LUẬN VĂN BÁO CÁO QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN TỪ NGUYÊN LIỆU SẮN (BẢN VẼ CAD)

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM
KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM


BÁO CÁO ĐỒ ÁN
MÔN: CÔNG NGHỆ CHẾ BIẾN THỰC PHẨM
Đề tài : Công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu sắn
với năng suất 5000 lít/ năm

Giảng viên hướng dẫn: HOÀNG THỊ NGỌC NHƠN

Sinh viên thực hiện: MAI THỊ HƯỜNG
MSSV: 2205150060

Tp. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017

1
TPHCM, ngày 12 tháng 12 năm 2015


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN:
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................
...........................................................................................................................................

2


MỤC LỤC
CÁC BẢNG BIỂU
BẢNG
Bảng 1.1. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu
Bảng 3.1. Biểu đồ nhập liệu trong một năm
Bảng 3.2 Biểu đồ sản xuất trong một năm
Bảng 3.3 Tỷ lệ tổn thất trong quá trình sản xuất

Trang
3
25
25
26

3

DANH MỤC HÌNH ẢNH
HÌNH

Trang
1

Hình 1.1. Cây và củ sắn
Hình 1.2. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn

2

Hình 1.3. Nấm men Saccharomyces cerevisiae

4

Hình 1.4. Cấu tạo hóa học của etanol

9

Hình 1.5. Cồn Ethanol 99.5%

12

Hình 1.6. Cồn y tế 90o

12

Hình 1.7. Cồn y tế 70o

13

Hình 1.8. Cồn công nghiệp

13

Hình 1.9. Cồn sinh học Gasohol E5

14

Hình 4.1. Thiết bị sàng rung

34

Hình 4.2. Cấu tạo thiết bị sàng rung

35

Hình 4.3. Máy nghiền búa

36

Hình 4.4. Cấu tạo máy nghiền búa

37

Hình 4.5. Cấu tạo nồi nấu

38

Hình 4.6. Cấu tạo thiết bị đường hóa

39

Hình 4.7 .Thiết bị lên men

40

Hình 4.8.Cấu tạo thiết bị lên men

41

Hình 4.9. Thiết bị chưng cất gián đoạn

42

Hình 4.10. Cấu tạo thiết bị chưng cất gián đoạn

43

Hình 4.11.Cấu tạo thiết bị tinh chế

44

LỜI

CẢM ƠN
Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và được sự chỉ bảo tận tình của các thầy
cô cùng các bạn, em đã hoàn thành đồ án bộ môn công nghệ chế biến thực phẩm. Với

đề tài “Công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu sắn với năng suất 5000 lít/ năm”.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô bộ môn, đặc biệt là lời cảm
ơn sâu sắc tới cô Hoàng Thị Ngọc Nhơn đã hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình
em thực hiện bản đồ án này.

4


Bản đồ án là sự nỗ lực và cố gắng tìm tòi của em nhưng không tránh khỏi sai
sót. Do vậy, em rất mong các thầy, các cô đóng góp ý kiến để bản đồ án của em hoàn
thiện hơn và giúp em có thêm kinh nghiệm thực tế.
Em xin chân thành cảm ơn!
TP. Hồ Chí Minh, tháng 06 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Mai Thị Hường

MỞ ĐẦU
Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất cồn 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 cồn etylic có
chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao của con người.
Cồn etylic được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác như: trong công nghệ hoá
chất cồn được làm dung môi cho các phản ứng hoá học, nguyên liệu; trong y tế cồn
là chất sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh; trong nông nghiệp cồn được
5


dùng trong sản xuất thuốc trừ sâu; đối với ngành dệt, cồn còn dùng làm thuốc
nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ; trong công nghiệp cồn

được dùng làm chất đốt, dung môi hòa tan các hợp chất vô cơ và hữu cơ. Trong
tương lai cồn còn được sử dụng làm nhiên liệu sinh học vì sản phẩm cháy không gây
ô nhiễm môi trường.
Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất cồn 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 cồn etylic. Với nền tảng của một quốc gia có nền sản xuất nông
nghiệp đã tạo nên sự đa dạng trong việc cung cấp các nguyên liệu chứa tinh bột cho
sản xuất cồn, đặc biệt là sắn lát.
Trên cơ sở đó, em được giao nhiệm vụ “Công nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu
sắn với năng suất 5000 lít/ năm”.
Mục tiêu sau khi thực hiện đồ án môn học là giúp em hiểu rõ quy trình công
nghệ sản xuất cồn từ nguyên liệu sắn với năng suất 5000 lít/ năm.
Nội dung chính của đồ án như sau:
-

Tìm hiểu về tổng quan đề tài sản xuất cồn.

-

Tìm hiểu về tổng quan nguyên liệu sản xuất cồn.

-

Tìm hiểu về quy trình công nghệ sản xuất cồn.

-

Tính cân bằng vật chất theo sơ đồ quy trình công nghệ

-

Tìm hiểu máy móc, thiết bị sử dụng trong sản xuất cồn.

-

Tìm hiểu các sự cố trong dây chuyền sản xuất cồn.

6


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
1.1 Tổng quan về nguyên liệu
 Thành phần cấu tạo hóa học của sắn

Sắn là loại củ chứa nhiều tinh bột. Củ sắn gồm 3 thành phần chính: vỏ, thịt củ
và lõi sắn. Ngoài ra còn có cuống và rễ củ.
Vỏ gồm 2 phần: vỏ gỗ ở bên ngoài, cấu tạo chủ yếu là xenluloza, thường chiếm
khoảng 1,5 – 2% khối lượng củ, vỏ cùi cũng cấu tạo từ xenluloza nhưng trong vỏ cùi
còn có mủ sắn là polyphenol.

7


Hình 1.1. Cây và củ sắn
Thịt củ chứa nhiều tinh bột, ít

protein

và

một

lượng dầu. 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 chiếm khoảng

10 – 15%, nhưng các

polyphenol gây trở ngại khi chế biến, đặc

biệt là để sắn chảy

mủ sẽ làm bột sắn bị biến màu, thay đổi mùi vị, khó
luộc, khó thoát nước khi sấy hoặc phơi khô sắn

ăn trực tiếp khi
lát hoặc bột sắn.

Hình 1.2. Củ sắn và cấu tạo của củ sắn
Lõi sắn: nắm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài. Thành phần lõi sắn chủ yếu là

xenluloza, có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ đồng thời
giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.
Ngoài các chất kể trên, trong sắn còn chứa một lượng vitamine và độc tố.
Vitamine trong sắn thuộc nhóm B, trong đó B1, B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, B6
0,006 mg%. Các vitamine này sẽ bị mất một phần khi chế biến và khi sản xuất cồn.
Còn độc tố sẽ bị loại bỏ cùng bã [1].
Sắn dùng trong sản xuất cồn chủ yếu là sắn thái lát khô.
Yêu cầu của sắn khô được chọn làm nguyên liệu (tính theo phần trăm trung
bình):
- Sắn trắng thơm, không có mùi mốc
- Hàm lượng tinh bột đạt trên 63%
- Độ ẩm: 14%
8


-

Gluxit lên men: 67,6%
Protit: 1,75%
Chất kho: 1,79%
Chất béo: 0,87%
Thành phần hóa học của sắn như sau:
Bảng 1.1. Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu [1]
Loại

Nước

Protit

Chất béo

Glucid

Cenlulo

Iro

Sắn tươi

70,25

1,102

0,41

26,58

1,11

0,54

Sắn khô

13,12

0,205

0,41

74,74

1,11

1,69

1.2 Nước

Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rất rộng rãi, với nhiều
mục đích khác nhau.
Trong quá trình công nghệ, nước dùng để xử lý nguyên liệu, nấu nguyên liệu
làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò
hơi...Ngoài ra, nước còn dùng cho sinh hoạt, chữa cháy trong khu vực sản xuất.
Nguồn nước cung cấp cho nhà sản xuất rượu là nước sông và nước giếng.
Trong công nghệ yêu cầu chất lượng nước giống như nước sinh hoạt, độ cứng không
quá 7 mg/lít, phải trong suốt, không màu, không mùi. Hàm lượng các kim loại không
vượt quá yêu cầu sau:
Fe ≤ 0,3 mg/l
F ≤ 3 mg/l
Zn ≤ 5
Mn ≤ 0,05 mg/l
Cl ≤ 0,5 mg/l
SO42-: 60-80 mg/l
Mg ≤ 125 mg/l
As ≤ 0,05 mg/l
Cu ≤ 3 mg/l
Pb ≤ 0,1 mg/l
NO3 ≤ 35 mg/l
Không cho phép có NH3 và muối của axit nitric.
Không có các kim loại nặng như Hg, Ba, Cr...
Không có amoniac (NH3), sunfuahydro (H2S), chất cặn không vượt quá:

1mg/lít.
Nước mặt (sông) chứa lượng muối khoáng thấp: 40-500 mg/lít, tạp chất hữa cơ
khoảng: 2-100 mg/lít. Nước ngầm hàm lượng muối khoáng nhiều hơn: 500-3000
mg/lít, hàm lượng các chất hữu cơ không vượt quá 4 mg/lít và vi sinh vật hầu như
không có. Trong công nghiệp sản xuất rượu, độ cứng trong nước quá lớn ảnh hưởng
đến quá trình nấu nguyên liệu, đường hoá và lên men [2].
1.3 Nấm men

9


1.3.1

Đặc tính chung của nấm men

Hình 1.3: Saccharomyces cerevisiae [7]
Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sôi nảy nở
bằng cách nảy chồi. Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân bố
rộng rãi trong tự nhiên
Trong thực tế sản xuất có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành, già
và chết bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu. Nấm men sử
dụng trong thùng lên men lúc tế bào đang thời kì trưởng thành. Trong một môi trường
thường gồm tất cả các loại tế bào, nên phương pháp nhanh và tương đối chính xác là
nhuộm màu bằng phương pháp xanh metylen. Tế bào trẻ không bắt màu trong sáng, tế
bao già màu xanh nhạt đều từ nguyên sinh chất đến màng tế bào, tế bào chết bắt màu
xanh đậm và màng tế bào rõ nét hơn.
1.3.2

Chọn chủng nấm men

Khi chọn một chủng nấm men đưa vào sản xuất phải có những tính chất cơ bản
sau:
+ Tốc độ phát triển nhanh.
+ Lên men được nhiều loại đường khác nhau và đạt được tốc độ lên men nhanh.
+ Chịu được nồng độ lên men cao, đồng thời ít bị ức chế bởi những sản phẩm
của sự lên men.

10


+ Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường. Đăc biệt là
đối với chất sát trùng. Riêng đối với nước ta, đòi hỏi lên men được ở nhiệt độ tương
đối cao (350C).
Để có được một chủng nấm men thỏa mãn yêu cầu trên, thường trải qua thời gian
tuyển chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép…lâu dài, phức tạp. Đến nay, trong sản xuất
rượu lên men từ dịch đường hóa tinh bột, thường sử dụng một trong các chủng sau:
- Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rase II): Sinh bọt nhiều và
thích nghi ở độ axit thấp, sức kháng cồn cao, không lên men được đường lactoza.
Kích thước tế bào 5,6 - 7µm
- Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII): Phân lập ở Đức
năm 1902, tốc độ phát triển nhanh và ít sinh bọt, sau 24h một tế bào có thể phát triển
thêm 56 tế bào mới. Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được nhiều loại đường, có thể
lên men đạt 13% rượu trong môi trường. Nấm men Rasse XII thuộc loại lên men nổi,
được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thành đám trắng. Kích
thước tế bào 5 - 8µm.
- Nấm men MTB Việt Nam (men thuốc bắc): Được phân lập tại nhà máy rượu
Hà Nội từ men thuốc bắc. Lên men được nhiều loại đường ở nhiệt độ cao (39 – 40 0C),
chịu độ axit tương đối cao (1 – 1,50), nồng độ rượu có thể đạt được 12 - 14%. Đặc
biệt, qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môi trường
có 0,02 – 0,025% chất sát trùng Na2SiF6.

Chọn nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII) để lên men dịch
đường hóa từ tinh bột. [2].
1.3.3

Các yếu tố ảnh hưởng đến sinh trưởng của nấm men chủng XII

Nhiệt độ: Nấm men chủng XII phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 – 33 0C. 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
11


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 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].
1.3.4

Môi trường nuôi cấy nấm men

+ Giai đoạn phòng thí nghiệm:
Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn 10 ml, 100 ml thường dùng là nước đường hóa
của malt. Nước malt chuẩn bị như sau: Gạo tẻ đem nấu cháo đặc, rồi làm nguội xuống
55 - 580C. Sau đó cho đường hóa bằng malt đã nghiền nhỏ với tỉ lệ 15 - 20% so với
gạo. Giữ nhiệt độ đường hóa 55-50oC trong 4-6 giờ, thử khả năng thủy phân. Nâng
nhiệt độ 95 - 1000C, sát trùng và lọc nhanh. Dịch đường được phân phối vào ống
nghiệm 10 ml, bình tam giác 250 ml, bình cầu 900 ml. Nút bông bình và đem tiệt
trùng ở áp suất 1 kg/cm2, trong thời gian 30 phút.
+ Môi trường 10 lít, có thể lấy dịch trực tiếp ở thùng đường hóa trong sản xuất và
bổ sung thêm nấm mốc (5 - 7%) để đảm bảo nồng độ cho nấm men phát triển, sau đó
đem lọc, tiệt trùng, làm nguội về nhiệt độ 35 - 360C và tiếp men giống từ thùng 100
lít.
12


Khi chuyển giống từ bình nọ sang bình kia cần tuân thủ nghiêm ngặt các điều
kiện vệ sinh.
+ Nhân giống trong sản xuất:
Nhân giống đến đủ số lượng 10% dịch đường lên men. Môi trường nhân giống
thường được lấy trực tiếp từ thùng đường hóa nhưng cần đường hóa thêm để đảm bảo
hàm lượng đường cho nấm men phát triển.
1.4 Chất hỗ trợ kỹ thuật
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
Ure: cung cấp để đảm bảo lượng đạm cho nấm men sinh trưởng, phát triển tạo
ra nhiều rượu

Nhóm các hóa 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.
1.4.2

Chế phẩm enzyme

Trong công nghệ sản xuất ancol, emzym xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột
thành đường lên men là khá quan trọng. Các emzym này thuộc loại amylaza.
Chế phẩm enzym Novo amylaza được được sản xuất từ vi sinh vật không gây bệnh
trong điều kiện vệ sinh cao, sự lựa chọn, sàng lọc gắt gao. Các enzyme này thường
được tinh chế, cô đặc và tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt động cao. Các enzyme
này có thể lưu trữ 6 tháng mà không có những biến đổi nào về đặt tính trong điều kiện
bảo quản không lớn hơn 250C.
- Termamyl 60L : là một emzym α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng hoạt động ổn định nhiệt

độ cao. Hoạt động của nó là thủy phân tinh bột thành dextrin giống như α-amylaza

13


của malt. Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong thủy phân ở pH = 5,0. Nhiệt độ
thích hợp 900C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổn định của nó.
- Fungamyl 800L : là α -amylaza cô dặc ở dạng lỏng. Nhiệt độ tối thích là 60-65 oC ,
Fungamyl 800L hoạt động thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các

α

-amylaza khác, tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành. Fungamyl 800L
có thể hoạt động thủy phân tinh bột ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện có muối

Ca cho sự ổn định của nó.
- Spiritamylaza Novo 150L : là một glucoamylaza lỏng cô đặc, được thủy phân tinh bột

trong công nghệ lên men rượu. Emzym này thủy phân tinh bột hoàn toàn thành các
đương lên men glucoza không có các dextrin trong các sản phẩm thủy phân.
Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấp như là
pH = 3 tại 600C. Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự có mặt của
ion Caxi (Ca2+).
Nhà máy dùng chế phẩm Novo amylaza của Đan Mạch. Trong sản xuất cồn, enzym
này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa [3]
1.5 Tổng quan về sản phẩm

1.5.1 Rượu etylic
Etanol, còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ
cốc hay cồn, là một hợp chất hữu cơ, nằm trong dãy đồng đẳng của rượu metylic, dễ
cháy, không màu, là một trong các rượu thông thường có trong thành phần của đồ
uống chứa cồn. Trong cách nói dân dã, thông thường nó được nhắc đến một cách đơn
giản là rượu.
1.5.2 Tính chất vật lý của rượu etylic

Rượu etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm
đặc trưng, có vị cay, sức hút ẩm mạnh, dễ bay hơi, dễ cháy. Rượu hòa tan trong nước
ở bất cứ tỉ lệ nào, có kèm theo các hiện tượng tỏa nhiệt và co thể tích. Rượu hòa tan
được nhiều chất vô cơ như: CaCl2, MgCl2, SiCl4, KOH..., và nhiều chất khí: H2, N2,
02, S02, CO..., hòa tan được nhiều chất hữu cơ, nhưng không hòa tan được tinh bột
disaccharit...
14


Các thông số vật lý của rượu etylic nguyên chất:

-

Tỷ trọng: d= 0,7894
Phân tử lượng: 46.03
Nhiệt độ sôi: 78,32°C ở áp suất 760 mmHg, nhiệt độ bắt lửa 120°C
Nhiệt dung riêng: 0,548 KJ/kg.độ (ở 20°C) và 0,769 KJ/kg.độ (ở 60°C).
Năng suất tỏa nhiệt: 6642÷7100 KJ/kg.độ [11].
1.5.3 Tính chất hóa học của cồn etylic

Etanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là C2H6O hay C2H5OH.
Một công thức thay thế khác là CH3-CH2-OH thể hiện cacbon ở nhóm metyl (CH3–)
liên kết với carbon ở nhóm metylen (–CH2–), nhóm này lại liên kết với oxy của nhóm
hydroxyl (–OH).
Etanol có điểm nóng chảy: -114,1 °C ; Công thức: C2H6O; Điểm sôi: 78,37 °C; Mật
độ: 789 kg/m³; Khối lượng phân tử: 46,06844 g/mol [13].

Hình 1.4. Cấu tạo hóa học của etanol

Do cấu trúc phân tử rượu gồm hai thành phần: gốc etyl và nhóm hydroxyl nên
tính chất hóa học của rượu etylic phụ thuộc vào bản chất của hai thành phần hóa học
đó [11].
1.5.3.1 Tác dụng với oxy
Tùy theo cường độ oxy tác dụng với rượu mà cho ra những sản phẩm khác nhau
2C2H5 OH + O2 (nhẹ) → 2CH3CHO + 2H2O

15


1.5.3.2 Tác dụng với kiềm và kiềm thổ
C2H5OH + 3O2 (mãnh liệt)  2CO2 + 3H2O

2C2H5OH +O2 (vừa đủ)  CH3COOH+ 2H2O
Trong trường hợp này rượu etylic được coi như một axit yếu và có những phản
ứng với kim loại kiềm và kiềm thổ tạo thành muối alcolat.
2C2H5OH +2M → 2C2H5OM + H2↑
(Alcolat kiềm)
C2H5OH + Na = C2H5ONa + 0,5 H2→ (Natri Alcolat)
1.5.3.3 Tác dụng với NH3
Ở nhiệt độ 250°C và có xúc tác rượu etylic tác dụng với NH3 tạo thành amin
C2H5OH + NH3 = CH3CH2NH3 + H20 (etyl amin).
1.5.3.4 Tác dụng với acid
Rượu etylic tác dụng với axit tạo thành este. Tùy theo từng loại axit khác nhau tạo
thành este khác nhau, trong trường hợp này rượu đóng vai trò kiềm yếu.
Đối với axit hữu cơ tạo thành este thơm:
C2H5OH + CH3COOH → C2H5COOCH3 + H20
(Etyl axetal)
Đối với axit vô cơ tạo thành este (muối) phức tạp:

C2H5OH + HN03 → C2H5N03 + H20
(etyl Nitrat)

16


1.5.3.5 Rượu etylic và oxit sắt tạo thành aldehyt axetic
Phản ứng xảy ra như sau:
2FeO + 02 + C2H5OH → Fe203 + CH3CHO + H20
Fe203 + C2H5OH → FeO + CH3CHO + H20
Do vậy lượng rượu bị giảm đi rõ rệt nếu chưng cất, tinh chế hoặc bảo quản rượu
bằng thiết bị chế tạo bằng sắt.
1.5.3.6 Tính chất sinh học

Rượu etylic có tính chất sát trùng mạnh vì rượu hút nước sinh lý của các tế bào
làm khô chất albumin. Cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ rượu, nhưng tác
dụng sát trùng mạnh nhất của rượu là dunh dịch có nồng độ 70%. Vì nồng độ này
rượu khả năng thấm qua màng tế bào lớn hơn so với rượu cao độ. Đối với nhiều loại
nấm men và nấm mốc thì nồng độ rượu từ 5 ÷ 10%V đã có tác dụng ức chế sự phát
triển và làm yếu sự hoạt động của nấm men, nấm mốc. Ngược lại, dưới tác dụng của
các vi khuẩn Mycoderma axeeti, Micrococcus axeeti, Bacterium axeeti, dung dịch
rượu ≤ 15% V sẽ bị lên men giấm.
Rượu etylic nguyên chất có tác dụng kích thích tế bào da, nhất là đối với bộ phận
niêm mạc, có tác dụng rõ rệt đến hô hấp và tuần hoàn, hệ thần kinh và bộ máy tiêu
hóa. Sự kích thích gây mê, hưng phấn thần kinh gọi là hiện tượng say rượu, ngược lại
người ta có thể dùng rượu để kích thích hồi tỉnh người bị ngất đột ngột.
1.6

Giới thiệu về các sản phẩm trên thị trường

Sản phẩm cồn trên thị trường hiện nay có các loại sau:
-

Cồn tuyệt đối: loại bỏ hoàn toàn nước trong ethanol với hàm lượng 99,5o

17


Hình 1.5. Cồn Ethanol 99.5%

-Cồn thực phẩm: được sử dụng trong sản xuất rượu, đồ uống có cồn, nước ướp gia vị,

chiết xuất dược liệu, pha chế thuốc, vệ sinh, sát trùng, mỹ phầm,..
-Cồn y tế: dùng để sát trùng vết thương, vệ sinh; tiệt trùng dụng cụ y tế, làm thuốc

ngủ,..

Hình 1.6. Cồn y tế 90o

18


Hình 1.7: Cồn y tế 70o
- Cồn công nghiệp: là cồn khi sản xuất từ khoai mì chưa loại bỏ hoàn tạp chất nên sử

dụng cho công nghiệp. Cồn công nghiệp chủ yếu được dùng trong công nghiệp in,
công nghiệp điện tử, dệt may, sản xuất mỹ phẩm, dược phẩm,..
Hình 1.8. Cồn công nghiệp

-

Cồn sinh học: sử dụng làm nhiên liệu

19


Hình 1.9 . Cồn sinh học Gasohol E5

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN
XUẤT
2.1 Sơ đồ quy trình công nghệ

20

Sắn
Làm sạch
Nghiền
Nấu sơ bộ
Enzyme Spirit
Nấm men

Đường hóa

Enzyme
Termamyl

H2SO4, Na2SiF6

Lên men
Chưng cất
Tinh chế
Cồn

2.2 Thuyết minh sơ đồ quy trình
2.2.1 Làm sạch
2.2.1.1 Mục đích

Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại có
trong nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất,
thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng
sản phẩm [1, tr 33].
2.2.1.2 Phương pháp tiến hành
Nguyên liệu sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung làm sạch

để loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém…

21


Nguyên liệu được đưa vào phễu nạp liệu, khi nguyên liệu chịu lực tác dụng của sàn
rung thì các tạp chất bé được lọt xuống lỗ của sàn rung và được đưa ra ngoài. Phần
nguyên liệu có kích thước lớn hơn so với kích thước của lỗ lưới nên được giữ lại trên
sàng rung. Cuối sàng rung đặt một nam châm điện để tách bỏ kim loại lẫn trong
Hình 3.1. Sàng rung
nguyên liệu.
2.2.1.3 Yêu cầu kỹ thuật
Sắn sau khi được làm sạch phải được loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, những lát sắn bị
hỏng và kém chất lượng. [1, tr 33]
2.2.2 Nghiền nguyên liệu
2.2.2.1 Muc đích
Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh
bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình
trương nở, hòa tan tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa,hồ hóa [1].
2.2.2.2 Phương pháp tiến hành
Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau như máy
nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc…
Với nguyên liệu sản xuất là sắn khô thái lát em lựa chọn loại máy nghiền búa.
2.2.2.3 Yêu cầu kỹ thuật
Yêu cầu bột sắn sau khi nghiền:
Bột nghiền càng mịn càng tốt, kích thước bột đồng đều, tối thiểu phải có 60%
bột mịn lọt qua rây có đường kính lmm và <10% nằm trên rây có đường kính 2 mm.
Hàm lượng tinh bột >63%
Độ ẩm: < 14%
Đạt chỉ tiêu chất lượng cảm quan: Không có lẫn tạp chất, không mối mọt, bột

màu trắng, mịn, mùi thơm đặc trưng của sắn [1, tr 33].
2.2.2.4 Các biến đổi
2.2.3 Nấu
2.2.3.1 Mục đích
Mục đích của quá trình nấu là nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trong
nội nhũ của hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trong
nước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ emzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đường
hóa,biến tinh bột thành đường lên men càng triệt để càng tốt.
2.2.3.2 Phương pháp tiến hành

Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại
thùng hòa bột rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ .Trong quá trình nấu có bổ sung enzyme
Termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột. Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được
nâng lên 80÷850C trong 10÷15 phút, đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của
enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột.
22


Có nhiều phương pháp nấu như nấu gián đoạn, nấu bán liên tục, nấu liên tục,
nấu có sử dụng enzyme. Tuy nhiên em lựa chọn phương pháp nấu có sử dụng
enzyme.
Đặc điểm của phương pháp :
Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100°C.
Sử dụng enzyme a - Amylase chịu nhiệt. Enzyme này thu nhận từ vi khuẩn
B.Licherifocmiccó pH khoảng 5-6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có thể 90-93°C.
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 dextrim).
Nhược điểm :
- Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1 mm.
- Không cơ khí và tự động hóa được.
Cách tiến hành :
- Kiểm tra các đường ống dẫn hơi và hệ thống cung cấp hơi.
- Nồi cần được vệ sinh bằng cách xông hơi trực tiếp 95÷100°C trong 15÷20 phút.
- Chuẩn bị lượng enzyme Termamyl 120L, khoảng 0.02% ÷ 0.03 % so với khối lượng
-

tinh bột.
Bật cánh khuấy. Lượng Termamyl chia làm 4 phần, lần lượt cho vào nồi nấu như sau :
+ Lần 1: Khi bơm dịch bột chạm đến ống dẫn hơi dưới đáy nồi để tránh tắc ống

dẫn hơi.
+ Lần 2: Khi bơm dịch bột đến 1/3.
+ Lần 3: Khi bơm dịch bột đến 2/3.
+Lần 4: Khi bơm đầy nồi.
Cấp hơi nâng nhiệt độ lên tới 100°C, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 60 phút.
Thời gian từ lúc bơm bột đến xuống thùng đường hóa là khoảng 3h [1, tr 36].
2.2.3.3 Yêu cầu kỹ thuật
Dich cháo sau khi nấu có các yêu cầu sau :dịch cháo sau khi nấu phải chín đều,
cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm hoặc cánh gián, không vón cục, không cháy
khét, không đặc hoặc quá loãng.
Các phương pháp đánh giá dich cháo.

23


Phương pháp cảm quan: Dựa vào kinh nghiệm của người công nhân để nhận
biết mùi thơm, màu sắc của dịch cháo sau khi nấu để biết được độ chín của dịch cháo.
Phương pháp hóa lý: Lọc dịch nấu qua giấy lọc (giấy bản), sau đó quan sát tốc
độ lọc 80÷100 giọt/ phút được coi là đạt được yêu cầu.
2.2.3.4 Các biến đổi
a) Sự trương nở và hòa tan tinh bột
Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bột
hút nước rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khối
lượng. Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồ
tinh bột. Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa.
b

Sự biến đổi Xenluloza và Hemixenluloza
Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân.
Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C 5) một phần có thể bị
thủy phân. Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗn hợp
(dưới tác dụng của men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tác động
của ion H+) tạo ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza (xyloza,
arabinoza).

c

Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác
Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuất rượu.
Khi nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylaza thành
dextrin và đường maltoza.
Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu,

còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu. Dưới tác dụng của nhiệt độ
cao đường sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,…gây
sẫm màu và giảm chất lượng khối nấu. Protit và chất béo hầu như không bị thay đổi
trong quá trình nấu.

2.2.4 Đường hóa
2.2.4.1 Mục đích

24


Sau khi nấu, tinh bột trong dịch cháo đã chuyển sang trạng thái hòa tan nhưng
chưa thể lên men trực tiếp được mà phải có quá trình thủy phân chuyển hóa tinh bột
thành đường, gọi là quá trình đường hóa. Nó đóng vai trò rất quan trọng trong công
nghệ sản xuất cồn, quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi cồn do giảm bớt hoặc gia
tăng đường và tinh bột sót sau khi lên men.
Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước
tiên là chọn tác nhân đường hóa.
2.2.4.2 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 No vo Đan Mạch [1, tr 30].
2.2.4.3 Phương pháp tiến hành

Quá trình đường hoá dịch cháo nấu có thể thực hiện gián đoạn hay liên tục.

Ta chọn phương pháp đường hóa gián đoạn tác nhân đường hóa enzyme amylaza.
Phương pháp đường hóa liên tục có các đặc điểm cũng như ưu và nhược điểm sau:
Đặc điểm: Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong 1 nồi duy nhất
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.

25