ĐỒ ÁN THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN

THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH ẢNH, BẢNG BIỂU Trang
•Hình ảnh.
Hình 2.1. Cấu tạo của mạch amylose………………………………………………… 13
Hình 2.1. Cấu tạo của mạch amylopectin……………………………………………….14
Hình 2.3. Thân cây sắn và cấu tạo của thân sắn……………………………………….15
Hình 2.4. Lá sắn và cấu tạo của lá sắn………………………………………………….16
Hình 2.5. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn…………………………………………………17
Hình 2.6. Hình ảnh nấm men Saccharomyces cerevisiae……………………………… 20
Hình 3.1. Cấu tạo của sàng rung. ……………………………………………………….23
Hình 3.2. Máy nghiền búa. …………………………………………………………… 24
Hình 3.3. Sơ đồ lên men liên tục. ………………………………………………………28
Hình 3.4. Sơ đồ ba tháp chưng gián tiếp một dòng…………………………………….30
Hình 5.1. Sàng rung.…………………………………………………………………….53
Hình 5.2. Máy nghiền búa. …………………………………………………………… 53
Hình 5.3. Cân định lượng. …………………………………………………………… 53
Hình 5.4. Nồi nấu sơ bộ. ………………………………………………………………55
Hình 5.5. Nồi nấu chín.…………………………………………………………………56
Hình 5.6. Nồi đường hóa. ………………………………………………………………57
Hình 5.7. Tank lên men.……………………………………………………………… 60
• Bảng biểu.
Bảng 2.1. Bảng tổng hợp thành các chất có trong 100g tinh bột sắn……………… 18
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 1 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
Bảng 4.1. Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn.…………………………… 32
Bảng 4.2. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu. ………………… 32
Bảng 4.3. Bảng cân bằng nhiệt lượng ứng với 100kg giấm chín. ……………………42
Bảng 4.4. Bảng tổng hợp cân bằng vật chất. …………………………………………44

Bảng 4.5. Bảng tổng hợp cân bằng nhiệt lượng. …………………………………… 52
Bảng 5.1. Các thông số kỹ thuật của các thiết bị. ……………………………………62
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
D: Đường kính của thiết bị
H: Chiều cao thiết bị
V: Thể tích thiết bị
m: Khối lượng nguyên liệu
C%: Nồng độ % các chất trong nguyên liệu
Q: Nhiệt lượng
C: Nhiệt rung riêng
P: Áp suất
T: Thời gian lên men, thời gian nấu nguyên liệu
F: Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt
k: Hệ số bốc hơi
ᵠ: Độ ẩm tương đối trong không khí
ᵟ : Bề dầy thiết bị

η
: Hiệu suất thu hồi
LỜI NÓI ĐẦU
Đã từ rất lâu, dầu mỏ luôn giữ một vai trò quan trọng trong chiến lược phát triển kinh tế của
mỗi quốc gia. Hơn 90% lượng dầu mỏ khai thác được phục vụ cho nhu cầu năng lượng như
xăng nhiên liệu, nhiên liệu phản lực, diesel, nhiên liệu đốt lò… Có thể nói dầu mỏ là nền tảng
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 2 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
của sự tăng trưởng và phát triển kinh tế của bất kì một quốc gia nào.Trong những năm gần
đây, với sự leo thang của giá xăng dầu gây nhiều tác động tiêu cực đến nền kinh tế thế giới.
Vì vậy việc tìm kiếm những nguồn năng lượng sạch, có khả năng tái tạo để thay thế một phần
xăng dầu trở thành một vấn đề cấp thiết và được nhiều quốc gia quan tâm. Một trong những

hướng đi hiệu quả là sử dụng ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng chỉ số octane, vừa làm
giảm ô nhiễm môi trường nên xăng pha cồn ngày càng trở nên phổ biến trên toàn thế giới.
Ngày nay thế giới đang đứng trước nguy cơ khủng hoảng về năng lượng. Theo dự báo của
các nhà khoa học trên thế giới, nguồn năng lượng hóa thạch sẽ cạn kiệt trong vòng 40 – 50
năm nữa. Để đảm bảo an ninh năng lượng, giảm thiểu ô nhiễm môi trường và khí nhà kính,
góp phần nâng cao hiệu quả kinh tế nông nghiệp, các nghiên cứu về sản xuất các nhiênliệu
thay thế, trong đó có nhiên liệu sinh học đang được phát triển mạnh mẽ. Bio–ethanol hay còn
gọi là cồn sinh học, một dạng nhiên liệu được sản xuất bằng con đường sinh học, chủ yếu
bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa
thành đường đơn. Ngoài ra, ethanol sinh học còn được sản xuất từ cây cỏ có chứa hợp chất từ
cellulose (celluloic ethanol).
Việt nam là một nước nông nghiệp nên nguồn nguyên liệu để sản xuất ethanol là rất phong
phú và đa dạng. Ở nước ta sở hữu hai đồng bằng rộng lớn là đồng bằng Sông Hồng và đồng
bằng Sông Cửu Long. Đây là vùng sản xuất nguyên liệu lí tưởng, là tiền đề cho sự ra đời của
nhà máy sản xuất ethanol từ tinh bột và cellulose (tinh bột sắn, gạo, rơm rạ…).Với những cấp
thiết của việc phát triển nguồn nguyên liệu sinh học, cũng như nhu cầu sử dụng nguồn nguyên
liệu sinh học hiện nay. Từ những cơ sở đó, em được giao đề tài “ Thiết kế bình phản ứng
sản xuất ethanol sinh học từ tinh bột sắn, năng suất 1 tấn tinh bột/ngày”.
CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ- KỸ THUẬT
1.1. Tình hình phát triển của nhiên liệu sinh học.
1.1.1. Vài nét về lịch sử sử dụng nhiên liệu ethanol sinh học.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 3 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
Trong thời gian đầu khi ethanol được sản xuất thì chủ yếu dùng trong y tế, trong mỹ
phẩm, dùng làm dung môi và sau này nó được biết đến như nguồn nhiên liệu sử dụng cho
động cơ đốt trong và được sử dụng phổ biến ở nhiều nước như Anh, Pháp, Mĩ, Canada,
Brazil… Ethanol là cấu tử phối trộn trong xăng để làm tăng trị số octane của xăng và giúp
tránh hiện tượng cháy nổ của nhiên liệu. Trước đây, để tăng chỉ số octane, người ta thường
dùng Tetra etyl chì nhưng hiện nay nó đã bị cấm sử dụng vì chì rất độc, gây tổn thương cho

hệ thần kinh trung ương, gây ô nhiễm môi trường. Nghiên cứu cho chúng ta thấy dùng
nhóm phụ gia là hợp chất hữu cơ chứa oxy như: methanol, ethanol… Khi pha vào xăng sẽ
làm tăng chỉ số octane của xăng, làm xăng cháy tốt hơn, giảm phát thải các khí gây ô nhiễm.
Mặt khác, công nghệ sản xuất cũng không phức tạp, giá thành tương đối rẻ, thị trường dễ
chấp nhận.
Ngày nay có thể thấy ethanol sinh học hoàn toàn có khả năng dùng làm nhiên liệu cho
động cơ đốt trong, thay thế một phần nhiên liệu hóa thạch. Ethanol được dùng 2 dạng cụ thể
sau:
- Ethanol được pha vào xăng với tỉ lệ nhỏ hơn 15%. Với tỉ lệ này thì không cần thay đổi hay
hiệu chỉnh gì động cơ xăng. Tuổi thọ, độ bền của động cơ không hề thay đổi.
- Ethanol là nhiên liệu thay thế hoàn toàn cho xăng dùng cho những động cơ đốt trong có cải
tiến về mặt kỹ thuật của một số động cơ.[1]
1.1.2. Tình hình sản xuất và sử dụng nhiên liệu ethanol hiện nay trên thế giới.
1.1.2.1. Tình hình sản xuất.
Hiện nay ethanol được sản xuất bằng nhiều phương pháp khác nhau, đi từ các nguồn
nguyên liệu khác nhau và khá là phong phú. Trong đó phải kể đến một số công nghệ sản xuất
phổ biến sau.
• Công nghệ sản xuất ethanol tổng hợp: ethanol được tổng hợp bằng phương pháp hoá học,
thời gian sản xuất nhanh.
• Công nghệ tổng hợp ethanol hóa dầu bằng phương pháp hydrat hóa hoặc cacbonyl hoá.
- Hydrat hoá sử dụng đối với khí etylen:
CH
2
=CH
2
+ H
2
O → C
2
H

5
OH
- Cacbonyl hóa sử dụng đối với methanol:
CH
3
OH + CO + 2H
2
→ C
2
H
5
OH + H
2
O
Công nghệ sản xuất ethanol sinh học: Công nghệ này dựa trên quá trình lên men các nguồn
hydratcacbon có trong tự nhiên như: tinh bột gạo, ngô, sắn, nước ép quả, nước thải men bia,
mùn cưa, gỗ
(C
6
H
10
O
5
)n + n H
2
O → nC
6
H
12
O

6
+ 2C
2
H
5
OH + 2CO
2
+ Q
1.1.2.2. Tình hình sử dụng ethanol trên thế giới.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 4 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
Hiện nay, tình hình sử dụng ethanol trên thế giới đang có nhu cầu tăng nhanh và phát triển rất
mạnh mẽ, tiêu biểu ở một số quốc gia.
•Ở Brazil: Sản lượng tiêu thụ ethanol đạt tới 14-15 triệu tấn/năm và đứng đầu thế giới.
• Tại Mỹ: Hình thành vành đai nông nghiệp gồm nhiều ban chuyên sản xuất ngô, làm nhiêu
liệu cho hơn 50 nhà máy sản xuất ethanol sinh học với sản lượng tiêu thụ 13 triệu tấn/năm.
• Ở Các nước như: Canada, Mexico, Pháp, Thụy Điển, Úc, Nam Phi, Trung Quốc đều đã
có từng bước phát triển công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học mạnh mẽ, chủ yếu là nhiên
liệu hóa thạch pha ethanol sinh học.
• Tại Đông Nam Á, Thái Lan là nước đứng đầu về sản xuất và sử dụng ethanol làm nhiên
liệu, khoảng 1,5-1,6 triệu tấn/năm.[2]
1.1.3. Tình hình sản xuất và khả năng sử dụng ethanol nhiên liệu ở nước ta.
Ở nước ta, công nghệ sản xuất ethanol sinh học còn rất đơn giản và lạc hậu. Ngành sản
xuất ethanol sinh học mà nguồn nguyên liệu chủ yếu đi từ tinh bột (sắn, ngô, khoai…) và từ
rỉ đường. Chưa có nhiều các nhà máy sản xuất ethanol đi từ các nguồn nguyên liệu chứa
cellulose (rơm rạ, mùn cưa, cây cỏ…). Sản phẩm chủ yếu là ethanol thực phẩm (nồng độ
40% đến 45%) và cồn công nghiệp (nồng độ từ 95,57% đến 96%), một lượng nhỏ được làm
khan thành ethanol tuyệt đối (nồng độ 99,5%).
Ngày 09/03/2007 Petrosetco (thuộc PetroVietnam) ký kết thỏa thuận hợp tác thành lập liên

doanh xây dựng nhà máy sản xuất ethanol sinh học đầu tiên tại Việt Nam với tập đoàn Itochu
của Nhật Bản. Toàn bộ sản phẩm của nhà máy là cồn 99,8% sẽ cung ứng cho thị trường trong
nước để pha vào xăng, phục vụ cho các hoạt động công nghiệp và giao thông vận tải. Với
công suất 100 triệu lít ethanol/năm, liên doanh giữa Petrosetco & Itochu mới đáp ứng được
1/7 nhu cầu hiện tại.
Trong tương lai Petrovietnam sẽ xây dựng ít nhất 6 nhà máy nữa với nguồn nguyên liệu
đầu vào không chỉ là sắn lát mà còn từ mật rỉ, ngô và gạo. Có thể nói việc ra đời liên doanh
giữa Petrosetco & Itochu trong dự án này là bước ngoặc quan trọng mở đường cho sự phát
triển của xăng pha cồn nói riêng và nhiên liệu sinh học nói chung ở Việt Nam. Không lâu sau
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 5 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
lễ ký liên doanh giữa Petrosetco & Itochu, Việt Nam đã có thêm một nhà máy sản xuất
ethanol khan nữa.[3]
Ngày 12/04/2007 vừa qua, công ty Đồng Xanh hợp tác với UBNN tỉnh Quảng Nam tiến
hành khởi công xây dựng nhà máy sản xuất ethanol 99,5% tại Đại Tân- Đại Lộc- Quảng Nam.
Mẻ cồn đầu tiên của Công ty cổ phần Đồng Xanh (Quảng Nam) đạt 120.000 lit/ngày đã ra lò
vào tháng 10/2009, góp phần đưa tổng sản lượng cồn của Việt Nam trong năm này đạt 50
triệu lit/năm. [4]
Ngày 20/11/2007, Thủ Tướng Chính Phủ đã chính thức phê duyệt “Đề án phát triển nhiên
liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2025”, trong đó đưa ra mục tiêu đến 2010 sản
xuất 100.000 tấn xăng E5/năm và 50.000 tấn B5/năm, đảm bảo 0,4% nhu cầu nhiên liệu cả
nước và đến năm 2025 sẽ có sản lượng hai loại sản phẩm này đủ đáp ứng 5% nhu cầu thị
trường nội địa. Đề án cũng đưa ra 6 giải pháp quan trọng nhằm phát triển năng lượng sinh học
và kiến lập thị trường để đưa ngành này từng bước hội nhập với thế giới.
Để thực hiện chiến lược này, PetroVietNam dự kiến từ 2011 đến 2015 sẽ đưa 3 nhà máy
ethanol sinh học ở Quảng Ngãi, Phú Thọ, Bình Phước vào hoạt động với tổng công suất
230.000 tấn/năm và từ sản phẩm này sẽ pha thành nhiên liệu E5-E10, đáp ứng khoảng 20%
tổng nhu cầu tiêu thụ xăng sinh học cả nước. Từ năm 2008 đến nay Việt Nam đã có 4 dự án
sản xuất ethanol sinh học từ sắn lát hoặc rỉ đường để trộn với xăng thành gasohol Tuy nhiên

giá cồn trên thị trường trong nước đã tăng từ 5000 đồng/lit năm 2001 lên 13.000 đồng/lit năm
2010, cao hơn giá bán trong khu vực. Sở dĩ có thực trạng này vì quy mô sản xuất nhỏ, công
nghệ còn lạc hậu, chưa sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác rẻ hơn, chưa tận dụng các phụ
phẩm để hạ giá thành sản phẩm.[5]
1.2. Lợi ích và hạn chế của việc sử dụng ethanol sinh học.
1.2.1. Lợi ích.
Sử dụng ethanol làm nhiên liệu không chỉ là một biện pháp hiệu quả nhằm làm tăng chỉ số
octane của xăng, thay thế cho những phụ gia khác gây ô nhiễm môi trường sinh thái, mà còn
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 6 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
đảm bảo an toàn năng lượng cho mỗi quốc gia vì đây là nguồn năng lượng có khả năng tái
tạo được.
• Lợi ích về kinh tế:
Sản xuất ethanol làm nhiên liệu góp phần thúc đẩy nền nông nghiệp phát triển vì ethanol
được sản xuất theo dây chuyền công nghệ sinh học, nguyên liệu sản xuất ethanol là tinh bột
của các loại củ hạt như: sắn, khoai, ngô, lúa, gạo, trái cây… Đây là nguồn nguyên liệu dồi
dào trong tự nhiên, tạo ra nhiều công ăn việc làm cho nhiều lao động ở nông thôn, giải quyết
được lượng lương thực cũng như các phụ phẩm nông nghiệp bị tồn đọng và đặc biệt khuyến
khích được tinh thần lao động sản xuất của người dân.
Ngoài ra việc sử dụng nhiên liệu sinh học nói chung cũng như ethanol nói riêng giúp cho
các quốc gia chủ động trong chính sách năng lượng của mình. Nước nào càng có nhiều xăng
sinh học thì càng ít phụ thuộc vào nước khác và từ đó có thể phát triển nền kinh tế của mình
một cách bền vững.
• Lợi ích về môi trường:
Việc dùng ethanol làm nhiên liệu có tác dụng ngăn cản, giảm thiểu hiện tượng hiệu ứng
nhà kính. Vì vậy nó được mệnh danh là “xăng xanh” của xã hội hiện đại. Theo các tính toán
cho thấy: nếu thay thế việc đốt một lít xăng bằng một lít ethanol thì sẽ giảm 40% lượng phát
sinh khí CO
2

vào khí quyển, giúp môi trường được xanh, sạch hơn. Khi đốt ethanol sự cháy
xảy ra hoàn toàn hơn so với khi đốt xăng. Ta thường thấy trong các động cơ xăng thường
xuất hiện các bụi bẩn chính là do các hydrocacbon cháy không hết. Điều đó phải tốn thời
gian lau chùi, sửa chữa động cơ. Khi pha ethanol vào xăng làm cho xăng cháy hoàn toàn
giảm phát thải các khí gây ô nhiễm môi trường. Hơn nữa, ethanol được sản xuất từ sản phẩm
nông nghiệp vì vậy sẽ góp phần kích thích sự phát triển nông nghiệp, làm tăng diện tích đất
trồng cây.[6]
1.2.2. Hạn chế khi sử dụng nhiên liệu ethanol.
Hạn chế cơ bản của ethanol nhiên liệu là tính hút nước của nó. Ethanol có khả năng hút
ẩm và hoà tan vô hạn trong nước. Do đó ethanol phải được lưu trữ và bảo quản trong hệ
thống bồn chứa đặt biệt.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 7 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
Về hiện tượng gây ô nhiễm: Tuy làm giảm hàm lượng các chất gây ô nhiễm thoát ra
ngoài môi trường như HC, CO. Nhưng trong quá trình hoạt động lại gây ra một số hợp phần
khác là các andelhyt không có lợi cho môi trường.
Do nhiệt trị của ethanol nói riêng (PCIethanol =26,8 MJ/kg) và các loại ancol khác nói
chung đều thấp hơn so với xăng (PCIxăng =42,5 MJ/kg) nên khi dùng ethanol để pha trộn
vào xăng sẽ làm giảm công suất động cơ so với khi dùng xăng. Tuy nhiên sự giảm công suất
này là không đáng kể nếu ta pha với số lượng ít. Tóm lại, việc sử dụng ethanol có nhiều ưu
điểm nhưng cũng có những mặt hạn chế. Tuy nhiên khi phân tích tương quan giữa các mặt
lợi và hại người ta vẫn thấy mặt lợi lớn hơn, mang ý nghĩa chiến lược hơn.[7]
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 8 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN LÝ THUYẾT
2.1.Tổng quan về tinh bột, tinh bột sắn.
2.1.1.Tổng quan về tinh bột.
2.1.1.1.Đặc điểm của tinh bột .

• Tinh bột là một polysacrit màu trắng, thường tồn tại ở trạng thái rắn, không tan trong nước
ở nhiệt độ thường. Tan được trong nước nóng tạo thành dung dịch keo. Thường tập trung
chủ yếu trong hạt, củ, thân cây và lá cây.
• Tinh bột có công thức hóa học là: (C
6
H
10
O
5
)
n
. Là một polysacarit carbohydrates chứa hỗn
hợp amyloza và amylopectin.
a) Amyloza.
- Amyloza là polime có mạch không phân nhánh, phân tử khối khoảng 3x10
5
- 10
6
đvC.
- Trong amyloza các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kiết 1-4.
- Amyloza có mạch dài, liên kiết với nhau rất chặt chẽ nên khó bị phá vỡ và trương ra.


Hình 2.1. Cấu tạo của mạch amylose
b)Amylopectin.
- Amylopectin cũng là polime nhưng có mạch phân nhánh, phân tử khối khoảng 5x10
4
- 10
6
đvC.

- Trong amylopectin các gốc glucoza gắn với nhau bằng liên kết 1-4 và liên kết 1-6.
- Amylopectin có cấu tạo mạch nhánh ngắn nên lực tương tác giữa các phân tử rất yếu, do
đó độ bền vững trong phân tử yếu.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 9 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY

Hình 2.2. Cấu tạo của mạch amylopectin
• Tinh bột có nguồn gốc từ các loại cây khác nhau có tính chất vật lí và thành phần hóa học
khác nhau. Chúng đều là các polymer carbohydrat phức tạp của glucose công thức phân tử
là (C
6
H
12
O
6
). Tinh bột được thực vật tạo ra trong tự nhiên trong các quả, củ và các loại hạt
ngũ cốc. Tinh bột cùng với protein và chất béo là một thành phần quan trọng bậc nhất trong
chế độ dinh dưỡng của loài người cũng như nhiều loài động vật khác. Ngoài sử dụng làm
thực phẩm ra, tinh bột còn được dùng trong công nghiệp sản xuất giấy, rượu, băng bó
xương. Tinh bột được tách ra từ hạt như lúa, ngô, lúa mì, từ rễ và củ như: sắn, khoai tây,
dong là những loại tinh bột chính dùng trong công nghiệp sản xuất.
2.1.1.2.Hình dạng, kích thước hạt tinh bột.
a)Hình dạng, kích thước.
Tinh bột tồn tại trong cây và các loại củ dưới dạng hạt với hình dạng và kích thước khác
nhau. Tùy theo loài cây và tùy theo độ trưởng thành của cây mà hình dáng và kích thước thay
đổi, về hình dáng thì có thể có dạng hình cầu, hình trứng, hình nhiều góc…Kích thước của
hạt tinh bột có thể từ 1-100µm.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 10 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN

NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
b) Các loại hạt tinh bột hay gặp.
- Hạt hình trứng hay hình thận.
Tinh bột khoai tây chế từ củ cây khoai tây Solanum tuberosumL, thuộc họ Cà -
Solanaceae. Hạt tinh bột hình trứng, kích thước trung bình 50µm nhưng có hạt lớn đến 80-
100µm.
Tinh bột đậu, chế từ hạt của nhiều loại đậu - Phaseolus spp, họ Đậu - Fabaceae. Hạt hình
trứng hay hình thận, kích thước trung bình 35µm.
- Hạt hình đĩa hay hình thấu kính : Tinh bột mì chế từ hạt của cây lúa mì - Triticum
vulgareL, họ Lúa - Poaceae, kích thước hạt lớn đến 30µm, hạt bé 6-7µm. Tùy theo vị trí
nhìn mà thấy hình tròn hoặc hình thấu kính lồi 2 mặt.
- Hạt hình nhiều góc.
+ Tinh bột gạo chế từ hạt cây lúa - Oriza sativaL, họ Lúa - Poaceae. Hạt nhiều góc nhỏ,
kích thước từ 4-6µm, thường được kết thành đám.
+ Tinh bột ngô ( bắp), chế từ hạt cây ngô - Zea maysL, họ Lúa - Poaceae. Hạt nhiều góc,
rốn hạt ở giữa rất rõ, kích thước 15-30µm.
2.1.2 Tổng quan về tinh bột sắn.
2.1.2.1 Đặc điểm sinh học của cây sắn.
a) Thân: Thuộc loại cây gỗ có chiều cao trung bình 1,5m, có khi cao 2 - 3m, giữa thân có lõi
trắng và xốp nên rất yếu. Đường kính ở gốc thân biến động từ 2-6cm. Thân có thể phân nhánh
hoặc không phân nhánh tuỳ vào giống.

Hình 2.3. Thân cây sắn và cấu tạo của thân sắn
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 11 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
• Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau. Thông thường thân non có
màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổi thành màu vàng
tro hay xám lục.
• Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại. Chiều dài

lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân.
 Cấu tạo của thân gồm các phần chính:
- Tầng biểu bì (lớp bần): Mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, có nhiệm vụ bảo vệ
các phần trong thân.
- Tầng nhu mô vỏ: Tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ.
- Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): Cứng, ở giữa có lõi thẳng giúp cây sắn cứng và
đứng thẳng được.
- Lõi (ruột rỗng):Là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa thân, chứa nhiều
khí và nước.
b) Lá: Thuộc loại lá phân thuỳ sâu, có gân lá nổi rõ ở mặt sau, thuộc loại lá đơn mọc xen kẽ
xếp trên thân theo chiều xoắn ốc. Cuống lá dài từ 9 - 20cm có màu xanh, tím hoặc xanh
điểm tím.

Hình 2.4. Lá sắn và cấu tạo của lá sắn
c) Hoa: Là hoa đơn tính có hoa đực và hoa cái trên cùng một chùm hoa. Hoa cái không nhiều,
mọc ở phía dưới cụm hoa và nở trước hoa đực nên cây luôn luôn được thụ phấn của cây khác
nhờ gió và côn trùng.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 12 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
d) Quả: Là loại quả nang, có màu nâu nhạt đến đỏ tía, có hình lục giác, chia thành ba ngăn
mỗi ngăn có một hạt, khi chín, quả tự khai.
e) Rễ: mọc từ mắt và mô sẹo của gốc, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống đất. Theo
thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột phát triển thành củ.
f) Củ: Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25-200cm trung bình khoảng từ 40-50
cm. Đường kính củ thay đổi từ 2-25cm, trung bình 5-7cm. Nhìn chung, kích thước cũng như
trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác và độ màu mỡ của đất.


Hình 2.5. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn

 Cấu tạo của củ sắn bao gồm:
• Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi:
- Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn. Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàng sẫm hay nâu tùy
thuộc loại giống. Thành phần cấu tạo chủ yếu là cenlullose và hemicenlullose, hầu như
không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho củ ít bị tác động từ bên ngoài. Vỏ
gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5 - 3% khối lượng toàn củ.
- Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8-20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi mềm,
ngoài cenlullose còn có khá nhiều tinh bột (5-8%), vì vậy để tận dụng lượng bột này khi chế
biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi. Trong mủ chứa nhiều
tanin, enzyme, sắc tố, độc tố.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 13 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
• Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là
cenlulose. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ, đồng thời
giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.
• Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ chủ
yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở thịt củ tuy
không nhiều chỉ 10-15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng vẫn gây trở ngại
khi chế biến như làm biến màu.
2.1.2.2. Thành phần hóa học của tinh bột sắn.
- Tinh bột là thành phần quan trọng của củ sắn, nó quyết định đến giá trị sử dụng của của
sắn. Hạt tinh bột sắn có dạng hình cầu, hình trứng hoặc hình mũ. Có đường kính 35
micormet. Ngoài ra trong tinh bột sắn còn chứa các chất khác như: Chất đạm, muối khoáng,
lipit, chất xơ và một số vitamin nhóm B như B
1
, B
2.
Bảng 2.1. Bảng tổng hợp thành các chất có trong 100g tinh bột sắn.
Nước

(g)
Protein
(g)
Lipit
(g)
Tinh
bột
(g)
Cellulose
(g)
Vitamin và muối khoáng
60-62 0,8-2,5 0,2-0,3 18-25 1,1-1,7 Ca(mg)
18,8- 22,5
P(mg)
22,5- 25,4
B
1
(mg)
0,02
B
2
(mg)
0,02
2.2. Giá trị sử dụng, giá trị dinh dưỡng của tinh bột sắn.
2.2.1. Giá trị sử dụng.
Trước hết, tinh bột sắn được chế biến từ củ sắn (khoai mì) có khả năng thay thế trực tiếp
một phần khẩu phần gạo sử dụng hàng ngày. Là thực phẩm dễ ăn, dễ chế biến, khả năng bảo
quản cũng tương đối ổn định nếu được chế biến thành bột hay những thành phẩm sơ chế
khác như khoai mì lát, miếng khoai mì…Với nhu cầu của công nghệ, khoai mì là nguồn
nguyên liệu trong các ngành kỹ nghệ nhẹ, sản xuất giấy, sản xuất đường hay men thực vật để

chuyển hoá tinh bột trong khoai mì thành đường mạch nha hay glucoza. Trong sản xuất rượu
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 14 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
và cồn đều có thể sử dụng khoai mì làm nguyên liệu chính. Ngoài ra đây còn là nguồn thức
ăn tốt để cung cấp cho việc chăn nuôi gia súc.
2.2.2. Giá trị dinh dưỡng.
Khoai mì và tinh bột chế biến từ khoai mì có giá trị dinh dưỡng cao như khoai tây, khoai
môn, khoai lang…Hàm lượng protein trong khoai mì tương đối thấp, thành phần chủ yếu
chứa nhiều cacbonhydrat là nguồn cung cấp nhiều năng lượng cho cơ thể. Nó còn là một
nguồn tốt để cung cấp Kali và chất xơ. Chất xơ giúp ngừa táo bón, làm giảm hàm lượng
Cholesterol trong máu, ngăn ngừa những bệnh về tim mạch. Các chất chứa trong khoai mì
giúp duy trì quá trình cân bằng hàm lượng nước trong máu. Vì khoai mì chứa ít protein và
chất béo nên khi dùng khoai mì trong khẩu phần ăn ta nên bổ sung thêm các loại thực phẩm
giàu protein và lipit để khẩu phần được cân đối hơn.
2.3. Giới thiệu về nấm men.
2.3.1. Đặc tính chung của nấm men.
Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sôi nảy nở bằng
cách nảy chồi. Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân bố rộng rãi trong
tự nhiên.
Trong thực tế sản xuất có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành, già và chết
bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu. Nấm men sử dụng trong thùng
lên men lúc tế bào đang thời kì trưởng thành. Trong một môi trường thường gồm tất cả các
loại tế bào, nên phương pháp nhanh và tương đối chính xác là nhuộm màu bằng phương pháp
xanh metylen. Tế bào trẻ không bắt màu trong sáng, tế bào già màu xanh nhạt đều từ nguyên
sinh chất đến màng tế bào, tế bào chết bắt màu xanh đậm và màng tế bào rõ nét hơn.
2.3.2. Chọn chủng nấm men.
Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có những tính chất cơ bản sau:
- Tốc độ phát triển nhanh.
- Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh.

- Chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm của sự lên men.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 15 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
- Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường. Đăc biệt là đối với chất sát
trùng. Riêng đối với nước ta, đòi hỏi lên men được ở nhiệt độ tương đối cao (35
o
C).
Để có được một chủng nấm men thỏa mãn yêu cầu trên, thường trải qua thời gian tuyển
chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép…lâu dài, phức tạp. Đến nay, trong sản xuất rượu, cồn lên
men từ dịch đường hóa tinh bột, thường sử dụng một trong các chủng sau:
- Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rase II): Sinh bọt nhiều và thích nghi ở độ
axit thấp, sức kháng cồn cao, không lên men được đường lactoza. Kích thước tế bào 5,6 -
7µm
- Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII): Phân lập ở Đức năm 1902, tốc
độ phát triển nhanh và ít sinh bọt, sau 24h một tế bào có thể phát triển thêm 56 tế bào mới.
Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được nhiều loại đường, có thể lên men đạt 13% rượu
trong môi trường. Nấm men Rase XII thuộc loại lên men nổi, được phân bố rất đều trong
toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng. Kích thước tế bào 5 - 8µm.

Hình 2.6. Hình ảnh nấm men Saccharomyces cerevisiae
2.3.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của nấm men chủng rase XII.
- Nhiệt độ: Nấm men chủng XII phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 – 33
o
C. Nhiệt độ tối đa
38
o
C, tối thiểu 5
o
C.

- pH: Nấm men có thể phát triển trong môi trương có pH = 2 – 8, nhưng thích hợp nhất là
4,5 - 5. Vi khuẩn bắt đầu phát triên ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2 chỉ có nấm men phát
triển. Vì vậy trong lên men rượu để ngăn ngừa hiện tượng nhiễm khuẩn, người ta thực hiện
trong giới hạn pH = 3,8 – 4. Tuy nhiên các loài vi khuẩn cũng quen dần với pH thấp, nên còn
kết hợp sử dụng các chất sát trùng.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 16 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
- Nồng độ rượu: Thường trong dịch nấm men có chừng 4 – 6% rượu. Nồng độ rượu sinh ra
có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men. Nồng độ rượu ảnh hưởng đến
tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phụ thuộc vào thời gian, số lượng tế bào và nguyên
liệu chuẩn bị môi trường nuôi cấy.
- Sự thông khí và đảo trộn: Sự thông không khí tức là cung cấp oxy cho quá trình hô hấp
của nấm men. Việc thông khí và đảo trộn có tác dụng làm cho môi trường luôn ở trạng thái
động, tăng cường sự tiếp xúc giữa các tế bào nấm men với môi trường dinh dưỡng, do đó rút
ngắn được thời gian nuôi cấy. Thiếu không khí tức là trong điều kiện yếm khí, làm cho nấm
men thực hiện quá trình lên men, nồng độ rượu trong môi trường tăng lên nhanh chóng, làm
kìm hãm sự phát triển của nấm men.
2.3.4. Môi trường nuôi cấy nấm men.
•Giai đoạn phòng thí nghiệm:
Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn 10 ml, 100 ml thường dùng là nước đường hóa của malt.
Nước malt chuẩn bị như sau: Gạo tẻ đem nấu cháo đặc, rồi làm nguội xuống 55 – 58
o
C. Sau
đó cho đường hóa bằng malt đã nghiền nhỏ với tỉ lệ 15 - 20% so với gạo. Giữ nhiệt độ đường
hóa 55-57
o
C trong 4-6 giờ, thử khả năng thủy phân. Nâng nhiệt độ 95 - 100
0
C, sát trùng và

lọc nhanh. Dịch đường được phân phối vào ống nghiệm 10ml, bình tam giác 250ml, bình cầu
900ml. Nút bông bình và đem tiệt trùng ở áp suất 1 kg/cm
2
, trong thời gian 30 phút.
Môi trường 10 lít, có thể lấy dịch trực tiếp ở thùng đường hóa trong sản xuất và bổ sung
thêm nấm mốc (5 - 7%) để đảm bảo nồng độ cho nấm men phát triển, sau đó đem lọc, tiệt
trùng, làm nguội về nhiệt độ 35 - 36
0
C và tiếp men giống từ thùng 100 lít.
• Nhân giống trong sản xuất:
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 17 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
Nhân giống đến đủ số lượng 10% dịch đường lên men. Môi trường nhân giống thường
được lấy trực tiếp từ thùng đường hóa nhưng cần đường hóa thêm để đảm bảo hàm lượng
đường cho nấm men phát triển.
CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ VÀ THUYẾT MINH SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ
3.1. Sơ đồ quy trình công nghệ.
Enzyme Termamyl (T
o
= 80-85
o
C)
(T
o
= 60-62
o
C)

Thu hồi CO

2
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 18 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
Nguyên liệu
( sắn lát)
Làm sạch
Nghiền
Nấu sơ bộ
Đường hóa
Làm nguội
(T
o
=30-32
o
C)
Enzyme spirit
Lên men
H
2
SO
4
; Na
2
SiF
6
Giấm chín
Men
giống
PTN
Men
giống

sản
xuất
Chưng cất, tinh
chế
Cồn công nghiệp
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
3.2. Thuyết minh sơ đồ quy trình công nghệ.
3.2.1 Làm sạch.
3.2.1.1. Mục đích.
Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước nhỏ và các kim loại có trong
nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo cho nguyên liệu được sạch, không lẫn tạp chất, thuận lợi
cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
3.2.1.2. Tiến hành làm sạch.
Nguyên liệu sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung làm sạch để loại bỏ
bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém.
Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn rung
thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung và được đưa ra ngoài. Phần nguyên liệu có
kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ lưới nên được giữ lại trên sàng rung. Cuối sàng
rung đặt một nam châm điện để tách bỏ kim loại lẫn trong nguyên liệu.
Hình 3.1.
Sàng rung
3.2.2. Nghiền nguyên liệu.
3.2.2.1. Mục đích.
Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi
các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa tan
tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa, hồ hóa.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 19 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
Tách nước
Cồn khan(ethanol)

Hình 3.1. Sàng rung
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
3.2.2.2. Các phương pháp nghiền.
Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau như máy nghiền búa,
máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc.
• Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa.

Hình 3.2. Máy nghiền búa
3.2.2.3. Hoạt động của máy nghiền búa.
Sắn lát đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1). Sắn lát được nghiền nát nhờ lực
va đập của sắn và búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền và do sự cọ xát giữa các
lát sắn với nhau. Búa được lắp trên đĩa treo búa (4) gắn trên trục quay (5), các búa được
treo cách đều nhau. Sắn lát sau khi được nghiền đạt kích thước yêu cầu lọt qua lưới (3) ra
ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, với những phần nghiền chưa đạt yêu cầu
nằm trên lưới và tiếp tục được búa nghiền cho đến khi có kích thước đủ nhỏ lọt lưới ra
ngoài. Sau khi nghiền kích thước của bột sắn khoảng 1,5 mm.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 20 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
3.2.3. Nấu.
3.2.3.1. Mục đích.
Mục đích của quá trình nấu là nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trong nội nhũ của
hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong nước, tạo điều kiện
thuận lợi cho hệ emzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đường hóa, biến tinh bột thành
đường lên men càng triệt để càng tốt.
3.2.3.2. Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu.
a) Sự trương nở và hòa tan tinh bột.
Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột hút nước
rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối lượng. Tinh bột được

giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột. Nhiệt độ ứng với độ
nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa.
b) Sự biến đổi cenluloza và Hemicenluloza.
Trong quá trình nấu trong môi trường axit nhẹ, cenluloza không bị thủy phân
Hemicenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C
5
) một phần có thể bị thủy phân
Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp (dưới tác dụng của
men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động của ion H
+
) tạo ra dextrin
các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza, arabinoza).
c) Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác.
Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu. Khi nấu,
một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành dextrin và đường
maltoza.
Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu, còn đường
maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng của nhiệt độ cao đường sẽ bị thủy
phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa…Gây sẫm màu và giảm chất lượng
khối nấu. Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi trong quá trình nấu.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 21 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
3.2.3.3 Các phương pháp nấu.
a) Nấu gián đoạn.
Đặc điểm của phương pháp này là toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong một nồi.
Phương pháp này có ưu điểm là tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, nhưng có
nhược điểm là tốn hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu lâu ở áp suất và nhiệt độ cao nên
gây tổn thất đường nhiều.
b) Nấu bán liên tục.

Đặc điểm của phương pháp là nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và chia thành
nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm. Phương pháp có ưu điểm là giảm được thời gian nấu,
áp suất, nhiệt độ do đó giảm được tổn thất và tăng hiệu suất đến 7 lít cồn/tấn tinh bột. Nhờ
sử dụng hơi thứ vào nấu sơ bộ nên tiết kiệm 15 - 30% lượng hơi dùng cho nấu. Nhược điểm
của phương pháp này là tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị.
c) Nấu liên tục.
Trong ba phương thức nấu trên, nấu liên tục ngày càng phổ biến vì có nhiều ưu điểm hơn cả
như:
- Tận dụng được nhiều hơi thứ do có thể đun dịch cháo tới nhiệt độ cao mà không ảnh hưởng
tới khả năng làm việc của thiết bị. Cho phép nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian nấu ngắn nên
giảm được tổn thất đường do cháy. Nhờ đó hiệu suất rượu tăng 5 lít so với nấu bán liên tục
và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn.
- Năng suất riêng của 1m
3
thiết bị tăng 7 lần.Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm 50%
so với bán liên tục.
- Dễ cơ khí hóa và tự động hóa.
- Tốn ít diện tích đặt thiết bị.
- Tuy nấu liên tục có nhiều ưu điểm nhưng đòi hỏi các điều kiện nghiêm ngặt:
+ Nguyên liệu phải nghiền thật nhỏ, bột nằm trên mặt rây có đường kính d=3mm không vượt
quá 10%. Bột lọt qua rây có đường kính d=1mm lớn hơn 40%.
+ Việc cung cấp điện nước yêu cầu phải ổn định.
3.2.4. Đường hóa.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 22 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
3.2.4.1. Mục đích.
Dùng enzym amylaza chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa trong quá trình nấu
thành đường lên men được, quyết định hiệu suất lên men, khâu này là khâu then chốt trong
sản xuất cồn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan

trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa.
3.2.4.2. Tiến hành.
Quá trình đường hoá dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục.
- Ta chọn phương pháp đường hóa liên tục tác nhân đường hóa enzyme amylaza.
- Dịch cháo từ nồi nấu theo ống dẫn cháo vào thiết bị làm nguội ống lồng ống. Ở đây dịch
cháo đi trong ống còn nước làm nguội đi bên ngoài ống thực hiện quá trình trao đổi nhiệt
làm cho nhiệt độ của dịch cháo giảm xuống t
o
=60-62
0
C. Sau đó dịch cháo liên tục đưa vào
thùng đường hóa. Quá trình đường hóa có bổ sung dịch enzyme Spirit và H
2
SO
4
nhờ bộ
phận phân phối.
- Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút, sau đó dịch đường được làm lạnh đến nhiệt
độ lên men. Quá trình làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được thực hiện
trong thiết bị làm nguội ống lồng ống. Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì 10% dịch
đường được đưa sang phân xưởng nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa vào thùng
lên men.
3.2.5. Lên men.
3.2.5.1. Mục đích.
Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrin thấp phân tử
trong dịch lên men thành C
2
H
5
OH, CO

2
và một số chất hữu cơ khác nhờ hoạt động của nấm
men. Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao,
aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men.
3.2.5.2. Tiến hành.
Ống giống gốc
ống nghiệm 10mL
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 23 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY
bình nuôi 100mL
bình cầu 1000mL
bình 10L
thùng 100L
thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu
•Chuẩn bị giống:

- Từ ống gốc đến 10L thường thực hiện trong phòng thí nghiệm
- Môi trường nuôi cấy ở 10mL, 100mL: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn này thường dùng
malt đại mạch.
-Từ 10L thực hiện trong phân xưởng sản xuất
•Thao tác thực hiện:
- Men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng. Khi đã có men giống và đã chuẩn bị
môi trường xong, ta tiến hành cấy chuyền nấm men giống từ môi trường thạch nghiêng sang
môi trường dịch thể 10 ml. Sau đó nuôi trong tủ ấm, duy trì nhiệt độ 28 -32
0
C và giữ trong
thời gian 20-24 giờ.
- Sau thời gian đó thì ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml, 1000ml
cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời gian nuôi cấy 12 giờ. Tiếp

tục, chuyển sang nuối cấy ở bình 10l, sau 10-12 giờ thì chuyển sang nuôi cấy ở các thiết bị
lớn hơn.
• Tiến hành lên men:
Sử dụng phương pháp lên men liên tục:
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 24 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh
THIẾT KẾ BÌNH PHẢN ỨNG SẢN XUẤT ETHANOL SINH HỌC TỪ TINH BỘT SẮN
NĂNG SUẤT 1 TẤN TINH BỘT/ NGÀY

Hình 3.3. Sơ đồ lên men liên tục
Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lên men chính,
luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dung dịch. Khi đầy thùng đầu thì dịch lên men sẽ
chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứa giấm chín.
- Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giống nấm men cấp 2,
một thùng lên men chính và có khoảng 6-8 thùng lên men tiếp theo. Thùng nhân giống cấp 1
được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy. Thùng nhân giống cấp 2 cũng được
đặt cao hơn so với thùng lên men chính.
- Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở hai thùng cấp 1 lệch nhau khoảng 3-4
giờ. Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầu thì tháo xuống thùng
cấp 2. Thùng vừa giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ đầy dịch đường mới. Tiếp đó
thanh trùng ở 75
o
C rồi axit hoá tới độ chua 1,8-2,4g H
2
SO
4
/l. Sau đó làm lạnh đến nhiệt độ
nhân giống rồi cho 25-30% lượng nấm men giống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho lên
men đến độ biểu kiến 5-6%. Lượng nấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết xuống
thùng cấp 2. Sau khi vệ sinh và thanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác.
GVHD: Ts.Nguyễn Thị Đông Phương - 25 - SVTH: Nguyễn Văn Thịnh