Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô hạt nghiền khô năng suất 600 nghìn lít tháng

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TUYỆT ĐỐI TỪ
NGÔ HẠT NGHIỀN KHƠ NĂNG SUẤT 600 NGHÌN
LÍT/THÁNG.

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hồng Kha
Số thẻ SV: 107140072
Lớp: 14H2A

Đà Nẵng – Năm 2019


TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô hạt nghiền khô năng suất
600 nghìn lít/tháng.
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Thị Hồng Kha
Số thẻ SV: 107140072 Lớp: 14H2A
Nội dung chính của đồ án có 9 chương chính, bao gồm:
Chương 1 : Lập luận kinh tế
Chương 2 : Tổng quan
Chương 3 : Chọn và thuyết minh quy trình cơng nghệ
Chương 4 : Tính cân bằng vật chất
Chương 5 : Tính và chọn thiết bị
Chương 6 : Tính nhiệt và hơi nước
Chương 7 : Tổ chức và xây dựng
Chương 8 : An toàn lao động
Chương 9 : Kiểm tra sản xuất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG

Cộng Hoà Xã Hội Chủ Nghĩa Việt Nam

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Độc Lập- Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA: HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Nguyễn Thị Hồng Kha
Lớp: 14H2A

Khoa: Hóa

MSSV: 107140072

Ngành: Cơng nghệ Thực Phẩm.

1. Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô hạt nghiền khô năng
suất 600 nghìn lít / tháng”.
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:
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn
lít/tháng.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:

Lời Mở Đầu
Mục lục
Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật
Chương 2: Tổng quan
Chương 3: Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ
Chương 4: Tính cân bằng vật chất
Chương 5: Tính tốn và chọn thiết bị
Chương 6: Tính hơi – nhiệt – nước
Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng
Chương 8: An tồn lao động và vệ sinh nhà máy


Chương 9: Kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm
Kết luận
Tài liệu tham khảo
5. Các bản vẽ và đồ thị (nếu có):
Bản vẽ số 1: Quy trình cơng nghệ sản xuất (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 hơi - nước phân xưởng sản xuất chính (A0).
Bản vẽ số 5: Tổng mặt bằng nhà máy (A0).
6. Họ tên người hướng dẫn: Bùi Viết Cường.
7. Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2019
8. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 24/05/2019

Trưởng bộ mơn
Ngày…….tháng…….năm 2019.
(Ký và ghi rõ họ tên)

Người hướng dẫn

(Ký và ghi rõ họ tên)


LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 4 tháng, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Viết Cường cùng với
những cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân
thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Bùi Viết Cường cùng các thầy cô giáo trong bộ
môn Công nghệ thực phẩm, các thầy cô giáo khoa Hóa đã hướng dẫn tận tình và tạo
điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Em xin chân thành cảm ơn.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hồng Kha

i


CAM ĐOAN

Em: Nguyễn Thị Hồng Kha, xin cam đoan về 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 của thầy
hướng dẫn và tính tốn của bản thân một cách trung thực, nguồn trích dẫn có chú thích
rõ ràng, minh bạch, có tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu, tạp chí, các cơng trình
nghiên cứu đã được cơng bố, các website.
Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của em.
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Hồng Kha

ii


MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................. i
CAM ĐOAN ...............................................................................................................ii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iii
DANH MỤC BẢNG, HÌNH ....................................................................................... xi
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
Chương 1 LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ........................................................ 2
1.1 Vị trí xây dựng ..................................................................................................... 2
1.2 Đặc điểm tự nhiên ................................................................................................ 2
1.3 Nguồn nguyên liệu ............................................................................................... 2
1.4 Nguồn cung cấp điện ............................................................................................ 3
1.5 Nguồn cung cấp hơi ............................................................................................. 3
1.6 Nguồn cung cấp nước .......................................................................................... 3
1.7 Thoát nước và xử lý nước .................................................................................... 3
1.9 Nguồn nhân lực .................................................................................................... 4
1.10 Thị trường tiêu thụ ............................................................................................ 4
Chương 2 TỔNG QUAN ........................................................................................... 5
2.1 Nguyên liệu ........................................................................................................... 5
2.1.1 Ngô ..................................................................................................................... 5
2.1.2 Nước ................................................................................................................. 10
2.1.3 Nấm men .......................................................................................................... 10
2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật .......................................................................................... 12
2.2 Phương án sản xuất ........................................................................................... 12

2.2.1 Phương pháp nghiền ......................................................................................... 12
2.2.2 Phương pháp nấu .............................................................................................. 13
iii


2.2.3 Phương pháp đường hóa ................................................................................... 13
2.2.4 Phương pháp lên men ........................................................................................ 14
2.2.5 Phương pháp chưng cất – tinh chế..................................................................... 16
2.2.6 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối............................................. 19
2.3 Sản phẩm ............................................................................................................ 21
2.3.1 Các định nghĩa .................................................................................................. 21
2.3.2 Tính chất của cồn .............................................................................................. 21
2.3.3 Ứng dụng .......................................................................................................... 22
2.4 Tình hình sản xuất tại Việt Nam và trên thế giới ............................................. 23
2.4.1 Trên thế giới ..................................................................................................... 23
2.4.2 Tại Việt Nam .................................................................................................... 24
Chương 3 QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ............................................. 25
3.1 Chọn dây chuyền công nghệ .............................................................................. 25
3.2 Thuyết minh ....................................................................................................... 26
3.2.1 Làm sạch........................................................................................................... 26
3.2.2 Nghiền nguyên liệu ........................................................................................... 27
3.2.3 Hịa nước .......................................................................................................... 28
3.2.4 Tách phơi .......................................................................................................... 28
3.2.5 Nấu nguyên liệu ................................................................................................ 29
3.2.6 Làm nguội......................................................................................................... 30
3.2.7 Đường hóa ........................................................................................................ 31
3.2.8 Lên men ............................................................................................................ 32
3.2.9 Chưng cất và tinh chế........................................................................................ 33
3.2.10 Chưng cất đẳng phí ......................................................................................... 35
3.2.11 Làm nguội và bảo quản ................................................................................... 36

Chương 4 TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ............................................................ 37
4.1 Kế hoạch sản xuất .............................................................................................. 37
4.2 Tính cân bằng sản phẩm.................................................................................... 37
iv


4.2.1 Các thơng số ban đầu ........................................................................................ 37
4.2.2 Tính tốn cân bằng vật chất............................................................................... 38
Chương 5 TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ ..................................................... 52
5.1 Sàng làm sạch ..................................................................................................... 52
5.2 Máy nghiền búa.................................................................................................. 52
5.3 Tank chứa bột ngô sau khi nghiền .................................................................... 52
5.4 Cân định lượng .................................................................................................. 54
5.5 Thùng hòa trộn .................................................................................................. 54
5.6 Thiết bị tách phôi ............................................................................................... 55
5.7 Nồi nấu sơ bộ ...................................................................................................... 56
5.8 Thiết bị phun dịch hóa ....................................................................................... 57
5.9 Nồi nấu chín ....................................................................................................... 57
5.10 Thiết bị tách hơi ............................................................................................... 58
5.11 Phao điều chỉnh mức........................................................................................ 59
5.12 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau khi tách hơi ........................................... 59
5.13 Thùng đường hóa ............................................................................................. 59
5.14 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau đường hóa ............................................. 61
5.15 Thiết bị lên men................................................................................................ 61
5.15.1 Thể tích thùng lên men .................................................................................... 61
5.15.2 Thùng nhân giống cấp I ................................................................................... 61
5.15.3 Thùng nhân giống cấp II ................................................................................. 62
5.15.4 Thùng lên men ................................................................................................ 63
5.16 Thiết bị tách và thu hồi CO2 ............................................................................ 64
5.17 Thùng chứa giấm chín ..................................................................................... 64

5.18 Tính tháp thơ .................................................................................................... 65
5.18.1 Xác định số đĩa ............................................................................................... 65
5.18.2 Tính đường kính.............................................................................................. 65
5.18.3 Tính chiều cao................................................................................................. 66
v


5.19 Tính chọn thiết bị tháp andehyt ...................................................................... 66
5.19.1 Xác định số đĩa ............................................................................................... 66
5.19.2 Tính đường kính tháp ...................................................................................... 66
5.19.3 Tính chiều cao tháp ......................................................................................... 66
5.20 Tính tháp tinh .................................................................................................. 66
5.20.1 Xác định số đĩa ............................................................................................... 66
5.20.2 Tính đường kính tháp tinh ............................................................................... 66
5.20.3 Tính chiều cao tháp ......................................................................................... 66
5.21 Tính tháp làm sạch........................................................................................... 67
5.21.1 Xác định số đĩa ............................................................................................... 67
5.21.2 Tính đường kính tháp ...................................................................................... 67
5.21.3 Tính chiều cao................................................................................................. 67
5.22 Nhóm thiết bị phụ trợ cho tháp thơ................................................................. 67
5.22.1 Thiết bị hâm giấm ........................................................................................... 67
5.22.2 Thiết bị tách bọt .............................................................................................. 67
5.22.3 Bình chống phụt giấm ..................................................................................... 68
5.22.4 Thiết bị ngưng tụ cồn thô ................................................................................ 68
5.22.5 Thiết bị ống xoắn ruột gà làm nguội cồn thô ................................................... 68
5.23 Thiết bị phụ trợ ở tháp andehyt ...................................................................... 69
5.23.1 Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................. 69
5.23.2 Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà cồn đầu ................................................... 69
5.24 Thiết bị phụ trợ ở tháp tinh ............................................................................. 70
5.24.1 Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................. 70

5.24.2 Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà ................................................................ 70
5.25 Thiết bị ngưng tụ và làm nguội dầu fusel ....................................................... 70
5.26 Thiết bị phụ trợ ở tháp làm sạch ..................................................................... 71
5.26.1 Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................. 71
5.26.2 Thiết bị làm nguội và hồi lưu cồn đầu ............................................................. 72
vi


5.27 Thiết bị tách nước ............................................................................................ 72
5.27.1 Xác định số đĩa ............................................................................................... 72
5.27.2 Tính đường kính.............................................................................................. 72
5.27.3 Tính chiều cao của tháp................................................................................... 72
5.28 Tính tháp thu hồi ............................................................................................. 72
5.28.1 Xác định số đĩa ............................................................................................... 72
5.28.2 Tính đường kính tháp ...................................................................................... 73
5.28.3 Tính chiều cao của tháp................................................................................... 73
5.29 Thiết bị phụ trợ tháp tách nước ...................................................................... 73
5.29.1 Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................. 73
5.29.2 Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà ................................................................ 74
5.29.3 Thiết bị decanter ............................................................................................. 74
5.30 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm .................................................................... 74
5.31 Các thùng chứa ................................................................................................ 74
5.31.1 Thùng chứa cồn sản phẩm ............................................................................... 74
5.31.2 Thùng chứa cồn đầu ........................................................................................ 75
5.31.3 Thùng chứa dầu fusel ...................................................................................... 76
5.32 Thiết bị vận chuyển .......................................................................................... 77
5.32.1 Băng tải vận chuyển ngô từ kho tới sàng rung ................................................. 77
5.32.2 Gàu tải vận chuyển.......................................................................................... 77
5.32.2 Bơm nước vào cơng đoạn hịa nước ................................................................ 77
5.32.4 Bơm nước vào nồi nấu sơ bộ ........................................................................... 77

5.32.5 Bơm dịch cháo đi phun dịch hóa ..................................................................... 78
5.32.6 Bơm dịch vào thùng nhân giống ...................................................................... 78
5.32.7 Bơm giấm chín sau khi lên men sang thùng chứa giấm chín ............................ 78
5.32.8 Bơm giấm chín từ thùng chứa giấm chín đi chưng cất ..................................... 78
Chương 6 TÍNH HƠI-NHIỆT-NƯỚC .................................................................... 81
6.1 Tính hơi .............................................................................................................. 81
vii


6.1.1 Lượng nhiệt tính cho nồi nấu sơ bộ ................................................................... 81
6.1.2 Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa ................................................................ 82
6.1.3Tính nhiệt cho nồi nấu chín ................................................................................ 83
6.1.4 Tính hơi cho q trình chưng cất tinh chế ......................................................... 85
6.1.5 Tính hơi cho q trình chưng đẳng phí .............................................................. 86
6.1.6 Tính và chọn lị hơi ........................................................................................... 86
6.2 Tính nước trong phân xưởng sản xuất.............................................................. 87
6.2.1 Nước dùng cho cơng đoạn hịa nước ................................................................. 87
6.2.2 Nước dùng cho đường hóa ................................................................................ 88
6.2.3 Nước dùng cho thiết bị làm nguội ống lồng ống ................................................ 88
6.2.4 Nước dùng cho phân xưởng lên men ................................................................. 88
6.2.5 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế .............................. 88
6.2.6 Nước cho lò hơi ................................................................................................ 92
6.2.7 Nước rửa thiết bị ............................................................................................... 92
6.2.8 Bơm cao áp để bơm cấp nước cho toàn nhà máy ............................................... 92
Chương 7 TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG ....................................................... 93
7.1 Tổ chức của nhà máy ......................................................................................... 93
7.1.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy....................................................................... 93
7.1.2 Tổ chức lao động .............................................................................................. 93
7.2 Tính các cơng trình xây dựng ............................................................................ 94
7.2.1 Khu sản xuất chính............................................................................................ 94

7.2.2 Phân xưởng cơ điện........................................................................................... 95
7.2.3 Kho nguyên liệu ................................................................................................ 95
7.2.4 Kho thành phẩm ................................................................................................ 95
7.2.5 Phân xưởng lị hơi ............................................................................................. 96
7.2.6 Nhà hành chính ................................................................................................. 96
7.2.7 Khu xử lý nước ................................................................................................. 96
7.2.8 Nhà vệ sinh, nhà tắm ......................................................................................... 96
viii


7.2.9 Nhà ăn, căn tin .................................................................................................. 97
7.2.10 Nhà chứa máy phát điện dự phòng .................................................................. 97
7.2.11 Trạm biến áp ................................................................................................... 97
7.2.12 Gara ô tô ......................................................................................................... 98
7.2.13 Nhà để xe ........................................................................................................ 98
7.2.14 Phòng thường trực và bảo vệ ........................................................................... 98
7.2.15 Khu xử lý bã và nước thải ............................................................................... 98
7.2.16 Kho nhiên liệu................................................................................................. 98
7.2.17 Trạm bơm ....................................................................................................... 98
7.2.18 Trạm máy nén và thu hồi CO2 ......................................................................... 98
7.3 Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy ..................................................... 99
7.3.1 Khu đất mở rộng ............................................................................................... 99
7.3.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy ................................................................. 99
7.3.3 Tính hệ số sử dụng .......................................................................................... 100
Chương 8 AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY ............................ 101
8.1 An toàn lao động .............................................................................................. 101
8.1.1 Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động và các biện pháp hạn chế ............ 101
8.1.2 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động ................................................... . 101
8.2 Vệ sinh nhà máy ............................................................................................... 103
8.2.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân ....................................................................... 103

8.2.2 Vệ sinh máy móc thiết bị................................................................................. 103
8.2.3 Vệ sinh xí nghiệp ............................................................................................ 103
8.2.4 Xử lý phế liệu trong nhà máy .......................................................................... 103
8.2.5 Xử lý nước thải ............................................................................................... 103
8.2.6 Xử lý nước dùng trong sản xuất ...................................................................... 103
Chương 9 KIỂM TRA SẢN XUẤT ...................................................................... 105
9.1 Kiểm tra nguyên liệu........................................................................................ 105
9.1.1 Xác định độ ẩm ............................................................................................... 105
ix


9.1.2 Xác định hàm lượng tinh bột ........................................................................... 105
9.1.3 Xác định lượng protein thơ và nitơ hịa tan trong ngun liệu ......................... 106
9.2 Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hóa tinh bột .. 106
9.3 Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín sau lên men ...................................... 107
9.3.1 Độ rượu trong giấm......................................................................................... 107
9.3.2 Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín ............................ 108
9.3.3 Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường trong giấm chín ...................... 109
9.4 Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm ................................................................. 109
9.4.1 Nồng độ rượu .................................................................................................. 109
9.4.2 Hàm lượng acid và este trong cồn ................................................................... 109
9.4.3 Xác định lượng aldehyt theo phương pháp Iốt ................................................. 110
9.4.4 Xác định lượng ancol cao phân tử ................................................................... 110
9.4.5 Xác định lượng ancol metylic.......................................................................... 111
9.4.6 Xác định hàm lượng furfurol ........................................................................... 111
KẾT LUẬN ............................................................................................................ 112
TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 113
PHỤ LỤC

x

DANH MỤC BẢNG, HÌNH

BẢNG 2.1 Sự phân bố các chất trong các phần của ngô............................................. 9
BẢNG 4.1 Biểu đồ nhập liệu ..................................................................................... 37
BẢNG 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy ..................................................................37
BẢNG 4.3 Bảng hao hụt và tổn thất qua các cơng đoạn ............................................. 37
BẢNG 4.4 Thành phần hóa học trong các bộ phận của hạt ngô..................................38
BẢNG 4.9 Bảng tổng kết cân bằng vật chất ............................................................... 50
BẢNG 5.1 Bảng tổng kết các thiết bị ......................................................................... 79
BẢNG 6.1 Lượng nước dùng trong nhà máy ............................................................. 92
BẢNG 7.1 Nhân lực lao động sản xuất trực tiếp ........................................................ 94
BẢNG 7.2 Bảng tổng kết các cơng trình ....................................................................98
..................................................................................................................................
HÌNH 2.1 Cấu tạo hạt ngơ cắt dọc ............................................................................. 7
HÌNH 2.2 Thiết bị lên men gián đoạn ........................................................................ 14
HÌNH 2.3 Sơ đồ lên men bán liên tục ........................................................................ 15
HÌNH 2.4 Sơ đồ lên men liên tục ............................................................................... 15
HÌNH 2.5 Chưng gián đoạn ....................................................................................... 16
HÌNH 2.6 Sơ đồ chưng luyện bán liên tục..................................................................16
HÌNH 2.7 Sơ đồ chưng luyện liên tục hai tháp ........................................................... 17
HÌNH 2.8 Sơ đồ chưng luyện ba tháp ........................................................................ 18
HÌNH 2.9 Tháp fusel và tháp làm sạch....................................................................... 19
HÌNH 2.10 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng ..................................................... 19
xi


HÌNH 2.11 Sơ đồ chưng cất đẳng phí ........................................................................ 20
HÌNH 2.12 Cấu tạo zeolite......................................................................................... 20

HÌNH 3.1 Sàng rung ..................................................................................................26
HÌNH 3.2 Máy ngiền búa........................................................................................... 27
HÌNH 3.3 Thiết bị đảo trộn ........................................................................................ 28
HÌNH 3.4 Xyclon tách phơi ....................................................................................... 28
HÌNH 3.5 Sơ đồ nấu liên tục ...................................................................................... 29
HÌNH 3.6 Thiết bị phun dịch hóa ............................................................................... 30
HÌNH 3.7 Thiết bị nấu chín ....................................................................................... 30
HÌNH 3.8 Thiết bị làm nguội ống lồng ống ................................................................ 31
HÌNH 3.9 Thiết bị đường hóa .................................................................................... 31
HÌNH 3.10 Sơ đồ lên men liên tục ............................................................................. 32
HÌNH 3.11 Sơ đồ chưng cất tinh chế bốn tháp liên tục............................................... 34
HÌNH 3.12 Sơ đồ chưng cất đẳng phí ........................................................................ 35
HÌNH 3.13 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm dạng ống xoắn ruột gà ......................... 36
HÌNH 5.1 Sàng rung ..................................................................................................52
HÌNH 5.2 Máy nghiền búa......................................................................................... 52
HÌNH 5.3 Tank chứa .................................................................................................53
HÌNH 5.4 Thùng hịa trộn .......................................................................................... 54
HÌNH 5.5 Thiết bị tách phơi ...................................................................................... 54
HÌNH 5.6 Cân định lượng.......................................................................................... 55
HÌNH 5.7 Nồi nấu sơ bộ ............................................................................................ 56
HÌNH 5.8 Thiết bị phun dịch hóa ............................................................................... 57
HÌNH 5.9 Nồi nấu chín .............................................................................................. 58
xii


HÌNH 5.10 Thiết bị tách hơi ...................................................................................... 58
HÌNH 5.11 Phao điều chỉnh mức ............................................................................... 59
HÌNH 5.12 Thiết bị làm nguội ................................................................................... 59
HÌNH 5.13 Thùng đường hóa .................................................................................... 60
HÌNH 5.14 Thiết bị làm nguội sau đường hóa............................................................ 61

HÌNH 5.15 Thiết bị nhân giống cấp I ......................................................................... 62
HÌNH 5.16 Thiết bị nhân giống cấp II........................................................................ 62
HÌNH 5.17 Thiết bị lên men ...................................................................................... 63
HÌNH 5.18 Thiết bị tách CO2 ..................................................................................... 64
HÌNH 5.19 Thùng chứa giấm chín ............................................................................. 65
HÌNH 5.20 Tháp tinh .................................................................................................66
HÌNH 5.21 Tháp làm sạch ......................................................................................... 67
HÌNH 5.22 Thiết bị hâm giấm ................................................................................... 67
HÌNH 5.23 Thiết bị tách bọt ...................................................................................... 68
HÌNH 5.24 Thiết bị ngưng tụ cồn thơ ........................................................................ 68
HÌNH 5.25 Thiết bị ống xoắn ruột gà......................................................................... 69
HÌNH 5.26 Thiết bị ống xoắn ruột gà cồn đầu............................................................ 69
HÌNH 5.27 Thiết bị ngưng tụ rượu tinh...................................................................... 70
HÌNH 5.28 Thiết bị ống xoắn ruột gà......................................................................... 70
HÌNH 5.29 Thiết bị ngưng tụ kiểu nằm ngang ........................................................... 71
HÌNH 5.30 Thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng ........................................................... 71
HÌNH 5.31 Thiết bị làm nguội cồn đầu ...................................................................... 72
HÌNH 5.32 Thiết bị ngưng tụ ở tháp tách nước .......................................................... 73
HÌNH 5.33 Thiết bị ống xoắn ruột gà......................................................................... 74
xiii


HÌNH 5.34 Thiết bị decanter...................................................................................... 74
HÌNH 5.35 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm ............................................................. 74
HÌNH 5.36 Thùng chứa cồn sản phẩm ....................................................................... 75
HÌNH 5.37 Thùng chứa cồn đầu ................................................................................ 75
HÌNH 5.38 Thùng chứa dầu fusel .............................................................................. 76
..................................................................................................................................

xiv

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

MỞ ĐẦU

Ngày nay, công nghệ thực phẩm ngày càng được chú trọng phát triển góp phần
phục vụ tốt hơn nhu cầu của con người và đóng góp xây dựng xã hội. Trong đó, cơng
nghiệp sản xuất cồn etylic ngày càng phát triển và chiếm tỉ lệ khá lớn trong các ngành
kinh tế quốc dân.
Cồn hay còn gọi là ethanol, rượu etylic … được sản xuất theo hai phương pháp
chính là phương pháp hydrat hóa ethylen và phương pháp sinh học. Tuy nhiên phương
pháp sinh học được sử dụng phổ biến hơn cả nhờ sự hoạt động của nấm men từ
nguyên liệu chứa glucid.
Công nghệ sản xuất cồn rượu ngày một được nâng cao về cả số lượng lẫn chất
lượng đáp ứng nhiều ứng dụng đa dạng từ làm đồ uống cho đến làm nguyên liệu của
một số ngành công nghiệp như là dung môi hữu cơ, nhiên liệu, trong y tế, mỹ phẩm
hay được dùng như chất để trích ly các hoạt chất sinh học trong ngành dược … Đặc
biệt với sự cạn kiệt của dầu mỏ trong tương lai thì cồn tuyệt đối là một nguồn nhiên
liệu đầy hứa hẹn và tiềm năng. Ngoài ra ngành sản xuất cồn cũng tạo ra nhiều sản
phẩm phụ như là CO2, bã rượu, dầu fusel …
Nguyên liệu chính để sản xuất cồn là những nguồn chứa nhiều glucid như tinh
bột từ các hạt ngũ cốc, củ hay các loại ngũ cốc (gạo, bắp, lúa mạch …) và các loại củ
(khoai tây, khoai mì …) hoặc là rỉ đường. Và hiện nay việc sản xuất cồn từ phụ phẩm
nơng nghiệp như bã mía, thân ngơ … cũng được chú trọng phát triển.
Việt Nam là nước nơng nghiệp có thế mạnh là các cây lương thực. Ngồi gạo và
sắn thì ngơ cũng là cây lương thực đứng thứ ba nên việc thiết kế và xây dựng nhà máy
sản xuất cồn từ ngô với năng suất cao là hồn tồn có thể. Sản xuất cồn từ ngơ có thể
thực hiện bằng hai phương pháp là nghiền ướt hoặc nghiền khơ.
Xuất phát từ tình hình đó, tơi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất

cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất 600 nghìn lít/tháng”.

SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

1


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1. Vị trí xây dựng
Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều kiện
khác để xây dựng nhà máy có thể thấy tỉnh Đắk Lắk có tiềm năng lớn về nguồn
ngun liệu ngơ, có sức lao động dồi dào và khu cơng nghiệp Hịa Phú với diện tích
181 ha, cách trung tâm thành phố Bn Ma Thuật 15 km theo quốc lộ 14 về phía nam
thuận lợi cho giao lưu hàng hóa, dịch vụ giữa Đắk Lắk và các tỉnh lân cận như Đắk
Nông, Lâm Đồng, Gia Lai, Kon Tum, Khánh Hịa, Bình Dương, thành phố Hồ Chí
Minh …
1.2. Đặc điểm tự nhiên
Tỉnh Đắk Lắk nằm ở trung tâm vùng Tây Nguyên, đầu nguồn của hệ thống sông
Sêrêpôk và một phần của sông Ba, nằm trong khoảng tọa độ địa lý từ 107o28’57” đến
108o59’37” độ kinh Đông và từ 12o9’45” đến 13o25’06” độ vĩ Bắc, có độ cao trung
bình 400-800 mét so với mặt nước biển, nằm cách Hà Nội 1.410 km và cách Thành
phố Hồ Chí Minh 350 km.
Địa hình của tỉnh có hướng thấp dần từ Đơng Nam sang Tây Bắc. Phía Bắc giáp
tỉnh Gia Lai, phía Đơng giáp Phú n và Khánh Hịa, phía Nam giáp Lâm Đồng và
Đăk Nơng, Phía Tây giáp với Campuchia.

Khí hậu tồn tỉnh được chia thành hai tiểu vùng: Vùng phía Tây Bắc có khí hậu
nắng nóng, khơ hanh về mùa khơ; vùng phía Đơng và phía Nam có khí hậu mát mẻ, ơn
hồ. Khí hậu có 2 mùa rõ rệt: mùa mưa và mùa khô, mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến
hết tháng 10, tập trung 90% lượng mưa hàng năm, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4
năm sau, lượng mưa không đáng kể. Tỉnh Đắk Lắk có hướng gió Tây Nam thịnh hành
thường thổi nhẹ khoảng cấp 2, cấp 3.
1.3. Nguồn nguyên liệu
Đắk Lắk hiện là một trong những tỉnh có diện tích, sản lượng ngơ lai lớn nhất
nước. Hàng năm, tỉnh có diện tích gieo trồng ngơ lai lên đến gần 120.000 ha, với sản
lượng trên 520.000 tấn ngô hạt. Cây ngô lai được đồng bào các dân tộc gieo trồng
trong cả 3 vụ (đông xuân, thu đông, hè thu) và chiếm diện tích nhiều nhất là vụ hè thu.
Tuy nhiên, hiện nay, tỉnh Đắk Lắk mới có 4 nhà máy chế biến thức ăn gia súc, với
tổng cơng suất cịn thấp, nên hàng năm chỉ mới tiêu thụ được một phần nhỏ sản lượng
ngơ hạt. Nhìn chung, việc xây dựng nhà máy ở đây có ý nghĩa quan trọng trong việc
tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có ở địa phương và các huyện lân cận. Ngoài ra,
SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

2


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

ngun liệu có thể được nhập từ những tỉnh lân cận như Đắk Nông, Gia Lai, Lâm
Đồng, Phú Yên.
Hiện nay, việc trồng ngô được quanh năm nên tạo điều kiện cho nhà máy hoạt
động liên tục. Hơn nữa việc thu mua trong địa bàn tỉnh, vùng cũng góp phần giảm chi
phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn.
1.4. Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng. Bên cạnh đó, nhà
máy cũng trang bị máy phát điện dự phòng để đảm bảo sản xuất liên tục khi có sự cố.
Nguồn điện được lấy từ lưới điện quốc gia thông qua các trạm biến áp. Mạng
lưới cung cấp điện của Đắk Lắk ngày càng được tăng cường về số lượng và chất
lượng, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho sản xuất của nhà máy. Ngoài ra, nhờ vị trí
địa lí thuận lợi nằm gần nhà máy thủy điện Buôn Kuôp mà việc sử dụng điện cũng
thuận tiện hơn.
1.5. Nguồn cung cấp hơi
Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từng công
đoạn sản xuất. Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của
nhà máy.
Nhiên liệu được sử dụng là dầu mazut được thu mua từ các trạm xăng dầu địa
phương và được dự trữ trong kho của nhà máy. Áp lực hơi sử dụng tùy vào mục đích,
u cầu của từng cơng đoạn khác nhau.
1.6. Nguồn cung cấp nước
Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng cho
sinh hoạt. Do đó có chế độ xử lý nước thích hợp để không ảnh hưởng đến sức khỏe
công nhân cũng như chất lượng sản phẩm.
Nguồn cung cấp nước cho nhà máy chủ yếu được lấy từ lưu vực sông Sêrêpok.
Nước trước khi được sử dụng thì được đưa qua hệ thống xử lý để đảm bảo chất lượng
nước về các chỉ tiêu như chỉ số coli, độ cứng, hỗn hợp vơ cơ và hữu cơ.
1.7. Thốt nước và xử lý nước
Nước thải là hỗn hợp của nhiều chất hữu cơ, là mơi trường thích hợp cho các vi
sinh vật phát triển, gây ơ nhiễm mơi trường, do đó vấn đề xử lí nước thải ln là vấn
đề được các nhà máy quan tâm nhất.
Nước thải trước khi ra môi trường sẽ được xử lý bằng một hệ thống hiện đại, cần
có đường dẫn nước thải đến khu vực riêng, tách rác xử lý riêng, đảm bảo nước không
gây ô nhiễm, các chất thải rắn thường được xử lý bằng cách đào hố chôn.
1.8. Giao thông
SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

3


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

Vị trí đặt nhà máy tại khu cơng nghiệp Hịa Phú thuộc thơn 12, xã Hồ Phú, TP
Bn Ma Thuột. Phía Bắc giáp suối Ea Tr, phía Nam giáp khe cạn, phía Đơng giáp
khu đất trồng mía, phía Tây giáp khu đơ thị dịch vụ, cách trung tâm thành phố 15 km
về phía Tây Nam.
Khu cơng nghiệp có diện tích 181 ha, với các chỉ tiêu sử dụng đất như sau: đất
xây dựng nhà máy chiếm 66,7%, đất giao thông chiếm 15,58%, đất cây xanh chiếm
11,2%, đất trung tâm điều hành và cơng trình dịch vụ chiếm 3%, đất cơng trình đầu
mối và bến bãi chiếm 3,55%.
Bên cạnh hệ thống giao thông đường bộ thì khu cơng nghiệp cũng có vị trí thuận
lợi trong giao thông đường thủy, đường hàng không. Nhà máy nằm gần hệ thống
đường thủy do các sông Sêrepok, Krông Nô, Krông Ana …, cảng hàng không Buôn
Ma Thuột có các chuyến bay tới các thành phố lớn trong cả nước và đang ngày càng
nâng cấp, đây là điều kiện thuận lợi để phát triển nhà máy.
1.9. Nguồn nhân lực
Đội ngũ cán bộ, công nhân viên của nhà máy chủ yếu ưu tiên lao động trong tỉnh
và các tỉnh lân cận. Đội ngũ cán bộ được tuyển dụng, đào tạo từ các trường đại học,
cao đẳng.
1.10. Thị trường tiêu thụ
Thị trường tiêu thụ sản phẩm chủ yếu ở trong tỉnh và các tỉnh lân cận. Ngồi ra,
có thể xuất khẩu ra nước ngồi.
Kết luận: Từ những phân tích các điều kiện lập luận kinh tế kỹ thuật trên ta thấy
việc chọn và đặt nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối là hợp lý và thuận tiện, nó sẽ có khả

năng tồn tại và phát triển hơn để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.

SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

4


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

Chương 2: TỔNG QUAN

2.1. Ngun liệu
2.1.1. Ngơ
2.1.1.1. Giới thiệu về ngơ
Ngơ có tên khoa học là Zea mays L là một loại cây lương thực được thuần canh
tại khu vực Trung Mỹ và sau đó lan tỏa ra khắp châu Mỹ. Ngơ thuộc họ hòa thảo
(Gramineae), bộ rễ chum, lá mọc thành hai dãy, gân lá song song, bọc lá chẻ dọc, có
thìa lìa, mấu đót đặc, hoa mọc thành bơng nhỏ có mày. Có một số thuyết về nguồn gốc
của ngơ tại Trung Mỹ:
• Ngơ là sản phẩm thuần dưỡng trực tiếp từ cỏ ngô (Zea mays ssp. parviglumis)
một năm ở Trung Mỹ, có nguồn gốc từ khu vực thung lũng sơng Balsas ở miền
nam México.
• Ngơ sinh ra từ q trình lai ghép giữa ngơ đã thuần hóa nhỏ (dạng thay đổi
không đáng kể của ngô dại) với cỏ ngô thuộc đoạn Luxuriantes, có thể là Z.
luxurians hoặc Z. diploperennis.
• Ngô trải qua hai hay nhiều lần thuần dưỡng của ngơ dại hay cỏ ngơ.
• Ngơ tiến hóa từ q trình lai ghép của Z. diploperennis với Tripsacum
dactyloides. Vào cuối thập niên 1930, Paul Mangelsdorf cho rằng ngô thuần dưỡng là

kết quả của lai ghép giữa ngô dại mà con người khơng biết rõ với lồi trong
chi Tripsacum, một chi có họ hàng gần. Tuy nhiên, vai trị được đề xuất của Tripsacum
trong nguồn gốc của ngô đã bị phân tích gen hiện đại bác bỏ, qua đỏ phủ nhận mơ hình
của Mangelsdorf và thuyết thứ tư trên đây.
Ngơ được du nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc, ban đầu ngô được gọi là “lúa
ngô” về sau được gọi tắt là “ngơ”. Ngơ có nhiều loại, dựa vào sự khác nhau về hình
dạng hạt, mức độ trắng trong của nội nhũ và ý nghĩa sử dụng mà phân thành các loại
sau:
- Ngơ đá (Zea mays Indurata Sturt): Hạt đầu trịn, màu trắng ngà hay vàng đơi
khi có màu trắng, nội nhũ trắng trong, chỉ một ít ở giữa hạt trắng đục. Hàm lượng tinh
bột 56-75% theo khối lượng chất khô. Thành phần cấu tạo tinh bột ngô gồm 21%
amylose và 79% amylopectin. Hạt ngơ đá cứng, khó nghiền, dùng chế biến gạo ngô, tỷ
lệ thành phẩm cao.
- Ngô răng ngựa (Zea mays Indentata Sturt): Hạt đầu lõm giống răng ngựa, màu
vàng hay trắng, phần dọc hai bên nội nhũ trắng trong còn phần dọc giữa nội nhũ trắng
SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

5


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

đục. Hàm lượng tinh bột 60-63% khối lượng chất khô. Thành phần tinh bột gồm 21%
amylose và 79% amylopectin. Tỷ lệ nội nhũ trắng đục nhiều hơn ngô đá nên hạt mềm
hơn, khi nghiền bột ít mảnh, dùng sản xuất bột và tinh bột.
- Ngô bột (Zea mays Amylacea Sturt): Dài 17-20 cm, hạt đầu trịn hay hơi vng,
màu trắng, phơi lớn, nội nhũ trắng đục nên mềm và dễ hút nước khi ngâm. Hàm lượng
tinh bột khoảng 55-80% khối lượng chất khô. Thành phần tinh bột gồm 20% amylose

và 80% amylopectin. Chủ yếu dùng sản xuất bột, tinh bột và sản xuất rượu bia.
- Ngơ sáp (Zea mays Ceratina Sturt): cịn gọi là ngơ nếp, hạt nhỏ, đầu trịn màu
trắng đục, nội nhũ phần ngoài trắng trong, phần trung tâm trắng đục. Hàm lượng tinh
bột khoảng 60% khối lượng chất khô. Thành phần cấu tạo tinh bột là 100%
amylopectin. Dùng chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp. Khi nấu chín nội nhũ ngơ
nếp khá dẻo và dính.
- Ngơ nổ (Zea mays Everta Sturt): Hạt đầu nhọn, nội nhũ trắng trong hồn tồn,
rất cứng nên khó nghiền. Hàm lượng tinh bột 62-72% khối lượng chất khô. Thường
dùng sản xuất bỏng và gạo ngô. Thành phần tinh bột gồm 23% amylose và 77%
amylopectin.
- Ngơ đường (Zea mays Saccharata): Hạt hình dạng nhăn nheo, màu vàng hoặc
trắng. Hàm lượng tinh bột 25-47%, dextrin và đường tới 19-31%. Tinh bột ngơ đường
có tới 60-98% amylose. Thường chỉ để chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp.
Trong các loại ngơ trên thì ngơ răng ngựa, ngô sáp và ngô nổ là những loại ngơ
có hàm lượng tinh bột nhiều. Ngơ sáp khi nấu chín khá dẻo và gây dính thiết bị nên
ngơ sáp không được sử dụng làm nguyên liệu cho sản xuất cồn. Ngơ nổ có hàm lượng
tinh bột lớn nhất nhưng do điều kiện ở Việt Nam không phù hợp để trồng loại ngô này
nên năng suất trồng không cao, do đó, loại ngơ nổ khơng đáp ứng lượng ngun liệu
cần cung cấp cho sản xuất nên không được sử dụng. Đối với ngơ răng ngựa có năng
suất sản xuất ở Việt Nam cao đáp ứng nguồn nguyên liệu cho sản xuất cồn, vì vậy, ngơ
răng ngựa là ngun liệu được sử dụng thường xuyên trong sản xuất cồn thực phẩm.
2.1.1.2. Tính chất vật lý của ngơ
Các hạt ngơ có kích thước cỡ hạt đậu Hà Lan, và bám chặt thành các hàng tương
đối đều xung quanh một lõi trắng để tạo ra bắp ngô. Khoảng không giữa các hạt chứa
không khí gọi là độ hổng của khối hạt, cịn phần thể tích chiếm bởi hạt và các phần tử
rắn khác gọi là độ chặt. Nếu hạt có độ hổng cao, khơng khí dễ dàng chuyển dịch gây
nên truyền nhiệt đối lưu và truyền nhiệt ẩm. Như vậy nếu bảo quản trong điều kiện độ
ẩm cao, nhiệt độ khơng khí cao sẽ ảnh hưởng đến khối hạt.
Mỗi bắp ngô dài khoảng 10-25 cm, chứa khoảng 200-400 hạt. Các hạt có màu
như ánh đen, xám xanh, đỏ, trắng và vàng.

SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

6


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ hạt nghiền khơ năng suất 600 nghìn lít/tháng

2.1.1.3. Cấu tạo của hạt ngơ

Hình 2.1 Cấu tạo hạt ngơ cắt dọc [1].
Hạt ngơ thuộc loại quả dính gồm 5 phần chính: Lớp vỏ quả chiếm 5-7% khối
lượng hạt, lớp vỏ hạt mỏng chiếm 2% khối lượng hạt, lớp aleurone chiếm 6-8% khối
lượng hạt, phôi ngô chiếm 10-19% khối lượng hạt, nội nhũ chiếm 72-75 khối lượng
hạt (chứa 77-84% tinh bột), chân hạt chiếm 1,5% khối lượng hạt (dính hạt với cùi).
❖ Vỏ
Ngơ là loại hạt trần nên khơng có vỏ trấu chỉ có vỏ quả và vỏ hạt. Chiều dày lớp
vỏ khoảng 35 – 60 μm.
Vỏ quả bao phủ bên ngồi hạt, gồm có 3 lớp:
- Lớp ngồi cùng: Tế bào xếp theo chiều dọc của hạt nên gọi là lớp tế bào dọc.
- Lớp giữa: Gồm những tế bào tương tự như lớp ở ngoài nhưng tế bào xếp thành
chiều ngang. Khi hạt còn xanh, những tế bào lớp giữa chứa những hạt diệp lục, khi hạt
đã chín trong tế bào này trống rỗng.
- Lớp trong: Gồm những tế bào hình ống xếp theo chiều dọc của hạt. Chiều dày
của lớp vỏ ngoài thay đổi theo từng loại giống.
Vỏ hạt gồm 2 lớp tế bào:
- Lớp ngoài: Gồm những tế bào xếp rất sít với nhau và chứa đầy chất màu.
- Lớp trong: Gồm những tế bào không màu và không ngấm nước, dễ cho nước đi
qua.

❖ Lớp aleurone
Nằm dưới vỏ hạt và bao lấy nội nhũ và phôi. Cấu tạo bởi các tế bào hình tứ giác
có thành dày, nhưng càng gần phôi thành tế bào càng mỏng. Ở hạt ngơ, khối lượng lớp
aleurone có tỷ lệ cao hơn so với hạt gạo lức, khoảng 5-11%.
SVTH: Nguyễn Thị Hồng Kha

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

7