Tài liệu Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm năm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT MALT ĐEN ĐẠI MẠCH NĂNG SUẤT 30000 TẤN SẢN PHẨM/NĂM. Sinh viên thực hiện: Đặng Thị Thu Hiền. Số thẻ SV: 107140121. Lớp: 14H2B. Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm. Sinh viên thực hiện: Đặng Thị Thu Hiền. Số thẻ SV: 107140121. Lớp: 14H2B. Nội dung bản thuyết minh có tổng cộng 9 chương, bao gồm: - Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật, bao gồm đặc điểm thiên nhiên, nguồn nguyên – nhiên liệu, hệ thống giao thông vận tải, nguồn cung cấp nước, nguồn nhân lực và thị trường tiêu thụ, từ đó lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy. - Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm, tìm hiểu bản chất của nguyên liệu và sản phẩm, tình hình sản xuất và tiêu thụ trong nước cũng như trên thế giới. Trên cơ sở đó quyết định lựa chọn dây chuyền công nghệ sản xuất cho phù hợp. - Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ. Chương này trình bày chi tiết về quy trình sản xuất, các công đoạn, mục đích và phương pháp thực hiện của từng công đoạn. - Chương 4: Tính cân bằng vật chất. Trên cơ sở dây chuyền đã chọn, tìm hiểu các số liệu về tỉ lệ hao hụt của từng công đoạn, kết hợp với năng suất sản phẩm đã cho để tính toán cân bằng vật chất, nhằm tìm ra lượng nguyên liệu ban đầu. - Chương 5: Tính và chọn thiết bị. Để lắp đặt được dây chuyền sản xuất, một trong những việc quan trọng và tiên quyết là phải tính và chọn thiết bị phù hợp trên cơ sở phương pháp thực hiện và năng suất của từng công đoạn đã trình bày ở các chương trước. - Chương 6: Tính nhiệt – hơi – nhiên liệu – nước. Nhiệt, hơi cung cấp cho công đoạn sấy, nước cung cấp cho quá trình rửa, ngâm hạt và vệ sinh thiết bị. Chính vì vậy phải tính toán liều lượng cần dùng để kịp thời cung cấp. - Chương 7: Tính tổ chức và xây dựng. Chương này trình bày nội dung về bộ máy tổ chức, đồng thời tính toán diện tích đất và sắp xếp các phân xưởng, công trình phụ của nhà máy sao cho hợp lý và kinh tế nhất. - Chương 8: Kiểm tra sản xuất, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm. Nội dung chương này bao gồm các chỉ tiêu và phương pháp kiểm tra, đánh giá chất lượng để đảm bảo chất lượng từ nguyên liệu đầu vào cho đến thành phẩm. - Chương 9: Vệ sinh và an toàn lao động trong nhà máy. Bao gồm các quy định chung của nhà máy để đảm bảo vệ sinh và an toàn lao động của công nhân viên. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lớp: 14H2B. Đặng Thị Thu Hiền. Khoa: Hóa. Số thẻ sinh viên: 107140121. Ngành: Công nghệ thực phẩm. 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm. 2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: − Nguyên liệu: Đại mạch. − Năng suất: 30000 tấn sản phẩm/năm. − Sản phẩm: Malt đen. 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: − Mục lục. − Lời mở đầu − Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật. − Chương 2: Tổng quan về nguyên liệu và sản phẩm. − Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ. − Chương 4: Tính cân bằng vật chất. − Chương 5: Tính và chọn thiết bị. − Chương 6: Tính nhiệt – hơi – nhiên liệu – nước. − Chương 7: Tính tổ chức và tính xây dựng. − Chương 8: Kiểm tra sản xuất, đánh giá chất lượng nguyên liệu và sản phẩm. − Chương 9: Vệ sinh và an toàn lao động trong nhà máy. − Kết luận − Tài liệu tham khảo 5. Các bản vẽ, đồ thị: − Bản vẽ số 1: Sơ đồ quy trình công nghệ (A0) − Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0) − Bản vẽ số 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (A0) − Bản vẽ số 4: Sơ đồ đường ống hơi nước (A0) − Bản vẽ số 5: Tổng mặt bằng nhà máy (A0) 6. Họ tên người hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 8. Ngày hoàn thành đồ án: 23/01/2019 24/05/2019 Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2019 Trưởng Bộ môn Người hướng dẫn PGS.TS. Đặng Minh Nhật ThS. Bùi Viết Cường LỜI CẢM ƠN Sau thời gian 4 tháng thực hiện đồ án, dưới sự hướng dẫn tận tình và tâm huyết của thầy giáo Bùi Viết Cường, tận dụng nền tảng kiến thức đã học được trong suốt những năm học qua và không ngừng nổ lực tìm tòi học hỏi thêm những kiến thức bên ngoài, tôi đã cơ bản hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng thời gian quy định. Trong quá trình thực hiện, bản thân nhận ra đồ án tốt nghiệp chính là thành quả đúc kết từ rất nhiều kiến thức đại cương cũng như kiến thức chuyên ngành. Qua đây, tôi xin được gửi đến toàn thể quý thầy cô Trường Đại học Bách khoa nói chung, cũng như quý thầy cô khoa Hóa nói riêng, lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất, cảm ơn thầy cô đã tận tụy và truyền đạt cho tôi những kiến thức hữu ích nhất, dạy bảo và dìu dắt tôi trong suốt những năm học vừa qua, giúp tôi trang bị một hành trang kiến thức nhất định trước khi bước ra khỏi cánh cổng trường đại học. Đặc biệt, tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy giáo, ThS. Bùi Viết Cường, người thầy luôn tận tâm và tận tình chỉ bảo, giúp tôi mở rộng tầm hiểu biết không chỉ về chủ đề malt mà còn cả những kiến thức chuyên môn khác, đồng thời hướng dẫn và sửa chữa để tôi có thể hoàn thành đồ án tốt nghiệp một cách tốt nhất có thể. Cuối cùng, chân thành cảm ơn Giảng viên phản biện và thầy cô trong Hội đồng bảo vệ đã giành thời gian quý báu của mình đọc và nhận xét đồ án này của tôi. Trong quá trình tính toán và thực hiện, chắc chắn không thể tránh khỏi những sai sót nhất định, tôi rất mong được sự nhận xét và chỉ bảo của quý thầy cô để tôi có thể rút kinh nghiệm và chuẩn bị tốt hơn cho công việc sau này. Một lần nữa, xin chân thành cảm ơn! i LỜI CAM ĐOAN Tôi: Đặng Thị Thu Hiền, xin cam đoan nội dung đồ án không sao chép nội dung cơ bản từ các đồ án khác. Các số liệu trong đồ án được sự hướng dẫn và giám sát của Giảng viên hướng dẫn; các công thức tính toán được lấy từ các nguồn tham khảo có tính tin cậy cao và được trích dẫn nguồn rõ ràng, minh bạch; các kết quả tính toán được tiến hành và ghi lại một cách trung thực, chính xác. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Sinh viên thực hiện Đặng Thị Thu Hiền. ii MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn ................................................................................................................... i Lời cam đoan ...............................................................................................................ii Mục lục ..................................................................................................................... iii Danh sách các bảng ...................................................................................................vii Danh sách các hình ..................................................................................................... ix Danh sách các ký hiệu ................................................................................................. x Trang LỜI MỞ ĐẦU ............................................................................................................ 1 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ................................................... 2 1.1. Sự cần thiết phải đầu tư ...................................................................................... 2 1.2. Đặc điểm thiên nhiên .......................................................................................... 2 1.3. Nguồn nguyên liệu............................................................................................... 3 1.4. Hệ thống giao thông vận tải ................................................................................ 3 1.5. Nguồn cung cấp điện ........................................................................................... 3 1.6. Nguồn cung cấp nước.......................................................................................... 3 1.7. Hệ thống xử lý nước và thoát nước .................................................................... 3 1.8. Nguồn nhân lực ................................................................................................... 4 1.9. Thị trường tiêu thụ ............................................................................................. 4 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ....................... 5 2.1. Tổng quan về nguyên liệu ................................................................................... 5 2.1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển của đại mạch..................................................... 5 2.1.2. Phân loại đại mạch ............................................................................................. 5 2.1.3. Cấu trúc hạt đại mạch......................................................................................... 6 2.1.4. Tính chất vật lý .................................................................................................. 6 2.1.5. Thành phần hóa học ........................................................................................... 7 2.1.6. Cơ sở lý thuyết các công đoạn quan trọng trong quy trình sản xuất .................. 10 2.1.7. Chất hỗ trợ kỹ thuật.......................................................................................... 18 2.2. Tổng quan về malt ............................................................................................ 19 2.2.1. Tính chất vật lý ................................................................................................ 20 2.2.2. Thành phần hóa học của malt ........................................................................... 20 2.3. Tình hình sản xuất trong nước và trên thế giới .................................................... 20 2.3.1. Tình hình sản xuất và tiêu thụ malt tại Việt Nam.............................................. 21 2.3.2. Tình hình sản xuất và tiêu thụ malt trên thế giới ............................................... 21 CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ........... 23 3.1. Quy trình công nghệ sản xuất malt đen đại mạch ........................................... 23 3.2. Thuyết minh quy trình...................................................................................... 23 3.2.1. Làm sạch và phân loại ...................................................................................... 24 3.2.2. Ngâm đại mạch ................................................................................................ 25 3.2.3. Ươm mầm ........................................................................................................ 26 3.2.4. Sấy malt ........................................................................................................... 27 iii 3.2.5. Tách mầm, rễ malt ........................................................................................... 28 3.2.6. Bảo quản malt thành phẩm ............................................................................... 28 CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ....................................................... 30 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm ............................................. 30 4.2. Các số liệu ban đầu ........................................................................................... 30 4.3. Cân bằng vật chất ............................................................................................. 31 4.3.1. Nguyên liệu ban đầu ........................................................................................ 31 4.3.2. Qúa trình phân loại và làm sạch ....................................................................... 31 4.3.3. Qúa trình rửa, ngâm ......................................................................................... 32 4.3.4. Quá trình ươm mầm ......................................................................................... 33 4.3.5. Quá trình sấy .................................................................................................... 34 4.3.6. Quá trình tách mầm, rễ ..................................................................................... 34 4.3.7. Quá trình bảo quản ........................................................................................... 35 4.3.8.Tổng kết............................................................................................................ 35 CHƯƠNG 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ............................................................ 36 5.1. Silo chứa nguyên liệu ........................................................................................ 36 5.2. Công đoạn phân loại và làm sạch ..................................................................... 36 5.2.1. Thiết bị phân loại và làm sạch .......................................................................... 36 5.2.2. Bunke chứa nguyên liệu sau làm phân loại và làm sạch.................................... 37 5.3. Công đoạn rửa, ngâm đại mạch ....................................................................... 37 5.3.1. Thiết bị rửa, ngâm đại mạch ............................................................................. 37 5.3.2. Máy nén khí ..................................................................................................... 38 5.3.3. Thiết bị làm mát nước ...................................................................................... 39 5.4. Công đoạn ươm mầm........................................................................................ 39 5.4.1. Thiết bị ươm mầm............................................................................................ 39 5.4.2. Máy đảo malt ................................................................................................... 41 5.4.3. Máy điều hòa không khí ................................................................................... 41 5.5. Công đoạn sấy ................................................................................................... 41 5.6. Công đoạn tách mầm, rễ...................................................................................... 42 5.6.1. Máy tách mầm rễ ............................................................................................. 42 5.6.2. Thùng chứa mầm rễ ......................................................................................... 42 5.7. Xilo chứa sản phẩm........................................................................................... 42 5.8. Máy cân và đóng bao tự động........................................................................... 43 5.9. Chọn gàu tải ...................................................................................................... 43 5.9.1. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu lên xilo chứa G1 ............................................. 43 5.9.2. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu lên thiết bị phân loại và làm sạch G2 .............. 44 5.9.3. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu lên bunke chứa G3 .......................................... 44 5.9.4. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu lên thiết bị ngâm G4 ....................................... 44 5.9.5. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu đến thiết bị sấy G5 .......................................... 44 5.9.6. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu đến thiết bị tách mầm rễ G6 ............................ 44 5.9.7. Gàu tải vận chuyển mầm rễ lên thùng chứa mầm, rễ G7 ................................... 44 5.9.8. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu lên silo chứa sản phẩm G8 .............................. 45 5.9.9. Gàu tải vận chuyển nguyên liệu lên máy cân và đóng bao G9 ........................... 45 5.10. Tính và chọn vít tải ......................................................................................... 45 5.10.1. Vít tải phân phối vào silo chứa nguyên liệu V1a .............................................. 45 5.10.2. Tính các vít tải và băng tải còn lại .................................................................. 46 iv 5.11. Tính và chọn caloriphe ...................................................................................... 47 5.11.1. Chọn và tính toán các kích thước ống truyền nhiệt ......................................... 47 5.11.2. Xác định hiệu số nhiệt độ trung bình .............................................................. 48 5.11.3. Xác định hệ số truyền nhiệt ............................................................................ 49 5.11.3.3. Hệ số truyền nhiệt ....................................................................................... 50 5.12. Tính và chọn Cyclone ....................................................................................... 51 5.13. Tính và chọn quạt.............................................................................................. 52 5.13.1. Các thông số trạng thái của không khí ............................................................ 52 5.13.2. Tính trở lực của hệ thống ............................................................................... 53 5.13.3. Tính trở lực cục bộ ......................................................................................... 58 5.13.4. Trở lực do lớp hạt........................................................................................... 60 5.13.5. Chọn quạt....................................................................................................... 62 CHƯƠNG 6: TÍNH NHIỆT - HƠI - NHIÊN LIỆU - NƯỚC ................................ 65 6.1. Tính nhiệt .......................................................................................................... 65 6.1.1. Các số liệu ban đầu .......................................................................................... 65 6.1.2. Tính toán cho quá trình sấy lý thuyết................................................................ 65 6.1.3. Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy thực .............................................................. 68 6.2. Tính hơi dùng cho sản xuất .............................................................................. 71 6.3. Tính nhiên liệu .................................................................................................. 72 6.4. Tính nước .......................................................................................................... 72 6.4.1. Tính nước dùng cho sản xuất............................................................................ 72 6.4.2. Tính nước dùng cho sinh hoạt .......................................................................... 73 6.4.3. Tính nước dùng các mục đích khác .................................................................. 73 CHƯƠNG 7: TÍNH TỔ CHỨC VÀ XÂY DỰNG .................................................. 75 7.1. Tính tổ chức ...................................................................................................... 75 7.1.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy ................................................................ 75 7.1.2. Tổ chức lao động của nhà máy ......................................................................... 75 7.2. Tính xây dựng ................................................................................................... 77 7.2.1. Phân xưởng sản xuất chính............................................................................... 77 7.2.3. Các phân xưởng phụ trợ và khu vực phụ khác .................................................. 79 7.2.4. Khu đất mở rộng .............................................................................................. 81 7.2.5. Tính hệ số xây dựng ......................................................................................... 82 CHƯƠNG 8: KIỂM TRA SẢN XUẤT, ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ............................................................................................. 84 8.1. Kiểm tra và đánh giá chất lượng nguyên liệu .................................................. 84 8.1.1. Yêu cầu về cảm quan, sinh lý ........................................................................... 84 8.1.2. Yêu cầu về thành phần hóa học ........................................................................ 85 8.1.3. Tổ chức thu nhận, xử lý và tồn trữ đại mạch..................................................... 85 8.2. Kiểm tra sản xuất .............................................................................................. 85 8.2.1. Công đoạn làm sạch và phân loại đại mạch ...................................................... 85 8.2.2. Công đoạn rửa và ngâm đại mạch .................................................................... 85 8.2.3. Công đoạn ươm mầm đại mạch ........................................................................ 86 8.2.4. Công đoạn sấy malt .......................................................................................... 86 8.3. Kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm malt đen ..................................... 86 8.3.1. Chỉ số cảm quan............................................................................................... 86 8.3.2. Chỉ số cơ học ................................................................................................... 86 v 8.3.3. Chỉ số hóa học ................................................................................................. 87 CHƯƠNG 9: VỆ SINH VÀ AN TOÀN LAO ĐỘNG TRONG NHÀ MÁY.......... 89 9.1. Vệ sinh nhà máy ................................................................................................ 89 9.1.1. Vệ sinh nhà xưởng và các công trình phụ ......................................................... 89 9.1.2. Vệ sinh máy móc, thiết bị................................................................................. 89 9.1.3. Vệ sinh cá nhân ................................................................................................ 89 9.1.4. Xử lý chất thải.................................................................................................. 89 9.2. An toàn lao động trong nhà máy ...................................................................... 90 9.2.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động ..................................................... 90 9.2.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động ....................................................... 90 9.2.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động trong nhà máy ................................ 90 KẾT LUẬN .............................................................................................................. 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 93 vi DANH SÁCH CÁC BẢNG Trang Bảng 2.1. Thành phần hóa học hạt đại mạch. …………………………………7 Bảng 2.2. Các phương pháp ngâm hạt………………………………………...12 Bảng 2.3. Các phương pháp ươm mầm……………………………………….14 Bảng 2.4. Một số phương pháp sấy nông sản dạng hạt………………………16 Bảng 2.5. Phân loại lò sấy theo nguyên tắc làm việc………………………...17 Bảng 2.6. Phân loại lò sấy theo tư thế sấy……………………………………17 Bảng 2.7. Phân loại lò sấy theo cấu tạo………………………………………18 Bảng 2.8. Tổng kết thông số kỹ thuật các công đoạn chính…………………18 Bảng 2.9. Chỉ tiêu hóa học và hóa lý của nước dùng trong sản xuất………..19 Bảng 2.10. Thành phần hóa học của malt………………………………….…20 Bảng 2.11. Danh sách 10 quốc gia sản xuất lúa mạch nhiều nhất thế giới (2007)………………………………………………………………....22 Bảng 4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy trong một năm……………….…..30 Bảng 4.2. Các giá trị hao phí và chênh lệch ẩm qua từng công đoạn………...31 Bảng 4.3. Tổng kết cân bằng vật chất tính cho 1 giờ sản xuất…………….…35 Bảng 5.1. Thông số kỹ thuật của silo chứa nguyên liệu……………….……..36 Bảng 5.2. Thông số kỹ thuật của sàng phân loại và làm sạch………….…….36 Bảng 5.3. Thông số kỹ thuật của bunke chứa………........................................37 Bảng 5.4. Thông số kỹ thuật của thiết bị rửa, ngâm……..................................38 Bảng 5.5. Thông số kỹ thuật của máy nén khí...................................................38 Bảng 5.6. Thông số kỹ thuật của máy nén khí……….......................................39 Bảng 5.7. Chiều dày lớp hạt trên các ngăn……….............................................39 Bảng 5.8. Thông số kỹ thuật của thiết bị ươm mầm………………………......40 Bảng 5.9. Thông số kỹ thuật của máy đảo malt…………………………..…..41 Bảng 5.10. Thông số kỹ thuật của máy điều hòa không khí…………….…...41 Bảng 5.11. Thông số kỹ thuật của thiết bị sấy……………...............................41 Bảng 5.12. Thông số kỹ thuật của máy tách mầm, rễ……………….…….….42 Bảng 5.13. Thông số kỹ thuật của thùng chứa mầm, rễ……………….….….42 Bảng 5.14. Thông số kỹ thuật của silo chứa sản phẩm………….....................42 Bảng 5.15. Thông số kỹ thuật của máy cân và đóng bao tự động………..….43 Bảng 5.16. Một số loại gàu tải được sử dụng…………………………….…..43 Bảng 5.17. Tổng kết tính và chọn gàu tải…………………….........................45 vii Bảng 5.18. Tổng kết tính và chọn vít tải……………………………………...46 Bảng 5.19. Các kích thước của cyclone……………………………………....52 Bảng 5.20. Các thông số của quạt đẩy………………………………………..63 Bảng 5.21. Tổng kết tính và chọn thiết bị……………………………………64 Bảng 6.1. Trạng thái không khí trước khi vào caloriphe…………………….66 Bảng 6.2. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi caloriphe…………………...67 Bảng 6.3. Trạng thái không khí sau khi ra khỏi máy sấy…………………….68 Bảng 6.4. Tổng kết cân bằng vật chất cho máy sấy…………………….…….68 Bảng 6.5. Các thông số của quá trình sấy thực…………………………….....71 Bảng 7.1. Lao động gián tiếp của nhà máy……………………………...……76 Bảng 7.2. Lao động trực tiếp của nhà máy…………………………………....76 Bảng 7.3. Diện tích các phòng ban của khu nhà hành chính………………..79 Bảng 7.4. Tổng kết tính xây dựng……………………………………………..82 viii DANH SÁCH CÁC HÌNH Hình 1.1. Bản đồ quy hoạch khu công nghiệp VSIP…………………………...2 Hình 2.1. Cây đại mạch………………………………………………………....5 Hình 2.2. Hạt đại mạch……………………………………………….................5 Hình 2.3. Cấu tạo vỏ đại mạch………………………………………………….6 Hình 2.4. Malt đen……………………………………………………………..20 Hình 3.1. Sơ đồ quy trình công sản xuất malt đen……………………………23 Hình 3.2. Thiết bị làm sạch kết hợp phân loại bằng sàng……………………..24 Hình 3.3. Thiết bị ngâm đại mạch…………………..........................................25 Hình 3.4. Cấu tạo thiết bị ươm mầm trong ngăn……………………………...26 Hình 3.5. Thiết bị sấy………………………………………………………….27 Hình 3.6. Máy tách mầm rễ……………………………………………………28 Hình 3.7. Silo bảo quản………………………………………………………..29 Hình 5.1. Silo chứa nguyên liệu……………………………………………….36 Hình 5.2. Thiết bị phân loại và làm sạch………………………………………36 Hình 5.3. Bunke chứa đại mạch…….................................................................37 Hình 5.4. Thiết bị ngâm đại mạch……………………………………………..38 Hình 5.5. Máy nén khí…………………………………………………………38 Hình 5.6. Máy làm lạnh nước………………………………………………….39 Hình 5.7. Ươm mầm trong luống ươm có ngăn…………………………….....40 Hình 5.8. Máy đảo malt kiểu vít xoắn…………………………………………41 Hình 5.9. Máy điều hòa không khí…………………………………………….41 Hình 5.10. Thiết bị sấy………………………………………………………...41 Hình 5.11. Máy tách mầm, rễ………………………………………………….42 Hình 5.12. Thùng chứa mầm, rễ……………………………………………….42 Hình 5.13. Máy cân và đóng bao tự động……………………………………..43 Hình 5.14. Hệ thống gàu tải…………………………………………………...47 Hình 5.15. Hệ thống vít tải…………………………………………………….47 Hình 5.16. Một loại caloriphe khí hơi………………………………………...50 Hình 5.17. Kích thước cơ bản của cyclone…………………………….……..52 Hình 5.18. Khuỷu ống…………………………………………………………60 Hình 5.19. Quạt đẩy………………………………………………………...…63 Hình 6.1. Nồi hơi Đông Dương……………………………………………….72 Hình 7.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức của nhà máy………………………………..75 ix DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU L: Chiều dài (m). W: Chiều rộng (m). H: Chiều cao (m). D: Đường kính (m). x Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm LỜI MỞ ĐẦU Bia là một trong những đồ uống lâu đời nhất thế giới, lịch sử bia có niên đại đến 6000 năm trước Công Nguyên. Với bản chất là thức uống lên men từ nguyên liệu giàu đường, bia được biết đến với những công dụng tuyệt vời như giảm nguy cơ ung thư hay mắc các bệnh về tim mạch, tiểu đường, nguy cơ đột quỵ, ngăn ngừa sỏi thận, làm đẹp da, giảm cholesterol trong máu, điều hòa huyết áp… Ngày nay, cùng với sự phát triển vượt bậc của khoa học kỹ thuật, đời sống vật chất và tinh thần của con người cũng không ngừng được nâng cao. Do đó, nhu cầu về ăn uống, nhất là nhu cầu tiêu thụ bia – loại thức uống phổ biến, thường xuyên xuất hiện trong các bữa tiệc, hội họp hay thậm chí bữa cơm thường ngày của người Việt cũng tăng cao rõ rệt. Để bắt kịp xu hướng phát triển này, đòi hỏi ngành Công nghiệp Nước giải khát nói chung và ngành Bia Rượu nói riêng, phải kịp thời nắm bắt thời cơ, định hướng đầu tư và mở rộng quy mô sản xuất, để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường trong nước cũng như khu vực và thế giới. Tuy nhiên, khó khăn trước mắt cũng vô cùng lớn, một trong số đó chính là vấn đề về nguyên liệu, khi mà malt – nguyên liệu chính quyết định chất lượng bia – Việt Nam phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài. Theo thống kê, mỗi năm ngành Bia phải nhập khoảng 120000 ÷ 130000 tấn malt với giá 400 USD/tấn, một con số không hề nhỏ. Từ đó, nhu cầu cấp thiết đặt ra là phải nhanh chóng xây dựng nhà máy sản xuất malt, nhằm tiết kiệm thời gian và chi phí vận chuyển, giảm giá thành thu mua nguyên liệu, nâng cao chất lượng thành phẩm, đa dạng hóa các dòng sản phẩm bia vàng cũng như bia đen, cho bia có chất lượng tốt nhất đến tay người tiêu dùng, góp phần phát triển ngành Công nghiệp Bia Rượu và Nước giải khát ở nước ta. Đây cũng chính là lý do mà tôi chọn đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch với năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm”. SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: ThS. Bùi Viết Cường 1 Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Sự cần thiết phải đầu tư Cùng với sự phát triển không ngừng của nền kinh tế đất nước, ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp bia nói riêng, đóng một vai trò hết sức to lớn. Do đó, việc tạo những điều kiện thuận lợi cho quá trình sản xuất là vô cùng quan trọng. Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất của ngành bia chính là vấn đề nguyên liệu, phải nhập khẩu malt hoàn toàn từ nước ngoài, làm gia tăng các chi phí bảo quản và vận chuyển, dẫn đến năng suất sản xuất thấp và giá thành sản phẩm khá cao. Vấn đề cấp thiết đặt ra là phải nhanh chóng ổn định nguồn cung nguyên liệu bằng cách đầu tư xây dựng và phát triển các nhà máy sản xuất malt, cung cấp trực tiếp cho thị trường bia trong nước. Qua nghiên cứu và khảo sát địa hình, vị trí địa lý cũng như những thuận lợi về cơ sở hạ tầng, giao thông, hoạt động xuất nhập khẩu, tôi chọn vị trí mặt bằng xây dựng nhà máy tại Khu phức hợp Công nghiệp – Đô thị và Dịch vụ VSIP Quảng Ngãi, nằm trên địa bàn hai xã Tịnh Thọ và Tịnh Phong, huyện Sơn Tịnh, thuộc khu kinh tế Dung Quất. 1.2. Đặc điểm thiên nhiên Khu phức hợp Công nghiệp – Đô thị và Dịch vụ VSIP Quảng Ngãi có mặt bằng đã được quy hoạch và giải phóng lên đến 1200 ha đất công nghiệp, có các công trình hạ tầng kinh tế thiết yếu, vị trí địa lý thuận lợi trong việc kết nối với các địa phương khác của Việt Nam và các khu vực khác trên thế giới, không gian sống hài hòa, nguồn nhân lực dồi dào. Hướng gió chủ đạo ở Quảng Ngãi là Đông Nam. Hình 1.1. Bản đồ quy hoạch khu công nghiệp VSIP. SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: ThS. Bùi Viết Cường 2 Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm 1.3. Nguồn nguyên liệu Hiện nay, nguyên liệu chính trong sản xuất bia, trong đó có malt đại mạch, nước ta phải nhập khẩu hoàn toàn từ nước ngoài do sản phẩm trong nước không đáp ứng được. Thị trường phong phú về nguồn nguyên liệu bia chính là ở Pháp, Úc, Đức, Bỉ và Tiệp Khắc. 1.4. Hệ thống giao thông vận tải Khu phức hợp Công nghiệp – Đô thị và Dịch vụ VSIP Quảng Ngãi tiếp giáp đường quốc lộ 1A, cách thành phố Quảng Ngãi khoảng 11 km, cách đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi khoảng 3 km, cách cảng nước sâu Dung Quất khoảng 22 km, cách sân bay Chu Lai khoảng 30 km, rất thuận lợi cho việc nhập khẩu, vận chuyển nguyên liệu cũng như xuất hàng và phân phối sản phẩm ra thị trường. 1.5. Nguồn cung cấp điện Sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia, hiệu điện thế 220V/380V. Để đảm bảo việc sản xuất của nhà máy được liên tục, nhà máy còn lắp thêm máy phát điện dự phòng để tránh trường hợp mất điện đột ngột gây gián đoạn sản xuất. Hệ thống dây truyền tải điện và hệ thống cáp thông tin liên lạc tại VSIP được lắp đặt ngầm đến từng lô đất, giúp giữ cảnh quan gọn gàng, tăng cường an toàn về điện cũng như tạo thuận lợi tối đa cho đầu tư xây dựng nhà máy. 1.6. Nguồn cung cấp nước Nước sử dụng trong nhà máy chủ yếu dùng cho công đoạn rửa, ngâm đại mạch, nước để làm mát thiết bị, nước cung cấp cho nồi hơi, vệ sinh và làm sạch dụng cụ thiết bị, nước sinh hoạt cho công nhân viên. Do đó nguồn cung cấp nước phải đảm bảo cả về chất lượng và công suất. Nhà máy sử dụng nguồn nước từ hệ thống cấp nước của thành phố. Ngoài ra, để chủ động về nguồn nước nhằm sử dụng khi cần thiết hoặc khi bị mất nước, trong nhà máy còn khoan thêm một số giếng bơm bổ sung. 1.7. Hệ thống xử lý nước và thoát nước Nguồn nước thải của nhà máy chủ yếu là nước thải từ quá trình rửa, ngâm, nước thải vệ sinh thiết bị và nước thải sinh hoạt. Do đó, việc xây dựng hệ thống xử lý nước thải riêng trong nhà máy là cần thiết. Bên cạnh đó, nhà máy xử lý nước thải của VSIP Quảng Ngãi giai đoạn 1 có công suất 6000 m3/ngày đêm đã được hoàn thành vào năm 2014, góp phần xử lý nước thải chung của toàn bộ khu công nghiệp. SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: ThS. Bùi Viết Cường 3 Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm 1.8. Nguồn nhân lực Đội ngũ kỹ sư, cán bộ, nhân viên của nhà máy được tuyển dụng, đào tạo từ các trường đại học, cao đẳng trên cả nước. Đội ngũ công nhân của nhà máy chủ yếu là lao động phổ thông trong tỉnh và các tỉnh lân cận như Huế, Quảng Nam, Phú Yên, Bình Định, Khánh Hòa… 1.9. Thị trường tiêu thụ Quảng Ngãi nằm ở vị trí trung tâm của các tỉnh Bắc Trung Bộ và Trung Trung Bộ, có vị trí địa lý và hệ thống giao thông thuận lợi. Bên cạnh đó là nhu cầu ngày càng gia tăng của người tiêu dùng về các sản phẩm bia, dẫn đến sự đầu tư và phát triển của các nhà máy bia trong khu vực và trong cả nước. Thị trường tiêu thụ sản phẩm của nhà máy có thể kể đến như nhà máy bia Sài Gòn – Quảng Ngãi, nhà máy bia Sài Gòn – Phú Yên, nhà máy bia Sài Gòn – Khánh Hòa, nhà máy bia Huế. SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: ThS. Bùi Viết Cường 4 Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1. Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1. Nguồn gốc và lịch sử phát triển của đại mạch Đại mạch được xem là loại cây lương thực được trồng đầu tiên trên thế giới. Theo tác giả Ramage (1987) thì giống đại mạch cổ đã được sử dụng ở Thổ Nhĩ Kỳ cổ đại cách đây 3500 ÷ 4000 năm. Có các bằng chứng chứng minh rằng người Thổ Nhĩ Kỳ cổ đại đã thuần hóa đại mạch từ giống đại mạch cổ Hordeum vulgare sp.Spontaneum. Các dấu tích còn sót lại về việc trống trọt đại mạch tại Hình 2.1. Cây đại mạch. Đông Bắc Ấn Độ, Marocco, Cận Đông khoảng 9000 ÷ 10000 năm trước. Sau đó, đại mạch lan truyền dần đến Châu Âu, Tây Á và thung lũng Nile. Đại mạch thích hợp với vùng khí hậu lạnh, không ưa ẩm và khô nên được trồng nhiều ở các vùng ôn đới. Đại mạch ngày càng phát triển và là cây lương thực được trồng nhiều thứ tư trên thế giới sau lúa mì, lúa gạo và ngô. Đại mạch được trồng chủ yếu ở Châu Âu, Mỹ và Canada [11]. Đại mạch, tên khoa học Hordeum vulgare, là một loài thực vật thân cỏ một năm thuộc họ lúa mạch (barley). Chúng cung cấp loại ngũ cốc quan trọng (major cereal grain) cho trữ lượng lương thực trên thế giới. Theo thống kê về thu hoạch ngũ cốc trên thế giới năm 2007, đại mạch đứng thứ tư theo lượng sản xuất (136 triệu tấn) và diện tích canh tác (566000 km²). Đại mạch có nhiều chủng loại khác nhau, thường được dùng làm thức ăn gia súc được gọi là Feed Barley. Một số loại đại mạch có chất lượng dinh dưỡng cao có thể dùng làm thực phẩm cho người và gia súc hoặc để lên men sản xuất rượu bia được gọi là Malt Barley [11]. 2.1.2. Phân loại đại mạch Căn cứ vào sự sắp xếp hạt trên bông đại mạch mà chia đại mạch thành hai loại: hai hàng và sáu hàng. Đại mạch hai hàng: chỉ có một hạt phát triển ở mỗi đốt vì các hoa nhỏ mọc bên cạnh không sinh sản, từ trên nhìn xuống chỉ có một hạt có thể được nhìn thấy ở bên phải và bên trái. Đại mạch sáu hàng: có ba hoa nhỏ có thể thụ tinh SVTH: Đặng Thị Thu Hiền Hình 2.2. Hạt đại mạch. GVHD: ThS. Bùi Viết Cường 5 Thiết kế nhà máy sản xuất malt đen đại mạch năng suất 30000 tấn sản phẩm/năm được ở mỗi đốt trên cuống. Mỗi hoa sau khi thụ phấn, phát triển thành hạt hoặc bông đại mạch [3]. Đại mạch dùng trong sản xuất malt là đại mạch hai hàng, vì có lớp vỏ trấu mỏng và mềm, còn đại mạch đa hàng có lớp vỏ trấu dày và thô. Vỏ trấu là cấu tử chiếm nhiều nhất trọng lượng của vỏ. Ở đại mạch hai hàng có chất lượng cao, lượng vỏ trấu chiếm khoảng 7 ÷ 8% trọng lượng chất khô, còn ở đại mạch đa hàng chiếm 10 ÷ 11% . Lớp vỏ trấu mỏng và mềm sẽ vừa cho lượng tinh bột lớn, vừa là lớp màng lọc lý tưởng cho quá trình lọc bia [4]. 2.1.3. Cấu trúc hạt đại mạch Hạt đại mạch bao gồm ba bộ phận chính là vỏ, nội nhũ và phôi: + Vỏ hạt: từ ngoài vào trong chia làm ba lớp là vỏ trấu, vỏ lụa và vỏ alơron. Phần này thường chiếm từ 8 ÷ 15% trọng lượng hạt. + Phôi: là cơ quan sống, hô hấp của hạt. Phôi thường chiếm từ 2,5 ÷ 5% trọng lượng hạt. Trong phối có từ 37 ÷ 50% chất khô là thành phần nitơ, khoảng 7% chất béo, 5 ÷ 6% đường saccharose, 7 ÷ 7,5% pentosan, 6 ÷ 6,5% chất tro và một số ít thành phần khác. Riêng tinh bột Hình 2.3. Cấu tạo vỏ đại mạch. 1. vỏ trấu. 2. vỏ quả và vỏ hạt. 3. lớp alơron. 4. nội nhũ. hầu như rất ít. + Nội nhũ: chiếm từ 45 ÷ 68% trọng lượng hạt. Phần này của hạt đại mạch giữ vai trò quyết định chất lượng của đại mạch trong sản xuất malt [1]. 2.1.4. Tính chất vật lý - Mùi: mùi sạch, tươi, giống mùi rơm. - Màu sắc và độ sáng: màu vàng nhạt giống màu rơm, màu sáng đồng nhất. Hạt màu hơi xanh chứng tỏ thu hoạch sớm. Đại mạch chịu thời tiết mưa có màu xám đục. Đầu hạt có màu nâu có thể do đặc tính của loại đại mạch, nhưng phần lớn là do thu hoạch trong mùa mưa ẩm và dẫn đến hạt kém nhạy với nước. - Tính chất của vỏ: hạt có vỏ nhăn đều là đại mạch tốt, giàu chất chiết. Hạt chưa đủ độ chín thường có vỏ nhày và nhẵn. Vỏ dày chưa nhiều polyphenol và hợp chất đắng hơn. - Tính háo nước của hạt đại mạch khô: hạt khô thường có tính háo nước lớn. Khi đặt hạt khô vào môi trường có độ ẩm cao, hạt sẽ hút nước và tạo nên một khối lượng nước phụ của hạt, lượng nước này gọi là ẩm tự do. Khả năng hút nước của hạt phụ thuộc vào độ ẩm bảo quản của hạt và độ ẩm môi trường. SVTH: Đặng Thị Thu Hiền GVHD: ThS. Bùi Viết Cường 6