(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất 3 tấn nguyên liệu 1 giờ

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: Chương 5: Tính toán và chọn thiết bị Chương 6: Tính hơi – nhiệt – nước Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng Chương 8: An toàn lao động và vệ sin

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

KHOA HÓA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGÀNH CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

ĐỀ TÀI THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN TUYỆT ĐỐI TỪ NGÔ NĂNG SUẤT 3 TẤN NGUYÊN

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp

nghiền khô năng suất 3 tấn nguyên liệu/giờ

Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Diệu Thiện

Số thẻ SV: 107140099 Lớp: 14H2A

Nội dung chính của đồ án có 9 chương chính, bao gồm:

Chương 1 : Lập luận kinh tế - kĩ thuật

Chương 8 : An toàn lao động

Chương 9 : Kiểm tra sản xuất

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc Lập- Tự Do - Hạnh Phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ tên sinh viên: Huỳnh Thị Diệu Thiện MSSV: 107140099

Lớp: 14H2A Khoa: Hóa Ngành: Công nghệ Thực Phẩm

1 Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất 3 tấn nguyên liệu/ giờ”

2 Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện

3 Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất

3 tấn nguyên liệu/ ngày

4 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Chương 5: Tính toán và chọn thiết bị

Chương 6: Tính hơi – nhiệt – nước

Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng

Chương 8: An toàn lao động và vệ sinh nhà máy

Chương 9: Kiểm tra chất lượng nguyên liệu và sản phẩm

Kết luận

Tài liệu tham khảo

Phụ lục

5 Các bản vẽ và đồ thị (nếu có):

Bản vẽ số 1: Quy trình công nghệ sản xuất (A0)

Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (A0)

Bản vẽ số 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (A0)

Bản vẽ số 4: Sơ đồ hơi - nước phân xưởng sản xuất chính (A0)

6 Họ tên người hướng dẫn: Bùi Viết Cường

7 Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2019

8 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 24/05/2019

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin được cảm ơn chân thành tới ThS Bùi Viết Cường người đã trực tiếp hướng dẫn tôi hết sức tận tình , chu đáo về mặt chuyên môn, động viên tôi về mặt tinh thần để tôi có thể hoàn thành bản đồ án tốt nghiệp này

Tôi xin cảm ơn đến tất cả các thầy cô giáo trong trường ĐHBK Đà Nẵng nói chung, các thầy cô trong bộ môn ngành Công nghệ thực phẩm nói riêng đã tận tình dạy dỗ cho tôi kiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp tôi có được những cơ sở lý thuyết vững vàng và luôn tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trường

Cuối cùng tôi xin cảm ơn chân thành tới gia đình, người thân, bạn bè đã luôn động viên giúp đỡ tôi trong thời gian làm tốt nghiệp để tôi sớm hoàn thành đồ án này

CAM ĐOAN

Tôi: Huỳnh Thị Diệu Thiện, xin cam đoan về nội dung đồ án không sao chép nội dung cơ bản từ các đồ án khác Các số liệu trong đồ án được sự hướng dẫn của thầy hướng dẫn và tính toán của bản thân một cách trung thực, nguồn trích dẫn có chú thích rõ ràng, minh bạch, có tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu, tạp chí, các công trình nghiên cứu đã được công bố, các website

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan của tôi

Sinh viên thực hiện

Huỳnh Thị Diệu Thiện

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

MỤC LỤC iii

DANH MỤC HÌNH viiiiii

DANH MỤC BẢNG x

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT xiii

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT 2

1.1 Vị trí xây dựng 2

1.2 Đặc điểm tự nhiên 2

1.3 Nguồn nguyên liệu 2

1.4 Nguồn cung cấp điện 2

1.5 Nguồn cung cấp hơi 3

1.6 Nguồn cung cấp nước và nước thải 3

1.7 Giao thông 3

1.8 Nguồn nhân lực 3

1.9 Thị trường tiêu thụ 3

Chương 2: TỔNG QUAN 4

2.1 Tổng quan về nguyên liệu 4

2.1.1 Ngô 4

2.1.2 Nước 7

2.1.3 Nấm men 8

2.1.4 Các chất hỗ trợ kỹ thuật 9

2.2 Các phương pháp sản xuất 11

2.2.1 Phương pháp nghiền nguyên liệu 11

2.2.2 Phương pháp nấu nguyên liệu 11

2.2.3 Phương pháp đường hóa 12

2.2.4 Các phương pháp lên men 13

2.2.5 Phương pháp chưng cất- tinh chế 14

2.2.6 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối 15

2.3 Sản phẩm cồn tuyệt đối 17

2.3.1 Định nghĩa 17

2.3.2 Tính chất của cồn 17

2.4 Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn tuyệt đối 18

2.4.2 Ở Việt Nam 19

CHƯƠNG 3 : CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 21

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ 21

3.2 Thuyết minh 22

3.2.1 Làm sạch 22

3.2.2 Nghiền 23

3.2.3 Hòa nước 24

3.2.4 Tách phôi 24

3.2.5 Nấu nguyên liệu 24

3.2.6 Làm nguội 26

3.2.7 Đường hóa 27

3.2.8 Lên men 27

3.2.9 Chưng cất, tinh chế 29

3.2.10 Chưng đẳng phí 30

3.2.11 Làm nguội 31

Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 32

4.1 Kế hoạch sản xuất 32

4.2 Tính cân bằng sản phẩm 32

4.2.1 Các thông số ban đầu 32

4.2.2 Tính toán cân bằng vật chất 33

Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 47

5.1 Các thiết bị sản xuất chính 47

5.1.1 Sàng làm sạch 47

5.1.2 Máy nghiền búa 47

5.1.3 Tank chứa bột ngô sau nghiền 47

5.1.4 Cân định lượng 48

5.1.5 Thùng hòa trộn 49

5.1.6 Thiết bị tách phôi 50

5.1.7 Nồi nấu sơ bộ 51

5.1.8 Thiết bị phun dịch hóa 52

5.1.9 Thiết bị nấu chín 52

5.1.10 Thiết bị tách hơi 53

5.1.11 Phao điều chỉnh 54

5.1.12 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau tách hơi 54

5.1.13 Thùng đường hóa 55

5.1.14 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau đường hóa 56

5.1.15 Thiết bị lên men 57

5.1.16 Thiết bị tách CO2 59

5.1.17 Thùng chứa dấm chín 60

5.1.18 Tính tháp thô 61

5.1.19 Tháp andehyl 62

5.1.20 Tháp tinh 63

5.1.21 Tháp làm sạch 64

5.1.22 Tháp tách nước 65

5.1.23 Tháp thu hồi 65

5.1.24 Thiết bị phụ trợ cho tháp thô 66

5.1.25 Thiết bị phụ trợ tháp aldehyt 68

5.1.26 Thiết bị phụ trợ tháp tinh 69

5.1.27 Thiết bị phụ trợ tháp làm sạch 70

5.1.28 Thiết bị phụ trợ tháp tách nước 72

5.1.29 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm 73

5.1.30 Thiết bị chứa cồn thành phẩm 74

5.1.31 Thùng chứa cồn đầu 75

5.1.32 Thùng chứa dầu fusel 76

5.1.32 Thiết bị vận chuyển 77

CHƯƠNG 6: TÍNH HƠI-NHIỆT-NƯỚC 81

6.1 Tính hơi 81

6.1.1 Lượng nhiệt tính cho nồi nấu sơ bộ 81

6.1.2 Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa 82

6.1.3 Tính nhiệt cho nồi nấu chín 83

6.1.4 Tính hơi cho quá trình chưng cất tinh chế 85

6.1.5 Tính hơi cho quá trình chưng đẳng phí 86

6.1.6 Tính và chọn lò hơi 86

6.1.6 Tính nhiên liệu 87

6.2 Tính nước 87

6.2.1 Nước dùng cho công đoạn hòa nước 87

6.2.2 Nước dùng cho đường hóa 88

6.2.3 Nước dùng cho thiết bị làm nguội ống lồng ống 88

6.3 Nước dùng cho phân xưởng lên men 88

6.3.1 Tính nhiệt cho thùng lên men chính 88

6.3.2 Tính nhiệt cho thùng nhân giống 88

6.4 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế 88

6.4.1 Bộ ngưng tụ tháp thô và ống xoắn ruột gà 89

6.4.2 Bộ ngưng tụ tháp andehyt và ống xoắn ruột gà 90

6.4.3 Bộ ngưng tụ tháp tinh và ống xoắn ruột gà 91

6.5 Các thiết bị phụ trợ tháp làm sạch 92

6.5.1 Lượng nước cần ngưng tụ ở tháp làm sạch 92

6.5.2 Lượng nước cần làm nguội cồn đầu ở tháp làm sạch (ống xoắn ruột gà) 92

6.6 Các thiết bị phụ trợ tháp tách nước 92

6.6.1 Lượng nước cần ngưng tụ ở tháp tách nước 92

6.6.2 Lượng nước cần làm nguội benzen-nước 93

6.7 Lượng nước cần làm nguội cồn đầu ở tháp tách nước (ống xoắn ruột gà) 93

6.8 Lượng nước cần ngưng tụ và làm nguội cồn thành phẩm 93

6.9 Nước cho lò hơi 93

6.10 Nước rửa thiết bị 93

CHƯƠNG 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 94

7.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy 94

7.2 Tổ chức lao động 94

7.3 Nhân lực lao động gián tiếp 94

7.4 Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp 94

7.5 Tính các công trình xây dựng 95

7.6 Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy 99

7.6.1 Khu đất mở rộng 99

7.6.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy 99

7.6.3 Tính hệ số sử dụng 100

Chương 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 101

8.1 An toàn lao động 101

8.1.1 Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động 101

8.1.2 Những biện pháp hạn chế tai nạn lao động 101

8.2 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động 101

8.2.1 Chiếu sáng và đảm bảo ánh sáng khi làm việc 101

8.2.2 An toàn về điện 101

8.2.3 An toàn sử dụng thiết bị 102

8.2.4 Phòng chống cháy nổ 102

8.2.5 Giao thông trong nhà máy 102

8.3 Vệ sinh nhà máy 102

8.3.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân 102

8.3.2 Vệ sinh máy móc thiết bị 102

8.3.3 Vệ sinh xí nghiệp 102

8.3.4 Xử lý phế liệu trong nhà máy 102

8.3.5 Xử lý nước thải 103

8.3.6 Xử lý nước dùng trong sản xuât 103

CHƯƠNG 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT 104

9.1 Kiểm tra nguyên liệu 104

9.1.1 Xác định độ ẩm 104

9.1.2 Xác định hàm lượng tinh bột 104

9.2 Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hóa tinh bột 105

9.3 Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín sau lên men 106

9.3.1 Độ rượu trong giấm 106

9.3.2 Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín 106

9.4 Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 108

9.4.1 Xác định hàm lượng ethanol 108

9.4.2 Xác định hàm lượng acid và este trong cồn 108

9.4.3 Xác định hàm lượng aldehyt theo phương pháp so màu bằng mắt 109

9.4.4 Xác định lượng ancol metylic 109

9.4.5 Xác định hàm lượng furfurol 109

KẾT LUẬN 111

TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 PHỤ LỤC

DANH MỤC HÌNH

Hình 2.1 Trái ngô 4

Hình 2.2 Cấu tạo hạt ngô 5

Hình 2.3 Nấm men 9

Hình 2.4 Lên men gián đoạn 13

Hình 2.5 Sơ đồ lên men bán liên tục 13

Hình 2.6 Sơ đồ lên men liên tục 14

Hình 2.7 Sơ đồ chưng cất bán liên tục 15

Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng 16

Hình 2.9 Sơ đồ chưng đẳng phí 16

Hình 3.1 Thiết bị sàng rung 23

Hình 3.2 Máy nghiền búa 23

Hình 3.3 Thùng hòa nước 243

Hình 3.4 Thiết bị tách phôi 24

Hình 3.5 Sơ đồ nấu 254

Hình 3.6 Thiết bị phun dịch hóa 25

Hình 3.7 Thiết bị nấu chín 26

Hình 3.8 Thiết bị làm nguội ống lồng ống 266

Hình 3.9 Thiết bị đường hóa 27

Hình 3.10 Sơ đồ lên men liên tục 28

Hình 3.11 Sơ đồ chưng cất 4 tháp 30

Hình 3.12 Sơ đồ chưng cất đẳng phí 31

Hình 3.13 Thiết bị làm nguội 31

Hình 5.1 Máy sàng rung 47

Hình 5.2 Máy nghiền búa 47

Hình 5.3 Tank chứa 47

Hình 5.4 Cân định lượng 48

Hình 5.5 Thùng hòa trộn 49

Hình 5.6 Thiết bị xyclon 50

Hình 5.7 Nồi nấu sơ bộ 51

Hình 5.8 Thiết bị phun dịch hóa 52

Hình 5.9 Nồi nấu chín 533

Hình 5.10 Thiết bị tách hơi 54

Hình 5.11 Phao điều chỉnh 54

Hình 5.12 Thiết bị làm nguội 55

Hình 5.13 Thùng đường hóa 56

Hình 5.14 Thiết bị làm nguội 57

Hình 5 15 Thiết bị lên men 588

Hình 5.16 Thiết bị tách CO2 60

Hình 5.17 Thùng chứa giấm chín 600

Hình 5.18 Tháp thô 611

Hình 5.19 Tháp andehyt 622

Hình 5.20 Tháp tinh 633

Hình 5.21 Tháp làm sạch 644

Hình 5.22 Tháp tách nước 655

Hình 5.23 Tháp thu hồi 666

Hình 5.24 Thiết bị hâm giấm 667

Hình 5.25 Thiết bị ngưng tụ 677

Hình 5.26 Thiết bị tách bọt 67

Hình 5.27 Thiết bị làm nguội ở tháp thô 688

Hình 5.28 Thiết bị ngưng tụ ở tháp andehyt 68

Hình 5.29 Thiết bị làm nguội ở tháp andehyt 688

Hình 5.30 Thiết bị ngưng tụ ở tháp tinh 69

Hình 5.31 Thiết bị ngưng tụ và làm nguội dầu fusel 69

Hình 5.32 Thiết bị làm nguội tháp tinh 70

Hình 5.33 Thiết bị ngưng tụ và hồi lưu nằm ngang 700

Hình 5.34 Thiết bị ngưng tụ và hồi lưu thẳng đứng 711

Hình 5.35 Thiết bị làm nguội ở tháp làm sạch 71

Hình 5 36 Thiết bị làm nguôi ở tháp tách nước 72

Hình 5 37 Thiết bị decanter 73

Hình 5.38 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm 744

Hình 5.39 Thùng chứa sản phẩm 74

Hình 5.40 Thùng chứa cồn đầu 75

Hình 5.41 Gàu tải 777

Hình 5.42 Bơm 788

DANH MỤC BẢNG

Bảng 2.1 Sự phân bố các chất trong các phần của ngô 6

Bảng 2.2 Hàm lượng kim loại trong nước dùng để sản xuất cồn 8

Bảng 4.1 Biểu đồ nhập 32

Bảng 4.2 Bảng ngày công 32

Bảng 4.3 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn 32

Bảng 4.4 Thành phần hóa học trong các bộ phận của hạt ngô 33

Bảng 4.5 Bảng tổng kết cân bằng vật chất 46

Bảng 5.1 Kích thước thiết bị tank chứa 48

Bảng 5.2 Kích thước thiết bị nồi hòa trộn 50

Bảng 5.3 Kích thước thiết bị nấu sơ bộ 52

Bảng 5.4 Kích thước thiết bị nấu chín 53

Bảng 5.5 Kích thước thiết bị tách hơi 54

Bảng 5.6 Kích thước thiết bị làm nguội sai tách hơi 55

Bảng 5.7 Kích thước thiết bị đường hóa 56

Bảng 5.8 Kích thước thiết bị làm nguội sau đường hóa 57

Bảng 5.9 Kích thước thiết bị lên men 58

Bảng 5.10 Kích thước thiết bị nhân giống 1 59

Bảng 5.11 Kích thước thiết bị nhân giống 2 59

Bảng 5.12 Kích thước thiết bị thùng chứa giấm chín 61

Bảng 5.13 Kích thước tháp thô 62

Bảng 5.14 Kích thước tháp andehyt 63

Bảng 5.15 Kích thước tháp tinh 64

Bảng 5.16 Kích thước tháp làm sạch 65

Bảng 5.17 Kích thước tháp tách nước 65

Bảng 5.18 Kích thước tháp thu hồi 66

Bảng 5.19 Kích thước thiết bị hâm giấm 66

Bảng 5 20 Kích thước thiết bị ngưng tụ 67

Bảng 5.21 Kích thước thiết bị tách bọt 67

Bảng 5 22 Kích thước thiết bị làm nguội tháp thô 68

Bảng 5 23 Kích thước thiết bị ngưng tụ tháp andehyt 68

Bảng 5 24 Kích thước thiết bị làm nguồi cồn đầu 69

Bảng 5.25 Kích thước thiết bị ngưng tụ tháp tinh 69

Bảng 5.26 Kích thước thiết bị ngưng tụ dầu fusel 70

Bảng 5.28 Kích thước thiết bị ngưng tụ nằm ngang 71

Bảng 5.29 Kích thước thiết bị ngưng tụ thẳng đứng 71

Bảng 5.30 Kích thước thiết bị ngưng tụ và hồi lưu cồn đầu 72

Bảng 5.31 Kích thước thiết bi ngưng tụ tháp tách nước 72

Bảng 5.32 Kích thước thiết bị ngưng tụ tháp thu hồi 72

Bảng 5.33 Kích thước thiết bị làm nguội tháp ngội cồn sản phẩm 74

Bảng 5.34 Kích thước thùng chưa cồn sản phẩm 75

Bảng 5 35 Kích thước thùng chứa cồn đầu 76

Bảng 5.36 Kích thước thùng chứa dầu fusel 77

Bảng 5.37 Bảng tổng kết các thiết bị 79

Bảng 7.1 Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp 95

Bảng 7 2 Bảng tổng kết các công trình 98

DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

FO: Dầu Fuel Oils (còn gọi là dầu Mazut)

DO: Dầu Diesel Oil (còn gọi là dầu Gazole)

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghệ sản xuất cồn etylic được biết đến từ rất lâu và ngày càng phát triển Nó là một phần không thể thiếu trong đời sống mỗi con người bởi những lợi ích mang lại Cồn được pha với nước để thành rượu, nguyên liệu trong chế biến thức ăn Trong y tế, cồn

là chất sát trùng, sản xuất dược phẩm Trong hóa học, người ta dùng cồn để trực tiếp sản xuất ra acid axetic, andehyl axetic và các hóa chất khác Cồn trong công nghiệp được sử dụng để làm chất đốt, dung môi hòa tan các chất vô cơ và hữu cơ Và đặc biệt được dùng

là nhiên liệu có thể thay thế xăng dầu trong động cơ

Nguyên liệu chính để sản xuất cồn là những nguồn giàu tinh bột hoặc đường như từ các hạt ngũ cốc, củ hay các loại ngũ cốc (gạo, bắp, lúa mạch, …) và các loại củ (khoai tây, khoai mì, …) hoặc là rỉ đường Và hiện nay việc sản xuất cồn từ phụ phẩm nông nghiệp như bã mía, thân ngô, … cũng được chú trọng phát triển

Việt Nam là nước nông nghiệp có thế mạnh là các cây lương thực Ngoài gạo và sắn thì ngô cũng là cây lương thực đứng thứ ba nên việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn từ ngô với năng suất cao là hoàn toàn có thể Sản xuất cồn từ ngô có thể thực hiện bằng hai phương pháp là nghiền ướt hoặc nghiền khô

Xuất phát từ tình hình đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô bằng phương pháp nghiền khô năng suất 3 tấn nguyên liệu / ngày”

CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ - KỸ THUẬT

1.1 Vị trí xây dựng

Tỉnh Đắk Lắk nằm ở trung tâm vùng Tây Nguyên, đầu nguồn của hệ thống sông Sêrepok và một phần của sông Ba, nằm trong khoảng tọa độ địa lý từ 107°28’57’’ đến 108°59’37’’ độ kinh Đông và từ 12°9’45’’ đến 13°25’06’’ độ vĩ Bắc, có độ cao trung bình 400 – 800 mét so với mắt nước biển, năm cách Hà Nội 1140 km và cách thành phố

10 kèm theo gió tây nam thịnh hành Lượng mưa trung bình nhiều năm toàn tỉnh đạt từ

1600 –1800 mm [17]

Hướng gió chủ đạo ở Đắk Lắk là hướng gió Tây Nam

1.3 Nguồn nguyên liệu

Nguyên liệu chính sử dụng cho sản xuất cồn là ngô và nước Ngô có thể được trồng nhiều trên các vùng đồi, gò đất cao Do đó, Đắc Lắk là một tỉnh có diện tích đất trồng ngô lớn và ngày càng được mở rộng Tính đến này, Đắc Lắk có diện tích đất trồng nông nghiệp trên 331.000 ha chủ yếu các loại cây lúa, ngô, khoai, Năm 2017, sản lượng ngô toàn tỉnh đạt 616.000 tấn trên 112.607 ha gieo trồng [18]

Hiện nay các tỉnh đã có nhiều biện pháp cải tạo cây giống cùng đất canh tác để nâng cao chất lượng ngô, tạo điều kiện cho nhà máy hoạt động liên tục

Ngoài ra nguyên liệu có thể được nhập từ những tỉnh lân cận như Đăk Nông, Gia Lai, Lâm Đồng, Phú Yên

1.4 Nguồn cung cấp điện

Khu công nghiệp Hòa Phú có mạng lưới điện quốc gia đi qua nên có thể dùng trạm biến áp riêng để sử dụng cho nhà máy Ngoài ra, chuẩn bị thêm máy biến áp dự phòng

để phòng sự cố khi mất điện để đảm bảo sản xuất liên tục Ngoài ra, khu công nghiệp có

vị trí địa lí thuận lợi nằm gần nhà máy thủy điện Buônkuôp mà việc sử dụng điện cũng

thuận tiện hơn

1.5 Nguồn cung cấp hơi

Sử dụng hơi với nhiều mục đích khác nhau Lượng hơi đốt cung cấp cho sản xuất lấy

từ lò hơi của nhà máy Nhiên liệu sử dụng là dầu DO hoặc FO thu mua từ các trạm xăng

hoặc liên hệ với công ty xăng dầu của tỉnh để được cung cấp Có thêm kho dự trữ để

đảm bảo sản xuất

1.6 Nguồn cung cấp nước và nước thải

Nước dùng để sản xuất chính cho nhà máy là nước máy Được mua từ nhà máy cung

cấp nước ở khu công nghiệp Nước sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như cho sản

xuất, vệ sinh, sinh hoạt

Nước thải ra trong quá trình sản xuất không đạt yêu cầu để thải trực tiếp ra môi trường

do vậy cần được xử lý, nước thải sinh hoạt, vệ sinh nhà máy được đưa vào hệ thống

cống rãnh trong nhà máy đến bể xử lý nước trước khi thải ra ngoài môi trường

1.7 Giao thông

Vị trí xây dựng tại khu công nghiệp Hòa Phú, xã Hòa Phú gần đường quốc lộ 14 tạo

điều kiện thuận lợi cho việc tập trung nhiên, nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm cho nhà

máy

Bên cạnh hệ thống giao thông đường bộ thì khu công nghiệp cũng có vị trí thuận lợi

trong giao thông đường thủy, đường không Nhà máy nằm gần với hệ thống đường thủy

do các sông Sêrêpok, Krông Nô, Krông Na, … Tạo thành cảng hàng không Buôn Ma

Thuột có các chuyến bay tới các thành phố lớn trong cả nước và ngày càng được nâng

cấp Đây là điều kiện thuận lợi cho việc phát triển của nhà máy [19]

1.8 Nguồn nhân lực

Đắc Lắk là tỉnh có dân số tương đối đông, nhà máy đặt gần các trung tâm kinh tế của

khu vưc Tây Nguyên nên có nguồn nhân lực đổ về đây bao gồm nguồn nhân lực đã qua

đào tạo và chưa qua đào tạo Cán bộ kỹ thuật, kinh tế và quản lý có thể tuyển dụng từ

các trường đại học trong cả nước

1.9 Thị trường tiêu thụ

Nhà máy được xây dựng với tiêu chí là cung cấp cồn thực phẩm và cồn kĩ thuật cho

thị trường Việt Nam và các nước lân cận Thị trường trong nước có rất nhiều sản phẩm

chất lượng tốt cạnh tranh, đó là mục tiêu công ty hướng tới Với sự thuận lợi về giao

thông vận tải, nguồn lao động sáng tạo thì sản phẩm sẽ được ưa chuộng

Kết luận: từ những yếu tố đã nêu ở trên, ta thấy việc xây dựng một nhà máy sản xuất

cồn tuyệt đối tại khu công nghiệp Hòa Phú thuộc thành phố Buôn Ma Thuộc, tỉnh Đắk

Lắk là cần thiết và vô cùng hợp lý đối với nhu cầu cũng như nền kinh tế của địa phương

Chương 2: TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về nguyên liệu

2.1.1 Ngô

2.1.1 Giới thiệu về ngô

Ngô có tên khoa học là Zea mays L Ngô

thuộc họ hòa thảo (Gramineae), bộ rễ chùm, lá

mọc thành hai dãy, gân lá song song, bọc lá chẻ

dọc, có thìa lìa, mấu đốt đặc, hoa mọc thành

bông nhỏ có mày

Ngô được phân bố trên địa bàn rất rộng từ vĩ

độ 580 Bắc đến 380 Nam, từ độ cao 1 đến

3.620 m so với mặt biển, từ khí hậu vùng xích

đạo nóng, mưa nhiều đến vùng lạnh ôn đới Ngô được phân bố trên địa bàn rộng như vậy, nên qua chọn lọc tự nhiên đã phân ly và hình thành nhiều dạng khác nhau

Phân loại:

Dựa vào màu sắc ngô

+ Ngô vàng cao hơn ngô trắng về hàm lượng carotenoit

+ Ngô trắng hàm lượng vitamin nhóm B và lipit cao hơn ngô vàng

+ Các màu khác: Đen, xám, đỏ, …

Dựa vào cấu tạo tinh bột của nội nhũ hạt, ngô được chia làm 5 loại sau:

+ Ngô răng ngựa: hạt to, dẹp, đầu hạt có vết lõm như hình cái răng Hai bên sừng hạt là tinh bột miền sừng, đầu và giữa hạt là chất tinh bột mềm (miền bột) Vỏ hạt màu vàng, đôi khi màu trắng Hàm lượng tinh bột từ 60 – 65 % khối lượng hạt, trong đó

21 % là amilose, 79 % có amilopectin Tỷ lệ nội nhũ trắng đục nhiều hơn ngô đá nên hạt mềm hơn, khi nghiền bột ít mảnh, dùng sản xuất bột và tinh bột

+ Ngô đá: hạt tròn, nội nhũ chứa nhiều tinh bột miền sừng, vỏ hạt có màu trắng ngà, màu vàng hay màu đỏ Hàm lượng tinh bột chiếm từ 56 – 75 % khối lượng hạt, trong đó

21 % là amilose, 79 % là amilopectin Hạt ngô đá cứng, khó nghiền, dùng chế biến gạo ngô, tỷ lệ thành phẩm cao.Đồng bào miền núi thường dùng làm lương thực chính + Ngô nếp: hạt tròn, to, bề mặt nhẵn, màu trắng đục hoặc màu vàng Hàm lượng tinh bột chiếm khoảng 60 % khối lượng hạt, trong đó amilopectin chiếm gần 100 %, amilose hầu như không đáng kể Dùng chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp Khi nấu chín nội nhũ ngô nếp khá dẻo và dính

Hình 2.1 Trái ngô [20]

+ Ngô bột: hạt bẹt và đầu tròn, mặt hạt nhẵn nội nhũ có màu trắng đục, cấu tạo xốp,

dễ hút nước Hàm lượng tinh bột chiếm từ 55 – 80 % khối lượng hạt, trong đó 20 % là amilose, 80 % là amilopectin Chủ yếu dùng sản xuất bột, tinh bột và sản xuất rượu bia + Ngô đường: hạt thường nhăn nheo, vỏ có màu vàng, trắng hoặc tím Hàm lượng tinh bột của nội nhũ khoảng 25 – 47 % khối lượng hạt, hàm lượng đường và tinh bột khá cao, có thể đến 19 – 31 % khối lượng hạt Thành phần tinh bột của ngô đường gồm:

60 – 90 % amilose, 10 – 40 % amilopectin Thường chỉ để chế biến thức ăn điểm tâm

và đóng hộp [2]

Trong các loại ngô trên thì ngô răng ngựa là nguyên liệu được sử dụng thường xuyên trong sản xuất cồn thực phẩm có hàm lượng tinh bột tương đối cao Và được trồng chủ yếu ở Việt Nam

2.1.1.2 Cấu tạo hạt ngô

Cấu tạo của hạt ngô gồm 5 phần chính:

+ Lớp vỏ quả chiếm 5 – 7 % khối lượng hạt

+ Lớp vỏ hạt mỏng chiếm 2 % khối lượng hạt

+ Lớp aleurone chiếm 6 – 8 % khối lượng hạt

+ Nội nhũ chiếm 72 – 75 % khối lượng hạt

(chứa 77 – 84 % tinh bột của hạt)

+ Phôi ngô chiếm 10 – 19 % khối lượng hạt

(chứa 82,4% chất béo của hạt)

+ Chân hạt chiếm 1,5 % khối lượng hạt (dính

hạt với cùi) [3]

➢ Vỏ hạt

Là màng nhẵn bao xung quanh hạt, có chiều

dày khoảng 35 – 60 µm Lớp ngoài cấu tạo bởi

lớp tế bào đa giác, lớp giữa bởi 5 – 12 lớp tế bào, lớp trong bởi 5 – 7 lớp tế bào nhu mô Thành phần chủ yếu của các tế bào này là cenllulose và hemicenllulose và pentose Trong quá trình chế biến cần tách bỏ lớp vỏ hạt để đảm bảo chất lượng sản phẩm và bao lấy nội nhũ và phôi Cấu tạo bởi các tế bào hình tứ giác có thành dày, nhưng càng gần phôi thành tế bào càng mỏng Tập trung nhiều dinh dưỡng quan trọng như protein, lipit, muối khoáng, vitamin Ở ngô, khối lượng lớp aleurone có tỷ lệ cao hơn so với hạt gạo lức khoảng 5 – 11 % Vỏ hạt và lớp aleurone tạo thành một màng mỏng bao quanh hạt, rất dai và không thể bóc được ra bởi các thiết bị mài xát chỉ có thể tróc ra khỏi nội nhũ sau khi hạt ngô đã trải qua khâu gia ẩm nhiệt Đây là nguyên lý của kỹ thuật loại vỏ hạt trong sản xuất bột ngô

Hình 2.2 Cấu tạo hạt ngô [21]

+ Nội nhũ mềm: gồm những tế bào có kích thước lớn, có chứa các hạt tinh bột tròn,

to và có khung protein tương đối mỏng dễ bị rách trong thời gian sấy khô để tạo ra các khe rỗng

Độ trong của nội nhũ là một chỉ số thể hiện dinh dưỡng của ngô (giàu protein) và cả

độ bền cơ học của ngô Nội nhũ cứng càng lớn, giá trị chế biến và giá trị dinh dưỡng của ngô càng tăng và đòi hỏi lượng lớn năng lượng khi chế biến

➢ Phôi

Phôi ngô rất lớn chiếm 1/3 thể tích của hạt ngô Gồm 4 phần chính là mầm phôi, thân phôi, rễ phôi và tử diệp Phôi ngô có chứa nhiều chất dự trữ để nuôi mầm phát triển như protein, vitamin và đặc biệt là lipit là nguyên liệu tốt cho sản xuất dầu thực vật (dầu ngô), sản xuất thức ăn dinh dưỡng,… Phôi gắn với nội nhũ nhờ vỏ của hạt ngô Qua quá trình nghiền hoặc xay phôi dễ dàng tách ra khỏi nội nhũ hoặc nhờ nước bởi sự khác biệt

về tỷ trọng

➢ Chân hạt

Phần nối hạt với lõi ngô, chủ yếu là xơ và có nhiều mao dẫn Là thành phần cấu trúc thực vật không có lợi cho chế biến thực phẩm, cần phải loại bỏ Chủ yếu là xơ và có nhiều mao dẫn nên thường có tỷ trọng nhỏ Đây chính là nguyên lý hình thành nên kỹ thuật sử dụng nước để loại tạp này, cùng với các tạp nhẹ khác, ra khỏi hạt ngô trong sản xuất ngô mảnh hay bột ngô

2.1.1.3 Thành phần hóa học của hạt ngô

Thành phần hóa học thay đổi tùy thuộc vào điều kiện khí hậu, giống ngô, điều kiện canh tác,

Bảng 2.1 Sự phân bố các chất trong các phần của ngô

Chất xơ 86,7 2,7 8,8

Giữa các giống ngô khác nhau thành phần hóa học cũng khác nhau

+Nước: chiếm khoảng 12 – 15 % trọng lượng hạt khô nhưng khi thu hoạch tươi thì

độ ẩm đạt 19 – 35 %

+Tinh bột: chiếm khoảng 60 – 70 % khối lượng hạt Hàm lượng amylose trong các giống ngô khác nhau thì khác nhau, khoảng 21 – 23 % Ngô nếp (ngô sáp) là trường hợp ngoại lệ chỉ chứa amylopectin và hoàn toàn không có amylose

Hạt tinh bột có cấu tạo đơn giản, hình dạng rất khác nhau, thường có dạng hình cầu hoặc đa diện tùy theo giống và vị trí của hạt tinh bột trong hạt ngô

Kích thước hạt tinh bột dao động trong khoảng 6 – 30 µm Khối lượng riêng của tinh bột khoảng 1,5 – 1,6 Nhiệt độ hồ hóa là 55 – 67,5 0C, góc quay cực 201,50

Các dạng đường và dẫn xuất của đường: Tổng số đường trong hạt ngô chiếm 1–3 % Trong hạt ngô còn chứa 1 – 6 % dextrin và khoảng 7 % pentosan Ba thành phần cơ bản của monosaccharide ở nội nhũ là D-glucose, D-fructose và lượng đường trong cấu trúc của nucleotide

Đường saccharose là thành phần chính của disaccharide trong hạt ngô, tập trung tương đối cao ở nội nhũ Ngoài ra còn một ít đường maltose (nhỏ hơn 0,4 % hàm lượng chất khô) Gần 3/4 tổng số đường saccharose ở trong phôi và còn lại là ở trong nội nhũ Trisaccharide và các oligosaccharide khác có rất ít trong hạt, chủ yếu là raffinose + Protein: hàm lượng protein trung bình là 10 %

+Lipid: có hàm lượng cao 3,5 – 7 % Phôi chứa 30 – 50 % tổng số lipid, còn một số nằm trong lớp aleuron của hạt Ngoài ra còn có vitamin và khoáng chất

2.1.2 Nước

Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích như nước dùng để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi, … Ngoài ra, nước còn dùng cho sinh hoạt, chữa cháy trong khu vực sản xuất Thành phần, tính chất hóa lý và chất lượng của nước

sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi Trong công nghiệp sản xuất cồn yêu cầu chất lượng của nước giống như nước sinh hoạt [4]

Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu:

- Trong suốt, không màu, không mùi, độ cứng không quá 7 mg - E/l

- Độ oxy hóa: ≤ 2 ml KMnO4 0,01 N/l

- Chất cặn: ≤ 1 mg/l

- Không có kim loại nặng

Hàm lượng kim loại phải đảm bảo không vượt quá yêu cầu sau:

Bảng 2.2 Hàm lượng kim loại trong nước dùng để sản xuất cồn

Đơn bào hô hấp tùy tiện, sinh sản chủ yếu bằng cách nảy chồi có khả năng tạo bào

tử, có khả năng tự kết lắng do có sự kết dính, xâu chuỗi tế bào, có khả năng nhuộm gram (dung dịch metylen xanh) phân biệt được tế bào già trẻ

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

Để sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột có thể dùng các chủng nấm men sau:

Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rasse II): sinh sản trong môi trường

nước đường thường tụ lại thành đám, sau một thời gian ngắn lắng xuống Đặc điểm của loại này trong tế bào có chứa nhiều hạt glycogen, không bào lớn, hình thành bào tử nội sinh ít và chậm, sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ axit thấp có sức kháng cồn cao Không lên men được đường lactoza Kích thước tế bào 5,6 – 7 µm

Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rasse XII): không bào nhỏ, ít sinh

bọt, tế bào hình trứng hoặc tròn, kích thước vào khoảng 5 – 8 µm Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được các đường glucoza, fructoza, galactoza, saccaroza, maltoza và 1/3 đường raffinoza, không lên men đường galactoza

Có thể lên men đạt 13 % rượu trong môi trường Nấm men Rasse XII thuộc loại men

nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng

Nấm men MTB Việt Nam (Men thuốc

bắc): tế bào hình bầu dục, kích thước 3 – 5 ×

5 – 8 µm Có khả năng lên men được đường

glucoza, fructoza, galactoza, saccaroza,

maltoza, galactoza Lên men được ở nhiệt độ

cao (39 – 40 0C) chịu được độ axit tương đối

cao 1 – 1,5 nồng độ có thể đạt từ 12 – 14 %

Đặc biệt qua nhiều năm thuần hóa, nấm men

này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường

có 0,02 – 0,025 % chất sát trùng Na2SiF6 [5]

Chọn nấm men chủng XII để lên men dịch đường hóa từ tinh bột vì tốc độ phát triển nhanh, ít sinh bọt, không tạo đám trắng, phân bố đều, chịu được nhiệt độ cao, lên men nhiều loại đường khác nhau

Các yếu tố ảnh hưởng đến Nấm men chủng XII:

− Nồng độ dịch lên men đạt từ 16 – 18 %

− Nhiệt độ: chúng hoạt động tốt ở nhiệt độ 30 – 33 0C, nhiệt độ tối thiểu là 5 0C và tối đa là 38 0C

− pH: trong môi trường pH = 2 – 8 chúng vẫn có thể phát triển nhưng pH tối thích

là 4,5 – 5 Tuy nhiên để tránh nhiễm khuẩn nên khống chế pH = 3,8 – 4

− Nồng độ rượu: ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men Cùng một môi trường nuôi cấy, số lượng nấm men cho vào bằng nhau, điều kiện nuôi cấy giống nhau thì nồng độ rượu ban đầu 1 % chưa ảnh hưởng nhưng từ 4 – 6 % thì ảnh hưởng xấu

− Oxy: nấm men là loại vi sinh vật kị khí không bắt buộc Trong điều kiện không

có oxy sẽ lên men tạo rượu và CO2, còn có đầy đủ oxy sẽ oxy hóa đường thành rượu và

CO2, tăng sinh khối Vì vậy, oxy là thành phần giúp phát triển sinh khối, nhưng nó lại

là nguyên nhân gây hư hỏng rượu trong công đoạn tiếp theo [8]

- Nhóm các hóa chất xử lý nước như: than hoạt tính, hạt nhựa, …

- Hóa chất sát trùng như Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa

2.1.4.2 Các chế phẩm enzym

+ Trong công nghệ sản xuất cồn, enzyme xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men là khá quan trọng, các enzyme này thuộc loại amylaza Yêu cầu chung để enzyme amylaza hoạt động là nồng độ dịch tinh bột trong khối nấu 12 %, nhiết

độ giới hạn 35 °C – 62 °C Nếu cao hơn của dextrinaza tạo nhiều dextrin làm hiệu suất lên men giảm

+ Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để tăng hiệu suất đường hóa Chế phẩm enzyme được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao Các chế phẩm enzyme này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn

hóa ở dạng lỏng để có hoạt động cao Enzyme loại này chịu được nhiệt độ cao

+ Novo amylaza: Novo amylaza, Termamyl 60L, Fugamyl 800L và Spiritamylaza

Novo 150L được sản xuất từ các vi sinh vật không gây bệnh trong điều kiện vệ sinh

cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao Các Novo amylaza này thường được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt độ cao Các enzyme này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặc tính trong điều kiện bảo quản không lớn hơn 25 0C

+ Termamyl 60L: Termamyl 60L là một enzyme α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng Hoạt động của nó là thủy phân tinh bột thành dextrin giống như α-amylaza của malt

Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong quá trình thủy phân ở pH = 5,0 Nhiệt độ thích

hợp 90 0C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó

+ Fungamyl 800L: Fungamyl 800L là một α-amylaza cô đặc dạng lỏng Nhiệt độ tối thích 60 – 65 0C Fungamyl 800L xúc tác quá trình thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các α-amylaza khác Tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành Fungamyl 800L có thể hoạt động ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện có muối canxi cho sự ổn định của nó

+ Spiritamylaza Novo 150L: Spiritamylaza Novo 150L là một glucoamylaza lỏng cô đặc, được sử dụng để xúc tác quá trình thủy phân tinh bột trong công nghệ lên men rượu Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các đường lên men glucoza không có các dextrin trong sản phẩm thủy phân Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là pH = 3 tại 60 0C Tính ổn định của Spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của ion canxi (Ca2+)

+ Trong quá trình nấu, sử dụng Termamyl 60L nhằm phá vỡ hạt tinh bột, Termamyl

được sử dụng vì nó có thể hoạt động lên đến nhiệt độ 105 – 110 0C [6]

Trong quá trình đường hóa sử dụng Spiritamylaza Novo vì enzyme có nhiệt độ và pH tối thích phù hợp quá trình đường hóa

2.2 Các phương pháp sản xuất

2.2.1 Phương pháp nghiền nguyên liệu

2.2.1.1 Phương pháp nghiền khô

Theo phương pháp nghiền khô, ngô sau khi được thu nhận sẽ qua quá trình xử lý (loại tạp chất, nghiền mịn, tách phôi) thì sẽ bổ sung nước để nấu tạo thành một hỗn hợp dịch ngô – nước để thực hiện quá trình đường hóa Ngô sau khi được nấu chín sẽ được bổ sung enzyme để lên men các loại đường, hỗn hợp thu được gồm ethanol và các chất rắn Quá trình chưng cất được thực hiện để tiến hành thu hồi được sản phẩm ethanol, các chất rắn còn lại sẽ được sấy khô để sản xuất bã rượu và được xem như là một thành phần

để bổ sung vào thức ăn gia súc

Phương pháp nghiền khô được sử dụng phổ biến hiện nay tuy nhiên phương pháp này

có nhiều nhược điểm như hiện tượng tăng nhiệt, oxy hóa một số chất do tiếp xúc với oxy, sinh nhiều bụi, Để khắc phục nhược điểm này thì có thể sử dụng phương pháp nghiền ướt để sản xuất ethanol [7]

2.2.1.2 Phương pháp nghiền ướt

Với phương pháp nghiền ướt, nguyên liệu sau khi được thu nhận sẽ được nghiền cùng với nước để tách các thành phần như tinh bột, chất xơ, gluten và phôi,

Phôi được lấy ra từ nhân được dùng để sản xuất dầu bắp hoặc có thể được trộn với các thành phần khác để làm gluten ngô, một protein quan trọng trong sản xuất thức ăn chăn nuôi Thành phần tinh bột được tách ra sau khi nghiền được đem lên men tạo thành ethanol Phương pháp này tạo thành sản phẩm có chất lượng cao

Phương pháp nghiền ướt tuy cần tiêu hao nhiều năng lượng, cần sử dụng một lượng nước lớn trong quá trình nghiền nhưng sẽ góp phần giảm bụi, ma sát,

Bên cạnh đó nhờ quá trình phân tách tinh bột trước khi lên men mà chất lượng sản phẩm tạo ra sẽ được nâng cao hơn

2.2.2 Phương pháp nấu nguyên liệu

2.2.2.1 Nấu gián đoạn

Đặc điểm: toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong một nồi

Ưu điểm: tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa Nhược điểm: tốn hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu ở áp suất và nhiệt độ cao, thời gian dài nên gây tổn thất nhiều đường, năng suất thấp [1]

Nhược điểm: tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị, thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn, khó vệ sinh

Nhược điểm: yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây

d = 3 mm không quá 10 % và lọt rây d = 1 mm phải nhiều hơn 40 % Đối với ngô phải nghiền nhỏ hơn để bọn nằm trên rây 3 mm không quá 7 % và phải lọt qua rây 1 mm từ

70 % trở lên Đối với nguồn điện, hơi, nước yêu cầu phải ổn định Vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao

Trong ba phương thức nấu trên, vì có nhiều ưu điểm hơn cả nên nấu liên tục ngày càng phổ biến

2.2.3 Phương pháp đường hóa

Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là tác nhân đường hóa Một số tác nhân đường hóa sau:

− Dùng axit HCl hoặc H2SO4: tạo nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt là pentoza, phá hủy axit amin làm môi trường nghèo dinh dưỡng

− Dùng amylaza của malt đại mạch: một số nước Châu Âu vẫn còn dùng phương pháp này

− Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: phương pháp được sử dụng phổ biến trong sản xuất cồn

− Dùng amylaza thu được từ nấm mốc: ở Việt Nam đa số các nhà máy cồn đều dùng phương pháp này, mấy năm gần đây có mua chết phẩm amylaza của hãng Novo

Đan Mạch

2.2.3.1 Đường hóa liên tục

Đặc điểm: quá trình đường hóa được thực hiện trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo

và enzyme amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men [1]

Ưu điểm: dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn Dễ cơ khí và tự động hóa Giảm được khả năng nhiễm trùng do dịch đường hóa đi trong hệ thống kín Chất lượng dịch đường ổn định

Nhược điểm: thiết bị phức tạp, yêu cầu về điện, nước đầy đủ và ổn định Yêu cầu cao

về kỹ thuật vận hành thiết bị Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể

2.2.3.2 Đường hóa gián đoạn

Đặc điểm: tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong một nồi duy nhất gọi là thùng đường hóa [1]

Ưu điểm: thiết bị đơn giản dễ chế tạo, dễ thao tác, vận hành, sửa chữa, hoạt độ enzyme

ít bị giảm do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao

Nhược điểm: không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch bột ở

70 0C Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao) Amylaza mất nhiều hoạt tính Khó cơ giới hóa tự động hóa, năng suất thấp Chất lượng dịch đường không ổn định, dễ bị nhiễm trùng hơn so với phương pháp liên tục

2.2.4 Các phương pháp lên men

2.2.4.1 Phương pháp lên men gián đoạn

Đặc điểm: quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị

duy nhất, thời gian lên men kéo dài [1]

Ưu điểm: thao tác của công nhân đơn giản, thiết bị dễ vệ

sinh, sửa chữa, ít bị nhiễm hàng loạt

Nhược điểm: chất lượng lên men không đồng đều, hiệu

suất lên men thấp, thời gian lên men dài

2.2.4.2 Lên men bán liên tục

Hình 2.5 Sơ đồ lên men bán liên tục

Hình 2.4 Lên men gián đoạn

Đặc điểm: lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạn cuối Phương pháp được cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặc

trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết [1]

Ưu điểm: đơn giản, rút ngắn được chu kì lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên

Nhược điểm: thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặt biệt là các thùng đầu dãy

2.2.4.3 Lên men liên tục

Ưu điểm: hiệu suất lên men tăng, dễ cơ khí và tự động hóa, thời gian lên men được rút ngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng men giống ban đầu cao, chất lượng giấm chín là ổn định

Nhược điểm: khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể, yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định

2.2.5 Phương pháp chưng cất- tinh chế

2.2.5.1 Chưng luyện gián đoạn

Ưu điểm: đơn giản, dễ thao tác, tốn ít thiết bị [1]

Nhược điểm: hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều Tốn hơi do

Hình 2.6 Sơ đồ lên men liên tục [1]

giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn thô Thời gian cất kéo dài

2.2.5.2 Chưng luyện bán liên tục

2.2.5.3 Chưng luyện liên tục

Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm trên của chưng cất gián đoạn và bảo đảm hiệu quả kinh tế cao hơn Chưng luyện liên tục có thể thực hiện theo nhiều sơ

đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp Từ đó chia thành chưng luyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp và vừa trực tiếp)

- Hệ thống hai tháp gián tiếp một dòng: được cải tiến nhưng chất lượng cồn chưa cao hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu lấy ra Sơ đồ gián tiếp một dòng

có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi

- Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp: hệ thống cho phép nhận 70 – 80 % cồn loại I,

20 – 30 % cồn loại II, 3 – 5 % cồn đầu Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có

ưu điểm là tiết kiệm được hơi nhưng đòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác

- Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và một tháp fusel: hệ thống này khác với hệ thống khác

là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách dầu fusel triệt để hơn, nhưng có nhược điểm là

có tổn thất rượu

- Sơ đồ chưng luyện 4 tháp ( thêm một tháp làm sạch): cồn thu được sau khi qua 3 tháp đầu không làm nguội mà được đưa vào tháp làm sạch để tách tạp chất đầu và tạp

chất cuối Do vậy chất lượng cồn được nâng cao [1]

2.2.6 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối

2.2.6.1 Phương pháp bốc hơi qua màng lọc

Nguyên tắc là sử dụng màng có khả năng hút nước cao và khả năng thẩm thấu ngược Hình 2.7 Sơ đồ chưng cất bán

liên tục [1]

để tách nước ra khỏi ethanol Màng này chỉ cho nước và 1 ít ethanol qua Phương pháp này có nhược điểm là màng dễ bị phá hủy và thay nhiều lần, chu kì làm việc ngắn Sử dụng màng dày đủ cho ethanol đi qua, áp suất hơi từ 7 ̶ 70 KPa

Hình 2.8 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng [22]

2.2.6.2 Chưng cất đẳng phí

Đây là phương pháp sử dụng phổ biến trong công nghiệp

Hình 2.9 Sơ đồ chưng đẳng phí Nguyên tắc: đưa một chất mới làm thay đổi độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp, tạo hỗn hợp đẳng phí mới bao gồm: Cấu tử mới, nước, ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn hỗn hợp đẳng phí ban đầu, nhờ vậy tách nước Người ta thường dùng benzen, tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và ethanol nhằm loại bỏ ethanol ra khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với ethanol loại bỏ phần lớn benzen Ethanol được tạo ra không chứa nước

Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ vận hành Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ phần triệu) benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng ethanol này làm thức uống đối với người có thể gây tổn thương cho gan

2.2.6.3 Phương pháp hấp thụ rây phân tử

Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian 3 chiều với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự Hệ thống mao quản (pore) này có kích cỡ phân tử, cho phép chia (rây) các phân tử theo hình dạng và kích thước Vì vậy, zeolit còn được gọi là chất rây phân tử

Nguyên tắc của phương pháp: dựa vào kích thước mao quản của zeolite mà nó có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản và không hấp phụ những phân tử có kích thước lớn

Phương pháp này có ưu điểm là chất lượng cồn cao và ổn định, không gây ô nhiễm môi trường, ít tốn năng lượng, ít tổn thất, khả năng tự động hóa cao Tuy nhiên, vốn đầu

là chất lỏng dễ bay hơi, dễ cháy, không màu

Công thức hóa học là C2H5OH hay CH3–CH2–OH

2.3.2 Tính chất của cồn

2.3.2.1 Tính chất vật lý

Ethanol là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936 g/ml ở

15 0C) và có mùi thơm đặc trưng, vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi (nhiệt độ sôi

là 78,32 0C) Ethanol hòa tan trong nước ở bất cứ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt

và có thể tích

Ethanol hòa tan được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH, … Và nhiều chất khí: H2, N2, O2, NO, SO2, H2S, CO, … Nhưng không hòa tan được tinh bột và disaccarit Rất dễ cháy, khi cháy có ngọn lửu màu xanh và không có khói [23]

C2H5 OH+ O2 2CO2 + 3H2O+ 326 kcal (mạnh)

− Tác dụng với kim loại kiềm và kiềm thổ

Trong trường hợp này ethanol được coi như là một axit yếu và có phản ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo muối alcolat

C2H5OH + M C2H5OM+ 1/2H2 (alcolat kiềm)

− Tác dụng với NH3

Ở nhiệt độ 250 0C và có xúc tác, ethanol tác dụng với 𝑁𝐻3 tạo thành amin

sự hoạt động của nấm men, nấm mốc

2.3.2.4 Ứng dụng của cồn tuyệt đối:

Trong thực phẩm: sản xuất rượu, đồ uống có cồn, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả,

Trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh

Cồn còn là một sản phẩm hoá học: vì cồn có thể sử dụng trực tiếp hoặc là nguyên liệu trung gian để sản xuất axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat và các hoá chất khác, có thể tạo ra hoá chất dầu mỏ

Cồn tuyệt đối để thay thế một phần nhiên liệu cho động cơ ô tô Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ

Cồn có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy việc tạo cồn tuyệt đối là công việc cần thiết

và được quan tâm phát triển

2.4 Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn tuyệt đối

2.4.1 Trên thế giới

Trên thế giới, việc nghiên cứu sử dụng cồn tuyệt đối để thay thế chất phụ gia MTBE trong xăng dầu đã được tiến hành trong nhiều năm qua Chương trình công tuyệt đối được nhiều nước quan tâm, đầu tư xây dựng chiến lược để phát triển các nhà máy sản xuất cồn từ các loại ngũ cốc như: Ngô, sắn, mía đường, Để đáp ứng nhu cầu cung cấp nhiên liệu tái tạo trong tương lai Đây là chương trình phát triển nông nghiệp nông thôn, nhằm khai thác tiềm năng sẵn có về lao động, đất đai, nguồn nông sản ở mỗi quốc gia Mỹ: Là một trong 2 nước sản xuất ethanol lớn nhất thế giới với một chương trình

etanol nhiên liệu cụ thể Tổng công suất sản xuất ethanol nhiên liệu ở Mỹ đến năm 2003

sẽ đạt 3,5 tỷ galon, tương đương 13 tỷ lít, tăng 1,5 tỷ galon so với năm 2001 Tương lai,

Mỹ có thể vượt Braxin, nước sản xuất ethanol lớn nhất trên thế giới hiện nay vào năm

2004 do lệnh cấm sử dụng MTBE vào năm 2003 sẽ làm tăng mạnh nhu cầu đối với ethanol nhiên liệu ở Mỹ

Tây Ban Nha: sẽ trở thành nhà sản xuất ethanol sinh học lớn nhất ở châu Âu vào năm

2004, khi nhà máy thứ 3 và là nhà máy lớn nhất của nước này đi vào hoạt động vào năm

2004

Trung Quốc: Chính phủ nước này vừa công bố các dự án tăng cường công suất sản xuất etanol nhiên liệu tới 1,6 triệu tấn, tương đương 2 tỷ lít/năm Ngoài ra, một nhà máy sản xuất ethanol tổng hợp mới được xây dựng sẽ đi vào hoạt động vào năm 2005 Thái Lan: Chính phủ nước này có kế hoạch tăng sản lượng ethanol nhiên liệu lên tới

650 triệu lít vào năm 2003 từ nguyên liệu chính là sắn, ngô, mía đường

Ấn Độ: Là nước thứ 3 trong khu vực châu Á bắt đầu sản xuất ethanol nhiên liệu Hiện nay, công nghiệp ethanol của nước này mới đạt 1,8 tỷ lít Ấn Độ phụ thuộc chủ yếu vào lượng du nhập khẩu, năm 2001, lượng dầu nhập khẩu là 75 triệu tấn, trị giá 17,5 tỷ USD, cho thấy nhu cầu về ethanol nhiên liệu là rất lớn Số liệu của tiến sĩ Christoph Beng trong báo cáo "Công nghiệp sản xuất ethanol thế giới năm 2001" cho biết: Tổng nhu cầu ethanol nhiên liệu của ấn Độ ước tính khoảng 3,2 tỷ lít/ năm

Theo dự đoán, sản lượng ethanol nhiên liệu toàn cầu có thể đạt 31 tỷ lít vào năm 2006 (năm 2001 chỉ đạt gần 20 tỷ lít) nếu như tất cả các dự án về ethanol nhiên liệu nêu trên được thực hiện

2.4.2 Ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam cồn tuyệt đối chủ yếu nhập khẩu, tuy nhiên giá thành đắt, vì vậy việc nghiên cứu đầu tư công nghệ tiên tiến để xây dựng một nhà máy sản xuất là cần thiết, phù hợp với chương trình cồn tuyệt đối toàn cầu trong nền kinh tế thị trường như hiện nay

Đầu năm 2007, Đoàn cán bộ của Trung tâm Khoa học Nga đã sang thăm và làm việc

về vấn đề chuyển giao công nghệ và thiết bị sản xuất cồn tuyệt đối bằng phương pháp không dùng tác nhân hoá học Ngày 01/02/2008, đã chính thức ký Hợp đồng số No 1654

để triển khai thực hiện dự án này Từ đầu năm 2010 hệ thống thiết bị này đã được đưa vào vận hành ổn định và cho ra sản phẩm có chất lượng vượt trội so với các sản phẩm cùng loại hiện có trên thị trường trong nước và quốc tế

Nhà máy sản xuất ethanol Đại Tân tại Quảng Nam, công suất thiết kết 100.000 tấn ethanol/năm Sau khi đưa vào hoạt động đến năm 2012 nhà máy ngưng hoạt động

Tương tự, nhà máy ethanol Tùng Lâm (tỉnh Đồng Nai) sau thời gian đưa vào hoạt động cũng phải tạm dừng từ năm 2011

Nhà máy Ethanol Đại Việt (Đắc Nông), công suất thiết kế 55.000 tấn ethanol/năm, đi vào hoạt động năm 2011 nhưng tháng 4/2013, nhà máy này đã chính thức dừng hoạt động

Nhà máy Ethanol ĐăkTô (tỉnh Kon Tum) có công suất thiết kế 50.000 tấn ethanol/năm, nhưng đã sớm đắp chiếu vì sản phẩm không đạt tiêu chuẩn pha chế thành xăng E5

Ba nhà máy Ethanol lớn do Tập đoàn Dầu khí Việt Nam (PVN) sử dụng công nghệ của các nước phát triển là Nhà máy ethanol Tam Nông (Phú Thọ), công suất 79.000 tấn ethanol/năm nhưng dự án này mới chỉ hoàn thành giai đoạn thi công mà chưa được đưa vào sản xuất

Nhà máy Ethanol Dung Quất (công nghệ Mỹ, thiết bị Trung Quốc) Tuy nhiên, do bài toán thị trường nên từ tháng 4/2015, nhà máy này đã tạm ngưng Đến tháng 3/2016, toàn bộ hoạt động của nhà máy đã chính thức tạm dừng vì: sản phẩm không bán được

CHƯƠNG 3 : CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ

Nguyện liệu

Nghiền Làm sạch

Tách phôi

Nấu sơ bộ Hòa nước

Chưng cất đẳng phí

Cồn tuyệt đối

Ngưng tụ, làm nguội Bảo quản

Bã rượu

Cồn đầu

Dầu fusel

Ngưng tụ, làm nguội Thùng chứa dầu

Hơi

Lên men Nấm men phòng TN

Nhân giống nấm men

gây cháy nổ đến phểu nạp liệu, nguyên liệu sẽ được chuyển đến sàng rung và đi qua nam châm đặt ở cửa vào

Nguyên liệu ngô đưa vào máy làm sạch qua cửa nạp liệu (1) Trước khi xuống lưới sàng (3), nguyên liệu được tách kim loại bằng nam châm (2), sau đó nguyên liệu rơi xuống lưới sàng (3) Tại đây, với kích thước lỗ lưới lớn hơn nguyên liệu và dưới tác động của chuyển động rung nên tạp chất lớn được giữ lại và đi ra theo cửa số (7), còn nguyên liệu và tạp chất bé sẽ lọt qua lưới (3) và xuống lưới sàng (4) Do lưới sàng (4)

có kích thước nhỏ hơn nguyên liệu nên tại đây nguyên liệu đạt yêu cầu được giữ lại, tạp chất bé sẽ lọt qua lưới sàng (4) và xuống ngăn cuối, được đưa ra ngoài qua cửa số (5) Bụi lơ lững được quạt hút ra ngoài qua đường ống (8) Nguyên liệu đạt yêu cầu đưa đi nghiền ở cửa số (6)

Đối với nguyên liệu ngô thì dùng máy nghiền búa để nghiền Nguyên liệu cần nghiền

cho vào bên trong máy qua cửa nạp liệu Do sự va đập của vật liệu với các cánh búa

đang quay và với thành trong của máy, vật liệu sẽ biến dạng rồi vỡ ra thành các thành

phần có kích thước nhỏ hơn

Ngoài ra khi nguyên liệu ban đầu có kích thước lớn, còn có thêm sự chà xát của vật

liệu với thành trong của máy Do bị va đập nhiều lần giữa cánh búa và vỏ máy, nguyên

liệu giảm kích thước đến khi nhỏ hơn lỗ lưới, hạt sẽ theo lỗ lưới ra ngoài Các hạt vật

liệu nhỏ lọt qua lưới tự thoát ra ngoài hay được quạt hút ra khỏi máy, các hạt vật liệu to

chưa lọt qua lưới lại được các búa tiếp tục nghiền nhỏ Ðể nghiền được, động năng của

búa khi quay phải lớn hơn công làm biến dạng để phá vỡ vật liệu

Tách phôi nhằm loại bỏ phần chất béo có trong phôi, tạo điều kiện thuận lợi cho quá

trình thủy phân tinh bột, lên men diễn ra thuận lợi Tách phôi thường được thực hiện trong thiết bị xyclon

Nhờ sự chênh lệch về tỉ trọng của ngô mảnh và phôi: Phôi

chiếm 60 % chất béo nên có tỉ trọng nhỏ hơn các mảnh

nội nhũ nên khi hòa trộn vào nước phôi sẽ nổ lên còn ngô

mảnh sẽ chìm xuống Theo đường dẫn đến cửa thu hồi

sang giai đoạn tiếp theo Hình 3.4 Thiết bị tách phôi

3.2.5 Nấu nguyên liệu

Mục đích

Mục đích của quá trình nấu là nhằm phá vỡ màng dự trữ của hạt tinh bột trong phần

hạt, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ enzym

amylaza dễ dàng tác dụng khi đường hóa, biến tinh bột thành đường lên men triệt để

Tiến hành

Chọn phương pháp nấu liên tục

Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại thùng

Hình 3.3 Thùng hòa nước