ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TỪ TINH BỘT CÔNG SUẤT 10 TRIỆU LÍTNĂM

MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN Trang LỜI CAM ĐOAN CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG ĐỒ ÁN LỜI NÓI ĐẦU…………………………………………………………………..1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY RƯỢU BÌNH TÂY, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ SẢN PHẨM CỒN RƯỢU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI…………………………………………………………..2 1.1 Tổng quan về công ty rượu Bình Tây………………………………………2 1.1.1 Giới thiệu chung…………………………………… ……… ………………2 1.1.2 Công ty rượu Bình Tây………………………………...…………………..3 1.2 Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn rượu ở Việt Nam và trên thế giới.……...4 1.2.1 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam……………………...………………...4 1.2.2 Tình hình sản xuất cồn và sử dụng cồn trên thế giới…… ……...………….7 CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ………………………………………………………………..………..…9 2.1 Phân tích lựa chọn quy trình công nghệ………………..…………………….9 2.1.1 Nghiền nguyên liệu……………………………………….………………..9 2.1.2 Nấu nguyên liệu…………………………...………………………………9 2.1.3 Quá trình đường hóa ………………………..…………………………….11 2.1.4 Quá trình lên men…………..………………… …….…………………….13 2.1.5 Quá trình chưng cất cồn….…………………… …….……………………16 2.1.6 Lựa chọn quy trình công nghệ………………… ……...………………….17 2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ…………………...……………………..19 2.2.1 Nghiền và làm sạch nguyên liệu…….……………………………………19Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 2.2.2 Quá trình hồ hóa và đường hóa………..……………………………….…19 2.2.3 Quá trình lên men dịch đường…………………..…………………….…..20 2.2.4 Quá trình chưng cất và tinh chế cồn………………..………………….….21 CHƯƠNG 3. TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM……...……………………….23 3.1 Tính sản phẩm rượu theo lý thuyết………………….……………………...23 3.2 Tính hiệu suất thực tế………………………….……………………………23 3.3 Tính cân bằng cho nguyên liệu………………….………………………….24 3.3.1 Tính lượng bột gạo…………………………… ….……………………….24 3.3.2 Tính lượng nước công nghệ……………..………….…………………….25 3.3.3 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn hồ hóa và đường hóa…………………………………………………………………..27 3.3.4 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn lên men……………...……….…28 3.3.5 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn chưng cất…………….…………28 CHƯƠNG 4. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHO CÁC CÔNG ĐOẠN...…...….30 4.1 Tính toán thiết bị cho bộ phận hồ hóa và đường hóa….……………………30 4.1.1 Tính toán thùng hòa trộn lân một – R303………………..…..…………...30 4.1.2 Tính toán thùng hồ hóa lần một – R304………… …….………………….32 4.1.3 Tính toán thiết bị nấu – E314………………………….…….……………34 4.1.4 Tính toán thùng làm lạnh nhanh – R315………………..……….………..36 4.1.5 Tính toán thùng hòa trộn lần hai – R305………………...………………..37 4.1.6 Tính toán thùng hồ hóa lần hai – R307………………….………………..39 4.1.7 Tính toán thùng đường hóa – R310……………………..………...………41 4.2 Tính toán thiết bị cho bộ phận lên men………………….…………………42 4.2.1 Tính toán tank phát triển men – R402……..….……….…………………42 4.2.2 Tính toán tank lên men…………………………….……………………..45 CHƯƠNG 5. TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT……...…...……57 5.1 Tính toán cấp nhiệt cho bộ phận hồ hóa và đường hóa……..…..…………..57Đồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 5.1.1 Tính toán cấp nhiệt cho thùng hồ hóa lần một – R304…………...….…...57 5.1.2 Tính toán cấp nhiệt cho thùng hòa trộn lần một – R303… ………………64 5.1.3 Tính toán cấp nhiệt cho thiết bị nấu – E314….… …….………………….70 5.1.4 Tính cấp nhiệt cho công đoạn chưng cất…………………....…………….72 5.2 Tính toán giải nhiệt cho bộ phận hồ hóa và đường hóa………….…………73 5.2.1 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước khi đường hóa – E311………73 5.2.2 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước khi đi lên men – E312……....78 5.2.3 Tính giải nhiệt cho tăng phát triển men – E402……….………….………82 5.3 Tính chọn tháp chưng cất……………………………….…………………..89 5.4 Tính toán chọn thiết bị phụ……………….….……………………………..90 5.4.1 Chọn lò hơi…………………………………..………… …………………90 5.4.2 Chọn phương pháp cấp nước…….………….………………..…………..91 KẾT LUẬN……………………….……………………………………………92 TÀI LIỆU THAM KHẢO……...……………………………………………..94 PHỤ LỤCĐồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan bản đồ án này do tôi tự lập tính toán, thiết kế và nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Đinh Văn Thuận, các thạc sỹ và các kỹ sư công ty POLYCO. Để hoàn thành bản đồ án này, tôi chỉ sử dụng những tài liệu đã ghi trong mục tài liệu tham khảo, ngoài ra không sử dụng tài liệu nào khác mà không được ghi ở phần tài liệu tham khảo. Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định. Ký tên Nguyễn Duy SángĐồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K 51 LỜI CẢM ƠN Bản đồ án tốt nghiệp này được hoàn thành trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp tại Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt – Lạnh, Trường đại học Bách Khoa Hà Nội. Với lòng biết ơn sâu sắc, tôi xin chân thành cảm ơn PGS.TS. Đinh Văn Thuận, các thạc sỹ và các kỹ sư công ty POLYCO đã tận tình giúp đỡ tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp đúng tiến độ và có chất lượng. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Viện và các bạn trong lớp Máy và Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 đã tham gia góp ý để tôi hoàn thiện hơn sau quá trình học tập. Hà Nội, ngày 20 tháng 05 năm 2011 Sinh viên thực hiện Nguyễn Duy SángĐồ án tốt nghiệp Nhà máy sản xuất cồn Nguyễn Duy Sáng – Máy Thiết Bị Nhiệt Lạnh – K51 CÁC KÝ HIỆU THƯỜNG DÙNG TRONG ĐỒ ÁN  m: Chiều dày vật liệu W m.K: Hệ số dẫn nhiệt      Wm .K 2 : Hệ số tỏa nhiệt k W m .K     2 : Hệ số truyền nhiệt q W m     2 : Mật độ dòng nhiệt      kgm3 : Khối lượng riêng      m s 2 : Độ nhớt động học

TỔNG QUAN VỀ CÔNG TY RƯỢU BÌNH TÂY, TÌNH HÌNH SẢN XUẤT VÀ TIÊU THỤ SẢN PHẨM CỒN RƯỢU Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI

Tổng quan về công ty rượu Bình Tây

Rượu cồn, hay còn gọi là rượu etylic (C2H5OH), được sản xuất từ hai nguồn nguyên liệu chính: khí etylen và các sản phẩm nông nghiệp giàu tinh bột Tùy thuộc vào nguyên liệu, rượu cồn có thể được phân loại thành cồn từ tinh bột hoặc cồn rỉ đường Ngoài ra, dựa vào chất lượng và mục đích sử dụng, rượu cồn được chia thành cồn công nghiệp, cồn y tế và cồn chế biến rượu uống Cuối cùng, theo nồng độ rượu etylic, có thể phân biệt giữa cồn nặng và cồn nhẹ (cồn cao độ và cồn thấp độ).

Cồn rượu được sử dụng đa dạng trong nhiều lĩnh vực, bao gồm ngành thực phẩm để pha chế rượu và sản xuất giấm Ngoài ra, cồn rượu còn có ứng dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp nặng, quốc phòng, nông nghiệp và y tế.

Cồn công nghiệp sản xuất rượu etylic (C2H5OH) đã phát triển mạnh mẽ cùng với nền đại công nghiệp Nguyên thủy, con người đã biết đến việc lên men dịch nho để tạo ra rượu vang Rượu cồn được tinh chế từ thế kỷ XII thông qua quá trình chưng cất rượu vang, và đến thế kỷ XIV, công nghệ sản xuất rượu đã phát triển mạnh ở Châu Âu, với ứng dụng trong y dược vào thế kỷ XV Ngành công nghiệp rượu cồn không ngừng mở rộng nhờ sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật Ở Việt Nam, nghề nấu rượu thủ công đã có từ lâu, nhưng sản xuất rượu cồn theo kiểu công nghiệp chỉ bắt đầu từ năm 1898 với sự ra đời của hai công ty rượu cồn lớn nhất.

Hà Nội và công ty rượu cồn Bình Tây và một số nhà máy vừa và nhỏ khác, sản lượng rượu sản xuất ra ngày càng tăng

1.1.2 Công ty rượu Bình Tây

Công ty rượu Bình Tây, có trụ sở tại 621 Phạm Văn Trí, Quận 6, TP Hồ Chí Minh, được thành lập vào năm 1900 và bắt đầu sản xuất từ năm 1902 dưới sự quản lý của công ty Societe Francaise Des Distilleries từ Pháp Công ty chuyên sản xuất các sản phẩm chất lượng cao với công suất lớn, bao gồm cồn tinh luyện 96% Vol và cồn công nghệ từ tinh bột ngũ cốc và rỉ mật, đạt 10 triệu lít/năm Ngoài ra, công ty còn sản xuất rượu các loại với sản lượng 5 triệu lít/năm và bao bì giấy carton 5 triệu m²/năm Bình Tây luôn chú trọng đến mẫu mã và chất lượng sản phẩm, tuy nhiên, công suất hiện tại của nhà máy vẫn chưa đáp ứng đủ nhu cầu tiêu thụ trong và ngoài nước.

Cuối năm 2004, Công ty rượu Bình Tây đã đầu tư 40 tỷ đồng vào hệ thống sản xuất cồn rượu từ gạo với công suất 10 triệu tấn/năm nhằm phục vụ chế biến thực phẩm, pha chế rượu và xuất khẩu Cồn rượu Việt Nam, được sản xuất từ các nông sản như gạo, ngô và sắn, đã trở nên phổ biến, với công ty tiêu thụ 400.000 tấn gạo tấm từ nông dân Hiện nay, cồn rượu tinh chế từ gạo của Bình Tây được nhiều công ty trong và ngoài nước đặt hàng nhờ vào chất lượng tốt và khả năng giảm thiểu độc tố.

Mở rộng và khôi phục thị trường truyền thống, rượu Bình Tây, một doanh nghiệp xuất khẩu cồn rượu lớn, đã vượt qua khó khăn khi thị trường Liên Xô và Đông Âu sụp đổ Sau thời gian đầu tư và tái sản xuất, cồn rượu Volka Bình Tây đã trở lại thị trường Nga và Đông Âu Năm nay, rượu hương hoa hồng Bình Tây cũng đã xuất khẩu sang các nước Đông Nam Á và Nhật Bản, đạt kim nghạch xuất khẩu 1 triệu USD/năm Thị trường Nhật Bản hứa hẹn sẽ tiếp tục mở rộng, do đây là một trong những thị trường tiềm năng cho cồn rượu nấu từ gạo của Việt Nam.

Trong bối cảnh đất nước phát triển nhanh chóng, nhu cầu tiêu thụ cồn ngày càng tăng cao, nhưng các nhà máy sản xuất rượu cồn hiện tại vẫn chưa đáp ứng đủ Do đó, việc thiết kế và xây dựng một nhà máy sản xuất rượu cồn mới là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu thị trường.

Tình hình sản xuất và tiêu thụ cồn rượu ở Việt Nam và trên thế giới

1.2.1 Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ ngàn xưa Theo kinh nghiệm cổ truyền, nghề nấu rượu thủ công được thực hiện như sau:

Gạo tẻ hoặc gạo nếp sau khi nấu chín sẽ được để nguội và trộn với men giống đã giã nhỏ, với tỷ lệ từ 1,5 đến 2,5% so với gạo (thường là 1 nắm men cho 1 kg gạo) Sau khi trộn đều, cơm được cho vào rổ sạch, lót lá chuối, đậy kín bằng lá và phủ vải sạch hoặc bao tải, sau đó đặt ở nơi thoáng mát vào mùa hè hoặc ấm áp vào mùa đông Sau 2 đến 3 ngày, cơm ủ sẽ có mùi thơm dễ chịu, vị cay mềm và rất ngon.

Để làm rượu từ cơm, đầu tiên, cho cơm ủ vào chum hoặc vại sạch, thêm 2 đến 3 lít nước cho mỗi kg gạo nấu, sử dụng nước đun sôi để nguội ở nhiệt độ 30ºC Khuấy đều và để lên men trong 2,5 đến 3 ngày Nếu quá trình ủ men thành công, hạt gạo sẽ giữ nguyên hình dạng và nổi trên bề mặt Dịch lên men này được gọi là "cơm hèm" Tiếp theo, đổ nước hèm vào nồi, đậy kín và chỉ để một lỗ hở thông với hệ làm lạnh, đun cho đến khi sôi để thu được rượu từ hơi nước ngưng tụ.

Chất lượng rượu phụ thuộc vào nhiều yếu tố như loại gạo, cách nấu cơm, chất lượng men, nhiệt độ ủ và quy trình chưng cất Men giống là yếu tố quan trọng nhất, với nhiều loại men khác nhau theo từng vùng miền, bao gồm cả việc sử dụng lá rừng Việt Nam có nhiều loại rượu ngon được ưa chuộng như “Lúa Mới” ở Hà Nội, rượu Nàng Hương ở Bình Tây và rượu Hoàng Đế ở Thanh Ba Phú Thọ, có chất lượng không thua kém rượu ngoại Tuy nhiên, tâm lý thích đồ ngoại vẫn khiến một số người xem thường rượu nội.

Sản xuất cồn rượu công nghiệp tại Việt Nam bắt đầu từ năm 1898, do người Pháp thiết kế và xây dựng Trước Cách mạng Tháng Tám, nước ta đã có nhiều nhà máy rượu nổi bật như Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng, tất cả đều sử dụng nguyên liệu từ ngô, gạo và áp dụng phương pháp amylo.

Theo thống kê chưa đầy đủ, các nhà máy rượu miền Bắc hàng năm sản xuất một lượng cồn đáng kể, như thể hiện trong bảng 1.1.

Sau khi hòa bình lập lại vào năm 1955, chính phủ đã tập trung cải tạo các nhà máy rượu, trong đó nổi bật là nhà máy Rượu Hà Nội với năng suất 6 triệu lít/năm Đến năm 1960, hai nhà máy cồn rỉ đường mới được thành lập là Việt Trì Phú Thọ và Sông Lam Nghệ An, mỗi nhà máy có năng suất 1 triệu lít cồn qui 100º/năm Trong giai đoạn chống Mỹ, nhiều tỉnh đã xây dựng thêm các nhà máy rượu có công suất 1 triệu lít/năm như Lục Ngạn – Hà Bắc, Hưng Nhân – Thái Bình và Tam Hiệp Phúc Thọ Hà Tây Ngoài ra, hầu hết các tỉnh cũng đã xây dựng các phân xưởng cồn nhỏ với năng suất 100.000 lít cồn/năm, ví dụ như ở Quảng Bình.

Sông Con Nghệ An, Bá Thước và Hàm Rồng Thanh Hóa, Khánh Cư Ninh Bình, Vĩnh Trụ Nam Định, Hải Phòng, Hà Giang và Thanh Ba Phú Thọ là những địa điểm nổi bật trong ngành sản xuất cồn rượu của Việt Nam, với tổng năng suất khoảng 15 triệu lít/năm Sau năm 1975, nhiều nhà máy như Lam Sơn – Thanh Hóa, Rượu Quảng Ngãi, Rượu Bình Dương và Bình Tây được xây dựng thêm, cùng với sự phát triển của các cơ sở tư nhân Từ năm 1980 đến 1985, tổng sản lượng cồn của cả nước đạt trên 30 triệu lít mỗi năm, đánh dấu thời kỳ cao điểm trong sản xuất cồn rượu, phục vụ cả nhu cầu xuất khẩu và tiêu dùng nội địa.

Bảng 1.1: sản lượng cồn rượu trước Cách mạng Tháng Tám

Năm Công suất cồn ở nhà máy, 10 lít 6

Nam Định Hải Dương Hà Nội Tổng cộng

Vào những năm 1986 – 1987, sự đổi mới cơ chế quản lý dẫn đến nhiều xí nghiệp thua lỗ và sản phẩm tiêu thụ chậm, khiến hàng loạt nhà máy phải bán thiết bị để thanh toán nợ nần, trong khi nhiều cơ sở sản xuất cồn rượu bị xóa sổ Thời điểm này, các cơ sở sản xuất quốc doanh rất ít, với một số cơ sở tại miền Bắc như Thanh Ba, Việt Trì, Hà Nội và miền Nam như Quảng Ngãi, Huế, Bình Tây, Bình Dương Hai nhà máy lớn nhất, Bình Tây và Hà Nội, chỉ sản xuất cầm chừng do không còn thị trường xuất khẩu và thị trường trong nước cũng bị thu hẹp vì rượu quốc doanh không thể cạnh tranh với rượu thủ công.

Hiện nay, tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Hà Nội và tổng công ty Bia – Rượu – Nước giải khát Sài Gòn là hai đơn vị chủ lực sản xuất bia, rượu và nước giải khát, đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và xuất khẩu.

1.2.2 Tình hình sản xuất và sử dụng cồn trên thế giới

Cồn rượu được coi là sản phẩm thực phẩm nhưng cũng tiềm ẩn nguy cơ độc hại cho sức khỏe con người Mặc dù vậy, sản lượng cồn rượu toàn cầu vẫn tăng trưởng hàng năm Hiện tại, chưa có tài liệu nào cung cấp số liệu chính xác về sản lượng và mức độ tiêu thụ cồn rượu ở tất cả các quốc gia Dưới đây là thông tin tham khảo từ một số tài liệu về cồn rượu ở các nước và thời điểm khác nhau, được trình bày trong bảng 1.2.

Hầu hết các quốc gia trên thế giới sử dụng cồn không chỉ để pha chế rượu mà còn phục vụ cho các nhu cầu khác như y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác.

Tỷ lệ cồn sử dụng trong các ngành công nghiệp khác nhau phụ thuộc vào sự phát triển của từng quốc gia Ở những nước có ngành công nghiệp rượu vang phát triển như Italia, Pháp, Tây Ban Nha và Mônđôva, cồn được sử dụng để tăng nồng độ rượu Ngoài ra, một lượng lớn cồn cũng được dùng để pha chế các loại rượu mạnh như Whisky, Martin, Brandy, Napoleon và Rhum.

Từ năm 1954 đến 1955, tỷ lệ cồn sử dụng trong pha chế rượu ở Nhật Bản chỉ đạt 19,1%, trong khi Đan Mạch là 11,6%, và Bỉ cao hơn với 39% sản lượng rượu mạnh Tại Mỹ, cồn được sử dụng đa dạng và tỷ lệ này thay đổi theo từng thời kỳ.

Rượu và đồ uống có cồn đóng vai trò quan trọng trong ngành thực phẩm, với sự đa dạng phong phú Các nhà sản xuất tạo ra nhiều loại rượu khác nhau, phản ánh truyền thống và sở thích của người tiêu dùng.

Bảng 1.2: Tình hình sản xuất cồn etylic ở một số nước – theo thống kê 1958

Nước sản xuất Lượng cồn sản xuất

Bình quân đầu người, l/người

Liên Xô (cũ) Ấn Độ

LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Thuyết minh quy trình công nghệ

2.2.1 Nghiền và làm sạch nguyên liệu

Gạo được nghiền và làm sạch để phá vỡ màng tế bào thực vật, loại bỏ tạp chất và bảo vệ máy nghiền Sơ đồ của quy trình nghiền và làm sạch được thể hiện trong bản vẽ số 3.

Nguyên liệu đầu vào là gạo được đưa vào thùng R100, sau đó chảy liên tục xuống sàng rung để loại bỏ bụi, bụi này được thu hồi bởi thiết bị lọc bụi S130 qua quạt hút C130 Nguyên liệu tiếp tục được chuyển đến bộ phận S102 nhờ băng tải T102 và vít tải T111 để tách các hạt nhỏ hơn gạo thông qua hai sàng có kích thước lỗ khác nhau Sau khi loại bỏ hạt không đạt yêu cầu, nguyên liệu được đưa đến bộ phận sàng phân loại tỷ trọng S105 để tách đá và sau đó là bộ phận tách kim loại bằng nam châm điện S101 Cuối cùng, nguyên liệu được nghiền tại bộ phận B101 và bột được chuyển đến thùng đệm R103 qua vít tải T122, trước khi được chuyển đến bộ phận hồ hóa và đường hóa.

2.2.2 Hồ hóa và đường hóa

Bột từ thùng R301 được vận chuyển đến bộ phận nấu và thủy phân R300 qua các băng tải T301, T303 và vít tải T302 Tại đây, enzym và kiềm được sử dụng để tăng tốc quá trình thủy phân tinh bột Sơ đồ hồ hóa và đường hóa được thể hiện trong bản vẽ số 4.

Tinh bột được hòa trộn với nước trong thùng R303 trước khi nấu, với nhiệt độ duy trì ở 56ºC Để tận dụng nhiệt từ đáy tháp chưng cất, một thùng nước nóng E313 được lắp thêm.

Để tránh hiện tượng vón cục, nhiệt độ của dịch hòa trộn không được phép quá cao, do đó cần bổ sung thêm nước công nghệ có nhiệt độ thấp nhằm đạt được mức nhiệt độ mong muốn.

Trong quá trình nấu, thùng R303 được bổ sung enzym cùng với NaOH và Ca(OH)2 để thúc đẩy thủy phân Sau khi hòa trộn, dịch được chuyển sang thùng hồ hóa lần 1 R304, nơi dịch được đun nóng đến 85ºC bằng hơi để tăng cường quá trình thủy phân tinh bột Trước khi vào thiết bị nấu E314, dịch được gia nhiệt lên 120ºC bằng cách phun hơi trực tiếp từ thiết bị jector J314A/B Tiếp theo, dịch được bơm làm lạnh nhanh trong thùng R315 xuống 95ºC bằng cách giảm áp suất nhờ thiết bị hút chân không Sau khi làm lạnh, dịch được chuyển sang thùng hồ hóa lần hai R305, nơi tiếp tục bổ sung enzym để tiếp tục quá trình thủy phân Dịch sau đó được đưa đến thùng hòa trộn lần hai R307, nơi bổ sung thêm nước công nghệ ở nhiệt độ 73ºC Cuối cùng, dịch được chuyển đến thiết bị trao đổi nhiệt E311 để hạ nhiệt xuống 60ºC, trước khi tiến hành quá trình đường hóa trong thùng R310 nhờ enzym.

2.2.3 Lên men dịch đường Đường hóa xong, dịch đường được làm lạnh xuống 2832ºC nhờ thiết bị trao đổi nhiệt E312, sau đó chuyển sang bộ phận lên men Ở đây dưới tác dụng của nấm men, đường sẽ biến thành rượu và khí cácbonic cùng với nhiều sản phẩm trung gian khác Lên men xong ta thu được hỗn hợp gồm rượu – nước – bã gọi là giấm chín Sơ đồ lên men được thể hiện trong bản vẽ số 5

Dịch đường từ thùng đường hóa cùng với dung dịch (NH4)2SO4 và (NH4)2HPO4 được chuyển đến tank phát triển men R402 Quá trình lên men diễn ra liên tục trong 5 tank từ R411 đến R415, với nhiệt độ duy trì khoảng 33ºC nhờ các thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản Mỗi tank được trang bị động cơ cánh khuấy để đảm bảo dịch được khuấy đều và có không khí nhẹ để ổn định dịch men trong suốt quá trình lên men.

CO2 sinh ra từ quá trình lên men được dẫn đến cột rửa CO2 nhằm thu hồi cồn bị cuốn theo Cột rửa hoạt động bằng cách phun nước từ trên xuống, giúp hơi cồn ngưng tụ và chảy xuống dưới, trong khi CO2 tiếp tục thoát ra ngoài Cuối cùng, lượng cồn thu được ở đáy cột rửa D403 cùng với nước sẽ được bơm trở lại tank phát triển men 402.

Từ tank lên men cuối cùng R415, giấm chín được bơm trực tiếp vào bộ phận chưng cất

2.2.4 Chưng cất và tinh chế cồn

Sau khi quá trình lên men hoàn tất, giấm chín sẽ được chuyển đến bộ phận chưng cất, nơi thực hiện việc tách cồn ra khỏi giấm đã lên men Sơ đồ chưng cất được minh họa trong bản vẽ số 6.

Giấm chín từ nhà men được đưa vào cột chưng cất D511 qua thiết bị gia nhiệt E525 Dịch bã được tách ra từ đáy tháp cất thô D510 qua thiết bị S546, trong đó một phần dịch được bơm P510A/B sang hệ thống xử lý nước thải, còn phần còn lại gọi là dịch hèm trở về nhà nấu Hơi cồn thoát ra từ đỉnh cột cô đặc D520 qua thiết bị trao đổi nhiệt E525, bình ngưng E526, và tank ngưng R525, sau đó được bơm P525A/B đến tháp tách aldehyt D530 Cả tháp D511 và D520 hoạt động ở áp suất chân không và được gia nhiệt bằng hơi từ đỉnh tháp tinh luyện D540 qua thiết bị ngưng tụ E545.

Cồn tinh khiết được thu thập từ đáy tháp D530 qua bơm P530 và chuyển đến tháp D540 Hơi tạp chất được tách ra từ đỉnh cột D530 qua thiết bị ngưng tụ E551, sau đó lưu trữ trong tank R551 và bơm P535A/B vào tháp tách dầu fusel D560 Cột D530 được đun nóng bằng hơi phun trực tiếp.

Một phần cồn nặng được lấy từ đáy tháp D540 và tự bốc hơi trong tank R541, sau đó được bơm vào tháp D530 qua bơm P541 Hơi từ R541 cũng được chuyển sang tháp tách dầu fusel D560 để cung cấp nhiệt trực tiếp cho tháp này Phần hơi cồn tinh khiết được dẫn đến tháp khử methanol D550, trong khi tháp D540 được gia nhiệt bằng hơi từ thiết bị gia nhiệt E541.

Cồn tinh chế được thu hồi từ đáy tháp D550 qua bơm P550, sau đó đi qua thiết bị làm lạnh và vào tank chứa cồn thành phẩm Các hơi tạp chất được loại bỏ từ đỉnh tháp D550 qua thiết bị ngưng tụ E555 và được bơm P555 đưa về tank chứa cồn đầu Tháp D550 hoạt động ở áp suất chân không và được gia nhiệt bằng hơi từ đỉnh tháp D530 thông qua thiết bị ngưng tụ E551 Một phần cồn không đạt yêu cầu cùng với rượu nồng độ thấp từ tháp D530 được chuyển qua thiết bị E551, chứa vào tank ngưng R551 và sau đó được bơm P535A/B sang tháp D560.

Dầu tạp chất tại tháp D560 được tách ra bằng thiết bị decanter S560, trong khi phần dịch nước được đưa trở lại tháp D560 Phần dầu fusel được chuyển qua tank chứa R562 và bơm P565 để đưa về bể chứa dầu fusel Lượng dịch nước dưới đáy tháp D560 được bơm P560A/B chuyển đến thiết bị E545, tại đây nước ngưng được chứa trong tank R545 và sau đó được bơm P545A/B trở lại tháp D540.

TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM

Tính sản phẩm rượu theo lý thuyết

Ta có phương trình phản ứng tạo rượu từ tinh bột

Lấy 100kg tinh bột để sản xuất

- Theo phương trình (3.1) ta có:

Cứ 162kg tinh bột ta thu được 180kg glucoza

 100kg tinh bột ta thu được X1kg glucoza

- Theo phương trình (3.2) ta có:

Cứ 180kg glucoza tạo ra 92kg cồn

 111,11kg glucoza tạo ra X2kg cồn

  kg cồn Ở 20ºC, tỷ trọng của cồn là d = 0,789kg/l

 m = 56,79kg cồn có thể tích tương ứng là V=m d V,79 0,789= 71,98 lít

Vậy theo lý thuyết cứ 100 kg tinh bột tạo ra 71,98 lít cồn

Tính hiệu suất thực tế

Hiệu suất thực tế luôn nhỏ hơn hiệu suất lý thuyết vì trong các công đoạn sản xuất không tránh khỏi tổn thất

Tổn thất của các công đoạn được thể hiện trong bảng sau:

Bảng 3.1: Tổn thất của các công đoạn

Các tổn thất Tính theo % tinh bột

Bột bay khi nghiền và bụi khi đổ bột 0,5

Tổn thất trong quá trình nấu 0,5

Tổn thất trong quá trình đường hóa 1

Tổn thất do giấm men tạo thành sản phẩm phụ 4

Tổn thất do lên men không hoàn toàn 1

Tổn thất do bay theo CO2 1

Tổn thất do chưng cất và tinh chế 2

Ta chọn tổn thất tổng cộng là 10% do đó hiệu suất thu hồi thực tế là:

Vậy thể tích rượu trong thực tế 100kg tinh bột sẽ sản xuất được là:

Tính cân bằng cho nguyên liệu

Tính lượng tinh bột cần thiết để sản xuất 10000000lít 100%V

Theo tính toán thực tế ta có:

100kg tinh bột tạo ra được 64,782lít cồn 100%V

X kg tinh bột tạo ra được 10000000lít cồn 100%V

Ta chọn thời gian làm việc của nhà máy trong một năm là 300 ngày

Lượng cồn khan sản xuất trong một ngày là:

Lượng tinh bột cần dùng trong một ngày là: tb 15436386,65

Vì hàm lượng tinh bột trong gạo là 69,2% do đó lượng gạo cần cung cấp để tạo ra 33333,33lít cồn khan trong một ngày là: g

Vậy lượng gạo cần cung cấp : Mg = 74356,39kg/ngày

Ta chọn hàm lượng ẩm của gạo là 11% Vậy lượng nước có trong gạo là: ns

Khối lượng chất khô có trong gạo:

 Lượng chất khô trong gạo không phải tinh bột là:

3.3.2 Tính lượng nước công nghệ

Theo tính toán phần trên nếu không tính đến tổn thất của các công đoạn

Cứ 100kg gạo tạo ra 71,98lít cồn Lượng tinh bột sử dụng trong 1ngày là

 Thể tích của cồn tạo ra khi chưa tính đến tổn thất:

 100 = 37037,04 lít Tổn thất trong quá trình nấu, đường hóa và lên men là 8%

Vậy lượng tinh bột bị tổn thất:

Thể tích của cồn còn lại trong giấm chín:

V c V - V tt 37037,04 2965,96 34074,07 lít/ngày Độ cồn trong giấm được tính theo công thức: c gi

V  Để độ cồn của giấm chín đạt 8% thì thể tích của giấm chín là: gi V c 34074,07

Khối lượng riêng của giấm chín có nồng độ 8% là ρgi = 0,9889kg/lít

 Khối lượng của giấm chín:

M gi  gi V gi 0,9889 425925,93  421198,15 lít/ngày

Khối lượng cồn có trong giấm chín:

Cứ 92kg cồn được tạo ra thì cũng tạo ra 88kg CO2

 26884,44kg cồn được tạo ra thì tạo ra Xkg CO2

Vậy lượng CO2 tạo ra trong một ngày là: MCO2 = 25715,56 kg/ngày

Khối lượng dịch men trong một ngày:

Mdm  M + Mgi CO 2  421198,15 + 25715,56 = 446913,71 kg/ngày Khối lượng nước đưa vào thủy phân tinh bột là:

M  M - M = 446913,71 - 66177,19 = 380736,52 dm k kg/ngày Lượng nước đưa vào để thủy phân tinh bột là:

Việc đưa toàn bộ lượng nước vào thùng hòa bột sẽ dẫn đến tổn thất nhiệt trong quá trình nấu Trước khi chuyển sang bộ phận đường hóa, cần hạ nhiệt độ, điều này tiêu tốn năng lượng để giải nhiệt Trong quá trình lên men, một phần hơi cồn bay theo CO2, do đó cần bổ sung nước để thu hồi cồn qua tháp rửa CO2.

Chúng tôi đã xác định tỷ lệ nước công nghệ cần đưa vào trong quá trình sản xuất, cụ thể là 56% cho thùng hòa trộn lần 1, 35% cho thùng hòa trộn lần 2, và 9% để thu hồi qua tháp rửa CO2.

Lượng nước đưa vào thùng hòa trộn lần 1:

Lượng nước đưa vào thùng hòa trộn lần 2:

Tổng lượng nước cung cấp cho dây truyền công nghệ sản xuất cồn là: nc n

3.3.3 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn hồ hóa và đường hóa

Tổn thất do nghiền bột và bụi bay khi đổ bột là: 0,5%

Lượng tinh bột tổn thất là:

Lượng tinh bột đưa vào thùng hòa trộn lần 1 là:

Lượng hỗn hợp gồm nước và tinh bột có trong thùng hòa trộn 1:

M 303 M + M b1 n1  74099,12 + 208632,1 = 282731,22 kg/ngày Lượng hỗn hợp gồm nước và tinh bột có trong thùng hòa trộn 2:

M 307 M 303 + M n2  282731,22 + 130395,06 = 413126,28 kg/ngày Lượng hỗn hợp này chính bằng lượng dịch đường hóa:

Lượng tinh bột hòa tan khi nấu là:

M = M - M = 51454,62 - 257,27 = 51197,35 ht tb tn kg/ngày

Nồng độ đường sau quá trình đường hóa là:

3.3.4 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn lên men

Lượng dịch hóa chuyển sang bộ phận lên men

Lượng dịch này được chia thành hai phần: phần 1 có 25% được đưa đến tank phát triển men, phần còn lại 75% được đưa đến tank lên men

Do đó lượng dịch chuyển đến tank phát triển men

Lượng dịch hóa chuyển đến tank lên men

Lượng dịch hóa được đưa đến tank phát triển men

M402 =M 3 M bx 103281,57 33530,16 136811,73  kg/ngày Lượng dịch men được gửi tới tank lên men

M411 = M 402  M 136811,73 309844,7 4   446656,43 kg/ngày Lượng giấm chín còn lại là:

3.3.5 Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn chưng cất

Tổn thất do chưng cất và tinh chế

Quy ra cồn sẽ là:

Vậy lượng cồn sau tinh luyện:

Bảng 3.2: Tổn thất qua các công đoạn trong quá trình sản xuất

STT Các dạng tổn thất

Tổn thất tính theo % tinh bột

Tính ra tinh bột (kg)

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ CHO CÁC CÔNG ĐOẠN

Tính toán thiết bị cho bộ phận hồ hóa và đường hóa…

Để tính toán thiết bị nấu cơ bản, cần xem xét thời gian và lưu lượng dịch trong quá trình hồ hóa và đường hóa Thời gian hồ hóa và đường hóa chính là thời gian mà dịch lưu lại trong thiết bị.

4.1.1 Tính thùng hòa trộn lần một – R303

Chọn thời gian hòa trộn  0,4h

Vì thời gian vận hành nhà máy là 24 giờ trong một ngày nên lượng dịch chảy trong một giờ là:

Lượng dịch trong thùng hòa trộn là:

Theo [1], khối lượng riêng của dịch là:  1062,6kg/m³

Thể tích của dịch trong thùng hòa trộn là:

Chọn hệ số điền đầy vào thùng  0,8 Khi đó ta có thể tích của thùng là: t V 4, 43 3

Chọn loại thùng hình thân trụ, đỉnh và đáy hình chóp nón Kích thước của thùng được thể hiện trên hình 4.1

Hình 4.1: Kết cấu sơ bộ của thùng

H =1,5D: chiều cao thân hình trụ

 2 : chiều cao đỉnh đáy hình chóp nón D: đường kính của thùng

Thể tích của thùng được xác định theo công thức sau:

2  3 vào công thức tính Vt ta tính được:

Vì khổ tôn thực tế để chế tạo tôn là 1,5m nên ta chọn H0,25 n (n là số nguyên dương) Ta có: H 2, 41 n 9,66

   Chọn n 10 Chiều cao thân trụ được chọn theo tiêu chuẩn của khổ tôn khi chế tạo là: H0,25 10 2,5 m

Chiều cao tháp chóp nón: D o 1,67 o h tg30 tg30 0, 48 m

Thể tích tổng của thùng là:

Tính toán lại hệ số điền đầy của thùng: d t

4.1.2 Tính toán thùng hồ hóa lần một – R304

Chọn thời gian hồ hóa lần một  0,7h

Lưu lượng ra từ thùng hồ hóa lần một chính là lưu lượng của dịch ra từ thùng hòa trộn lần một – R303:

Lượng dịch trong thùng là:

Ta có khối lượng riêng của dịch là:  1062,6kg/m³

Thể tích của dịch trong thùng là:

Chọn hệ số điền đầy vào thùng  0,8 Khi đó ta có thể tích của thùng là: t V 7,76 3

Chọn loại thùng có hình dáng giống thùng hòa trộn lần một

H =1,5 D : chiều cao thân hình trụ

Vì khổ tôn thực tế để chế tạo tôn là 1,5m nên ta chọn H0,25 n (n là số nguyên dương) Ta có: H 2,91 n 11,64

   Chọn n 12 Chiều cao thân trụ được chọn theo tiêu chuẩn của khổ tôn khi chế tạo là: H0,25 12 3 m

Chiều cao tháp chóp nón: D o 2 o h tg30 tg30 0,58 m

4.1.3 Tính toán thiết bị nấu – E314

Trước khi chuyển sang thiết bị nấu E314, dịch được gia nhiệt đến 120ºC bằng cách phun hơi nước trực tiếp từ thiết bị phun hơi ejector J314 A/B Lượng hơi này làm tăng khối lượng của dịch, và tổng lượng hỗn hợp trong thiết bị nấu E314 được tính theo công thức cụ thể.

Mặt khác, entanpy của dịch khi vào thiết bị nấu được tính theo công thức:

Trong đó: i " = 2749 kJ/kg tra ở áp suất 5bar, tra bảng hơi bão hòa

Từ phương trình (4.1) và (4.2) ta có:

Chọn thời gian tồn tại trong thiết bị nấu là  0,1 h

Lưu lượng dịch ra từ thiết bị nấu trong một giờ là:

Lượng dịch trong thiết bị nấu là:

Mặt khác ta có khối lượng riêng của dịch  1062,6 kg/m 3

Thể tích của dịch trong thiết bị là:

Chọn chiều dài một ống là l và số ống uốn khúc là n được thể hiện trong hình 4.2

Hình 4.2: Kết cấu của thiết bị nấu E314

Từ đó ta tính được kích thước của ống theo công thức: n D2 l

Trong đó: l: chiều dài một ống n: số vòng uốn khúc

Khoảng cách giữa 2 ống là  0,4m

 Bán kính uốn cong là D 0, 4 0,15

4.1.4 Tính toán thùng làm lạnh nhanh – R315

Chọn thời gian tồn tại trong thùng làm lạnh nhanh là  0,08h

Lưu lượng dịch ra từ thùng chính bằng lưu lượng của dịch ra từ thiết bị nấu

Ta có khối lượng riêng của dịch là:  1062,6 kg/m³

   Chọn n6 Chiều cao thân trụ được chọn theo tiêu chuẩn của khổ tôn khi chế tạo là: H0,25 6 1,5 m 

Chiều cao tháp chóp nón: D o 1 o h tg30 tg30 0, 29 m

4.1.5 Tính toán thùng hồ hóa lần hai – R305

Chọn thời gian hồ hóa lần hai là  0,7h

Lưu lượng dịch ra từ thùng chính bằng lưu lượng của dịch ra từ thùng R315

4.1.6 Tính toán thùng hòa trộn lần hai – R307

Chọn thời gian hòa trộn lần hai là  0,3h

Lưu lượng dịch ra từ thùng chính bằng lưu lượng của dịch đi đường hóa dh R307

Lượng dịch trong thùng hòa trộn là:

Thể tích của dịch trong thùng hòa trộn là:

   Chọn n 10 Chiều cao thân trụ được chọn theo tiêu chuẩn của khổ tôn khi chế tạo là: H0,25 10 2,5 m

Chiều cao tháp chóp nón: D o 1,67 o h tg30 tg30 0, 48 m

4.1.7 Tính toán thùng đường hóa – R310

Chọn thời gian đường hóa là  0,5h

Lưu lượng dịch ra từ thùng đường hóa là: dh dh

Lượng dịch trong thùng đường hóa là:

Tính toán thiết bị cho bộ phận lên men

4.2.1 Tính toán tank phát triển men – R402

Chọn thời gian phát triển men là  14h

Tổng lượng dịch đưa lên thùng phát triển men là M 402 136811,73 kg/ngày, do đó lưu lượng men ra khỏi thùng trong 1 giờ là:

Theo [1], khối lượng riêng của dịch là:  988,9 kg/m³

Chọn hệ số điền đầy vào thùng 0,85 Khi đó ta có thể tích của thùng là: t V 80,7 3

Chọn loại thùng hình thân trụ, đỉnh và đáy hình chóp nón Kích thước của thùng được thể hiện trên hình 4.2

Hình 4.2: Kết cấu sơ bộ của thùng phát triển men

H =1,3 D : chiều cao thân hình trụ o 1 h Dtg20

 2 : chiều cao đỉnh hình chóp nón o 2 h Dtg10

 2 : chiều cao đáy hình chóp nón D: đường kính của thùng

Từ đó ta tính được thể tích của thùng theo công thức:

  vào công thức tính thể tích ở trên ta được:

   Chọn n23 Chiều cao thân trụ được chọn theo tiêu chuẩn của khổ tôn khi chế tạo là: H0,25 23 5,75 m 

Chiều cao đỉnh chóp nón: 1 D o 4, 43 o h tg20 tg20 0,8 m

Chiều cao đáy chóp nón: 2 D o 4, 42 o h tg10 tg10 0,39 m

4.2.2 Tính toán tank lên men

Thời gian lên men trong 5 tank được chọn là 48 giờ, phân bổ đều cho mỗi tank, tương ứng với 9,6 giờ mỗi thùng Theo phương pháp nội suy, lượng đường lên men trong chu kỳ 9,6 giờ đã được tính toán và thể hiện trong bảng dưới đây.

Bảng 4.1: Hàm lượng đường lên men theo thời gian

Thời gian lên men (giờ)

Lượng gluxit lên men (kg)

Lượng gluxit lên men trong

Hàm lượng gluxit lên men (%)

Thể tích cồn còn lại trong giấm chín là: V C 34074,07 lít/ngày

Ta có khối lượng riêng của cồn ở 20ºC là:  0,789 lít/ngày

Khối lượng của cồn trong giấm chín là:

Lượng cồn có trong giấm chín sau 48 giờ lên men là:

Ta có phương trình phản ứng:

Theo phương trình phản ứng ta có:

Cứ 92 kg cồn được tạo ra thì có 88 kg CO2 được tạo ra

Vậy 10757,46 kg cồn được tạo ra thì có X kg CO2 được tạo ra

Vì vậy, lượng CO2 trong các thùng được xác định như sau:

Lượng CO2 tạo ra trong thùng R411 là: 0,48 10289,74 4939,08kg

Lượng CO2 tạo ra trong 1 giờ là: 4939,08

Lượng CO2 tạo ra trong 1 giờ là: 2572, 44

Lượng CO2 tạo ra trong thùng R413 là: 0,14 10289,74 1440,56  kg

Lượng CO2 tạo ra trong thùng R414 là: 0,1 10289,74 1028,97  kg

32,16 kg 9,6  a) Tính toán thùng lên men – R411

Thời gian lên men trong thùng  9,6h

Lượng dịch chuyển tới thùng lên men trong một giờ là:

Lượng men trong thùng là:

Theo [1] ta tra được khối lượng riêng của dịch là:  988,9 kg/m³

Thể tích men trong thùng là:

Chọn loại thùng có hình dạng giống thùng phát triển men

   Chọn n30 Chiều cao thân trụ được chọn theo tiêu chuẩn của khổ tôn khi chế tạo là: H0,25 30 7,5 m

Chiều cao đỉnh chóp nón: 1 D o 5,77 o h tg20 tg20 1,05 m

Chiều cao đáy chóp nón: 2 D o 5,77 o h tg10 tg10 0,51 m

    b) Tính toán thùng lên men – R412

Theo [1], ta tra được khối lượng riêng của dịch là:  988,9 kg/m³

    c) Tính toán thùng lên men – R413

    d) Tính toán thùng lên men – R414

    e) Tính toán thùng lên men – R415

CO 411 CO 412 CO 413 CO 414 CO 415

Theo [1] ta tra được khối lượng riêng của dịch là:  988,9 kg/m³

Chọn hệ số điền đầy vào thùng  0,85 Khi đó ta có thể tích của thùng là: t V 170, 26 3

Kết quả tính toán thiết bị được thể hiện trong bảng 4.2 và bảng 4.3 sau:

Bảng 4.2: Bảng tổng hợp kết quả các thiết bị hồ hóa và đường hóa R310 60 0,5 3,516 1062,6 17213,59 10,63

Thiết bị Nhiệt độ, (ºC) Thời gian, (h) Nhiệt dung riêng, (kJ/kg.k) Khối lượng riêng, (kg/m³) Lưu lượng, (kg/h) Thể tích, (m³)

Bảng 4.3: Bảng tổng hợp kết quả tính toán các thiết bị lên men R415 33 9,6 3,872 988,9 17538,84 209,53

Thiết bị Nhiệt độ, (ºC) Thời gian, (h) Nhiệt dung riêng, (kJ/kg.K) Khối lượng riêng, (kg/m³) Lưu lượng, (kg/h) Thể tích, (m³)

TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TRAO ĐỔI NHIỆT

Tính toán giải nhiệt cho bộ phận hồ hóa và đường hóa

5.2.1 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước khi đường hóa – E311

Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản để giải nhiệt cho dịch cháo trước khi hóa đường Chọn vật liệu chế tạo là loại Inox AISI 410

- Chiều cao khe hẹp giữa hai tấm: h =8 mm

- Đường kính tương đương của kênh dtđ theo [5]: dtđ 4F

Hệ số dẫn nhiệt của Inox AISI 410 là:  w 24,9W/m.K

Chiều dày của tấm bản là:  w 5 mm

Nhiệt độ dịch trước khi giải nhiệt: t 1 ' 73,3 C o

Nhiệt độ dịch sau khi giải nhiệt: t 1 '' 60 C o

Nhiệt độ trung bình của dịch là

Tính chất vật lý của dịch được xác định theo [8] ta có:

M: khối lượng mol của dịch

    hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng

Theo [3] tra được các thông số đối với thời tiết ở thành phố Hồ Chí Minh như sau:

Nhiệt độ cực đại trung bình tháng nóng nhất t tb max 34,6 C o

Nhiệt độ cực đại tuyệt đối t max 40 C o Độ ẩm trung bình vào lúc 13 giờ  55%

Nhiệt độ không khí (nhiệt độ của nhiệt kế khô): tb max max o kk t t 34,6 40 t 37,3 C

Nhiệt độ nước vào làm mát:t ' 2 28 C o

Nhiệt độ nước ra khỏi tấm thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản:

Nhiệt độ trung bình của nước:

Nhiệt độ trung bình của tấm bản:

Tính chất vật lý của nước ở nhiệt độ trung bình 33ºC tra theo [5] ta được:

Lượng nhiệt dịch nhả cho nước được xác định theo công thức sau:

G 1 17213,59 kg/h 4,78 kg/s: lưu lượng của dịch

C 1 3,516 kJ/kg.K: nhiệt dung riêng của dịch

Thay số vào ta có:

Lưu lượng thể tích của dịch là:

Lưu lượng nước làm mát:

  Lưu lượng thể tích nước làm mát:

    Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lôgarit tính cho sơ đồ ngược chiều

Tốc độ dòng chảy của dịch trong kênh dẫn  1 là:

 Tốc độ dòng chảy của nước trong kênh dẫn  2 là:

 Xác định tiêu chuẩn Reynolds của dịch Re1:

 Xác định tiêu chuẩn Reynolds của nước Re2:

 Theo [5], tiêu chuẩn Nu tính theo công thức sau:

  Xác định tiêu chuẩn Nu1 của dịch:

  Xác định tiêu chuẩn Nu2 của nước:

Hệ số tỏa nhiệt  1 của dịch sẽ là:

Hệ số tỏa nhiệt  2 của nước sẽ là:

Tính hệ số truyền nhiệt: w

Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt của thiết bị:

Trong quá trình vận hành thực tế, cần một diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn Với hệ số sử dụng 0,85, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực tế của thiết bị khi chế tạo là t F 6,71 2.

Chọn chiều cao của tấm: h0,76 m

 Số tấm bản trong thiết bị E311: t 1t

5.2.2 Tính thiết bị giải nhiệt cho dịch cháo trước khi đi lên men – E312

Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản giúp giải nhiệt cho dịch cháo trước khi lên men, với vật liệu chế tạo là Inox AISI 410.

Nhiệt độ dịch trước khi giải nhiệt: t 1 ' 60 C o

Nhiệt độ trung bình của dịch:

    hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chât của chất lỏng

Theo [3] tra được các thông số đối với thời tiết ở thành phố Hồ Chí Minh: Nhiệt độ cực đại trung bình tháng nóng nhất t tb max 34,6 C o

G 1 17213,59 kg/h 4,78 kg/s: lưu lượng của dịch

    Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình lôgarit tính cho sơ đồ ngược chiều

Tốc độ dòng chảy của nước trong kênh dẫn  2 là:

  Xác định tiêu chuẩn Nu2 của nước:

Trong quá trình vận hành thực tế, cần tăng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt để đạt hiệu quả tối ưu Với hệ số sử dụng 0,9, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực tế của thiết bị được xác định là t F 35,58 2.

Chọn chiều cao của tấm: h = 1,725

5.2.3 Tính giải nhiệt cho tank phát triển men – E402

Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt kiểu tấm bản để giải nhiệt cho dịch trong tank phát triển men, với vật liệu chế tạo là Inox AISI 410.

Nhiệt độ dịch trước khi giải nhiệt: t 1 ' 33 C o

Nhiệt độ trung bình của dịch là

    hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng

Theo [3] tra được các thông số đối với thời tiết ở thành phố Hồ Chí Minh như sau:

Nhiệt độ cực đại trung bình tháng nóng nhất t tb max 34,6 C o

G 1 5700,49 kg/h 1,58 kg/s : lưu lượng của dịch

    Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình:

Độ chênh lệch nhiệt độ trung bình tính theo trung bình số học:

Tốc độ dòng chảy của nước trong kênh dẫn  2 là:

           Xác định tiêu chuẩn Nu2 của nước:

Trong quá trình vận hành thực tế, cần có diện tích bề mặt trao đổi nhiệt lớn hơn Với hệ số sử dụng 0,9, diện tích bề mặt trao đổi nhiệt thực tế của thiết bị khi chế tạo là t F 8,99 2.

Chọn chiều cao của tấm: h = 0,76

Bằng cách áp dụng phương pháp tính tương tự như phân, chúng tôi đã xác định được diện tích trao đổi nhiệt và các thông số kỹ thuật của thiết bị giải nhiệt E411, E412, E413, E414, E415 cho 5 tank lên men còn lại, với kết quả được trình bày trong bảng 5.1.

Bảng 5.1: Bảng tổng hợp các thông số của thiết bị trao đổi nhiệt E415 17539 14828 33 31 28 30 34,36 14,02

Thiết bị lưu lượng dịch G1 (kg/h) và lưu lượng nước G2 (kg/h) hoạt động với các thông số nhiệt độ dịch vào t1’ (ºC) và ra t1” (ºC), cùng với nhiệt độ nước vào t2’ (ºC) và ra t2” (ºC) Công suất giải nhiệt đạt Q (kW) và diện tích trao đổi nhiệt là F (m²).

Tính chọn tháp chưng cất

Công thức tính đường kính tháp

Trong đó: V : Lưu lượng hơi trong tháp, m / s 3

0,4 0,6 m/s: tốc độ hơi trung bình trong tháp

 Năng suất tháp thô N = 17538,84 kg/h

Với nồng độ rượu trong giấm 9% thể tích hay 7,2% khối lượng, nồng độ cồn sản phẩm 96% thể tích

Lượng hơi rượu thô được tách ra từ 100 kg giấm chín:

Y : m nồng độ rượu trong hơi tách ra từ X m % khối lượng

X : m nồng độ rượu trong pha lỏng % khối lượng

Ta có nhiệt độ sôi của giấm 7,2% khối lượng (9% thể tích), dựa vào Q và nồng độ giấm tra đồ thị ta được:

Xm 9,5% khối lượng có thành phần rượu trong hơi bằng 51,1%

Tính toán chọn thiết bị phụ

Lượng rượu ra khỏi tháp thô là:

M N G0 17538,84 18,6 3260,6 kg/h Ở điều kiện 1,1 at thể tích riêng của 1 kg hơi rượu có nồng độ 51,1% khối lượng là: v0,96 m / kg 3

Như vậy lượng hơi ra khỏi tháp trong một giờ là:

Tốc độ hơi trung bình trong tháp 0,4 0,6 m/s

Vậy đường kính của tháp là:

 Khoảng cách giữa hai đĩa: h = 300 mm

Chiều cao đáy tháp : hđ = 1000 mm

Chiều cao đỉnh tháp : hđt = 500 mm

Vậy chiều cao của tháp là:

5.4 Tính chọn các thiết bị phụ

Yêu cầu kỹ thuật cho công nghệ sản xuất cồn rượu etylic bao gồm hơi bão hòa với áp suất tuyệt đối 10 bar, chủ yếu được sử dụng trong các công đoạn hồ hóa, chưng cất và hệ thống vệ sinh Theo tính toán, công suất cần thiết là 3,15 tấn/giờ Để đảm bảo cung cấp hơi ổn định, hai lò hơi được lắp đặt, mỗi lò có công suất 2 tấn/giờ và sử dụng nguyên liệu là than.

Nước cấp được lấy từ nguồn nước ngoại tuyến của nhà máy và được xử lý qua bộ làm mềm nước với công suất 5m³/h Sau khi đạt tiêu chuẩn nước cấp cho lò hơi, nước sẽ được chuyển tiếp qua bình khử khí có dung tích 5m³.

Bình khử khí chứa nước đã được làm mềm cùng với nước ngưng từ lò hơi và các trạm cấp hơi Quá trình khử khí diễn ra khi hơi được phun trực tiếp vào nước, giúp nâng nhiệt độ nước lên khoảng 100-105°C.

Nước từ bình khử khí được đưa vào lò hơi, nơi chứa nước trong một balong có thiết bị an toàn và rơle áp suất Lò hơi hoạt động với áp suất khoảng 8 đến 10 bar, rơle áp suất giúp cảnh báo áp suất hơi để điều chỉnh lượng than cấp vào lò Dưới đáy lò, quạt cấp gió hỗ trợ quá trình cháy than, trong khi đường hút khói bụi bên hông dẫn vào xyclon để giữ lại bụi Quạt dưới xyclon có nhiệm vụ đẩy khói ra ống thoát khói.

Hơi ra khỏi lò hơi với áp suất 810 bar được cung cấp cho các hộ tiêu thụ, trong khi nước ngưng từ các hộ này được thu gom vào bồn chứa nước ngưng Sau đó, nước ngưng được chuyển đến bình khử khí để xử lý, nhằm tận dụng lượng nước cần thiết cho hệ thống làm mềm nước.

5.4.2 Chọn phương pháp cấp nước

Nước cung cấp cho nhà máy sản xuất cồn được phân loại thành nhiều loại khác nhau Nước dùng cho quá trình lên men, chuẩn bị men và xử lý hèm được lấy từ giếng khoan hoặc sông ngòi, sau khi đã qua xử lý đạt tiêu chuẩn công nghệ Nước làm mát và nước vệ sinh cũng được lấy từ giếng khoan Đặc biệt, nước cho lò hơi yêu cầu độ cứng bằng không, và nguồn nước này được lấy từ nước ngưng tụ của hệ thống chưng cất, đồng thời bổ sung từ hệ thống xử lý nước của nhà máy.

Định dạng
Số trang	102
Dung lượng	1,86 MB