Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệungày ( full bản vẽ )

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH
LỜI MỞ ĐẦU

Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượu
etylic nói riêng đã phát triển và ngày càng lớn mạnh. Với việc ứng dụng những
thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩm
rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao và đa
dạng của con người.
Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon
và đắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân: rượu Hoa Mai,
Bầu Đá, Kim Long…. Để có các sản phẩm rượu pha chế ngon cần phải có cồn chất
lượng tốt.
Ngoài ra, rượu etylic còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: công nghệ
hoá chất, làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu. Đối với quốc
phòng rượu etylic được dùng làm thuốc súng không khói, nhiên liệu hoả tiễn.
Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùng hoặc pha thuốc. Trong nông nghiệp, rượu
còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu. Đối với ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc
nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ.
Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đã đem lại
thu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân. Có nhiều nguồn
nguyên liệu để sản xuất rượu etylic, với nền tảng của một quốc gia có nền sản
xuất nông nghiệp đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bột
cung cấp cho sản xuất cồn, đặc biệt là sắn lát khô.
Trên cơ sở đó, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic
từ tinh bột, năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày”.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

2

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

CHƯƠNG 1
LẬP LUẬN KINH TẾ KỶ THUẬT
1.1

Đặt vấn đề
Cồn được sử dụng với nhiều mục đích khác nhau như chế biến thức ăn, chế

biến các loại hương hoa quả, trong y tế cồn được dùng để sát trùng, sản xuất
dược phẩm nhưng chủ yếu vẫn là dùng để pha chế thức uống. Để sản xuất cồn có
chất lượng cao đòi hỏi công nghệ và thiết bị hiện đại do đó khi thiết kế một nhà
máy cần phải chú ý đến việc lựa chọn công nghệ, trang thiết bị và địa điểm xây
dựng thích hợp.
1.2

Vị trí địa lý
Kỳ Anh là huyện phía nam của tỉnh Hà Tĩnh, duyên hải Bắc Trung bộ của

nước ta; phía đông giáp biển Đông, phía nam giáp tỉnh Quảng Bình và phía tây
giáp nước bạn Lào.
Kỳ Anh có đường quốc lộ 1A chạy qua và nằm trên hành lang của các
tuyến hàng hải quốc tế. Đây là khu vực có vị trí địa lý thuận lợi cho giao lưu quốc

tế, từ khu kinh tế Vũng Áng theo đường quốc lộ 1A, đường Hồ Chí Minh, đường
sắt Bắc Nam có thể giao lưu kinh tế với mọi vùng trong cả nước, và theo đường
Quốc lộ 8A và 12A kết nối với đường Hồ Chí Minh đi qua cửa khẩu Cầu Treo và
Cha Lo. Đây cũng là tuyến đường ngắn nhất từ cảng biển Việt Nam đến các vùng
Trung Lào và các tỉnh Đông Bắc Thái Lan, là điều kiện rất thuận lợi cho mở rộng
hợp tác phát triển kinh tế khu vực.
Từ thuận lợi về giao lưu đối ngoại, Kỳ Anh đã phát triển khu kinh tế Vũng
Áng, góp phần quan trọng thúc đẩy tăng trưởng kinh tế của tỉnh Hà Tĩnh. [14]
1.3

Đặc điểm tự nhiên
Khu kinh tế Vũng Áng nằm ở phía nam của huyện Kỳ Anh, với hạt nhân

phát triển là cụm cảng biển nước sâu Vũng Áng – Sơn Dương.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Với đặc điểm vùng đất cát và
có khí hậu nóng khô, chỉ thích hợp
để phát triển các loại cây như lạc và

sắn, bên cạnh đó có vùng đất rừng
rộng nên diện tích trồng sắn là rất
lớn.
Qua khảo sát thực tế trong
địa bàn huyện, nhận thấykhu kinh tế
Vũng Áng, huyện Kỳ Anh là rất thích
hợp để xây dựng một nhà máy sản
xuất cồn etylic từ nguyên liệu sắn.

Hình 1.1 Bản đồ khu công nghiệp Vũng Áng

Về khí hậu, Hà Tĩnh nằm
trong vùng khí hậu nhiệt đới gió mùa, có 4 mùa rõ rệt: xuân, hạ, thu, đông và chịu
ảnh hưởng sâu sắc của hai loại gió mùa: gió mùa Đông Bắc hoạt động từ tháng
11 đến tháng 2 năm sau và gió mùa Tây Nam hoạt động từ tháng 3 đến tháng 9.
•
•
•

1.4

Hướng gió chính là hướng Tây – Nam.
Nhiệt độ trung bình hàng năm: 26 - 34oC.
Độ ẩm tương đối trung bình năm: 80 – 85%. [14]
Vùng nguyên liệu
Huyện Kỳ Anh có diện tích trồng sắn rất lớn với bạt ngàn những cánh rừng

sắn. Vụ sắn 2011 diện tích sắn của huyện trồng lên 3.100 ha. Sắn được trồng tận
dụng diện tích đất vườn, khoanh vùng các khu đất trống.
Vị trí đặt nhà máy không những thuận lợi với nguồn nguyên liệu được

cung cấp ở địa phương, mà còn các huyện lân cận trong địa bàn tỉnh như huyện
Hương Khê, Cẩm Xuyên và các huyện tỉnh bạn như Quảng Trạch, Bố Trạch thuộc
tỉnh Quảng Bình.
Đặc điểm hệ thống giao thông liên hệ trực tiếp với quốc lộ 1A, khoảng cách
các địa điểm thu mua nguyên liệu đến nhà máy không xa nên tạo điều kiện thuận
lợi cho việc vận chuyển sắn. Song song với việc xây dựng cơ sở hạ tầng, chúng ta
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

4

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

cần khuyến khích nông dân mở rộng thêm vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư
vốn cho nông dân, đầu tư xe chuyên chở khi thu mua và phát triển các giống sắn
mới cho hàm lượng tinh bột đạt chất lượng cao nhất.
1.5

Hợp tác hóa và liên hợp hóa
Nhà máy được xây dựng ở KCN Vũng Áng và trong tương lai không xa sẽ

xây dựng thêm các nhà máy sản xuất nước giải khát, phân vi sinh và khí đốt
Biogas, khi đó rất thuận tiện cho việc liên kết hóa những nhà máy này lại với
nhau.
Về nguồn nguyên liệu thì sự hợp tác hoá chặt chẽ để phân vùng nguồn

nguyên liệu giúp thu hoạch đúng thời gian và đạt hiệu quả kinh tế cao. Bên cạnh
đó, nhà máy phải kết hợp chặt chẽ với trung tâm nghiên cứu giống cây trồng, sở
nông nghiệp và phát triển nông thôn để kịp thời cung cấp cho nông dân các loại
giống cho năng suất cao đảm bảo chất lượng. Đồng thời, nguồn phế thải của nhà
máy như bã rượu... cũng sẽ được tận dụng là phân bón hữu cơ hoặc khí đốt
Biogas.
1.6

Nguồn cung cấp điện
Nhà máy sử dụngnguồn điện do nhà máy nhiệt điện Vũng Áng cung cấp

với công suất 1200 MW. Ngoài ra nhà máy còn có dự phòng các máy phát điện
công suất nhỏ chạy bằng nhiên liệu dầu diezen để phòng khi mất điện.
1.7

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 các phân xưởng được lấy từ lò
hơi riêng của nhà máy.
1.8

Nhiên liệu
Nhiên liệu đốt sử dụng cho phân xưởng lò hơi, nhà máy thường dùng các

loại nhiên liệu là dầu DO, dầu FO và khí Gas.
1.9

Nguồn cung cấp nước và xử lý nước
Nước dùng trong nhà máy chủ yếu là nước để sản xuất, sinh hoạt, tưới

cây,phòng cháy chữa cháy, để vệ sinh thiết bị và nhà xưởng. Vì thế nước được lấy
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

5

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

trực tiếp từ nhà máy nước của khu công nghiệp. Sau đó qua trạm bơm của nhà
máy trước khi đi phân phối phục vụ cho quá trình sản xuất và sinh hoạt của công
nhân. Ngoài ra có thêm đài phun nước và hệ thống xử lý nước trong nhà máy.
1.10

Giao thông vận tải
Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các nhà máy.

Hàng ngày, tại nhà máy có rất nhiều chuyến xe đến và đi để chở nguyên liệu vào
sản xuất, và chở sản phẩm đi tiêu thụ.
Khu công nghiệp Vũng Áng nằm trên quốc lộ 1A, cách trung tâm thị trấn
Kỳ Anh 7 km, cách cửa khẩu quốc tế Cầu Treo 145 km, cách cảng Vũng Áng – Sơn
Dương2 km, nằm gần trục đường hành lang kinh tế Đông - Tây sẽ là lợi thế để
giảm chi phí vận chuyển, lưu thông hoạt động dễ dàng.
1.11

Nguồn nhân lực
Tỉnh Hà Tĩnh là một tỉnh còn rất nghèo, dân số đông, cuộc sống nhân dân

còn nhiều cơ cực và đặc biệt có các huyện miền núi đông dân cư. Nên việc xây
dựng nhà máy sẽ giải quyết phần nào việc làm cho lao động trong khu vực, tạo
điều kiện cho nền kinh tế tỉnh nhà ngày càng phát triển.
Vị trí cảng Vũng Áng ở huyện Kỳ anh có nguồn nhân lực dồi dào, ngoài ra
còn có một lượng lớn lao động từ các nơi khác đến, sẽ giải quyết việc làm tại chỗ
cho người dân. Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý nhà máy sẽ tiếp nhận
của các trường đại học khu vực miền Trung.
1.12

Thoát nước
Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các hợp chất hữu cơ, đây là môi

trường thích hợp cho vi sinh vật phát triển, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng
đến môi trường sinh thái. Vì vậy, nước từ các phân xưởng sản xuất chảy ra sẽ
được đưa qua hệ thống xử lý nước thải của nhà máy trước khi ra ngoài.
 Kết luận:

Qua những phân tích trên đây thì việc xây dựng nhà máy sản xuất cồn Etylic
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày đặt ở KCN Vũng Áng, huyện Kỳ anh, tỉnh Hà
Tĩnh là phù hợp với các yêu cầu của một nhà máy thực phẩm.
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

6

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Chương 2
TỔNG QUAN
2.1 Tổng quan về nguyên liệu.
2.1.1 Sắn
2.1.1.1 Giới thiệu về sắn
Sắn có tên khoa học: Manihot Esculenta là cây lương thực ưa ẩm,có nguồn
gốc từ lưu vực sông Amazone Nam Mỹ. Đến thế kỉ XVI được trồng ở châu Á và
châu Phi.
Ở nước ta, sắn được trồng ở khắp nơi từ Nam tới Bắc nhưng do quá trình
sinh trưởng và phát triển của sắn kéo dài, sắn giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung
du và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình… là những nơi có
điều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả. [6 – trang 36]

Hình 2.1 Cây và củ sắn
Sắn gồm nhiều giống khác nhau. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích
thước, màu sắc củ, thân, gân lá mà phân loại:
• Sắn dù: cây thấp (không quá 1,2m), đốt ngắn, thân cây khi non màu xanh

nhạt, cuống và gân lá màu hơi trắng, lá xòe như cái ô. Vỏ gỗ nâu sẫm, vỏ cùi
và thịt sắn đều trắng. Hàm lượng axit xyanuahydric cao ăn bị ngộ độc, hàm
lượng tinh bột cao.
• Sắn vàng: khi còn non thân cây màu xanh sẫm, cuống lá màu đỏ, có sọc
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

7

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

nhạt. Củ sắn dài, to, vỏ gỗ màu vàng nâu, vỏ cùi màu trắng, thịt sắn màu
vàng nhạt, khi luộc màu vàng rõ rệt hơn, mềm, ít xơ, ít nhựa, ăn dẻo thơm,
không gây ngộ độc.
• Sắn đỏ: thân cây cao (3m), khi non màu xanh thẫm, đốt dài, cuống và gân lá
màu đỏ thẫm. Củ dài, to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày màu hơi đỏ, thịt
trắng.
• Sắn trắng: thân cây cao, khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá đỏ. Củ
ngắn, mập, vỏ gỗ màu xám nhạt, thịt trắng. Khi luộc bở, thơm, ít nhựa.
Trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại là sắn đắng
và sắn ngọt. Sắn đắng có hàm lượng axit xyanuahydric cao, ăn bị ngộ độc, hàm
lượng tinh bột cũng cao, không dùng để ăn tươi mà chỉ để sản xuất bột và sắn lát.
Sắn ngọt có hàm lượng axit xyanuahydric thấp, hàm lượng bột cũng thấp hơn, dễ
chế biến và sử dụng.
2.1.1.2. Đặc điểm sinh học
1. Thân
Thân có chiều cao trung bình 1,5 m; có khi cao 2 – 3m. Đường kính ở gốc
thân biến động từ 2 – 6cm. Thân có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ
vào giống.
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.
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

8

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

• Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa
thân, chứa nhiều khí và nước. [1 – trang 21]

2. Lá

Hình 2.2. Thân sắn và cấu tạo của thân cây sắn

Có gân lá nổi rõ ở mặt sau. Lá mọc so le, xếp trên thân theo đường xoắn ốc.
Lá non ở ngọn sắn có màu xanh hay tím. Lá già màu xanh, chiều dài từ 8 –
20cm, chiều rộng 1 – 6cm. Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới có màu xanh

nhạt.
Cuống lá dài khoảng 9 – 20 cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím tùy
giống.

3. Rễ

Hình 2.3. Lá sắn

Mọc từ mắt và mô sẹo của hom, lúc đầu mọc ngang sau đó cắm sâu xuống
đất. Theo thời gian chúng phình to ra và tích lũy bột thành củ.
4. Củ
Củ sắn có hai đầu nhọn, chiều dài biến động từ 25 – 200 cm, trung bình
khoảng 40 – 50 cm. Đuờng kính củ thay đổi từ 2 – 25 cm, trung bình 5 – 7cm.
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

9

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Nhìn chung, kích thước và trọng lượng củ thay đổi theo giống, điều kiện canh tác
và độ màu của đất.
Cấu tạo của củ sắn bao gồm:
• Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi:
o 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
xenlulloza và hemixenlulloza, 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.
o Vỏ cùi: vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8 – 20% khối lượng toàn củ. Vỏ
cùi mềm, ngoài xenlulloza 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,…
• 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.
• Lõi sắn: lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần
chủ yếu là xenluloza. 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.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

10

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Hình 2.4. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

11

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

2.1.1.3. Thành phần hoá học của củ sắn
Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20 – 34%; protein 0,8 – 1,2%;
chất béo 0,3 – 0,4%; xenlulose 1 – 3,1%; chất tro 0,54%; polyphenol 0,1 – 0,3% và
nước 60 – 74,2%. [3, trang 23]
Sắn khô: nước 13,12%; protit 0,205%; gluxit 74,74%; chấtbéo 0,41%;
xenlulose 1,11%; tro 1,69%.
Ngoài ra các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin và độc tố.
Trong các vitamin thì vitamin B 1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03mg%, còn B 6
chiếm 0,06mg%. Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu.
Chất độc có trong sắn ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối
rõ đó chính là HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin C 10H17NO16 gồm hai glucozit
linamarin và lotaustralin. Bình thường phazeolunatin không độc nhưng khi thủy
phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽ giải phóng axit
HCN gây độc.
C10H17NO6 + H2O

C6H12O6 + C3H6O + HCN

Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và ở vỏ củ.
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… [4 – trang 71]
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: ≤ 2ml KMnO4/l.
Chất cặn: ≤ 1 mg/l.
Không có kim loại nặng.
Hàm lượng các ion, kim loại phải thỏa yêu cầu sau:
• Hàm lượng Clo ≤ 0,5
mg - E / lít
• H2SO4≤ 80
mg - E / lít
• Hàm lượng Asen ≤ 0,05
mg - E / lít
• Hàm lượng Pb ≤ 0,1
mg - E / lít
• Hàm lượng F

≤ 3 mg - E / lít

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

•
•
•

Hàm lượng Zn ≤ 5
Hàm lượng Cu ≤ 3
NH3:
không có

12

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

mg - E / lít
mg - E / lít

2.1.3 Nấm men
2.1.3.1 Chọn chủng nấm men
Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần đảm bảo các yêu cầu sau:
 Có tốc độ phát triển nhanh trên môi trường sản xuất.

 Có đặc tính sinh lý, sinh hoá ổn định trong thời gian dài.
 Có khả năng chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi

trường. Đặc biệt là các chất sát trùng, độ pH thấp và lên men được ở nhiệt
độ tương đối cao.
 Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên
men lớn, đồng thời nấm men ít bị ức chế bởi các sản phẩm của sự lên men.
 Lên men nhiều loại đường như: glucose, fructose, saccharose, maltose…
 Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít.
Để được chủng nấm men thỏa mãn các yêu cầu trên phải trải qua thời gian
tuyển chọn, thuần hoá, gây đột biến. Đồng thời để duy trì được lâu dài các đặc
tính tốt của chủng nấm men cần phải giữ giống, cấy chuyền cẩn thận.
Để sản xuất cồn từ nguyên liệu chứa tinh bột người ta sử dụng các loài sau:
 Chủng Saccharomyces cerevisiae N012 (tách từ nhà máy lên men bánh mì

1902). Tế bào hình tròn, hình trứng, sinh sản bằng cách nảy chồi ở 25 0C
trong một ngày có thể hình thành bào tử (từ 1 – 4 bào tử). Nấm men
chủng N012 sinh sản mạnh ở 12 giờ đầu nuôi cấy sau đó chậm dần và lên
men rất nhanh. Chúng có khả năng lên men glucoza, fructoza, galactoza,
cazarona, mantoza và 1/3 rafinoza. Khi lên men có thể tích lũy trong môi
trường 13% rượu.
 Chủng Saccharomyces cerevisiae N02 (tách ra năm 1889 từ Linder trong
một nhà máy rượu). Đây là chủng được ứng dụng trong sản xuất rượu và
các ngành sản xuất khác. Tế bào của nó dài, hình trứng, kích thước lớn và
sinh sản bằng cách nảy chồi. Ở 25 0C trong 30 giờ nuôi cấy có thể tạo thành

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

13

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

bào tử (thường trong tế bào có 3 bào tử) lên men được các loại đường
như chủng 12 nhưng khả năng sinh sản kém hơn. [6, trang 206 – 227].

Hình 2.5. Saccharomyces cerevisiae
2.1.3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến sự sinh trưởng của nấm men Saccharomyces
cerevisiae N012
 Nhiệt độ: nấm men chủng Saccharomyces cerevisiae N012 phát triển tốt

nhất ở nhiệt độ 30 – 330C. Nhiệt độ tối đa 380C, tối thiểu 50C.
 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 các chất sát trùng.
 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: 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 điều kiện yếm khí, làm cho nấm men thực hiện
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

14

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

quá trình lên men, nồng độ rượu trong môi trường tăng lên nhanh chóng,
có tác dụng kìm hãm sự phát triển của nấm men.
 Ngoài các yếu tố trên các chất sát trùng, các muối kim loại, tia cực tím đều
ảnh hưởng đến hoạt động sống của nấm men.
2.1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật.
Các chất phụ gia hỗ trợ sản xuất được sử dụng dưới dạng nguyên liệu phụ
nhằm giúp điều chỉnh các thông số kỹ thuật đạt đến mức cần thiết hơn, giúp quá
trình sản xuất diễn ra thuận lợi hơn. Ở nhà máy ta dùng các phụ gia chủ yếu sau.
2.1.4.1 Các hóa chất
•

Acid sunfuric: có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ

•

trong quá trình đường hóa.
Urê: cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát

triển.
• Nhóm các chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa,…
• Hóa chất sát trùng: 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 Chế phẩm enzym
Nhà máy dùng chế phẩm Novo amylaza của Đan Mạch.
2.2 Tổng quan về sản phẩm
2.2.1 Các phương pháp sản xuất etanol
2.2.1.1 Hydrat hóa etylen
Etanol thường được sản xuất từ các nguyên liệu dầu mỏ, chủ yếu là thông
qua phương pháp hydat hóa etylen trên xúc tác axit, được trình bày theo phản
ứng hóa học sau. Cho etylen hợp nước ở 300 0C áp suất 70 – 80atm với xúc tác là
axit photphoric:
H2C = CH2 +H2O → CH3CH2OH
2.2.1.2 Phương pháp lên men
Etanol sử dụng trong đồ uống chứa cồn, cũng như phần lớn etanol sử dụng
trong công nghiệp, nhiên liệu… được sản xuất theo phương pháp lên men, đây là
quá trình chuyển hóa đường thành etanol nhờ nấm men (người ta thường dùng

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

15

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

loại Saccharomyses cerevisiae) trong điều kiện không có oxy hay điều kiện yếm
khí, phản ứng hóa học tổng quát được viết như sau:
C6H12O6 → 2CH3CH2OH + 2CO2 + Q
Quá trình nuôi cấy men rượu được gọi là ủ men. Sau khi chuyển hóa hết
đường người ta lọc lấy dung dịch và đem chưng cất để nâng cao nồng độ etanol.
[6 – trang 35].

2.3 Các cơ chế và biến đổi xảy ra trong quá trình sản xuất cồn
2.3.1 Những biến đổi trong quá trình nấu
2.3.1.1 Sự trương nở và hoà tan tinh bột
Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt mà hạt tinh
bột hút nước rất nhanh làm cho hạt tinh bột trương nở. Tinh bột được giải phóng
ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ tinh bột.
2.3.1.2 Sự biến đổi của xenluloza và hemixenluloza
Sự thuỷ phân này xảy ra khi nấu nguyên liệu dưới tác dụng của mixen
xitaza và ion H+ tạo ra dextrin, đường pentoza và rất ít hợp chất cao phân tử.
2.3.1.3. Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác
Khi nấu, một phần tinh bột bị thuỷ phân dưới tác động của enzyme amylaza
có sẵn trong bản thân nguyên liệu.
Đường glucoza, fructoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên
liệu, còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng nhiệt
độ cao đường bị thuỷ phân tạo melanoidin và các sản phẩm caramen hoá… gây
sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu, protein và chất béo hầu như không bị thay
đổi trong khi nấu. [3, trang 36]

2.3.2 Cơ chế và động học của quá trình lên men rượu
2.3.2.1 Cơ chế quá trình lên men rượu
Quá trình lên men rượu là quá trình lên men yếm khí, chuyển hoá đường
thành rượu, giải phóng CO2và toả nhiệt.
C6H12O6

amylaza

2C2H5OH + 2CO2 + Q

Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào nhờ hoạt động của men zymaza
chuyển hóa đường thành rượu và CO 2. Rượu etylic được tạo thành khuyếch tán ra
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

16

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

môi trường bên ngoài qua màng tế bào. Rượu hòa tan trong nước ở bất kỳ tỉ lệ
nào nên khuyếch tán rất nhanh. CO 2 cũng khuyếch tán vào nước nhưng độ hoà tan
không lớn. Khi bão hoà, CO 2 bao quanh màng tế bào nấm men thành bọt khí. Bọt
khí CO2 và tế bào nấm men thường dính liền nhau. Bọt khí CO 2 lớn đến mức độ
nhất định và khối lượng CO 2 rất bé so với khối lượng của tế bào nấm men thì bọt
khí và tế bào nấm men cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch. Đến bề mặt của dung

dịch do sức căng của bề mặt nên bọt khí bị vỡ, CO 2 thoát ra ngoài, tế bào nấm men
lúc này chìm xuống. Quá trình này diễn ra liên tục nên đã làm tế bào nấm men từ
trạng thái không chuyển động sang trạng thái chuyển động làm tăng quá trình
tiếp xúc giữa nấm men và cơ chất nên quá trình lên men tăng nhanh. [3, trang
120]
2.3.2.2 Động học quá trình lên men rượu

Hình 2.6. Đường cong lên men
Qua đường cong ta có thể xác định được các thời kì lên men như sau:
• Thời kì 1 kéo dài khoảng 60 giờ sự sinh trưởng của nấm men rất chậm,
bởi do sống trong môi trường mới nên đây có thể gọi là giai đoạn thích
nghi. Trong giai đoạn này cơ chất sử dụng ít nên sinh tổng hợp ít cồn và
CO2.
• Thời kì 2 là giai đoạn lên men chính kéo dài trong khoảng thời gian từ 60
÷ 120 giờ, nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, cơ chất sử
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

17

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

dụng nhiều sinh nhiều cồn và CO 2, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh. Cuối
giai đoạn này tế bào nấm men già nên lên men chậm lại. Thời kì này có sự
biến đổi sâu sắc về thành phần trong môi trường, ảnh hưởng đến kết quả

lên men.
• Thời kì 3 là giai đoạn lên men phụ biểu hiện đường cong lên men là sự đi
xuống tiệm cận trục hoành. Tốc độ lên men rất chậm vì lượng đường trong
dịch ít. [3, trang145]
2.3.3 Nguyên lý chưng cất và tinh chế.
2.3.3.1 Nguyên lý chưng cất
Chưng cất là quá trình tách lỏng có nhiệt độ sôi khác nhau. Hơi của chất
lỏng có nhiệt độ nhác nhau, có áp suất riêng phần khác nhau. Hơi của chất lỏng
nào có áp suất riêng phần lớn hơn thì chất lỏng đó sôi ở áp suất thấp hơn và dễ
bay hơi hơn.
Ở áp suất thường nhiệt độ sôi của rượu etylic là 78,3 0C và của nước là
1000C nên rượu dễ bay hơi hơn nước. Vì vậy khi chưng cất hỗn hợp rượu – nước,
ở thể hơi chứa nhiều rượu hơn ở thể lỏng. Giấm chín thường bao gồm nhiều hợp
chất dễ bay hơi như rượu etylic, ester, aldehyt và alcol cao phân tử. Ngoài các
chất kể trên, trong giấm chín còn chứa tinh bột xót, dextrin, protein, axit hữu cơ
và chất khoáng. Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm
chín chứa chủ yếu là rượu etylic và nước. [3, trang170]

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

18

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Hình 2.7. Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường .
Điểm đẳng phí là giao của đường cân bằng với đường chéo Ob. Điểm đẳng
phí có nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi. Điểm này
ứng với nồng độ sau: 95,57% khối lượng; 97,2% thể tích; 89,41 mol (phân tử)
tương ứng nhiệt độ sôi là 78,15 0C. Với phương pháp chưng cất thông thường khó
có thể đạt được nồng độ rượu trên 95,57% theo khối lượng. Tuy nhiên quá trình
chưng cất còn phụ thuộc vào lượng chất không bay hơi, các tạp chất trong giấm
chín.
Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường,
phần đường cong ở trên đường chéo Ob nồng độ rượu trong thể hơi nhỏ hơn thể
lỏng.
2.3.3.2. Nguyên lý tinh chế
Mục đích của tinh chế là tách các tạp chất như este, aldehyt, rượu cao phân
tử, axit hữu cơ dựa vào nhiệt độ sôi của các tạp chất đó có trong cồn thô.
Căn cứ vào nhiệt độ sôi của các tạp chất ta chia làm 3 loại: tạp chất đầu, tạp chất
cuối, tạp chất trung gian.
Tạp chất đầu: là tạp chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở nồng độ bất kỳ, nhiệt
độ sôi nhỏ hơn nhiệt sôi của rượu etylic. Tạp chất đầu gồm có: aldehyt axetic
(CH3CHO), axetat metyl (CH3COOCH3). Tạp chất này lấy ra ở sản phẩm đầu nên
gọi là cồn đầu.
Tạp chất trung gian có 2 tính chất, vừa có thể là tạp chất đầu vừa có thể là
tạp chất cuối. Ở nồng độ cao của rượu etylic nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp
nó là tạp chất đầu. Vì vậy tạp chất trung gian khó tách khỏi rượu eytlic khi tinh
chế, tạp chất trung gian bao gồm: etylizobutylrat, etylizovalianat...
Tạp chất cuối là tạp chất khó bay hơi và khi chưng cất nó tồn tại ở phía
dưới tháp, nó có nhiệt độ sôi cao hơn rượu etylic. Nồng độ của nó trong pha hơi
nhỏ hơn trong pha lỏng ở cùng một nhiệt độ. Tạp chất này dễ tách gồm: este cao
phân tử, axit hữu cơ phân tử lượng lớn (propylic, izopropylic, izobutylic, amylic).
Tuy nhiên đặc tính và hàm lượng của tạp chất trong rượu còn phụ thuộc
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,

năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

19

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

vào nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất và
thiết bị. [3, trang173]

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

20

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Chương 3
CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
3.1
3.1.1

Chọn quy trình công nghệ.
Các phương pháp nấu

3.1.1.1 Nấu gián đoạn:
 Đặc điểm:

 Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi.
 Nấu được tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài.
 Ưu điểm:
 Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị.
 Thao tác vận hành đơn giản.
 Dễ vệ sinh và sửa chữa.
 Nhược điểm:
 Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ.
 Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ

(caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và
nấm men.
 Khi dùng acid thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm ăn mòn
thiết bị, nếu nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt độ của enzyme amylaza.
 Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián
đoạn.
3.1.1.2
Nấu bán liên tục
 Đặc điểm:
 Quá trình được tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín
(làm việc gián đoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục).
 Áp suất và thời gian ít hơn nấu gián đoạn.
 Ưu điểm:

 Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất






đường tăng hiệu suất lên 7 lít cồn/tấn tinh bột.
Dùng được hơi thứ nên giảm được 15 – 30% lượng hơi dùng cho nấu.
Năng suất thiết bị tăng so với nấu gián đoạn.
 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 do nhiều thiết bị và thiết bị nấu chín thêm có cấu tạo phức tạp.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.1.1.3

21

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Nấu liên tục
 Đặc điểm: quá trình nấu liên tục chia ra làm 3 giai đoạn: nồi nấu sơ bộ,
nồi nấu chín và nấu chín thêm còn gọi là thiết bị tách hơi. Thời gian
nấu được rút ngắn.

 Ưu điểm:

 Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu.
 Thời gian nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm tổn thất đường

do cháy và tạo melanoidin. Nhờ đó hiệu suất cồn tăng lên 5 lít so với nấu






bán liên tục và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn.
Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần.
Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục.
Dễ cơ khí và tự động hóa.
Tốn ít diện tích đặt thiết bị.
Năng suất cao cho chất lượng dịch cháo ổn định vì thế cho chất lượng cồn

ổn định.
 Tốn ít nhân lực do tự động hóa cao.
 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.
 Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định.
3.1.1.4 Nấu có sử dụng enzyme
 Đặc điểm:

 Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100 oC.
 Sử dụng enzyme α - Amylase chịu nhiệt. Enzyme này thu nhận từ vi khuẩn

B.Lichenigermis có pH khoảng 5 – 6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có





thể 90 – 93oC.
Tất cả quá trình nấu thực hiện trong 1 nồi nấu.
 Ưu điểm:
Cấu tạo thiết bị đơn giản dễ chế tạo, không đòi hỏi thiết bị chịu áp lực cao.
Dễ thao tác, vận hành, dễ vệ sinh, sửa chữa khi cần.
Nhiệt độ, áp suất, thời gian nấu giảm do đó rất ít tổn thất đường, tinh bột

vì vậy nâng cao năng suất cồn.
 Năng lượng giảm do quá trình nấu thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thấp.
 Tránh được hiện tượng lão hóa tinh bột (do amyloza và amylopectin đã
được thủy phân thành các dextrin).
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

22

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

 Năng suất quá trình chuyển hóa thành đường lên men cao.
 Nhược điểm:
 Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1mm.
 Dễ cơ khí và tự động hóa. .[3 – trang 47 – 61]
3.1.2
Các phương pháp đường hóa

Đường hóa dịch cháo có thể tiến hành theo phương pháp liên tục, gián
đoạn. 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: phương pháp này ít dùng vì giá thành cao mà

hiệu suất thu hồi thấp.
• Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): một số nước Châu Âu vẫn
còn dùng phương pháp này.
• Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: đây là phương pháp
được hầu hết các nước sử dụng trong sản xuất rượu cồn.
• Ở Việt Nam đa số các nhà máy rượu đều dùng amylaza thu được từ nấm
mốc, mấy năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan
Mạch.

3.1.2.1 Đường hóa liên tục.
Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác
nhau, dịch cháo và dịch amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi
sang bộ phận lên men.
 Ưu điểm:

 Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa.
 Thời gian đường hóa ngắn, tăng được công suất của thiết bị và do đó tiết

kiệm được diện tích của nhà xưởng.
 Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được








rút ngắn.
Dễ cơ khí hóa và tự động hóa, cho phép tăng năng suất lao động.
Năng lượng sử dụng giảm do thời gian đường hóa giảm.
Giảm được nguy cơ bị nhiễm trùng do dịch đường đi trong hệ thống kín.
Chất lượng dịch đường ổn định.
Giảm được tổn thất đường khi nấu.
 Nhược điểm:
Yêu cầu người vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao.
Yêu cầu các yêu cầu đúng kỹ thuật và ổn định.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,

năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

23

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

 Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể.
3.1.2.2
Đường hóa gián đoạn

Phương pháp đường hóa gián đoạn được tiến hành trong một thiết bị riêng
biệt.
 Ưu điểm:
 Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo.
 Dễ thao tác, vận hành, sửa chữa.
 Hoạt độ enzyme ít bị mất do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao.
 Nhược điểm:
 Không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch tịnh bột





3.1.3

ở 70 0C.
Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở và thời gian dài.
Khó cơ khí hóa và tự động hóa.
Năng suất thấp.
Chất lượng dịch đường không ổn định.
Dễ bị nhiễm trùng so với phương pháp liên tục. [3 – trang 62, 95 – 104]
Các phương pháp lên men.

3.1.3.1 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.
 Ưu điểm:
 Thao tác của công nhân đơn giản.
 Thiết bị dễ vệ sinh, sửa chữa.
 Nếu có sự cố( nhiễm khuẩn, nấm mem kém, tình trạng lên men không bình
thường…) thì chỉ xảy ra trong phạm vi của thùng lên men đó, không ảnh
hưởng đến thùng lên men khác, xử lý nhẹ nhàng hơn.
 Nhược điểm:
 Chất lượng lên men không đồng đều.
 Hiệu suất lên men thấp.
 Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác.
3.1.3.2 Lên men bán liên tục.
 Đặc điểm: lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián

đoạn ở giai đoạn cuối. Đây là phương pháp 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.
 Ưu điểm:

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

24

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

 Giai đoạn lên men đầu hầu như không có, do đó tăng nhanh quá trình lên

men, rút ngắn được quá trình lên men.
 Hệ số sử dụng thiết bị được nâng cao do lên men liên tục trong giai đoạn
chính.

 Tế bào nấm men liên tục phát triển trong giai đoạn lên men chính.
 Nhược điểm:
 Thao tác phức tạp, yêu cầu theo dõi chặt chẽ.
 Các thiết bị lắp đặt phức tạp, yêu cầu kỹ thuật thao tác cao hơn.

3.1.3.3 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.
 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. [6 – trang 251 – 266]
3.1.4
Phương pháp chưng luyện
3.1.4.1 Chưng luyện gián đoạn.
 Ưu điểm:

 Đơn giản, dễ thao tác.
 Tốn ít thiết bị.
 Nhược điểm:
 Hiệu suất thu hồi cồn thấp do cồn 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.

3.1.4.2
Chưng luyện bán liên tục.

Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng luyện gián đoạn
nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao.
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

3.1.4.3

25

GVHD:Th.S TRẦN XUÂN NGẠCH

Chưng luyện liên tục.

Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm của chưng cất gián đoạn
và đảm bảo 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. Trên các sơ đồ người ta lại chia
thành chưng luyện theo hệ thống 1 dòng hoặc 2 dòng.
•

Sơ đồ 2 tháp gián tiếp 1 dòng: hệ thống này có tiên tiến hơn hệ thống
chưng luyện gián đoạn và bán liên tục nhưng chất lượng cồn chưa cao,

muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu.
• Hệ thống 3 tháp làm việc gián tiếp: hệ thống này cho phép thu nhận 70 –
80% cồn loại I theo TCVN 71, 20 – 30% cồn loại II và 3 – 5% cồn đầu.
Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và
ổn định, nhưng lại tốn hơi.
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 1 tháp fusel: hệ thống này khác với các hệ
thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn (khoảng 10%) rồi đưa vào
tháp riêng gọi là tháp fusel. Chưng luyện theo phương pháp này có ưu
điểm là tách dầu triệt để hơn nhưng có nhược điểm là tổn thất rượu etylic
•

trong dầu.
Sơ đồ chưng luyện 4 tháp (thêm một tháp làm sạch): cồn thu được khi qua
3 tháp đầu không được đưa vào tháp làm lạnh mà đi qua tháp làm sạch để

tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao.
• Ngoài ra, ở một số nước người ta thiết kế hệ thống chưng luyện gồm 5
hoặc 6 tháp. Hệ thống có ưu điểm là tách được nhiều tạp chất và nhận
được cồn có chất lượng cao và ổn định hơn. Tuy nhiên, sơ đồ nhiều tháp
gây nhiều tốn kém: vật liệu chế tạo thiết bị, tốn hơi, tổn thất rượu nhiều.
3.2

Thuyết minh quy trình công nghệ.
Qua phân tích đặc điểm và ưu nhược điểm của những phương pháp trên, để

phù hợp với nội dung đề tài, tôi chọn sản xuất rượu theo phương pháp: nấu liên
tục, đường hóa liên tục, lên men liên tục, chưng luyện 3 tháp.
Nguyên liệu sắn

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột,
năng suất 50 tấn nguyên liệu/ngày

SVTH. Lê Đình Cảnh