công nghệ sản xuất cồn etylic

Nguyên tắc: nguyên liệu chứa polysaccharide đều cóthể sử dụng trong công nghệ sản xuất cồn.. Hemicelluloza bán xơ: dễ bị thủy phân hơn celluloza để tạo thành glucoza 31/12/2012 NƯỚC Tron

Nguyên tắc: nguyên liệu chứa polysaccharide đều có

thể sử dụng trong công nghệ sản xuất cồn

Yêu cầu:

Đảm bảo đủ lượng dưỡng chất phục vụ cho sự phát triển của

vi sinh vật

Hàm lượng đường hoặc tinh bột cao, có khả năng đem lại

hiệu quả kinh tế

Sẵn có, giá thành thấp

Vùng nguyên liệu tập trung và đủ cho nhu cầu sản xuất

2 loại nguyên liệu phổ biến:

- Tinh bột - Rỉ đường

31/12/2012

RỈ ĐƯỜNG (MẬT RỈ)

Phế liệu trong công nghiệp đường mía hoặc đường củ cải

Là loại đường không kết tinh được Thường chiếm khoảng 3 –

5% lượng mía

Thành phần:

Nước chiếm 15 – 20%

Hàm lượng chất khô chiếm 80 – 85 % Trong đó:

– 60% là đường lên men được với:

– 35 – 40% saccharoza

– 20 – 25% đường khử

– 40% chất phi đường, với

– 20 – 32 % chất hữu cơ

– 8 – 10 % chất vô cơ

Mật rỉ có độ pH từ 6,8 – 7,2

31/12/2012

5

ỨNG DỤNG CỦA MẬT RỈ

Sản xuất cồn

Sản xuất acid acetic, acid citric

Sản xuất nấm men bánh mì, nấm men cho chăn nuôi.

Sản xuất bột ngọt

Sản xuất glycerin

NGUYÊN LIỆU CHỨA TINH BỘT

Sắn, ngô, khoai và một phần gạo hoặc tấm.

26,58 74,74

1,11 1,11

0,54 1,69

31/12/2012

8

Khoai

Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Tro

Khoai tây tươi

Khoai lang tươi

Khoai lang khơ

74,9

68,1

12,9

1,991,66,1

0,150,50,5

20,8 27,9 76,7

0,980,91,4

1,091,002,4

31/12/2012

Ngơ

Hạt ngơ gồm hai phần chính: Phơi và nội nhũ Phơi

chiếm 10 – 13% trọng lượng hạt, nội nhũ chiếm 83 –

67,9 63

2,210,41,35,2

 Các loại hạt khác

- Để sản xuất các loại rượu đặc biệt

- Các loại hạt này cĩ hàm lượng tinh bột cao, sản xuất

11

0,52,45110,121,7

77 74,79 77,38 72 69,6

0,40,650,614,051,9

0,51,40,711,141,8

31/12/2012

11

 Tinh bột thường được thủy phân:

Thủy phân tinh bột bằng acid và nhiệt độ: thu được glucoza→

hiệu xuất không cao và gây ô nhiễm môi trường

Dùng amylaza của mầm đại mạch ta sẽ thu được 70 – 80% là

maltoza và 30 – 20% là dextran

Dùng amylaza của nấm mốc ta sẽ thu được 80 – 90% là

glucoza

Celluloza dưới tác dụng của acid vô cơ loãng, nhiệt độ cao và

áp suất cao sẽ bị phân hủy thành glucoza

Hemicelluloza (bán xơ): dễ bị thủy phân hơn celluloza để tạo

thành glucoza

31/12/2012

NƯỚC

Trong cơng nghiệp sản xuất rượu, nước được sử

dụng với nhiều mục đích khác nhau:

• Xử lý nguyên liệu

• Nấu nguyên liệu

• Pha lỗng dung dịch

• Vệ sinh thiết bị,…

Sơ đồ tổng quát công nghệ sản xuất cồn Etylic

NGUYÊN LIỆU

Xử lý – Nấu Pha loãng – Xử lý

Đường hóa Chuẩn bị dịch lên men

Lên men

Chưng cất

Lên men Chưng cất

31/12/2012

Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn Etylic

theo phương pháp Amylo

16 31/12/2012

Đặc điểm của phương pháp Amylo

Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn Etylic

theo phương pháp Mycomalt

18 31/12/2012

XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU TINH BỘT

1 NGHIỀN NGUYÊN LIỆU

3 DỊCH HĨA

Mục đích:

26 31/12/2012

28

CHỨC NĂNG CỦA ENZYM TRONG QUÁ TRÌNH DỊCH HĨA

α

α - amylaza: (enzym dịch hĩa)

Nhiệt độ hoạt động của enzym:

-α – amylaza của vi khuẩn:

-α –amylaza của mầm thóc:

-α –amylaza của Asp.ozyzae:

hoặc liên tục Nhưng luôn bao gồm:

_ Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa

_ Cho chế phẩm amylase vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ thích

hợp trong thời gian xác định để amylase chuyển hóa tinh bột

Những biến đổi lý hóa học xảy ra trong

quá trình nấu – đường hóa nguyên liệu

• Độ bền của tế bào thực vật

• Sự trương nở và hòa tan tinh bột

• Những biến đổi của tinh bột và đường

• Biến đổi của protit và các chất khác

31/12/2012

36 31/12/2012

39 31/12/2012

PHƯƠNG PHÁP NẤU GIÁN ĐOẠN

 Đặc điểm: toàn bộ quá trình nấu đều được thực

hiện trong cùng một nồi.

Ưu điểm:

-Ít tốn vật liệu để chế tạo thiết bị.

-Thao tác đơn giản

Tại thùng nấu nguyên liệu:

Nguyên liệu được nghiền mịn tới kích thước là 1mm,

hòa với nước ở 30 – 400C theo tỷ lệ nước : bột là 4 : 1

Khuấy đều, cho 20-30% lượng α - amylaza chịu nhiệt

(thường sử dụng Termamyl 120L của hãng Novo – Đan

mạch với tỷ lệ 0,02 – 0,03% so với khối lượng tinh bột)

Đun trong 40 – 50 phút, đạt tới 85 – 870C Giữ ở nhiệt

độ này 15 – 20 phút

Đun sôi trong vòng 50 – 60 phút nhằm hòa tan các hạt

tinh bột có kích thước lớn chưa kịp hồ hóa hết

Chuyển sang thùng đường hóa

Một phương pháp ứng dụng tại Việt Nam

31/12/2012

52

Tại thùng đường hóa:

Dịch bột được làm nguội đến 90 – 930C rồi cho hết

70-80% lượng enzym còn lại vào

Làm nguội đến 55 – 560C, để trong 30 phút

Làm nguội đến nhiệt độ: 28 – 30oC

31/12/2012

XỬ LÝ NGUYÊN LIỆU MẬT RỈ

Pha loãng và xử lý dịch mật rỉ

Pha loãng dịch mật rỉ 50%

H2SO4cho vào theo tỉ lệ 0,4 – 0,6% (tùy theo độ chua của

rỉ đường)

Cho chất sát trùng vào: fluosilicat natri (2%o trong tổng

số)

Nguồn nitơ theo tỷ lệ 1g (NH4)2SO4hoặc 0,4 – 0,5g ure

trong 1 lít dịch lên men

Sau đó khuấy trộn đều, để yên 1 – 4h

Bơm dịch trong lên thùng chứa rồi lọc loại tạp chất (chủ

yếu là CaSO4, các kết tủa keo)

Cho vào thùng chứa giữ ở nhiệt độ 85 – 900C trong 1giờ,

với mục đích CaSO4kết tủa nhiều hơn, giúp cho hiệu suất

lên men tăng khoảng 1%

pH = 4,5 – 5 tương đương độ chua: 1 – 1,5 g H2SO4/ lít

31/12/2012

57

Pha loãng tới nồng độ gây men:

1 Lên men theo sơ đồ một nồng độ:

 Nồng độ chất khô 20 – 22%, tương đương 15 – 16%

đường

 pH dịch đường 4,5 – 5,0, tương đương độ chua 1 – 1,5g

H2SO4/lit

 Ure cần bổ sung là 0,5 g/l

 Nồng độ fluosilicat natri: 2‰

2 Lên men theo sơ đồ hai nồng độ:

 Nồng độ chất khô: 12 – 14%

 pH: 4,5 – 5,0

 Ure cần bổ sung là 0,5 g/l

 Nồng độ fluosilicat natri: 2‰

 Dịch lên men cũng có các chỉ tiêu tương tự chỉ khác là

nồng độ chất khô từ 30 đến 32%

31/12/2012

LÊN MEN DỊCH ĐƯỜNG

Các giai đoạn cần thực hiện:

Chuẩn bị môi trường dinh dưỡng

Nhân giống trong phòng thí nghiệm

Nhân giống trong sản xuất

Lên men

Tiệt trùng Phân phối vào dụng cụ

Điều chỉnh pH Lọc

-T o = 48 -53 o C, t=20-30 -T o = 60 - 62 o C, t=30’

-T o = 70 - 72 o C, t=20’

pH = 4.5 – 5.0

31/12/2012

Nhân giống trong phòng thí nghiệm

Lượng dịch trong bình Nồng

độ,

%

pH Nhiệt độ, oC Thời gian,

giờTrong ống nghiệm 10 ml

Nhân giống trong sản xuất

 Phương pháp gián đoạn

 Phương pháp bán liên tục

 Phương pháp liên tục

LÊN MEN DỊCH ĐƯỜNG TỪ

NGUYÊN LIỆU TINH BỘT

Lên men gián đoạn:

Đặc điểm:Quá trình lên men diễn ra trong một thùng

Quy trình lên men:

Vệ sinh thùng, ống dẫn, van

Thanh trùng bằng hơi nước ở nhiệt độ 95 – 1000C trong 50 –

60 phút

Sau đó làm lạnh đến 300C

Lúc này men giống và dịch đường được đổ song song vào

Nhiệt độ lên men nhỏ hơn 330C

Quá trình lên men về cuối có nhiệt độ phải là 280C

Ưu điểm:dễ xử lý khi bị nhiễm, tuy nhiên năng suất thấp

Lên men cấp 1 (2 thùng)  Lên men cấp 2  Lên men chính

từ 8 – 10 thùng

Thùng lên men cấp I có dung tích bằng 25 – 30% so với thùng

lên men cấp II

Thùng lên men cấp II có dung tích bằng 30 – 60% so với thùng

Vệ sinh thiết bị

Các dung dịch thường sử dụng để làm vệ sinh thiết bị:

Formalin; Clorua vôi; Fluosilicat natri 1 – 2%o

Ngoài ra cần thanh trùng bằng hơi nước (100oC, 30’),

lượng hơi sử dụng khoảng 10 – 12kg/m3/thùng

Nếu không có điều kiện dùng hơi có thể đốt lưu

huỳnh với hàm lượng 10g/m3/ thùng Khi đốt cần đậy

kín thiết bị.

31/12/2012

77

LÊN MEN DỊCH ĐƯỜNG TỪ

NGUYÊN LIỆU MẬT RỈ

Lên men gián đoạn theo sơ đồ một nồng độ:

_ Vệ sinh và thanh trùng thùng lên men

_ Cho 10% men giống vào và cho từ từ dịch đường có

nồng độ 20 – 22%

_ Lên men 40 – 48 giờ

_ Nhiệt độ lên men 30 – 32oC

_ Mỗi ca sản xuất cần kiểm tra nồng độ dịch đang lên

men, độ chua và vi sinh vật

_ Nồng độ biểu kiến cuối lên men có thể từ 0 đến 4,5 –

6%

31/12/2012

Lên men gián đoạn theo sơ đồ hai nồng độ (pha dần)

_ Cho 10% men giống vào thùng

_ Cho từ từ mật rỉ loãng 12 – 14% sao cho 3 giờ thì đầy tới

50% thùng lên men

_ Cho từ từ rỉ đường đặc 30 – 32% với tốc độ sao cho 3 – 4

giờ thì đầy thùng

_ Theo dõi và kiểm tra nồng độ dịch đang lên men, độ chua

và vi sinh vật

 Lên men theo sơ đồ hai nồng độ luôn đạt hiệu quả cao

hơn từ 0,5 – 1% so với sơ đồ một nồng độ.

Các yếu tố ảnh hưởng quá trình lên

Các sự cố xảy ra trong quá trình

lên men

• Lên men chậm: nhiệt độ, dưỡng chất, men

giống

• Độ acid tăng nhanh: vi khuẩn sinh acid

• Sinh màng: vi khuẩn sinh màng

• Lên men quá nhanh: nhiệt độ, vi khuẩn

80 31/12/2012

XỬ LÝ DỊCH LÊN MEN

Hỗn hợp thu được sau lên men gọi là giấm chín Trong

giấm chín có rất nhiều thành phần: chủ yếu là cồn etylic.

Ngoài ra còn có este, aldehyd, một số alcol cao phân tử

(dầu fusel), tinh bột, dextrin, acid hữu cơ, khoáng.

LỌC: thu lấy dịch.

CHƯNG CẤT THƠ: thu được cồn thô, cồn sản phẩm và

dầu fusel

Tạp chất trong cồn thô - Aldehyd

Tạp chất trong cồn thô - Este

Tạp chất trong cồn thô - Acol

Tạp chất trong cồn thô - Acid

Hàm lượng ester tính theo acetat etyl, mg/l ≤ 30 50

Hàm lượng dầu fusel tính theo alcol

90 31/12/2012

QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT

Chưng luyện gián đoạn

Chưng cất:

Thời gian cất: 6 – 8h

Năng suất thấp

Tốn năng lượng

Nồng độ không ổn định

31/12/2012

95

 Giai đoạn 1: xử lý bằng hóa chất:

NaOH (khử acid dùng để tạo muối không bay hơi)

KMnO4và NaOH có tác dụng khử aldehyd

 Pha loãng cồn thô tới nồng độ khoảng 50%V

 Dùng dung dịch NaOH 10% cho vào rồi khuấy đều, điều chỉnh

tới pH = 8,5 – 9

 Dùng dung dịch KMnO42% cho vào cồn thô và khuấy đều cho

tới khi xuất hiện màu hồng đậm

31/12/2012

 Giai đoạn 2: Tinh chế

Tinh chế:

31/12/2012

98

Chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn,

luyện liên tục

 Sản phẩm tạo thành gồm:

 Cồn đầu nhiều tạp chất, tách riêng Chỉ dùng để pha

vecni, làm cồn đốt, sát trùng hoặc đem đi xử lý lại

 Cồn sản phẩm

 Dầu fusel

31/12/2012

Sơ đồ quy trình chưng luyện bán liên tục:

Làm vang quả hỗn hợp, vang cẩm, vang nếp.

Sản xuất rượu mạnh: Lúa mới, Hoàng đế

Sản xuất rượu phổ thông

 Sử dụng trong y học, dược phẩm

 Sử dụng làm dung môi hữu cơ

 Sử dụng trong công nghệ sản xuất nước hoa

 Dùng làm nguyên liệu sản xuất acid acetic, aldehyd

acetic, etylacetat, etylclorua, và các hợp chất hữu cơ

khác

 Sử dụng trong sản xuất cao su tổng hợp

31/12/2012