Thiết kế nhà máy sản xuất rượu etylic từ rỉ đường năng suất tính theo cồn tinh chế 30000lít ngày

nhà máy sản xuất cồn,rỉ đường,Thiết kế nhà máy sản xuất rượu etylic từ rỉ đường năng suất tính theo cồn tinh chế 30000lít ngày,công thức tính toán rỉ đường,các qui trình sản xuất,nhà máy sản xuất cồn,rỉ đường,Thiết kế nhà máy sản xuất rượu etylic từ rỉ đường năng suất tính theo cồn tinh chế 30000lít ngày,công thức tính toán rỉ đường,các qui trình sản xuất,nhà máy sản xuất cồn,rỉ đường,Thiết kế nhà máy sản xuất rượu etylic từ rỉ đường năng suất tính theo cồn tinh chế 30000lít ngày,công thức tính toán rỉ đường,các qui trình sản xuất,

Từ xa xưa con người đã làm được nước uống córượu từ phương pháp lên

men, và nguyên liệu là các loại chứa hydrocacbon, đến thếkỷ XII người ta mới phát hiện ra rượu Etylic, sản phẩmchưng cất từ rượu vang và nhà máy rượu Etylic đầu tiêncủa thế giới ra đời tại Hà Lan năm 1800

Ở ViệtNam nghề nấu rượu cũng có từ lâu đời trongnhân dân, nhất là về

phương diện phong tục tập quán và các mục đích khác

Rượu Etylic là một sản phẩm được tiêu thụ mạnh,nó được sử dụng trong

nhiều mục đích khác nhau như trong công nghiệp nặng,công nghệ cao su và động lực

Trong công nghệ hoá chất :làm dung môi cho các phảnứng hoá học, làm

nguyên liệu

Đối với quốc phòng rượu Etylic được dùng làmthuốc súng không khói,

nhiên liệu hoả tiễn

Trong y tế, rượu Etylic là chất sát trùng hoặc phathuốc

Trong công nghiệp, rượu còn dùng làm thuốc trừ sâu.Đối với ngành dệt

rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làmsơn vecni trong chế biến gỗ

Đối với ngành thực phẩm, rượu Etylic là nguyên liệuchính để sản xuất mùi,

dấm và các loại thực phẩm khác

Chính sự cần thiết đó nên công nghệ sản xuấtrượu Etylic đã đem lại thu

nhập đáng kể, góp phần quan trọng trong nền kinh tếquốc dân Vì thế, việc ra đời một nhà máy sản xuấtrượu Etylic là phù hợp với điều kiện hiện nay

Trên cơ sở đó, em được giao nhiêm vụ “Thiết kế nhàmáy sản xuất rượu

Etylic từ rỉ đường Năng suất tính theo cồn tinh chế30000lít/ngày” bằng phương pháp lên men liên tục

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

II.Đặc điểm và điều kiện tự nhiên của nhà máy :

Đặt nhà máy phía bắc thành phố Vinh (Nghệ An) , ởđây gần 2 nhà máy đường Sông Lam và nhà máy đườngNghệ An Nơi đây là vùng đất cao ít ngập nước , mặtbằng rộng ít gồ ghề , thông thoáng

Nhiệt độ trung bình cao nhất :360C

Nhiệt độ trung bình cả năm : 260C

Độ ẩm trung bình cao nhất : 81%

Độ ẩm trung bình thấp nhất : 89%

Độ ẩm trung bình cả năm : 85%

Hướng gió chủ đạo : Đông-Nam

III.Nguồn nguyên liệu :

Tận dụng nguồn rỉ đường ở các nhà máy đường .Nghệ An là một tỉnh nông nghiệp , trồng lúa và mía có hainhà máy sản xuất đường nhưng hiện nay chưa có nhàmáy sản xuất cồn nên thuận tiện cho việc mua nguyênliệu Ngoài ra còn có nhà máy đường Thanh Hoá

IV.Hợp tác hoá :

Nhà máy đặt trên địa bàn khá thuận lợi từ việc muathu nguyên liệu , cũng như việc tiêu thụ sản phẩm chính ,sản phẩm phụ và các phế liệu Có thể hợp tác với cácnhà máy chế biến thức ăn gia súc hay các đơn vị chăn nuôiđể tiêu thụ bã, ngoài ra còn có thể liên hệ với tỉnh bạnđể hổ trợ về mặt đầu tư trang thiết bị và trao đổi sảnphẩm

V.Nguồn điện năng và nhiệt năng :

Điện năng : lấy từ lưới điện quốc gia dùng sinh hoạttrong nhà máy nhưng có lắp máy phát điện dự phòng

Nhiệt năng : lấy từ lò hơi , dùng nguyên liệu đốt làdầu diezen

VI.Giao thông vận tải và thị trường tiêu thu :

Nhà máy nằm trên quốc lộ 8 cách quốc lộ 1A 2km

Dùng giếng lấy nước cung cấp cho nhà máy sản xuấtvà sinh hoạt của công nhân

Xử lý nước thải : dùng bể xử lý nước thải sau đó chochảy ra sông

Cán bộ quản lý :trường Đại học kính tế Đà Nẵng ,trường Đại học kinh tế quốc dân Hà Nội

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

PHẦN II.

GIỚI THIỆU NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT VÀ SẢN PHẨM

I Giới thiệu nguyên liệu sản xuất :

Trong công nghệ sản xuất rượu Etylic bằng phương

pháp lên men có thể sử dụng rất rộng rãi các nguyên liệu chứa đường lên men được như rỉ đường , nước quả ,

chứa tinh bột như gạo , ngô , khoai , sắn , nói chung là

các nguyên liệu chứa hydratcacbon cao

Rỉ đường là nguyên liệu chứa các loại đường khôngtinh khiếït thu được trong quá trình sản xuất đường , tỷ lệ

rỉ đường chiếm 3 - 3,5 % trọng lượng nước mía

Rỉ đường còn dùng làm thức ăn gia súc , dùng trongcác ngành công nghiệp khác Nhưng để giải quyết lượng

rỉ đường của nhà máy đường thì chủ yếu để sản xuấtrượu Etylic

Thành phần của rỉ đường gồm có :

- Nước chiếm 18 - 20 % (tùy theo phương pháp sản xuất ,tuỳ theo điều kiện bảo quản rỉ đường và vận chuyển)

- Chất khô 80 - 82 % Trong đó 60% là đường gồm : 40% làđường sacaroza ,

20% là đường glucoza + fructoza và 40% là thành phầnkhông phải đường gồm : 8 - 10% là hợp chất vô cơ và 30

Hợp chất hữu cơ gồm hợp chất có đạm và khôngcó đạm

Hợp chất không gồm có Pectin và những sản phẩmphân huỷ của Pectin , chiếm 3% trọng lượng mật rỉ Sảnphẩm phân huỷ của đường nghịch đảo, Caramen, melanoit ,các acide hữu cơ : A.acetic , A.formic , A.oxalic , số lượngsản phẩm này chiếm 2,5% trong lượng chất khô của mật

rỉ

Hợp chất có đạm :thường gặp ở dạng protit , acide và aminoacide (a.aspuraxic , a.glutamic , bucin , izoleuxin ,

Lượng đạm và men yếm khí đồng hoá được là 26,2

% so với lượng đạm có trong rỉ đường

Ngoài ra trong rỉ đường còn có các loại vi sinh vật gâyản hưởng rát lớn đến chất lượng của rỉ đường Điềunguy hại nhất là rỉ đường bị nhiễm trùng , loại vi khuẩnsinh keo ( t0C = 26 - 28 ) và đôi khi có loại vi khuẩn sinh acidetheo sự nhiễm trùng , P.B Ghivatôpski chia rỉ đường làm 3loại :

Loại Lượng vi sinh vật trong 1 gam

Tóm lại rỉ đường là nguồn nguyên liệu chính để sảnxuất rượu , nó phù hợp

với 5 điều kiện để sản xuất rượu :

1 Giá rẻ

2 Sản lượng nhiều

3 Sử dụng tiện lợi

4 Nguồn cung cấp phổ biến

5 Không hại đến nền kinh tế quốc dân , không ảnhbất lợi đến nên kinh tế quốc dân

Vậy việc sử dụng rỉ đường để sản xuất rượu làtối ưu , một mặt sử dụng triệt để phế liệu , mặt kháchạn chế việc sử dụng các loại lương thực chứa tinhbột như: sắn , ngô , khoai để sản xuất rượu

II Bảo quản rỉ đường :

Đối với nhà máy sản xuất rượu rỉ đường được bảoquản trong các thùng sắt hình trụ hoặc trong các bồnbằng bêtông cốt thép , thể tích các thùng chứa phải bảođảm cho nhà máy sản xuất trên 3 tháng

Trong các thùng chứa rỉ đường có các thiết bị kiểmtra , phao báo mức , nhiệt kế Dưới đáy thùng có lắp đặthệ thống dẫn ra bơm để vận chuyển rỉ đường đến nơisản xuất Về mùa đông khi rỉ đường bị sánh lại không thể

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

bơm được nên phải thiết kế hệ thống hơi gia nhiệt gầnđường ống bơm Mặt khác quá trình bảo quản rỉ đườngkhông đồng nhất và chất lượng trong suốt vụ mùa khôngđồng đều nên cần phải có hệ thống bơm rộn rỉ đườngtrong thùng trước khi đưa ra sản xuất

Theo A.M Mankốp tổn thất rỉ đường hàng thángkhoảng 0,2% khối lượng sự tổn thất này chủ yếu là dosự bốc hơi nước .Theo nghiên cứu của O.A.BaKuSin trongquá trình bảo quản rỉ đường có hiện tượng kết tinh nhữngmầm tinh thể nhỏ , nếu số lượng này không vượt quá15000tinh thể /1g thì hàng tháng tổn thất 0,02-0,04% khốilượng rỉ đường Khi trong 1g rỉ đường có tới 100000 tinhthể thì coi như việc bảo quản rỉ đường không tốt

Khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường đạt 75-80%thì lượng nấm men dại, vi khuẩn tạo thành acide rất ít ,bảo đảm chất lượng rỉ đường trong suốt trời gian bảoquản , sự thay đổi không đáng kể Khi số lượng vi khuẩncó 50.000 tế bào /1g rỉ đường thì sự tổn thất đườngSacaroza lên tới 1,3% so với khối lượng rỉ đường Nếutrong rỉ đường có sẵn nấm men thì lượng đường tổnthất càng nhiều , sự tổn thất đường tăng lên khi hàmlượng chất khô trong rỉ đường là 40% Ngoài ra trong quátrình bảo quản đường cũng xảy ra phản ứng , phản ứnggiữa đường khử và acide amin tạo thành melanoit vừa làmtổn thất đường vừa gây khó khăn cho việc lên men saunày

Để tránh hiện tượng vi sinh vật phát triển , trong quátrình bảo quản phải giữ pH > 6,8 , dùng các chất sát trùngnhư Na2SiO6 foocmol với tỷ lệ 0,015-0,02% so với khối lượng

rỉ đường Các thùng bảo quản phải đậy kín , hạn chếviệc dùng nước để rửa thùng vì như vậy sẽ làm loãng rỉđường

Qua đó ta thấy việc bảo quản rỉ đường có nhiều ảnhhưởng đến quá trình sản xuất sau này

III Sản xuất rượu Etylic:

1.Tính chất vật lý :

Rượu Etylic nguyên chất là chất lỏng không màu , nhẹhơn nước và có mùi đặc trưng , vị cay , hút ẩm mạnh , dễbay hơi

Rượu Etylic hào tan trong nước ở bất kỳ tỷ lệ nàokèm theo sự toả nhiệt và co thể tích Rượu Etylic hoà tanđược nhiều chất vô cơ như : CaCl2 , MgCl2 , KOH và nhiềuchất khí như : H2 , N2 , O2 , NO , NO2 , H2O , CO nhưng khônghoà tan được tinh bột và disacarit

Rượu nguyên chất có các thông số :

d20 = 0,7894 M[C2H5OH] = 46

t0 sôi = 78,32 t0

bắt lửa = 120C (áp suất khíquyển )

Năng suất toả nhiệt : q = 6642-7100 (Kcal/Kg)

Nhiệt độ đống băng : t0

đbC = -117

Khi chưng cất dung dịch gồm hai cấu tử (rượu-nứơc)với nồìng nộ rượu 95,57% khối lượng và 9,43% nước thìđiểm sôi chung là 78,150C gọi điểm đẳng phí Vì thế khôngthể dùng phương pháp chưng cất để thu được rượu có độtinh khiết lớn hơn 95,57% khối lượng , tương với 92,7%V

2.1 Tác dụng với ôxy:

Tuỳ theo cường độ ôxy tác dụng mà cho những phảnứng khác nhau

2C2H5OH + O2 2CH3CHO + H2O (nhẹ)

C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O (đủ)

C2H5OH + O2 2CO2 + 3H2O + 326 Kcal ( mạnh)

2.2 .Tác dụng với kim loại kiềm và kim loại kiềm thổ :

Trong trường hợp này rượu Etylic dược xem là acideyếu , tham gia trong phản ứng với kim loại kiềm và kim loạikiềm thổ tạo thành alcolat

C2H5OH + M C2H5OM + 1/2H2O

dụng với acide:

Rượu Etylic tác dụng với acide tạo thành Este

C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H5 + H2O

C2H5OH + H2SO4 (C2H5)2SO4 + 2H2O

Phản ứng Este hoá chậm khi có mặy acide hữu cơ và vô

cơ yếu , xảy ra nhanh khi có mặt aide vô cơ mạnh

3.Tính chất sinh lý:

Rượu Etylic có tính chất sát trùng , nhất là ở nồng độ70% ở nồng 5-10% ức chế sự phát triển và làm yếu đi sựhoạt động của nấm men , nấm mốc

IV.Phương án sản xuất :

Hiện nay người ta sử dụng hai phương án để sảnxuất cồn Etylic

- Phương pháp lên men bằng vi sinh vật

- Phương pháp tổng hợp hoá học

1.Phương pháp lên men bằng vi sinh vật :

Phương pháp này người ta sử dụng các chất men

(enzym) của vi sinh vật mà trong đó chủ yếu là các loại nấm

mốc , nấm men và vi khuẩn để chuyển hoá gluxit hoặcxenluloza thành đường khử và từ đường khử thành rượu ,chưng cất tinh chế ta được cồn Etylic

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

xt

2500C

C2H5OH + NH3 C2H5NH2 + H2O

Trên thế giới người ta đã sử dụng nhiều phương phápkhác nhau để chuyển hoá gluxit và xenlulo thành đường khử

Do đó sản xuất rượu theo phương pháp lên men bằng vi sinhvật lại có nhièu tên gọi khác nhau , tên gọi đó thường là têncủa các phương pháp chuyển hoá tinh bột

1.1 Phương pháp Maltaza:

Phương pháp này được áp dụng đầu tiên trong sản xuất

rượu Người ta lợi dụng enzym (chủ yếu là  amylaza

và  amylaza của thóc mầm ) để chuyển hoá tinh bột

thành đường lên men

Phương pháp này có ưu điểm là :

- Thời gian đường hoá ngắn

- Chất lượng rượu không bị ảnh hưởng mà thường tạo

ra những hương vị đặc trưng dễ chịu

- Ít bị nhiễm khuẩn

Tuy vậy phương pháp này cũng có những nhượcđiểm :

- Hiệu suất đường hoá không cao , không triệt để , vìphức hệ men amylaza trong men Malt không hoàn chỉnh

- Chỉ áp dụng với các nước xứ lạnh Vì điều kiện trồngvà nẩy mầm đại mạch đòi hỏi nhiệt độ thấp

- Giá thành sản phẩm cao , nhất là ở các nước không sảnxuất được thóc mầm mà phải nhập từ nước ngoài

- Tỷ lệ Malt sử dụng so với hàm lượng tinh bột có trongnguyên liệu cao (8-20%)

- Chính vì thế trong những năm gần đây người ta đã nghiêncứu bổ sung hoặc thay thế dần phức hệ men amylaza củanấm mốc hoặc vi khuẩn vào phương pháp Maltaza

1.2.Phương pháp :

Dùng acide vô cơ mạnh để thuỷ phân tinh bột thànhđường ( thường dùng acide H2SO4 hoặc HCl ) , theo giai đoạnnày nấu và đường hoá xảy ra đồng thời , kết quả thuđược là hỗn hợp các đường khử

 Ưu điểm : Hiệu suất thu hồi đường cao do chuyểnhoá triệt để , ngoài ra con chuyển hoá được Xenluloza vàHemixenluloza

 Nhược điểm : Trong quá trình thuỷ phân ngoài cácđường lên men còn có các đường không lên men Một sốacide amin bị phá huỷ , đặc biệt là Triptopan bị phá huỷmạnh làm cho quá trình lên men chậm lại

Sau khi thuỷ phân đòi hỏi phải có quá trình trung hoà dođó có thể tạo ra một số muối tan hoặc không tan đều ảnhhưởng xấu đến quá trình lên men , bã rượu sau này khó sửdụng Thiết bị sử dụng phải được chế tạo từ các thiết

bị chịu acide , thiết bị này đắt gấp 5-10 lần so với thiết bị

thông thường Vì thế , phương pháp này không sử dụng đốivới những nguyên liệu giàu tinh bột, mà chỉ sử dụng chonhững nguyên liệu giàu xenluloza và hemenluloza.

1.3 Phương pháp men thuốc bắc:

Đây là phương pháp mà nấm mốc và nấm men nuôi cấycùng một lúc trên môi trường tinh bột sống có bổ sung thêmcác vị thuốc bắc hoặc thuốc nam, lá cây

Môi trường dinh dưỡng chính là môi trường tinh bột, một

ít đường và các nguyên tố vi lượng có trong tinh bột Các vịthuốc trên có tác dụng kích thích men ruợu phát triển, hạnchế các vi sinh vật lạ, đồng thời tạo ra hương vị thơm ngoncho rượu

Nguyên liệu chứa tinh bột không nhất thiết phải hồhoá thành dung dịch mà chỉ cần chín như kiểu nấu cơm, xôi

Vì vậy, nếu hạn chế tác dụng của enzim Amylaza lên mạch

tinh bột dẫn tới hiệu suất đường hoá không cao

Quá trình đường hoá và rượu hoá tiến hành cùng một lúcnhưng 48 72 giờ đầu hầu như quá trình đường hoá chiếmtuyệt đối Quá trình đường hoá phải cho thêm nước làmsạch ngập khối nguyên liệu, để tạo môi trường yếm khí.Trong sản xuất lớn, ở qui mô công nghiệp, người ta thườngbổ sung thêm dịch nấm men đã được nuôi cấy thuần khiếtđể nâng cao hiệu suất lên

 Ưu điểm : Rượu có hương vị thơm ngon, dễ thực hiệntrong gia đình

 Nhược điểm: Dễ bị nhiễm tạp do hệ vi sinh vật phứctạp dễ bị nhiễm men dại Độ axit trong dịch lên men cao (10g/lít theo axit axetic) ức chế quá trình lên men tạo nhiều sảnphẩm phụ Tế bào tinh bột chưa phá huỷ triệt để , dẫntới tinh bột bị sót nhiều làm giảm hiệu suất thu hồi thườngchỉ đạt 5069% so với lý thuyết

1.4 Phương pháp Amylomyces Rouxii :

Do các nhà bác học người pháp là : Calmette , Rouxii ,Corlltle , Boidin , đã nghiên cứu tìm ra nấm mốc dùng để sảnxuất rượu Loại nấm tìm được có khả năng đường hoánhanh và đạt hiệu xuất cao , theo phương pháp này chỉ lấymột ít nấm mốc vào dịch cháo để nấm mốc vừa pháttriển vừa thuỷ phân tinh bột , sau đó cấy men vào cho lênmen

 Ưu điểm :

- Chu kỳ sản xuất kéo dài (từ 8-10 ngày )

- Nguyên liệu phải giàu dinh dưỡng

- Đòi hỏi vô trùng tuyệt đối nên khó thực hiện

- Tiêu hao nhiều điện , nước , hơi , khí nén

1.5.Phương pháp Myco-Malt :

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

Nấm mốc được chuẩn bị riêng theo phương pháp bề mặthay bề sau , sau đó dựa vào dịch cháo để thuỷ phân tinh bột Amylaza của nấm mốc là  Amylaza Glucoamylaza và

Dextrinaza , sản phẩm quá trình đường hoá là hỗn hợp cácDextrin cuối , Maltoza , Glucoza (trong đó chủ yếu là Glucoza )

 Ưu điểm :

- Rút ngắn được thời gian sản xuất

- Thời gian đường hoá ngắn , khả năng đường hoá cao nêncó thể dùng nhiều

nguồn nguyên liệu tinh bột khác nhau để sản xuất rượu

- Khi lên men không đòi hỏi vô trùng tuyệt đối mà hiệusuất vẫn cao

 Nhược điểm

- Giai đoạn sản xuất nấm mốc khó cơ giới hoá

- Cần diện tích mặt bằng rộng và đòi hỏi nhiều côngnhân

2.Sản xuất cồn Etylic bằng phương pháp tổng hợp :

Nguyên liệu chính để tổng hợp cồn Etylic là Etylen

2.1.Phương pháp tổng hợp cồn Etylic bằng acide

H 2 SO 4 :

cồn Etylen thành mono và dietylensunfat , tiếp sau đóthuỷ phân chúng để nhận được Etylic và acide sunfuric Chođến nay sản xuất cồn bằng phương pháp này coi như cổđiển

Sản phẩm thu được là rượu thô sau đó tiếp tục tinhchế rượu thô để được sản phẩm rượu tinh chế

2.2.Phương pháp thuỷ phân trực tiếp Etylen

Phương pháp này thực hiện phản ứng giữa pha hơitrên bề mặt chất rắn xúc tác Chất rắn xúc tác đượcứng dụng rộng rãi trong trường hợp này là acidePhốtphoric Thời gian hoạt động kéo dài đến 500 giờ

2.Phương án sản xuất

nguyên liệu sản xuất là đi từ rỉ đường nên không cógiai đoạn đường hoá , tác nhân lên men là nấm men , chủngnấm men được đưa vào làm tác nhân là nấm men T (trời)và MTB (men thuốc bắc)

- Lên men : Chọn lên men kiểu 1 nồng độ , lên men liên tục

- Chưng cất và tinh chế : Chọn sơ đồ chưng cất 3 thápgián tiếp 1 dòng

- Thành phẩm : Cồn 96% V

A.Quy trình sản xuất cồn từ rỉ đường :

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

Mật rỉPha loãng sơ bộAcide hoá

Dịch đường cơ bản

Men giống sản xuất

Lên men Dấm chínGia nhiệtTháp thô

Làm lạnh cồn đầu

Tháp trung gian

Cồn đã tách cồn đầu

Tháp tinh Làm lạnh Cồn thành phẩm Kho bảo quản

H2SO4Men giống PTN

Hơi

Hơi

Hơi

Tách bọtBã rượu

Cồn đầu

Dầu fusel

B.Thuyết minh quy trình :

2.Pha loãng :

Trong rỉ đường có hàm lượng chất khô và hàm lượngđường cao và chứa nhiều tạp khuẩn , trong mật rỉ thườngchứa từ 100.000 đến 500.000 /g các tạp khuẩn không nhabào và khoảng 150.000 đến 50.000 /g tạp khuẩn có nha bào Trong điều kiện chất khô trong mật rỉ lớn hơn 75% chúngkhông sinh trưởng và phát triển nhưng vẫn bảo vệ đượcsự sống Khi pha loãng đến nồng độ thấp chúng sẽ bắtđầu phát triển và làm tiêu hao đường trong mật rỉ , do đóphải xử lý Mức độ pha loãng đến nồng độ nào là tuỳ theophương pháp lên men , theo sơ đồ lên men một nồng độ hayhai nồng độ Ở đây ta sử dụng phương pháp lên men hainồng độ , với phương pháp lên men liên tục Và ở đây ta phaloãng rỉ đường đến 52 0BX ở nồng độ này hiệu suất acidehoá cao

2.Bổ sung chất sát trùng , chất dinh dưỡng :

Trong rỉ đường chứa nhiều vi sinh vật tạp nên ảnhhưởng đến quá trình lên

men do đó cần phải sát trùng Để sát trùng dịch đường cóthể dùng : Pentaclorophenol , formalin , clorua vôi Ở đây dùngSilico florua natri (Na2SiF6 ) với nồng độ 0,2% Mặt khác đểphát triển thêm dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng củanấm cần phải thêm đạm và phốtpho Thông thường nhất làdùng Amôni sunphát và Ure , nếu dùng Ure thì lượng Ure cầnbổ sung là 0,5 g/lit , đối với phôtpho sử dụng Surpe photpho ,lượng H3PO4 tiêu hao là 1,3 g/lít cồn Lượng acide này đượcbổ sung vào rỉ đường để phát triển nấm men Sau đó hỗnhợp được giữ nguyên trong 14 (h) tuỳ theo mức độ cầntách cặn , nếu rỉ đường bị nhiễm khuẩn nặng phải gianhiệt rỉ đường đến 85900C Vì ở nhiệt độ này tạp khuẩnsẽ bị diệt và cho phép tăng hiệu suất lên 1% , mặt khác ởnhiệt độ trên CaSO4 kết tủa nhiều hơn , không cần thời gianlắng , sau khi xử lý xong chuyển sang giai đoạn gây men

1 Nấm men dùng trong sản xuất :

1.1 Đặc tính chung:

Nấm men (Yeast ; Levure ) dùng để chỉ nhóm nấmthường , cấu tạo đơn bào sinh sôi nảy nở bằng cách nảychồi Tế bào nấm men có hình thái và kích thước khácnhau tuỳ từng loại , tuỳ giống , tuỳ điều kiện dinh dưỡngcác loại nấm men thường dùng trong sản xuất rượu cókích thước khoảng 47m,hình dạng tế bào của nấmmen có thể là hình bầu dục , hình cầu , hình trứng , hìnhquả chanh , hình ống Khi quan sát tế bào nấm men dướikính hiển vi điện tử có thể phân biệt được : màng tếbào ,Proto plasma (nguyên sinh chất , hay còn gọi là Cytoplasma) , nhân (hạch) plastic , nhiễm sắc thể (chrômmôzôn ) ,các chất dự trữ , không bào Protoplasma , nhân , Plastic vànhiễm sắc thể là những thành phần chính Tính chấtvề sự sống của tế bào phụ thuộc theo thứ tự của cácchất này, và chúng thường kết hợp lại trong ý nghĩa củatừ Protolasma Những chất còn lại là sản phẩm hoạtđộng sống của tế bào

Màng tế bào trẻ rất mỏng , ở tế bào già thấy rất rõđường viền của màng tế bào

và khi tế bào rất già thấy rõ hai nét , màng tế bào không códiệp lục tố Protoplasma của tế bào trẻ là một khối trongsuốt , đòng nhất và nhầy , ở tế bào già nó biểu diễn

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

trạng thái hạt Nấm men già Protoplasma là những hạt lớn Sự đóng cục của Protoplasma là đặc trưng của sự chếthoặc biến chất khi tụ lại một cục ở trung tâm của tế bào Những hạt Protoplasma lớn là biểu hiện của sự phát triểntrong điều kiện không bình thường

Nhân đóng vai trò bậc nhất đối với sự phát triểncủa nấm men Plastic có thể sống dạng hạt , lớn lên vàphát triển bằng chia cắt , trong plastic có nhiều chất béohơn

Nhiễm sắc thể là dạng của chất dự trữ , nó có tínhtruyền liên quan đến plastic Nhiễm sắc thể và plastic thườngkết hợp lại với nhau thành một chất gọi là nhiễm sắctố , nó là nguồn gốc của các quá trình tổng hợp Ngoài racòn có các chất dự trữ , glucogen , volutin

I.2 Chủng nấm men :

Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải cócác tính chất cơ bản sau :

- Tốc độ phát triển nhanh

- Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt tốcđộ lên men nhanh Chịu được nồng độ lên men cao đồngthời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên mentức là lên men đạt nồng độ rượu cao

- Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môitrường , Dặc biệt là đối với các chất sát trùng Riêngđối với nước ta đòi hỏi lên men được ở nhiệt độ tươngđối cao (350C)

Để có được một chủng nấm men thỏa mãn được cácđiều kiện trên thường phải trải qua quá trình tuyển chọn ,thuần hoá , đột biến , lai ghép lâu dài , công phu và phứctạp , cũng có thể một chủng nấm mốc nào đó trong thời kỳđầu đạt kết quả lên men rất tốt nhưng qua thời gian còn lạilên men kém do đã bị thoái hoá Tuy nhiên cho đến nay trongsản xuất rượu lên men từ rỉ đường và dịch hoá tinh bộtthường sử dụng một trong những chủng sau đây :

Nấm men chủng II ( Sacchromyces cerevisiac Rasse II ) sinhsản trong môi trường nước đường , thường tụ lại thànhđám , sau một thời gian lắng xuống ,đặc điểm của loại nàylà trong tế bào có nhiều glycogen , không bào lớn , hình thànhbào tử nội sinh ít và chậm , sinh bọt nhiều và thích nghi ởđộ acide thấp , có sức kháng cồn cao

- Nấm men chủng VII (Saccharomyces cerevisiac Rasse XII )phân lập được ở Đức năm 1902 , tốc đọ phát triển nhanh ,

sau 24h một tế bào có thể phát triển thêm 55 tế bàomới , không bào nhỏ , ít sinh bọt

- Nấm men MTB Việt Nam ( men thuốc bắc ) : được phânlập từ MTB tế bào hình bầu dục kích thước (35) (58)

m , là những nấm men đa bội có thể hình thành 2-4 bàotử trong tế bào Có khả năng lên men được đường glucoza,sacharoza , Maltoza , fructoza , Rafinoza , Glactoza , lên men dược

ở nhiệt độ : t = 390C400C , chịu được acide tương đối cao: 11,50C , nồng độ rượu có thể đạt 1214% qua nhiềunăm thuần hoá nấm men này đã phát triển và lên men tốt

ở môi trường có 0,020,025 % chất sát trùng NaSiF6

Một số chủng nấm men thường dùng để lên men rỉđường :

Nấm men 396 của Trung Quốc (hoặc 2610) : phân lập đượctừ rỉ đường ở Trung Quốc , có khả năng lên men đường :fructoza , glucoza , sacharoza , Maltoza , fructoza , Rafinoza ,Glactoza , manoza , không lên men đường arabinoza , dextrin ,Lcactoza Nhiệt độ thích hợp 330C : pH = 4,55 , chịu đượcnồng độ rượu 10% (nấm men 2610 là loại nấm men đượcthuần hoá từ loại 396 )

Nấm Я Liên Xô ( i-a) : Do_Ia_Cu_ bôp_Sky tìm ra thích hợp cho lênmen rỉ đường , chịu được áp suất thẩm thấu lớn , lên menđường : fructoza , glucoza , sacharoza , Maltoza và 1/3 đườngRaffinoza (raffinoza phân ly cho đường Fructoza và melibioza, trongđó melibioza không lên men được )

Nấm men “T” Việt Nam : phân lạp được từ dung dịch rỉđường đặc 3540% và đặt tên là nấm men “T” (Trời ) Lênmen ở nhiệt độ cao (3337 0C ) , pH = 4,55 , nồng độ lênmen có thể đạt từ 18-20% , chịu được chất sát trùng 0,02-0,025% thể tích Kích thước tế bào (45) (69) m dạnghình đứng , tốc độ phát triển nhanh trong thực tế đễ cồnlên men từ rỉ đường thường chịu sự kết hợp hai loại nấmmen Я và 2610 hoặc nấm men T và MTB Ở đây ta dùng hailoại nấm men “T” (Trời) và MTB

Ure : 0,00,15

Có thể thay thế acide photphoric bằng P2O5 : 0,10,15 Tất cả các chất cho hoà tan trong nước máy hoặcnước cất càng tốt , đun nóng rồi lọc qua bông thấm hoặcgiấy lọc , điều chỉnh nồng đạt 12,913,80BX cho acidesunphuric và để có pH = 44,5 , phân phối vào ống 10 ml ,100

ml đem hấp tiệt trùng ở 0,5 at trong 2030 phút bằng nồihấp

3 Phương pháp nuôi cấy :

Từ các ống để thạch nghiêng đã chọn tiến hành nuôicấy trong môi trường lỏng 10 ml , tỷ lệ 1 ml giống trên 9 mlmôi trường : để giống phát triển trong 12h , sau đó pháttriển sang bình tam giác 100 ml , tỉ lệ như trên , nuôi trong12h rồi phát triển sang bình 1000 ml , phát triển trong 12h ,rôiö cho vào bình 10 lit phát triển trong 12h , tiếp tục chovào thùng phát triển nhỏ 420 lit ,lúc này nồng độ chất khôgiảm xuống còn 99,50BX ,rồi chuyển sang thùng pháttriển trung gian 4200 lit , sau một thời gian nồng độ chấtkhô giảm xuống 9,50BX thì chuuyển sang thùng phát triểnlớn 42000 lit có dung lượng 1015% thể tích thùng lên men

Khi sản xuất giai đoạn phát triển từ ống nghiệm 10

ml sang 100 ml có thể sử dụng lại 3-5 lần mới thay thếgiống từ ống cố thể Thậm chí ở giai đoạn 4200 lit sangthùng phát triển lớn cũng có thể sử dụng 2-3 lần đeergiảm bớt thời gain chuẩn bị nấm men và giảm bớt sốlượng thiết bị để ấy , vấn đề là phải kiểm tra sốlượng và chất lượng tế bào nấm men , hiện tượngnhiễm khuẩn ở giai đoạn phát triển từ 10 ml sang 10 lit cóthể bổ sung thêm dịch đường hoá bằng ngũ cốc

4 Yêu cầu kỹ thuật cho nuôi cấy sản xuất :

Giai đoạn đầu nuôi trong ống nghiệm 10 ml ( phòng thínghiệm ) Trước khi tiếp giáp , nồng độ Balling 1213os , pH

= 4,575 nhiệt độ nuôi cấy 33350C vào mùa hè và 30320Cvào mùa đông , không bị nhiễm tạp , thời gian nuôi cấy là24h, không thông khí

Nuôi cấy men giống trong bình 100ml ( phòng thínghiệm ) sau khi ống nghiệm 10 ml đạt yêu cầu ta chuyểnsang bình tam giác 100ml Thao tác được thực hiện trênngọn lửa đèn cồn

Trước khi tiếp giống độ Balling : từ 1215os , pH = 4,5

Trước khi tiếp giống , độ Balling 1214os , pH = 4,55 Nhiệt độ nuôi cấy 30350C đối với mùa hè và 30

330C đối với mùa đông

Thời gian nuôi cấy 1214h , không thông khí lượng tếbào đạt 108 tế bào/ml

Giai đoạn nuôi cấy 10lit , lúc này dung dịch rỉ đườngchính thức , nhiệt độ lúc này khoảng 60 10C được cungcấp từ hơi nước , sau 1012h bắt đầu chuyển sang giaiđoạn nhân giống sản xuất

Giai đoạn nuôi cấy nhỏ 420 lit , được nuôi trong haithùng , có hệ thống làm nguội , nếu môi trường dinh dưỡngkhông đủ chất dinh dưỡng thì bổ sung thêm các chất dinhdưỡng (NH4)2SO4 , Ure nuôi cấy trong thời gian từ 10-12h thôngkhí liên tục

Giai đoạn nuôi cấy dịch men giống trung gian (4200lit ) lúcnày ta nuôi cấy trong 3 thùng , môi trường là dịch rỉ đường vàthông khí ở giai đoạn này là 3m3/m3 môi trường.giờ , nuôi trongthời gian từ 1012h

Giai đoạn nuôi cấy giống lớn (42000lit) Nuôi cấy trong

3 thùng lớn được làm nguội bằng ống xoắn ruột gà ,nuôi cấy trong thời gian 1012h , thông khí liên tục 43/m3 môitrường giờ , sau khi kiểm tra số lượng tế bào nấm menđạt yêu cầu , bắt đầu chuẩn bị cho việc đưa giống vàothùng lên men

III Lên men dịch rỉ đường :

Lên men là quá trình trao đổi chất , nhờ tác dụng củacác chất men tương ứng ( gọi là chất xúc tác sinh hoá ) Lên men rượu là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trìnhsản xuất rượu , nó ảnh hưởng trực tiếp đến chu trìnhsản xuất , năng lực sản xuất của nhà máy , chất lượngsản phẩm và hiệu suất tổng thu hồi

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

Quá trình lên men rượu có thể chia thành các giaiđoạn sau :

- Giai đoạn đầu : đầu tiên do xúc tác của Cofermentphotphoryl hoá có trong nấm men (hoặc dịch Zymaza)Coferment photphoryl hoá gọi là hệ Aderilic Giai đoạn nàygọi là photphoryl hoá đường

- Giai đoạn hai : làm đứt mạch Hexo dưới tác dụng củamen aldolaza

- Giai đoạn ba : oxy hoá aldehit rồi khử phốtpho củaaldehit

- Giai đoạn cuối : lên men rượu

1.Cơ chế hoá sinh học của lên men rượu :

Đầu tiên do xúc tác của glucokinaza , glucoza kết hợp vớigốc phốtphat của phân tử ATP ( Adelozin triphốtphat) trong tếbào men để tạo thành gluco _6 phốtphát và ADP:

C6H12O6 + ATP CH2O (H2PO3) (CHOH)4CHO + ADP

1.2.Tiếp đó gluco_6 phốtphát do tác dụng của Enzym đồng

phân gluco phốtphát - izomelaza sẽ biến thành fructo phốtphát:

CH2O (H2PO3) (CHOH)4CHO CH2O (H2PO3)(CHOH)3COCH2OH

1.3.Giai đoạn ba :

Dưới tác dụng của Enzym của phốtphát fructo kinazaphân tử ATP thứ hai sẽ đính thêm vào gốc phốtphát nữa vàofructo_6 phốtphát để tạo thành fructo 1,6_diphốtphát và phân tử ADP thứ hai

CH2O (H2PO3) (CHOH)3COCH2OH CH2O (H2PO3) COCH2O(H2PO3) + ADP

Sự tạo thành 1,6 _diphốtphát đánh dấu kết thúc giaiđoạn chuẩn bị của lên men rượu Giai đoạn thực hiệnchuyển hoá các nối liên kết cao năng thành dễ biến đổidưới tác dụng của các Enzym

1.4.Giai đoạn bốn :

Giai đoạn tiếp theo quan trọng là phần cắt mạch cácleon cuat fructo diphốt -phát thành hai phân tử trioza gồmaldehit phốt pho glyceric và phốtpho dioxyaceton

Phản ứng này được xúc tác bởi aldolaza :

CH2O (H2PO3) CO(CHOH)3CH2O(H2PO3)

CH2O (H2PO3) COCH2OH + CH2O (H2PO3) CHOHCHOVai trò chủ yếu trong các biến đổi tiếp theo của quá trình lênmen rượu là aldehit , phốtpho glyceric , nhưng trong dich chưalên men chúng chứa rất ít

1.5.Giai đoạn tiếp theo :

Là hai phân tử aldehit triphotpho glyceric lại oxy hoá Phản ứngnày có sự tham gia của acide photphoric trong canh trường nhờxúc tác của enzym triphotphat dehironaza Coenzym của nó làNAD :

2CH2O (H2PO3) CHOHCHO + 2H3PO4 + 2NADH +

2CH2O (H2PO3) CHOHCOO ~ H2PO3 +2NAD.H2

1.6.Tiếp theo với sự tham gia của photpho glyceratkynaza gốc

photphat chứa cao nằng của acide 1,3_diphotphoglyceric sẽchuyển vào phân tử ADP Kết quả 3_phôtphatglyceric đượctạo thành còn ADP nhận thêm năng lượng và biến thànhATP

2CH2O (H2PO3) CHOHCOOH ~ H2PO3 + 2ADP

2CH2O (H2PO3) CHOHCOOH + 2ATPsau đó dưới tác dụng của enolaza , acide 2_photpho glyceric sẽmất nước và biến thành acide photpho pirovic

2CH2OHCHOH(H2PO3) COOH 2CH3CO (H2PO3) COOH + 2H2O

Sau đó acide photphopirovic không bền nên dễ bị mấtgốc acide photphoric do enzym pirorat kinaza và do đó acidepyruric được tạo thành :

CH2O CO~ ( H2PO3)COOH + ADP CH3 COCOOH + ATP

1.7.Giai đoan tiếp theo acide pyruric lại decacboxyl để tạo

thành aldehit axetic :

2CH3 CO COOH 2CH3CHO + CO2

1.8 Giai đoạn cuối cung của lên men rượu là aldehit axetic

bị khử bởi NAD.H2 :

2CH3CHO + NADH2 2CH3CH2OH +2NAD

Phương trình tổng quát của lên men rượu như sau :

C6H12O6 2CH2CH3OH + 2CO2

Trong quá trình lên men rượu mỗi phân tử gam glucozasẽ giải phóng ra khoảng 50Kcal Năng lượng này được nấmmen sử dung chừng 20Kcal , số còn lại sẽ tạo ra canh trường

do đó làm tăng nhiệt độ dịch men lên , nhiệt này chiếm28Kcal /phân tử gam glucoza

2.Phương pháp lên men :

Phương pháp lên men rỉ đường liên tục theo sơ đồ một

nồng độ Sơ đồ xử lý và lên men liên tục rỉ đường như hình 1 :

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

Zymaza

Rỉ đường trong thùng chứa (1) được bơm răng khía (3) bơm lên thùng (7) chứa rỉ đường cho ngày sản xuất , chất sát trùng ở thùng (4) và acide ở thùng (5) nhờ bộ định lượng(6) cho vào hoà trộn với rỉ đường , rỉ đường tại (7) cho vào bơm (3) đưa lên pha loãng liên tục tại (14) , từ (14) rỉ đường chảy xuống các thung phát triển nấm men (11,12,13) và liên tục chuyển xuống thùng lên men đầu dây của dãy thùng lên men (8) Khi quá trình kết thúc nhờ bơm ly tâm (9), bơm qua phân xưởng chưng cất và tinh chế

Quá trình lên men liên tục như sau :

Dịch nấm men nguyên chủng cho vào thùng lên men đầu dây tỷ lệ 1015% so với thể tích , tiếp đó bơm liên tục , đềudặn dịch rỉ đường vào thùng đến đầy Mặt khác vẫn tiếp tục cho thông khí nén vào đầu dây đầy , mở van ống chảy chuyền sang thùng lên men tiếp theo , cứ như thế cho đến khi thùng cuối cùng đầy thì đưa đi cất rượu Lúc này nấm men đã ăn hết lượng đường có trong rỉ đường , số lượng thùng lên men là 12 thùng

Để đảm bảo chất lượng nấm men ở thùng đầu dây ta qui định mùa hè 32-36h thay đầu dây và mùa đông 4852h , dođó chất lượng nấm men tăng lên rõ rệt , quá trình lên men tương đối ổn định hơn sau 6272h quá trình lên men kết thúc

3.Phá bọt trong quá trình lên men :

Rỉ đường có nhiều tạp chất dính , điển hình là pectin làm cho dung dịch trở nên dính , CO2 khó thoát ra ngoài và tạo nên những lớp bọt dày trên bề mặt lên men và lớp bọt càng dày ở những thùng lên men đầu

Chọn phương án phá bọt bằng cơ học : trong các thùng lên men lớp bptj dày khoảng 0,3-0,5 mm , lắp trên bề mặt dung dịch một tấm gạt có thiết diện lớn khi quay sẽ quét lớp bọt làm vỡ tung ra

Quá trình lên men rượu , lượng CO2 sinh ra 95% so với khối lượng rượu , CO2 sớm bão hoà trong dung dịch lên men Khi bay hơi CO2 mang theo một lượng Etylic Nếu lên men trong điều kiện thùng hở thì lượng rượu bay hơi theo CO2 nhiều hơn so với lên men trong điều kiện thùng kín Mặt khác

lượng rượu bay hơi theo CO2 còn phụ thuộc vào nồng độ rượu trong dich lên men và nhiệt độ lên men

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

Để thu hồi rượu trong CO2 có thể sử dụng các thiết

bị hấp thụ rượu kiểu tháp đệm hay tháp chóp

V Chưng cất và tinh chế :

1 Mục đích :

Quá trình chưng cất là quá trình tách cồn cùng các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín , kết thúc quá trình này ta thu được cồn thô

Quá trình tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và cuối cùng ta thu cồn tinh chế

2 Nguyên tắc

Dựa vào những tính chất quan trọng của hỗn hợp hai cấu tử là rượu Etylic và nước như áp suất hơi bão hoà , nhiệt độ hoá hơi , nhiệt hoá hơi , nhiệt dung để áp dụng các quy trình chưng cất , ở nhiệt độ bất kỳ áp suấthơi bão hoà của rượu lớn hơn áp suất hơi bão hào của nước , do đó khi ở cùng một áp suất nhiẹt độ sôi của rượu thấp hơn nhiệ độ sôi của nước

Điểm dẳng phí là giao của đường cong cân bằng với đường Ob , tại điểm đẳng phí A nồng độ của rượu trong pha lỏng bằng nồng độ của rượu trong pha hơi và bằng 95,5% khối lượng , hay bằng 97,2 %(V) tương ứng với

nhiệt độ sôi là 78,150C Vì vậy với phương pháp chưng cấtthông thường không có thể đạt dược nồng độ rượu lớn 95,57% theo khối lượng Tuy nhiên quá trình chưng cất cònphụ thuộc vào chất không bay hơi , các tạp chất trong dấm chín

Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ởáp suất thường , phần đường cong ở trên đường chéo ob thìnồng độ rượu trong thể tích pha hơi lớn hơn trong thể lỏng ,phần đươnìg cong dưới đường chéo thì nồng độ rượu trongpha hơi nhỏ hơn trong pha lỏng

Dựa vào tính chất vật lý ( nhiệt độ chưng cất phânđoạn ) ta chia 3 nhóm :

- Tạp chất đầu : gồm các chất có nhiệt độ sôi thấp hơnrượu Etylic như Aldehit , acetic , etyl acetat các tạp chấtđầu lấy ra ở sản phẩm đầu gọi là cồn đầu hay cồn kỹnghệ

- Tạp chất cuối : là tạp chất có nhiệt độ sôi lớn hơnnhiệt độ sôi của rượu và khó bay hơi Tạp chất cuối baogồm các phân tử như : amylic , izoamylic , izo butylic , cáctạp chất này ít hoặc không tan trong nước gọi là dầu fusel

- Tạp chất trung gian là những chất phụ thuộc vào nồngrượu và tính chất vật lý của hợp chất mà có thể bay hơicùng với tạp chất ban đầu , hay ở lại với tạp chất cuối Khi nồng độ rược thay đổi thì độ bay hơi của các tạpchất này thay đổi theo, do đó chúng có thể là tạp chấtđầu hay tạp chất cuối Vì thế mà tạp chất trung giankhó tách ra khỏi rượu Etylic khi tinh chế Các tạp chấttrung gian bao gồm etyl izobutyrat , etyl izovalianat

Tuy nhiên đặc tính và hàm các tạp chất trong rượu phụ thuộc rất nhiều vào nguyên liệu và chất lượng của nguyên liệu sử dụng , phương pháp sản xuất và thiết bị công nghệ

3.Tiến hành chưng cất tinh chế rượu từ rỉ đường :

A2 : Thiết bị ngưng tụ tháp thô

A3 : Thiết bị là sạch cồn đầu

B : Tháp trung gian

B1 : Thiết bị ngưng tụ hồi lưu của tháp trung gian

B2 : Thiết bị ngưng tụ và làm lạnh của tháp trung

gian

C : Tháp tinh chế

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

C1 : Thiết bị ngưng tụ và hồi lưu của tháp tinh chế

C2 : Thiết bị ngưng tụ và làm lạnh của tháp tinh chế

C3 : Thiết bị làm lạnh cồn sản phẩm

D : Thùng chứa dấm chín

D1 : Thiết bị tách CO2

1 : Bơm để bơm dấm chín

2 : Thiết bị làm lạnh rượu fusel

3 : Thiết bị làm lạnh dầu fusel

Dịch dấm chín được bơn Piston đưa lên thùng dấm chín D ở tầng trên cùng

Sau đó dấm chín chảy xuống thiết bị hâm dấm A1 để nângnhiệt độ , sau đó đến thiết bị tách hơi D1 , lúc này nhiệt độ dấm chín là : 70-750C , và được đưa vào đỉnh tháp thô Hơi sống có áp suất ( P = 1,5 Kg/cm3 ) được cung cấp vào đáy của các tháp A , B , C Ở tháp A phần lỏng chảy từ trên xuống dưới và có nồng độ giảm dần Khi tới đáy thì

nồng độ đạt 0,004 % mol và được tháo ra ngoài , còn

phần nước ngưng được tập trung đưa sang tháp trung gian

Phần lỏng ngưng tụ từ tháp thô được tập trung đến tháp trung gian để loại bỏ tạp chất có nhiệt độ sôi thấp (aldehit, este ) tại tháp trung gian quá trình làm việc giống như ở tháp thô , phần hơi trên đỉnh tháp trung gian B được ngưng tụ 1 phần ở thiết bị ngưng tụ B1 , phần còn được đưa qua thiết bị làm lạnh ngưng tụ B2 , khí thải được xả

ra ngoài , phần lỏng không ngưng tụ từ B1, B2 và phần

rượu không đạt tiêu chuẩn ở tháp tinh được dẫn vào tháptrung gian B

Tại tháp tinh C quá trình chuyển khối như ở hai tháp Avà B , mục đích chính của tháp C là tách phần dầu fusel , rượu fusel và tiếp tục loại 1 số tạp chất dễ bay hơi để thu hồi còn thinh khiết (96 % vol ) Hơi bay lên ở đỉnh tháp C một phần được ngưng tụ ở đỉnh tháp C , phần không ngưng tiếp tục được đưa qua thiết bị ngưng tụ làm lạnh

C2 Tại C2 một phần lỏng đưa qua đỉnh tháp B , phần còn lại được hồi lưu về đỉnh C

Cồn tinh khiết (96% vol) được lấy ra ở ngăn gần đỉnh đưa qua làm lạnh ở thiết bị làm nguội C3 , rồi cho vào kho Như vậy cồn đầu chủ yếu được thu nhận từ tháp A, B và một phần từ tháp tinh C Ngoài ra ở tháp tinh C còn

có dầu fusel được thu nhận ở dạng hơi (ở các ngăn 4,5,6 tính từ dưới lên ) Sau đó được qua ngưng tụ phân ly rồi vào bình chứa

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

A3

D

B2

B1B1

C2

C1C1C1

A1

thải

Dầ

u fusel

Cồ

n sảnphẩm

Hình 2 : Hệ thống sơ đồ chưng cất tinh chế

3 tháp gián tiếp 1 dòng

PHẦN IV TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

I Biểu đồ sản xuất

Nhà máy bắt đầu hoạt động vào tháng 12 , lấy

nguyên liệu từ nhà máy đường , đến tháng 11 nhà máy ngừng hoạt động để kiểm tra , sửa chữa thiết bị và làmvệ sinh cuối mùa , nhà máy làm việc liên tục mỗi ngày 3

ca

Ca 1 : 6 h sáng - 2 h chiều

Ca 2 : 2 h chiều - 10h đêm

Ca 3 : 10h đêm - 6 h sáng

Ngày Chủ Nhật nghỉ để vệ sinh tu bổ thiết bị

Biểu đồ sản xuất của nhà máy :

1 Các số liệu đã biết và được chọn :

- Năng suất nhà máy : 30.000 lit cồn/ngày (loại 96 %vol)

- Lượng cồn tuyệt đối trong đó là : 30.00096/100 =

28.800(lit cồn tuyệt đối /ngày )

- Khối lượng riêng của cồn 100% vol là : d = 0,78934 (g/lit)

- Khối lượng của cồn : M = 28.8000,78943 = 22.732,99 (Kg)

- Lượng dầu và rượu fusel : 3% so với cồn thành phẩm

- Lượng cồn đầu : 5% so với cồn thành phẩm

- Bã và nước ngưng : 1% so với cồn thành phẩm

Ta chọn :

+ Hiệu suất lên men lm = 90 % + Hiệu suất chưng cất , tinh chế : cctc= 95%.+ Hao hụt các phần khác xem như không đáng kể

+ Rỉ đường ban đầu có nồng độ là : 82 0Bx

2 Tính lượng rỉ đường ban đầu :

QTLM có : lm = 90 %

cctc= 95%

Suy ra tổng hiệu suất của hai quá trình là :

855 , 0 95

, 0 9 ,

, 85

100 28800

342 29 , 26588

176 29 , 26588

28 , 25432

100 54 , 49419

100 18 , 88249

, 1

95 , 107620

N

N N

M 

N1 : Nồng độ rỉ đường ban đầu N1 = 820 Bx

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A





Khối lượng riêng của nước là : dn = 1 (kg/lit)

Vậy khối lượng nước cần pha là : Mnước = 62089 (kg)

Khối lượng rỉ đường ở 520Bx là :

107620,95 + 62089 = 169709,95 (kg)

Thể tích rỉ đường ở 520Bx là :

75946,64 + 62089 = 13035,664 (kg)

Theo lý thuyết lượng H2SO4 1% cần dùng 23,5 kg/1000 lit cồn 100%vol

Vậy lượng H2SO4 cần dùng để acide hoá 36000 lit cồn 96%vol là :

8 , 676 1000

28800 5

, 23

, 1

8 , 676

4

2SO  

H

Theo lý thuyết thì lượng Na2SìF6 cho vào khoảng

12kg/1000kg rỉ đường

Vậy lượng Na2SìF6 bổ sung vào quá trình sản xuất đường là :

45 , 1291 1000

12 95 , 107620

6

2SiF   

Na

Khối lượng riêng của Na2SìF6 là : d = 1,4379 (kg/lit )

Vậy thể tích của Na2SìF6 cần dùng cho quá trình là :

15 , 898 4379

, 1

45 , 1291

6

2SiF  

Na

6.Lượng chất dinh dưỡng bổ sung vào :

Acide photphoric (H3PO4) bổ sung vào nhằm để sinh trưởng và phát triển

của nấm men Ngoài ra còn bổ sung thêm đạm là amon sunfat (NH4)2SO4

- Theo lý thuyết lượng H3PO4 bổ sung vào khoảng

12kg/10000 lit cồn

Vậy lượng H3PO4 bố sung vào 30000 lit cồn 96% vol là :

56 , 34 10000

12 28800

4

3PO   

H

Khối lượng riêng của H3PO4 là : d = 1,57 (kg/lit)

Vậy thể tích của H3PO4 là :

01 , 22 57

, 1

56 , 34





- Lượng đạm cho vào là : 0,234 kg/ tấn rỉ đường

Do đó ta cần bổ sung cho quá trình sản xuất trong ngày là :

30 , 25 1000

235 , 0 95 , 107620

4 2

4 )

Khối lượng riêng của (NH4)2SO4 là : d = 1,456 (kg/lit)

Vậy thể tích là :

38 , 17 456

, 1

30 , 25

4 2

)

7.Xác đinh nồng độ rỉ đường sau khi pha loãng xuống

Lượng nước cần pha loãng rỉ đường từ 520BX xuống

200BX được tính theo công thức sau :

 2

2 1

N

N N M

Trong đó :

M : Khối lượng của rỉ đường

N1 : Nồng độ của rỉ đường 520BX

N2 : Nồng độ của rỉ đường cần pha loãng 200BX

Vậy lượng nước cần pha loãng :

  271535,92

20

20 52 95 , 169709

= 443273,98 (Kg)

+ Thể tích của toàn bộ dịch đường

V = 138035,64 + 271535,92 + 673,36 + 898,15 + 22,01 + 17,38

= 411182,46 (lit)

8.Xác định men giống.

Lượng men giống cuối cùng cho quá trình lên men là 10%dịch đường lên men

- Lượng dịch men giống ở thùng nuôi cấy trung gian lấy bằng 10% so với dịch men giống sản xuất 42000/10 = 4200 (lit).

- Lượng dịch men lấy ở thùng phát triển nhỏ lấy 10% sovới dịch men giống trung gian, tức là 420 (lit)

9.Tính sản phẩm dầu fusel và cồn đầu :

a.Lượng dầu fusel :

Lấy bằng 3% khối lượng so với cồn tuyệt đối ta

Khối lượng riêng của hỗn hợp : R_nước lúc này là :d

11.Biểu đồ thu nhập nguyên liệu trong năm :

Lượng rỉ đường đặc cho 1 ngày sản xuất là :

2797,67

2905,28 2797,67 2905,28

2905,28

ST

T Nguyên liệu bán thành phẩm hoặc

thành phẩm

Thể tích (lit/ngày ) Khối lượng

(kg/ngà

y )

Ghi chú

11 Men giống nhỏ 420,00

12 Dịc men giống trung

A.Phân xưỡng lên men:

I.Tính và chọn thiết bị lên men:

Dịch đường và men giống vào thùng đầu dây là

411.182,46(lit) hay 443.273,98kg

Ta chọn hệ thống sơ đồ lên men là hai dây chuyền lên men hoạt động liên tục song song nhau , mỗi dẫy có 6 thùng lên men, trong đó hai thùng lên men đầu dây đồng thời là hai thùng lên men chính, hệ số chứa đầy là 0,85 Vậy thể tích của mỗi thùng tính cho mỗi dãy là

3 936 , 120 120936

85 , 0 2 2

46 , 182 411

m lit

1.Tính kích thước hình học:

Chọn thùng có thân hình trụ, đáy và nắ có dạng hìnhnón cụt, vật liệu là thép CT3 dày 6mm

Chọn đường kính trong của thùng

D = 4,6 m hay R = 2,3 (m)

h1 = 0,15 D = 0,69 (m) :chiều cao đáy (nón cụt)

h2 = 0,1D = 0,46 (m) : chiều cao nắp (nón cụt)

r1 = 0,1 (m) : bán kính đáy nón cụt

r2 = 0,2 (m) : bán kính nắp nón cụt

Chiều cao phần thân trụ HT = (1,2-1,5)D

Thể tích đáy(nón cụt ):

; 933 , 3 ) 01 0 23 , 0 29 , 5 ( 3

69 , 0 14 , 3 ) (

3

3 2

1 1 2

1

Thể tích đáy(nón cụt ):

Thể tích đáy(nón cụt ):

; 933 , 3 ) 01 0 23 , 0 29 , 5 ( 3

69 , 0 14 , 3 )

(

3

1 1 2

46,0.14,3)

(3

2 2 2 1

 V1+V2 = 5,927m3Thể tích phần thân trụ : VT = V- (V1+V2) = 120,936 - 5,927 = 115,009 m3

Chiều cao phần thân trụ là : 6 , 932

29 , 5 14 , 3

009 , 115

H h h

H   2 T C  0 , 69  0 , 46  6 , 932  0 , 5  8 , 573

2.Tính toán nhiệt cho thùng lên men :

Hai dây chuyền lên men hoạt động song song nhau, mỗidây chuyền có hai thùng lên men ở đầu dây, có bố trí ống xoắn ruột gà để làm nguội, bốn thùng còn lại chỉ dội nước để làm nguội

Tính nhiệt sinh ra trong quá trình lên men ở đầu dây Theo tài liệu (CNVCMCBLT-172): Cứ một lít dịch lên men trong thùng len men chính, sau mỗi giờ lên men sẽ giải phóng

ra 1,13Kcal nhiệt và 2,1 lít CO2

+ Lượng nhiệt sinh ra:

Q=411182,461,13 = 464636,18(kcal/h.)

+ Nhiệt tổn thất do hơi rượu _nước và CO2 mang ra (lấy 10% so với lượng nhiệt sinh ra ) [SXRE-273]

618 , 46463 100

10

Q2   [KTSXRE-272]

Với K: hệ số truyền nhiệt từ dịch lên men trong thùng đến nước dội :

2 1

1 1

:chiều dày của tường,  = 0,006 m

 T: hệ số dẫn nhiệt của thép CT3,  T=50 (W/m.độ) [ST2-302]

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

 2: hệ số cấp nhiệt từ tường thiết bị đến nước độ nguội.

HT : Chiều cao phần thân trụ, HT = 6,932(m)

Nu : Chuẩn số Nuxen có công thức phụ thuộc Re :

Re= 4V/

V: Mật độ tưới, V= G/F (Kg/m2s)F: Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2.G: Khối lượng chất lỏng chảy theo bề mặt thẳng đứng trên một đơn vị thời gian

Chọn G = 1,5 Kg/s

 : Độ nhớt của nước lấy theo giá trị trung bình của nhiệt độ:

C t

t

2

3025

20 oC: nhiệt độ ban đầu của nước tưới

30 oC : nhiệt độ tưới của nước tưới

Vậy  = 0,8937.10-3N.s/m2 (TST-105)

F : diện tích bề mặt truyền nhiệt ,m2 :

2

12 , 100 932 , 6 6 , 4 14 , 3

12 , 100 8937 , 0

10 5 , 1 4

4

) ( 67 ,

C p

639 , 61

10 8937 , 0 9985 , 0

3

2 2

10 4002865248 )

10 8937 , 0 (

81 , 9 996 932 , 6

2 6





N

) /

( 22 , 31 932

, 6

63910 , 61 52 , 349

33,33

22 , 31

1 50

006 , 0 699 1

F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt, F = 100,12 m2

t: Hiệu số nhiệt đọ trung bình giữa dịch lên men và nước làm nguội:

2 1

2 1lg3,2

t t

t t t

5 10

Qx = Q - Q1 - Q2 = 464636,18 - 46463,618 - 24096,47 = 394076,09 (kcal/h) Lượng nước dội nguội thùng lên men chính:

M = 3600.G = 3600.1,5 = 5400 (kg/h)

Lượng nước cần cung cấp cho ống xoắn ruột gà :

).(t1 t2C

Q M

N

X X

618 ,

h m

96,5: Khối lượng riêng của nước ở 27,5 0C

3 Tính kích thước ống xoắn ruột gà:

- Bề mặt truyền nhiệt : ' ' ' '

t

K

Q F





Với :

' 2 '

' ' 1

'

1 1

T: Độ dẫn nhiệt của thép CT3 :

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

g

d W

.r2

 diện tích ống ( m2 )

r: Bán kính ống, r = d/2 = 0,076/2 = 0,038 (m)

) / ( 85 , 4 038 , 0 14 , 3 3600

2 , 79

09 , 407213 81

, 9 10 091 , 0

5 , 996 076 , 0 8 , 4

, 21

81 , 9 9965 , 0 10 091 , 0

148,0.(

)09,407213.(

023,

0 0 , 8 0 , 4 '

, 0

586 , 21 37 , 329 '

1 43

003 , 0 600 1

Q’ = QX = 394076,09 (kcal/h)

' 95 , 30 2

63 , 572 221 , 7

09 ,

F

076 ,

0 14 , 3

30 , 95

'

4.Cấu tạo thùng lên men :

1: Đáy thiết bị (6 tấm lớn và 6 tấm nhỏ)

2: Thân hình trụ

3: Thanh đỡ các ống xoắn ruột gà

4: Ống xoắn ruột gà

5:Chân đỡ thiết bị (gồm 4 chân)

6: Nắp thiết bị

7: Cửa vào bên dưới

8: Cửa vào bên trên

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

3300

H2O24

H2O1

5

Lượng CO2 sinh ra trong một giờ là :

25432,28/24=1059,68 (kg/h) Thể tích CO2 thoát ra trong quá trình lên men : 10450,98 m3

- thể tích CO2 thoát ra trong một giờ là :

h m

V 585 , 4575 /

24

98 ,





Ta chọn hai thiết bị thu hồi

+ Đương kính của thiết bị :

- Thể tích của CO2 vào mỗi thiết bị là :

h m

V

V C 292 , 73 / 2

4

m w

73 , 292 4

m

số lượng ống trong phần ngưng tụ :

W d

V

3600

4

14 , 3 3600

73 , 292 4

- Phần trên có 3 lưới, nước tiếp xúc trực tiếp với CO2

+ Đặc tính kỹ thuật của thiết bị [KTSXRE-274] Sơ đồ hệ thống lên men là hai dây chuyền (2 dãy thùng

lên men) hoạt động liên tục, song song, giống nhau, nênmỗi dây chuyền là một thiết bị thu hồi rượu.

- Vật liệu chế tạo thân tháp : CT3

- Đường kính của thiết bị : 0,43

- Số mặt địa lưới : 3

- Số ống hấp thụ : 30

- Diện tích mặt sàng ống :0,0098 m2

- Diện tích mặt địa lưới : 0,0655 m2

- Đường kính lổ sàng : 4 mm

- Vật liệu chế tạo ống hấp thụ : thép INOX

- Chiều cao thiết bị : 5250 mm

III.Tính kích thước các thùng nhân giống :

1.Sơ đồ nhân giống :

Men giống -> 10 ml -> 100 ml -> 4,2 l -> 42 l -> 420 l ->

4200 l -> 42000 (lit)

2.Tính cho thùng nuôi cấy nhỏ (420 lit) :

Chọn 2 thùng nuôi cấy có thể tích :

3 247 , 0 06 , 247 85 , 0 2

420

m lit

Với: 0,85 là hệ số chứa đầy

Chọn thùng có thân hình trụ, đáy hính nón

Chọn đường kính D = 0,4 m => R = 0,2 (m)

Chiều cao phần nón h = 0.2 m

Thể tích phần đáy :

3

0837 0 3

04 , 0 2 , 0 14 , 3

V V

V T   D   

Chiều cao phần thân trụ là :

m R

V

04 , 0 14 , 3

23863 , 0

3.Tính cho thùng nhân giống trung gian (4200 lit) :

Ta nuôi trong 3 thùng, hệ số chứa đầy là : 0,8

Thể tích mỗi thùng là :

) ( 75 , 1 8 , 0 3

2 ,

m

Chọn thùng có thân hình trụ, đấy hình nón

Chọn đường kính D = 0,8 m => R = 0,4 m

2002 T HIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN

TRẦN HỮU TƯỜNG - LỚP 97H 2 A

Thể tích phần nón :

3 2

05024 ,

0 3

16 , 0 3 , 0 14 , 3 3

.

.

m R

V V

V Tru  TG  D   

chiều cao phần trụ là

) ( 38 , 3 ) 4 , 0 (

14 , 3

69976 , 1

Dịch men giống cần cho quá trình sản xuất bằng

10 1

lượng dịch lên men Ta gây trong 3 thùng , mỗi thùng có thểtích là : 17 , 5 3

8 , 0

Chọn đường kính thùng D = 2m => R =1m

h1 = 0,15D => h1 = 0,152 = 0,3(m) : chiều cao đáy

h2 = 0,10D => h2 = 0,102 = 0,2(m) : chiều cao nắp

+ Thể tích của đáy nón cụt là :

1 1 2 1

3

3,0.14,3

3

m r

r R R

3

2,0.14,3

3

m r

r R R

h

+ Thể tích thân trụ

VT = V - (V1 + V2) = 17,5 - (0,348 +0,245) = 16,907 (m3)

+ Chiều cao thân trụ

 m R

V

12 14 , 3

907 , 16





HC = 5,384 + 0,2 + 0,3 =5,884 (m)Lượng không khí tiêu hao là :4 m3/m3.h

5.Tính toán nhiệt cho thùng nhân giống :

Cứ 1 lít dịch lên men trong thùng ở 2 giai đoạn đầu saumỗi giờ giải phóng một lượng nhiệt 1,13 (kcal/h)

Ở thùng 4.200 lít : Q1 = 4.2001,13 = 4.746 (kcal/h)

Ở thùng 42.000 lít : Q2 = 42.0001,13 = 47.460 (kcal/h)

6.Tính lượng không khí vô trùng :

Tại thùng phát triển giống nhỏ : 20 m3/m3.h

Tại thùng phát triển trung gian : 50 m3/m3.h

Tại thùng phát triển giống lớn : 90 m3/m3.h

Lượng không khí cần cung cấp trong ngày là :