Chưng cất rượu và cồn

CHƯNG CẤT RƯỢU VÀ CỒN
I-

Mở đầu

Từ xa xưa loài người đã biết sản xuất ra rượu etylic làm đồ uống. Ngày nay
nghề làm rượu-cồn đang phát triển và chiếm tỷ lệ khá lớn trong các ngành kinh
tế quốc dân. Trong tiến trình hội nhập và phát triển, ngành công nghiệp Việt
Nam đang tạo ra những bước ngoặt mới làm thay đổi bộ mặt nền kinh tế.
Công nghiệp nói chung và công nghiệp sản xuất thực phẩm nói riêng đang
từng bước đổi mới về công nghệ để tạo ra những sẩn phẩm có chất lượng tốt
nhất, đáp ứng tối đa nhu cầu thị hiếu. Một trong những ngành công nghiệp đang
phát triển, đóng góp vào ngân sách nhà nước một khoản không nhỏ là ngành
sản xuất các sản phẩm lên men. Trong số đó phải kể đến ngành công nghiệp sản
xuất rượu cồn.
Ngày nay, công nghệ sản xuất rượu – cồn vẫn còn đang phát triển và chiếm
tỷ lệ khá lớn trong các ngành kinh tế quốc dân . Rượu với tư cách là đồ uống rất
đa dạng và có nhiều mẫu mã khác nhau. Nói chung, người ta có thể chia ra
thành rượu mạnh ( khoảng trên 40 %cồn ), rượu thông thường ( khoảng 30 – 40
%cồn ), và rượu nhẹ ( dưới 30 %cồn ). Ở các nước Phương Tây người ta sản
xuất rượu trắng được gọi là Vodka, như ở Nga và một số nước khác, rồi chứa
trong các thùng gỗ sồi thường có màu nâu vàng nhạt đến màu nâu sẫm với các
hương vị khác nhau và có tên gọi khác nhau.
Tình hình tiêu thụ các loaị rượu trên thế giới có thể tới 4-6 lít/người/năm
(tính ra cồn 100), không tính bia và rượu vang. Ngoài công dụng làm đồ uống,
rượu cồn etylic còn có khả năng làm nguyên liệu cho một số ngành kinh tế quan
trọng: làm dung môi hữu cơ, nhiên liệu, dùng trong y tế, trong mỹ phẩm pha
nước hoa, trong dược để trích ly các hoạt chất sinh học, sản xuất axit axetic và
giấm ăn, sản xuất các loại este có mùi thơm, trong cao su tổng hợp và nhiều hợp
chất khác.
Tổng hợp về tình hình sản xuất rượu và tiêu thụ rượu hiện nay: Tính dến năm

2004 cả nước có 72 đơn vị sản xuất rượu công nghiệp với công suất 103 triệu


lít/ năm, sản lượng đạt 76,3 triệu lít/ năm, khai thác 74% công suất thiết kế,
trong đó sản lượng rượu nhẹ có ga đạt 10,6 triệu lít, rượu vang, champagne đạt
24,2 triệu lít. Rượu mạnh và các loại khác 15,95 triệu lít, cồn công nghiệp dùng
cho sản xuất và xuất khẩu khoảng 25,5 triệu lít. Ngoài ra còn có khoảng trên
300 cơ sở dân tự nấu rượu, tự tiêu thụ với sản lượng ước khoảng 242 triệu lít.
Việc kiểm soát chất lượng chất lượng sản phẩm của các cơ sở này gặp nhiều
khó khăn nên ảnh hưởng xấu đến sức khỏe người tiêu dung do uống phải rượu
còn nhiều độc tố, kém chất lượng, lãng phí lương thực và gây thất thu lớn cho
ngân sach Nhà nước.
Nhìn chung, ngành công nghiệp rượu ở Việt Nam hiện nay vẫn chưa phát
triển, công nghệ thiết bị lạc hậu, chất lượng sản phẩm chưa cao, chủng loại sản
phẩm nghèo nàn, chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước và xuất
khẩu. Nguyên nhân là do thiếu vốn để đầu tư, đổi mới thiết bị công nghệ, nâng
cao chất lượng sản phẩm. Do đó khả năng cạnh tranh kém…Trong khi đó, rượu
nấu bằng phương pháp thủ công chưa thể quản lý, rượu lậu, rượu giả trốn thuế
chưa có biện pháp khả thi để ngăn chặn, càng gây khó khăn cho việc tiêu thụ
sản phẩm rượu của các doanh nghiệp nhà nước.
Ngày nay cùng với sự phát triển vượt bậc của nền công nghiệp thế giới và
nước nhà, các ngành công nghiệp cần rất nhiều hoá chất có độ tinh khiết cao.
Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp lỏng ra thành các cấu tử
riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng
một nhiệt đo.
Ta có thể phân biệt chưng cất ra thành quy trình một lần như trong phòng thí
nghiệm để tách một hóa chất tinh khiết ra khỏi một hỗn hợp, và chưng cất liên
tục, như trong các tháp chưng cất trong công nghiệp.
IINội dung
1. Khái quát về rượu – cồn

1.1.Rượu
Rượu là gì?


Vodka: có độ cồn từ 35 – 50%, sản xuất từ nguyên liệu là khoai tây và
một số loại ngũ cốc lên men
Whisky: được sản xuất từ ngũ cốc (chủ yếu là đại mạch) bằng cách
lên men và chưng cất (chưng cất bia 2 – 3 lần được whisky)
Gin: được chưng cất từ các hạt ngũ cốc trộn với các nguyên liệu thảo
mộc: hạnh nhân, quế, gừng, vỏ chanh,…
Brandy: được chưng cất từ loại rượu vang và ủ trong thùng gỗ.
Rum: được thu nhận từ quá trình lên men từ mật đường hoặc trực tiếp
từ nước mía và chưng cất.
Dựa vào phương pháp lên men và độ cồn rượu được phân loại:

Rượu lên men: được tạo thành từ quá trình lên men rượu của các
nguồn nguyên liệu có đường, có nguồn gốc khác nhau nhờ các hệ nấm men
khác nhau
-

Rượu lên men chưng cất:cũng dùng những nguyên liệu chứa đường và

tinh bột, nhưng sau khi lên men đem chưng cất như rượu trắng, rượu nếp gò
đen, Brandy, Whisky, Rhum, Vodka…
-

Rượu lên men không chưng cất: các loại rượu trái cây, rượu vang,

rượu cider, sake, …


Rượu pha chế: được pha chế từ các nguồn nguyên liệu tự nhiên hay
tổng hợp thành thể đồng nhất (quisky, rum,…)


Phân loại theo độ cồn

-

Rượu mạnh: nồng độ cồn lớn hơn 30% V

-

Rượu thông thường: có độ cồn từ 15 – 30% V

-

Rượu nhẹ: nồng độ cồn ít hơn 15% V
1.2.Cồn

-

Là một loại hợp chất hữu cơ ethanol hay rượu có cùng công thức hóa

học C2H6O hoặc C2H5OH


-

Cồn chưng cất (lẫn tạp chất)  chỉ sử dụng trong công nghiệp

-

Cồn tinh luyện (đã loại bỏ tạp chất): 96%, 90%

-

Tính chất vật lí: chất lỏng không màu, tan vô hạn trong nước, dễ bay

hơi, dễ cháy, mùi phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất.
2.

Khái quát về chưng cất
2.1.Khái niệm: Chưng cất là quá trình dùng nhiệt để tách một hỗn hợp
chất lỏng ra thành các cấu tử riêng biệt dựa vào độ bay hơi khác nhau của
các cấu tử trong hỗn hợp ở cùng một nhiệt độ (hay nhiệt độ sôi khác nhau ở
cùng áp suất).
Ví dụ trong chưng cất rượu, hỗn hợp giấm chín cần tách gồm:
Các chất dễ bay hơi: rượu, este, aldehyt và một số alcol cao phân tử
hay còn gọi là dầu fusel hay dầu khét.
Các chất khó bay hơi: tinh bột, dextrin, protit, acid hữu cơ và chất
khoáng.
2.2. Cơ sở lí thuyết của chưng cất
Do các chất lỏng có áp suất hơi khác nhau tại cùng một nhiệt độ nên quá
trình chưng cất dựa trên nhiệt độ sôi khác nhau của các chất lỏng tham gia. Vì
có áp suất hơi khác nhau nên khi đưa năng lượng vào hệ thống, chất có áp suất
hơi cao hơn (hay nhiệt độ sôi thấp hơn) bốc hơi nhiều hơn các chất khác, vì thế
mà trong quá trình chưng cất, nồng độ chất có nhiệt độ sôi thấp hơn trong phần
cất cao hơn là ở trong hỗn hợp ban đầu.
Khi chưng cất ta thu được nhiều cấu tử và thường thì bao nhiêu cấu tử sẽ thu
được bấy nhiêu sản phẩm. Nếu xét hệ đơn giản chỉ có 2 hệ cấu tử thì ta thu

được 2 sản phẩm: sản phẩm đỉnh chủ yếu gồm gồm cấu tử có độ bay hơi lớn
(nhiệt độ sôi nhỏ), sản phẩm đáy chủ yếu gồm cấu tử có độ bay hơi bé (nhiệt độ
sôi lớn).
Ví dụ, đối với hệ nước – acid acetic sản phẩm đỉnh là nước, sản phẩm đáy
chủ yếu gồm acid acetic và một ít nước
Hay đối với hệ rượu – nước: sản phẩm đỉnh là rượu, sản phẩm đáy chủ yếu là
nước và một ít rượu


Sự khác nhau giữa chưng cất và cô đặc: Chưng cất là quá trình trong đó cả
dung môi và chất tan đều bay hơi, khác với cô đặc, là quá trình trong đó chỉ có
dung môi bay hơi.
2.3.Phân loại các pương pháp chưng cất
•

Phân loại theo nguyên lý làm việc

Gồm 3 loại: chưng cất đơn giản, chưng bằng hơi nước trực tiếp, chưng cất
chân không
Chưng cất đơn giản : dùng để tách các hỗn hợp gồm có các cấu tử có
độ bay hơi khác nhau. Phương pháp này dùng để tách sơ bộ và làm sạch các cấu
tử khỏi tạp chất
Chưng bằng hơi nước trực tiếp: dùng để tách các hỗn hợp gồm các
chất khó bay hơi và tạp chất không bay hơi, thường được ứng dụng trong
trường hợp chất được tách không tan trong nước
Chưng cất chân không: dùng trong trường hợp cần hạ thấp nhiệt độ
sôi của cấu tử. Ví dụ như trường hợp các cấu tử trong hỗn hợp dễ bị phân hủy ở
nhiệt độ cao hay trường hợp các cấu tử có nhiệt độ sôi quá cao
•

Phân loại theo áp suất làm việc

-

Áp suất thấp

-

Áp suất thường

-

Áp suất cao

•

Phân loại theo phương pháp cấp nhiệt ở đáy tháp

-

Cấp nhiệt trực tiếp

-

Cấp nhiệt gián tiếp

•

Phân loại theo thiết bị chưng cất

Nồi chưng cất: rượu có mùi vị của các chất đi kèm tạo hương thơm
nhưng hơi gắt, cần ủ lâu để dịu hơn, thời gian ủ tối thiểu là 2 năm trong những
thùng gỗ sồi. Rượu sẽ ngấm mùi vị của gỗ sồi đã hơ tạo vị thơm ngon.


Cột chưng cất liên tục: rượu rất tinh khiết có theerr đóng chai ngay
không cần ủ nhưng thiếu mùi vị đặc trưng. Phương pháp này rất kinh tế và được
dùng để sản xuất ở quy mô lớn.
2.4.

Các phương pháp chưng cất cồn

-

Chưng luyện gián đoạn

+ Thời gian cất 6-8h
+ Năng suất thấp
+ Nồng độ không ổn định
+ Tốn năng lượng
Phương pháp này sử dụng khi nhiệt độ sôi của các cấu tử khác xa nhau,
không đòi hỏi sản phẩm có độ tinh khết cao, tách hỗn hợp lỏng ra khỏi tạp chất
không bay hơi, tách sơ bộ hỗn hợp nhiều cấu tử
- Chưng luyện liên tục là quá trình được thực hiện liên tục nghịch dòng và
nhiều đoạn
-Chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục)
Đây là quá trình chưng cất gián đoạn và tinh luyện liên tục kết hợp lại
Thiết bị tinh luyện được đặt các đĩa tiếp liệu nên ở các mức khác nhau sẽ thu
được các sản phẩm khác nhau ( dầu fusel ở dưới đáy nhiệt độ =101-105 độ C )
Các loại khác bốc hơi ở nhiệt độ thấp hơn nên bay cao hơn do đó thu nhận ở

đĩa cao hơn.
Sản phẩm tạo thành gồm: cồn đầu nhiều tạp chất tách riêng. Chỉ dùng để pha
vecni, làm cồn đốt,sát trùng hoặc đem xử lý lại ( cồn sản phẩm, dầu fusel)
3.

So sánh rượu và cồn
Rượu

Phương
pháp
sản

Cồn

Gạo → Xát → Nấu chín
Gạo → Nghiền → Hồ hóa →
→Lên men → Chưng cất → Sản Đường hóa → Lọc bã → Lên


xuất

Tính chất

phẩm

men → Chưng cất → Sản phẩm

Dịch lên men được đổ vào 1 nồi
lớn, bên trên có thiết kế nắp
thường là hình chóp đỉnh hình

nón, có thể chứa nước lạnh. Khi
dịch sôi, các cấu tử bay hơi lên
tới đỉnh ngưng tụ lại và chảy vào
máng thiết kế theo đường dẫn đi
ra ngoài. Phương pháp chỉ chưng
cất 1 lần.

Ban đầu nguyên liệu đem
nghiền thành bột, nấu cháo và
đường hóa lượng cháo đó để lấy
dịch đường và đem lên men.

Có mùi thơm đặc trưng của
rượu, vị cay
Màu sắc tùy thuộc vào
từng loại và nguyên liệu để sản
xuất
Độ cồn thấp : <45o
Không cháy được
Rượu truyền thống chưng
cất bằng phương pháp thủ công,
đun trên bếp (củi hoặc than)và
không giữ được nhiệt độ tối ưu
trong quá trình chưng cất, làm
cho các cấu tử khác ngoài cồn bị
bay hơi(andehyt, aceton,
methanol, butanol…). Cồn thu
được không tinh khiết.

Thường được sản xuất bởi:

lên men tinh bột ( ngô, sắn hoặc
lên men rỉ đường)
Dịch lên men được đưa vào
một hệ thống có thể là 3 hoặc 4
chiếc tháp chưng luyện. Cồn
chưng luyện nhiều lần.
−
Mùi vị: có mùi thơm của
rượu và mùi cay.
−
Màu sắc: không màu,
trong suốt.
−
Rất dễ cháy, khi cháy có
ngọn lửa màu xanh và không có
khói.
−
Nồng độ: 96 o, 99,5o
−
Tên gọi khác: ethanol,
rượu etylic, cồn
-Trên quy mô công nghiệp sản
phẩm cồn tạo ra rất tinh khiết và
đảm bảo chất lượng vì các tạp
chất và độc tố đã được loại bỏ
trong quá trình chưng cất nhiều


lần.Thường có nồng độ cồn lớn.
ứng dụng

4.

Rượu truyền thống được sử
dụng với mục đích làm đồ uống.

Sản phẩm của công nghiệp
(cồn) được ứng dụng:
- Dùng làm nhiên liệu sinh
học vì khi cháy cồn công nghiệp
tạo ra khì CO2 và H2O:
- Dùng trong công nghiệp
thực phẩm, đồ uống (bia, rượu).
- Trong y tế
- Công nghiệp in, điện tử,
dệt may.
- Trong lĩnh vực sản xuất
mỹ phẩm.

Thiết bị chưng cất

Trong sản xuất thường dùng nhiều loại thiết bị khác nhau để tiến hành chưng
cất. Tuy nhiên yêu cầu cơ bản chung của các thiết bị vẫn giống nhau nghĩa là
diện tích bề mặt tiếp xúc pha phải lớn, điều này phụ thuộc vào mức độ phân tán
của một lưu chất này vào chất kia. Nếu pha khí phân tán vào pha lỏng ta có các
loại tháp mâm, nếu pha lỏng phân tán vào pha khí ta có tháp chêm., tháp phun.
Tháp mâm: có thân tháp hình trụ, thẳng đứng phía trong có gắn các
mâm có cấu tạo khác nhau, trên đó pha lỏng và pha hơi được cho tiếp xúc với
nhau. Tùy theo cấu tạo của đĩa có:
•

Tháp mâm chóp: trên mâm bố trí có chóp dạng tròn, úp sấp, chữ s..
•
Tháp mâm xuyên lỗ: trên mâm có nhiều lỗ hay rãnh.
•
Tháp chêm (tháp đệm): tháp hình trụ gồm nhiều bậc nối với nhau
bằng mặt bích hay hàn. Vật chêm được cho vào tháp theo một trong 2 phương
pháp: xếp ngẫu nhiên hay xếp có trật tự.
So sánh ưu nhược điểm của các loại tháp:


Hình minh họa về mâm chóp:

Tháp chêm

Ưu điểm

- Cấu tạo đơn giản
- Trở lực thấp

Tháp mâm
xuyên lỗ
- Trở lực thấp
- Hiệu suất khá
cao.

Tháp mâm chóp

- Khá ổn định.
- Hiệu suất cao.

- Làm việc được với
chất lỏng bẩn
Nhược
điểm

- Do hiệu ứng - Không làm việc
thành nên hiệu suất được với chất
truyền khối thấp.
lỏng bẩn.
- Kết cấu khá
- Độ ổn định thấp,
phức tạp.
khó vận hành.
- Khó tăng năng
suất.
Thiết bị khá nặng
nề

- Có trở lực lớn
- Tiêu tốn nhiều vật
tư,kết cấu phức tạp.


Hình minh họa mâm xuyên lỗ:


Tháp đệm


Hệ thống chưng luyện bán liên tục:

Trong đó:
1 – Thùng chưng cất thô
2 – Thùng ngưng tụ cồn thô
3 – Thùng tạp chứa cồn thô
4 – Tháp tinh chế
5,6 – Bình ngưng tụ
7,8 – Bình làm lạnh
Sơ đồ hệ thống hoạt động như sau:
Lên men xong giấm chín được bơm vào thùng chứa 1(ở hệ thống này làm
việc kiểu chưng gián đoạn, luyện liên tục). Vì ở phần này làm việc gián đoạn


nên phải bố trí hai thùng làm việc song song nhưng làm so le để ổn định phần
nào nồng độ cồn thô trước khi vào tháp tinh chế. Ở thùng chưng cất được đun
trực tiếp bằng hơi nước có áp suất 0,8 đến 1kg/cm 2. Hơi rượu bay lên được
ngưng tụ ở 2 rồi và thùng chứa 3, tiếp đó liên tục đi vào tháp tinh chế 4, ở 4
cũng được đun nóng bằng hơi nước trực tiếp. Cồn thô đi vào tháp tinh chế ở đĩa
tiếp liệu (đĩa 16 đến 18 tính từ dưới lên) rồi chảy xuống đáy nồng giảm dần đến
đáy tháp còn khoảng 0, đến 0,03% rồi đi ra ngoài. Nhiệt độ đáy tháp cần
khoảng 103-105oC. Hơi rượu bay lên được tăng dần nồng độ phần lớn được
ngưng tụ ở 5 rồi hồi lưu trở lại tháp. Một phần nhỏ chưa ngưng tụ còn chứa
nhiều tạp chất đầu được tiếp tục đưa sang ngưng tụ tiếp ở 6 và lấy ra ở cồn đầu.
Cồn đầu chỉ dùng để đốt, sát trùng, làm dung môi để pha vecni hay đem cất lại
Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cách đĩa hồi lưu (từ trên xuống ) khoảng 36 đĩa, được làm lạnh ở 7, rồi vào thùng chứa vào kho. Cồn lấy ra ở đây tuy có
nồng độ thấp hơn 0,3-0,5% V so với ở đỉnh nhưng chứa ít este và aldehyt.
Hệ thống chưng luyện gián đoạn:


Quy trình làm việc của hệ thống:

Khi hỗn hợp lỏng cần phân riêng đã được nạp đầy nồi nấu 1 thì dừng nạp.
Cấp nhiệt bằng hơi nước vào thiết bị đốt nóng loại ống xoắn đặt ngay trong lò
nồi nấu, gia nhiệt để hỗn hợp lỏng sôi trong suốt quá trình chưng cất. Hơi bay
hơi lên chứa nhiều thành phần dễ bay hơi theo ống đi vào đáy tháp chưng cất 2
rồi đi qua các đĩa chóp (hoặc lớp đêm nếu là tháp đệm ) để lên đỉnh tháp. Khi đi
ra từ đỉnh tháp, pha hơi đã có nồng độ chất dễ bay hơi như ý muốn, nó được
đưa qua thiết bị hồi lưu 3 làm mát bằng nước. Một phần pha hơi được biến
thành pha lỏng có nồng độ xem như pha hơi, từ thiết bị hồi lưu chảy qua ống
chữ U (tránh pha hơi đi ngược ) chảy về đỉnh tháp (chảy vào đĩa trên cùng).
Phần hơi còn lại sẽ ngưng tụ hết nhờ thiết bị ngưng tụ 4, làm mát bằng nước,
sản phẩm lỏng chảy qua thiết bị đo nồng độ rồi xuống thùng chứa 5. Dòng hồi
lưu có nồng độ cao ở đỉnh tháp, giảm dần khi xuống đáy tháp, theo ống chảy
sang nồi nấu. Theo thời gian làm việc thì nồng độ thành phần dễ bay hơi trong
nồi nấu và trong pha hơi bay lên, liên tục giảm xuống. Đến khi nào pha lỏng
còn lại trong nồi nấu có nồng độ chất dễ bay hơi như yêu cầu thì dừng chưng
cất.
Thiết bị chưng cất truyền thống:


Thiết bị chưng cất trong phòng thí nghiệp:

Thiết bị chưng cất ở quy mô công nghiệp:


III-

Kết luận

Nghề sản xuất rượu cồn đang phát triển và chiếm tỉ lệ khá lớn trong các
ngành kinh tế quốc dân với quy mô ngày càng mở rộng tạo ra sản phẩm có chất

lượng tốt, đáp ứng tối đa nhu cầu thị hiếu.
Chưng cất rượu, cồn là một phương pháp tách dùng nhiệt để tách hỗn hợp
đồng thể (dung dịch) của các chất lỏng khác nhau dựa vào độ bay hơi của chúng
(hay nhiệt độ sôi khác nhau ở cùng áp suất) với mục đích thu được rượu có độ
cồn cao hơn.
Với các phương pháp sản xuất rượu cồn khác nhau hay phương pháp chưng
cất khác nhau cũng sẽ tạo ra loại rượu, cồn có chất lượng khác nhau, có nồng độ
cồn khác nhau nhằm phát huy thế mạnh sẵn có của ngành sản xuất rượu của


Việt Nam cả về công nghệ cũng như thị phần trong thị trường nội địa và tìm
kiếm thị trường xuất khẩu.