhiệt độ 1000C thì sẽ có một lượng nước ngưng hòa vào dịch bột, lượng nước ngưng đó được tính theo công thức sau: nngưng = Trong đó: C= 0.9 kcal/kgđộ: Nhiệt dung riêng của dịch bột. i = 560 kcal/kg: Nhiệt hàm của hơi nước ở 1000C, áp suất thường. t2 = 1000C: Nhiệt độ sôi của dịch bột. t1 = 250C: Nhiệt độ ban đầu của dịch bột. → nngưng = kg. Vậy tổng lượng dịch cháo sau khi nấu là: mdịch cháo = mdịch bột + nngưng = 259702.45 + 25042.74 = 284745.19 kg. Tỷ trọng dịch cháo là d = 1.05489 (kg/l). Nên thể tích dịch cháo là: Vdịch cháo= lít. 3.4.2. Tính lượng dịch đường hóa (lượng chất khô hòa tan). Sau khi nấu lượng tinh bột bị hao hụt đi do có tổn thất, bao gồm: Tổn thất do nghiền, vận chuyển nội bộ: 0.2 % (tính theo tổng lượng tinh bột). Tổn thất do công đoạn nấu: 0.4 % . → Lượng tinh bột mất mát sau nấu là: m tổn thất = kg. → Lượng tinh bột hòa tan sau khi nấu là: mtbt =32722.51 – 327.22 = 32395.29 kg. Mặt khác, sau khi nấu có một lượng chất khô không phải là tinh bột sẽ hòa tan vào dịch nấu, chiếm 20 % so với lượng chất khô không phải tinh bột. → Lượng chất khô không phải tinh bột hòa tan vào trong dịch bột là: mkht’ = = kg. Giả sử sau khi nấu và đường hóa có khoảng 60 % tinh bột đã hòa tan chuyển hóa thành đường glucoza, với hệ số chuyển hóa từ tinh bột thành glucoza là k = 1.11. Và 40 % chuyển hóa thành dextrim, với hệ số chuyển hóa từ tinh bột thành dextrim là k’ = 1.056. → Lượng glucoza tạo thành là: mglucoza = mtbt× = 32395.29×= 21575.26 kg. → Lượng dextrim tạo thành là: kg. → Tổng lượng đường tạo thành. kg → Tổng lượng chất khô hòa tan trong dịch cháo: kg. → Lượng dịch chứa chất hòa tan: m’’ lượng chất khô không phải là tinh bột không tan. Từ đó ta xác định định được các nồng độ: Nồng độ dịch đường hóa: Nồng độ đường: Độ thuần khiết của dung dịch: 3.4.3. Tính lượng chế phẩm. 3.4.3.1. Lượng Termamyl. Theo thực tế ta có: Cứ 1000kg tinh bột cần sử dụng 250ml Termamyl. Vậy kg tinh bột cần sử dụng Termamyl. = ml lít. 3.4.3.2. Lượng Sansuper. Theo thực tế ta có: Cứ 1000 kg tinh bột cần sử dụng 1000ml Sansuper . Vậy kg tinh bột cần sử dụng ml Sansuper. ml = 32.72 lít. 3.4.3.3. Tính lượng chất sát trùng Na2SiF6 Trong quá trình đường sử dụng chất sát trùng với tỷ lệ 20/000 so lượng dịch. Vậy lượng chất sát trùng là: kg. 3.4.3.4. Tính lượng men khô. Lượng men khô cần thiết cho lên men bằng 0.1% so với khối lượng tinh bột. mmen =×0.1% =32.72 kg. 3.5. Tính cân bằng cho công đoạn lên men. Với lượng men giống là 10% nhưng lấy từ dịch đường hóa ra nên thể tích của dịch lên men không đổi và bằng thể tích dịch sau đường hóa. Lượng dịch sau khi đường hóa là: kg. Với khối lượng riêng của dung dịch đường là d = 1,087kg/l do đó ta có thể tính lượng dịch đường là: lít. 3.5.1. Lượng cồn khan thu được sau khi lên men. Theo lý thuyết lượng cồn khan tạo ra được sau lên men là: lít. Nhưng do có tổn thất từ đầu cho đến sau lên men nên lượng cồn thực tế thu được là: Tổn thất do nguyên liệu: 0.2 %. Tổn thất do nấu, đường hóa, lên men: 8.8 %. Tổn thất không xác định: 1%. → Tổng tổn thất sau lên men: 10 %. → Lượng tinh bột tổn thất: kg. Quy ra lượng cồn khan là: lít. Lượng cồn thực tế trong giấm chin sau khi lên men là: lít. Hay tương đương với ×0.78927 = 16714.91kg. 3.5.2. Tính độ cồn trong giấm chín sau lên men. Tính lượng CO2 tạo ra theo phương trình (2) ta có: Cứ 92,1kg cồn tạo ra thì cũng sinh ra 88kg CO2 Vậy cứ 16714.91 kg cồn tạo ra thì sinh ra kg CO2 → kg. Vậy lượng giấm chín còn lại là : kg. Tỷ trọng giấm chín là d = 1,05kg/l. Vậy thể tích của giấm chín là: lít. Độ cồn trong giấm chín là: % cồn (v/v) = V 3.5.3. Tính lượng urê cần bổ sung. Lượng urê (NH2)2CO bổ sung cho nấm men là 0,5g/l theo thể tích dịch lên men. Vì vậy lượng urê cần bổ sung là: murê = 0.5×= 126475.04 g =126.47 kg 3.6. Tính cân bằng cho công đoạn chưng cất. Tổn thất của quá trình chưng cất tính theo % tinh bột là: 5% . Vậy lượng tinh bột tổn thất là : 1kg. Qui ra cồn khan là: ×0.7191 = 1176.53 lít. Hay tương đương: 1176.53× 0.78927 = 928.60 kg. → Vậy lượng cồn thu được sau tinh luyện là: mcồn =16714.91 – 928.60 = 15786.31 kg. Hay tương đương: lít. 3.7. Tính cân bằng cho hệ thống chưng luyện. Tính cân bằng cho hệ thống chưng luyện theo sơ đồ chưng luyện tháp 3 ta giả sử các ký hiệu sau: P0: Lượng hơi đi vào tháp thô (kg). Pt: Lượng hơi đi vào tháp tinh (kg). Pa: Lượng hơi đi vào thấp andehyt (kg). G1: Lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô, ngưng tụ đi vào tháp andehyt (kg). B: Lượng bã rượu ra khỏi tháp thô (kg). E: Lượng hỗn hợp nước ở đáy tháp andehyt đi vào tháp tinh chế (kg). A: Lượng cồn đầu (kg). Fa: Lượng hơi bay ra khỏi tháp andehyt (kg). D: Lượng sản phẩm đỉnh tháp tinh (kg). W: Lượng nước thải đáy tháp tinh (kg). R: Lượng bã rượu không chứa nước ngưng (kg). M: Lượng giấm chín (kg). Ft: Lượng hơi rượu ra khỏi tháp tinh (kg). 3.7.1. Tính cân bằng cho tháp thô. 3.7.1.1. Cân bằng vật chất (tính theo 100 kg giấm chín). Theo sơ đồ chưng luyện ta có: Lượng vào tháp: Lượng giấm chín đi vào tháp thô: M. Lượng hơi đi vào tháp thô: P0. Ra khỏi tháp: Sản phẩm đỉnh ra tháp: G1 Lượng bã thải: B Do đó ta có phương trình cân bằng vật chất. M + P0 = G1 + B. Vì tính cho 100kg giấm do đó M = 100kg. 100+ P0 = G1 +B. Mặt khác ta có: B = P0 + R. 100 + P0 = G1 + P0 + R. → R = 100 - G1. 3.7.1.2. Cân bằng hơi rượu. Tổn thất chưng luyện là 5 % ta phân bố như sau: Tháp thô: 2.3%. Tháp tinh: 2.2%. Tháp Andehyt: 0.5%. Ta có phương trình cân bằng: Mx1=G1y1 Trong đó: - G1 = 100. - x1: Nồng độ rượu trong pha lỏng trên đĩa tiếp liệu % KL. - y1: Nồng độ rượu trong pha hơi trên đĩa tiếp liệu % KL. Để tính x1, y1 ta tính lượng nhiệt cần thiết để đun nóng giấm từ 700C đến nhiệt độ sôi: Q = M.C.(t2-t1) Kcalo. Trong đó : - M = 100kg: Lượng giấm chín vào trong tháp. - C = 0.95Kcal/kgđộ: Nhiệt dung riêng của giấm chín. - t2: Nhiệt độ bay hơi của giấm chín trên đĩa tiếp liệu. Với nồng độ giấm chín đi vào tháp thô là 8.6 % V, tra bảng IV: Quan hệ giữa nồng độ rượu và nhiệt độ sôi, của cuốn Công nghệ sản xuất và kiểm tra cồn etylic NXBKHKT – 2000 và dùng công thức nội suy tính ra % kl của giấm chín là 6.79%KL. Do vậy nhiệt độ sôi của giấm chín là t2 = 92.16 0C. - t1= 70 0C: Nhiệt độ giấm chín ở bình hâm giấm. → Q = Kcal. Với Q = 2105.20 Kcal và đường nồng độ 6.8 % kl tra biểu đồ ta được: x1 = 8.39 % KL. y1 = 48.55% KL. Thay vào phương trình (1) ta được: G1 = kg. Trong thực tế lượng hơi thường cấp dư, ta lấy hệ số là 1.05 để tính lượng hơi rượu trong pha hơi. Vậy lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô là: G1 = kg. Nồng độ cồn trong pha hơi ở đỉnh tháp thô là. KL. Vậy lượng bã không chứa nước ngưng là: R = 100 – 18.14 = 81.86 kg. 3.7.1.3. Cân bằng nhiệt lượng. Theo sơ đồ ta có nhiệt vào tháp gồm: Nhiệt do giấm chín mang vào: Q1 = 100.Cgitgi. Nhiệt do hơi đốt mang vào: Q2 = P0.i. Nhiệt đi ra gồm: - Nhiệt do hơi mang ra: Q3 = G1.i1. - Nhiệt do bã mang ra Q4 = (P0 + R). Cbtb. - Nhiệt tổn thất Q5 = 500Kcal/100kg giấm. Trong đó: - Cgi: Tỷ nhiệt giấm chín Cgi = 0.95 Kcal/kgđộ. - tgi: Nhiệt độ giấm chín trước khi vào tháp tgi = 70 0C. - Cb: Tỷ nhiệt bã rượu khi ra khỏi tháp Cb = 1 Kcal/kg.0C. - i: Nhiệt hàm của hơi ở 1.5atm i =642Kcal/kg. - i1: Nhiệt hàm của hơi rượu ở nồng độ 37.49 % KL tra bảng phụ lục VI dùng công thức nội suy ta có i1 = 508.72 Kcal/kg. Từ đó ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: P0 + 100.Cdtd = G1.i1 + 9(P0 + R) Cbtb + 500 Thay số ta được: = 45.69 kg. 3.7.2. Tính cân bằng cho tháp aldehyt. 3.7.2.1. Cân bằng hơi. Theo thực tế tiêu hao cho tháp Ađehit vào khoảng 0.4÷1.5 kg hơi/kg cồn khan. Đối với sơ đồ gián tiếp ta lấy 1kg/1kg. Do đó tiêu hao hơi Pa cho tháp andehyt là: Pa = kg. Giả sử lượng cồn đầu không đáng kể nên ta có phương trình cân bằng hỗn hợp rượu nước ở đáy tháp aldehyt: G1 + Pa = A + E E: Lượng rượu ra khỏi tháp. A = 0: Lượng cồn đầu. → E = G1 + Pa = 18.14 + 6.8 = 24.94 kg. Vì qua 2 tháp (tháp thô, tháp aldehyt mới đi vào tháp tinh) lượng tổn thất là 2.6 % so với lượng ban đầu. Nên nồng độ rượu đi vào tháp tinh chế là: KL. 3.7.2.2. Cân bằng vật chất. Phương trình cân bằng: Trong đó: - Lượng chất lỏng hồi lưu (kg). - Coi lượng cồn đầu bằng không (A = 0). Biết rằng: Trong đó: G1 = 18.14 kg. Pa = 6.8 kg. = 1.01Kcal/kg: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp 37.49 % KL. t1 =830C: Nhiệt độ đi vào tháp andehyt. t2 = 840C: Nhiệt độ của hỗn hợp đi ra khỏi tháp aldehyt. Kcal/kg: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp 26.54 % KL. : Ẩn nhiệt hóa hơi của chất hồi lưu ở nồng độ 26.54 % KL. i = 642 Kcal/kg: Nhiệt hàm của hơi ở 1.5atm. : Tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh. Thay số ta có: kg. Lượng cồn đầu lấy ra khỏi tháp Andehyt chọn A = 3 %. Lượng cồn thành phẩm qui từ độ rượu trong giấm chín là (tính cho 100 kg giấm chín). kg. Do đó lượng cồn đầu là: kg. Vậy chỉ số hồi lưu tháp Andehyt. lần. 3.7.3. Cân bằng cho tháp tinh. 3.7.3.1. Cân bằng vật chất. + E= W + D - Lượng nước thải ở đáy tháp: W. - W = + E - D Nếu ta xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì: M.x = D.xd. - x = 8.6 %V: Nồng độ cồn trong giấm chín. - M = 95.09 lít: Lượng giấm chín trong 100 kg giấm (tỷ trọng giấm chín là d = 1.02). - xd= 96,5%V: Nồng độ cồn sản phẩm lấy ra. - D = lít cồn 96.5% V. Quy ra cồn 100%V ta được: 8.43 lít. Tương ứng với khối lượng là: 8.43: 0.78927 = 6.66kg. Tổn thất ở khâu chưng cất là 5 %. Vậy số cồn tổn thất là: 6.66×5 % = 0.32 kg. Lượng cồn thu được trong 100 kg giấm chín là: D’ = 6.66 – 0.32 = 6.34 kg cồn khan. Quy ra cồn 96.5 % V (khối lượng riêng của cồn 96.5%, d = 0.8). kg. 3.7.3.2. Cân bằng nhiệt lượng. Phương trình cân bằng: Trong đó: - E =24.94 kg. - D = 8.74 kg. - Q’ = 600Kcal/100 kg giấm. - =1030C nhiệt độ đáy tháp. - = 1Kcal/1kgđộ: nhiệt dung riêng nước thải. - =840 C:Nhiệt độ của hỗn hợp đi vào tháp tinh. - Cc= 1.036 Kcal/kg.độ: Nhiệt dung riêng của hỗn hợp vào tháp tinh với nồng độ 24.56 %. - rt= 221 Kcal/kg: Ẩn nhiệt hơi hồi lưu ở tháp tinh. - =6: Tỷ số hồi lưu. - Ft = ×D = 6×8.74 = 52.44 kg. - i = 642 Kcal/kg. - Cd= 0,898 Kcal/kg: Nhiệt dung riêng của cồn tiêu chuẩn. - td = 78,30C: Nhiệt độ ngưng tụ của cồn. Thay số ta được: → Lượng nước thải ở tháp tinh: W= Pt + E – D = 22.9 + 24.94 – 8.74 = 39.10 kg. Lượng hơi cấp chung cho cả 3 tháp: Pc = Po+ Pa + Pt + Ps = 45.69+ 6.8 + 22.9 = 75.39. Bảng 3.2: Tổng hợp cân bằng sản phẩm. STT Nguyên liệu và bán thành phẩm Đơn vị Ngày (20000 lít) Ca 1 Bột sắn Kg 51940.49 17313.50 2 Nước Kg 207761.96 69253.99 3 Dịch bột Kg 259702.45 86567.48 4 Dịch cháo Kg 284745.19 94915.06 5 Dịch đường hóa Kg 274860.87 91620.29 6 Dịch lên men Lít 252950.08 84316.69 7 Termamyl ml 8180 2726.67 8 San supper ml 3272.25 1090.75 9 Na2SiF6 Kg 55 18.33 10 Men khô Kg 32.72 10.91 11 Lượng giấm thu được sau lên men Kg 258987.75 86329.25 STT Các đại lượng (kg) Tính cho 100 kg Giấm Ngày (20000 lít) Ca 12 Lượng hơi bốc lên từ tháp thô (G1) 18.14 46963.86 15654.62 13 Lượng hơi cấp cho tháp thô (P0) 45.69 118213.54 39404.50 14 Hỗn hợp rượu nước đáy tháp aldehyt (E) 24.94 64554.78 21518.26 15 Lượng hơi cấp cho tháp aldehyt (Pa) 6.8 17590.92 5853.64 16 Lượng hơi cấp cho tháp tinh (Pt) 22.9 56911.79 18970.6 17 Cồn sản phẩm (cồn 100% V) 6.12 15831.82 5277.275 18 Cồn sản phẩm (cồn 96.5% V) 7.65 19789.78 6596.59 19 Lượng nước thải tháp tinh (W) 39.11 101173.94 33724.55 20 Lượng hơi cho cả 3 tháp 75.39 195044.45 65014.82 CHƯƠNG IV - TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ Nhà máy sản xuất theo 3 ca, mỗi ca làm việc 8 giờ. Trong một ca tiến hành nấu 4 nồi, đường hóa 4 nồi, lên men 1 thùng. 4.1. Chọn thiết bị cho khâu chuẩn bị nguyên liệu. 4.1.1. Cân. Mỗi ca sản xuất thực hiện 4 nồi nấu, mỗi nồi cần 4328.37kg bột sắn. Lựa chọn cân nguyên liệu sắn thái lát khô, rồi mới đem ra nghiền nên sử dụng loại cân bàn có giới hạn cân 1000 kg. Cân làm nhiều lần, có màn vi tính điều chỉnh sẽ tự động cảnh báo khi số lần cân đủ lượng sắn đem nghiền cho một mẻ nấu. Các thông số của cân: Kích thước cân: Dài(1000), rộng(750), cao(1200). Mức cân max: 1000 kg (d=1kg). Mặt bàn cân thép 6mm, sơn chống gỉ. 4.1.2. Máy nghiền và thùng chứa bột nghiền. Vì nấu bằng phương pháp có sử dụng enzyme nên yêu cầu bột sắn phải có kích thước rất nhỏ d = 1 mm, nên em lựa chọn máy nghiền búa, đây là loại máy được sử dụng phổ biến ở nước ta. Mỗi ngày cần nghiền 51940.49 kg bột, chọn 2 máy làm cùng làm việc. Chọn làm việc trong 2 ca , nên tổng số giờ làm việc của máy nghiền là 16 giờ. Vậy trong 1 giờ mỗi máy cần nghiền 1621.4 kg bột sắn, do đó em lựa chọn máy nghiền có các thông số kỹ thuật sau: Năng suất: 2000 kg/h. Số vòng quay: 2750 v/phút. Búa mỏng, có chiều dày 2÷3 mm. Bột sau khi nghiền sẽ được tạm chứa tại một thùng ở phòng nghiền rồi sau đó được gầu tải vận chuyển lên một thùng chứa ở trên phòng nấu, cuối cùng được gầu tải đưa lên cao rồi tự chảy vào nồi nấu. Như vậy cần hai thùng tạm chứa bột có thể tích V = 5 m3. Kích thước thùng chứa bột là: D = 1800, H = 2000 mm. 4.1.3. Vít tải và gầu tải. Vì có hai máy nghiền mà năng suất mỗi máy là 2000 kg/h nên em lựa chọn 1 vít tải và 1 gầu tải có năng suất 2000 kg/h. 4.2. Chọn và tính toán cho nồi nấu (hòa bột trong nồi nấu). 4.2.1. Thời gian tiến hành một nồi nấu. Xông hơi vệ sinh: 15 phút. Đổ bột và nước vào thùng: 20 phút. Khuấy đều: 10 phút. Nâng nhiệt độ từ 400 lên 1000C: 60 phút. Giữ nhiệt độ ở 1000C: 60 phút. Tháo dịch cháo đi đường hóa: 10 phút. Tổng thời gian: 175 phút. Một ca làm việc cần nấu 4 nồi, mỗi nồi nấu tiến hành hết 3 giờ, do vậy chọn hai nồi để tiến hành nấu luân phiên nhau. Lượng bột cần cung cấp cho 1 nồi là 4323.7kg bột. Sau khi hòa cùng với nước thì lượng dịch bột của một nồi là: 21618.5 kg. Lượng dịch cháo sau khi nấu là: 23703.11 kg. Khối lượng riêng của dịch cháo là d = 1.085. Hệ số chứa đầy của nồi nấu là 0.8, thì thể tích thực của nồi là: Vnồi = m3. 4.2.2. Tính toán kích thước nồi. Nồi hình trụ, đáy và nắp hình nón, trên nắp có gắn động cơ cánh khuấy. Vthùng = Vtrụ + Vnón = (*) Chọn H = D: chiều cao phần trụ. D: đường kính thùng. h = 0.1 D. Thay vào (*) ta tính được D theo công thức sau: = 3.2 m. Vậy H = D = 3.2 m. h = 0.1 D = 0.13.2 = 0.32 m. Chọn h1 = 0.3 m: chiều cao của đỉnh trên nắp thùng để lắp cánh khuấy. h2 = 0.2 m: chiều cao của ống dẫn dịch. Vậy tổng chiều cao của nồi là: Hnồi= H + h + h1 + h2 = 3.2 + 0.32 + 0.3+ 0.2 = 4.02 m. Tốc độ cánh khuấy trong thời gian hòa bột là: 50 v/phút. Tốc độ cánh khuấy trong thời gian nấu là: 35÷45 v/phút. Chế độ nấu là gián đoạn có sử dụng enzyme nên nấu ở áp suất thường, nhiệt độ cao nhất là 1050C nên em lựa chọn nồi thép không rỉ dày 5 mm, có lớp bảo ôn ở ngoài bằng tôn. 4.3. Chọn và tính toán cho thiết bị khâu đường hóa. 4.3.1. Tính chu kỳ làm việc của nồi đường hóa. Xông hơi vệ sinh: 15 phút. Phóng cháo: 10 phút. Hạ nhiệt độ từ 1000C xuống 560C: 50 phút. Đường hóa: 30 phút. Hạ nhiệt độ từ 560C xuống 300C: 80 phút. Bơm dịch đi lên men: 15 phút. Tổng cộng: 200 phút. Mỗi nồi nấu thì cần một nồi đường hóa, do vậy cũng chọn 2 nồi đường hóa làm việc nối nhau. Nồi đường hóa cấu tạo thép dày 8 mm có thân hình trụ, bên trong có lắp ống xoắn ruột gà (bằng đồng) để làm nguội dịch đường, và cánh khuấy công suất 4.5 Kw/h, số vòng quay là 60 vòng/phút. 4.3.2. Tính kích thước cho nồi đường hóa. Lượng dịch đường hóa trong 1 nồi là: 24970.8 kg Với khối lượng riêng của dịch đường là: d = 1.087 kg /l 7. Hệ số chứa đầy = 0.7 (Do có thêm hệ thống ruột gà làm mát). Thể tích của nồi là: Vdh = = 32.82 m3. Dùng công thức (*) và chọn: H = 0.55 D. h = 0.2 D. Thay vào (*) ta có công thức tính D như sau: = 4.1 m. Vậy H = 0.55 D = 0.55×4.1 = 2.3 m. h = 0.2 D = 0.2×4.1 = 0.82 m. Chọn chiều cao cánh khuấy là 0.3 m và chiều cao ống tháo dịch đường là 0.2 m, vậy tổng chiều cao của nồi đường hóa là: Hdh = 2.3 + 0.82 + 0.2 + 0.3 = 3.62 m. 4.3.3. Tính toán cho hệ thống làm lạnh. Lượng nhiệt tỏa ra khi làm lạnh dịch đường từ 1000C xuống 300C được tính theo công thức: Q = Gd. Cd. (T1d - T2d) Kcal. Trong đó: Gd = 24970.8 kg: Khối lượng dịch trong nồi đường hóa. Cd = 0.86 Kcal / kg.độ: Nhiệt dung riêng của dịch đường. T1d = 950C: Nhiệt độ đầu khi từ đường hóa xuống. T2d = 300C: Nhiệt độ cuối khi sang lên men. Thay vào được Q = 24970.8×0.86×(95 - 30) = 1395867.7 Kcal. Mặt khác theo phương trình truyền nhiệt thì: Q = K.F.ÑT Kcal (**) Trong đó: - K: hệ số truyền nhiệt được xác định theo công thức thực nghiệm sau: (Kcal/m2.độ). Theo thực tế thì: W1 = 0.6 m/s: là vận tốc nước làm lạnh đi trong ống ruột gà. W2 = 0.8 m/s: là vận tốc của dịch đường đi ngoài ống ruột gà. Thay số vào tính được K: = 593 Kcal/m2.độ. - ÑT là trung bình nhiệt độ được tính theo công thức: ÑT = (***) Do thiết bị tiến hành trao đổi nhiệt ngược chiều cho nên: Ñt max = tmax (dịch) - tmax (nước) = 95 - 30 = 650C. Ñt min = tmin (dịch) - tmin (nước) = 30 - 22 = 80C. Thay số vào (***) tìm được ÑT: ÑT = = 36.750C. Từ công thức (**) ta tính được bề mặt truyền nhiệt F theo công thức: m2. Trong quá trình truyền nhiệt thì nước sẽ tạo cặn cản trở truyền nhiệt do đó diện tích truyền nhiệt phải tăng lên để bù cho lớp cặn. Ft = m2. Chọn ống ruột gà có: Đường kính trong là 50 mm. Đường kính ngoài là 56 mm. Vậy đường kính trung bình của ống là: dtb = (dng + dtr) / 2 = (56 + 50) / 2 = 53 mm. Chiều dài của ống truyền nhiệt tính theo công thức: L = 488.5 m. Để tiết kiệm không gian thiết bị và đảm bảo yêu cầu làm lạnh thì ống ruột gà được bố trí làm 3 lớp ở trong nồi đường hóa. Tính cho lớp ống ngoài cùng. Chọn lớp ngoài cùng cách vỏ nồi 0.3 m vậy đường kính vòng xoắn ngoài là: d1 = D - 2×0.3 = 4.1 - 0.6 = 3.5 m. Chọn bước tiến của ống truyền nhiệt là h = 0.112 m tính được chiều dài 1 vòng xoắn l1 = 11 m/vòng. Tính cho lớp ống thứ 2. Lớp thứ 2 cách lớp 1 là 0.3 m cho nên đường kính vòng xoắn của ống lớp 2 là: d2 = D - 2×0.6 = 4.1 - 1.2 = 2.9 m. Tương tự tính cho chiều dài 1 vòng xoắn ở lớp ống thứ 2 là: l2 = 9.1 m/vòng. Tính cho lớp ống thứ 3 tương tự. d3 = 4.1 - 2×0.9 = 2.3 m. l3 = 7.2 m/vòng. Vậy tổng chiều dài của một vòng ống là: lt = l1 +l2 +l3 = 11 + 9.1 +7.2 = 27.3 m. Số tầng ống cần bố trí là: n = tầng ống. Cánh khuấy có đường kính: 1800 mm. 4.4. Tính toán cho thùng lên men. 4.4.1. Tính chu kỳ làm việc của thùng lên men. Theo phương pháp gián đoạn nên thời gian lên men là khoảng 72 h. Vậy chu kỳ của một thùng lên men là 9 ca. Ta tính mỗi ca sản xuất gồm 4 nồi đường hóa, đổ đầy 1 thùng lên men. Vậy số thùng lên men tối thiểu cần là: nthùng = 9×1 + 1 = 10 (thùng). Thùng lên men được chế tạo từ thép inox dày 10 mm thân hình trụ và đáy, nắp hình nón, ống thu CO2, van xả khí, van cho dịch vào và cửa quan sát và thao tác. Trên thân thùng cũng có cửa vệ sinh và có van lấy mẫu, ống cắm nhiệt kế theo dõi nhiệt độ. Phía đáy thùng có ống dẫn giấm chín đi cất, ống vệ sinh và ống hơi vào để thanh trùng. 4.4.2.Tính toán thùng lên men. Thể tích dịch chứa trong 1 thùng lên men là 91553.27kg. Khối lượng riêng của dịch đường là: d = 1.087 kg / l. Hệ số đổ đầy của thùng lên men là 0.8 thay vào ta có: Vlenmen = m3. Tính theo công thức (*) và chọn: H = 1.2 D. Error! Not a valid link.h = 0.15 D. Ta có công thức tính D: 4.7 m. Vậy: H = 1.2×4.7 = 5.64 m. h = 0.15×4.7 = 0.7 m. Chọn chiều cao nắp thùng 0.3m, chiều cao ống dẫn dịch là 0.2 m thì tổng chiều cao của thùng lên men là: Hlênmen = 5.64 +0.7 + 0.3 + 0.2 = 6.84 m. 4.4.3. Tính toán cho hệ thống làm mát kiểu ống lồng ống. Lượng nhiệt cần làm mát lúc nhiều nhất. Kcal. Trong đó: G = 91553.27kg: Lượng dịch trong thùng. S = 1 %: Sự giảm nồng độ lúc lớn nhất. 146.6 kcal/kg: Nhiệt lượng tỏa ra khi lên men 1 kg đường đơn. Thay số vào có = 140928 Kcal. Lượng nước cần làm mát. Ñt = 28 - 22 = 60C. Mặt khác ta có: Q = Gn×Cn ×Ñt. Gn: Lượng nước cần để làm mát 1 thùng lên men. Cn: Nhiệt dung riêng của nước. Gn = 23488 kg. Tính diện tích thiết bị ống lồng ống. Mặt khác: Q = K× F ×Ñt Kcal. Trong quá trình lên men nhiệt độ lên men từ 300C tăng cao có thể lên đến 37÷400C trung bình là 380C và nhiệt độ nước làm mát tăng từ 220C lên 280C. Do thiết bị ống lồng ống trao đổi nhiệt ngược chiều nên ta tính theo công thức (***): Ñtmin = 30 - 22 = 80C. Ñttb = 8.960C. Hệ số truyền nhiệt K lại dược xác định theo công thức: Kcal/ m2.độ W1 = 0.5 m/s: vận tốc nước làm mát đi ngoài ống làm lạnh. W2 = 0.8 m/s: vận tốc dịch lên men đi bên trong ống làm lạnh. Thay vào ta tính được: = 575 Kcal/m2.độ. Thay vào công thức tính diện tích truyền nhiệt: F = m2. Do bám cặn hệ số truyền nhiệt giảm đi 0.85 nên bề mặt truyền nhiệt phải tăng lên để bù vào. Vậy Ft = m2. Chọn ống dẫn đồng có: Đường kính trong là dt = 200 mm. Đường kính ngoài là d = 204 mm. Đường kính trung bình của ống là: dtb = 202 mm. Ta tính được chiều dài ống truyền nhiệt theo công thức: L = m. 4.5. Tính và chọn thiết bị hoạt hóa men giống. Lượng dịch đường hoạt hóa men giống bằng 10% cho mỗi thùng lên men. Vdịch = 10%×84225.67= 8422.567 lít = 8.4 m3. Chọn hệ số chứa đầy của thùng là 0.8, vậy thể tích thực của thùng hoạt hóa là: Vt = m3. Vì một ca sản xuất đổ đầy được một thùng lên men nên cần một thùng hoạt hóa men giống, mà chu kỳ hoạt động của thùng này là 5 giờ.Vì vậy em chọn 2 thùng hoạt hóa men giống. Thùng làm bằng thép không gỉ, dày 3 mm, thân hình trụ, đáy và đỉnh hình chóp. Trên đỉnh có cửa cho dịch đường cửa vệ sinh, cửa quan sát. Đáy có bộ phận truyền động cánh khuấy, ống thoát dịch và van vệ sinh. 4.5.1. Tính kích thước thùng. Tính theo công thức (*) và chọn: H = 1.2. h = 0.15D. Ta có công thức tính D: 2.2 m. Vậy: H = 1.2×2.2= 2.64. h = 0.15×2.2= 0.33 m. Chọn chiều cao động cơ cánh khuấy = 0.3 m, chiều cao ống dẫn dịch là 0.2 m. Tổng chiều cao của thùng hoạt hóa men giống: Ht = H + h + h1 + h2 = 2.64 + 0.33 + 0.2 +0.3 =3.47 m. 4.5.2. Tính diện tích truyền nhiệt. Theo kinh nghiệm khi chế tạo và sử dụng thùng hoạt hóa men giống thì: Cứ 1m3 dịch cần 0.6 m2 diện tích truyền nhiệt (làm mát). 8.4 m3 dịch cần 0.6×8.4 = 5.04 m2. Do bám cặn hệ số truyền nhiệt giảm đi 0.85 nên bề mặt truyền nhiệt phải tăng lên để bù vào. Ft = = 6 m2. Chọn ống truyền nhiệt giống với ống truyền nhiệt của thùng hoạt hóa. dtr = 20 mm. dng=24mm. dtb = 22 mm vậy chiều dài ống truyền nhiệt là: m. Bố trí hệ thống ống tương tự như nồi đường hóa nhưng chỉ có 2 vòng. Vòng 1 nằm ngoài cùng cách vỏ 0.25 m. đường kính vòng ngoài d1 = D – 2×0.5 = 2.32 – 0.5= 1.82 m. Chọn bước xoắn là h = 0.1 m. chiều dài 1 vòng xoắn lớp 1 là: l1 = m. Vòng 2 cách vòng 1 là 0.25 m. Đường kính vòng 2 d2 = D – 4(0.25) = 2.32 – 1 = 1.32 m. l2 = m. Tổng chiều dài 1 vòng ống là: T = l1 + l2 = 5.71 + 4.15 = 9.86 m. Vậy số tầng ống trong thùng là: n = tầng ống. 4.6. Tính và chọn bơm. Trong phân xưởng nấu, đường hóa và lên men cần bơm ở các vị trí sau: Bơm dịch đường từ nồi đường hóa sang thùng lên men và thùng hoạt hóa men giống. Lượng dịch cần chuyển sang thùng lên men (chuyển 90% dịch bột của nồi đường hóa sang thùng lên men): 39796.65 lít trong thời gian 15 phút. Chọn 2 bơm cùng làm việc. Vậy cần chọn bơm có năng suất tối thiểu: Q = m3/h. Do vậy lựa chọn bơm có năng suất 80 m3/h. Bơm này cũng sử dụng để chuyển 10% dịch đường sang thùng hoạt hóa men giống. Do đặc tính của dịch đường có độ nhớt cao và nhiều váng nên em lựa chọn loại bơm ly tâm. Bơm giấm chín từ thùng lên men sang hệ thống chưng luyện, bơm cho hệ thống làm lạnh, bơm nước lạnh cho hệ thống làm lạnh, bơm đảo trộn tuần hoàn cho hệ thống chưng cất em chọn bơm ly tâm có công suất 50 m3/h. 4.7. Tính và chọn cho thiết bị chưng cất. 4.7.1. Tính cho tháp thô. 4.7.1.1. Đường kính tháp. Đường kính tháp thô được tính theo công thức sau: D1 = Trong đó: V: Thể tích hơi bốc lên khi chưng cất ở tháp thô. ω: Tốc độ hơi đi vào trong tháp. Chọn ω = 0.5 m/s. Mặt khác ta có: V = Vi: Thể tích riêng của hỗn hợp rượu nước ở áp suất 1.1 atm và có nồng độ 37.456 % KL. Tra bảng phụ lục V và nội suy ta có Vi = 1.175 m3/kg. G: lượng hơi từ tháp thô bốc lên trong 1h. G = 1956.825 kg/h. V = = 0.64 m3/s. D1 = = 1.27 m. Lấy tròn là 1.3 m (vì trong thực tế ta thường chọn đường kính tháp lớn hơn so với tính toán để đảm bảo năng suất của hệ thống chưng luyện). 4.7.1.2. Chiều cao của tháp. Theo kinh nghiệm ta chọn các thông số cho tháp thô loại mâm chóp là: Khoảng cách các đĩa: h = 350 mm. Số đĩa là: n = 26. Chiều cao khoảng trống đỉnh tháp: h1 = 600. Chiều cao khoảng trống đáy tháp: h2 = 950. Chiều cao tổng của tháp là: H1 = h(n-1) + h1 + h2 H1 = 10300 mm. 4.7.2. Tính cho tháp aldehyt 4.7.2.1. Đường kính tháp. Theo kinh nghiệm với năng suất 20000 lít/ngày thì em chọn đường kính của tháp aldehyt là D2 = 1000 mm. 4.7.2.2. Chiều cao tháp. Khoảng cách các đĩa: h = 170 mm. Số đĩa là: n = 46. Chiều cao khoảng trống đỉnh tháp: h1 = 450. Chiều cao khoảng trống đáy tháp: h2 = 700. Chiều cao tổng của tháp là: H2 = h(n-1) + h1 + h2 H2 = 8800 mm. 4.7.3.Tính cho tháp tinh. 4.7.3.1. Đường kính tháp tinh. Theo kinh nghiệm với năng suất 20000 lít/ngày thì em chọn đường kính của tháp tinh là D3 = 1300 mm. 4.7.3.2. Chiều cao tháp. Khoảng cách các đĩa: h = 160 mm. Số đĩa là: n = 80. Chiều cao khoảng trống đỉnh tháp: h1 = 600. Chiều cao khoảng trống đáy tháp: h2 = 1000. Chiều cao tổng của tháp là: H3 = h(n-1) + h1 + h2. H3 = 14240 mm. 4.7.4. Các thiết bị phụ. 4.7.4.1. Bình hâm giấm. Các thông số: Nhiệt độ ban đầu của giấm vào bình hâm giấm là: t1 = 250 C. Nhiệt độ giấm được hâm nóng lên sau khi qua bình hâm giấm: t2 = 700C. Nhiệt độ hơi ngưng tụ của rượu ở nồng độ 37.456% KL là 93.20C. Diện tích truyền nhiệt: F = (****) Trong đó: Q: Nhiệt lượng cần thiết để đun nóng giấm từ nhiệt độ 250 C đến 700C. k: Hệ số truyền nhiệt. : Hiệu số nhiệt độ trung bình. Tính Q. Q được tính theo công thức sau: Q = GC(t2 – t1) Trong đó: G = 10778.75 kg/h: Lượng giấm cần gia nhiệt trong 1h. C = 0.95 Kcal/Kgđộ: Nhiệt dung riêng của giấm chín. Q = 10778.75 ×0.95×(70 – 25) = 460791.56 Kcal/h. Tính k: Ta có công thức thực nghiệm: k = B. B = 700 w/m2độ: Hệ số truyền nhiệt riêng của ống đồng. ω = 0.4 m/s: Tốc độ chất lỏng chảy trong ống. k = 700= 380.02 Kcal/m2độ. Nhưng trong thực tế do quá trình làm việc có lắng cặn nên hệ số truyền nhiệt giảm đi một nửa do đó hệ số truyền nhiệt thực tế là: ktt = = 190 Kcal/m2độ. Tính . Nhiệt độ hơi ngưng tụ là 93.350C = 93.2– 25 = 63.20C. = 93.2 – 70 = 23.2 0C = = 2.71 > 2 = = = 41.90C. Vậy diện tích truyền nhiệt của thiết bị là:(Thay vào công thức (****)) F = = 57.88 m2. Chọn ống truyền nhiệt có các thông số sau: dt = 50 mm. Chiều dày ống: 2 mm. Đường kính ngoài của ống: dn = 50 + 2×2 = 54 mm. Đường kính trung bình của ống là: dtb = = 52 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt là: L = = = 354.48 m. Bố trí các ống truyền nhiệt theo hình lục lăng, số ống xếp trên đường chéo là: b = 13 ống. Số ống có thể xếp trên tiết diện của bình hâm giấm là: n = = = 127 ống. Vậy chiều dài mỗi ống là: l = = = 2.79 m. Đường kính thiết bị bình hâm giấm: D = t(b –1) + 2C Trong đó: t: Khoảng cách tâm giữa hai ống liền nhau trên hình lục lăng. c: Khoảng cách từ tâm ống ngoài cùng đến thành thiết bị. Chọn: t = 2dn = 2×54 = 108 mm. 2C = 54 mm. D = 108 (13–1) + 54 = 1350 mm. Chiều dài bình hâm giấm: Lb = l + 2×d0 = 2.79 + 2×0.25 = 3.29 m. d0: khoảng cách từ ống truyện nhiệt đến 2 đầu thiết bị. Vậy chọn bình hâm giấm có các thông số sau: F = 57.88 m2. D = 1350 mm. L = 3290 mm. 4.6.3.2. Bình ngưng tụ hồi lưu của tháp thô. Tính diện tích truyền nhiệt. Ta biết lượng hơi bốc lên trong 1h là: G = 1863.65 kg/h do vậy lượng nhiệt cần lấy đi để ngưng tụ hơi là: Q = G×r Trong đó: r = 409.85 Kcal/Kg: Ẩn nhiệt hóa hơi của rượu ở nồng độ 37.456% KL. Q = 1863.65 ×409.85 = 763816.95 Kcal/h. Biết rằng lượng nhiệt bốc hơi ở trên được sử dụng gia nhiệt cho giấm chín ở bình hâm giấm, lượng nhiệt lấy đi là 438849.1 Kcal/h. Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường xung quanh:(tổn thất nhiệt bằng 5% Q). Qm = 0.05×763816.95 = 38190.85 Kcal/h. Vì vậy lượng nhiệt thực tế cần phải lấy đi để cho hơi ngưng tụ là: Q’ = 763816.95 - 438849- 38190.85 = 286777.1 Kcal/h Vậy diện tích truyền nhiệt của bình ngưng tụ là: F = Tính hệ số truyền nhiệt của ống truyền nhiệt. k = B= 700 = 700 Kcal/m2độ ω: vận tốc nước lạnh đi trong ống: 1m/s. thực thế hệ số truyền nhiệt của ống chỉ là ktt = 0.5×700 = 350 Kcal/m2độ. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình: . Nhiệt độ nước lạnh vào bình ngưng tụ là 250C. Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tụ là 500C. Nhiệt độ ngưng tụ của hơi rượu ở nồng độ 37.456 % KL là 93.2. = 93.2 – 25 = 68.20C. = 93.2 – 50 = 43.20C. = = 1.58 < 2. = = = 55.20C. Vậy diện tích truyền nhiệt là F = = 14.84 m2. Trong thực tế sản xuất thì diện tích truyền nhiệt của bình ngưng tụ thường lớn hơn 1.2 lần so với tính toán. Do đó diện tích truyền nhiệt của bình thực tế là: Ftt = 1.2×14.84 = 17.8 m2. Chọn thiết kế 2 bình ngưng tụ nên F1= F2 = 8.9 m2. Tính toán kích thước của mỗi bình ngưng tụ. Chọn loại ống truyền nhiệt kích thước: Đường kính trong: dt = 32 mm. Chiều dày ống: 1.5 mm. Đường kính ngoài của ống: dn = 32 + 2×1.5 = 35 mm. Đường kính trung bình của ống là: dtb = = 33.5 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt là: L = = = 84.6 m. Bố trí số ống truyền nhiệt xếp theo hình lục lăng có số ống xếp trên đường chéo là b = 9 ống. Số ống có thể xếp được trên tiết diện bình ngưng là: n = = = 61 ống. Vậy chiều dài mỗi ống là: l = = = 1.39 m. Đường kính thiết bị bình ngưng tụ. D = t(b –1) + 2C Chọn: t = C = 2dn = 2×35 = 70 mm. D = 70×(9–1) + 70 = 630 mm. Chiều dài bình ngưng tụ. Lb = l + 2×d0 = 1.39 + 2×0.25 = 1.89 m. d0 = 0.25: khoảng cách từ ống truyện nhiệt đến 2 đầu thiết bị . Vậy chọn bình ngưng tụ có các thông số sau: F = 8.9 m2. D = 630 mm. L = 1890 mm. 4.6.3.3. Bình ngưng tụ hồi lưu và bình khí khó ngưng của tháp aldehyt. Trong thực tế người ta chọn 1 bình ngưng tụ hồi lưu của tháp aldehyt bằng bình ngưng tụ tháp thô. F = 8.9 m2. D =560 mm. L = 1890 mm. Và thêm 1 bình ngưng tụ khí khó ngưng tụ (thiết bị tách khí khó ngưng) có diện tích gần bằng 1/4 diện tích truyền nhiệt của bình ngưng tụ hồi lưu. F = 2 m2. Chọn ống truyền nhiệt làm từ đồng có các kích thước như sau: Đường kính trong: dt = 15 mm. Chiều dày ống: 1mm. Đường kính ngoài của ống ruột gà: dn = 15 + 2×1 = 17 mm. Đường kính trung bình của ống là: dtb = = 16 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt là: L = = = 39.81 m. - Bước xoắn ống ruột gà: t = 0.06 m. - Đường kính vòng xoắn: dx =0.6m. Chiều dài một vòng xoắn: lv = = lv = 1.885 m. Số vòng xoắn: n = = = 21.12; quy tròn là 22 vòng. Chiều cao của phần ruột gà: h = n×t = 22×0.06 = 1.32 m. Chiều cao của bình ngưng tụ khí khí ngưng: H = h + 2×h0 = 1.32 + 2×0.2 = H = 1.72 m. Đường kính của bình ngưng tụ khí khó ngưng: D = dx + 2×d0 = 0.6 + 2×0.1 D = 0.8 m. Vậy bình ngưng tụ khí khó ngưng của tháp aldehyt có các thông số kỹ thuật sau: F = 2.97 m2. D = 800 mm. H = 2420 mm. 4.6.3.4. Bình ngưng tụ hồi lưu và bình ngưng tụ khí khó ngưng cho tháp tinh. a. Bình ngưng tụ hồi lưu. Tính diện tích truyền nhiệt. Lượng nhiệt cần lấy đi để ngưng tụ trong 1h là Q. Q = v×R×r - r = 218.9 Kcal/Kg: ẩn nhiệt hóa hơi của rượu ở nồng độ 96.5%. - R = 659.7 kg/h: lượng cồn sản phẩm lấy trong 1h. - v = 5: chỉ số hồi lưu của tháp tinh. Q = 5×659.7×221 = 728968 Kcal/h. Vậy diện tích truyền nhiệt của bình ngưng tụ là: F = . Tính hệ số truyền nhiệt của ống truyền nhiệt. k = B= 700 = 700 Kcal/m2độ. ω: vận tốc nước lạnh đi trong ống: 1m/s. thực thế hệ số truyền nhiệt của ống chỉ là ktt = 0.5×700 = 350 Kcal/m2độ. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình: Nhiệt độ nước lạnh vào bình ngưng tụ là 250C. Nhiệt độ nước ra khỏi bình ngưng tụ là 600C. Nhiệt độ ngưng tụ của hơi rượu ở nồng độ 96.5% KL là 780C. = 78 – 25 = 530C. = 78 – 60 = 180C. = = 2.94 > 2. = = = 32.40C. Vậy diện tích truyền nhiệt là F = = 64.3 m2. Trong thực tế sản xuất thì diện tích truyền nhiệt của bình ngưng tụ thường lớn hơn so với tính toán. Do đó diện tích truyền nhiệt của bình thực tế là: Ftt = 64.5 m2. Chọn thiết kế 2 bình ngưng tụ nên F1= F2 = 32.25 m2. Tính toán kích thước của mỗi bình ngưng tụ hồi lưu. Chọn loại ống truyền nhiệt kích thước: Đường kính trong: dt = 30 mm. Chiều dày ống: 2 mm. Đường kính ngoài của ống: dn = 40 + 2×2 = 42 mm. Đường kính trung bình của ống là: dtb = = 42 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt là: L = = = 244.54 m. Bố trí số ống truyền nhiệt xếp theo hình lục lăng có số ống xếp trên đường chéo là b = 13 ống. Số ống có thể xếp được trên tiết diện bình ngưng là: n = = = 127 ống. Vậy chiều dài mỗi ống là: l = = = 1.92 m. Đường kính thiết bị bình ngưng tụ hồi lưu. D = t(b –1) + 2C Chọn: t = C = 2dn = 2×44 = 88 mm. D = 88(13–1) + 88 = 1144 mm. Chiều dài bình ngưng tụ hồi lưu. Lb = l + 2×d0 = 1.92 + 2×0.25 = 2.42 m. d0 = 0.25: khoảng cách từ ống truyện nhiệt đến 2 đầu thiết bị. Vậy chọn bình ngưng tụ có các thông số sau: F = 32.25 m2. D = 1144 mm. L = 2420 mm. b. Bình ngưng tụ khí khó ngưng. Chọn thiết bị bình ngưng tụ khí khó ngưng của tháp tinh bằng năng suất thiết bị bình ngưng tụ khí khó ngưng của tháp aldehyt F = 2 m2. D = 800 mm. H = 1720 mm. 4.6.3.5. Thùng làm mát cồn sản phẩm, bình làm mát cồn đầu và bình làm mát dầu fusel. a. Thùng làm mát cồn thực phẩm. Tính hiệu số nhiệt độ trung bình: Nhiệt độ nước lạnh vào thiết bị: 250C. Nhiệt độ nước lạnh ra sau khi làm lạnh: 300C. Nhiệt độ cồn lấy ra khỏi tháp: 780C qua bình làm mát đến 280C. = 78 – 30 = 48. = 28 – 25 = 30C. = = 16 > 2. = = = 16.230C. Nhiệt lượng lấy đi trong 1h. Q = G×C×(t2–t1) - G = 638.7 kg/h: lượng cồn sản phẩm lấy trong 1h. - C = 0.64 Kcal/Kgđộ: nhiệt dung riêng của cồn 96.5 % V. - t1 = 280C, t2 = 780C. Q = 638.7 ×0.64×(78–28) = 20438.4 Kcal/h. Tính hệ số truyền nhiệt. - k = B= 700 = 347.65 Kcal/m2độ. - ω: Vận tốc nước lạnh đi trong ống: Diện tích truyền nhiệt F = = = 3.62 m2. Chọn ống truyền nhiệt làm từ đồng có các kích thước như sau: Đường kính trong: dt = 15 mm. Chiều dày ống: 1mm. Đường kính ngoài của ống: dn = 15 + 2×1 = 17 mm. Đường kính trung bình của ống là: dtb = = 16 mm. Tổng chiều dài ống truyền nhiệt là: L = = = 72 m. - Bước xoắn ống ruột gà: t = 0.06 m. - Đường kính vòng xoắn: dx =0.6 m. Chiều dài một vòng xoắn: lv = = lv = 2.2 m. Số vòng xoắn: n = = = 37.2; quy tròn là 38 vòng. Chiều cao của phần ruột gà: h = n×t = 38×0.06 = 2.28 m. Chiều cao của bình làm mát H = h + 2×h0 = 2. 28+ 2×0.25 = 2.78 m. Đường kính của bình làm mát D = dx + 2×d0 = 0.7 + 2×0.1 = 0.9 m. Vậy chọn bình làm mát cồn sản phẩm có các thông số sau: F = 3.62 m2. H = 2780 mm. D = 900 mm. b. Bình làm mát cồn đầu và dầu fusel. Theo kinh nghiệm sản xuất ta chọn thiết bị làm mát cồn đầu và dầu fusel có năng suất như nhau và bằng 1/3 năng suất của thiết bị làm mát cồn thực phẩm. Do vậy thông số kỹ thuật của thiết bị là: F = 1.2 m2. H = 1000 mm. D = 300 mm. 4.6.3.6. Thùng cao vị. Thùng cao vị có diện tích chứa bằng 1/3 lượng giấm chín của một thùng lên men của một ca: V = 41061.9/3 =13687.3 lít = 14 m3. → vậy thông số của thùng cao vị chọn là: 2.5×2.5×2.25 (m), thể tích chứa thực của thùng là 14.06 m3. 4.6.3.7. Thùng chứa cồn thực phẩm, thùng chứa cồn đầu và thùng chứa dầu fusel. a. Thùng chứa cồn thực phẩm. Lượng cồn thực phẩm lấy ra sau 1 ca sản xuất: 6666.67 lít, hay 6.7 m3. Chọn 2 thùng chứa, mỗi thùng có thể tích chứa là 3.35m3. → Chọn thùng chứa cồn thực phẩm có các thông số sau d×h (m) là: 1.5×2. b. Thùng chứa cồn đầu. Lượng cồn đầu lấy ra trong ngày sản xuất là 3% so với lượng cồn thành phẩm. → Vcồn đầu lấy ra là: 200 lít = 0.2 m3, chia làm hai thùng luân phiên nhau đưa về kho thành phẩm, mỗi thùng có thể tích 0.1m3. Chọn thùng chứa cồn đầu hình trụ có các thông số sau d×h (m) là: 0.4×0.8. c. Thùng chứa dầu. Chọn thùng chứa dầu có kích thước giống như thùng chứa cồn đầu: d×h (m) là: 0.4×0.8. 4.6.3.8. Bình tách CO2 và bình chống phụt giấm. Theo kinh nghiệm và thực tế của các nhà máy em chọn bình tách CO2 và bình chống phụt giấm có các thông số sau: D = 300 mm. H = 600 mm. Bảng4: Thống kê các thiết bị sản xuất của nhà máy. STT Tên thiết bị SL Đặc tính kỹ thuật 1 Cân 1 1000 kg, 1500×1200 2 Máy nghiền 2 Q = 2000 kg/h, 1100×900 3 Vít tải 1 Q = 2000 kg/h 4 Gầu tải 1 Q = 2000 kg/h 5 Nồi nấu 2 V = 27.26 m3, D =3200, H = 4220 6 Nồi đường hóa 2 V = 32.82 m3, D =4100, H = 3620 7 Bơm 5 Q = 80 m3/h, Q = 40 m3 8 Thùng hoạt hóa men giống 2 V = 10.5 m3, D = 2200, H = 2640 9 Thùng lên men 10 V = 105.3 m3 D = 4700, H = 6840 9’ Bộ phận làm mát tuần hoàn (ống lồng ống) 3 10 Thùng cao vị 1 2500×2500×2250 11 Bình hâm giấm 1 F = 57.88 m3 D = 1350, L = 3290 12 Bình tách CO2 1 D = 300, H = 600 13 Tháp thô 1 D = 1300, h = 350 n = 26, H = 10300 14 Bình chống phụt giấm D = 300, H = 600 15 Bình ngưng tụ hồi lưu tháp thô 2 F = 8.9 m2, D = 630 L = 1890 16 Tháp aldehyt 1 D = 1000, h = 170 n = 46, H = 8800 17 Bình ngưng tụ hồi lưu tháp aldehyt 2 F = 8.9 m2, D = 630 L = 1890 18 Bình ngưng tụ khí khó ngưng tháp aldehyt 1 F = 2.22 m2, D = 800 L = 1940 19 Tháp tinh 1 D = 1200, h = 160 n = 80, H = 14240 20 Bình ngưng tụ hồi lưu tháp tinh 2 F = 32.25 m2, D = 1144 L = 3760 21 Bình ngưng tụ khí khó ngưng của tháp tinh 1 F = 2.22 m2, D = 800 L = 1940 22 Bình làm mát dầu 1 F = 1.2 m2, D = 300 L = 1000 23 Bình làm mát cồn đầu 1 F = 1.2 m2, D = 300 L = 1000 24 Thùng chứa cồn đầu 2 D = 400, H = 800 25 Thùng chứa dầu fusel 2 D = 400, H = 800 26 Bình làm mát cồn thực phẩm 1 F = 3.62 m2, D= 900 L = 2780 27 Thùng chứa cồn thực phẩm 2 D = 1500, H = 2000 28 Thùng chứa bột nghiền 2 D = 1800, H = 3200 CHƯƠNG V - TÍNH ĐIỆN, HƠI, NƯỚC 5.1. Tính điện. Trong nhà máy, điện được sử dụng chủ yếu để tạo động lực và thắp sáng với công suất lớn mà giá thành của điện dùng trong công nghiệp cao hơn nhiều so với giá điện sinh hoạt. Vì vậy, việc tính toán và bố trí hợp lý hệ thống điện là rất cần thiết để làm sao vừa đảm bảo công suất vừa tiết kiệm điện năng. Mạng điện của nhà máy sử dụng là từ mạng lưới quốc gia, qua một trạm biến áp 110/22KV của khu công nghiệp Bỉm Sơn rồi theo đường dây đến phụ tải tiêu thụ. 5.1. 1. Tính phụ tải chiếu sáng. 5.1.1.1. Lựa chọn và tính toán chung. a.Chọn đèn. Trong các phân xưởng sản xuất trực tiếp sử dụng loại đèn dây tóc, có chao đèn bằng kim loại tráng men. Trong các nhà hành chính, nhà ăn, phòng bảo vệ, khu vui chơi giải trí… sử dụng đèn huỳnh quang hoặc đèn compact (tiết kiệm điện những khu vực không yêu cầu cao về ánh sáng). b. Bố trí đèn. Việc bố trí đèn trong một phân xưởng hay trong một phòng phụ thuộc các yếu tố sau: Chiều cao đèn H: Tính từ mặt nền hoàn thiện đến vị trí chao đèn. H phụ thuộc vào chiều cao nhà xưởng, thiết bị, vị trí làm việc. Trong các phân xưởng sản xuất thường lấy H = 2.5÷6.5 m. Khoảng cách giữa các đèn: L = 3÷5 m. H0 là khoảng cách từ mặt hoàn thiện đến mặt công tác. h = H – H0. Khoảng cách từ đèn ngoài cùng đến tường l: Nếu sát tường có người làm việc: l = (0.15÷0.32)L. Nếu sát tường không có người làm việc: l = (0.4÷0.5)L. Số đèn bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1 = . Số đèn bố trí dọc theo chiều rộng nhà xưởng: n2 = . Số đèn của mỗi phòng là: n = n1×n2. (D, R: là chiều dài, rộng của nhà xưởng). c. Xác định công suất đèn. Có rất nhiều phương pháp để xác định phụ tải chiếu sáng nhưng trong phạm vi đồ án của mình em chọn hai phương pháp sau: Phương pháp hệ số lợi dụng quang thông. Phương pháp này dùng để tính công suất chiếu sáng cho các phân xưởng sản xuất chính, các phòng có đòi hỏi độ sáng cao, có tính đến phần tường và trần nhà. Quang thông của mỗi đèn được xác định theo công thức sau: F = Trong đó: Emin: Độ dọi yêu cầu tối thiểu. K: hệ số dự trữ có tính đến độ giảm quang do khi làm việc lâu ngày khói bụi bám vào. Đối với đèn dây tóc: k= 1.2÷1.3. Đối với đèn huỳnh quang: k= 1.3÷1.5. Z: Tỷ số giữa độ chiếu sáng trung bình và độ chiếu sáng tối thiểu. S: Diện tích bề mặt phòng. n: Lượng bóng đèn đã định trước. η: Hệ số lợi dụng quang thông. Loại đèn cần chọn phụ thuộc vào: Hệ số phản xạ của tường, trần nhà: sn, sc. Chỉ số phòng: D, R chiều dài và rộng của căn phòng. Phương pháp công suất. Phương pháp này thường dùng để tính công suất cho các phân xưởng và các phòng có yêu cầu độ sáng không cao. Tùy theo các giá trị: Emin, S, h và dựa vào bảng phụ lục ta tra được công suất chiếu sáng trên 1 m2. Công suất chiếu sáng toàn bộ căn phòng được tính là: Pcs = P×S Từ đó suy ra công suất chiếu sáng của 1 bóng đèn: P’ =. 5.1. 1.2. Tính toán cụ thể cho từng phòng và từng phân xưởng sản xuất. a. Tính cho phân xưởng nghiền,nấu, đường hóa. Phân xưởng nấu và đường hóa được thiết kế ba tầng có chiều cao khác nhau nhưng có yêu cầu chiếu sáng như nhau và được xác định như sau: Kích thước phân xưởng: D = 12 m, R = 12 m, h = 5.4. Chọn kiểu đèn dây tóc với cách bố trí như sau: H = 4.8 m. L = 4 m. Khoảng cách giữa đèn và các tường là: l = 0.3×4 = 1.2 m. Số dãy đèn được bố trí theo chiều dài và rộng của phân xưởng là: , quy tròn là 4 bóng đèn. Số đèn của mỗi phòng: n = 4×4 = 16 bóng. Tra bảng phụ lục ta có: Emin = 40 lux. Chọn k= 1.2. S = 108 m2. Chọn Z = 1.5. η = 45 %. Thay số ta có F = = 1440. Chỉ số phòng: Chọn loại bóng đèn H49 có công suất 150W, Ftc = 1945. Vậy công suất chiếu sáng cho 1 tầng là: P cs = 150×16 = 2400 (W). Tổng công suất chiếu sáng cho phân xưởng nấu và đường hóa: P1 = 2400×3= 7200 W. b. Tính cho phân xưởng lên men. Tầng 1. Kích thước phân xưởng D = 39 m, R = 18 m. Diện tích là S = 702 m2, chiều cao xưởng: h1 = 6m, h2 = 3.6, dùng loại đèn dây tóc thắp sáng, với cách bố trí đèn như sau: - Chiều cao treo đèn: H = 5.4 m. - Khoảng cách giữa các đèn: L = 3 m. - Khoảng cách từ đèn ngoài cùng tới tường: l = 0.4 ×3 = 1.2 m. - Số đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1. = 13.2 quy tròn là 13 bóng. - Số đèn được bố trí theo chiều rộng nhà xưởng: n2. quy tròn là 7. - Số đèn của mỗi phòng: n = 13×7= 91 bóng. Yêu cầu chiếu sáng trong phân xưởng là Emin = 25 lux, với diện tích phân xưởng S = 702m2 tra bảng có: P 0 = 12 W/m2 vậy công suất chiếu sáng cho phân xưởng là: P cs = P0×S = 12×702 = 8424 (W) Công suất của 1 bóng đèn trong xưởng là: P đ  (W). Trong thực tế không có loại đèn có công suất như vậy nên em chọn loại đèn nung sáng có công suất 100 W, vậy công suất chiếu sáng thực tế của phòng là: P = 100×91 = 9100 (W). Tầng 2: Kích thước tầng 2 tương tự như tầng 1 nhưng có yêu cầu về độ sáng cao hơn nên tính toán theo phương pháp lợi dụng quang thông. Bố trí tương tự như tầng 1: - Chiều cao treo đèn: H = 5.4 m. - Khoảng cách giữa các đèn: L = 4 m. - Khoảng cách từ đèn ngoài cùng tới tường: l = 0.32×4 = 1.28 m. - Số đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1. = 10.6 quy tròn là 11 bóng. - Số đèn được bố trí theo chiều rộng nhà xưởng: n2. quy tròn là 5. - Số đèn của mỗi phòng: n = 11×5 = 55 bóng. Theo phương pháp lợi dụng quang thông ta có: Emin = 40 lux. Chọn k= 1.2. S = 702 m2. Chọn Z = 1.2. η = 50 %. Thay số ta có F = = 1728. Chọn loại bóng đèn H49 có công suất 150W, Ftc = 1945. Vậy công suất chiếu sáng cho tầng 2 là: P cs = 150×55= 8250 (W). Tổng công suất chiếu sáng cho phân xưởng lên men là: P3 = 6480 + 6000 = 42480 W. c. Tính cho phân xưởng chưng luyện. Phân xưởng gồm 5 tầng mỗi tầng có kích thước dài rộng như nhau nhưng chiều cao phân xưởng khác nhau, yêu cầu độ sáng của tầng 1, 4, 5 không cao do đó dùng phương pháp công suất riêng để tính toán. Kích thước phân xưởng D = 12 m, R = 9 m. Diện tích là S = 108 m2. chiều cao xưởng h1 = 6 m, h4 = 4.2, h5 = 4.2 , dùng loại đèn dây tóc thắp sáng. - Chiều cao treo đèn: H1 = 5 m, H4 = H5 = 3.6 m. - Khoảng cách giữa các đèn: L = 4m. - Khoảng cách từ đèn ngoài cùng tới tường: l = 0 .32 ×4 1.28 m. - Số đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1. = 3.36; quy tròn là 4 bóng đèn. - Số đèn được bố trí theo chiều rộng nhà xưởng: n2. = 2.61; quy tròn là 3 bóng. - Số đèn của mỗi phòng: n = 4 ×3 = 12 = bóng. Yêu cầu chiếu sáng trong phân xưởng đối với tầng 1, 4,5 là Emin = 25 lux, với diện tích phân xưởng S = 108 m2 tra bảng có: P 0 = 12 W/m2 vậy công suất chiếu sáng cho phân xưởng là: P cs = P0×S = 12×108 = 1296 W. Công suất của 1 bóng đèn trong xưởng là: P đ  = 108 W. Trên thực tế không có loại bóng đèn nào có công suất như trên, do vậy em lựa chọn loại bóng đèn có công suất 100 W. Do vậy công suất chiếu sáng của mỗi tầng là: P = P đ×n = 100×12 = 1200 W. Tầng 2 và tầng 3 là tầng cần phải theo dõi nhiều quá trình làm việc của hệ thống nên có yêu cầu chiếu sáng cao hơn nên sẽ tính toán theo phương pháp lợi dụng quang thông. Emin = 40 lux. Chọn k= 1.2. S = 108 m2. Chọn Z = 1.5. η = 50 %. Thay số ta có F = = 1296. Chọn loại bóng đèn H49 có công suất 150W, Ftc = 1945. Vậy công suất chiếu sáng cho tầng 2, 3 là: P cs = 150×12 = 1800 (W). Vậy tổng công suất chiếu sáng cho phân xưởng chưng cất là: P4 = 1200×3 + 1800×2 = 7200(W). d. Tính cho các nhà kho. Yêu cầu chiếu sáng của các kho không cao nên sử dụng phương pháp công suất riêng để tính toán và lựa chọn. Kho cồn và kho chứa thành phẩm rượu, kho chứa dầu. Ba kho có kích thước và yêu cầu độ sáng như nhau nên có cách tính toán và bố trí như nhau: Kích thước kho: D = 12m, R = 9m. Diện tích là S =108 m2, chiều cao h = 7.2m.Tra bảng có : P 0 = 10 W/m2. Vậy công suất chiếu sáng yêu cầu là: P cs = 10×108 = 1080 (W). Chọn loại đèn dây tóc chiếu sáng, có công suất 75W, 220V. Vậy số bóng đèn cần bố trí là: quy tròn là 15 bóng. Số đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1 = 5 bóng. Số đèn được bố trí theo chiều rộng nhà xưởng: n2 = 3 bóng. Tổng công suất chiếu sáng của mỗi kho là: P = Pd×n = 75×15 = 1125 (W). Cách bố trí đèn như sau: Chiều cao đèn H = 6 m. Các đèn cách nhau 2.6. Khoảng cách từ đèn ngoài cùng đến tường là: l1 = (12 – 4×2.5)×0.5 = 1. l2 = (9 – 2×2.5)×0.5 = 1. Kho nguyên liệu. Kho có kích thước: D = 30m, R = 12 m, S =360, chiều cao h = 7.2 m. Tra bảng ta có P0 = 10 W/m2. Vậy công suất chiếu sáng yêu cầu là: P cs = 10×360= 3600 (W). Chọn loại đèn dây tóc chiếu sáng, có công suất 120W, 220V. Vậy số bóng đèn cần bố trí là: bóng. Số đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1 = 6 bóng. Số đèn được bố trí theo chiều rộng nhà xưởng: n2 = 3 bóng. Cách bố trí đèn như sau: Chiều cao đèn H = 6 m. Các đèn cách nhau 4 m theo chiều dọc và 3.5 theo chiều ngang. Khoảng cách từ đèn ngoài cùng đến tường là: : l1 = (24 – 5×4)×0.5 = 2. l2 = (9 – 2×3.5)×0.5 = 1. Kho chứa chai lọ. Kho có kích thước: D = 15 m, R = 9 m, S =135, chiều cao h = 7.2 m. Tra bảng ta có P0 = 10 W/m2. Vậy công suất chiếu sáng yêu cầu là: P cs = 10×135 = 1350 (W). Chọn loại đèn dây tóc chiếu sáng, có công suất 120W, 220V. Vậy số bóng đèn cần bố trí là: quy tròn là 12 bóng. Số đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1 = 4 bóng. Số đèn được bố trí theo chiều rộng nhà xưởng: n2 = 3 bóng. Công suất chiếu sáng thực tế của kho là: P = Pd×n = 120×12 = 1440 (W). Cách bố trí đèn như sau: Chiều cao đèn H = 6 m. Các đèn cách nhau 4 m theo chiều dọc và 3.5 theo chiều ngang. Khoảng cách từ đèn ngoài cùng đến tường là: : l1 = (15– 3×4)×0.5 = 1.5. l2 = (9 – 2×3.5)×0.5 = 1. Vậy tổng công suất chiếu sáng cho các kho là: P5 = 1125×3 + 2160 + 1440 =6975 (W). e. Tính cho xưởng cơ điện. Kích thước phân xưởng D = 24 m, R = 12 m. Diện tích là S = 288 m2, chiều cao xưởng h = 5.4 m, dùng loại đèn dây tóc thắp sáng. - Chiều cao treo đèn: H = 4.8 m. - Khoảng cách giữa các đèn: L = 3 m. - Khoảng cách từ đèn ngoài cùng tới tường: l = 0.4×3 = 1.2 m. - Số dãy đèn được bố trí dọc theo chiều dài nhà xưởng: n1. 7.2 quy tròn là 7.