Luận văn thạc sĩ thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô theo phương pháp khô với năng suất 12 tấn nguyên liệu ngày

TÓM TẮT ĐỒ ÁN Với lợi là một nước có nền kinh tế nông nghiệp phát triển, nổi bật là ngành trồng ngô đứng thứ 24/166 nước trên thế giới về sản xuất ngô, Việt Nam đang ngày càng có thêm nh

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Đà Nẵng – Năm 2018

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Với lợi là một nước có nền kinh tế nông nghiệp phát triển, nổi bật là ngành trồng ngô đứng thứ 24/166 nước trên thế giới về sản xuất ngô, Việt Nam đang ngày càng có thêm nhiều nhà máy sản xuất các sản phẩm từ ngô, trong đó có cồn Cồn có vai trò rất quan trọng đối với các ngành công nghiệp, chính vì điều này mà em được giao đề tài

“Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô theo phương pháp khô với năng

suất 12 tấn nguyên liệu / ngày”

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

Chương 1 : Lập luận kinh tế

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: Trần Thị Kiều Diễm MSSV: 107130095

Lớp : 13H2B Khoa: Hóa Nghành : Công nghệ Thực Phẩm

1 Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ ngô theo phương pháp khô năng suất 12 tấn ngô/ngày”

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 theo phương pháp khô năng suất

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

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: Tổng mặt bằng nhà máy (A0)

Bản vẽ số 5: Sơ đồ hơi nước phân xưởng lên men – chưng cất – tinh chế (A0)

6 Họ và người hướng dẫn: Th.S Bùi Viết Cường

7 Ngày giao nhiệm vụ: 23/01/2018

8 Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 23/05/2018

Đà Nẵng, Ngày…….tháng…….năm 2018

Trưởng bộ môn Người hướng dẫn

LỜI CẢM ƠN

Sau hơn 3 tháng, được sự hướng dẫn tận tình của thầy Bùi Viết Cường cùng với những cố gắng của bản thân, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp này Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn của thầy Bùi Viết Cường cùng các thầy cô giáo trong bộ môn Công nghệ thực phẩm, các thầy cô giáo khoa Hóa đã hướng dẫn tận tình và tạo điều kiện thuận lợi để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Em xin chân thành cảm ơn

CAM ĐOAN

Em: Trần Thị Kiều Diễm, 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

Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này

Sinh viên thực hiện

Trần Thị Kiều Diễm

MỤC LỤC

TÓM TẮT ĐỒ ÁN i

LỜI CẢM ƠN i

CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ix

LỜI MỞ ĐẦU 1

LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 2

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư 2

1.2 Đặc điểm thiên nhiên 2

1.3 Nguồn nguyên liệu 2

1.4 Sự hợp tác hóa 3

1.5 Hệ thống giao thông vận tải 3

1.6 Nguồn cung cấp điện 3

1.7 Nguồn cung cấp nước 3

1.8 Thoát nước và xử lí nước 4

1.9 Nguồn nhân lực 4

1.10 Nguồn cung cấp hơi 4

1.11 Thị trường sản phẩm 4

TỔNG QUAN 5

2.1 Tổng quan về nguyên liệu 5

2.1.1 Ngô 5

2.1.2 Nước 7

2.1.3 Nấm men 8

2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật 9

2.2 Tổng quan về cồn tuyệt đối 10

2.2.1 Các định nghĩa 10

2.2.2 Tính chất của cồn 10

2.2.3 Tính chất hóa học 10

2.2.4 Tính chất sinh học 11

2.2.5 Ứng dụng của cồn tuyệt đối: 11

2.3 Phương pháp sản xuất 11

2.3.1 Các phương pháp nấu nguyên liệu 11

2.3.2 Các phương pháp đường hóa 12

2.3.3 Các phương pháp lên men 13

2.3.4 Các phương pháp chưng cất- tinh chế 14

2.3.5 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối 16

2.4 Tình hình sản xuất và nhu cầu sử dụng cồn tuyệt đối 17

2.4.1 Trên thế giới 17

2.4.2 Ở Việt Nam 18

CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 19

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ 19

3.2 Thuyết minh 20

3.2.1 Làm sạch 20

3.2.2 Nghiền 21

3.2.3 Hòa nước 21

3.2.4 Tách phôi 22

3.2.5 Nấu 22

3.2.6 Làm nguội 24

3.2.7 Đường hóa 24

3.2.8 Lên men 25

3.2.9 Chưng cất, tinh chế 26

3.2.10 Chưng đẳng phí 28

3.2.11 Làm nguội 29

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 30

4.1 Kế hoạch sản xuất 30

4.2 Tính cân bằng sản phẩm 30

4.2.1 Các thông số ban đầu 30

4.2.2 Tính toán cân bằng vật chất 31

TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 42

5.1 Sàng làm sạch 42

5.2 Máy nghiền búa 42

5.3 Tank chứa bột ngô sau khi nghiền 43

5.4 Cân định lượng 44

5.5 Thiết bị hòa nước 44

5.6 Thiết bị tách phôi 45

5.7 Nồi nấu sơ bộ 46

5.8 Thiết bị phun dịch hóa 47

5.9 Nồi nấu chín 47

5.10 Thiết bị tách hơi 48

5.11 Phao điều chỉnh mức 49

5.12 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau khi tách hơi 49

5.13 Thùng đường hóa 50

5.14 Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau đường hóa 51

5.15 Thiết bị lên men 52

5.15.1 Thể tích thùng lên men 52

5.15.2 Quan hệ các kích thước cơ bản của thùng lên men 52

5.15.3 Thùng nhân giống cấp I 52

5.15.4 Thùng nhân giống cấp II 53

5.15.5 Thùng lên men 53

5.16 Thiết bị tách và thu hồi CO2 54

5.17 Thùng chứa giấm chín 54

5.18 Tính tháp thô 55

5.18.1 Xác định số đĩa lý thuyết 55

5.18.2 Tính đường kính 55

5.18.3 Tính chiều cao 56

5.19 Tính tháp andehyt 56

5.19.1 Xác định số đĩa 56

5.19.2 Tính đường kính tháp 56

5.19.3 Tính chiều cao tháp 56

5.20 Tính tháp tinh 57

5.20.1 Xác định số đĩa 57

5.20.2 Tính đường kính tháp tinh 57

5.20.3 Tính chiều cao tháp 57

5.21 Tính tháp làm sạch 58

5.21.1 Xác định số đĩa 58

5.21.2 Tính đường kính tháp 58

5.21.3 Tính chiều cao 58

5.22 Nhóm thiết bị phụ trợ cho tháp thô 58

5.22.1 Thiết bị hâm giấm 58

5.22.2 Thiết bị tách bọt 59

5.22.3 Bình chống phụt giấm 60

5.22.4 Thiết bị ngưng tụ cồn thô 60

5.22.5 Thiết bị ống xoắn ruột gà làm nguội cồn thô 61

5.23 Thiết bị phụ trợ ở tháp andehyt 62

5.23.1 Thiết bị ngưng tụ 62

5.23.2 Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà cồn đầu 63

5.24 Thiết bị phụ trợ ở tháp tinh 63

5.24.1 Thiết bị ngưng tụ 63

5.24.2 Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà 64

5.25 Thiết bị ngưng tụ và làm nguội dầu fusel 65

5.26 Thiết bị phụ trợ ở tháp làm sạch 65

5.26.1 Thiết bị ngưng tụ 65

5.26.2 Thiết bị làm nguội và hồi lưu cồn đầu 67

5.27 Tháp tách nước 67

5.27.1 Xác định số đĩa 67

5.27.2 Tính đường kính 67

5.27.3 Chiều cao tháp tách nước 67

5.28 Tính tháp chưng tách benzen: 68

5.28.1 Xác định số đĩa 68

5.28.2 Tính đường kính tháp 68

5.28.3 Tính chiều cao tháp 68

5.29 Thiết bị phụ trợ ở tháp tách nước 69

5.29.1 Thiết bị ngưng tụ 69

5.29.2 Thiết bị làm nguội 69

5.30 Decanter 70

5.31 Thiết bị ngưng tụ và làm nguội cồn sản phẩm 70

5.32 Các thùng chứa 71

5.32.1 Thùng chứa cồn sản phẩm 71

5.32.2 Thùng chứa cồn đầu 72

5.32.3 Thùng chứa dầu fusel 72

5.33 Thiết bị vận chuyển 73

5.33.1 Băng tải vận chuyển: 73

5.33.2 Gàu tải vận chuyển: 73

5.33.3 Bơm nước vào công đoạn hòa nước 73

5.33.4 Bơm dịch cháo đi phun dịch hóa 74

5.33.5 Bơm dịch vào thùng nhân giống 74

5.33.6 Bơm giấm chín sau khi lên men sang thùng chứa giấm chín 74

5.33.7 Bơm giấm chín từ thùng chứa giấm chín đi chưng cất 74

TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC 77

6.1 Tính hơi 77

6.1.1 Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ 77

6.1.2 Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa 78

6.1.3 Tính nhiệt cho nồi nấu chín 79

6.1.4 Tính hơi cho quá trình chưng cất tinh chế 82

6.1.5 Tính hơi cho quá trình chưng đẳng phí 82

6.1.6 Tính và chọn lò hơi 83

6.1.6 Tính nhiên liệu 83

6.2 Tính nước 84

6.2.1 Nước dùng cho công đoạn hòa nước 84

6.2.2 Nước dùng cho đường hóa 84

6.2.3 Nước dùng cho thiết bị làm nguội ống lồng ống 84

6.2.4 Nước dùng cho phân xưởng lên men 84

6.2.5 Lượng nước cần dùng cho phân xưởng chưng cất - tinh chế 87

6.2.6 Lượng nước cần ngưng tụ và làm nguội cồn thành phẩm 92

6.2.7 Nước cho lò hơi 92

6.2.6 Nước rửa thiết bị : 92

TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 93

7.1.1 Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy 93

7.1.2 Tổ chức lao động 93

7.1.3 Nhân lực lao động gián tiếp 93

7.1.4 Nhân lực lao động cho sản xuất trực tiếp 94

7.2 Tính các công trình xây dựng 94

7.2.1 Khu sản xuất chính 94

7.2.2 Tính tổng mặt bằng cần xây dựng nhà máy 99

AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY 100

8.1 An toàn lao động 100

8.1.1 Những nguyên nhân và các biện pháp hạn chế 100

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

8.2 Vệ sinh nhà máy 102

8.2.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân 102

8.2.2 Vệ sinh máy móc thiết bị 102

8.2.3 Vệ sinh xí nghiệp 102

8.2.4 Xử lý phế liệu trong nhà máy 102

8.2.5 Xử lý nước thải 103

8.2.6 Xử lý nước dùng trong sản xuất 103

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 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

9.3.3 Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường trong giấm chín 107 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 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 SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2 1 Sự phân bố các chất trong các phần của ngô 6

Bảng 4 1 Biểu đồ nhập liệu 30

Bảng 4 2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy 30

Bảng 4 3 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn (%) 31

Bảng 4 4 Thành phần hóa học trong các bộ phận của hạt ngô 31

Bảng 4 5 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100kg giấm chín 38

Bảng 4 6 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 14,89 kg rượu thô 38

Bảng 4 7 Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 17,287kg rượu tinh 39

Bảng 4 8 Bảng cân bằng nhiệt lượng 40

Bảng 4 9 Bảng tổng kết cân bằng vật chất 41

Bảng 5 1 Bảng tổng kết các thiết bị 75

Bảng 7 1 Nhân lực lao động cho sản xuất trong nhà máy 94

Bảng 7 2 Bảng tổng kết các công trình 98

Hình 2 1 Cây ngô 5

Hình 2 2 Cấu tạo của hạt ngô 5

Hình 2 3 Saccharomyces cerevisiae 8

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 chưng gián đoạn 15

Hình 2 8 Sơ đồ chưng bán liên tục 15

Hình 2 9 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng 16

Hình 2 10 Sơ đồ chưng đẳng phí 16

Hình 2 11 Zeolit 17

Hình 3 1 Máy sàng rung 21

Hình 3 2 Máy nghiền búa 21

Hình 3 3 Xyclo tách phôi 22

Hình 3 4 Sơ đồ phương pháp nấu liên tục 23

Hình 3 5 Thiết bị làm nguội 24

Hình 3 6 Thiết bị đường hóa 24

Hình 3 7 Sơ đồ lên men liên tục 26

Hình 3 8 Sơ đồ chưng cất, tinh chế cồn 27

Hình 3 9 Sơ đồ chưng đẳng phí 28

Hình 5 1 Sàng làm sạch 42

Hình 5 2 Máy nghiền búa 42

Hình 5 3 Tank chứa bột ngô 43

Hình 5 4 Cân định lượng 44

Hình 5 5 Thiết bị hòa nước 45

Hình 5 6 Thiết bị tách phôi 45

Hình 5 7 Nồi nấu sơ bộ 46

Hình 5 8 Thiết bị phun dịch hóa 47

Hình 5 9 Nồi nấu chín 48

Hình 5 10 Thiết bị tách hơi 48

Hình 5 11 Phao điều chỉnh mức 49

Hình 5 12 Thiết bị làm nguội 50

Hình 5 13Thùng đường hóa 50

Hình 5 14 Thùng nhân giống cấp I 52

Hình 5 15 Thùng nhân giống cấp II 53

Hình 5 16 Thùng lên men 53

Hình 5 17 Thiết bị tách và thu hồi CO2 54

Hình 5 18 Thùng giấm chín 55

Hình 5 19 Hình ảnh tháp thô 56

Hình 5 20 Hình ảnh tháp andehyt 56

Hình 5 21 Hình ảnh tháp tinh 57

Hình 5 22 Hình ảnh tháp làm sạch 58

Hình 5 23 Thiết bị hâm giấm 59

Hình 5 24 Thiết bị tách bọt 60

Hình 5 25 Thiết bị ngưng tụ 60

Hình 5 26 Thiết bị ống xoắn ruột gà 61

Hình 5 27 Thiết bị ngưng tụ nằm ngang 66

Hình 5 28 Hình ảnh tháp tách nước 67

Hình 5 29 Hình ảnh tháp tách benzen 68

Hình 5 30 Decanter 70

Hình 5 31 Thùng chứa cồn sản phẩm 71

Hình 5 32 Thùng chứa cồn đầu 72

Hình 5 33 Thùng chứa dầu fusel 72

Hình 5.34 Tháp thô 113

Hình 5 35 Tháp andehyt 113

Hình 5 36 Tháp tinh 113

Hình 5 37 Tháp làm sạch 113

Hình 5 38 Tháp tách nước 113

Hình 5 39 Tháp tách benzen 113

LỜI MỞ ĐẦU

Công nghiệp sản xuất cồn ngày càng phát triển và chiếm tỉ lệ khá lớn trong các ngành kinh tế quốc dân Với việc ứng dụng những kĩ thuật mới vào sản xuất đã và đang tạo ra các sản phẩm cồn có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của con người Đặc biệt, hiện nay người ta đang chú trọng đến việc phát triển cồn tuyệt đối Cồn tuyệt đối là ethanol tinh khiết, loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol với hàm lượng 99.60%, chủ yếu được sản xuất theo phương pháp sinh học nhờ sự hoạt động của nấm men từ nguyên liệu chứa glucid Cồn tuyệt đối có vai trò quan trọng đối với các ngành công nghiệp như: trong công nghiệp thực phẩm dùng để pha chế thành các loại rượu mùi, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả Trong y tế cồn dùng

để sát trùng, sản xuất dược phẩm… Đặc biệt chúng còn dùng để pha chế làm nhiên liệu cho ngành giao thông vận tải vì vậy trong tương lai nhu cầu về cồn tuyệt đối là rất cao Ngoài ra ngành sản xuất cồn cũng tạo ra nhiều sản phẩm phụ như là CO2, bã rượu, dầu fusel

Các nguồn nguyên liệu để sản xuất cồn là những nguồn chứa nhiều glucid như tinh bột 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

Việt Nam là một nước có nền kinh tế nông nghiệp, nổi bật là ngành trồng ngô đứng thứ 24/166 nước trên thế giới về sản xuất ngô Theo Trung tâm Tin học thống kê (Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn ) năm 2016, diện tích ngô của Việt Nam đạt hơn 1,15 triệu ha (chiếm 0,65% diện tích ngô toàn thế giới; 1,94% diện tích ngô châu Á; 11,6% diện tích ngô khu vực Đông Nam Á), và năng suất trung bình 45,5 tạ/ha Điều này cho thấy đây là một nguồn nguyên liệu rất phong phú, dồi dào của Việt Nam tạo điều kiện rất thuận lợi cho sản xuất cồn tuyệt đối Việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn từ ngô là hoàn toàn có thể

Trên cơ sở đó, em được giao nhiệm vụ “Thiết kế phân xưởng sản xuất cồn

tuyệt đối từ ngô năng suất 12 tấn/ ngày”

LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Sự cần thiết phải đầu tư

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

Khi xem xét các điều kiện để xây dựng nhà máy có thể thấy rằng, tỉnh Đăk Lăk,

có tiềm năng lớn về nguồn nguyên liệu ngô, có sức lao động dồi dào, bên cạnh đó, khu công nghiệp Hòa Phú rất thuận lợi cho các doanh nghiệp hợp tác, giao lưu hàng hóa, dịch vụ giữa Đăk Lăk và các tỉnh lân cận như Đăk Nông, Lâm Đồng, Bình Dương, Đồng Nai, thành phố Hồ Chí Minh, Gia Lai, Kon Tum, Khánh Hòa, Phú Yên [4,tr 20-21]

1.2 Đặc điểm thiên nhiên

Đắk Lắk có địa hình có hướng thấp dần từ Đông Nam sang Tây Bắc Nhìn chung khí hậu khác nhau giữa các dạng địa hình và giảm dần theo độ cao: vùng dưới 300 m quanh năm nắng nóng, từ 400 – 800 m khí hậu nóng ẩm và trên 800 m khí hậu mát Khí hậu toàn tỉnh được chia thành hai tiểu vùng Vùng phía Tây Bắc có khí hậu nắng nóng, khô hanh về mùa khô, vùng phía Đông và phía Nam có khí hậu mát mẻ, ôn hoà Thời tiết chia làm 2 mùa khá rõ rệt là mùa mưa và mùa khô Mùa mưa bắt đầu từ tháng 5 đến hết tháng 10, tập trung 90% lượng mưa hàng năm kèm gió tây nam thịnh hành Mùa khô từ tháng 11 đến tháng 4 năm sau, lượng mưa không đáng kể Lượng mưa trung bình nhiều năm toàn tỉnh đạt từ 1600–1800 mm [17]

1.3 Nguồn nguyên liệu

Nguyên liệu chính được sử dụng để sản xuất là ngô

Ngô có thể được trồng trên vùng gò đồi nên điều kiện địa lí ở đây thích hợp cho việc phát triển cây ngô Hiện nay sản lượng ngô trên địa bàn khá lớn, theo thống kê năm 2014 thì diện tích gieo trồng trên toàn tỉnh khoảng 30 000 ha với sản lượng 665

000 tấn trong vụ mùa Nhìn chung việc xây dựng nhà máy ở đây có ý nghĩa quan trọng trong việc tận dụng nguồn nguyên liệu sẵn có ở địa phương và các huyện lân cận Ngoài ra nguyên liệu có thể được nhập từ những tỉnh lân cận như Đăk Nông, Gia Lai, Lâm Đồng, Phú Yên [18]

Mặc khác 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

Hơn nữa việc thu mua trong địa bàn tỉnh, vùng cũng góp phần giảm chi phí sản xuất, hạ giá thành sản phẩm đem lại hiệu quả kinh tế cao hơn

1.4 Sự hợp tác hóa

Việc hợp tác hóa, liên hiệp hóa có vai trò vô cùng quan trọng Một nhà máy muốn tồn tại và phát triển lâu dài thì cần phải hợp tác hóa với các nhà máy trong và ngoài nước để có thể ứng dụng được các thành tựu khoa học kĩ thuật vào sản xuất, giúp nâng cao hiệu quả kinh tế, tiết kiệm chi phí vận chuyển, sản phẩm tiêu thụ nhanh chóng

Với ngành nông nghiệp: phải hợp tác chặt chẽ để thu hoạch đúng thời vụ Bên cạnh đó, nhà máy phải có cán bộ kỹ thuật hỗ trợ người trồng ngô về kỹ thuật gieo trồng, chăm sóc, thu hoạch, nhằm đảm bảo năng suất và chất lượng, cho cán bộ về tại nơi thu mua nguyên liệu trong tỉnh và các tỉnh lân cận để hướng dẫn cụ thể

Mặt khác, nhà máy cần liên kết với các doanh nghiệp như nhà máy cung cấp bao bì, nhà máy nước thành phố, sở điện lực, công ty môi trường đô thị, v.v từ đó giảm được chi phí đầu tư, điện nước và dễ dàng kiểm soát ô nhiễm

1.5 Hệ thống giao thông vận tải

Vị trí xây dựng tại khu công nghiệp Hòa Phú, huyện 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]

1.6 Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng điện để chạy động cơ, thiết bị và chiếu sáng

Nguồn điện được lấy từ lưới điện quốc gia thông qua các trạm biến áp Mạng lưới cung cấp điện của Đăk Lăk ngày càng được tăng cường về số lượng và chất lượng, đảm bảo cung cấp điện ổn định cho sản xuất của nhà máy Ngoài ra nhờ vị trí địa lí thuận lợi nằm gần nhà máy thủy điện Buônkuôp mà việc sử dụng điện cũng thuận tiện hơn [19]

Bên cạnh đó nhà máy cũng trang bị máy phát điện dự phòng để đảm bảo sản xuất liên tục khi có sự cố

1.7 Nguồn cung cấp nước

Nước dùng trong nhà máy với mục đích chế biến, vệ sinh thiết bị và dùng cho sinh hoạt Do đó có chế độ xử lý nước thích hợp để không ảnh hưởng đến sức khỏe công nhân cũng như chất lượng sản phẩm

Nguồn cung cấp nước cho nhà máy chủ yếu được lấy từ lưu vực sông Sêrêpok Trước khi được sử dụng thì nước được đưa qua hệ thống xử lí để đảm bảo chất lượng nước về các chỉ tiêu như chỉ số coli, độ cứng, hỗn hợp vô cơ và hữu cơ

1.8 Thoát nước và xử lí nước

Nước thải là hỗn hợp của nhiều chất hữu cơ, là môi trường thích hợp cho các vi sinh vật phát triển, gây ô nhiễm môi trường, do đó vấn đề xử lí nước thải luôn là vấn

đề được các nhà máy quan tâm nhất

Nước thải trước khi ra môi trường sẽ được xử lí bằng một hệ thống hiện đại, cần

có đường dẫn nước thải đến khu vực riêng, tách rác xử lý riêng, đảm bảo nước không gây ô nhiễm Các chất thải rắn thường được xử lí bằng cách đào hố chôn

1.9 Nguồn nhân lực

Đội ngũ cán bộ, công nhân viên của nhà máy chủ yếu ưu tiên lao động trong tỉnh

và các tỉnh lân cận

Đội ngũ cán bộ được tuyển dụng, đào tạo từ các trường đại học, cao đẳng

1.10 Nguồn cung cấp hơi

Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy

Nhiên liệu được sử dụng là dầu mazut được thu mua từ các trạm xăng dầu địa phương và được dự trữ trong kho của nhà máy Áp lực hơi sử dụng tùy vào mục đích, yêu cầu của từng công đoạn khác nhau

1.11 Thị trường sản phẩm

Thị trường tiêu thụ sản phẩm chủ yếu ở trong tỉnh và các tỉnh lân cận Ngoài ra

có thể xuất khẩu ra nước ngoài

TỔNG QUAN

2.1 Tổng quan về nguyên liệu

2.1.1 Ngô

2.1.1.1 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 [4, tr 49-53]

Cây ngô có nguồn gốc từ châu Mĩ

và được Columbus đưa về châu Âu

Sau đó được phổ biến rộng rãi và lan truyền nhanh ra khắp các châu lục Ngô được nhập vào Việt Nam qua 2 nước là Trung Quốc và Indonesia

Ngô có nhiều loại, dựa vào sự khác nhau về hình dáng hạt, mức độ trắng trong của nội nhũ và ý nghĩa sử dụng mà phân thành các loại như ngô đá, ngô răng ngựa, ngô bột, ngô sáp, ngô nổ, ngô đường

Trong các loại ngô trên thì ngô bột là nguyên liệu được sử dụng thường xuyên trong sản xuất cồn tuyệt đối với hàm lượng tinh bột lên đến 80% (khối lượng chất khô)

2.1.1.2 Cấu tạo của hạt ngô

Hạt ngô có cấu tạo gồm năm phần : vỏ, phôi,

aleuron, nội nhũ và chân hạt [3, tr 29][8]

- Vỏ: bao gồm lớp vỏ quả và vỏ hạt Chiều dày

lớp vỏ khoảng 35-60 μm Vỏ quả chiềm 5-7%

khối lượng hạt, vỏ hạt chiềm 2% khối lượng

hạt

− Lớp aleurone:

Là lớp nằm dưới vỏ hạt, bao lấy nội nhũ và phôi

Gồm những lớp tế bào lớn, thành dày, trong có chứa

hợp chất của Nito và những giọt nhỏ chất béo Lớp aleurone dày khoảng 10-70 μm, trong này hầu như không chứa tinh bột Chiều dày của lớp aleurone phụ thuộc vào giống, loại hạt và nhất là phụ thuộc vào điều kiện canh tác

Hình 2 1 Cây ngô

Hình 2 2 Cấu tạo của hạt ngô

− Chân hạt:

Là phần nối hạt với lõi ngô, chiếm khoảng 1,5% khối lượng hạt Đây là thành phần cấu trúc không có lợi cho chế biến cho thực phẩm nên thường được loại bỏ Thành phần chủ yếu của chân hạt là xơ và các mao dẫn nên thường có tỉ lệ trọng nhỏ

2.1.1.3 Thành phần hóa học của ngô

Thành phần hóa học của hạt ngô thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giống, loại ngô, kỹ thuật canh tác, đất đai…Thành phần hóa học của hạt ngô phân bố không đều trong hạt, nó có tỉ lệ khác nhau giữa 3 phần chính là vỏ, nội nhũ và phôi

Bảng 2 1 Sự phân bố các chất trong các phần của ngô [1, tr 23-25]

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% Đối với ngô bột, thành phần tinh bột gồm 20% amylose và 80% amylopectid 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 67,50C, góc quay cực 201,50

55 Các dạng đường và dẫn xuất của đường: Tổng số đường trong hạt ngô chiếm 155 3% 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) Phần lớn 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% Trong nội nhũ protein cùng với tinh bột ở dạng dự trữ Phần lớn protein dự trữ này định vị trong các thể protein hình cầu, có màng bao bọc và có đường kính từ 2-5 µm Các thể protein hình cầu này lại liên kết chặt chẽ với nhau thành một mạng lưới protein

- Lipid: Có hàm lượng cao 3,5-7% Phôi chứa 30-50% tổng số lipid, ngoài ra còn một số nằm trong lớp aleuron của hạt, chất béo này đa số là acid chưa no, màu vàng nhạt, chiếm 72% tổng lượng chất béo Đây là lí do cần phải tách phôi trước khi dùng

để sản xuất rượu vì chất béo trong phôi sẽ gây cho rượu có mùi khó chịu

- Khoáng chất: Chứa 1,3% khoáng Chất khoáng tập trung chủ yếu ở phôi, có khoảng 78% lượng chất khoáng trong toàn hạt Chất tro trong ngô gồm nhiều thành phần nhưng nhiều hơn cả là photpho, oxit kim loại kiềm và kiềm thổ như P2O5, Na2O,

K2O, SO2, MgO, CaO…

- Vitamin:

Trong ngô còn có nhiều loại vitamin có giá trị dinh dưỡng cao mà trong gạo

không có như vitamin A, B1, B2, C tập trung chủ yếu ở lớp ngoài hạt ngô

2.1.2 Nước

Nước là thành phần nguyên liệu quan trọng trong 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

Nước sử dụng cần phải đạt các chỉ tiêu yêu cầu sau đây [5, tr 41-44]:

− Nước phải trong suốt, không màu, không mùi vị lạ, không chứa các vi sinh vật gây bệnh, không có kim loại nặng

− Nước phải thỏa mãn về chỉ tiêu độ cứng không quá 7 mg-E/l, độ kiềm, độ oxy hóa ≤ 2 ml KMnO4 0,01N/l, độ cặn và chỉ số vi sinh

2.1.3 Nấm men

Nấm men là tác nhân cơ bản gây ra quá

trình lên men ethanol Thường sử dụng nấm

men thuộc họ Saccharomycetaceac, loài

S.cerevisiae

Nấm men (Yeast) là nhóm nấm có cấu tạo

đơn bào, sinh sản bằng cách nảy chồi Nấm

men sống đơn độc hoặc từng đám nhưng không

di động, phân bố rộng rãi trong tự nhiên cũng

như trong đất, lương thực, thực phẩm, hoa

quả,… Nấm men xuất hiện nha bào chỉ khi môi

trường quá nghèo hoặc môi trường nuôi cấy không thuận lợi [5, tr 115]

Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có tính chất cơ bản sau: + Tốc độ phát triển nhanh

+ Có đặc tính sinh lý, sinh hóa ổn định trong thời gian dài

+ Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít

+ Lên men được nhiều loại đường khác nhau (glucose, fructose, saccharose, maltose, 1/3 rafinose, các dextrin …) và nhiều loại nguyên liệu khác nhau ( như gạo, ngô, khoai, sắn )và đạt được tốc độ lên men nhanh

+ Chịu được áp suất thẩm thấu lớn tức là chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên men, tức là lên men đạt nồng độ rượu cao

+ Thích nghi với điều kiện không thuận lợi của môi trường, đặc biệt là đối với chất sát trùng Với Việt Nam, đòi hỏi lên men ở nhiệt độ tương đối cao (≥350C)

Các chủng nấm men thường được dùng trong sản xuất cồn như sau: nấm men chủng II, nấm men chủng XII, Men thuốc bắc

Trong sản xuất cồn, Nấm men chủng XII được sử dụng 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, chịu được nồng độ dịch đường 14% [5, tr 206-210] Các yếu tố ảnh hưởng đến Nấm men chủng XII:

- Nhiệt độ: chúng hoạt động tốt ở nhiệt độ 30-330C, nhiệt độ tối thiểu là

50C và tối đa là 380C

Hình 2 3 Saccharomyces cerevisiae

- 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 người ta thường khống chế ở 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, chịu được nồng độ dịch đường 14%

- 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

- 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

Enzyme xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường lên men, chúng còn được sử dụng để tăng hiệu suất đường hóa, các enzyme này thuộc loại amylaza Trong quá trình nấu, sử dụng Termamyl 60L nhằm phá vỡ màng tinh bột, đây là một enzyme α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng, hoạt động tốt trong ở pH = 5,0 và nhiệt độ

900C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó Termamyl được sử dụng vì nó có thể hoạt động lên đến nhiệt độ 105-110°C

Trong quá trình đường hóa sử dụng Spiritamylaza Novo, đây là một glucoamylaza lỏng cô đặc 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 Chúng giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là pH = 3 tại 600C

2.2 Tổng quan về cồn tuyệt đối

2.2.1 Các định nghĩa

Cồn tuyệt đối là ethanol tinh khiết, loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol với hàm lượng 99.60%V, là một hợp chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu methylic,

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

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

2.2.2 Tính chất của cồn

2.2.2.1 Tính chất vật lý

− Ethanol là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước (khối lượng riêng 0,7936g/ml ở 150C) và có mùi thơm đặc trưng, vị cay, sức hút ẩm mạnh,

dễ bay hơi (nhiệt độ sôi là 78,320C)

− Ethanol hòa tan trong nước ở bất cứ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt và co 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 [26]

2.2.3 Tính chất hóa học

Cấu trúc phân tử rượu gồm hai thành phần: Gốc etyl và nhóm hydroxyl nên tính chất hóa học của rượu etylic phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần hóa học đó [26]

− Tác dụng với oxi:

Tùy theo cường độ tác dụng với rượu mà cho sản phẩm khác nhau

2C2H2OH + O2 2CH3CHO + H2O (nhẹ)

C2H5OH + O2 CH3COOH + H2O (đủ)

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 2500C và có xúc tác, ethanol tác dụng với NH3 tạo thành amin

C2H5OH + NH3 C2H5NH2 + H2O

− Tác dụng với axit

Ethanol tác dụng với axit tạo thành este phức tạp Tùy theo từng loại axit khác nhau tạo thành este khác nhau, trong trường hợp này rượu đóng vai trò là kiềm yếu

C2H5OH + CH3COOH CH3COOC2H + H2O

C2H5OH+ H2SO4 (C2H5)2 SO4 + 2H2O

2.2.4 Tính chất sinh học

Cồn có tính chất sát trùng mạnh vì cồn hút nước sinh lý của các tế bào làm khô chất albumin Cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ cồn, nhưng tác dụng sát trùng mạnh nhất của cồn là dung dịch có nồng độ 70% Vì ở nồng độ này cồn có khả năng thấm qua màng tế bào lớn hơn so với cồn cao độ Cồn có tác dụng ức chế sự phát triển và làm yếu sự hoạt động của nấm men, nấm mốc

2.2.5 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

2.3 Phương pháp sản xuất

2.3.1 Các phương pháp nấu nguyên liệu

2.3.1.1 Nấu gián đoạn

Đặc điểm: toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong một nồi [7, tr 48]

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

2.3.1.2 Nấu bán liên tục

Đặc điểm: nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm [7, tr 49 ]

Ưu điểm: giảm được thời gian nấu, áp suất, nhiệt độ do đó giảm được tổn thất và tăng hiệu suất Nhờ sử dụng hơi thứ và nấu sơ bộ nên tiết kiệm được lượng hơi dùng cho nấu rất nhiều

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%, yêu cầu 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

2.3.2 Các 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

− 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 chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch

2.3.2.1 Đường hóa gián đoạn:

Đặc điểm: Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong một nồi duy nhất [7, tr 101]

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 700C Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao) 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

2.3.2.2 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 [7, tr 95]

Ưu điểm: 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

2.3.3 Các phương pháp lên men

2.3.3.1 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 [7, tr 149]

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

2.3.3.2 Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì)

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 [11, tr 154]

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

2.3.3.3 Lên men liên tục

Đặc điểm: dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi

ra Dịch đường phải đi qua nhiều các thùng lên men: Thùng lên men chính, các thùng lên men tiếp theo là lên men phụ Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn [11, tr 152]

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

2.3.4 Các phương pháp chưng cất- tinh chế

2.3.4.1 Chưng luyện gián đoạn

Ưu điểm: Đơn giản, dễ thao tác, tốn ít thiết bị [7, tr 178]

Hình 2 6 Sơ đồ lên men liên tục

Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi rượu thấp do

rượu còn lại trong bã nhiều Tốn hơi do giấm chín

đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ

của cồn thô Thời gian cất kéo dài

2.3.4.2 Chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục)

2.3.4.3 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

Hình 2 7 Chưng gián đoạn

Hình 2 8 Sơ đồ chưng bán liên tục

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 [11, tr 183-188]

2.3.5 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối

2.3.5.1 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 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 7-70KPa

Hình 2 9 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng

2.3.5.2 Chưng cất đẳng phí

Đây là phương pháp sử dụng phổ biến trong công nghiệp

Hình 2 10 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 tự 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

2.3.5.3 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 ôn nhiễm môi trường, ít tốn năng lượng, ít tổn thất, khả năng tự động hóa cao Tuy nhiên, vốn đầu tư lớn

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 (Methyl tertiary-butyl ether) trong xăng dầu đã được tiến hành trong nhiều năm qua

Mỹ là một trong 2 nước sản xuất ethanol lớn nhất thế giới 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

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 ethanol 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

Hình 2 11 Zeolit

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

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 [6]

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

Tình hình sản xuất cồn tuyệt đối có các sự kiện quan trọng là:

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 [7]

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 [8]

CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

3.1 Chọn dây chuyền công nghệ

Nguyên liệu Làm sạch Nghiền Hòa nước

Tách phôi

Nấu sơ bộ Enzym Termamyl

Hơi thứ Phun dịch hóa Hơi

Enzyme spirit Đường hoá H2SO4, Na2SiF6

Cồn tuyệt đối

Ngưng tụ, làm nguội

3.2.1.2 Tiến hành

Thiết bị: máy sàng rung tách tạp chất

Nguyên liệu ngô được nạp vào phểu nạp liệu có gắn nam châm để tách kim loại

để tránh sinh ra tia lửa điện gây cháy nổ Sau đó nguyên liệu rơi xuống lưới sàng thứ nhất

Tại đây, với kích thước lỗ lưới là 5-8mm và dưới tác động của chuyển động rung nên tạp chất lớn được giữ lại và đi ra theo cửa tách tạp chất lớn, còn nguyên liệu và tạp chất bé sẽ lọt qua lưới và xuống lưới sàng thứ hai

Lưới sàng 2 có kích thước

3-4mm nên nguyên liệu đạt yêu cầu

được giữ lại, tạp chất bé sẽ lọt qua lưới

sàng và xuống ngăn cuối, được đưa ra

ngoài qua cửa tách tạp chất nhỏ Bụi

lơ lững được quạt hút ra ngoài qua

đường ống Nguyên liệu đạt yêu cầu

đưa đi nghiền [12]

3.2.2 Nghiền

3.2.2.1 Mục đích:

Nghiền nhằm mục đích phá vỡ cấu trúc của hạt ngô, giải phóng hạt tinh bột, tăng

bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa tan tốt hơn

Vì vây, thời gian nấu và đường hóa sẽ được rút ngắn, tiết kiệm hơi và nâng cao hiệu suất thu hồi cồn

3.2.2.2 Tiến hành

Thiết bị: máy nghiền búa

1 Vỏ bằng gang hay thép

Nguyên liệu được nạp vào cửa (4) và đi xuống buồng

làm việc Rôto quay nhanh, làm búa (3) quay theo, nguyên

liệu vào vùng đập, búa đập mạnh vào nguyên liệu làm cho nó

vỡ ra, đồng thời làm cho chúng văng mạnh vào thành máy và vỡ nhỏ thêm Sản phẩm đạt kích thước sẽ lọt qua sàng (6) và được đưa đi tách phôi

Kích thước lỗ rây nên chọn vào khoảng 1 – 3mm Ngô thu được sau khi nghiền phải đảm bảo bột nằm trên rây 3mm không quá 7% và phải lọt lưới rây 1mm lớn hơn 70% [7, tr 52]

Nhằm làm cho hỗn hợp đồng nhất, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình tách

phôi

3.2.3.2 Tiến hành

Thiết bị: thùng hòa trộn dạng đứng

Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước tại

xyclon với tỷ lệ nước và bột là 3,5- 4,0 lít/kg bột [7, tr48]

Bột ngô và nước được đưa vào phễu nạp liệu Tại đây, hỗn

hợp được trộn đều nhờ cánh khuấy được lắp vào trục đứng Trục

một đầu gắn với động cơ, đầu còn lại gắn với ổ bị để tránh cánh

khuấy bị lắc khi quay với vận tốc lớn

3.2.4 Tách phôi

3.2.4.1 Mục đích:

Công đoạn tách phôi nhằm loại bỏ phôi tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình thủy

phân tinh bột, lên men diễn ra thuận lợi

3.2.4.2 Tiến hành

Thiết bị: xyclo tách phôi

Dựa vào sự chênh lệch về tỉ trọng của ngô mảnh và

phôi để tách phôi Khi hòa trộn vào nước, phôi có tỉ trọng

lớn hơn nên chìm xuống dưới còn ngô mảnh sẽ nổi lên trên

theo dòng nước ra ngoài

3.2.5 Nấu

3.2.5.1 Mục đích:

Nấu nguyên liệu nhằm phá vỡ màng tinh bột, tăng khả năng hòa tan trong nước,

khi đường hóa tạo điều kiện cho enzyme amylaza hoạt động tốt hơn [7,tr 36] Nấu nguyên liệu rất quan trọng trong quá trình sản xuất cồn

3.2.5.2 Tiến hành

Nấu nguyên liệu theo phương pháp nấu liên tục

Hình 3 4 Xyclo tách phôi Hình 3 3 Thùng hòa trộn dạng đứng

Hình 3 5 Sơ đồ phương pháp nấu liên tục

1 Nồi nấu sơ bộ

Sau đó, bơm (2) sẽ chuyển khối nấu sang thiết bị phun dịch hóa (3), qua khe hẹp Hơi vào từ phía trên, lượng hơi vào được điều chỉnh bằng bộ điều khiển tự động Dịch qua khe hẹp dưới tác dụng của nhiệt độ cao, độ lớn của khe hẹp được điều chỉnh bởi van chắn Nhiệt độ hơi cao làm tăng áp suất và sự thay đổi vận tốc làm cho mạch tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo được mịn hơn Qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94-960C

Khối nấu tiếp tục được bơm sang nồi nấu chín (4), có 2 nồi nấu, ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu sẽ được giữ ở nhiệt độ 100÷1050C, trong 25÷30 phút Dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức độ cần thiết

Phao (5) sẽ điều chỉnh mức khối nấu Hơi thứ tách ra ở nồi nấu chín được tách ở thiết bị tách hơi (6) được thu hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ [7,tr 53-54]

3.2.7 Đường hóa

3.2.7.1 Mục đích:

Là quá trình chuyển tinh bột thành đường lên men dưới sự xúc tác của enzyme amylaza Đây là quá trình quan trọng, nó đóng vai trò quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi rượu

Hình 3 7 Thiết bị đường hóa