Tài liệu Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm năm

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TUYỆT ĐỐI TỪ SẮN LÁT KHÔ NĂNG SUẤT 18.000.000 LÍT SẢN PHẨM/NĂM Sinh viên thực hiện: Số thẻ SV: Lớp: Trần Thị Xiêm 107140166 14H2B Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm. Sinh viên thực hiện: Số thẻ SV: Trần Thị Xiêm 107140166 Lớp: 14H2B Ngành công nghệ thực phẩm ngày nay đang phát triển mạnh mẽ, trong đó có công nghệ sản xuất cồn. Cồn được sản xuất với mục đích là pha chế các loại đồ uống có cồn, được ứng dụng làm dung môi hữu cơ, nhiên liệu, y tế, mỹ phẩm… Nhờ tính ứng dụng rộng rãi mà đặc biệt là với ngành nhiên liệu trong tương lai nên đồ án với đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm” được tiến hành. Đồ án “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm” bao gồm 1 bản thuyết minh và 5 bản vẽ. Bản thuyết minh bao gồm 9 chương: − Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật − Chương 2: Tổng quan − Chương 3: Chọn và thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ − Chương 4: Tính cân bằng vật chất − Chương 5: Tính và chọn thiết bị − Chương 6: Tính nhiệt – hơi – nước − Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng − Chương 8: An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp − Chương 9: Kiểm tra chất lượng của nguyên liệu và sản phẩm 5 bản vẽ A0 bao gồm: − Bản vẽ số 1: Sơ đồ quy trình công nghệ − Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất chính − Bản vẽ số 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất chính − Bản vẽ số 4: Bản vẽ sơ đồ đường ống hơi nước − Bản vẽ số 5: Tổng mặt bằng nhà máy ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lớp: 14H2B Trần Thị Xiêm Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên: 107140166 Ngành: Công nghệ thực phẩm 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít 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: 100% sắn lát khô − Năng suất: 18.000.000 lít sản phẩm/năm − Sản phẩm: Cồn tuyệt đối 4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: − Mục lục − Mở đầu − Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật − Chương 2: Tổng quan − Chương 3: Chọn và thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ − Chương 4: Tính cân bằng vật chất − Chương 5: Tính và chọn thiết bị − Chương 6: Tính nhiệt – hơi – nước − Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng − Chương 8: An toàn lao động và vệ sinh công nghiệp − Chương 9: Kiểm tra chất lượng của nguyên liệu và sản phẩm − Kết luận − Tài liệu tham khảo − Phụ lục 5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): − 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: Bản vẽ sơ đồ đường ống hơi nước (A0) − Bản vẽ số 5: Tổng mặt bằng nhà máy (A0) 6. Họ tên người hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 23/01/2019 8. Ngày hoàn thành đồ án: Trưởng Bộ môn Đặng Minh Nhật 24/05/2019 Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2019 Người hướng dẫn Bùi Viết Cường LỜI NÓI ĐẦU Rượu etylic có vai trò quan trọng đối với nhiều ngành công nghiệp khác nhau, vì vậy trong tương lai nhu cầu về rượu etylic là rất cao. Chính vì sự cần thiết từ ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đem lại cũng như những lợi ích xuất phát từ nhu cầu thực tiễn mà tôi được giao đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm” để mong rằng sẽ đáp ứng được phần nào nhu cầu ấy. Để hoàn thành được đồ án tốt nghiệp sinh viên phải áp dụng tất cả những kiến thức đã được học và tích lũy trong suốt những năm ngồi trên ghế nhà trường. Những kiến thức đã được học trong 5 năm tại trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng là nền tảng vững chắc không chỉ giúp tôi hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này mà còn là hành trang quý báu để tôi bước vào đời một cách vững chắc và tự tin. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới toàn thể các thầy cô trong khoa Hóa nói chung và các thầy cô trong bộ môn Công nghệ thực phẩm nói riêng đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường, tạo điều kiện cho tôi được học tập và nghiên cứu trong môi trường học tập khoa học, giúp tôi có kiến thức vững vàng trước khi bước vào đời. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp với sự nổ lực của bản thân, sự giúp đỡ của thầy và các bạn đã chia sẻ kiến thức cũng như kinh nghiệm, tài liệu. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn sự chỉ bảo tận tình của thầy Bùi Viết Cường là người đã trực tiếp hướng dẫn tôi trong suốt quá trình hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Do thời gian có hạn, trình độ chuyên môn chưa chuyên sâu, chưa trải nghiệm thực tế nên đồ án tốt nghiệp của tôi không tránh khỏi những thiếu sót mong quý thầy cô và bạn bè góp ý. Tôi xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện Trần Thị Xiêm i CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan rằng đồ án này là do tôi thực hiện, các số liệu, kết quả trong bài đồ án là trung thực. Tài liệu tham khảo trong đồ án được trích dẫn đầy đủ và đúng quy định. Mọi vi phạm quy chế nhà trường, tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm về đồ án của mình. Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2019 Sinh viên thực hiện Trần Thị Xiêm ii MỤC LỤC TÓM TẮT .......................................................................................................................... NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ................................................................................... LỜI NÓI ĐẦU...................................................................................................................i CAM ĐOAN ................................................................................................................... ii MỤC LỤC ...................................................................................................................... iii DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ .................................................... ix DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ............................................................xii MỞ ĐẦU .......................................................................................................................... 1 Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ........................................................... 2 1.1. Đặc điểm thiên nhiên ............................................................................................... 2 1.1.1. Vị trí địa lý.............................................................................................................. 2 1.1.2. Đặc điểm địa hình ................................................................................................... 2 1.1.3. Đặc điểm khí hậu .................................................................................................... 2 1.2. Vùng nguyên liệu ..................................................................................................... 3 1.3. Hợp tác hóa .............................................................................................................. 3 1.4. Nguồn cung cấp điện ................................................................................................ 3 1.5. Nguồn cung cấp hơi và nhiên liệu ........................................................................... 3 1.6. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước ........................................................... 3 1.7. Giao thông ................................................................................................................ 4 1.8. Nguồn nhân lực ........................................................................................................ 4 Chương 2: TỔNG QUAN .............................................................................................. 5 2.1. Tổng quan về nguyên liệu ........................................................................................ 5 2.1.1. Sắn .......................................................................................................................... 5 2.1.2. Nước ....................................................................................................................... 7 2.1.3. Nấm men ............................................................................................................... 8 2.1.4. Các chất hỗ trợ kỹ thuật ........................................................................................ 10 2.2. Phương pháp sản xuất .......................................................................................... 11 2.2.1. Quá trình nấu ....................................................................................................... 12 2.2.2. Đường hóa tinh bột .............................................................................................. 14 2.2.3. Quá trình lên men rượu ......................................................................................... 15 2.2.4. Quá trình chưng cất và tinh chế ............................................................................. 16 2.3. Sản phẩm ................................................................................................................ 19 2.3.1. Khái quát .............................................................................................................. 19 2.3.2. Tính chất vật lý ..................................................................................................... 19 iii 2.3.3. Tính chất hóa học .................................................................................................. 19 2.3.4. Ứng dụng .............................................................................................................. 20 2.4. Tình hình sản xuất ................................................................................................. 21 2.4.1. Trên thế giới ......................................................................................................... 21 2.4.2. Tại Việt Nam ........................................................................................................ 21 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ........ 23 3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ ..................................................................................... 23 3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ ........................................................................ 23 3.2.1. Làm sạch.............................................................................................................. 24 3.2.2. Nghiền ................................................................................................................. 24 3.2.3. Nấu nguyên liệu ................................................................................................... 25 3.2.4. Làm nguội ............................................................................................................ 28 3.2.5. Đường hóa ........................................................................................................... 28 3.2.6. Lên men ............................................................................................................... 29 3.2.7. Chưng cất và tinh chế ........................................................................................... 30 3.2.8. Chưng cất đẳng phí .............................................................................................. 32 3.2.9. Làm nguội ............................................................................................................ 33 Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ................................................................ 34 4.1. Các thông số ........................................................................................................... 34 4.2. Tính toán cân bằng vật chất ................................................................................. 35 4.2.1. Công đoạn làm sạch ............................................................................................. 36 4.2.2. Công đoạn nghiền ................................................................................................ 36 4.2.3. 4.2.4. 4.2.5. 4.2.6. 4.2.7. Công đoạn nấu sơ bộ ............................................................................................ 36 Công đoạn phun dịch hóa ..................................................................................... 37 Công đoạn nấu chín.............................................................................................. 38 Công đoạn tách hơi .............................................................................................. 38 Công đoạn làm nguội ........................................................................................... 39 4.2.8. Công đoạn đường hóa .......................................................................................... 39 4.2.9. Công đoạn làm nguội ........................................................................................... 40 4.2.10. Nhân giống cấp 1 ............................................................................................... 41 4.2.11. Nhân giống cấp 2 ............................................................................................... 41 4.2.12. Công đoạn lên men ............................................................................................ 41 4.2.13. Công đoạn chưng cất .......................................................................................... 43 Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ .................................................................... 49 5.1. Các thiết bị sản xuất chính ................................................................................... 49 5.1.1. Sàng rung ............................................................................................................. 49 iv 5.1.2. Máy nghiền búa ................................................................................................... 49 5.1.3. Silo chứa nguyên liệu sau nghiền ......................................................................... 50 5.1.4. Thùng hòa bột ...................................................................................................... 50 5.1.5. Nồi nấu sơ bộ ....................................................................................................... 51 5.1.6. Thiết bị phun dịch hóa.......................................................................................... 52 5.1.7. Nồi nấu chín......................................................................................................... 52 5.1.8. Thiết bị tách hơi ................................................................................................... 53 5.1.9. Phao điều chỉnh mức ............................................................................................ 53 5.1.10. Thiết bị làm nguội sau tách hơi .......................................................................... 54 5.1.11. Thiết bị đường hóa ............................................................................................. 54 5.1.12. Thiết bị làm nguội sau đường hóa ...................................................................... 55 5.1.13. Thiết bị lên men ................................................................................................. 55 5.1.14. Thùng nhân giống cấp II .................................................................................... 56 5.1.15. Thiết bị nhân giống cấp I.................................................................................... 56 5.1.16. Thiết bị tách CO2................................................................................................ 57 5.1.17. Thùng chứa giấm chín ........................................................................................ 58 5.1.18. Tính tháp thô ....................................................................................................... 58 5.1.19. Tính tháp andehyt ............................................................................................... 59 5.1.20. 5.1.21. 5.1.22. 5.1.23. Tính tháp tinh ..................................................................................................... 59 Tính tháp làm sạch ............................................................................................. 60 Tính tháp tách nước............................................................................................ 60 Tháp thu hồi ....................................................................................................... 61 5.1.24. Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm ........................................................................ 62 5.2. Các thiết bị phụ trợ ............................................................................................... 62 5.2.1. Các thiết bị phụ trợ cho tháp thô........................................................................... 62 5.2.2. Thiết bị phụ trợ ở tháp andehyt ............................................................................ 64 5.2.3. Thiết bị phụ trợ ở tháp tinh ................................................................................... 65 5.2.4. Thiết bị phụ trợ ở tháp làm sạch ........................................................................... 67 5.2.5. Thiết bị phụ trợ ở tháp tách nước.......................................................................... 68 5.2.6. Các thùng chứa .................................................................................................... 69 5.3. Tính cơ cấu vận chuyển ........................................................................................ 70 5.3.1. 5.3.2. 5.3.3. 5.3.4. Gàu tải vận chuyển sắn sau khi sàng lên nghiền ................................................... 70 Gàu tải vận chuyển sắn sau khi nghiền lên thùng chứa sau nghiền ....................... 70 Gàu tải vận chuyển sắn từ thùng chứa sau nghiền sang thiết bị hòa bột ................ 70 Bơm từ thùng hòa bột sang thùng nấu sơ bộ ......................................................... 71 5.3.5. Bơm nước cho nồi nấu, vệ sinh thiết bị ................................................................ 71 v 5.3.6. Bơm dịch cháo sau nấu sơ bộ đi phun dịch hóa .................................................... 71 5.3.7. Bơm sau tách hơi đi làm nguội ............................................................................. 72 5.3.8. Bơm sau làm nguội đi đường hóa ......................................................................... 72 5.3.9. Bơm sau đường hóa đi làm nguội ......................................................................... 72 5.3.10. Bơm sau làm nguội đi nhân giống và lên men .................................................... 72 5.3.11. Bơm sau nhân giống cấp I sang nhân giống cấp II .............................................. 73 5.3.12. Bơm dịch nấm men sang thùng lên men ............................................................. 73 5.3.13. Bơm giấm chín sau khi lên men sang thùng chứa giấm chín trường hợp tạp nhiễm:............................................................................................................................. 73 5.3.14. Bơm giấm chín từ thùng lên men và sau tách CO2 sang thùng giấm chín............ 73 5.3.15. Bơm giấm chín từ thùng chứa giấm chín đi chưng cất ........................................ 73 5.3.16. Bơm từ chưng cất sang làm nguội ...................................................................... 74 5.3.17. Bơm từ làm nguội sang thùng chứa cồn sản phẩm .............................................. 74 Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC .................................................................. 77 6.1. Tính nhiệt - hơi...................................................................................................... 77 6.1.1. Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ ................................................................................ 77 6.1.2. Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa ................................................................... 78 6.1.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín .................................................................................. 79 6.1.4. Tính hơi cho quá trình chưng cất tinh chế............................................................. 80 6.1.5. Tính và chọn lò hơi .............................................................................................. 81 6.1.6. Tính nhiên liệu ..................................................................................................... 81 6.2. Tính nước cho phân xưởng sản xuất chính .......................................................... 82 6.2.1. 6.2.2. 6.2.3. 6.2.4. 6.2.5. Nước dùng cho phân xưởng nấu ........................................................................... 82 Nước dùng cho đường hóa ................................................................................... 82 Nước dùng cho 2 thiết bị làm nguội ống lồng ống ................................................ 82 Nước dùng cho phân xưởng lên men .................................................................... 83 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất tinh chế ................................... 83 6.2.6. Nước cho lò hơi ................................................................................................... 84 6.2.7. Nước rửa thiết bị .................................................................................................. 84 Chương 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG .......................................................... 85 7.1. Tổ chức của nhà máy ............................................................................................ 85 7.1.1. Tổ chức lao động ................................................................................................. 85 7.1.2. Nhân lực lao động gián tiếp.................................................................................. 85 7.1.3. Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp .............................................................. 86 7.2. Tính các công trình xây dựng ............................................................................... 86 7.2.1. Khu sản xuất chính............................................................................................... 86 vi 7.2.2. Phân xưởng cơ điện.............................................................................................. 87 7.2.3. Kho nguyên liệu ................................................................................................... 87 7.2.4. Kho thành phẩm ................................................................................................... 87 7.2.5. Phân xưởng lò hơi ................................................................................................ 88 7.2.6. Nhà hành chính .................................................................................................... 88 7.2.7. Trạm xử lí nước ................................................................................................... 88 7.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm ............................................................................................ 88 7.2.9. Nhà ăn, căn tin ..................................................................................................... 89 7.2.10. Nhà chứa máy phát điện dự phòng ..................................................................... 89 7.2.11. Nhà để xe ........................................................................................................... 90 7.2.12. Phòng thường trực và bảo vệ .............................................................................. 90 7.2.13. Khu xử lý bã và nước thải .................................................................................. 90 7.2.14. Kho nhiên liệu.................................................................................................... 90 7.2.15. Trạm máy nén và thu hồi CO2 ............................................................................ 90 7.2.16. Trạm cân xe ....................................................................................................... 90 7.2.17. Trạm bơm .......................................................................................................... 90 7.2.18. Phòng y tế .......................................................................................................... 90 7.3. Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy ........................................................ 91 7.3.1. Khu đất mở rộng .................................................................................................. 91 7.3.2. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy .................................................................... 92 7.3.3. Tính hệ số sử dụng ............................................................................................... 92 Chương 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP ........................ 93 8.1. An toàn lao động .................................................................................................... 93 8.1.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động ......................................................... 93 8.1.2. Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động ........................................................... 93 8.1.3. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động ........................................................... 93 8.2. Vệ sinh nhà máy .................................................................................................... 95 8.2.1. 8.2.2. 8.2.3. 8.2.4. Vệ sinh cá nhân của công nhân ............................................................................ 95 Vệ sinh máy móc thiết bị...................................................................................... 95 Vệ sinh xí nghiệp ................................................................................................. 95 Xử lý phế liệu trong nhà máy ............................................................................... 95 8.2.5. Xử lý nước thải .................................................................................................... 95 8.2.6. Xử lý nước dùng trong sản xuất ........................................................................... 96 Chương 9: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG CỦA NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM.... 97 9.1. Kiểm tra nguyên liệu............................................................................................. 97 9.1.1. Xác định độ ẩm .................................................................................................... 97 vii 9.1.2. Xác định hàm lượng tinh bột ................................................................................ 97 9.2. Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hóa tinh bột ....... 98 9.3. Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín sau lên men ........................................... 98 9.3.1. Độ rượu trong giấm chín ...................................................................................... 98 9.3.2. Xác định làm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín .................................. 99 9.3.3. Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường .................................................. 100 9.4. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm .................................................................... 100 9.4.1. Nồng độ rượu ..................................................................................................... 100 9.4.2. Hàm lượng acid và este trong cồn ...................................................................... 101 9.4.3. Xác định lượng ancol cao phân tử ...................................................................... 101 9.4.4. Xác định lượng hàm lượng ancol metylic (CH3OH) ........................................... 102 9.4.5. Xác định hàm lượng furfurol (C5H4O2) .............................................................. 102 KẾT LUẬN .................................................................................................................. 103 TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... PHỤ LỤC................................................................................................... viii DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU BẢNG 2.1 Thành phần hóa học của sắn lát khô có vỏ.................................................. 7 BẢNG 2.2 Các chỉ tiêu hóa lý về chất lượng nước ....................................................... 8 BẢNG 4.1 Bảng phần trăm tiêu hao nguyên liệu trong quá trình sản xuất.................. 34 BẢNG 4.2 Độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu....................................... 34 BẢNG 4.3 Các số liệu ban đầu .................................................................................. 35 BẢNG 4.4 Số ngày làm việc/số ca trong tháng (năm 2020) ....................................... 35 BẢNG 4.5 Cân bằng nhiệt lượng ứng với 100kg giấm chín ......................................... 1 BẢNG 4.6 Cân bằng nhiệt lượng ứng với 15,246 (kg/h) rượu thô ................................ 2 BẢNG 4.7 Cân bằng nhiệt lượng ứng với 17,683 (kg/h) rượu tinh 1 ............................ 3 BẢNG 4.8 Cân bằng nhiệt lượng ứng với 0,313 × M (kg/h) cồn khan ......................... 4 BẢNG 4.9 Tổng kết cân bằng vật chất ....................................................................... 46 BẢNG 5.1 Tổng kết thành phần theo nồng độ và khối lượng ..................................... 35 BẢNG 5.2 Tổng kết các thiết bị ................................................................................. 74 BẢNG 7.1 Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp .................................................. 86 BẢNG 7.2 Tổng kết các công trình ............................................................................ 86 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ HÌNH 1.1 Vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế ................................................................ 2 HÌNH 1.2 Hoa gió ....................................................................................................... 3 HÌNH 2.1 Cây sắn ....................................................................................................... 5 HÌNH 2.2 Cấu tạo củ sắn ............................................................................................. 6 HÌNH 2.3 Sắn lát khô .................................................................................................. 7 HÌNH 2.4 Saccharomyces cerevisiae ......................................................................... 10 HÌNH 2.5 Tháp chưng gián đoạn và tháp tinh chế gián đoạn ..................................... 16 HÌNH 3.1 Sàng rung .................................................................................................. 24 HÌNH 3.2 Máy nghiền búa......................................................................................... 25 HÌNH 3.3 Thiết bị phun dịch hóa ............................................................................... 27 HÌNH 3.4 Nồi nấu chín .............................................................................................. 27 HÌNH 3.5 Thiết bị làm nguội ống lồng ống ................................................................ 28 ix HÌNH 3.6 Thiết bị đường hóa liên tục ........................................................................ 28 HÌNH 3.7 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm ............................................................... 33 HÌNH 5.1 Máy sang rung........................................................................................... 47 HÌNH 5.2 Máy nghiền búa......................................................................................... 47 HÌNH 5.3 Silo chứa nguyên liệu sau nghiền .............................................................. 48 HÌNH 5.4 Thùng hòa bột ........................................................................................... 48 HÌNH 5.5 Nồi nấu sơ bộ ............................................................................................ 49 HÌNH 5.6 Thiết bị phun dịch hóa ............................................................................... 50 HÌNH 5.7 Nồi nấu chín .............................................................................................. 50 HÌNH 5.8 Thiết bị tách hơi ........................................................................................ 51 HÌNH 5.9 Phao điều chỉnh mức ................................................................................. 51 HÌNH 5.10 Thiết bị làm nguội sau tách hơi................................................................ 52 HÌNH 5.11 Thiết bị đường hóa .................................................................................. 52 HÌNH 5.12 Thiết bị làm nguội sau đường hóa............................................................ 53 HÌNH 5.13 Thiết bị lên men ...................................................................................... 53 HÌNH 5.14 Thùng nhân giống cấp I, II ...................................................................... 54 HÌNH 5.15 Thiết bị tách CO2 ..................................................................................... 35 HÌNH 5.16 Thùng chứa giấm chín ............................................................................. 56 HÌNH 5.17 Tháp thô .................................................................................................. 56 HÌNH 5.18 Đồ thị xác định số đĩa làm việc lý thuyết của tháp thô ............................. 12 HÌNH 5.19 Tháp andehyt ........................................................................................... 57 HÌNH 5.20 Đồ thị xác định số đĩa làm việc lý thuyết của tháp andehyt ...................... 16 HÌNH 5.21 Tháp tinh ................................................................................................. 58 HÌNH 5.22 Đồ thị xác định số đĩa làm việc lý thuyết của tháp tinh ............................ 21 HÌNH 5.23 Tháp làm sạch ......................................................................................... 58 HÌNH 5.24 Đồ thị xác định số đĩa làm việc lý thuyết của tháp làm sạch .................... 26 HÌNH 5.25 Tháp tách nước ........................................................................................ 59 HÌNH 5.26 Đồ thị xác định số đĩa làm việc lý thuyết của tháp tách nước ................... 35 HÌNH 5.27 Tháp thu hồi ............................................................................................ 59 HÌNH 5.28 Đồ thị xác định số đĩa làm việc lý thuyết của tháp thu hồi ....................... 33 HÌNH 5.29 Thiết bị làm nguội cồn............................................................................. 60 x HÌNH 5.30 Thiết bị hâm giấm ................................................................................... 60 HÌNH 5.31 Thiết bị tách bọt ...................................................................................... 61 HÌNH 5.32 Thiết bị ngưng tụ cồn thô ........................................................................ 35 HÌNH 5.33 Thiết bị làm nguội cồn thô ....................................................................... 74 HÌNH 5.34 Thiết bị ngưng tụ tháp andehyt ................................................................ 63 HÌNH 5.35 Thiết bị làm nguội tháp andehyt .............................................................. 63 HÌNH 5.36 Thiết bị ngưng tụ tháp tinh ...................................................................... 63 HÌNH 5.37 Thiết bị làm nguội tháp tinh..................................................................... 40 HÌNH 5.38 Thiết bị ngưng tụ dầu fusel ...................................................................... 34 HÌNH 5.39 Thiết bị ngưng tụ nằm ngang ................................................................... 35 HÌNH 5.40 Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng................................................................... 35 HÌNH 5.41 Thiết bị làm nguội và hồi lưu cồn đầu ..................................................... 42 HÌNH 5.42 Thiết bị ngưng tụ ở tháp tách nước .......................................................... 66 HÌNH 5.43 Thiết bị làm nguội tháp tách nước ........................................................... 43 HÌNH 5.44 Thiết bị decanter...................................................................................... 67 HÌNH 5.45 Thùng chứa cồn sản phẩm ....................................................................... 43 HÌNH 5.46 Thùng chứa tạp chất đầu.......................................................................... 44 HÌNH 5.47 Thùng chứa tạp chất cuối......................................................................... 45 HÌNH 5.48 Gàu tải..................................................................................................... 68 HÌNH 5.49 Bơm ........................................................................................................ 69 DANH SÁCH CÁC SƠ ĐỒ SƠ ĐỒ 2.1 Chưng luyện bán liên tục ......................................................................... 17 SƠ ĐỒ 2.2 Hệ thống chưng cất và tinh luyện theo phương pháp liên tục ................... 18 SƠ ĐỒ 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ ....................................................................... 23 SƠ ĐỒ 3.2 Nấu liên tục ............................................................................................. 26 SƠ ĐỒ 3.3 Lên men liên tục ...................................................................................... 29 SƠ ĐỒ 3.4 Hệ thống chưng cất bốn tháp ................................................................... 35 SƠ ĐỒ 3.5 Hệ thống chưng cất đẳng phí ................................................................... 32 SƠ ĐỒ 7.1 Tổ chức của nhà máy ............................................................................... 83 xi DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÝ HIỆU: H: Chiều cao D: Đường kính L x W x H: Dài x Rộng x Cao R: Bán kính T: Thời gian t: Nhiệt độ CHỮ VIẾT TẮT: FO: Dầu Fuel Oils (còn gọi là dầu Mazut) DO: Dầu Diesel Oil (còn gọi là dầu Gazole) xii Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm MỞ ĐẦU Ngành công nghệ thực phẩm là ngành đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế quốc dân và giải quyết nhu cầu cần thiết về đời sống của con người. Ngày nay, ngành công nghệ thực phẩm đang phát triển mạnh mẽ góp phần làm giàu nguồn thực phẩm cho xã hội đồng thời làm nguyên liệu cho một số ngành công nghiệp khác. Trong đó ngành công nghệ sản xuất rượu etylic có đóng góp đáng kể. Khí hậu Việt Nam là nhiệt đới gió mùa thích hợp cho việc cây lương thực như lúa, ngô, khoai... Trong đó, sắn là cây lượng thực quan trọng đứng thứ ba. Cây sắn hiện nay đã chuyển đổi vai trò từ cây lương thực thành cây công nghiệp hàng hóa có lợi thế cạnh tranh cao. Với nguồn nguyên liệu dồi dào cùng với ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất cồn nói riêng đã phát triển và ngày càng lớn mạnh. Việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm cồn từ sắn lát khô có chất lượng đáp ứng nhu cầu cuộc sống của con người. Rượu etylic (cồn) có công thức phân tử là C2H6O, được sản xuất chủ yếu theo phương pháp lên men từ các nguồn nguyên liệu chứa gluxit. Rượu etylic có vai trò quan trọng đối với các ngành công nghiệp như: Trong công nghiệp thực phẩm dùng để pha chế thành các loại rượu mùi, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả. Trong y tế dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm… Đặc biệt rượu etylic còn dùng để pha chế làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải vì vậy trong tương lai nhu cầu về rượu etylic là rất cao. Ngoài việc ứng dụng sản phẩm rượu etylic thì các sản phẩm phụ của quá trình sản xuất như CO2, bã rượu, dầu fusel cũng mang lại những lợi ích rất to lớn. Do đó mà sản xuất rượu etylic sẽ càng phát triển mạnh trong tương lai và chiếm vị trí quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm. Chính sự cần thiết từ ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đem lại cũng như những lợi ích xuất phát từ nhu cầu thực tiễn mà tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm”. Sinh viên thực hiện: Trần Thị Xiêm Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường 1 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Đặc điểm thiên nhiên 1.1.1. Vị trí địa lý Hình 1.1 Vị trí địa lý tỉnh Thừa Thiên Huế Qua tìm hiểu các điều kiện về giao thông, vị trí địa lý, khả năng tiêu thụ sản phẩm và các điều kiện khác. Cho thấy rằng chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Phú Bài thuộc thị trấn Phú Bài, huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế là thuận lợi nhất. Khu công nghiệp Phú Bài nằm ở phía Đông Nam, cách thành phố Huế 15km dọc theo quốc lộ 1A và đường sắt Bắc Nam, cạnh sân bay quốc tế Phú Bài, cách cảng biển Chân Mây 40km về phía Nam. Khu công nghiệp Phú Bài là khu công nghiệp đầu tiên của tỉnh Thừa Thiên Huế, đã được đầu tư hạ tầng kỹ thuật hoàn thiện; có nhiều điều kiện thuận lợi về giao thông, lao động; đã có Nhà máy xử lý nước thải, kho ngoại quan và địa điểm làm thủ tục hải quan phục vụ nhu cầu xuất nhập khẩu tại chỗ [10], [11]. 1.1.2. Đặc điểm địa hình Địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp, cách quốc lộ 1A 1km, khu đất xây dựng có diện tích rộng và bằng phẳng cho phép xây dựng nhà công nghiệp nhiều tầng. Với vị trí đặc biệt này, nhà máy sẽ rất thuận tiện trong việc vận chuyển sản phẩm đến nơi tiêu thụ trong tỉnh, ngoại tỉnh và xuất khẩu [11]. 1.1.3. Đặc điểm khí hậu Theo tài liệu khí tượng thủy văn của trạm khí tượng thủy văn Huế, Huế là một trong những tỉnh có khí hậu tương đối ổn định với nhiệt độ trung bình hằng năm 25oC; Sinh viên thực hiện: Trần Thị Xiêm Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường 2 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm độ ẩm trung bình 84,5%; hướng gió chính là Tây Nam. Hướng gió chính ảnh hưởng đến việc bố trí phân xưởng phụ trợ của nhà máy [9]. Hình 1.2 Hoa gió [8] 1.2. Vùng nguyên liệu Nguyên liệu chính để sản xuất cồn tuyệt đối là sắn lát khô có vỏ. Nước ta có nhiều vùng trồng sắn với sản lượng lớn, việc nhà máy sử dụng nguyên liệu sắn lát khô để sản xuất cồn tuyệt đối có ý nghĩa rất lớn trong vấn đề tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có của địa phương cũng như giảm giá thành sản phẩm. Ở Huế cũng có nhiều nơi trồng sắn như Phú Lộc, Phú Vang, Phong Điền, Nam Đông… vừa tận dụng được nguồn nguyên liệu của địa phương vừa giảm được chi phí vận chuyển. 1.3. Hợp tác hóa Việc đặt nhà máy trong khu công nghiệp sẽ tận dụng được cơ sở hạ tầng của khu công nghiệp. Là môi trường hợp tác rất tốt giữa các nhà máy với nhau cũng như giữa nhà máy với các nguồn mua bán nguyên liệu thay thế và phụ phẩm từ nhà máy [11]. 1.4. Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia qua máy biến áp riêng của nhà máy. Dòng điện nhà máy sử dụng có hiệu điện thế 220V/380V. Ngoài ra để đảm bảo cho quá trình sản xuất được liên tục, nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phòng [11]. 1.5. Nguồn cung cấp hơi và nhiên liệu Nhà máy sử dụng lò hơi để cung cấp hơi cho các phân xưởng, nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu FO. Xăng dầu của nhà máy được mua từ các trạm xăng dầu địa phương, nhà máy có kho dự trữ để đảm bảo sản xuất [11]. 1.6. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Nhà máy sử dụng nguồn nước máy do công ty cấp thoát nước tỉnh Thừa Thiên Huế cung cấp, nguồn nước này phải qua hệ thống xử lý nước của nhà máy để đảm bảo các chỉ tiêu về hóa học, sinh học trước khi đem vào sản xuất. Phần lớn nước thải của nhà Sinh viên thực hiện: Trần Thị Xiêm Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường 3 Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 18.000.000 lít sản phẩm/năm máy đều chứa các hợp chất hữu cơ là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, khi thải ra ngoài sẽ gây ô nhiễm môi trường, do đó cần phải xử lý trước khi thải ra ngoài. Nước thải của nhà máy được tập trung và xử lý ở khu xử lý nước thải của khu công nghiệp [10]. 1.7. Giao thông Nhà máy nằm trong khu công nghiệp nên cơ sở hạ tầng được đảm bảo, gần đường quốc lộ 1A, gần đường sắt Bắc Nam, cách cảng Chân Mây 40km về phía Nam nên việc vận chuyển bằng đường bộ, bằng đường sắt hay bằng đường thủy đều rất thuận lợi. Đảm bảo giao thông thuận tiện và giảm thiểu chi phí vận chuyển cho nhà máy [10]. 1.8. Nguồn nhân lực Công nhân của nhà máy chủ yếu lấy từ nguồn công nhân ở địa phương, vừa giải quyết công ăn việc làm cho người dân ở địa phương vừa giảm được chi phí về nhà ở sinh hoạt cho công nhân. Cán bộ quản lý và cán bộ kỹ thuật được cung cấp từ các trường Đại học ở miền Trung như: Huế, Đà Nẵng, Nha Trang… Kết luận: Qua phân tích, việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô tại khu công nghiệp Phú Bài thuộc thị trấn Phú Bài, huyện Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế là hợp lý, đáp ứng lượng tiêu thụ cồn ngày càng tăng, phù hợp với tình hình địa phương, giải quyết được vấn đề lao động địa phương và sẽ mang lại lợi ích kinh tế cho nhà đầu tư và cho cả địa phương [10]. Sinh viên thực hiện: Trần Thị Xiêm Hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường 4