Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất 2 triệu lít sản phẩm tháng

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA
*

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TUYỆT ĐỐI TỪ
NGÔ BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN KHƠ NĂNG SUẤT 2
TRIỆU LÍT SẢN PHẨM / THÁNG

Sinh viên thực hiện: LÊ TIẾN HOÀNG

Đà Nẵng – Năm 2018


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp
nghiền khơ năng suất 2 triệu lít sản phẩm / tháng.
Sinh viên thực hiện: Lê Tiến Hoàng
Số thẻ SV: 107130101 Lớp: 13H2B
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: Lê Tiến Hồng
MSSV: 107130101
Lớp: 13H2B
Khoa: Hóa
Nghành: Cơng nghệ Thực Phẩm.
1. Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền
khô năng suất 2 triệu lít sản phẩm / 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 ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất
2 triệu lít sản phẩm / 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: 23/01/2018


8. Ngày hồn thành nhiệm vụ: 23/05/2018

Trưởng bộ mơn
Ngày…….tháng…….năm 2018.

Người hướng dẫn
(Ký và ghi rõ họ tên)

(Ký và ghi rõ họ tên)

Bùi Viết Cường

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 3 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

Lê Tiến Hoàng

i


CAM ĐOAN

Em: Lê Tiến Hoàng, 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 hồn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của em.
Sinh viên thực hiện

Lê Tiến Hoàng

ii

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................................i
CAM ĐOAN .................................................................................................................. ii
DANH MỤC BẢNG .....................................................................................................xi
DANH MỤC HÌNH ......................................................................................................xi
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1
Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT ..........................................................2

1.1.1. Vị trí địa lí..............................................................................................................2
1.1.2. Đặc điểm địa hình ..................................................................................................2
1.1.3. Đặc điểm khí hậu ...................................................................................................2

Chương 2:TỔNG QUAN ..............................................................................................5

2.1.1. Ngô ........................................................................................................................5
2.1.2. Nước ....................................................................................................................14
2.1.3. Nấm men..............................................................................................................14
2.1.4. Chất hỗ trợ kỹ thuật .............................................................................................16
iii


2.2.1. Định nghĩa ........................................................................................................... 17
2.2.2. Tính chất của cồn ................................................................................................ 17
2.2.3. Ứng dụng của cồn tuyệt đối ................................................................................ 18
2.2.4. Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn tuyệt đối ......................................... 19

2.3.1. Phương pháp sản xuất Ethanol từ ngô................................................................. 20
2.3.2. Lý thuyết về quá trình lên men rượu ................................................................... 21

2.3.3. Lý thuyết về chưng cất cồn ................................................................................. 23
2.3.4. Lý thuyết về tinh chế cồn .................................................................................... 27
2.3.5. Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối ............................................. 28
Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ............. 31

3.2.1. Làm sạch.............................................................................................................. 32
3.2.2. Nghiền nguyên liệu ............................................................................................. 33
3.2.3. Hòa nước ............................................................................................................. 34
3.2.4. Tách phôi ............................................................................................................. 34
3.2.5. Nấu nguyên liệu .................................................................................................. 35
3.2.6. Làm nguội............................................................................................................ 37
3.2.7. Đường hóa ........................................................................................................... 37
3.2.8. Lên men ............................................................................................................... 38
3.2.9. Chưng cất và tinh chế .......................................................................................... 39
3.2.10. Chưng cất đẳng phí ........................................................................................... 42
3.2.11. Làm nguội và bảo quản ..................................................................................... 43
CHƯƠNG 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT ......................................................... 44

iv


4.2.1. Các thơng số ban đầu ...........................................................................................44
4.2.2. Tính tốn cân bằng vật chất .................................................................................45
Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ...................................................................59

5.15.1. Thể tích thùng lên men ......................................................................................68
5.15.2. Thùng nhân giống cấp I .....................................................................................69
5.15.3. Thùng nhân giống cấp II....................................................................................69
5.15.4. Thùng lên men ...................................................................................................70

5.18.1. Xác định số đĩa ..................................................................................................73
5.18.2. Tính đường kính ................................................................................................ 73
5.18.3. Tính chiều cao ...................................................................................................73
v


5.19.1. Xác định số đĩa .................................................................................................. 73
5.19.2. Tính đường kính tháp ........................................................................................ 73
5.19.3. Tính chiều cao tháp ........................................................................................... 73

5.20.1. Xác định số đĩa .................................................................................................. 74
5.20.2. Tính đường kính tháp tinh ................................................................................. 74
5.20.3. Tính chiều cao tháp ........................................................................................... 74

5.21.1. Xác định số đĩa .................................................................................................. 75
5.21.2. Tính đường kính tháp ........................................................................................ 75
5.21.3. Tính chiều cao ................................................................................................... 75

5.22.1. Thiết bị hâm giấm ............................................................................................. 75
5.22.2. Thiết bị tách bọt................................................................................................. 77
5.22.3. Bình chống phụt giấm ....................................................................................... 77
5.22.4. Thiết bị ngưng tụ cồn thô .................................................................................. 77
5.22.5. Thiết bị ống xoắn ruột gà làm nguội cồn thô .................................................... 78

5.23.1. Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................... 78
5.23.2. Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà cồn đầu.................................................... 79

5.24.1. Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................... 79
5.24.2. Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà ................................................................. 80

5.26.1. Thiết bị ngưng tụ ............................................................................................... 81
5.26.2. Thiết bị làm nguội và hồi lưu cồn đầu .............................................................. 82
vi


5.27.1. Thiết bị ngưng tụ ...............................................................................................82
5.27.2. Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà` ................................................................ 83

5.28.1. Xác định số đĩa ..................................................................................................84
5.28.2. Tính đường kính ................................................................................................ 84
5.28.3. Chiều cao tháp tách nước ..................................................................................84
5.29. Tính tháp chưng tách benzen ............................................................................84

5.31.1. Thùng chứa cồn sản phẩm .................................................................................86
5.31.2. Thùng chứa cồn đầu ..........................................................................................87
5.31.3. Thùng chứa dầu fusel ........................................................................................88

5.32.1. Băng tải vận chuyển ngô từ kho tới sàng rung ..................................................88
5.32.2. Bơm nước vào công đoạn nghiền ......................................................................88
5.32.3. Gàu tải vận chuyển ngô sau khi nghiền lên tank chứa ......................................89
5.32.4. Bơm nước vào nồi nấu sơ bộ .............................................................................89
5.32.5. Bơm dịch cháo đi phun dịch hóa .......................................................................89
5.32.6. Bơm dịch vào thùng nhân giống........................................................................90
5.32.7. Bơm giấm chín sau khi lên men sang thùng chứa giấm chín ............................90
5.32.8. Bơm giấm chín từ thùng chứa giấm chín đi chưng cất .....................................90
Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC ................................................................ 93

6.1.1. Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ ...............................................................................93
6.1.2. Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa ..................................................................94
6.1.3. Tính nhiệt cho nồi nấu chín .................................................................................95

6.1.4. Tính hơi cho q trình chưng cất tinh chế ...........................................................97
vii


6.1.5. Tính hơi cho q trình chưng đẳng phí ............................................................... 98
6.1.6. Tính và chọn lị hơi ............................................................................................. 99
6.1.7. Tính nhiên liệu .................................................................................................... 99

6.2.1. Nước dùng cho cơng đoạn hịa nước ................................................................. 100
6.2.2. Nước vệ sinh thiết bị hòa nước, tách phơi ......................................................... 100
6.2.3. Nước dùng cho đường hóa ................................................................................ 100
6.2.4. Nước dùng cho 6 thiết bị làm nguội ống lồng ống ............................................ 100
6.2.5. Nước dùng cho phân xưởng lên men ................................................................ 100
6.2.6. Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế ............................ 100
6.2.7. Nước cho lò hơi ................................................................................................. 104
6.2.8. Nước rửa thiết bị ............................................................................................... 104
6.2.9. Bơm cao áp để bơm cấp nước cho toàn nhà máy .............................................. 104
Chương 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG ...................................................... 105

7.1.1. Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy ....................................................................... 105
7.1.2. Tổ chức lao động ............................................................................................... 105

7.2.1. Khu sản xuất chính ............................................................................................ 107
7.2.2. Phân xưởng cơ điện ........................................................................................... 107
7.2.3. Kho nguyên liệu ................................................................................................ 107
7.2.4. Kho thành phẩm ................................................................................................ 108
7.2.5. Phân xưởng lị hơi ............................................................................................. 108
7.2.6. Nhà hành chính .................................................................................................. 108
7.2.7. Khu xử lý nước .................................................................................................. 108
7.2.8. Nhà vệ sinh, nhà tắm ......................................................................................... 108

7.2.9. Nhà ăn, căn tin ................................................................................................... 109
7.2.10. Nhà chứa máy phát điện dự phòng .................................................................. 109
viii


7.2.11. Trạm biến áp ....................................................................................................110
7.2.12. Gara ô tô ..........................................................................................................110
7.2.13. Nhà để xe .........................................................................................................110
7.2.14. Phòng thường trực và bảo vệ ...........................................................................110
7.2.15. Khu xử lý bã và nước thải ...............................................................................110
7.2.16. Kho nhiên liệu .................................................................................................110
7.2.17. Trạm bơm ........................................................................................................110
7.2.18. Trạm máy nén và thu hồi CO2 .........................................................................110

7.3.1. Khu đất mở rộng ................................................................................................111
7.3.2. Diện tích khu đất xây dựng nhà máy .................................................................112
7.3.3. Tính hệ số sử dụng.............................................................................................112
Chương 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY ............................113

8.1.1. Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động và các biện pháp hạn chế ............113
8.1.2. Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động ........................................................114

8.2.1. Vệ sinh cá nhân của công nhân .........................................................................115
8.2.2. Vệ sinh máy móc thiết bị ...................................................................................115
8.2.3. Vệ sinh xí nghiệp ...............................................................................................115
8.2.4. Xử lý phế liệu trong nhà máy ............................................................................115
8.2.5. Xử lý nước thải ..................................................................................................115
8.2.6. Xử lý nước dùng trong sản xuất ........................................................................116
Chương 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT ........................................................................117

9.1.1. Xác định độ ẩm ..................................................................................................117
9.1.2. Xác định hàm lượng tinh bột .............................................................................117
9.1.3. Xác định lượng protein thơ và nitơ hịa tan trong ngun liệu..........................117
ix


9.3.1. Độ rượu trong giấm ........................................................................................... 119
9.3.2. Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín ............................ 120
9.3.3. Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường trong giấm chín ...................... 121

9.4.1. Nồng độ rượu .................................................................................................... 121
9.4.2. Hàm lượng acid và este trong cồn ..................................................................... 121
9.4.3. Xác định lượng aldehyt theo phương pháp Iốt .................................................. 122
9.4.4. Xác định lượng ancol cao phân tử ..................................................................... 122
9.4.5. Xác định lượng ancol metylic ........................................................................... 123
9.4.6. Xác định hàm lượng furfurol ............................................................................. 123
KẾT LUẬN ................................................................................................................ 124
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................ 125
PHỤ LỤC .........................................................................................................................

x


DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Sự phân bố các chất trong các phần của ngô………………………..... 9
Bảng 2.2 Thành phần % các loại protein trong ngơ…………………………...... 10
Bảng 2.3 Diện tích, năng suất, sản lượng ngơ trên thế giới(2009-2014)……….. 10
Bảng 2.4 Tình hình sản xuất ngô của một số nước trên thế giới 2013………….. 11
Bảng 2.5 Tình hình sản xuất ngơ của một số nước Đông Nam Á năm 2013…... 11

Bảng 2.6 Sản lượng ngô của Việt Nam trong năm 2015, 2016 và dự báo 2017.. 12
Bảng 2.7 Diện tích trồng ngơ theo địa lý………………………………….......... 13
Bảng 2.8 Phân bố diện tích trồng ngơ phía Bắc Việt Nam năm 2010………...... 13
Bảng 2.9 Hàm lượng kim loại trong nước dùng để sản xuất cồn……………..... 14
Bảng 4.1 Biểu đồ nhập liệu.…………………………………………................. 44
Bảng 4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy…………………………………........... 44
Bảng 4.3 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn (%)…………………....
Bảng 4.4 Thành phần hóa học trong các bộ phận của hạt ngơ……………........
Bảng 4.5 Bảng tổng kết cân bằng vật chất………………………………….....
Bảng 5.1 Bảng tổng kết các thiết bị………………………………………........
Bảng 6.1 Lượng nước dùng trong nhà máy………………………………........
Bảng 7.1 Nhân lực lao động sản xuất trực tiếp…………………………….......

45
45
57
90
104
106

Bảng 7.2 Bảng tổng kết các cơng trình…………………………………….......

111

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Cây ngơ……………………………………………………………….
Hình 2.2 Cấu tạo hạt ngơ cắt dọc…………………………………………….....
Hình 2.3 Saccharomyces cerevisiae…………………………………………....
Hình 2.4 Thiết bị lên men gián đoạn………………………………………….....

Hình 2.5 Sơ đồ lên men bán liên tục………………………………………….....
Hình 2.6 Sơ đồ lên men liên tục…………………………………………….......
Hình 2.7 Chưng gián đoạn……………………………………………………...
Hình 2.8 Sơ đồ chưng luyện bán liên tục……………………………………......
Hình 2.9 Sơ đồ chưng luyện liên tục hai tháp……………………………….......
Hình 2.10 Sơ đồ chưng luyện ba tháp……………………………………..........
Hình 2.11 Tháp fusel và tháp làm sạch…………………………………..........
Hình 2.12 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng………………………….....
Hình 2.13 Sơ đồ chưng cất đẳng phí…………………………………….............
Hình 2.14 Cấu tạo zeolite……………………………………………….............
xi

5
8
15
21
22
23
24
24
25
26
27
28
29
30


Hình 3.1 Sàng rung……………………………………………..........................
Hình 3.2 Máy ngiền búa………………………...................................................

Hình 3.3 Thiết bị đảo trộn…………....................................................................
Hình 3.4 Xyclon tách phơi……………...............................................................
Hình 3.5 Sơ đồ nấu liên tục…………..................................................................
Hình 3.6 Thiết bị phun dịch hóa………...............................................................
Hình 3.7 Thiết bị nấu chín………………............................................................
Hình 3.8 Thiết bị làm nguội ống lồng ống………................................................
Hình 3.9 Thiết bị đường hóa……………............................................................
Hình 3.10 Sơ đồ lên men liên tục………….........................................................
Hình 3.11 Sơ đồ chưng cất tinh chế bốn tháp liên tục…………......................
Hình 3.12 Sơ đồ chưng cất đẳng phí……………..........................................
Hình 3.13 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm dạng ống xoắn ruột gà ……........
Hình 5.1 Sàng rung………………………………...........................................
Hình 5.2 Máy nghiền búa…………………..................................................
Hình 5.3 Tank chứa…………….....................................................................
Hình 5.4 Thùng hịa trộn……….....................................................................
Hình 5.5 Thiết bị tách phơi………………......................................................
Hình 5.6 Cân định lượng……………..............................................................
Hình 5.7 Nồi nấu sơ bộ………….....................................................................
Hình 5.8 Thiết bị phun dịch hóa……………...................................................
Hình 5.9 Nồi nấu chín…………………….......................................................
Hình 5.10 Thiết bị tách hơi……………........................................................
Hình 5.11 Phao điều chỉnh mức……….........................................................
Hình 5.12 Thiết bị làm nguội………………....................................................
Hình 5.13 Thùng đường hóa……………......................................................
Hình 5.14 Thiết bị làm nguội sau đường hóa…................................................
Hình 5.15 Thiết bị nhân giống cấp I…………................................................
Hình 5.16 Thiết bị nhân giống cấp II …………..............................................
Hình 5.17 Thiết men…………….....................................................................
Hình 5.18 Thiết bị tách CO2……………………............................................
Hình 5.19 Thùng chứa giấm chín…………...................................................

Hình 5.20 Tháp thơ…………………............................................................
Hình 5.21 Tháp andehyt………………..........................................................
Hình 5.22 Tháp tinh………………….............................................................
Hình 5.23 Tháp làm sạch…………...........................................................
Hình 5.24 Thiết bị hâm giấm………….....................................................…....
Hình 5.25 Thiết bị tách bọt………............................................................
Hình 5.26 Thiết bị ngưng tụ cồn thơ…..........................................................
Hình 5.27 Thiết bị ống xoắn ruột gà………...................................................
Hình 5.28 Thiết bị ngưng tụ ở tháp andehyt …….........................................
Hình 5.29 Thiết bị ống xoắn ruột gà cồn đầu …………….............................
Hình 5.30 Thiết bị ngưng tụ rượu tinh……………………...........................
Hình 5.31 Thiết bị ống xoắn ruột gà………………………..........................
Hình 5.32 Thiết bị ngưng tụ dầu fusel………………....................................
Hình 5.33 Thiết bị ngưng tụ kiểu nằm ngang…………...............................
xii

33
34
34
34
35
36
36
37
38
39
41
42
43
59

59
59
61
62
63
63
64
65
66
67
67
67
68
69
70
70
72
72
73
73
74
75
76
77
77
78
78
79
79
80

81
81


Hình 5.34 Thiết bị ngưng tụ kiểu thẳng đứng……………….......................
Hình 5.35 Thiết bị làm nguội cồn đầu…………………............................
Hình 5.36 Thiết bị ngưng tụ ở tháp tách nước…………............................
Hình 5.37 Thiết bị ống xoắn ruột gà……………………..............................
Hình 5.38 Tháp tách nước………………………………............................
Hình 5.39 Tháp chưng tách benzen………………………...........................
Hình 5.40 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm………………….....................
Hình 5.41 Thùng chứa cồn sản phẩm…………………...............................
Hình 5.42 Thùng chứa cồn đầu………………………................................
Hình 5.43 Thùng chứa dầu fusel………………………................................

xiii

81
82
82
83
84
84
85
86
87
88

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/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. Ngoài 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 ngơ 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 khô.
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 khơ năng suất 2 triệu lít sản phẩm / tháng”.

SVTH: Lê Tiến Hoàng

GVHD: Bùi Viết Cường

1


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/tháng

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT

Đặc điểm tự nhiên
1.1.1. Vị trí địa lí
Nghĩa Đàn là huyện miền núi nằm ở phía Tây Bắc tỉnh Nghệ An, có tọa độ địa lý:
Cực Bắc: 19o33’ B
Nam: 19o35’ B
Tây:105o18’ Đ
Đông: 105o35’ Đ
Với diện tích: 72769 ha, Nghĩa Đàn là huyện có diện tích tự nhiên khá lớn so với các
huyện trong tỉnh. Phía Nam giáp huyện Tân Kỳ và huyện Quỳnh Lưu; Phía Bắc giáp
huyện Quỳnh Lưu và tỉnh Thanh Hóa; Phía Đơng giáp huyện Quỳ Hợp.
Mạng lưới giao thơng thơng trên địa bàn có nhiều thuận lợi. Đường bộ có quốc lộ
48, 15A, 15B đi các huyện trong tỉnh và trong nước, sang nước bạn Lào, đường thủy có
từ sông Hiếu đi sông Con (Tân Kỳ) ra sông Cả về Bến Thủy, Cửa Lò.
Như vậy, Nghĩa Đàn là cầu nối giữa miền Tây và miền Đông tỉnh Nghệ An, là trung
tâm vùng Phủ Quỳ. Với vị trí này, Nghĩa Đàn có ý nghĩa lớn về cả tự nhiên lẫn kinh tếxã hội và quốc phịng.
1.1.2. Đặc điểm địa hình
Huyện Nghĩa Đàn có cấu tạo địa hình khá phức tạp: 27% là đồi núi cao, 65% thuộc

trung du bán sơn địa và 8% đất thấp bằng thung lũng ngập nước về mùa mưa. Đặc điểm
trên đã chi phối đến các đặc điểm tự nhiên, đặc biệt sự hình thành đất, tạo điều kiện
thuận lợi phát triển một nền nông nghiệp đa dạng: cây lương thực ( lúa nước, ngô,
sắn…), cây cơng nghiệp(mía,keo…), cây ăn quả (cam,dứa…)…
1.1.3. Đặc điểm khí hậu
Nhìn chung khí hậu Nghĩa Đàn mang những nét chung của khí hậu Nghệ An thuộc
vùng Bắc Trung Bộ: mưa nhiều, nắng lớn có tổng nhiệt độ bình qn năm khá cao:
8503oC, nhiệt độ bình quân các tháng là 23 oC; nhiệt độ tối cao tuyệt đối: 41,6 oC, nhiệt
độ tối thấp tuyệt đối: -0,2 oC. Nên nhiệt độ này có ảnh hưởng lớn đến quá trình hình
thành đất cũng như sự phát triển của cây trồng, vật ni.
Khí hậu Nghĩa Đàn phân ra 2 mùa rõ rệt: mùa nóng và mùa lạnh.
Mùa nóng bắt đầu từ tháng 4 đến tháng 10; mùa lạnh bắt đầu từ tháng 11 đến tháng
3 năm sau.
Nghĩa Đàn có lượng mưa khá lớn, tổng lượng mưa trung bình đạt: 1640mm/năm.
SVTH: Lê Tiến Hồng

GVHD: Bùi Viết Cường

2


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/tháng

Tuy nhiên lượng mưa biến đổi không đều theo thời gian và không gian. Mùa mưa từ
tháng 5 đến tháng 10 lượng mưa đạt 1464mm( chiếm 87,6%), mùa khô chiếm 12,4%.
Hướng gió chủ đạo ở Nghệ An là hướng gió Đơng Nam.
Tóm lại, khí hậu Nghĩa Đàn có nhiều thuận lợi để tiến hành trồng trọt, chăn nuôi
quanh năm với ưu thế của những cây con xứ nhiệt đới, cho phép chúng ta sản xuất 3
vụ/năm.

Nguồn cung cấp nguyên liệu
Nguyên liệu chính sử dụng cho sản xuất cồn là ngơ và nước. Ngơ có thể được trồng
nhiều trên các vùng đồi, gị, nên đây là điều thích hợp với địa lý của huyện.
Huyện Nghĩa Đàn có diện tích đất nông nghiệp là 53.287 ha trồng chủ yếu lúa nước,
ngô, khoai, sắn…
Vụ Xuân 2018, Nghĩa Đàn phấn đấu gieo trồng ngô 1.500 ha, sản lượng 19.700 tấn.
Với vùng nguyên liệu lớn như vậy có thể đáp ứng được nguồn nguyên liệu cho nhà
máy hoạt động ổn định.
Ngồi ra, ngơ cịn được thu mua ở các vùng lân cận như: Huyện Quỳnh Lưu, Tân
Kỳ…, các tỉnh lân cận như: Thanh Hóa, Hà Tĩnh…
Hệ thống cấp điện
Nguồn điện cho nhà máy được lấy từ lưới điện quốc gia 110 KV thông qua sở điện
lực tỉnh Nghệ An và qua biến thế phụ tải riêng của nhà máy. Hiệu điện thế sử dụng trong
nhà máy là 220/380V. Tuy vậy, để đảm bảo cho quá trình sản xuất, chế biến hoạt động
liên tục và an tồn về điện, nhà máy cần có máy phát điện dự phịng khi có sự cố.
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 lấy từ lò hơi riêng của nhà máy.
Nhiên liệu
Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO, dầu FO, gas.
Nguồn cung cấp nước
Nước dùng trong nhà máy thì chủ yếu là để sản xuất, sinh hoạt, tưới cây, phòng cháy
chữa cháy, để vệ sinh thiết bị và nhà xưởng. Vì thế nguồn nước chủ yếu lấy từ giếng
khoan và nguồn nước phụ lấy từ nhà máy nước của huyện.
Thoát nước
Nước thải là hỗn hợp của nhiều chất hữu cơ, là mơi trường thích hợp cho các vi sinh
vật phát triển, gây nên ô nhiễm môi 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 mơi trường sẽ được xử lí bằng

SVTH: Lê Tiến Hoàng

GVHD: Bùi Viết Cường

3


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/tháng

một hệ thống hiện đại, đảm bảo nước không gây ơ nhiễm. Các chất thải rắn thường được
xử lí bằng cách đào hố chôn.
Giao thông vận tải
Huyện Nghĩa Đàn nằm trên quốc lộ 48, nối liền với các khu vực lân cận , có tuyến
đường nối từ QL1A đến QL48 có độ dài 29km, do đó việc vận chuyển nguyên liệu và
sản phẩm tương đối thuận lợi.
Nguồn nhân lực
Tỉnh Nghệ An là một tỉnh miền núi, dân số đông, trong độ tuổi lao động có 1.953.101
người chiếm 64,3%. Việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ nguyên liệu ngô
đáp ứng nhu cầu việc làm cho người dân trong huyện Nghĩa Đàn và các huyện khác ở
trong tỉnh. Vì vậy, cơng nhân của nhà máy chủ yếu là người địa phương, cán bộ quản lý
và kỹ thuật của nhà máy có thể nhận từ các trường đại học và từ các tỉnh thành lân cận.
Thị trường tiêu thụ
Nhà máy đưa sản phẩm tiêu thụ ở khắp nơi trên toàn quốc và đặc biệt là khu vực
miền Trung, Tây Nguyên và Đông Nam Bộ. Và phấn đấu chiếm lĩnh thị trường Đơng
Nam Á và có cơ hội vươn xa tầm thế giới.
Kết luận: Từ những phân tích các điều kiện lập luận kinh tế kỹ thuật trên ta thấy việc
chọn và đặt nhà mát 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: Lê Tiến Hoàng

GVHD: Bùi Viết Cường

4


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/tháng

Chương 2:TỔNG QUAN

2.1. Tổng quan về nguyên liệu
2.1.1. Ngô
1. Giới thiệu về ngơ
Họ: Poacea (hịa thảo).
Phân họ: Andropogonoideae.
Tộc: Tripsaceae (Maydeae, Zeeae).
Chi: Zea
Lồi: Zea Mays L.

.

Ngơ có tên khoa học là Zea Mays L. Do nhà thực
vật học Thụy Điển Linnaeus đặt tên theo hệ thống tên
kép Hy Lạp – La Tinh: Zea – từ Hy Lạp để chỉ cây
ngũ cốc và Mays là từ “Maya”- tên một bộ tộc da
đỏ ở vùng Trung Mỹ - xuất xứ của cây ngơ.

Hình 2.1 Cây ngơ[1]

Ngơ thuộc họ hịa thảo (Gramineae), bộ rễ chùm, lá mọc thành hai dãy, gân lá song
song, bọc lá chẻ dọc, có thìa lìa, mấu đốt đặc, hoa mọc thành bơng nhỏ có mày.
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 cây ngô. Ngô bắt nguồn
từ Mêhicô và từ một cây hoang dại ở miền Trung Mêhicô trên độ cao 1500 m của vùng
bán khơ hạn có mưa mùa hè khoảng 350 mm.
Có một số thuyết về nguồn gốc của ngô tại Trung Mỹ:
- Ngô 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 sông Balsas ở miền nam Mexico.
- Ngô sinh ra từ q trình lai ghép giữa ngơ đã thuần hóa nhỏ với cỏ ngơ thuộc
đoạn Luxuriantes, có thể là Z.luxurians hoặc Z.diploperennis.
- Ngô trải qua 2 hay nhiều lần thuần dưỡng của ngô dại hay cỏ ngô.
- Ngô tiến hóa từ q trình lai ghép của Z. diploperennis với Tripsacum dactyloides.
Ngô là cây lương thực được gieo trồng nhiều nhất tại châu Mỹ (chỉ riêng tại Hoa Kỳ thì
sản lượng đã là khoảng 270 triệu tấn mỗi năm)
Cây ngô được du nhập vào Việt Nam từ Trung Quốc. Ban đầu ngô được gọi là “lúa
ngô”, về sau được gọi tắt thành “ngơ”.
SVTH: Lê Tiến Hồng

GVHD: Bùi Viết Cường

5


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/tháng

Ngô được trồng khắp nơi từ đồng bằng đến trung du và khá nhiều ở miền núi.
Ngơ có nhiều loại, dựa vào sự khác nhau về hình dáng hạt, mức độ trắng trong của
nội nhũ và ý nghĩa sử dụng mà phân thành các loại sau:

- Ngô đá (Zea mays Indurata Sturt): hạt đầu tròn, 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 5675% 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 ngơ, 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 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 ngơ 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 tròn hay hơi vuông,
màu trắng, phôi 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.
- Ngô sáp (Zea mays Ceratina Sturt): cịn gọi là ngơ nếp, hạt nhỏ, đầu trịn màu trắng
đục, nội nhũ phần ngồi 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 hoàn toàn, 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.
- Ngô 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 bột là ngun liệu được sử dụng thường xuyên trong
sản xuất cồn thực phẩm với hàm lượng tinh bột lên đến 80% (khối lượng chất khơ).
2. Cấu tạo của ngơ
Hạt ngơ có hình dạng và kích thước khác nhau tùy vào từng loại giống. Ngay trong
cùng một bắp, hình dạng và độ lớn hạt cũng thay đổi như hạt ở đầu cuống dường như
có cùng khối lượng với hạt giữa quả nhưng hình dạng ngắn hơn và to hơn, phôi to hơn.

Hạt ngô cấu tạo từ 4 phần chính [1]
SVTH: Lê Tiến Hồng

GVHD: Bùi Viết Cường

6


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngơ bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 2 triệu lít sản phẩm/tháng

: vỏ, phôi, aleuron và nội nhũ.
❖ Vỏ: ngô là loại hạt trần nên khơng có vỏ trấu mà chỉ có lớp vỏ quả và vỏ hạt.
Chiều dày lớp vỏ khoảng 35-60 μm.
Vỏ quả bao phủ bên ngoài 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 của 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 (sắc tố).
- Lớp trong: gồm những tế bào không màu và không ngấm nước, dễ cho nước đi
qua.
❖ Lớp aleurone: gồm những lớp tế bào lớn, thành dày, trong có chứa hợp chất của
Nito và những giọt nhỏ chất béo. Lớp tế bào này có dạng nhỏ hình vng hoặc hình chữ
nhật. Lớp aleurone dày khoảng 10-70 μm, trong này hầu như không chứa tinh bột. Chiều
dày của lớp aleurone phụ thuộc vào giống, loại hạt và nhất là phụ thuộc vào điều kiện
canh tác.

❖ Nội nhũ:
Sau lớp aleurone là khối những tế bào lớn hơn, thành mỏng, có hình dạng khác
nhau, xếp khơng có thứ tự rõ ràng, đó là tế bào nội nhũ.
Nội nhũ của ngơ được chia làm 2 phần:
- Lớp nội nhũ bột: nằm bên trong, gần phôi, mềm và đục, chứa nhiều hạt tinh bột.
Các hạt tinh bột của lớp nội nhũ lớn và trơn nhẵn. Liên kết các tế bào trong lớp nội nhũ
bột lỏng lẻo. Trong phần nội nhũ bột, màng lưới các hạt protein mỏng và không bao bọc
được xung quanh hết các hạt tinh bột.
- Lớp nội nhũ sừng: cứng và trong mờ, nằm gần lớp vỏ, chứa nhiều hạt protein.Hạt
tinh bột của lớp nội nhũ hình đa giác, kích thước nhỏ, kết dính nhau rất sít.
Tỉ lệ giữa nội nhũ sừng và nội nhũ bột thay đổi tùy thuộc vào giống ngơ. Ví dụ: ngơ
răng ngựa tỉ lệ này là 2:1.
Cấu tạo và kích thước tế bào trong nội nhũ ngô không giống nhau. Vùng trắng đục
gồm những tế bào kích thước lớn, chứa các hạt tinh bột to và trịn, khn protit mỏng,
trong khi sấy khn protit bị đứt tạo thành những chỗ rộng do đó hình thành phần nội
nhũ mềm màu trắng bột. Vùng nội nhũ trắng trong gồm những tế bào nhỏ, chứa những
SVTH: Lê Tiến Hoàng

GVHD: Bùi Viết Cường

7