Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường năng suất 75000 lítngày ( full bản vẽ )

Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1
MỞ ĐẦU 3
CHƯƠNG 1 4
LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT 4
1.1. Đặc điểm và điều kiện tự nhiên của nhà máy 4
1.2. Nguồn nguyên liệu 4
1.3. Hợp tác hoá 4
1.4. Nguồn điện năng và nhiệt năng 4
1.5. Giao thông vận tải và thị trường tiêu thụ 5
1.6. Nguồn nhân lực 5
1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước 5
1.8. Thoát nước 5

CHƯƠNG 2 6
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 6
2.1. Tổng quan về nguyên liệu 6
2.2. Tính chất của rượu etylic 11
2.3. Các phương pháp sản xuất rượu etylic 12

CHƯƠNG 3 13
LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
13
3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn etylic từ rỉ đường 13
3.2. Thuyết minh dây chuyền 14

CHƯƠNG 4 27
CÂN BẰNG VẬT CHẤT 27
4.1. Kế hoạch sản xuất của nhà máy 27
4.2. Tính cân bằng vật chất dây chuyền sản xuất cồn etylic 27

CHƯƠNG 5 35
TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ 35
5.1. Phân xưởng lên men 35
5.2. Phân xưởng chưng cất - tinh chế. 53

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

CHƯƠNG 6 91
TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG 91
6.1. Tổ chức của nhà máy 91
6.2. Kích thước các công trình 92
6.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy 97

CHƯƠNG 7 99
TÍNH HƠI - NƯỚC-NHIÊN LIỆU 99
7.1. Tính hơi 99

7.2. Tính nước 101

CHƯƠNG 8 106
AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP 106
8.1. An toàn lao động 106
8.2. Vệ sinh xí nghiệp 108
8.3. Xử lý nước 109

CHƯƠNG 9 110
KIỂM TRA SẢN XUẤT 110
9.1. Kiểm tra nguyên liệu 110
9.2. Kiểm tra các chỉ tiêu của giấm chín 110
9.3. Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm 112

KẾT LUẬN 116

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

3

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

MỞ ĐẦU

Ngày nay, đời sống kinh tế ngày càng phát triển thì nhu cầu về ăn uống của
con người ngày càng nâng cao. Vì vậy mà ngành công nghệ thực phẩm ngày càng
phát triển đóng một vai trò không thể thiếu trong nền kinh tế quốc dân. Một trong
những ngành mũi nhọn của công nghiệp sản xuất thực phẩm không thể không kể
đến đó là sản xuất các mặt hàng về thức uống. Các mặt hàng này gồm rất nhiều
chủng loại khác nhau như rượu, bia, nước ngọt, nước khoáng… Trong đó sản phẩm
rượu được sản xuất khá phổ biến. 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 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, luôn có mặt trong mọi
cuộc vui đến bữa ăn hằng ngày. Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic
còn được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: trong 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. Trong tương lai rượu được sử dụng làm nhiên liệu sinh
học vì sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường.
Để sản xuất cồn người ta có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau như:
gạo, ngô, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đó việc sản xuất cồn etylic từ rỉ đường có ý
nghĩa kinh tế cao: không có các quá trình nghiền, nấu nguyên liệu và đường hóa
dịch cháo nấu như đối với các loại nguyên liệu từ tinh bột như: gạo, ngô, khoai,
sắn…
Trên cơ sở đó, sau quá trình học tập em được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốt
nghiệp với đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường năng suất
75000 lít/ngày”.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

4

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

CHƯƠNG 1
LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT
1.1. Đặc điểm và điều kiện tự nhiên của nhà máy
Qua tìm hiểu về vị trí địa lý, khí hậu, hệ thống giao thông vận tải và các điều
kiện khác, tôi quyết định chọn địa điểm xây dựng nhà máy cồn etylic tại khu công
nghiệp Phổ Phong, thuộc hai xã Phổ Phong và Phổ Nhơn, huyện Đức Phổ, tỉnh
Quảng Ngãi. Việc xây dựng nhà máy tại đây có nhiều thuận lợi như gần nguồn
nguyên liệu, điện nước ổn định cho sản xuất, giao thông thuận lợi… Khu vực này
có khí hậu tương đối ôn hòa, nhiệt độ trung bình năm 25-26,9 0C, hướng gió chủ đạo
Đông – Nam . [10]
1.2. Nguồn nguyên liệu
Quảng Ngãi là tỉnh có diện tích trồng mía đường lớn trong cả nước, vì vậy mà ở
đây có nhà máy đường Phổ Phong, với năng suất 2200 tấn mía/ngày. Do đó khi đặt
nhà máy tại đây thì tận dụng được nguồn rỉ đường dồi dào của nhà máy này.
1.3. Hợp tác hoá
Nhà máy đặt trên địa bàn khá thuận lợi từ việc thu mua nguyên liệu, cũng như
việc tiêu thụ sản phẩm chính, sản phẩm phụ và các phế liệu. Nhà máy hợp tác với
nhà máy đường để cung cấp nguồn nguyên liệu, hợp tác với các nhà máy thực phẩm
tại khu vực để tiêu thụ sản phẩm chính và liên hệ với các nhà máy chế biến thức ăn

gia súc hay các đơn vị chăn nuôi để tiêu thụ bã. Nhà máy còn có thể hợp tác hoá với
các nhà máy, xí nghiệp khác trong khu công nghiệp để sử dụng chung một số công
trình cung cấp điện, nước, giao thông, hệ thống xử lý nước thải…
1.4. Nguồn điện năng và nhiệt năng
Đây là khu công nghiệp có sử dụng lưới điện quốc gia thông qua đường dây
110KV Thạch Trụ - Ba Tơ đi qua nên có thể dùng trạm biến áp riêng để sử dụng
cho nhà máy. Ngoài ra, chuẩn bị thêm máy biến áp dự phòng để phòng sự cố khi
mất điện để đảm bảo sản xuất liên tục .
Nhiệt năng: Sử dụng hơi với nhiều mục đích khác nhau. Lượng hơi đốt cung cấp
cho sản xuất lấy từ lò hơi của nhà máy. Nhiên liệu sử dụng là dầu FO, thu mua từ
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

5

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

các trạm xăng hoặc liên hệ với công ty xăng dầu của tỉnh để được cung cấp. Có
thêm kho dự trữ để đảm bảo sản xuất. [10]
1.5. Giao thông vận tải và thị trường tiêu thụ
Nhà máy nằm trên khu công nghiệp Phổ Phong của huyện Đức Phổ được quy
hoạch mạng lưới giao thông thuận lợi. Huyện có quốc lộ 1 chạy dọc theo chiều dài,
có quốc lộ 24 nối từ quốc lộ 1 lên tỉnh Kon Tum, tuyến đường sắt Bắc Nam song
song với quốc lộ 1.

Quảng Ngãi là tỉnh trung lộ của nước nên có thị trường tiêu thị lớn, dễ dàng
vận chuyển sản phẩm ra Bắc hay vào Nam.
1.6. Nguồn nhân lực
Quảng Ngãi là tỉnh có dân số khá đông, bản chất con người ở đây cần cù và sáng
tạo là nguồn nhân lực lao động cho nhà máy. Nhà máy đặt gần các trung tâm kinh tế
của Miền Trung nên có nhiều nguồn nhân lực đổ về đây bao gồm nguồn nhân lực đã
qua đào tạo và chưa qua đào tạo. Vì thế nguồn lao động cho nhà máy có thể tuyển
dụng từ lực lượng này, cũng là 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 trường Đại Học Đà
Nẵng và các trường Đại Học khác trên toàn quốc.
1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước
Nước sử dụng cho nhà máy có nhiều mục đích khác nhau như cho sản xuất, vệ
sinh, sinh hoạt. Sử dụng nguồn nước từ mạch nước ngầm qua các giếng khoan, từ
sông Ba Liên. Nước này qua hệ thống xử lý, kiểm tra các chỉ tiêu như vi sinh vật,
độ cứng, nồng độ chất hữu cơ, vô cơ… đạt yêu cầu mới đưa vào sử dụng.
1.8. Thoát nước
Phần lớn nước thải của nhà máy chứa nhiều hợp chất hữu cơ. Đây là môi trường
thích hợp cho vi sinh vật phát triển gây ô nhiễm môi trường sinh thái. Vì vậy, nước
trước khi thải ra hệ thống thoát nước của khu vực phải được xử lý trước. Ngoài ra,
cần tránh đọng nước thường xuyên gây ảnh hưởng đến công trình nhà xưởng.
Kết luận: Vậy việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy tại khu công nghiệp Phổ
Phong là hợp lý.
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

6

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM
2.1. Tổng quan về nguyên liệu
Bất kỳ nguyên liệu nào có chứa gluxit với hàm lượng khá lớn đều có thể dùng để
sản xuất rượu etylic. Nguyên liệu sản xuất rượu chủ yếu là nguồn tinh bột và rỉ
đường.
- Nguyên liệu chứa nhiều đường: rỉ đường mía, rỉ đường củ cải (mật rỉ), nước ép
trái cây…
- Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: Gạo, ngô, khoai lang, sắn v.v…
Chọn một nguyên liệu nào đó để sản xuất rượu cần phải chú ý đến các yêu cầu
cơ bản sau:
- Chứa nhiều gluxit
- Trữ lượng lớn và tập trung
- Bảo quản và sử dụng dễ dàng
- Giá rẻ
- Trang thiết bị không phức tạp, chất lượng rượu sản xuất ra đảm bảo tiêu chuẩn
quy định.
Hiện nay, trong công nghiệp sản xuất rượu thì rỉ đường được sử dụng nhiều nhất
vì nó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên.
2.1.1. Rỉ đường
Rỉ đường là sản phẩm phụ của công nghiệp chế biến đường, là loại dịch đường
sau khi tách, kết tinh lần thứ hai. Tỷ lệ rỉ đường thu được trong quá trình sản xuất
đường kính vào khoảng 3÷5% so với khối lượng mía.

[2, tr 47]

Rỉ đường là một hỗn hợp phức tạp có chứa các đường lên men, các chất hữu cơ,
các chất vô cơ. Thành phần của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, đất đai điều kiện
trồng trọt, phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản v.v…
Thông thường rỉ đường có 15÷20% nước và 80÷85% chất khô. Trong chất khô có
khoảng 60% là đường bao gồm: saccharose khoảng 35÷40%, đường khử khoảng

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

7

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

20÷25%. Còn lại là chất khô phi đường, trong đó chất hữu cơ chiếm khoảng 30÷32%,
chất vô cơ chiếm khoảng 8÷10%.
Chất hữu cơ trong rỉ đường bao gồm chất hữu cơ có chứa nitơ và chất hữu cơ
không chứa nitơ.
- Chất hữu cơ không chứa nitơ bao gồm: pectin và các sản phẩm phân hủy của
pectin chiếm khoảng 3%, các sản phẩm phân hủy của đường như caramen,
melanoidin chiếm khoảng 1,7%, các axit hữu cơ như axit formic, axit oxalic, axit
lactic, axit aconitic chiếm khoảng 2,5% so với rỉ đường. Axit aconitic chiếm phần
lớn các chất không đường hữu cơ

[4, Tr 25].

- Chất hữu cơ có chứa nitơ bao gồm các axit amin và một số protein. Tổng lượng
chất hữu cơ chứa nitơ có trong rỉ đường vào khoảng 1,68÷3,33% so với rỉ đường.
Hàm lượng trung bình các hợp chất vô cơ trong chất khô vào khoảng sau:[5,Tr 31]
K2O:

76,4%

Na2O: 11,1%

MgO:

0,4%

CaO: 3,5%

SO3:

2,8%

Cl-:

5,0%

Các oxit khác: 0,8%
Trong rỉ đường lượng P2O5 chiếm 0,02÷0,05%, P2O5 rất cần cho sự phát triển của
nấm men.
Ngoài ra trong rỉ đường còn chứa một số vitamin như sau: [4, Tr 25]
Thiamin

: 8,3

Axit folic : 0,038

Riboflavin

: 2,5

Pyridoxin : 6,5

Axit nicotinic

: 21,0

Biotin

: 12

Axit pantotenic : 21,4
Ngoài các thành phần hoá học kể trên, trong rỉ đường còn có nhiều loại vi sinh
vật có hại có thể gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng rỉ đường, làm giảm hiệu
suất thu hồi rượu. Đặc biệt là nhiễm vi khuẩn sinh keo và vi khuẩn sinh axit.
pH và độ đệm của mật rỉ đường bình thường trong khoảng 6,8÷7,2.
Khi chọn rỉ đường để sản xuất rượu cần phải chú ý đến nồng độ chất khô, hàm
lượng đường lên men được (đường tổng số), các chất có lợi như P 2O5, biotin…
Có thể dựa vào chỉ số chất lượng Q của rỉ đường:
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

8

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Khối lượng đường tổng số
Q=

100%
Khối lượng chất khô

Q càng lớn thì càng có lợi cho quá trình lên men.

[4, tr 26]

* Bảo quản rỉ đường:
- Dụng cụ bảo quản rỉ đường:
Rỉ đường được bảo quản trong các bồn chứa hình trụ, bằng thép hoặc bằng bê
tông cốt thép. Thể tích thùng được tính toán sao cho lượng rỉ đường dự trữ đủ để
sản xuất trên 5 tháng. Thông thường bồn chứa có thể tích vào khoảng 600÷5000m 3.
Yêu cầu bồn chứa phải có đầy đủ các thiết bị kiểm tra như phao báo mức, nhiệt
kế… Cần có hệ thống ống hơi nước bố trí gần đường ống dẫn rỉ đường đến bơm để
gia nhiệt rỉ đường giúp rỉ đường dễ di chuyển trong trường hợp rỉ đường bị sánh lại
khi trời lạnh. Ngoài ra cũng cần có hệ thống bơm đảo trộn rỉ đường trong bồn chứa
để cho rỉ đường đồng nhất, đảm bảo chất lượng rỉ đường đồng đều trước khi đưa

vào sản xuất.
- Tổn thất rỉ đường trong quá trình bảo quản:
Trong quá trình bảo quản rỉ đường luôn có một lượng rỉ đường bị tổn thất. Trong
đó chủ yếu là do sự bay hơi nước. Theo nghiên cứu cho thấy, sự tổn thất khối lượng
do bay hơi nước hàng tháng vào khoảng 0,2%.
Khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường lớn hơn 75% thì lượng nấm men dại, vi
khuẩn lên men tạo axit rất ít, bảo đảm chất lượng rỉ đường trong suốt thời gian bảo
quản thay đổi không đáng kể. Nếu hàm lượng chất khô trong rỉ đường nhỏ hơn 70%
thì sự tổn thất rỉ đường lên đến 1,3% so với khối lượng rỉ đường. Sự tổn thất tăng
mạnh khi hàm lượng chất khô của rỉ đường nhỏ hơn 40%. Ngoài ra, trong quá trình
bảo quản rỉ đường cũng xảy ra phản ứng giữa axit amin với đường khử tạo thành
melanoidin. Phản ứng này xảy ra vừa làm mất đường vừa giảm lượng axit amin gây
khó khăn cho quá trình lên men sau này.
Để tránh hiện tượng vi sinh vật phát triển, trong quá trình bảo quản cần giữ cho
rỉ đường không bị pha loãng. Muốn vậy bồn chứa rỉ đường phải được đậy kín không
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

9

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

cho mưa bên ngoài xâm nhập vào và hạn chế dùng nước rửa. Đồng thời dùng các
chất sát trùng như formol, Na2SiF6

[2, tr 33 - 34].

2.1.2. Nước
Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng với các mục đích khác
nhau. Nước được dùng để pha loảng rỉ đường, làm nguội, vệ sinh thiết bị và nhà
xưởng, dùng cho nhu cầu sinh hoạt, cung cấp cho lò hơi… Ngoài ra nước còn dùng
cho phòng chữa cháy trong khu vực sản xuất. Lượng nước dùng cho sản xuất rượu
nhiều hơn so với các ngành sản xuất khác.
Thành phần, tính chất hoá lý và chất lượng của rượu ảnh hưởng trực tiếp tới kỹ
thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu xuất thu hồi.
* Yêu cầu chất lượng nước:
Trong công nghiệp sản xuất rượu, yêu cầu chất lượng nước giống như tiêu chuẩn
cho nước sinh hoạt.
- Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ.
- Chỉ tiêu hoá lý: [4, tr 30]
+ Cặn khô

< 1000mg/l

+ Độ oxy hoá

+ Độ cứng chung

< 7mgE/l

+ Hàm lượng Clo ≤ 0,5mg/l

+ pH6,5÷8,5

+ [ SO4 ]

≤ 2mg O2/l
≤ 80mg/l

+ [ SO4 ]

≤ 80mg/l

+ [Fe]

≤ 0,3mg/l

+ [Mn]

≤ 0,2mg/l

+ [As]

≤ 0,05mg/l

+ [Pb]

≤ 0,1mg/l

+ [F] ≤ 1,5mg/l

+ [Zn]

≤ 5mg/l

+ [Cu]

≤ 3mg/l

Không cho phép có NH3, NO2-, và muối các kim loại nặng như Hg, Ba thì không
được có hoặc chỉ có vết

[2, tr 30 - 31].

2.1.3.Nấm men
Sử dụng chủng nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae.
Yêu cầu của chủng nấm men:
Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần phải chú ý đảm bảo các yêu
cầu sau đây:
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

10

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

+ 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 được nhiều loại đường như: Glucose, Fructose, Saccharose, maltose…
+ Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít: tạo ra rượu etylic, CO2 nhiều
và ít este, alcol cao phân tử, dầu fusel, CH3CHO.
* Những chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu: [2, tr 74]
- Chủng nấm men 396 Trung Quốc: Chủng nấm men này phân lập được từ rỉ đường
ở Trung Quốc, chủng này có khả năng lên men được đường fructose, glucose,
maltose, rafinose, galactose. Nó không lên men được đường arabinose, lactose,
dextrin. Nhiệt độ thích hợp 33oC, pHopt=4,5, chịu được nồng độ rượu 10%.
- Chủng Я (i – a): Do Liên Xô cung cấp, chủng này thích hợp cho lên men rỉ đường,
chịu áp suất thẩm thấu lớn, lên men được các loại đường: Glucose, fructose,
saccharose và 1/3 đường rafinose.
- Chủng T (Việt Nam): Phân lập từ rỉ đường đặc 35÷45 oBe và đặt tên T (trời), chủng
nấm men này lên men được rỉ đường ở nhiệt độ cao 33÷37 oC, độ pH từ 4,5÷5 nồng
độ lên men có thể đạt 18÷24% có thể lên men được nồng độ rượu trong dịch lên
men từ 8÷12%, chịu được chất sát trùng với nồng độ từ 0,02÷0,025% so với thể tích
dịch lên men, chất sát trùng ở đây là formol.
Kích thước tế bào từ 4÷5 x 6÷9 (µm) tế bào có dạng hình trứng, tốc độ phát triển
nhanh. [4, tr 116 - 117]
2.1.4. Chất hỗ trợ kỹ thuật
─ Acid sunfuric: có tác dụng điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh vật lạ
trong quá trình đường hóa.
─ Ure: cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển
tạo ra nhiều rượu.
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

11

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

─ Nhóm các hóa chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa,…
─ Hóa chất sát trùng: Na 2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và
ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa.
2.2. Tính chất của rượu etylic
2.2.1. Tính chất vật lý
Rượu etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm
đặc trưng, vị cay, dễ bay hơi, hút ẩm mạnh.
Rượu etylic hoà tan trong nước với bất kỳ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa
nhiệt và co thể tích. Rượu etylic hoà tan được chất béo và nhiều chất vô cơ như:
CaCl2, MgCl2, SiCl4,… và nhiều chất khí như H2, O2, SO2,… nhưng không hoà tan
được tinh bột, dissaccharid.
+ Phân tử lượng M = 46,03 đvc.
+ Nhiệt độ sôi 78,32oC ở áp suất 760 mmHg.
+ Nhiệt độ cháy 12oC, nhiệt độ đóng băng -117oC.
+ Năng suất tỏa nhiệt 6642÷7100 Kcal/Kg.
Khi chưng cất, dung dịch rượu nồng độ 95,57% thì thành phần pha hơi cân bằng
với pha lỏng, nghĩa là phương pháp chưng cất thông thường ta chỉ thu được sản
phẩm rượu etylic có nồng độ tối đa 95,57%. Dung dịch này có nhiệt độ sôi là
78,15oC.
2.2.2. Tính chất hoá học

- Tác dụng với oxy: Tuỳ theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà sản phẩm là
CH3CHO hay CH3COOH.
- Tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ: Trong các phản ứng này, rượu được xem
như một axit yếu và tác dụng với kim loại kiềm, kiềm thổ tạo ra các muối alcolat.
- Tác dụng với axit hữu cơ tạo este thơm.
- Tác dụng với oxyt sắt. Do phản ứng này mà chất lượng rượu bị giảm nếu như
chưng cất, tinh chế, bảo quản rượu etylic trong các thiết bị bằng sắt.
2.2.3. Tính sinh lý

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

12

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Rượu etylic có tác dụng sát trùng, cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ
rượu. Ở nồng độ rượu 70% có tác dụng sát trùng mạnh nhất vì ở nồng độ này rượu
dễ thấm qua màng tế bào hơn rượu cao độ hơn.
Đối với nhiều loài vi sinh vật thì dung dịch rượu có nồng độ 5÷10% đã có tác
dụng ức chế sự phát triển của chúng. Tuy nhiên một số loại vi khuẩn như
Micrococcus acetic, Bacterium acetic… có khả năng lên men dấm đối với dung
dịch rượu có nồng độ ≤ 15%, rượu etylic còn có tác dụng mạnh đối với hệ thần kinh.
2.3. Các phương pháp sản xuất rượu etylic

Có hai phương pháp sản xuất rượu etylic:

- Phương pháp lên men bằng vi sinh vật.
- Phương pháp tổng hợp hoá học.
2.3.1. Phương pháp lên men bằng vi sinh vật
Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay và cho hiệu quả kinh tế cao. Nguyên
liệu dùng để sản xuất theo phương pháp này là phải chứa nhiều gluxit. Sản xuất
rượu theo phương pháp lên men gồm có các công đoạn chính sau:
- Chế biến nguyên liệu thành dịch đường lên men.
- Lên men dịch đường để chuyển đường thành rượu.
- Chưng cất, tinh chế nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín
rồi tách các chất ra khỏi rượu nâng cao nồng độ rượu để nhận được cồn tinh khiết.
2.3.2. Phương pháp tổng hợp hoá học
Nguyên liệu chính để sản xuất rượu etylic bằng phương pháp hoá học là khí
etylen. Có hai phương pháp chính để sản xuất rượu etylic từ etylen là.
- Thuỷ phân khí etylen bằng axit sulfuric.
- Thuỷ phân trực tiếp etylen.
Chọn phương pháp lên men bằng vi sinh vật để sản xuất.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

13

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

CHƯƠNG 3
LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
3.1. Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Rỉ đường
Pha loãng sơ bộ
Chất sát trùng

Axit hóa

H2SO4

Pha loãng

Xử lí nhiệt

Chất dinh dưỡng

Làm nguội và lắng
Pha loãng đến nồng
độ lên men

Lên men

Men giống
Nuôi cấy men giống
gionngsggiống

Dấm chín

Gia nhiệt
Hơi

Tháp thô

Bã

Làm lạnh cồn thô
Hơi

Tháp trung gian
Cồn đã tách cồn đầu
dđầu

Hơi
Tháp tinh
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

Cồn đầu
Làm lạnh cồn đầu
đầu
Rượu fusel
SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

14

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Làm lạnh
Cồn thành phẩm
phẩmphâmr
Kho bảo quản
3.2. Thuyết minh dây chuyền
3.2.1. Xử lý và pha loãng rỉ đường
Mật mía không kết tinh trong quá trình sản xuất đường gọi là rỉ đường. Rỉ đường
chiếm 3÷5 % trọng lượng mía. Có thể bảo quản rỉ đường với hàm lượng 55÷80%
chất khô hoặc pha loãng sơ bộ xuống 45 ÷ 60% rồi tiến hành xử lý. Nếu để ở nồng
độ cao thì tạp chất sẽ lớn nên khả năng diệt khuẩn và loại tạp chất kém, nhưng nếu
pha loãng đến nồng độ thấp thì sẽ tốn nhiều thiết bị, tốn hơi nhưng diệt được nhiều
tạp khuẩn, tạp chất tách khỏi dịch dễ dàng hơn, trong thực tế để ở nồng độ 50 ÷ 55%
tiến hành xử lý thì hiệu quả là tốt nhất.
3.2.1.1. Pha loãng sơ bộ
Trong rỉ đường có hàm lượng chất khô và hàm lượng đường cao và chứa nhiều
tạp khuẩn, trong mật rỉ đường chứa từ 100000 đến 500000 vi sinh vật/g, các tạp
khuẩn không nha bào và khoảng 15000 đến 50000 tế bào/g tạp khuẩn có nha bào.
Trong điều kiện chất khô trong mật rỉ lớn hơn 75% chúng không sinh trưởng và
phát triển nhưng vẫn bảo vệ được sự sống. Khi pha loãng đến nồng độ thấp chúng
sẽ bắt đầu phát triển và làm tiêu hao đường trong mật rỉ, do đó phải xử lý. Mức độ
pha loãng đến nồng độ nào là tùy theo phương pháp lên men, theo sơ đồ lên men
một nồng độ hay hai nồng độ. Ở đây ta sử dụng phương pháp lên men một nồng độ
với phương pháp lên men liên tục. Và ở đây ta pha loãng rỉ đường đến 50% ở nồng
độ này hiệu suất axit hoá cao.
3.2.1.2. Axit hóa

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường

Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

15

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Để axit hóa môi trường có thể dùng HCl hoặc H 2SO4. Nếu dùng HCl để axit hóa
môi trường thì 2Cl- kết hợp với Ca2+ tạo thành CaCl2 sẽ hoà tan, không tạo cặn nên
không ảnh hưởng đến thiết bị chưng cất sau này nhưng thiết bị lại bị ăn mòn nhiều
hơn và do tạo thành CaCl2 tan nên độ tinh khiết của đường giảm.
Trường hợp dùng H2SO4 thì tăng được độ tinh khiết cho dịch đường do tạo thành
kết tủa CaSO4, MgSO4 và làm cho các tạp chất khác kết tủa theo. Nhưng ảnh hưởng
xấu đến chất lượng bã và đóng cặn thiết bị. Nếu dùng H 2SO4 thì khi axit hóa có thể
chuyển một phần đường khó lên men thành đường dễ lên men, tạo môi trường axit
có độ pH = 4,5÷5.
3.2.1.3. Bổ sung chất sát trùng, chất dinh dưỡng
Trong rỉ đường chứa nhiều vi sinh vật tạp nên ảnh hưởng đến quá trình lên men
do đó cần phải sát trùng. Để sát trùng dịch đường có thể dùng: pentaclorophenol,
formalin, clorua vôi. Ở đây dùng Silicofloruanatri (Na 2SiF6). Mặt khác để nấm men
phát triển tốt cần bổ sung thêm dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng của nấm men,
cần phải thêm đạm và photpho. Thông thường nhất là dùng amoni sunphat và ure.
Để bổ sung photpho thường sử dụng H3PO4, lượng axit này được bổ sung vào rỉ
đường để nấm men phát triển.
3.2.1.4. Gia nhiệt và lắng

Sau khi bổ sung chất sát trùng và chất dinh dưỡng ta tiến hành gia nhiệt rỉ đường
đến 85÷900C và giữ trong 45-60 phút. Vì ở nhiệt độ này tạp khuẩn sẽ bị tiêu diệt
nhiều và cho phép tăng hiệu suất lên men 1%. Mặt khác ở nhiệt độ trên, CaSO 4 kết
tủa nhiều hơn, không cần kéo dài thời gian lắng. Sau đó tiến hành bơm sang thùng
chứa và để lắng từ 1÷ 4 giờ.
3.2.1.5. Pha loãng rỉ đường đến nồng độ yêu cầu
Rỉ đường sau khi pha loãng sơ bộ, axit hoá, bổ sung chất sát trùng, gia nhiệt và
lắng trong thì ta tiến hành pha loãng rỉ đường đến nồng độ 12÷14 oBx để nuôi cấy
men và 20÷220Bx để lên men.
3.2.2. Nuôi cấy nấm men
3.2.2.1. Chuẩn bị môi trường nuôi cấy nấm men
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

16

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

a) Môi trường nuôi cấy dịch thể tích 10ml và thạch nghiêng
Có thể chuẩn bị từ dịch đường hóa malt hoặc của nấm mốc vàng.
Chuẩn bị dịch đường hóa malt như sau:
Gạo tẻ hoặc gạo nếp (một phần) + nước sạch 5 phần

 nấu cháo

(55÷58oC)  Cho bột malt vào, tỷ lệ 15 ÷20% so với gạo

làm nguội

 đường hoá (t0 =

 lọc lấy dịch đường  điều chỉnh môi trường 

55÷58oC, thời gian 4÷6h)

phân phối vào các bình hấp thanh trùng  làm nguội rồi cấy men.
b) Môi trường 100, 1000ml
Dùng rỉ đường đặc và đường C theo tỷ lệ 1/1 rồi cho nước vào để hòa tan. Đun
nóng sơ bộ rồi điều chỉnh nồng độ dịch rỉ đường cho đạt 12÷14 oBx, dùng axit
phosphoric (H3PO4) hoặc axit lactic để điều chỉnh pH = 4,5÷5 rồi lọc qua phểu lọc
để loại bỏ tạp chất. Bổ sung sulfat amon với tỷ lệ khoảng 0,2%, phân phối vào các
bình rồi thanh trùng. Nhiệt độ thanh trùng 120 oC, thời gian 45 phút. Khi thanh trùng
ta tiến hành đậy nút bông để nước ngưng tụ không chảy vào bình làm giảm nồng độ.
Để nguội một thời gian rồi lại thanh trùng một lần nữa. Thanh trùng xong để nguội
đến nhiệt độ 30÷320C rồi cho giống ở ống 10ml, 100ml vào.
c) Môi trường 10 lít, 100 lít
Dùng mật rỉ ( rỉ đường đặc) và đường C theo tỷ lệ: Rỉ đường/đường C là 2/1 rồi
pha loãng đến nồng độ 12÷14 0Bx. Sau khi pha loãng ta bổ sung chất dinh dưỡng và
axit vào như sau: ( tính theo phần trăm so với khối lượng rỉ đường và đường C)
+ Sulfat amon:

0,2%

+ MgSO4

0,06÷0,08%

+ H2SO4 sao cho pH của dịch là 4,5÷5
d) Môi trường 1000 lít và lớn hơn
Dung dịch rỉ đường đã pha loãng ở bộ phận pha loãng liên tục, có nồng độ
14÷150Bx, pH = 4,5÷5, đã bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết theo đúng yêu cầu
làm môi trường cấy nấm men. [4 , tr 124 - 132]
3.2.2.2. Thao tác nuôi cấy men

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

17

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Từ các ống thạch nghiêng đã chọn tiến hành nuôi cấy trong môi trường lỏng
10ml, tỷ lệ 1ml giống trên 9ml môi trường. Để giống phát triển trong 24 giờ ở nhiệt
độ 30÷320C, quá trình thực hiện trong điều kiện vô trùng. Sau đó chuyển sang bình
tam giác 100ml trong 12 giờ rồi lại phát triển sang bình 1000ml trong 12 giờ. Sau
đó cho vào bình 10 lít phát triển trong 10÷12h, tiếp tục cho vào các thiết bị nuôi lớn
hơn cho đến khi đạt lượng giống yêu cầu. Tất cả các giai đoạn đều tiến hành nuôi ở
30÷320C.

Quá trình nhân giống được chia ra làm hai giai đoạn:
- Giai đoạn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm: Từ 10ml đến 10 lít.
- Giai đoạn nuôi cấy và phát triển men trong phân xưởng sản xuất: Từ 100 lít
trở lên.
Quá trình phát triển nấm men là quá trình hiếu khí và phát nhiệt, vì vậy kết hợp
sục không khí đã xử lý để làm giàu oxy cho môi trường, đồng thời dội nước lạnh từ
mặt ngoài thiết bị để làm mát, tạo điều kiện cho nấm men phát triển tốt.
3.2.3. Lên men dịch rỉ đường
Lên men là một quá trình trao đổi chất giữa tế bào vi sinh vật với môi trường
xung quanh, trong đó các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là đường) bị thay đổi cấu trúc
dưới tác dụng của các enzim của vi sinh vật.
Lên men dịch đường bởi nấm men thuộc loại lên men yếm khí, sản phẩm chủ
yếu là rượu etylic nên thường gọi là lên men rượu, còn gọi là rượu hóa, cồn hóa.
Lên men rượu là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất rượu. Nó
ảnh hưởng trực tiếp tới chu kỳ sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu suất tổng thu
hồi. Dịch lên men sau khi tiến hành quá trình lên men xong gọi là dịch lên men kết
thúc hoặc còn gọi là dấm chín .

[4, tr 135].

3.2.3.1. Cơ sở lý thuyết của quá trình lên men rượu
Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi đường là quá trình biến đổi đường
khử dưới tác dụng của các hệ enzim khác nhau để tạo thành một loạt chất trung
gian. Trong đó, giai đoạn trung gian quan trọng là biến thành axit pyruvic. Từ axit

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A

Đồ án tốt nghiệp

18

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

pyruvic trong điều kiện thiếu oxy sẽ hình thành nên rượu etylic và một số sản phẩm
khác tuỳ theo điều kiện lên men.
Phương trình hóa học của sự lên men rượu :
C6H12O6

Lên men

2C2H5OH + 2CO2 + Q

Cơ sở của quá trình lên men: Trải qua nhiều giai đoạn, dưới tác dụng xúc tác của
nhiều enzyme khác nhau.
- Đầu tiên đường khử đi qua qua chu trình EMP để tạo thành sản phẩm cuối cùng là
axit pyruvic.
C6H12O6

EMP

2CH3COCOOH

- Tiếp theo axit pyruvic bị decacboxyl sau đó bị khử bởi NADH2
+ Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehylaxetic:
2CH3CO-COOH

2CH3CHO

+

2CO2

+ Cuối cùng của lên men rượu là aldehylaxetic bị khử bởi NAD.H 2
2 CH3CHO + 2NAD.H2

CH3CH2OH + NAD.

* Lên men rượu ở điều kiện bình thường (ở pH = 4 – 5). Quá trình lên men chia làm
2 giai đoạn:
+ Giai đoạn cảm ứng: Ở giai đoạn này lượng aldehylacetic tạo thành rất ít. Khi đó
H2 được chuyển đến glycerin-andehyd-phosphat và bị men phosphatlaza thuỷ phân
tạo thành glycerin. Trong môi trường có các loại sản phẩm như aldehyt acetic,
glyceryl, CO2.
+ Giai đoạn tĩnh: aldehylacetic tạo thành một lượng đủ thì nó bị khử H 2 thành rượu
etylic
CH3-CO-COOH
2CH3CHO

Cacboxxylaza

CH3CHO + CO2

Codehydraza

2CH3CH2OH.

Do glycerin tạo thành ít trong giai đoạn cảm ứng nên nó là sản phẩm phụ của quá
trình lên men rượu bình thường.
• Sự chuyển hướng sang glycerin:

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

19

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Trong môi trường kiềm thì aldehylacetic vừa bị oxy hoá vừa bị khử theo hai phản
ứng sau:
CH3CHO + HOH + NAD

NADH2 + CH3COOH

CH3CHO + NADH 2

NAD + CH3CH2OH

Do andehylacetic bị mất do hai phản ứng trên nên chất tiếp nhận H 2 ở đây là
glycerinaldehyt-3-phosphat. Lên men không bình thường sản phẩm cuối cùng là

glycerin, axit acetic, rượu etylic, và CO2.
Trường hợp lên men trong môi trường có NaHSO3 sẽ tạo aldehylacetic khó tan, sản
phẩm chủ yếu là glyceryl, hợp chất khó tan.
Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào dưới tác dụng của men zymaza chuyển hóa
đường thành rượu và CO2. Rượu etylic tạo thành khuếch tán ra môi trường qua màng tế
bào và tan vào trong môi trường, CO2 cũng hòa tan vào trong nước. Khi bão hòa CO2 thì
tế bào nấm men và các chất lơ lửng khác có khí bám vào nên tạo thành các bọt khí, khi
bọt khí có khối lượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của dịch lên men thì bọt khí kéo
theo nấm men và các chất lơ lửng nổi lên bề mặt dung dịch. Do thay đổi sức căng bề mặt
làm cho bọt khí vỡ và CO2 thoát ra ngoài, tế bào men thoát ra rơi xuống đáy thiết bị lên
men. Quá trình này diễn ra liên tục làm cho tế bào men chuyển động trong môi trường
nên tiếp xúc với cơ chất nhiều hơn giúp cho quá trình lên men triệt để.
b) Các sản phẩm phụ tạo thành trong quá trình lên men
Ngoài các sản phẩm chính là rượu etylic, CO2 thì các sản phẩm phụ thường trực là
CH3CHO, glycerin. [5, tr 124 - 132].
* Các axit hữu cơ: CH3COOH là sản phẩm của quá trình oxi hóa rượu.
C2H5OH + O2

VK acetic

CH3COOH + H2O

* Este là sản phẩm phụ không thường trực trong quá trình lên men bởi nó chỉ là sản
phẩm tạo thành giữa axit hữu cơ và rượu trong dấm chín.
* Các rượu bậc cao (còn gọi là dầu khét, rượu fusel): các sản phẩm này hình thành trong
quá trình dấm chín, hàm lượng các rượu bậc cao để đánh giá cồn tốt hay xấu. Nguồn gốc
của nó là do các axit amin:

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

R-CH2-CH-COOH

20

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

R-CH2-CH2-COOH + NH3

NH2
R-CH2-CH2-COOH

R-CH2-CH2-OH

( CR ≥ 1 )

c) Động học của quá trình lên men
Đường cong lên men:

Hình 3.1: Đường cong sự lên men [3, Hình VIII-1 tr 245].
Qua đường cong ta có thể xác định được các thời kì lên men như sau:
+ Thời kì đầu 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.
+ 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, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh.
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 trên đường cong lên men là sự đi
xuống tiệm cận với trục hoành. Lên men cuối là đặc trưng cho sự lên men dịch đường
hóa từ nguyên liệu tinh bột.
Tùy thuộc điều kiện sản xuất của từng nhà máy mà các thời kì lên men có thời gian
dài ngắn khác nhau. Trong thời kì lên men chính sự lên men nhanh, mạnh sản phẩm tạo

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

21

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

thành chủ yếu là rượu etylic và CO2 còn ở lên men phụ là sự lên men đường sót và kết
lắng nấm men. [3, tr 245 - 246].
3.2.3.2. Quá trình nhân giống và lên men
Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn lên men, mỗi giai
đoạn được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với nhau.
Thực hiện theo phương pháp liên tục trong thao tác phải cẩn thận tránh sự nhiễm
khuẩn hàng loạt.
Dựa vào sơ đồ lên men quá trình hoạt động như sau:

∗ Phương pháp lên men:
Phương pháp lên men rỉ đường liên tục, một nồng độ:
Rỉ đường ở thùng chứa (1) nhờ bơm (2) chuyển lên thùng chứa trung gian (3)
qua lưu lượng kế (4) để đong rỉ đường. Rỉ đường chảy xuống thùng axit hóa (5). Ở
đây sẽ gia nhiệt rỉ đường đến 85-90 0C bằng hơi nhiệt trong thời gian 1 giờ. Sau đó
pha loãng sơ bộ xuống 50-55%, đồng thời bổ sung các chất dinh dưỡng đã được
chuẩn bị sẵn ở thùng (6a) và (6b). Có hai thùng axit hoá (5) một thùng làm việc,
một thùng chuẩn bị để dây chuyền hoạt động liên tục. Dịch rỉ đường sau khi axit
hoá tự chảy qua thiết bị hoà trộn liên tục (7). Ở thiết bị (7) rỉ đường được pha loãng
đến nồng độ theo yêu cầu, đồng thời được lọc sơ bộ và tách các chất rắn và kết tủa
lớn. Dịch rỉ đường loãng 20- 22% từ thiết bị (7) qua bơm (8) chuyển lên hai thùng
chứa (9) (một thùng làm việc, một thùng chuẩn bị). Từ thùng (9) dịch rỉ đường tự
chảy xuống các thùng phát triển nấm men (10) và (11) rồi liên tục chuyển xuống
thùng lên men đầu dây của dãy thùng lên men (12). Bơm (13) và (14) dùng để
chuyển thùng khi cần làm vệ sinh, sát trùng thùng lên men.
- Dịch nấm men cho vào thùng lên men đầu dây khoảng 10÷15% so với thể tích,
tiếp đó mở van ống chảy chuyền sang thùng lên men tiếp theo, cứ như thế cho đến
khi thùng cuối cùng đầy thì đưa đi chưng cất và tinh chế rượu.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

22

9

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

9

10
6a

3

6b
11

11

4
1
5
2

5
12

7
H2O

8

12

13

12

12

12

14

Hình 3.2. Sơ đồ gây men và lên men liên tục. [ 5, Hình 8-12 trang 152].
- Phá bọt trong quá trình lên men:
Rỉ đường có nhiều tạp chất dính, các sản phẩm caramel làm cho dung dịch trở nên
dính, CO2 khó thoát ra ngoài và tạo nên những lớp bọt trên bề mặt dịch lên men.
Chọn phương án phá bọt cơ học: trong các thùng lên men lớp bọt dày khoảng 0,30,5 m, lắp trên bề mặt một tấm gạt có tiết diện lớn khi quay tấm gạt sẽ quét lớp bọt
làm vỡ tan bọt. Kết hợp vừa phá bọt vừa đảo trộn. Theo nghiên cứu của viện nghiên
cứu công nghiệp lên men Ucraina đã thấy rằng, để đẩy nhanh tốc độ lên men, nhất
là ở giai đoạn lên men cuối cần phải luôn đảo trộn dịch lên men bằng hệ thống
khuấy trộn trong thùng lên men. Bởi vì càng về giai đoạn lên men cuối, nồng độ
đường càng giảm, tính trơ của men lại tăng lên. Do đó quá trình đảo trộn là để tăng
cường sự tiếp xúc giữa men và đối chất, mặt khác tạo điều kiện cho CO 2 thoát ra dễ
dàng.
- Thu hồi rượu trong CO2 khi lên men:
Trong quá trình lên men rượu, lượng CO 2 sinh ra gần 95% so với khối lượng
rượu. CO2 sớm bão hoà trong dung dịch lên men. Khi bay hơi CO 2 mang theo một
lượng rượu etylic. Để thu hồi lượng hơi rượu trong CO 2, người ta sử dụng các thiết
bị hấp thụ rượu kiểu tháp đệm.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường

Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

23

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

3.2.4. Chưng cất và tinh chế
Chưng cất và tinh chế là quá trình rất quan trọng trong nhiều ngành công nghiệp, đặc
biệt là trong công nghiệp sản xuất cồn etylic.
3.2.4.1. Mục đích
Quá trình chưng cất cồn là quá trình tách cồn cùng các tạp chất dễ bay hơi ra khỏi
dấm chín. Kết thúc quá trrình chưng cất ta thu được cồn thô.
Quá trình tinh chế là quá trình tách tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao độ rượu để
thu được cồn tinh chế cao độ.
Quá trình chưng cất tinh chế được gọi là quá trình chưng luyện. Quá trình chưng luyện
là quá trình chuyển khối được thực hiện trên tất cả các ngăn của hệ thống tháp chưng
luyện.
3.2.4.2. Cơ sở lý thuyết về chưng cất - tinh chế
Dựa vào tính chất quan trọng của hỗn hợp hai cấu tử rượu etylic và nước như áp suất
hơi bão hòa, nhiệt hoá hơi, nhiệt dung riêng để áp dụng các quy trình chưng cất.
Ở nhiệt độ bất kỳ, áp suất hơi bão hoà của rượu etylic lớn hơn áp suất hơi bão hòa
của nước. Do đó khi cùng một áp suất thì nhiệt độ sôi của rượu etylic thấp hơn nhiệt độ
sôi của nước.

y%mol
100

a

O

b

100 x % mol

oy: Thành phần rượu trong pha hơi.
ox: Thành phần rượu trong pha lỏng
Hình 3.3: Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu nước ở áp suất thường.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

24

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Điểm đẳng phí là giao của đường cân bằng với đường chéo Ob. Tại điểm đẳng phí
(a), nồng độ rượu trong thể lỏng bằng nồng độ rượu trong thể hơi = 95,57% khối lượng,

tương ứng nhiệt độ sôi là 78,150C. Vì vậy 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 dấm chín.
Theo đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu - nước ở áp suất thường, phần đường
cong ở trên đường chéo Ob thì nồng độ rượu trong thể hơi luôn lớn hơn trong thể lỏng.
Ở trạng thái cân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong
thể lỏng, khi chưng cất dấm chín ta thu được rượu thô gồm có 50 tạp chất khác nhau.
Dựa vào tính chất hoá học của tạp chất chia chúng ra làm 4 nhóm: aldehyt, este, rượu bậc
cao và axit hữu cơ.
Dựa vào tính chất vật lý chia thành 3 nhóm :
- Tạp chất đầu: Bao gồm các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn rượu etylic như: aldehyt,
axetic, etyl axetat,... các tạp chất này lấy ra ở sản phẩm đầu nên gọi là cồn đầu hay cồn
kỹ nghệ.
- Tạp chất cuối: Là những chất có nhiệt độ sôi cao hơn rượu etylic và khó bay hơi. Bao
gồm các hợp chất cao phân tử như: amylic, izoamylic, izobutylic... các chất này ít hoặc
không tan trong nước nên gọi là dầu fusel hay còn gọi là dầu rượu tạp hoặc dầu khét.
- Tạp chất trung gian: Là những chất phụ thuộc vào nồng độ rượu và tính chất vật lý
của các hợp chất mà có thể bay hơi cùng với tạp chất đầu hay ở lại với tạp chất cuối. Khi
nồng độ rượu thay đổi thì độ bốc hơi của các tạp chất này thay đổi, do đó chúng vừa là
tạp chất đầu, vừa là tạp chất cuối. Vì vậy tạp chất trung gian khó tách khỏi rượu eytlic
khi tinh chế, tạp chất trung gian bao gồm: etylizobutylrat, etylizovalianat...
Tuy nhiên đặc tính và hàm lượng của tạp chất trong rượu còn phụ thuộc rất nhiều
nguyên liệu và chất lượng nguyên liệu sử dụng, phương pháp sản xuất và thiết bị công
nghệ.
3.2.4.3. Tiến hành chưng cất - tinh chế
Tiến hành chưng cất và tinh chế theo sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng.

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A


Đồ án tốt nghiệp

25

GVHD: Th.S Trần Xuân Ngạch

Hình 3.4.Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng. [5, Hình 9.8. tr 186].
Ghi chú : 1.Thùng chứa giấm chín.

7.Bình làm lạnh ruột gà.

2.Bình hâm giấm.

8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt).

3.Bình tách CO2

9,10.Bình ngưng tụ.

4.Tháp thô.

11.Tháp tinh chế.

5.Bình chống phụt giấm.

12. Bình ngưng tụ hồi lưu.

6.Bình ngưng tụ cồn thô.

13.Bình làm lạnh sản phẩm.

* Thuyết minh qui trình chưng cất và tinh chế:
Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bình
hâm giấm (2). Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt
độ 70÷800C rồi chảy qua bình tách CO2 số (3) rồi vào tháp (4). Khí CO2 và hơi rượu
bay lên được ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài. Tháp thô được đun bằng hơi trực
tiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối
được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua
(7) ra ngoài. Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷
0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu. Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta phải
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic từ rỉ đường
Năng suất 75000 lít/ ngày

SVTH: Nguyễn Thị Ái Vĩ
Lớp: 09H2A