Thiết kế quy trình công nghệ sản xuất cồn công nghiệp lấy nguồn nguyên liệu từ sắn lát với năng suất 20.000 lítngày” bằng phương pháp lên men liên tục.

Trên cơ sở đó mà nhóm chúng tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế quy trìnhcông nghệ sản xuất cồn công nghiệp lấy nguồn nguyên liệu từ sắn lát với năng suất20.000 lít/ngày” bằng phương pháp l

LỜI NÓI ĐẦU

Từ xa xưa loài người đã biết sản xuất ra rượu etylic làm đồ uống Ngày naynghề làm rượu – cồn đang phát triển và chiếm tỷ lệ khá lớn trong các ngành kinh tếquốc dân

Trong tiến trình hội nhập và phát triển, ngành công nghiệp Việt Nam đangtạo ra những bước ngoặt mới làm thay đổi bộ mặt nền kinh tế Công nghiệp nóichung và công nghiệp sản xuất thực phẩm nói riêng đang từng bước đổi mới vềcông nghệ để tạo ra những sản phẩm có chất lượng tốt nhất, đáp ứng tối đa nhu cầuthị hiếu

Một trong những ngành công nghiệp đang phát triển, đóng góp vào ngânsách nhà nước một khoản không nhỏ là ngành sản xuất các sản phẩm lên men.Trong số đó phải kể đến ngành công nghiệp sản xuất rượu cồn

Hầu hết các nước trên thế giới đều dùng cồn để pha chế rượu và cho các nhu

cầu khác như: y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác

Chính sự cần thiết đó mà nền công nghiệp sản xuất cồn đã đem lại thu nhậpđáng kể Vì thế việc xây dựng một nhà máy sản xuất rượu cồn là rất phù hợp vớiđiều kiện hiện nay

Trên cơ sở đó mà nhóm chúng tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế quy trìnhcông nghệ sản xuất cồn công nghiệp lấy nguồn nguyên liệu từ sắn lát với năng suất20.000 lít/ngày” bằng phương pháp lên men liên tục

Chương I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT

I Cơ sở lý thuyết

1 Sơ lược về sản xuất cồn rượu

Rượu với tư cách là đồ uống rất đa dạng và có nhiều mẫu mã khác nhau Nóichung, người ta có thể chia thành rượu mạnh (khoảng trên 400 cồn), rượu thôngthường (khoảng 30-400 cồn), rượu nhẹ (dưới 300 cồn) Ở các nước Phương Tâyngười ta sản xuất rượu trắng được gọi là Vodka, như ở Nga và một số nước khác,rồi chứa trong thùng gỗ sồi thường có màu nâu vàng nhạt đến màu nâu sẫm với cáchương vị khác nhau và có tên gọi khác nhau Tình hình tiêu thụ các loại rượu trênthế giới có thể tới 4-6 lít/người/năm chưa tính bia và rượu vang

Ngoài công dụng làm đồ uống, rượu cồn etylic còn có khả năng làm nguyênliệu cho một số ngành kinh tế quan trọng: làm dung môi hữu cơ, nhiên liệu, dùngtrong y tế, tong mỹ phẩm như pha nước hoa, trong dược để trích ly các hoạt chấtsinh học, sản xuất acid axetic và giấm ăn, sản xuất các loại este có mùi thơm, trongcao su tổng hợp và nhiều hợp chất khác…Đặc biệt với khả năng dùng làm nhiênliệu (chất đốt) của cồn tuyệt đối hứa hẹn cho một ngành công nghiệp sản xuất cồnnhiên liệu tái sinh – một viễn cảnh sáng sủa và rộng lớn

2 Nguyên liệu sản xuất cồn

Trên thực tế để sản xuất cồn Etylic về nguyên tắc có thể dùng bất kỳ nguyên

liệu nào chứa đường hoặc Polysaccarit sau thuỷ phân sẽ biến thành đường và lênmen được Do đó ta có thể dùng cả nguyên liệu giầu Xenluloza để thuỷ phân thànhđường Tuy nhiên dùng nguyên liệu này kém hiệu quả kinh tế Trong thực tế điềukiện sản xuất ở nước ta chỉ dùng nguyên liệu từ mật rỉ hay các chất có hàm lượngtinh bột cao như: khoai, săn, ngô, gạo…

 Từ tinh bột:

Được sử dụng nhiều nhất là từ cây sắn vì sắn có hàm lượng tinh bột nhiềunhất Cây sắn có tên khoa học là Manihot esculenta Crantz là loại cây lương thực

ăn củ, thuộc họ thầu dầu Euphorbiaceae Cây sắn cao 2 – 3m, đường kính tán 50 –100cm Lá khía thành nhiều thùy, có thể dùng để làm thức ăn chăn nuôi cho giasúc Rễ ngang phát triển thành củ và tích lũy tinh bột Củ dài 20 – 50cm, khi luộcchin có màu trắng đục, hàm lượng tinh bột cao Sắn luộc chín có vị dẻo, thơm đặctrưng Săn có thời gian sinh trưởng dao động từ 6 – 12 tháng, có nơi 18 tháng, tùythuộc vào giống, vụ trồng, đất trồng và mục đích sử dụng…

 Mật rỉ:

Cây mía sau khi thu hoạch được cắt bỏ lá Thân mía được nghiền hoặc cắtnhỏ rồi ép lấy nước Đun sôi nước để cô đặc, đến khi tạo nên các tinh thể đường.Các tinh thể đường được tách ra và phần mật mía tiếp tục được cô Sau khoảng 3lần cô đặc, hầu như không thể tạo thêm các tinh thể đường bằng các biện phápthông thường, chất lỏng còn lại chính là rỉ mật hay rỉ đường

Khoảng 75% tổng lượng rỉ mật của thế giới có nguồn gốc từ mía

(Saccharum officinarum), gần 25% từ củ cải đường (Beta vulgaris) Nói chung, sản

lượng rỉ mật bằng khoảng 1/3 sản lượng đường sản xuất, khoảng 100 tấn cây míađem ép thì có 3-4 tấn rỉ mật được sản xuất

Trong rỉ đường mía còn một lượng đường nhỏ Không giống nhưtrong đường tinh luyện, rỉ đường chứa một lượng vết vitamin và một lượng đáng

kể một số chất khoáng như canxi, magie, kalivà sắt, mỗi thìa cà phê rỉ mật có thểcung cấp 20% giá trị hàng ngày cần thiết đối với các khoáng chất này Rỉ đườngđược sử dụng trong chế biến thực phẩm và dùng để sản xuất cồn etylic cũng nhưlàm thức ăn cho trâu bò

 Việt Nam vốn là một nước nông nghiệp với số dân trên 80 triệu người.Trong đó hiện có khoảng 5% hộ đói và 20% hộ nghèo Cây sắn là nguồn thu nhập

chủ yếu của các hộ nghèo Trước đây, người dân trồng sắn chủ yếu là dùng làmnguồn lương thực Nhưng bây giờ kinh tế phát triển đời sống người dân càng đượcnâng cao, khoa học kĩ thuật tiên tiến hơn nên cây sắn còn là một nguồn nguyên liệudồi dào để sản xuất rượu.

Diện tích trồng sắn tại một số tỉnh lớn tính đến ngày 15/6/2013 (ha)

Do đó, trong đồ án này chúng tôi sử dụng nguồn nguyên liệu từ sắn lát Đây

là nguồn nguyên liệu dồi dào với sản lượng lớn ở nước ta, sắn là loại cây dễ trồngthích hợp với đất gò, đồi Sản lượng sắn tương đối ổn định và cao, củ sắn nhiềutinh bột nên sản lượng tinh bột trên một đơn vị diện tích là khá lớn đồng thời giánguyên liệu để sản xuất ra một lít cồn từ sắn cũng tương đối thấp so với các nguồnnguyên liệu khác Đó là yếu tố thuận lợi ban đầu khi thiết kế nhà máy bởi sắn đápứng được yêu cầu sau:

+ Hàm lượng tinh bột cao, có khả năng đem lại hiệu quả kinh tế cao

+ Vùng nguyên liệu tập trung đáp ứng đủ cho nhu cầu sản xuất

3 Thành phần hoá học của củ sắn

Củ sắn gồm 3 thành phần chính: vỏ, thịt củ và lõi Ngoài ra còn cuống và rễcủ

- Vỏ gồm 2 phần: Vỏ gỗ ở bên ngoài, cấu tạo chủ yếu là xenluloza, thườngchiếm khoảng 1,5 – 2% khối lượng củ, vỏ cùi cũng cấu tạo từ xenluloza nhưngtrong vỏ cùi còn có mủ sắn là các polyphenol của củ sắn nằm ở đây.

- Thịt củ chứa nhiều tinh bột, ít protein và một lượng dầu, lượng polyphenol ởđây chỉ chiếm khoảng 10 - 15%, nhưng các polyphenol gây trở ngại khi chế biến,đặc biệt là để sắn chảy mủ sẻ làm cho bột sắn biến màu, thay đổi mùi vị khó ăntrực tiếp khi luộc, khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô sắn lát hoặc sắn bột

- Lõi sắn: nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài Thành phần lõi chủ yếu làxenluloza, có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thờigiúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô

Bảng thành phần hoá học của củ sắn (calo/100gr):

Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Iro

Trong củ sắn có một hợp chất độc là phazeolumatin gồm 2 glucozit:linamarin và lotraustralin Hàm lượng chất này có vào khoảng 0,001 – 0,04 mg%chứa chủ yếu trong vỏ cùi Bình thường phazeolumatin không độc, nhưng khi bịthuỷ phân giải phóng ra HCN, gây độc Khi hàm lượng HCN tới 50 – 100 mgngười ăn sẽ bị ngộ độc, cao hơn có thể dẫn đến tử vong Để tránh ngộ độc trướckhi ăn cần phải ngâm và bóc vỏ cùi Nhưng khi sắn thái lát phơi khô thì giảm đáng

kể lượng HCN Ngoài ra sắn còn chứ một lượng vitamin Các vitamin trong sắnthuộc nhóm B, như B1, B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, B6 0,006 mg% Các vitaminnày sẽ mất một phần khi chế biến và khi sản xuất rượu

Ở nhà máy sản xuất theo công nghiệp nên sắn lát khô được nghiền nhỏ, phốitrộn với nước, nấu thành cháo rồi đem vào đường hoá

Yêu cầu của sắn khô được chọn làm nguyên liệu:

+ Sắn trắng thơm, không có mùi móc

+ Hàm lượng tinh bột đạt trên 63%

4 Nước và một số chất phụ gia khác

 Nước : nước dùng cho sản xuất rượu không cần yêu cầu cao nên vừa giảmđược chi phí xử lí vùa phù hợp cho nấm men phát triển Nước được sủ dụng để:

+ Xử lí nguyên liệu+ Nấu nguyên liệu+ Pha loãng dung dịch+ Vệ sinh thiết bị…

 H2SO4: tên thường gọi là acid sunfuric, có khối lượng phân tử là 98,076g/mol, ở trạng thái dung dịch acid sunfuric không màu, không mùi, nhiệt độ sôi

3380C (acid 98%), ngiệt nóng chảy 100C, tỉ trọng 1,84 g/mol H2SO4 dùng trongcông đoạn đường hoá các nguyên liệu dạng bột khí

 Enzym amylase : là một hệ enzyme rất phổ biến trong thế giới sinh vật Cácenzyme này thuộc nhóm thuỷ phân, làm xúc tác phân giải liên kết nội phân tửnhóm polysaccharide với sự tham gia của nước Có 6 loại enzyme và được xếp vào

2 nhóm chính: endoamylase (enzyme nội bạo) và exoamylase (enzyme ngoại bào)

Trong dây chuyền sản xuất người ta dùng enzyme amylase chuyển tinh bột thànhđường và quá trinh mang yế tố quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi sản phẩmcồn.

 NaOH : tên thường gọi là xút hay xút ăn da, có tỷ trọng 1,829 g/cm3, nhiệtsôi 61,80C, nhiệt nóng chảy 65,10C NaOH được dùng để kiểm tra dịch đườngthông qua phương pháp chuẩn độ

5 Các tính chất của cồn etylic

Etylic còn được biết đến như là rượu ngũ cốc hay cồn, là một hợp chất hữu

cơ, nằm trong đồng đẳng của rượu metylic, là một trong các rượu thông thường cótrong thành phần của đồ uống có cồn Trong cách nói dân dã, thường được nhắcđến một cách đơn giản là rượu

 Tính chất vật lý

Cồn etylic nguyên chất là một chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùithơm đặc trưng, có vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi, dễ cháy Rượu hoà tantrong nước ở bất kì tỷ lệ nào, có kèm theo các hiện tượng toả nhiệt và co thể tích.Rượu hoà tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH…, và nhiềuchất khí: H2, N2, O2, SO2, CO…, hoà tan được nhiều chất hữu cơ, nhưng không hoàtan được tinh bột disaccharit…

Các thông số vật lý của rượu etylic nguyên chất:

+ Tỷ trọng: d420= 0,7894, d415= 0,7942…

+ phân tử lượng: 46,03

+ Nhiệt sôi: 78,320C ở áp suất 760mmHg, nhiệt bắt lửa 1200C

+ Nhiệt dung riêng: 0,548 Kj/kg.độ (ở 200C) và 0,769 Kj/kg.độ (ở

600C)

+ Năng suất toả nhiệt: 6642  7100 Kj/kg.độ

 Tính chất hoá học

Công thức hoá học của rượu etylic là C2H5OH hay CH3-CH2-OH, viết gọn là

C2H6O Do cấu trức phân tử rượu gồm hai thành phần: gốc etyl và nhóm hydroxuynên tính chất hoá học của rượu phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần trên

b Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ.

Trong trường hợp này rượu etylic được coi như một acid yếu và có nhữngphản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo thành muối alcolat

2 C2H5OH + 2M 2 C2H5OM + H2

Alcolat kiềm2C2H5OH + 2Na 2C2H5ONa + H2

- Đối với acid hữa cơ tạo thành este thơm

C2H5OH + CH3COOH C2H5COOCH3 (etyl axetal) + H2O

- Đối với acid vô cơ tạo thành este (muối) phức tạp

C2H5OH + HNO3 C2H5NO3 (etyl nitrat) + H2O

Hoà bộtNghiềnSắn

e Rượu etylic và oxit sắt tạo thành aldehyt axetic.

Phản ứng xảy ra như sau:

dụng của các vi khuẩn Mycoderma axeeti, Micrococcus axeeti, Bactenum axeeti,

dung dịch rượu  15%V sẽ bị lên men giấm

Rượu etylic nguyên chất có tác dụng kích thích tế bào da, nhất là đối với bộphận niêm mạc, có tác dụng rõ rệt đối với hô hấp và tuần hoàn, hệ thần kinh và bộmáy tiêu hoá Sự kích thích gây mê, hưng phấn thần kinh gọi là hiện tượng sayrượu, ngược lại người ta có thể dùng rượu để kích thích hồi tỉnh người bị ngất độtngột

II Dây chuyền sản xuất

Sơ đồ khối

Dầu fusel

Cồn t

hực phẩm

Cồn công nghiệp

Chưng cất, tinh chếLên menĐường hoá

1 Nghiền nguyên liệu.

a Mục đích

Nghiền làm phá vở cấu trúc màng tế bào thực vât, tạo điều kiện giải phóngcác hạt tinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp

cho quá trình trương nở, hoà tan tốt hơn Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu đườnghoá, tiết kiệm hơi, nâng cao hiệu suất thu hồi rượu.

b Các phương pháp

Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau như:máy nghiền búa, nghiền trục, nghiền đĩa, nghiền siêu tốc…

c Yêu cầu bột sau khi nghiền

Bột nghiền càng mịn càng tốt, kích thước bột đồng đều, tối thiểu phải có60% bột mịn lọt qua rây có đường kính 1mm và 10% nằm trên rây có đường kính2mm

b Phương pháp

- Bơm nước ấm khoảng 400C vào thùng hoà bột với tỉ lệ 4 nước: 1 bột

- Bật cách khuấy và tiến hành xả bột xuống thùng để tránh vón cục

- Bơm thêm dịch giấm chin của mẻ trước để điều chỉnh pH= 5  6

- Thời gian mỗi mẻ hoà bột thường 15  30 phút

3 Nấu

a Mục đích

Hạt tinh bột do có màng tế bào bảo vệ, khi nghiền chỉ phá vở được một phầncác màng đó, phần còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc giữa enzyme và tinh bột khiđường hoá Hơn nữa, ở trạng thái không hoà tan enzyme amylaza tác dụng lên tinhbột rất kém Do vậy, để đường hoá tinh bột dễ dàng cần tiến hành nấu nguyên liệu

để chuyển tinh bột sang trạng thái hoà tan

b Các phương pháp nấu

Nấu gián

đoạn

- Thực hiện trong 1 nồi

- Áp suất, nhiệt độ cao,thời gian nấu dài

- Tốn ít vật liệu chếtạo thiết bị

- Thao tác vận hànhđơn giản

- Dễ vệ sinh và sữachữa

- Không tận dụngđược hơi thứ

- Tổn thất đường,tạo nhiều sảnphẩm phụ

- Thời gian dài làm

ăn mòn thiết bị

- Năng suất thấp

Nấu bán

liên tục

- Thực hiện 3 bước: nấu

sơ bộ, nấu chin, nấuchin thêm

- Nấu sơ bộ và nấu thêm

là gián đoạn, chin thêm

là liên tục

- Áp suất và thời giannấu gián đoạn

- Giảm tổn thấtđường nên tănghiệu suất lên7lít/tấn

- Tận dụng được hơithứ

- Năng suất thiết bịtăng so với nấu giánđoạn

-Tốn nhiều kim loại

để chế tạo thiết bị.-Thiết bị cồng kềnhchiếm nhiều diệntích

-Khó vệ sinh

-Nhiệt nấu chin caonên tạo các sảnphẩm không mongmuốn

Nấu liên tục - Gồm 3 giai đoạn: nấu

sơ bộ nấu chín, nấu

- Tận dụng đượcnhiều hơi thứ nên

-Yêu cầu nghiêmngặt về kích thước

chín thêm, cuối cùng làthiết bị tách hơi.

- Thiết bị nấu chín làtrao đổi nhiệt ngượcchiều đi từ dưới lên,cháo nhiệt đi từ trênxuống

- Thời gian nấu được rútngắn

giảm được chi phíhơi khi nấu

- Thời gian nấu đượcrút ngắn

- Dễ cơ khí và tự độnghoá

- Tốn ít nhân lực do tựđộng hoá cao

- Năng suất cao

bột nghiền

-Yêu cầu vận hành,thao tác, sữa chữacần kĩ thuật cao.-Yêu cầu về điệnnước đầy đủ và ổnđịnh

Quá trình nấu thực hiệntrong một nồi

- Cấu tạo thiết bị đơngiản, dễ chế tạo,không đòi hỏi thiết

bị chịu áp lực cao

- Dễ thao tác vậnhành, dễ vệ sinh, sữachữa khi cần

- Năng suất tăng cao

- Ít tiêu hao nănglượng

- Tránh được hiệntượng lão hoá tinhbột

-Kích thước bộtnghiền phải nhỏkhoảng 1mm

-Không cơ khí và tựđộng hoá được

4 Đường hoá

a Mục đích

Sau khi nấu, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hoà tannhưng chưa thể lên men trực tiếp được mà phải qua quá trình thuỷ phân chuyểnhoá tinh bột thành đường, gọi là quá trình đường hoá Nó đóng vai trò rất quantrọng trong công nghệ sản xuất cồn, quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu dogiảm bớt hoặc gia tăng đường và tinh bột sót sau khi lên men

Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thuỷ phân tinh bột thì vấn đề quantrọng trước tiên là chọn tác nhân đường hoá

b Tác nhân đường hoá

- Dùng acid HCl hay H2SO4: phương pháp này ít dùng vì giá thành cao màhiệu suất thu hồi thấp

- Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): một số nước châu Âu vẫn còndùng phương pháp này

- Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: phương pháp này đượchầu hết các nước sử dụng khi sản xuất cồn

Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấmmốc, mấy năm gần đây có mua phế phẩm amylaza của hang Novo Đan Mạch

c Các phương pháp đường hoá

Đường hoá gián đoạn Đường háo liên tục Đặc điểm - Tất cả các quá trình diễn ra trong 1

nồi duy nhất

-Quá trình được thực hiệntrong các thiết bị khácnhau, dịch cháo và dịchamyaza liên tục đi vào hệ

thống, dịch đường liêntục đi sang bộ phận lênmen.

Ưu điểm

- Thiết bị đơn giản dễ chế tạo

- Dễ thao tác, vận hành, sữa chữa

- Hoạt độ enzyme ít bị mất do ít tiếpxúc với nhiệt độ cao

-Thời gian ngắn, tăngcông suất thiết bị

-Dịch cháo ít bị lão hoá vìdịch cháo được làm lạnhtức thời

-Hoạt tính amylaza ít bị

vô hoạt

-Dễ cơ khí và tự độnghoá

d Chọn phương pháp đường hoá

Trong hai phương pháp trên, đường hoá liên tục có nhiều ưu điểm hơn, tuynhiên công suất lại không lớn, và điều kiện kinh tế kỹ thuật của nước ta không cao

nên việc thiết kế một dây chuyền liên tục và tự động hoá hoàn toàn là không thể, vìthế nhóm chúng tôi lựa chọn phương pháp đường hoá gián đoạn Mặt khác, trongcông đoạn nấu đã lựa chọn phương pháp liên tục nên cũng đã khắc phục một sốnhược điểm của nấu gián đoạn.

Đây cũng là phương pháp được áp dụng ở hầu hết các nhà máy ở nước ta

b Các phương pháp lên men

Lên men

gián đoạn

- Quá trình diễn ra trongmột thiết bị duy nhất, thờigian kéo dài

Thiết bị đơn giản,

dễ chế tạo

Dễ vận hành, thaotác cho người côngnhân

Dễ vệ sinh sữachữa

Năng suất thấp.Hiệu suất lên menthấp

Thời gian lên mendài so với cácphương pháp khác

Lên men

liên tục

- Dịch đường và men giốngliên tục đi vào và dịchgiấm chín liên tục đi ra

Dịch đường phải đi quacác thùng men Nhiệt lênmen thấp hơn lên mengián đoạn

- Hiệu suất tăng

- Dễ cơ khí và tựđộng hoá

- Thời gian lên menđược rút ngắn

- Hạn chế đượcnhiễm tạp khuẩn

- Nếu nhiễm tạp rấtkhó xử lý

- Vệ sinh, sữa chữathiết bị cần có kếhoạch cụ thể

- Yêu cầu kỹ thuậtcao, điện nước ổn

- Chất lượng giấmchín ổn định.

- Tăng nhanh quátrình lên men nênrút ngắn được thờigian

- Hệ số sử dụngthiết bị được nângcao

- Tế bào nấm menliên tục sinh sản

- Thao tác phứctạp, yêu cầu theodõi chặt chẽ hơn

- Lắp đặt phức tạp

c Chọn phương pháp lên men

Dựa vào các ưu nhược điểm trên chúng tôi chọn phương pháp lên men liêntục vì nó có nhiều ưu điểm cho quá trình sản xuất liên tục

6 Chưng luyện và tinh chế

a Mục đích

Chưng luyện chia làm hai công đoạn nhỏ là chưng cất và tinh chế

+ Chưng cất: là quá trình tách rượu và tạp chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín

và cuối cùng nhận được cồn thô

+ Tinh chế: là tách cá tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn vàcuối cùng nhận được cồn tinh chế

b Các phương pháp chưng luyện

 Chưng luyện gián đoạn.

Ưu điểm:

- Đơn giản, dễ thao tác

- Tốn ít thiết bị

- Nhược điểm:

- Hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều

- Tốn thời gian do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng

tụ của cồn thô

- Thời gian cất kéo dài

 Phương pháp chưng luyện bán liên tục (chung gián đoạn, luyện liên tục).

Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chung cất và tinh chếgián đoạn nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao

 Phương pháp chưng luyện liên tục.

Chưng cất liên tục khắc phục được những nhược điểm trên của chung cấtgián đoạn và đảm bảo hiệu quả kinh tế cao hơn Chưng luyện liên tục có thể thựchiện theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp Trên các sơ đồ người ta lạichia thành chưng luyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa giántiếp vừa trực tiếp)

 Hệ thống 2 tháp gián tiếp 1 dòng.

Hệ thống này tuy có tiên tiến hơn hệ thống chưng luyện gián đoạn và bán liên tụcnhưng chất lượng cồn chưa cao, hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồnđầu

 Hệ thống 3 tháp gián tiếp.

Hệ thống cho phép nhận 70 80% cồn loại I theo TCVN 71, 30 20% cồn loại II,

3 5% cồn đầu

Hệ thống gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và

ổn định, nhưng tốn hơi

Hệ thống vừa gián tiếp vừa trực, hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơinhưng đòi hỏi tự động hoá tốt và chính xác

 Hệ thống chưng luyện 3 tháp và 1 tháp fusel.

Hệ thống này khác vơi hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn(khoảng 10%) rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel

Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách fusel triệt để hơn nhưng

có nhược điểm là tổn thất rượu etylic trong dầu

 Hệ thống chưng luyện bốn tháp (thêm một tháp làm sạch).

Cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm lạnh mà được đưa vào tháplàm sạch để tách tạp chất đầu và cuối do vậy chất lượng cồn được nâng cao

 Ngoài ra ở một số nước người ta thiết kế hệ thống chưng luyện gồm 5 hay 6tháp Hệ thống có ưu điểm là tách được nhiều tạp chất và nhận được cồn có chấtlượng cao hơn và ổn định hơn Tuy nhiên, nhiều tháp gây nhiều tốn kém như tốnvật liệu chế tạo thiết bị, tốn hơi, tổn thất rượu nhiều

c Chọn phương pháp chưng luyện

Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật và qua thực tiễn người ta nhận thấyrằng, trong điều kiện sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột, hệ thống 3 tháp chophép nhận cồn có chất lượng cao Để ởn định chất lượng chỉ cần bổ sung thêm 1tháp làm sạch khi phải sử dụng nguyên liệu chất lượng không tốt Vì vậy trong đồ

án này chúng tôi chọn hệ thống chưng luyện 3 tháp làm việc gián đoạn

Thông số đảm bảo cho các tháp làm việc:

Tháp thô Tháp aldehyt Tháp tinh Đỉnh tháp 93  970C 78  78,30C 78  78,30C

Đáy tháp 103  105 0C 85  88 0C 103  105 0C

III Sơ đồ công nghệ

Từng mẻ sắn được vận chuyển tới phiễu chứa Tại đây, nguyên liệu đượcguồng tải chuyển tới xylon chứa sắn chưa nghiền, trong đó có cân định lượng đểxác định lượng nguyên liệu trong một mẻ

Sắn được chuyển xuống máy búa (1) Và được nghiền theo đứng kích thướcnhất định (khoảng 1mm)

Sắn sau khi nghiền được đưa vào máy sàng (2) nhờ trọng lực, những phần tửlớn được sang loại bỏ và được hệ thống bang tải đưa trở lại máy nghiền

Bột sau khi ra khỏi máy sang được chuyển đến xylon (3), bột sắn với trọnglượng nhỏ sẽ được quạt thổi lên đỉnh xylon và sau đó đưa vào thùng trộn Nhũnghạt cát với tỉ trọng lớn hơn sẽ rơi xuống đáy của xylon

Ở thùng trộn (4), nước được đưa vào theo tỉ lên (nước : bột = 4:1), giấm chín

từ mẻ trước được bơm (6) vào thùng để điều chỉnh pH và tạo điều kiện cho nấmmen phát triển tốt Dưới tác dụng của cách khuấy, bột được hòa tan trong nước tạodung dịch có nồng độ, sau đó được bơm đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt để nângnhiệt độ của dịch lên 50-550C nhờ nhiệt của dòng nóng từ đáy thùng lắng Sau đódịch bột được đưa vào đỉn7 h nồi nấu sơ bộ (5) Hơi nước nóng được dẫn vào nồi

để gia nhiệt cho quá trình nấu, dịch từ nồi nấu sơ bộ được bơm đưa sang nồi nấuchín (9)

Hệ thống gồm bốn nồi nấu, bên trong tháp có vách ngăn, có lớp cách nhiệtbọc bên ngoài, dưới đáy có hệ thống van xã ống tháo cặn khi làm vệ sinh Trongquá trình nấu vật liệu được cung cấp thêm nhiệt bởi dòng khí nóng được gắn phíatrên tháp, dòng vật liệu được chuyển từ tháp này sang tháp khác nhờ hệ thống ốngchảy tràn, dòng vật liệu ra khỏi hệ thống nấu đạt nhiệt độ khoảng 103-105 0C và

tiếp tục đưa sang thùng tách khí (10), sau đó xuống thùng lắng (11), qua trao đổinhiệt (12) đi vào thùng đường hóa (13).

Trong quá trình nấu có sự sinh sản ra các hợp chất làm ảnh hưởng đến chấtlượng sản phẩm ví dụ như: aldehyde, các acide, chất khí dễ bay hơi… khi vật liệuqua thùng tách khí một phần các tạp chất trên sẽ được quạt hút ra ngoài các ốngdẫn khí đến hệ thống xử lý khí

Enzyme Amylaza được đưa vào bồn chứa (15), qua bộ phận chia dòng (14),khoảng 30 % được đưa vào thùng đường hóa cấp I, 70% qua máy bơm vào thùngđường hóa cấp II

Áp suất làm việc của thùng đường hóa là 0.2 kg/cm2, nhiệt độ 58-59 0C.Dịch cháo từ thùng đường hóa I cùng với 70% Enzyme Amylaza được đưa vàothùng đường hóa II Thời gian đường hóa cấp I trong khoảng 20 phút, cấp IIkhoảng 10 phút để tránh mất hoạt tính của Enzyme Amylaza

Dịch lỏng sau khi đường hóa được đưa qua thiết bị trao đổi nhiệt hạ nhiệt độxuống 220C rồi qua thiết bị chia dòng, ở đây dòng vào sẽ được phân chia thành 2dòng:

+ Dòng thứ nhất chiếm khoảng 10% dòng đầu đưa vào thùng đường hóa(17) để đảm bảo lượng đường hóa chứa trong dịch từ 60 g/l trở lên, sau đó đượcbơm vào thùng men giống I (16) Đầu tiên ta tiến hành nhân giống trong phòng thínghiệm để đảm bảo điều kiện tốt nhất cho nấm men phát triển Khi men giống đủ

số lượng yêu cầu (khoảng 10 lít) ta tiến hành sản xuất men giống với số lượng lớn.Men giống được đưa vào thùng men giống, môi trường nuôi cấy nấm men được lấy

từ dịch đường trong thùng đường hóa thêm Hơi nước được đưa vào để gia tăngquá trình phát triển của nấm men, nhiệt độ tối ưu cho nấm men phát triển là 28-32

0C, do đó trong quá trình nuôi cấy nấm men, để đảm bảo nhiệt độ tối ưu người tadội nước làm mát quanh thân nồi Sau đó được chuyển xuống thùng men giống cấp

II (18), và sau 5-8h tháo 50% ở thùng men giống nấm men xuống thùng lên menphụ (19).

+ Dòng thứ hai khoảng 90% khối lượng dòng ban đầu theo ống dẫn liệu quatrao đổi nhiệt xuống thùng lên men phụ (19)

Trong thùng lên men phụ (19), hỗn hợp dịch đường được trộn đều nhờ hoạtđộng của cách khuấy, để đảm bảo nồng độ chất khô trong thùng người ta thêmnước vào để làm loãng dịch cháo, tăng khả năng lên men của nấm Lúc này nấmmen tiếp tục phát triển còn sự lên men chưa diễn ra mạnh mẽ Hỗn hợp dịch tiếptục đưa xuống hệ thống thùng lên men chin (20)

Hệ thống này gồm hai dãy hoạt động luân phiên nhau, mỗi dãy gồm bốn nồi,khi dãy này tiếp liệu thì dãy khi thực hiện quá trình lên men và ngược lại Ở đâylượng oxi cạn dần, quá trình hô hấp của tế bào nấm men yếu dần, tương ứng vớiquá trình lên men xảy ra mạnh mẽ Đây là giai đoạn lên men chín Trong giai đoạncuối lượng đường trong môi trường nghèo đi, quá trình lên men yếu dần, nồng độrượu tăng dần cho đến khi quá trình lên men kết thúc

Trong suốt quá trình lên men phải khống chế nhiệt độ 30-32 0C bằng cáchbơm dịch đường qua trao đổi nhiệt rồi tuần hoàn lại thùng Quá trình đó được lặp

đi lắp lại nhiều lần cho đến khi quá trình lên men kết thúc Sau đó giấm chín đượcbơm đưa lên thùng cao vị (21)

Giấm chín được bơm lên thùng cao vị (21), sau đó tự chảy vào bình hâmgiấm Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt độ 70-

800C rồi chảy qua bình tách CO2 rồi vào tháp thô (23) Khí CO2 và hơi rượu baylên được ngưng tụ ở bình ngưng tụ hồi lưu (26), rồi sang tháp aldehyde (26), thápthô được đun nóng bằng hơi trực tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trênxuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện, ở dưới đáy tháp thô (23),nồng độ cồn trong giấm chỉ còn khoảng 0.015-0.03 % V được thải ra ngoài nhờ

bơm (6), gọi là bã rượu Muốn kiểm tra rượu sót trong bã, ta phải ngưng tụ dạnghơi cân bằng với pha lỏng Hơi ngưng tụ có nồng độ 0.4-0.6 % là đạt yêu cầu.Nhiệt độ đáy tháp thô (23) là 103-105 0C, nhiệt độ đỉnh phụ thuộc vào nồng độ cồntrong giấm vào khoảng 93-97%.

Phần lớn rượu thô (90-95%) từ tháp thô (23) liên tục đi vào tháp aldehyde(24) Tháp này cũng dung hơi trực tiếp, hơi rượu được bay lên được ngưng tụ vàhồi lưu đến 95%, chỉ điều chỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3-5%, gọi

là cồn đâu Nhiệt độ đáy tháp aldehyde (24) duy trì 80-85 0C, nhiệt độ đỉnh 78-79

0C

Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyde (24) liên tục đi vào tháptinh (19) với nồng độ 35-45% Tháp tinh chế được cấp nhiệt bằng thiết bị gia nhiệtđáy tháp, hơi nước đưa vào trao đổi nhiệt với dịch lỏng đáy tháp, hơi bay lên đượcnâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở bình hồi lưu, và một phần hồi lưu lại tháp tinh(25), môt phần hồi lưu lại tháp aldehyde (1.5-2%) Cồn tinh sau khi được lấy radưới dạng lỏng cách đĩa hồi lưu 3-6 đĩa tháp tinh (25), được làm lạnh rồi đưa vềthùng chứa cồn thực phẩm, sau mỗi ca vận chuyển về kho thành phẩm Nhiệt độđáy tháp tinh luôn đảm bảo 103-105 0C, nhiệt độ đỉnh 78.3-78.5 0C

Dầu fusel lấy ở dạng hơi, được làm lạnh rồi đưa về thùng chứa dầu, cuối mỗi

ca sản xuất được vận chuyển về kho chứa

CHƯƠNG II- TÍNH CÂN BẰNG SẢN PHẨM

I Tính hiệu suất lý thuyết.

Phương trình phản ứng tạo rượu từ tinh bột

- Cứ 180 kg glucoza tạo ra 92 kg cồn khan

- Vậy cứ 100 kg glucoza tạo ra X kg cồn khan

100 92

51,11 180

(kg)

Mặt khác , theo pt (1) ta xác định được hệ số chuyển tinh bột thành đườnglà

k =

180 1,11

162 Vậy từ 100 kg tinh bột sẽ tạo ra Y kg cồn khan

Y= Xk= 51,11  1,11 = 56,73 (kg)Tương đương với số lít cồn khan là

56,73

71,8765 0,78927  lít

II Tính hiệu suất thực tế

Hiệu suất thực tế luôn nhỏ hơn hiệu suất lý thuyết vì còn tổn thất trong cáccông đoạn sản xuất Trong sản xuất còn có các dạng tổn thất sau:

- Tổn thất 1 : do nghiền , vận chuyển nội bộ : 0.2%  0.3%

- Tổn thất 2 : do nấu , đường hóa lên men giấm : 6%  12%

( tinh bột sót , đường sót, nấm men sử dụng )

- Tổn thất 3: không xác định , đổ ra ngoài, động lại ở thiết bị, đường ống và baytheo CO2 từ: 1% - 2%

Tổn thất 4 : do chưng cất , do bay hơi, còn lại trong bã rượu, nước thải: 5% 10%

Tổn thất 5: do nhiễm khuẩn làm tăng độ chua so với bình thường: 1% ( tổnthất này nằm trong tổn thất do lên men )

Trong đồ án của mình chúng em chọn các tổn thất như sau:

Bảng 3.1: Tổn thất trong quá trình sản xuất

Tổn thất do nghiền , vận chuyển nội bộ 0.2%

Tổn thất do chưng cất 5%

Do vậy hiệu suất thu hồi rượu thực tế là 100 – 15 = 85%

Có nghĩa là trong sản xuất thì cứ 100 kg tinh bột thu được lượng rượu khanlà

71,8765

85 61,0950 100

(lít)

III Tính cân bằng cho nguyên liệu.

Lượng tinh bột cần thiết để sản xuất ra 20000 lit cồn khan được xác địnhnhư sau:

Theo tính toán ở trên ta biết:

- Cứ 100 kg tinh bột tạo ra 61.12 cồn khan

- Vậy mtb kg tinh bột tạo ra 20000 lít cồn khan

mtb =

20000 100

32735,9031 61,0950





- Lượng chất khô có trong bột sắn đó là:

mchất khô =51961, 7510- 7274, 6451= 44687,1059

- Lượng chất khô không phải là tinh bột là:

m’

ck = mchất khô - mtb = 44687,1059 - 32735,9031=11951,2028 (kg).

IV Tính cân bằng sản phẩm cho công đoạn nấu và công đoạn đường

hóa.

1 Tính lượng dịch cháo sau khi nấu.

Ta giả sử rằng lượng nước đưa vào nồi nấu gấp 4 lần lượng bột sắn

+ C= 0,9 kcal/ kg độ : Nhiệt dung riêng của dịch bột

+ I= 560 kcal/kg : Nhiệt hàm của hơi nước ở 1000C, áp suất thường

+ t2=1000C : Nhiệt độ sôi của dịch bột

+ t1= 250C : Nhiệt độ ban đầu của dịch bột

 nngưng =

259808,755 0.9 (100

31316, 23386

2 560

5)

Vậy tổng số lượng dịch cháo sau khi nấu là

mdịch cháo = mdịch bột +n ngưng =259808, 755 + 31316, 23386= 291124,9889

Tỷ trọng dịch cháo là d= 1.05489 (kg/l)

Nên thể tích dịch cháo là : Vdịch cháo =

275976,6316 1.054

291124,9

8

889

2 Tính lượng dịch đường hóa ( lượng chất khô hòa tan)

- Sau khi nấu lượng tinh bột bi hao hụt đi do tổn thất , bao gồm :

+ Tổn thất do nghiền , vận chuyển nội bộ ; 0.2% ( tính theo tổng tinh bột )+ Tổn thất do công đoạn nấu : 0.4%

- Lượng tinh bột mất mát sau nấu là :

mtổn thất =

32735,9031 (0.2 0.8)

327,3590 100



- Lượng tinh bột hòa tan sau khi nấu là :

mtbt =32735,9031 - 327,3590= 32408,5441Mặt khác , sau khi nấu có một lượng chất khô không phải là tinh bột sẽ hòatan vào dịch nấu , chiếm 20% so với lượng chất khô không phải tinh bột

- Lượng chất khô không phải tinh bột hòa tan vào dung dịch bột:

tbt

- Tổng lượng đường tạo thành :

mđường = mglucoza + mdextrim = 21584, 0903+ 13689,3690= 35273,4593

- Tổng chất khô hòa tan trong dung dịch cháo:

mckt = mđường + m’

kht = 35273,4593 + 2390, 2406= 37663,6999

- Lượng dịch chứa chất hòa tan:

mdung dịch = mdịch cháo - m’

kht – mtổn thất = 291124,9889- 2390, 2406-327,3590 = 288407,3893

m’’ lượng chất khô không phải là tinh bột không tan

ckt dungdich

407,3893

duong dungdich

duong ckt

Trong quá trình đường sử dụng chất sát trùng vói tỷ lệ 2 so với lượng dịch

- Vậy lượng chất sát trùng là:

msattrung

288407,3893 2

57,68 10000





(kg)

d Tính lượng men khô.

Lượng men khô cần thiết cho len men bằng 0.1% so với lượng tinh bột

mmen =

32735,9031 0.1

32,7359 100





(kg)

V Tính cân bằng cho công đoạn lên men.

Với lượng men giống la 10% nhưng láy từ dung dịch đường hóa ra nên thểtích của dịch lên men không đổi và bằng thể tích dịch đường hóa

- Lượng dịch sau khi đường hóa:

mlênmen = mdung dịch + mTer + msắn + mNaSiF6

288407,3893+ 8,18 + 32,7359 + 57,68

= 288505,9852 kgVới khối lượng riêng của dung dịch dường là d = 1.087kg/l do đó có thể tínhlượng dung dịch dường là:

Vlênmen =

265414,8898 1.08

288505,9

7

852



1 Lượng cồn khan thu được sau khi lên men.

Theo lý thuyết lượng cồn khan tạo ra được sau lên men là ;

Vcon(lt) = mtb  0.7191 =32735,90310.7191=23540,3879 lítNhưng do có tổn thất từ đầu cho đến sau lên men nên lượng cồn thực tế thuđược là:

- Tổn thất do nguyên liệu : 0.2%

- Tổn thất do nấu , đường hóa , lên men : 8.8%

- Tổn thất không xác định : 1%

- Tổn thất sau lên men : 10%

- Lượng tinh bột tổn thất :

32735,9031 10

3273,5903 100



Quy ra lượng cồn khan là : 3273,5903x 0.7191 = 2354,0388 lít

Lượng cồn thực tế trong giấm chín sau khi lên men là:

Vcon(tt) = Vcon(lt) - Vcon(tonthat) = 23540,3879 – 2354,0388 = 21186,3491 lítHay tương đương với 21186,3491 0.78927 = 16721,7498 lít

2 Tính độ cồn trong giấm chín sau lên men.

Tính lượng CO2 tạo ra theo phương trình (2) ta có:

- Cứ 92.1 kg cồn tạo ra thì cũng sinh ra 88 kg CO2

- Vậy cứ 17999,0470kg cồn tạo ra thì sinh ra m kg CO2

 m co2 =

88 15994,7172 9

16721, 7498

2



Vậy lượng giấm chín còn lại là:

mgiấm = mlênmen - m CO2 = 288505,9852 - 15994,7172= 272511,268

Tỷ trọng giấm chín là d = 1,05kg/l Vậy thể tích của giấm chín là:

272511, 5

V

V V

3 Tính lượng ure bổ sung.

Lượng ure bổ sung cho nấm men là 0.5g/l theo thể tích dịch lên men

Vì vậy lượng ure cần bổ sung là:

mure=0.5xVgiấm= 0.5x259534,541=129767,2705 = 129,767 (kg)

4 Tính cân bằng cho tháp thô

a Cân bằng vật chất ( tính theo 100 kg giấm chín)

Theo sơ đồ chưng luyện ta có:

- Lượng vào tháp:

+ lượng giấm chín đi vào tháp thô: M

+ lượng hơi đi vào tháp thô: P0.

100P0 = G1 + P0 + R

 Suy ra : R = 100 – G1.

b Cân bằng hơi rượu

Tổn thất chưng luyện là 5% ta phân bố như sau:

-x1 : Nồng độ rượu trong pha lỏng trên đĩa tiếp liệu % KL

-y1: Nồng độ rượu trong pha hơi trên đĩa tiếp liệu % KL

Để tính x1, y1 ta tính lượng nhiệt cần thiết đun nóng giấm từ 70 độ đến nhiệt

độ sôi: Q = M.C ( t2 – t1 ).Kcalo

Trong đó

+ M = 100 (kg) : Lượng giấm chín vào trong tháp

+ C = 0.95 Kcal/kgđộ : Nhiệt rung riêng của giấm chín

+t2 : Nhiệt độ bay hơi của giấm chín trên đĩa tiếp liệu

- Với nồng độ giấm chín đi vào tháp thô là 8.6% V , tra bảng IV : Quan hệgiữa nồng độ rượu và nhiệt độ sôi, của cuốn công nghệ sản xuất và kiểm tra cồnetylic NXBKHKT – 200 và dùng công thức nội suy ra % kl của giấm chín là6.79% KL

Do vậy nhiệt độ sôi của giấm chín là t2 = 92,16

T1 = 700C : Nhiệt độ giấm chin ở bình hâm giấm

Trong thực tế lượng hơi thường cấp dư , ta lấy hệ số là 1.05 để tính lươnghơi rượu trng pha hơi

Vậy lượng hơi rượu bốc hơi lên khỏi tháp thô là:

Theo sơ đồ ta có nhiệt vào tháp gồm:

+ Nhiệt do giấm chín mang vào :Q1= 100.Cgi.tgi

+ Nhiệt do hơi đốt mang vào : Q2 = P0.i

Nhiệt ra đi bao gồm:

- Nhiệt do hơi mang ra:Q3 = G1.i1

- Nhiệt do bã mang ra :Q4 = (P0+ R).Cb.tb

- Nhiệt tổn thất Q5 = 500 Kcal/100kg giấm

Trong đó :

- Cgi : Tỷ nhiệt giấm chín C = 0.95 Kcal/kgđộ

- tgi: Nhiệt độ giấm chín trước khi vào tháp tgi = 700C

- Cb: Tỷ nhiệt bã rượu khi ra khỏi tháp Cb =1 Kcal/kg 0C

- i: Nhiệt hàm của hơi ở 1.5atm i = 642kcal/kg

- i1: Nhiệt hàm của hơi rượu ở nồng độ 37.49 % KL tra bảng phụ lục VI dùngcông thức nội suy ta có i = 508.72 Kcal/kg

Từ đó ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng:

100

b b

R t G i Q C t P