Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96º từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên liệu ngày

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN 96º TỪ NGÔ HẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP
NGHIỀN KHÔ NĂNG SUẤT 100 TẤN NGUYÊN LIỆU/NGÀY
Sinh viên thực hiện: Trần Thị Thùy Vân
Số thẻ SV: 107140110
Lớp: 14H2A

Đà Nẵng – Năm 2019


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96º từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền
khô năng suất 100 tấn nguyên liệu/ngày.
Sinh viên thực hiện: Trần Thị Thùy Vân
Số thẻ SV: 107140110 Lớp: 14H2A
Sau 4 tháng nghiên cứu và học hỏi, tơi đã hồn thành đồ án tốt nghiệp bao gồm 1
bản thuyết minh có 9 chương và 5 bản vẽ A0. Trong đó, bản thuyết minh có:
Chương 1: Lập luận kinh tế. Phân tích chi tiết để trả lời được câu hỏi vì sao tôi đặt nhà
máy sản xuất cồn 96º tại khu công nghiệp Tâm Thắng, huyện Cư Jút, tỉnh Đăk Nông.
Chương 2: Tổng quan. Tôi đã khái quát để hiểu rõ hơn về nguyên liệu sản xuất cồn, sản
phẩm, cơ sở lí thuyết của một số q trình chính để chọn được phương pháp sản xuất
thích hợp nhất. Bên cạnh đó, tìm hiểu tình hình sản xuất cồn hiện nay để có cách nhìn
sơ lược về xu hướng đối với sự phát triển ngành công nghiệp cồn.
Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình cơng nghệ. Tơi đã chọn quy trình sản xuất
cồn và thuyết minh từng công đoạn để biết được mục đích, đồng thời mơ tả phương pháp
thực hiện của cơng đoạn đó.

Chương 4: Tính cân bằng vật chất. Tơi đã liệt kê số liệu ban đầu, đưa ra kế hoạch sản
xuất, tính tốn và tổng kết cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất trong nhà máy.
Chương 5: Tính và chọn thiết bị. Tơi đã lựa chọn, tính tốn thiết bị sử dụng cho từng
cơng đoạn và tổng kết các thiết bị được sử dụng trong quá trình sản xuất.
Chương 6: Tính nhiệt, hơi và nước. Tơi đã tính nhiệt, hơi và nước của các thiết bị sử
dụng. Ngồi ra cịn tính nhiên liệu, tính và chọn lị hơi sử dụng, lượng nước sinh hoạt
dùng trong nhà máy.
Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng. Hình thành tổ chức nhà máy và tính tốn các cơng
trình cần xây dựng phục vụ cho q trình sản xuất, từ đó tính được tổng mặt bằng cần
xây dựng của nhà máy.
Chương 8: An toàn lao động. An toàn lao động và vệ sinh nhà là điều không thể thiếu
trong một nhà máy, vì thế tơi đã đưa ra nhưng ngun tắc, biện pháp, yêu cầu và cách
xử lí đối với hai vấn đề này.
Chương 9: Kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm. Tôi đã nêu rõ cách kiểm tra
nguyên liệu, sản phẩm và một số kiểm tra khác trong quá trình 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: Trần Thị Thùy Vân
Lớp: 14H2A

Khoa: Hóa

MSSV: 107140110

Nghành: Cơng nghệ Thực Phẩm.

1. Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96º từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền
khô năng suất 100 tấn nguyên liệu/ngày”.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Nguyên liệu: 100% ngô hạt
Năng suất: 100 tấn nguyên liệu/ngày
Sản phẩm: Cồn 96º
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 cơng 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 công 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: ThS. Bùi Viết Cường
7. Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2019
8. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/05/2019

Trưởng bộ môn
(Ký và ghi rõ họ tên)

PGS. TS. Đặng Minh Nhật

Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2019
Người hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

ThS. Bùi Viết Cường


LỜI CÁM ƠN

Sau khi kết thúc các môn học ở trường Đại học Bách Khoa - Đại học Đà Nẵng, tôi
được giao đề tài đồ án tốt nghiệp về “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96º từ ngô hạt bằng
phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên liệu/ngày”.
Qua thời gian 4 tháng thực hiện đồ án, dưới sự hướng dẫn tận tình của thầy giáo Bùi
Viết Cường, sự giúp đỡ của bạn bè và sự nổ lực tìm tòi học hỏi của bản thân qua sách
vở cũng như tham khảo thực tế đến nay đồ án đã hoàn thành đúng thời gian quy định.
Đầu tiên, tôi xin xin chân thành cám ơn đến quý thầy cô trong Khoa Hóa và q
thầy cơ trong Bộ mơn Cơng nghệ Thực phẩm đã tận tình giảng dạy, giúp đỡ tơi trong
suốt toàn bộ thời gian học tập và lĩnh hội kiến thức tại trường. Đặc biệt, tôi xin gửi lời
cảm ơn sâu sắc đến thầy Bùi Viết Cường, thầy là người đã tận tình hướng dẫn cho tơi
những kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu trong suốt quá trình làm đồ án tốt

nghiệp. Tơi cũng xin cảm ơn gia đình và bạn bè đã luôn tạo điều kiện, quan tâm, giúp
đỡ, động viên tơi trong suốt q trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.

i


LỜI CAM ĐOAN

Tôi Trần Thị Thùy Vân , 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. Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của
tôi.
Sinh viên thực hiện

Trần Thị Thùy Vân

ii


MỤC LỤC

TÓM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN
LỜI CÁM ƠN ................................................................................................................ i
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................... ii
MỤC LỤC .................................................................................................................... iii
DANH MỤC BẢNG ......................................................................................................x
DANH MỤC HÌNH ẢNH ........................................................................................... xi

MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT ..........................................................2

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ............................5

iii


Chương 3: QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT..............................................25

Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .............................................................37

Chương 5: TÍNH TỐN VÀ CHỌN THIẾT BỊ ......................................................51
iv


v


Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC ................................................................76

vi


Chương 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG ........................................................90

vii


Chương 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY ..............................98

Chương 9: KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ......102

KẾT LUẬN ................................................................................................................109
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................110
PHỤ LỤC
viii


DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần hóa học trong những bộ phận chính của hạt ngơ ......................... 7
Bảng 2.2 Sản lượng ethanol theo khu vực trên thế giới ................................................ 24
Bảng 4.1 Biểu đồ hoạt động .......................................................................................... 37
Bảng 4.2 Biểu đồ kế hoạch sản xuất ............................................................................. 37
Bảng 4.3 Bảng hao hụt và tổn thất qua từng công đoạn ................................................ 38
Bảng 4.4 Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu .................................. 38
Bảng 4.5 Tổng kết cân bằng vật chất ............................................................................ 50
Bảng 5.1 Quan hệ với D của xyclon.............................................................................. 54
Bảng 5.2 Tổng kết thiết bị ............................................................................................. 73
Bảng 6.1 Nhiệt hấp phụ của etanol và nước trên zeolit 3A0.......................................... 81
Bảng 6.2 Nhiệt giải hấp phụ của etanol và nước trên zeolit 3A0 .................................. 82
Bảng 6.3 Tổng kết hơi ................................................................................................... 82
Bảng 6.4 Lượng nước dùng trong nhà máy ................................................................... 88
Bảng 7.1 Nhân lực lao động cho sản xuất trong nhà máy ............................................. 91
Bảng 7.2 Diện tích các phịng làm việc ......................................................................... 94
Bảng 7.3 Bảng tổng kết các cơng trình ......................................................................... 96

ix

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo của hạt ngơ ................................................................................. 6
Hình 2.2 Saccharomyces cerevisiae .............................................................................. 10
Hình 3.1 Sơ đồ máy sàng rung ...................................................................................... 26
Hình 3. 2 Sơ đồ máy nghiền búa ................................................................................... 27
Hình 3.3 Thùng hịa trộn dạng đứng ............................................................................. 27
Hình 3.4 Xyclo tách phơi............................................................................................... 28
Hình 3.5 Sơ đồ nấu liên tục ........................................................................................... 29
Hình 3.6 Thiết bị phun dịch hóa .................................................................................... 29
Hình 3.7 Nồi nấu chín ................................................................................................... 30
Hình 3.8 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ............................................................... 30
Hình 3.9 Sơ đồ đường hóa ............................................................................................. 31
Hình 3.10 Sơ đồ lên men ............................................................................................... 33
Hình 3.11. Sơ đồ chưng cất, tinh chế cồn ..................................................................... 34
Hình 3.12 Thiết bị gia nhiệt........................................................................................... 35
Hình 3.13 Thiết bị hấp phụ ............................................................................................ 36
Hình 3.14 Thiết bị ống xoắn ruột gà ............................................................................. 36
Hình 5.1 Máy làm sạch dạng rung ................................................................................ 51
Hình 5.2 Thiết bị nghiền................................................................................................ 51
Hình 5.3 Thùng chứa ngơ sau nghiền............................................................................ 52
Hình 5.4 Thiết bị hịa nước ............................................................................................ 54
Hình 5.5 Thiết bị tách phơi ............................................................................................ 54
Hình 5.6. Nồi nấu sơ bộ................................................................................................. 55
Hình 5.7 Thiết bị phun dịch hóa .................................................................................... 55
Hình 5.8 Nồi nấu chín ................................................................................................... 56
Hình 5.9 Thiết bị tách hơi .............................................................................................. 56
Hình 5.10 Phao điều chỉnh mức .................................................................................... 56
Hình 5.11 Thiết bị làm nguội ........................................................................................ 57
Hình 5.12 Thiết bị đường hóa ....................................................................................... 57

Hình 5.13 Thiết bị làm nguội ........................................................................................ 57
Hình 5.14 Thiết bị lên men ............................................................................................ 58
Hình 5.15 Thùng nhân giống cấp 1,2 ............................................................................ 59
Hình 5.16 Thiết bị tách CO2 .......................................................................................... 61
Hình 5.17 Thùng chứa giấm chín .................................................................................. 62
Hình 5.18 Tháp thơ ........................................................................................................ 62
Hình 5.19 Tháp tinh ....................................................................................................... 63
x


Hình 5.20 Thiết bị hâm giấm......................................................................................... 64
Hình 5.21 Thiết bị tách bọt ............................................................................................ 64
Hình 5.22 Bình chống phụt giấm .................................................................................. 64
Hình 5.23 Thiết bị ngưng tụ cồn thơ ............................................................................. 65
Hình 5.24 Thiết bị ống xoắn ruột gà ............................................................................. 65
Hình 5.25 Thiết bị ngưng tụ nằm ngang ....................................................................... 66
Hình 5.26 Thiết bị ngưng tụ thẳng đứng ....................................................................... 66
Hình 5.27 Thiết bị làm nguội dầu fusel ......................................................................... 67
Hình 5.28 Thiết bị gia nhiệt........................................................................................... 67
Hình 5.29 Thiết bị hấp phụ và giải hấp ......................................................................... 68
Hình 5.30 Thiết bị ống xoắn ruột gà ............................................................................. 68
Hình 5.31 Thùng chứa cồn sản phẩm ............................................................................ 68
Hình 5.32 Thùng chứa dầu fuzel ................................................................................... 69
Hình 5. 33 Gàu tải ......................................................................................................... 69
Hình 5.34 Bơm .............................................................................................................. 70

xi


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên

liệu/ngày

MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóng của xã hội và để đáp ứng nhu cầu cơng
nghiệp hóa hiện đại hóa, ngành thực phẩm cũng phải đa dạng hóa sản phẩm về mặt hình
thức lẫn nội dung. Trong đó, ngành cơng nghệ sản xuất cồn etylic đã và đang được các
nước trên thế giới quan tâm.
Cồn hay còn gọi là ethanol, rượu etylic,… được sản xuất theo hai phương pháp
chính là phương pháp lên men bằng vi sinh vật hay còn gọi là phương pháp sinh học và
phương pháp tổng hợp hóa học. Hiện nay phương pháp sinh học được sử dụng phổ biến
với nguyên liệu chứa nhiều glucid, cịn phương pháp hóa học sử dụng cho ngun liệu
dầu mỏ và than.
Với trình độ chun mơn ngày càng cao, điều kiện tự nhiên và khí hậu thuận lợi cho
việc trồng các nguyên liệu chính như tinh bột từ các loại ngũ cốc gạo, bắp, lúa mạch,…
và các loại củ khoai tây, khoai mì,… hoặc là rỉ đường đã góp phần hỗ trợ cho các nhà
máy sản xuất cồn etylic tại địa phương. Vì vậy, ngành cơng nghệ sản xuất cồn ở Việt
Nam trong những năm qua đang phát triển một cách vượt bậc và được ứng dụng trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như 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 là một nguồn nhiên liệu đầy tiềm năng.
Ngoài ra ngành sản xuất cồn cũng tạo ra nhiều sản phẩm phụ như là CO2, bã rượu, dầu
fusel,… cũng mang lại nhiều lợi ích to lớn.
Trong các loại cây lương thực, cây ngô là cây cho nguồn nguyên liệu có khả năng
chế biến phong phú. Với tổng sản lượng ngô hàng năm ngày càng tăng, việc thiết kế và
xây dựng thêm nhà máy sản xuất cồn từ ngơ với năng suất cao là hồn tồn phù hợp với
yêu cầu của ngành công nghiệp cồn cũng như nhu cầu của nền kinh tế đất nước hiện
nay. Với đặc điểm Việt Nam là nước nơng nghiệp, diện tích trồng trọt khá lớn do đó
nguồn cung cấp nguyên liệu rất dồi dào cho sản xuất cồn 96°, cũng như các loại cồn
khác.

Với lí do trên mà tơi được giao nhiệm vụ: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96º từ
ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên liệu/ngày”.

SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

1


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT

Vị trí xây dựng
Địa điểm chọn để xây dựng nhà máy là khu công nghiệp Tâm Thắng, huyện Cư Jút,
tỉnh Đăk Nông. Tỉnh Đăk Nông thuộc vùng Tây Nguyên, là khu vực với địa hình
cao nguyên bao gồm nhiều tỉnh, xếp theo thứ tự vị trí địa lý từ đầu đến cuối gồm Kon
Tum, Gia Lai, Đắk Lắk, Đắk Nông và Lâm Đồng. Tây Nguyên là một trong 3 tiểu vùng
của miền Trung.
Khu công nghiệp Tâm Thắng là khu công nghiệp đầu tiên, duy nhất của tỉnh Đắk
Nông nằm tại xã Tâm Thắng, huyện Cư Jút, cách trung tâm tỉnh lỵ 110 km về phía Đơng
Nam, nằm trên tuyến quốc lộ 14 nối liền các tỉnh miền Đông Nam Bộ với Tây Nguyên,
cách thành phố Buôn Ma Thuột 20 km và cách thành phố Hồ Chí Minh khoảng 300 km.
Khu cơng nghiệp Tâm Thắng có tổng diện tích là 181 ha [13].
Khí hậu
Với vị trí là bình ngun chuyển tiếp giữa hai cao nguyên Đắk Lắk và Đắk Mill,
huyện Cư Jút nằm trong vùng ảnh hưởng khí hậu nhiệt đới gió mùa, mang tính chất
chung của khí hậu Tây Nguyên nhiệt đới ẩm, trong năm có hai mùa rõ rệt là mùa mưa

và mùa khô. Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến hết tháng 10, tập trung đến 90% lượng
mưa hằng năm, mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau. Nhiệt độ cao nhất trong năm
37,8ºC, thấp nhất là 21ºC, biên độ nhiệt ngày đêm 10 - 15ºC [14].
Nhiệt độ trung bình năm là 22 - 23ºC. Khí hậu tỉnh Đắk Nơng vừa mang tính chất
khí hậu cao nguyên nhiệt đới ẩm, vừa chịu ảnh hưởng của gió mùa Tây Nam khơ nóng.
Hướng gió chủ đạo là Tây Nam [14].
Nguồn ngun liệu
Nguồn ngun liệu chính là ngơ và nước. Huyện Cư Jút là địa phương có nhiều tiềm
năng, lợi thế phát triển nông nghiệp nhờ vào điều kiện thổ dưỡng. Huyện Cư Jút cũng
được biết đến vùng trọng điểm lương thực, thực phẩm của tỉnh Đắk Nơng có sản lượng
cao nhất tỉnh, với diện tích trồng ngơ trên 17000 ha, sản lượng hơn 100000 tấn [14].
Ngoài ra, theo thống kê sơ bộ 2017, tổng diện tích trồng ngơ ở khu vực lân cận Tây
Nguyên xếp thứ hai cả nước, Đắk Lắk xếp thứ ba cả nước, Gia Lai, …[15]. Nhìn chung
việc xây dựng nhà máy tại đây có ý nghĩa trong vấn đề tận dụng nguồn nguyên liệu có
sẵn ở địa phương và các huyện lân cận.
Mặt khác do các điều kiện canh tác và lai tạo giống mà hiện nay ở tỉnh đã có những
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

2


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

giống ngô ngắn ngày cho năng suất cao, tạo điều kiện cho nhà máy hoạt động liên tục
quanh năm. Hơn nữa việc thu mua nguyên liệu tại địa bàn tỉnh là rất rẻ, giảm được chi
phí cho sản xuất, khi đó giá thành sản phẩm sẽ giảm mang lại hiệu quả kinh tế cao.
Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng nguồn điện lấy từ lưới điện quốc gia thơng qua trạm biến áp riêng,
bên cạnh đó nhà máy cịn nằm gần nhà máy thuỷ điện Bnkp. Trạm Cư Jút
110/35/22KV nhận điện từ trạm 220KV Krơng Búk [16].
Dịng điện nhà máy sử dụng có hiệu điện thế 220V/380V. Ngồi ra để đảm bảo quá
trình sản xuất hoạt động liên tục, nhà máy còn trang bị máy phát điện dự phịng khi có
sự cố.
Nguồn cung cấp nước và xử lí nước
Huyện Cư Jút có mạng lưới sơng suối khá dày, các sông suối trong vùng chủ yếu
thuộc lưu vực sông Sêrêpok. Phần lưu vực sông Sêrêpok qua huyện dài khoảng 40 km
là đoạn đầu của hợp lưu hai nhánh Krông Nơ và Krơng Na chảy dọc theo ranh giới phía
đơng theo hướng Nam Bắc.
Nước sử dụng trong nhà máy rất nhiều với nhiều mục đích khác nhau. Nhà máy chủ
yếu lấy nước từ lưu vực sông Sêrêpok. Dù nước được lấy từ sông, hồ hay giếng cũng
đều được qua hệ thống xử lí trước khi đưa vào sản xuất để đảm bảo được các yêu cầu
về chất lượng nước (chỉ số coli, độ cứng, hỗn hợp vô cơ và hữu cơ có trong nước,…).
Thốt nước
Nước thải chủ yếu chứa các chất hữu cơ là môi trường vi sinh vật dễ phát triển, làm
dễ lây nhiễm dụng cụ thiết bị và nguyên liệu nhập vào nhà máy, sẽ ảnh hưởng lớn đến
chất lượng thành phẩm. Mặt khác, phải tránh đọng nước thường xuyên làm ngập móng
tường, móng cột ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng. Vì vậy, nước từ các phân xưởng sản
xuất sẽ được qua hệ thống xử lí nước thải của nhà máy trước khi đưa ra môi trường [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.
Tùy theo yêu cầu công nghệ mà áp lực hơi dao động từ 3 - 13 at [5].
Giao thông
Nhà máy sản xuất cồn cần vận chuyển một lượng nguyên liệu lớn cho nên khi thiết
kế nhà máy cần có một hệ thống đường giao thơng thuận lợi cho q trình vận chuyển.
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

3


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

Vì vậy, việc đặt nhà máy tại khu công nghiệp Tâm Thắng, huyện Cư Jút gần đường quốc
lộ 14 là rất thuận tiện cho việc tập trung nguyên liệu, nhiên liệu và tiêu thụ sản phẩm
cho nhà máy. Mặt khác vấn đề giao thông không chỉ là mục đích xây dựng nhà máy
nhanh mà cịn là sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai.
Nguồn nhân lực
Số người trong độ tuổi lao động theo sự thống kê sơ bộ năm 2017 tồn tỉnh có 390,1
nghìn người, chiếm 62,36% dân số [40]. Lao động tham gia làm việc chủ yếu tham gia
sản xuất nông, lâm nghiệp và thủy sản chiếm 79,38% nên nguồn nhân lực dồi dào [16].
Công nhân làm việc trong nhà máy chủ yếu tuyển dụng tại địa phương, vì ngồi
những phiền phức khác cịn đỡ phần đầu tư về xây dựng khu nhà ở cho công nhân [5].
Thị trường tiêu thụ
Cồn sản xuất ra nhằm đáp ứng nhu cầu trong nước, chính vì thế mà nguồn tiêu thụ
chính là các tỉnh Tây Nguyên và các vùng lân cận. Ngồi ra cồn có thể xuất khẩu ra
nước ngoài.
Năng suất nhà máy
Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại, và thị trường tiêu thụ
sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 96º với năng suất
100 tấn nguyên liệu/ngày là hợp lí.

SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

4


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM

Tổng quan về nguyên liệu
Ngô
Nguồn gốc nguyên liệu
Những nghiên cứu về nguồn gốc cây trồng của Vavilov (1926) đã cho rằng Mêhicô
và Pêru là những trung tâm phát sinh và đa dạng di truyền của ngô. Đặc biệt Harshberger
năm 1893 (theo Wilkes, 1988) đã kết luận ngô bắt nguồn từ Mêhicô và từ một cây hoang
dại ở miền Trung Mêhicô trên độ cao 1500 m của vùng bán hạn [6].
Người ta đã tìm thấy hóa thạch phấn ngơ trong khai quật ở Bellas Artes, thành phố
Mêxicơ, ít nhất cách đây khoảng 60000 năm. Ở động Bat của Niu Mêhicô đã tìm thấy
nhiều cùi ngơ dài 2 - 3 cm, khoảng 3600 năm trước CN, ngồi ra cịn tìm thấy ở động
La Perra - đông bắc Mêhicô, động của bang Chihuahua và Sonora, hang động thuộc
thung lũng Tehuacan nằm phía nam bang Puebla và bắc Oaxaca… Mêhicô thể hiện
chuỗi tiến hóa rõ rệt nhất của cây ngơ từ năm 5000 trước CN đến khoảng năm 1536 sau
CN [6].
Mặt khác, di tích về ngơ cịn được tìm thấy ở nhiều nơi khác thuộc Châu Mỹ và
nhiều vùng khác thuộc Hoa Kỳ nhưng số lượng vẫn ít hơn và niên đại xác định muộn
hơn nhiều so với Mêhicơ. Vì vậy, sự phân bố các vùng ngô hiện nay là bằng chứng
khẳng định Mêhicô là trung tâm phát sinh cây ngô [6].
Ở Việt Nam, theo bác học Lê Quý Đôn nêu trong “Vân đài loại ngữ” thì vào thời
đầu Khang Hi (1682 - 1723), Trần Thế Vinh- người Tiên Phong thuộc Sơn Tây đi xứ
nhà Thanh thấy loại cây mới mang về trồng ở hạt Sơn Tây và gọi là “ngô” [6]. Ngày

nay, theo thống kê sơ bộ năm 2017, ngô được trồng nhiều nhất ở Trung du và miền núi
phía Bắc [3].
Phân loại
Ngơ được chia làm 6 loại sau, trong đó ngơ đá, ngô răng ngựa và ngô bột được trồng
phổ biến [7]. Theo lý thuyết, ngô nổ dùng sản xuất cồn vì có hàm lượng tinh bột cao
nhất, tuy nhiên trên thực tế, ngô răng ngựa được trồng phổ biến nhất ở nước ta. Vì vậy,
ngơ răng ngựa là ngun liệu dùng để sản xuất cồn 96°.
Ngô đá (Z. M. Indurata): ngơ đá có hạt đầu trịn, màu trắng hoặc vàng đơi khi có
màu tím. Nội nhũ trắng trong và chỉ một ít ở giữa hạt trắng đục. Hàm lượng tinh bột
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

5


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

khoảng 56 - 75%. Ngô đá hạt cứng, khó nghiền, dùng chế biến gạo ngơ, tỉ lệ thành phẩm
cao [7].
Ngơ bột (Z. M. Amilaceae): hạt đầu trịn hoặc hơi vuông, màu trắng, phôi lớn. Nội
nhũ màu trắng đục nên mềm và dễ hút nước khi ngâm. Hàm lượng tinh bột của hạt ngô
khoảng 55 - 80%. Chủ yếu dùng sản xuất bột, tinh bột và kỹ nghệ rượu bia [7].
Ngô răng ngựa (Z. M. Indentata): 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 đục. Hàm
lượng tinh bột khoảng 60 - 63%. Tỉ lệ nội nhũ trắng đục nhiều hơn ngô đá nên hạt mềm
hơn, khi nghiền được nhiều bột ít mảnh, dùng sản xuất bột và tinh bột [7].
Ngô đường(Z. M. Sacharata): hạt ngô thường nhăn nheo, vỏ vàng hoặc trắng. Hàm
lượng tinh bột khoảng 25 - 37%, hàm lượng đường và dextrin tới 19 - 31%. Thành phần

tinh bột của ngô thường gồm 60 - 98% amiloza, thường chỉ chế biến thức ăn điểm tâm
và đóng hộp [7].
Ngơ nổ (Z. M Everta): hạt ngơ đầu nhọn, nội nhũ trắng trong hồn tồn, rất cứng
nên khó nghiền. Hàm lượng tinh bột khoảng 62 - 72%. Hạt ngô nổ thường dùng để sản
xuất bỏng và gạo ngô [7].
Ngô nếp (Z. M Ceratina): ngô nếp cịn gọi là ngơ sáp. Hạt nhỏ, đầu trịn màu trắng
đục. Phần ngoài của nội nhũ trắng trong, phần trung tâm trắng đục. Hàm lượng tinh bột
khoảng 60%. Thành phần tinh bột gồm gần 100% amilopectin. Dùng chế biến thức ăn
điểm tâm và đóng hộp [7].
Cấu tạo của ngơ
Hạt ngơ được cấu tạo bởi 5 thành phần chính: mày hạt, vỏ hạt, lớp alơron, nội nhũ và
phôi hạt [8]. Sơ đồ cấu tạo hạt ngô được thể hiện ở hình 2.1.
1. Vỏ hạt
2. Lớp alơron
3. Nội nhũ (miền nhiều sừng)
4. Nội nhũ (miền tinh bột)
5,6. Phơi mầm
7. Mày hạt

Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo của hạt ngô [8]
Mày hạt: Là phần lồi ra ngoài ở cuối hạt, là bộ phận dính hạt vào lõi ngơ [8].
Vỏ hạt: Là lớp màng mỏng bao bọc quanh hạt để bảo vệ hạt, nó được cấu tạo từ 3
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

6


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên

liệu/ngày

lớp tế bào khác nhau và chứa các chất màu như vàng, tím, tím hồng [8].
Lớp alơron: Nằm dưới lớp vỏ hạt, cấu tạo từ các tế bào hình tứ giác có thành dày,
thơng thường lớp alơron khơng có màu nhưng cũng có thể có màu xanh do bị nhiễm sắc
thể từ vỏ ngoài. Khối lượng vỏ và lớp alơron chiếm 5 - 11% khối lượng toàn hạt [8].
Nội nhũ: Chiếm 75 - 83% khối lượng hạt và chứa đầy tinh bột, được phân biệt thành
hai miền khác nhau về hình dáng, cấu trúc tế bào và thành phần hóa học của tinh bột.
Miền ngồi màu vàng nhạt, đặc và cứng như sừng (gọi là miền sừng) miền trong màu
trắng, xốp, nhiều gluxit, ít protein (gọi là miền bột) [8].
Phôi hạt: Nằm ở phần đầu nhỏ của hạt, dưới lớp alơron, chứa tất cả các tế bào phát
triển của các q trình sống. Phơi hạt cấu tạo từ các tế bào mềm, chứa các chất giàu dinh
dưỡng như protein, lipit, vitamin và phần lớn các enzym. Phôi hạt có kích thước và khối
lượng lớn hơn so với phơi của các loại hạt khác, thường chiếm khoảng 10 - 14% khối
lượng hạt [8].
Thành phần hóa học của ngơ
Thành phần hóa học của hạt ngơ phụ thuộc vào cấu trúc vật lý của hạt, yếu tố di
truyền, và môi trường. Những bộ phận chính của hạt ngơ có thành phần hóa học khác
nhau [8].
Bảng 2.1 Thành phần hóa học trong những bộ phận chính của hạt ngơ (%)
Bộ phận

Tỉ lệ các phần (%)

Nước

Tinh bột

Chất khô

Vỏ

5

10,5

7,3

89,5

Phôi

12

15,5

8,6

84,5

Nội nhũ

83

12,5

76,6

87,5

Nước: Chiếm khoảng 12 - 15% trọng lượng hạt khô nhưng khi thu hoạch tươi thì độ
ẩm đạt 19 - 35%.
Tinh bột: Chiếm khoảng 60 - 63% khối lượng hạt đối với ngô răng ngựa. Hàm lượng
amylose trong các giống ngơ khác nhau thì khác nhau, khoảng 21 - 23%. Đối với ngô
răng ngựa, thành phần tinh bột gồm 27% amylose và 73% amylopectid. Kích thước hạt
tinh bột dao động khoảng 6 - 30 µm. Khối lượng riêng của tinh bột khoảng 1,5 - 1,6.
Nhiệt độ hồ hóa là 55 - 67,5ºC [7].
Các dạng đường và dẫn xuất đường: Tổng số đường trong hạt ngô chiếm 1 - 3%. Ba
thành phần cơ bản của monosaccharide ở nội nhũ là D-glucose, D-fructose và lượng
đường trong cấu trúc của nucleotide. Đường saccharose là thành phần chính của
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

7


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

disaccharide trong hạt ngô, tập trung tương đối cao ở nội nhũ. Ngồi ra cịn một ít đường
maltose (nhỏ hơn 0,4% hàm lượng chất khô). Phần lớn đường saccharose ở trong phơi
và cịn lại là ở trong nội nhũ. Trisaccharide và các oligosaccharide khác có rất ít trong
hạt, chủ yếu là raffinose [7].
Protein: Hàm lượng protein trung bình là 10%. Trong nội nhũ protein và tinh bột ở
dạng dự trữ. Phần lớn protein dự trữ này định vị trong các thể protein hình cầu, có màng
bao bọc và có đường kính từ 2 - 5 µm. Các thể protein hình cầu này lại liên kết chặt chẽ
với nhau thành một mạng lưới protein.
Lipid: Có hàm lượng cao 3,5 - 7%. Phôi chứa 30 - 50% tổng số lipid, ngồi ra cịn
một số nằm trong lớp alơron của hạt, chất béo này đa số là acid chưa no, màu vàng nhạt,

chiếm 72% tổng lượng chất béo. Đây là lí do cần phải tách phôi trước khi dùng để sản
xuất rượu vì chất béo trong phơi sẽ gây cho rượu có mùi khó chịu.
Khống chất: Chứa 1,3% khống. Chất khống tập trung chủ yếu ở phơi, có khoảng
78% lượng chất khống trong tồn hạt. Chất tro trong ngơ gồm nhiều thành phần nhưng
nhiều hơn cả là photpho, oxit kim loại kiềm và kiềm thổ như P2O5, Na2O, K2O, SO2,
MgO, CaO…
Vitamin: tập trung ở ngồi hạt ngơ và ở mầm. Ngơ có các loại vitamin như B1,
vitamin E, vitamin PP, và tiền vitamin A. Vitamin PP được tìm thấy chủ yếu trong lớp
alơron, tiền vitamin A (carotenoid) được tìm thấy chủ yếu ở các giống ngô vàng, vitamin
E chứa nhiều trong phơi [9].
Ngơ có độ ẩm 38 - 40%, nhưng sau q trình phơi khơ thì ẩm giảm cịn 13%, đây là
độ ẩm hạn chế sự hơ hấp của ngơ thích hợp dùng trong công nghiệp. Ở nước ta quy định
khi nhập kho, ngơ có độ ẩm tối đa là 13,5% [7 ].
Tính chất vật lí của ngơ
Màu sắc và mùi vị
Hạt ở trạng thái bình thường đều có màu sắc và mùi vị tự nhiên của nó. Nếu thu
hoạch, sơ chế và bảo quản không đúng chế độ làm cho chất lượng hạt giảm thì màu sắc
và mùi vị của nó cũng thay đổi theo [8].
Hạt đã nảy mầm hay hạt có độ ẩm cao mà đưa vào bảo quản thì vỏ hạt khơng cịn
óng sáng nữa mà chuyển sang màu đục hay nhạt. Tùy theo mức độ hư hỏng mà vỏ hạt
thay đổi từ màu nhạt tới màu nâu sẫm [8].
Hạt tốt thường bao giờ cũng có mùi vị đặc trưng. Nếu mất mùi vị đặc trưng đó hay
có mùi lạ thì chất lượng hạt đã giảm. Mùi vị lạ hình thành do trong hạt đã xảy ra quá
trình phân hủy các chất hữu cơ hoặc do hạt đã hấp thụ hơi của các chất khác mùi nha,
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

8

Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

mùi bốc hơi hay mùi thối [8].
Kích thước và hình dạng hạt
Trong sơ chế và chế biến, người ta đã lợi dụng sự khác nhau về kích thước hạt, hình
dạng và trạng thái bề mặt hạt (nhẵn hay xù xì, trịn hay dài, …) để kết cấu máy phù hợp
khi phân loại và làm sạch. Ngồi ra kích thước và hình dạng hạt cũng có ảnh hưởng
nhiều đến độ hỏng và tính tản rời của khối hạt [8].
Độ lớn của hạt
Hạt có độ lớn càng cao thì càng có gía trị vì tỉ lệ nội nhũ nhiều, khi chế biến thu
được tỉ lệ thành phẩm cao [8].
Độ trong
Khi cắt ngang hạt, ta thấy tiết diện cắt có phần trắng trong và phần trắng đục. Khi
độ trong cao thì độ trắng cũng cao. Thường hạt có độ trong cao thì hàm lượng protein
của hạt cũng cao. Độ trong của hạt phụ thuộc vào loại giống và khí hậu khi cây phát
triển [8].
Độ ẩm cân bằng của hạt
Độ ẩm hạt là tỉ số phần trăm giữa khối lượng nước có trong các hạt với khối lượng
hạt. Hàm lượng nước trong hạt thay đổi tùy theo điều kiện môi trường không khí xung
quanh. Ứng với áp suất hơi nước riêng phần và nhiệt độ nhất định của khơng khí thì hạt
sẽ hút hoặc thải một lượng nước nhất định và đạt tới trạng thái cân bằng gọi là độ ẩm
cân bằng. Độ ẩm cân bằng của hạt thường 10 - 35% [8].
Dung trọng và tỉ trọng
Dung trọng là trọng lượng tuyệt đối của hạt chứa trong một đơn vị dung tích nhất
định. Hạt nhỏ, hàm lượng nước thấp, bên ngoài trơn nhẵn, kết cấu bên trong chặt chẽ,
tinh bột và đạm tương đối nhiều, độ lẫn tạp chất nhỏ thì dung trọng của nó lớn và ngược
lại [8].
Tỷ trọng của hạt là tỷ số trọng lượng giữa thể tích hạt nhất định với thể tích nước

nhất định. Tỷ trọng cho biết mức độ nhiều hay ít của vật chất chứa trong hạt, tức là kết
cấu của tế bào xốp hay chặt và nó phụ thuộc vào sự thay đổi theo điều kiện sinh trưởng,
độ chín sinh lí của hạt. Nếu điều kiện sinh trưởng phát triển tốt, độ chín hạt cao, chất
lượng dinh dưỡng tích lũy nhiều, hạt chắc thì tỷ trọng hạt sẽ lớn [8].
Nước
Nhà máy rượu dùng để sản xuất 1000 lít cồn từ các loại bột dùng khoảng 80 - 115
m nước. Nước tiêu tốn trong quá trình công nghệ, rửa thiết bị, rửa chai lọ và các đồ
chứa đựng, làm lạnh, cấp hơi và vệ sinh nhà xưởng [12].
3

SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

9


Đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96o từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 100 tấn nguyên
liệu/ngày

Nước dùng trong sản xuất phải đáp ứng được những u cầu về nước uống, khơng
có mùi vị, không màu và trong suốt. Các yêu cầu về nước uống như sau:
- Độ cứng chung, mg đương lượng, không quá 7.
- Hàm lượng các chất, mg, không quá: cặn khơ 1,000, Clorit 350, Chì 0,1, Sunphat
500, Acsen 0,05, Fluor 1,5, Đồng 3,0, Kẽm 5,0, …
- Tổng vi sinh vật không quá 100.
- Số lượng trực khuẩn đường ruột trong 1 lít nước: chuẩn coli khơng nhỏ hơn 300
ml, chỉ số coli không lớn hơn 3. Đối với nguồn nước giếng hoặc thủy vực cho phép
chuẩn coli không nhỏ hơn 100 ml, chỉ số coli 10.
- Không cho phép nước có mặt amoniac và các muối axit nitrit, vết các muối của

kim loại nặng.
- Độ oxy hóa của nước khơng quá 3 mg O2/l.
- Trong một số trường hợp riêng biệt, được sự chú ý của cơ quan giám sát vệ sinh
cho phép độ cứng chung cũng không quá 14 mg đương lượng [12].
Nấm men
Trong sản xuất ethanol, người ta sử dụng những chủng nấm men thuộc loài
Saccharomyces cerevisiae, nhiệt độ thích hợp cho nấm men này phát triển là 28 - 32ºC,
nhưng nhiệt độ thích hợp của q trình lên men khoảng 20ºC. Các chủng cần phải đáp
ứng một số yêu cầu trong sản xuất ethanol [10]. Hình ảnh minh họa cho nấm men
Saccharomyces cerevisiae được thể hiện ở hình 2.2.

Hình 2.2 Saccharomyces cerevisiae
Ngồi tính chất chung là nấm men có khả năng biến hóa đường thành ethanol và
CO2 trong cơng nghiệp sản xuất cồn cịn địi hỏi một số yêu cầu riêng:
- Khả năng lên men nhanh và triệt để.
- Có đặc tính sinh lý, sinh hóa ổn định trong thời gian dài.
- Chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường. Đặc biệt là các chất
sát trùng, độ pH thấp và nhiệt độ tương đối cao.
SVTH: Trần Thị Thùy Vân

GVHD: Bùi Viết Cường

10