i

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP

HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ : VŨ HẢI NAM

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN
NGHIÊN CỨU KHẢO SÁT TÍNH TOÁN THÁP CHƢNG CẤT TRONG
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT CỒN, RƢỢU TẠI PHÖ THỌ
Chuyên ngành: TỰ ĐỘNG HÓA
Mã số: 60.52.02.16

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT
PHÕNG QUẢN LÝ ĐÀO TẠO SAU ĐẠI HỌC

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. VÕ QUANG LẠP

KHOA ĐIỆN
TRƢỞNG KHOA

Thái nguyên - 2014
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

ii
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên em xin chân thành cảm ơn Thầy giáo PGS.TS. Võ Quang Lạp

đã hƣớng dẫn và chỉ bảo tận tình để bắt đầu và hoàn tất luận văn này, em cũng
xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô giáo trong Khoa Điện cũng nhƣ Thầy Cô
trong chƣơng trình đào tạo sau Đại học Trƣờng Đại học Kỹ thuật công nghiệp
Thái Nguyên
Xin cảm ơn Ban giám đốc… các bạn cùng khóa đã giúp đỡ để tôi hoàn
thành luận văn này.
Cuối cùng tôi xin cảm ơn toàn thể thành viên trong gia đình đã ủng hộ,
động viên cũng nhƣ tạo mọi điều kiện để tôi hoàn thành luận văn này.
Do thời gian có hạn, trình độ còn nhiều hạn chế, trang thiết bị dụng cụ
phục vụ nghiên cứu còn thiếu hoặc đang vận hành và mới mẻ nên trong quá
trình làm luận văn còn có nhiều thiếu sót, rất mong đƣợc sự chỉ dạy của quý
Thầy, Cô, bạn bè cùng đồng nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!
Ngƣời thực hiện

Vũ Hải Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iii

LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Vũ Hải Nam
Sinh ngày: 26 tháng 06 năm 1984
Nơi sinh: Thanh Ba - Phú Thọ
Học viên lớp cao học: K14 - Tự động hóa - Trường Đại học Kỹ thuật
Công nghiệp - Thái Nguyên
Hiện đang công tác tại Trường Cao đẳng nghề Phú Thọ

Tôi xin cam đoan đề tài: "Nguyên cứu khảo sát tính toán tháp chƣng
cất trong dây chuyền sản xuất cồn, rƣợu ở Phú Thọ" là công trình nghiên
cứu riêng của tôi được thực hiện dưới sự hướng dẫn của PGS.TS Võ Quang
Lạp. Kết quả nghiên cứu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và chưa được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm với nội dung luận văn không có sự sao
chép từ các luận văn khác.
Thái Nguyên, ngày

tháng

năm 2013

Học viên

Vũ Hải Nam

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

iv

MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN .................................................................................................. i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. ii
MỤC LỤC ...................................................................................................... iii
DANH MỤC CÁC BẢN BIỂU, HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ MINH HỌA.... v
MỞ ĐẦU ........................................................................................................ 1
CHƢƠNG I: TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY

1.1. Giới thiệu về nhà máy: ............................................................................2
1.2. Quy trình sản xuất của nhà máy: .............................................................. 4
1.2.1. Sắn: ............................................................................................. 5
1.2.2. Tách tạp chất/nghiền: ................................................................. 6
1.2.3. Nấu nghiên liệu: .......................................................................... 7
1.2.4. Đường hóa: ................................................................................ 7
1.2.5. Lên men: ..................................................................................... 8
1.2.6. Chưng cất: ................................................................................... 9
1.2.7. Khử nước: ................................................................................... 10
1.2.8. Ethanol (cồn):.............................................................................. 11
1.2.9. Xử lý nước thải:………………………………………………..11
1.3. Giới thiệu về thiết bị của hệ thống chưng cất .......................................... 11
1.3.1. Hệ thống chưng cất .................................................................... 11
1.3.2. Nguyên lý làm việc ..................................................................... 13
1.4 Công nghệ điều khiển của nhà máy: ......................................................... 13
1.4.1. Hệ thống điều khiển DCS CENTUM CS3000 của Yokogawa. 13
1.4.1.1 Giới thiệu chung. ...................................................................... 13
1.4.1.2 Cấu trúc cơ bản của hệ thống CENTUM CS3000. ................... 15
CHƢƠNG II: KHẢO SÁT, TÍNH TOÁN THÁP CHƢNG CẤT CỒN.
2.1 Xây dựng mô hình toán học. ................................................................. 20
2.1.1 Đặt vấn đề. ........................................................................................... 20
2.1.2 Tháp chưng cất . ................................................................................... 20
2.1.3 Cơ sở lý thuyết xây dựng mô hình tháp chưng cất. ............................. 21
2.1.3.1 Kiến thức cơ bản về chưng cất. ......................................................... 21
2.1.3.2 Tháp chưng cất liên tục. .................................................................... 27
2.1.4. Xây dựng mô hình toán học tháp chưng cất. ...................................... 29
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


v
CHƢƠNG III. ỨNG DỤNG LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TÁCH KÊNH
ĐỂ NÂNG CAO CHẤT LƢỢNG THÁP CHƢNG CẤT.
3.1 Thiết kế bộ bộ tách kênh cho tháp chưng cất có 2 đầu vào và 2 đầu ra. 38
3.2 Thiết kế bộ điều khiển. ............................................................................ 41
3.3. Mô phỏng hệ thống khi chưa có khối tách kênh. ................................... 42
3.3.1. Sơ đồ điều khiển tháp chưng cất ........................................................ 42
3.3.2. Tính toán thông số .............................................................................. 43
3.3.2.1. Thông số của đối tượng điều khiển ................................................. 43
3.3.2.2. Tính toán khối tách kênh ................................................................. 43
3.3.2.3. Khối điều khiển ............................................................................... 44
3.3.3. Mô phỏng hệ thống .......................................................................... 45
3.3.4. So sánh và đánh giá hệ thống điều khiển tháp chưng cất .................. 47
CHƢƠNG IV: THỰC NGHIỆM.
4.1 Đặt vấn đề. .............................................................................................. 51
4.2 Giới thiệu tổng quan về các hệ điều khiển trong mô hình. .................... 51
4.2.1 Hệ thống điều khiển bao hơi. ............................................................... 51
4.2.2 Đối tượng điều khiển trong mô hình: Điều khiển áp suất. ................... 52
4.2.3 Tìm hiểu hệ thống điều khiển lưu lượng. ............................................ 53
4.3 Tiến hành thí nghiệm. ............................................................................ 54
4.3.1 Trình tự tiến hành thí nghiệm khi xét sự ảnh hưởng của bộ tham số K P ,
K I , K D . ........................................................................................................... 54
4.3.2 Kết quả thực hiện mô phỏng. .............................................................. 56
4.3.3 Nhận xét đánh giá................................................................................. 59
Kết luận, kiến nghị ...................................................................................... 60
Tài liệu tham khảo ...................................................................................... 61

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


vi
DANH MỤC CÁC BẢN BIỂU, HÌNH ẢNH, HÌNH VẼ MINH HỌA
Số hiệu

Nội dung

Trang

Hình 1.1

Sơ đồ công nghệ của nhà máy

4

Hình 1.2

Sắn củ

6

Hình 1.3

Sơ đồ lên men

9

Hình 1.4

Sơ đồ hệ thống chưng cất


10

Hình 1.5

Sơ đồ điều khiển của tháp chưng cất

12

Hình 1.6

Tháp chưng cất 2 thành phần

12

Hình 2.1

Mô hình đĩa lý thuyết

22

Hình 2.2

Đường cân bằng pha hơi và pha lỏng đối với hỗn hợp 2
thành phần lý tưởng

24

Hình 2.3


Phần tháp chưng cất được mô hình hóa

26

Hình 2.4

Tổ hợp cân bằng pha hơi và pha lỏng (VLE) với đường
thao tác để tính phần mol trên đĩa trong tháp

27

Hình 2.5

Tháp chưng cất hai thành phần

28

Hình 2.6

Sơ đồ tháp chưng cất với cấu hình điều khiển LV

30

Hình 2.7

Cấu trúc hệ 2 biến

36

Hình 2.8


Cấu trúc hệ 2 biến hình P

36

Hình 2.9

Cấu trúc hệ 2 biến hình V

37

Hình 3.1

Mô hình toán học của 2 tín hiệu

38

Hình 3.2

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tháp chưng cất với 2
biến vào và 2 biến ra

40

Hình 3.3

Sơ đồ khối của hệ thống điều khiển tháp chưng cất với 2
biến vào và 2 biến ra (Vẽ lại)

42


Hình 3.4

Sơ đồ mô phỏng tháp chưng cất

45

Hình 3.5

Sơ đồ mô phỏng 2 bộ điều khiển tách kênh

45

Hình 3.6

Sơ đồ mô phỏng bộ điều khiển PI

45

Hình 3.7

Sơ đồ tổng quát mô phỏng điều khiển tháp chưng cất

46

Hình 3.8

Nồng độ sản phẩm đỉnh tháp khi có bộ tách kênh

46


Hình 3.9

Nồng độ sản phẩm đáy tháp khi có bộ tách kênh

47

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

vii

Hình 3.10

Sơ đồ tổng quát mô phỏng sự so sánh giữa 2 phương
pháp điều khiển tháp bằng bộ điều khiển đa biến và
phương pháp không sử dụng bộ điều khiển đa biến

47

Hình 3.11

Sự thay đổi sản phẩm đỉnh tháp

48

Hình 3.12

Sự thay đổi sản phẩm đáy tháp


48

Hình 3.13

Sai lệch hai tín hiệu đỉnh

49

Hình 3.14

Sai lệch hai tín hiệu đáy

50

Hình 4.1

Đối tượng điều khiển áp suất

52

Hình 4.2

Những đối tượng trong bài điều khiển mức

53

Hình 4.3

Cấu trúc vòng điều khiển


54

Hình 4.4

Bảng điều khiển bơm 1

54

Hình 4.5

Bảng điều khiển cascade

55

Hình 4.6

Khảo sát hoạt động với bộ tham số PI

56

Hình 4.7

Bảng điều khiển chính

57

Hình 4.8

Bảng điều khiển mở rộng


57

Hình 4.9

Các tham số PID

58

Hình 4.10

Đặc tính điều khiển van áp suất

58

Hình 4.11

Đặc tính điều khiển van lưu lượng

59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1
MỞ ĐẦU
1. Mục tiêu của đề tài.
- Hiện nay ở nước ta có rất nhiều nhà máy sản xuất cồn, rượu từ sắn. Một trong
những nhà máy đó là nhà máy sản xuất cồn rượu từ sắn ở Phú Thọ. Thiết bị sản

xuất cho công nghệ này rất phức tạp, đặc biệt là tháp chưng cất. Để hiểu rõ
nguyên lý làm việc và điều khiển quá trình làm việc của tháp nên đề tài luận văn
được chọn là “ Nghiên cứu khảo sát tính toán tháp chưng cất trong dây chuyền
sản xuất cồn , rượu ở Phú Thọ”.
- Kết quả của đề tài giúp cho tôi nắm được nguyên lý làm việc của công nghệ
và thiết bị dây chuyền sản xuất cồn , rượu của nhà máy. Từ đó làm cho tôi dễ
dàng tiếp cận với sản xuất của nhà máy.
2. Mục tiêu nghiên cứu.
- Trên cơ sở tìm hiểu công nghệ sản xuất cồn rượu từ sắn. Từ đó đi sâu khảo
sát tính toán và xây dựng phương pháp điều khiển tháp chưng cất cồn.
- Nghiên cứu lý thuyết tách kênh để ứng dụng vào xây dựng hệ điều khiển của
tháp chưng cất nhằm nâng cao chất lượng của tháp.
- Về phần thực nghiệm: Ứng dụng hệ điều khiển lưu lượng trong mô hình điều
khiển quá trình của nhà máy nhiệt điện ở phòng thí nghiệm Điện – Điện tử của
nhà trường. Để tiến hành thí nghiệm với chế độ làm việc khác nhau này nhằm
minh họa nguyên lý làm việc của một kênh điều khiển của tháp chưng cất cồn
mà luận án đã nghiên cứu vì nguyên lý làm việc của hai hệ điều khiển này là
tương tự giống nhau.
Nội dung của luận văn.
Với mục tiêu đặt ra, nội dung luận văn bao gồm các chương sau:
- Chương 1: Tổng quan công nghệ sản xuất của nhà máy.
- Chương 2: Khảo sát, tính toán tháp chưng cất cồn.
- Chương 3: Ứng dụng lý thuyết điều khiển tách kênh để nâng cao chất
lượng của tháp chưng cất.
- Chương 4: Thực nghiệm
- Kết luận và kiến nghị
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


2
CHƢƠNG I
TỔNG QUAN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỦA NHÀ MÁY
1.1. Giới thiệu về nhà máy:
cồn đ

-

.
-

, Tây ban nha, Italia..cồn
Whisky, Napoleon…
-

3

15% V.

-

ở một số nơi
-

.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

-


/>

3

và cồn ( Ethanol) Điển hình là nhà máy sản xuất Ethanol khu vực phía bắc do
Tập đoàn dầu khí Quốc gia làm chủ đầu tư xây dựng
* Nhà máy tọa lạc ở: Xã Cổ Triết huyện Tam Nông tỉnh Phú Thọ.
* Dự án xây dựng Nhà máy sản xuất Bio-ethanol khu vực phía Bắc do
PVB làm chủ đầu tư năm trong đề án phát triển nhiên liệu sinh học của Việt
Nam đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025 được Thủ tướng Chính Phủ phê
duyệt tại Quyết định số 177/2007/QĐ - Ttg ngày 20/11/2007.
* Đây là nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học đầu tiên được xây dựng ở
miền Bắc Việt Nam có quy mô đầu tư lớn, công nghệ tiên tiến, thiết bị hiện đại.
Nhà máy có tổng vốn đầu tư 80 triệu USD, được xây dựng tại huyện Tam Nông
tỉnh Phú Thọ trên diện tích 50ha, với công suất thiết kế 100 nghìn m3/ năm. Nhà
máy sẽ sản xuất cồn ethanol (C2H5OH) tuyết đối (nồng độ ≥99,7%) Nguyên liệu
chính cung cấp cho nhà máy là sắn khô và mía, được canh tác trên diện tích là
35.000ha và sẽ giải quyết được công ăn việc làm cho khoảng 23.000 lao động
nông nghiệp địa phương.
* Ethanol là nhiên liệu dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên
men và chưng cất nguyên liệu từ nước mía, mật hoặc rỉ đường các loại ngũ cốc
chứa tinh bột như sắn…. ethanol phải được làm khan để đạt độ cồn trên 99,7%.
* Sự ra đời Nhà máy sản xuất Bio-ethanol khu vực phía Bắc sẽ góp phần
tăng thu nhập cho người nông dân, thúc đẩy tăng trưởng kinh tế địa phương,
chuyển hướng tích cực từ các cây trồng khác sang cây nguyên liệu, tạo ra nhiều
công ăn việc làm cho người lao động công nghiệp cũng như nông nghiệp, tạo
hiệu ứng dây truyền phát triển kinh tế, góp phần xây dựng xóa đói giảm nghèo,
công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


/>

4
1.2. Quy trình sản xuất của nhà máy:

Sắn

Tách tạp chất/ Nghiền

Nấu nguyên liệu

Đường hóa dịch cháo

Lên men

Chưng cất

Khử nuớc

Ethanol ( cồn)

Xử lý nuớc thải

Hình 1.1: Sơ đồ công nghệ của nhà máy

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


5
1.2.1. Sắn:
- Được cung cấp bởi chủ đầu tư (Petro Việt Nam)
- Về cơ bản củ sắn có 3 thành phần chính: Vỏ, thịt củ và lõi, ngoài ra còn
có cuống và rễ củ
* Vỏ sắn gồm có 2 phần là vỏ gỗ và vỏ cùi. Vỏ gỗ có tác dụng bảo vệ củ
và chống mất nước của củ, tuy nhiên vỏ gỗ dễ bị mất khi thu hoạch và vận
chuyển. Ty lệ vỏ củ phụ thuộc vào giống sắn, độ già và khối lượng củ thường
chiếm 1,5% đến 2%. vỏ cùi là một lớp tế bào cứng phủ bên ngoài, thành phần
chủ yếu là xelluloza ngoài ra còn có chứa polyphenol, enzim, và linamarin.
* Phần củ thịt chứa nhiều tinh bột, protein và các chất dầu, một ít
polyphenol, độc tố và enzim.
* Lõi sắn nằm ở tâm củ dọc suốt chiều dài, thành phần chủ yếu là
xelluloza. Lõi có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ
đồng thời giúp thoát nước khi phơi hoặc sấy.
- Thành phần củ sắn tươi dao động trong giới hạn khá lớn: tinh bột 20 đến
34%, protein 0,85 đến 1,2%, chất béo 0,3 đến 0,4%, xelluloza 1 đến 3,1%, chất
tro 0,54%, polyphenol 0,1 đến 0,3% và nước 60 đến 74,2%. Ngoài ra trong sắn
còn chứa một lượng Vitamin và độc tố. vitamin trong sắn thuộc nhóm B. Các
Vitamin này sẽ bị mất một phần khi chế biến và nhất là khi nấu trong sản
xuất cồn.
- Độc tố trong sắn có tên chung là phazéolunatin gồm 2 glucozit
Linamarin và Lotaustralin. Các độc tố này thường tập trung ở vỏ cùi. bình
thường phazéolunatin không độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ
giải phóng axit HCN.
- Sắt tươi đã thái lát phơi khô sẽ giảm đáng kể hàm lượng glucozit gây
độc kể trên. Đặc biệt trong sản xuất cồn, khi nấu ở nhiệt độ cao đã pha loãng
nước nên với hàm lượng ít chưa ảnh hưởng đến nấm men. hơn nữa các muối
xyanat khi chưng cất không bay hơi nên bị loại điều này là rất có lợi trong sản
xuất. Do đó trong sản xuất còn nguyên liệu tinh bột sắn dùng chủ yếu là sắn lát

khô hoặc là sắn dui.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

6

Hình 1.2: Sắn củ
1.2.2. Tách tạp chất/nghiền:
- Sắn được làm sạch và tách những tạp chất sau đó được đưa vào nhà máy
sau đó nghiền. Ở đấy sắn được nghiền ra thành dạng mịn gọi là bột sắn.
- Nghiền nguyên liệu nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực
vật để giải phóng các hạt tinh bột khỏi các mô. Hiện nay ở nước ta thường dùng
các loại máy nghiền búa. với sắn khô khi nấu ở áp suất thường thì nghiền càng
mịn càng tốt.
- Đặc điểm kỹ thuật của bột sắn
Đặc điểm kỹ thuật của bột sắn
Lên men tinh bột

23%

Không lên men rắn

6,02% (vật chất hữu trong sắn)

Vật liệu ngoài

0,01% (cát, đá,….v v)

Nhiệt độ (max)


51,10C

Bảng 1 Đặc điểm kỹ thuật của bột sắn
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu
/>

7
1.2.3. Nấu nguyên liệu
- Mục đích chủ yếu của quá trình này là: Phá vỡ màng tế bào của tinh bột
để biến chúng thành dạng hòa tan trong dung dịch bằng cách nấu nguyên liệu.
Quá trình nấu rất quan trọng trong sản xuất cồn, các quy trình kỹ thuật tiếp theo
tốt hay xấu phụ thuộc rất nhiều vào kết quả nấu nguyên liệu.
- Bột sắn được trộn lẫn và kết hợp với quá trình nóng ngưng tụ trong bể
trộn hỗn hợp. Bể trộn này được duy trì ở nhiệt độ 800C (1800F) các alphaamylase enzyme được thêm vào để hỗ trợ trong việc phá vỡ tinh bột thành
đường lên men. Amoniac được thêm vào để kiểm tra độ pH và được cung cấp
một nguồn nitơ cho nấm men dinh dưỡng. Dịch cháo nghiền sau đó được bơm
vào bể hóa lỏng, tinh bột được thủy phân thành dextrin bởi hoạt động của
enzymealpha amylase.
1.2.4. Đƣờng hóa:
- Tinh bột hòa tan trong dịch cháo sau khi nấu chưa xong chưa thể lên
men trực tiếp để thành rượu được. Để lên men được phải trải qua quá trình thủy
phân do tác dụng của xúc tác amylaza để thành đường. Quá trình này được gọi
là đường hóa nó đóng vai trò quan trọng trong công nghệ sản xuất cồn, nó quyết
định phần lớn hiệu suất thu hồi cồn do giảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột
còn sót sau khi lên men. Trong quá trình đường hóa thì tác nhân đường hóa đóng
một vai trò quan trọng. Ở nước ta thường dùng amylaza thu được từ nuôi cấy
nấm mốc hoặc các chế phẩm amylaza nhập về. Hiện nay chế phẩm nhập ngoại là
chính do chất lượng tốt mà chi phí lại không đắt hơn so với chi phí để tự nuôi
cấy. Và chủ yếu nhập về từ Đan Mạch.

- Quá trình đường hóa dịch cháo nấu gồm các công đoạn sau:
* Làm cho dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa.
* Cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo giữ ở nhiệt độ trên trong thời gian
xác định để amylaza chuyển hóa thành tinh bột đường.
* Làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8
* Sau khi đường hóa nhiệt độ dung dịch đường là 300C làm lượng đường
đạt 80 đến 100g/l.
- Dịch cháo nghiền sau đó đun nóng bằng hơi nước trong trao đổi nhiệt để
hoàn thành việc chuyển đổi tinh bột và khử trùng các dịch nghiền. Sau khi nấu,
dịch cháo nghiền được làm lạnh trong một loạt các bộ trao đổi nhiệt và làm
nguyên liệu (thức ăn) cho bể lên men.
1.2.5. Lên men:
- Mục đích của quá trình lên men: Đường hóa xong dịch đường được làm
lạnh đến 28 - 320C và được đưa vào thùng lên men (hay còn gọi là thùng ủ) cùng
với 10% men giống, ở đây nấm men sẽ phát triển và dưới tác dụng của nấm
men, đường sẽ biến thành rượu và khí cacbonic cùng nhiều sản phẩm trung gian
khác. Đồng thời dưới tác dụng của amylaza, dextrin tiếp tục biến thành đường
và lên men được glucoza và maltoza. Sau khi lên men xong ta thu được hỗn hợp
gồm rượu - nước - bã hay còn gọi Beer well.
- Quá trình lên men sử dụng 6 bể chứa để cho phép quá trình hoạt động
liên tục.
* Bể chứa đầu tiên được sử dụng để nhân giống nấm men (sản xuất) nấm
men được phát triển nhanh chóng với việc bổ xung một lượng không nhỏ khí.
Bể chứa này được trang bị một máy bơm tuần hoàn làm mát và máy trộn gắn ở

phía trên.
* Lên men được thực hiện trong bồn bể chứa, tất cả kích thước bằng nhau.
Quá trình lên men tạo ra nhiệt, để loại bỏ thông qua bộ trao đổi nhiệt bên ngoài.
Chất lên men dẫn vào ống và làm lạnh để làm mát và chuyển thành bia. Những
thay đổi này là plate-and-frame, được thiết kế khép kín. CO2 là sản phẩm của
quá trình lên men và chuyển tới máy lọc hơi đốt. trong số khoảng 70 - 80% sẽ
thu được trong một hệ thống kín. Sau khi lọc để loại bỏ aldehydes và ethanol,
khí ga có thể được trữ lại trong bể chứa hoặc nén lại thành những sản phẩm bán
ra thị trường.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9
* Sau khi lên men sản phẩm cuối cùng được đưa vào bể thứ 6. Kết quả ta
thu được hỗn hợp ethanol - nước - bã hay còn gọi là Beer well
9038
A
9037
C
3030

3037

PROCESS
WATER MAKEUP

CARBON
SCRUBBER

C-3202

VENT GAS
SCRUBBER
C-3202

ALL VENT EMISSIONS
TO VENT GAS SCRUBBER

ALL VENT EMISSIONS
TO CO2 SCRUBBER
E-3202
3036
PC-3202A/B
6117

6118

3034

TO SCRUBBER BOTTOMS
PREHEATER#1
E-4305

3038
Cooling
Water
supply

3044


Cooling
Water
Return

Hình 1.3 : Sơ đồ lên men
1.2.6. Chƣng cất
- Chưng cất là quá trình tách các ethanol và các tạp chất dễ bay hơi khỏi
beer well.
Kết quả ta nhận được rượu thô hay cồn thô.
- Cồn ở trong bia được tách ra từ stillage sử dụng hệ thống 3 cột chưng
cất. Ba cột bia là 1, cột bia 2 và cột tinh chất.
- Beer được tách ra và được đưa đến vùng trên cùng của mỗi cột. Sau khi
đun nóng, beer đi vào cột 1 nhiệt độ khoảng 880C (1900F) và cột 2 nhiệt độ
khoảng 770C (1700F). Khi đó beer được tách làm 2 phần ethanol là khâu chính
của cột. Sản phẩm đáy của cột beer hoặc stillage được đưa đến bồn lưu trữ. Phần
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10
chia của stillage được sử dụng như dòng nước ngược đưa đến bể trộn hỗn hợp.
Phần còn lại sẽ được gửi đến nhà máy hóa sinh. Hơi ethanol ở trên cùng của mỗi
cột được ngưng tụ và được bơm đến cột tinh cất, nơi mà nó được cô đặc vào
khoảng 1900C (92,4%). Ethanol cô đặc được đưa đến hệ thống khử nước. Đáy
của quá trình chưng cất với một lượng nhỏ ethanol và các chất hữu cơ bay hơi
được đưa về quá trình cung cấp nguyên liệu.
- Hệ thống chưng cất được tích hợp cho năng lượng lớn nhất. Sự quá nhiệt
từ cột tinh cất sẽ được dùng cung cấp nhiệt cho các cột bia. Hơi ngưng tụ sẽ
được đưa về cột tinh cất như là sự trào ngược.

PC

L

F, ZF
L2,V2,
x2, y2

M3

LC
D, x3

V, y1
LC
M1

B,x1

Hình 1.4: Sơ đồ hệ thống chƣng cất
1.2.7. Khử nƣớc:
- Khử nước bằng hệ thống lưới lọc phân tử để cho ra sản phẩm ethanol có
phẩm chất. Hệ thống lưới lọc phân tử làm việc dựa trên nguyên tắc hấp thụ chọn
lọc trong xử lý hơi. Trong trường hợp này, nước được hấp thụ lại còn ethanol
được phép đi qua. Nước bị hấp thụ loại bỏ trong suốt qua trình tái tạo và được
đưa về hệ thống chưng cất.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


11
- Phần tái tạo đạt được bằng cách sử dụng hệ thống “áp lực xoắn” mà
không đòi hỏi nhiệt độ bên ngoài nào.
- Hệ thống giảm thiểu acid được thiết kế để loại bỏ khí CO2 vượt mức và
acid cacdonic có nồng độ cao. CO2 được tách ra từ cồn nóng bằng cách bơm
chân không trong các cột giảm acid và ngưng tụ. Cồn khan được ngưng tụ tiếp
tục được bơm từ cột giảm acid đến bồn lưu trữ thông qua phần làm lạnh.
1.2.8. Ethanol (cồn):
- Sản phẩm sau chưng cất chính là cồn (Ethanol).
- Ngoài ra còn có các sản phẩm phụ: Có 2 sản phẩm chủ yếu được tạo ra
trong sản xuất: ngũ cốc sau chưng cất và carbon dioxide.
* Các ngũ cốc sau chưng cất là một nguồn thức ăn chăn nuôi có giá trị
dinh dưỡng cao.
* Carbon Dioxide cũng là một kết quả tự nhiên của quá trình lên men, để
sử dụng trong các ngành công nghiệp khác.
1.2.9. Xử lý nƣớc thải:
- Cồn được thu lại sau quá trình chưng cất phần còn lại được đưa sang bộ
phận sử lý nước thải.
- Nước thải xử lý đạt tiêu chuẩn nước thải quy định cho các nhà máy sản
xuất cồn tại Việt Nam.
1.3. Giới thiệu về thiết bị của hệ thống chƣng cất
1.3.1. Hệ thống chƣng cất:
Hệ thống chưng cất là một hệ thống điển hình nhất trong công nghệ sản
xuất rượu, cồn của nhà máy.
Tháp chưng cất: Là thiết bị chủ yếu của nhà máy. Bao gồm các thành phần
cơ bản là bộ điều khiển , các thiết bị đo, và các thiết bị chấp hành.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


Luận án đầy đủ ở file: Luận án Full