Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 6 tấn nguyên liệu giờ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA: HÓA

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ
sắn lát khô năng suất 6 tấn nguyên liệu/giờ
(Thuyết minh)
NGUYỄN VĂN TUẤN
14H2B

ĐÀ NẴNG - 2019

i


LỜI NÓI ĐẦU

Nhà máy sản xuất cồn mà một trong những đề tài phổ biến trong ngành hóa và
cách riêng là ngành công nghệ thực phẩm với đề tài thiết kế nhà máy sản xuất cồn theo
phương pháp sinh học. Cồn sinh học ngày càng cho thấy những ứng dụng to lớn và rộng
rãi của nó trong công nghiệp cũng như cuộc sống hằng ngày, vì thế việc ra đời những
nhà máy cồn sinh học nhằm mục đích đáp ứng nhu cầu không ngừng tăng lên của thị
trường là điều hết sức hợp lý và cần thiết. Với lý lẽ đó, tôi được giao đề tài “Thiết kế
nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô năng suất 6 tấn nguyên liệu/giờ”.
Để hoàn thành được đồ án này, không những cần nền tảng được xây đắp trong suốt
quá trình học tập 5 năm tại trường đại học Bách Khoa mà còn cần sự hướng dẫn tận tình
của thầy cô hướng dẫn cũng như sự tìm tòi, khám phá của bản thân. Bên cạnh đó là sự
động viên từ gia đình, người thân, sự giúp đỡ từ những bạn bè đồng trang lứa cũng đã
góp phần giúp tôi hoàn thành đồ án tốt nghiệp này.
Qua đây, tôi xin cám ơn thầy Ths.Bùi Viết Cường là người thầy hướng dẫn tôi
trong đề tài này, thầy đã tận tình chỉ bảo về kiến thức cũng như truyền những kinh

nghiệm quý báu của bản thân để giúp tôi thuận lợi hoàn thành đề tài được giao.

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tuấn

ii


CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đồ án này do chính tôi thực hiện, các số liệu, kết quả trình bày
trong đồ án hoàn toàn trung thực. Tài liệu tham khảo được viện dẫn đầy đủ, rõ ràng và
đúng quy định. Mọi vi phạm về quy chế nhà trường hay quy định pháp luật tôi xin chịu
hoàn tàm trách nhiệm về đồ án tốt nghiệp của mình.
Đà Nẵng, ngày 24 tháng 05 năm 2019
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Tuấn

iii


MỤC LỤC

Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu

i

Lời cam đoan
Mục lục

ii
iii

Danh sách bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ

ix

Danh sách các cụm từ viết tắt
xi
Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT .........................................................2
1.1 Địa điểm đặt nhà máy .............................................................................................2
1.2 Đặc điểm tự nhiên ....................................................................................................2
1.3 Địa hình, địa chất .....................................................................................................2
1.4 Vùng nguyên liệu .....................................................................................................2
1.5 Hợp tác hóa ..............................................................................................................3
1.6 Nguồn cung cấp điện ...............................................................................................3
1.7 Nguồn cung cấp hơi .................................................................................................3
1.8 Nhiên liệu ..................................................................................................................3
1.9 Vấn đề cấp, thoát nước và xử lý nước thải............................................................3
1.10 Giao thông vận tải .................................................................................................4
1.11 Nguồn nhân công ...................................................................................................4
1.12 Thị trường tiêu thụ ................................................................................................4
Chương 2: TỔNG QUAN .............................................................................................5
2.1 Tổng quan về nguyên liệu .......................................................................................5
2.1.1 Sắn ..........................................................................................................................5
2.1.2 Nước .......................................................................................................................9

2.1.3 Nấm men...............................................................................................................10
2.1.4 Các chất hỗ trợ kỹ thuật ........................................................................................12
2.2 Tổng quan về sản phẩm ........................................................................................13
2.2.1 Định nghĩa ............................................................................................................13
2.2.2 Tính chất ...............................................................................................................13
2.2.3 Phương pháp sản xuất ethanol ..............................................................................14
2.2.4 Ứng dụng ..............................................................................................................15
iv


2.3 Tổng quan về phương pháp sản xuất cồn tuyệt đối ...........................................15
2.3.1 Quá trình nấu ........................................................................................................16
2.3.2 Quá trình đường hóa .............................................................................................17
2.3.3 Quá trình lên men .................................................................................................18
2.3.4 Quá trình chưng cất và tinh chế rượu ...................................................................20
2.3.5 Phương pháp thu nhận cồn tuyệt đối ....................................................................22
2.4 Tình hình sản xuất và tiêu thụ trong và ngoài nước ..........................................23
2.4.1 Tình hình sản xuất ethanol ...................................................................................23
2.4.2 Tình hình tiêu thụ ethanol.....................................................................................25
Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ .................26
3.1 Quy trình công nghệ ..............................................................................................26
3.2 Thuyết minh quy trình ..........................................................................................26
3.2.1 Làm sạch ...............................................................................................................27
3.2.2 Nghiền ..................................................................................................................27
3.2.3 Nấu nguyên liệu ....................................................................................................28
3.2.4 Làm nguội .............................................................................................................30
3.2.5 Đường hóa dịch cháo ............................................................................................30
3.2.6 Lên men ................................................................................................................31
3.2.7 Chưng cất và tinh chế ...........................................................................................32
3.2.8 Chưng cất đẳng phí ...............................................................................................34

3.2.9 Làm nguội và bảo quản ........................................................................................35
Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .............................................................36
4.1 Kế hoạch sản xuất ..................................................................................................36
4.2 Tính cân bằng sản phẩm .......................................................................................36
4.2.1 Các thông số ban đầu ............................................................................................36
4.2.2 Tính toán cân bằng vật chất ..................................................................................37
Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ...................................................................48
5.1 Các thiết bị sản xuất chính ...................................................................................48
5.1.1 Sàng rung ..............................................................................................................48
5.1.2 Máy nghiền ...........................................................................................................48
5.1.3 Silo chứa nguyên liệu sau khi nghiền ...................................................................49
5.1.4 Thùng phối trộn ....................................................................................................49
5.1.5 Nồi nấu sơ bộ ........................................................................................................51
v


5.1.6 Thiết bị phun dịch hóa ..........................................................................................52
5.1.7 Nồi nấu chín..........................................................................................................52
5.1.8 Thiết bị tách hơi ....................................................................................................53
5.1.9 Phao điều chỉnh mức ............................................................................................54
5.1.10 Thiết bị làm nguội sau tách hơi ..........................................................................54
5.1.11 Thùng đường hóa ................................................................................................ 56
5.1.12 Thiết bị làm nguội ..............................................................................................56
5.1.13 Lên men ..............................................................................................................58
5.1.14 Tính tháp thô .......................................................................................................61
5.1.15 Tính tháp aldehyt ................................................................................................ 61
5.1.16 Tính tháp tinh .....................................................................................................62
5.1.17 Tháp làm sạch .....................................................................................................62
5.1.18 Chưng cất đẳng phí .............................................................................................63
5.1.19 Thiết bị làm nguội cồn sản phẩm .......................................................................64

5.2 Thiết bị phụ trợ ......................................................................................................64
5.2.1 Các thiết bị phụ trợ cho tháp thô ..........................................................................64
5.2.2 Các thiết bị phụ trợ tháp andehyt..........................................................................66
5.2.3 Các thiết bị phụ trợ cho tháp tinh .........................................................................67
5.2.4 Thiết bị phụ trợ ở tháp làm sạch ...........................................................................67
5.2.5 Thiết bị phụ trợ ở tháp tách nước .........................................................................68
5.3 Tính thùng chứa.....................................................................................................69
5.3.1 Thùng chứa cồn sản phẩm ....................................................................................69
5.3.2 Thùng chứa cồn đầu .............................................................................................69
5.3.3 Thùng chứa dầu fusel ...........................................................................................70
5.4 Tính thiết bị vận chuyển .......................................................................................70
5.4.1 Băng tải vận chuyển sắn từ kho đến sàng làm sạch .............................................70
5.4.2 Gàu tải...................................................................................................................70
5.4.3 Bơm ......................................................................................................................71
Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC ................................................................ 76
6.1 Tính nhiệt – hơi ......................................................................................................76
6.1.1 Tính nhiệt cho nồi nấu sơ bộ ................................................................................76
6.1.2 Tính nhiệt cho thiết bị phun dịch hóa ...................................................................78
6.1.3 Tính nhiệt cho nồi nấu chín ..................................................................................78
vi


6.1.4 Tính nhiệt cho quá trình chưng cất và tinh chế ....................................................81
6.1.5 Tính nhiệt cho quá trình chưng cất đẳng phí ........................................................81
6.1.6 Tính chọn lò hơi ...................................................................................................81
6.1.7 Tính nhiên liệu ......................................................................................................82
6.2 Tính nước cho phân xưởng sản xuất ...................................................................82
6.2.1 Nước dùng cho quá trình nấu ...............................................................................82
6.2.2 Nước dùng cho đường hóa ...................................................................................83
6.2.3 Nước dùng cho thiết bị làm nguội ống lồng ống ..................................................83

6.2.4 Nước dùng cho khu lên men .................................................................................83
6.2.5 Tính nước cho công đoạn chưng cất và tinh chế ..................................................84
6.2.6 Nước cho lò hơi ....................................................................................................87
6.2.7 Nước rửa thiết bị ...................................................................................................88
6.2.8 Bơm cao áp cấp nước cho toàn phân xưởng ........................................................88
Chương 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG ........................................................89
7.1 Tổ chức của nhà máy ............................................................................................89
7.1.1 Hệ thống các phòng ban trong nhà máy ...............................................................89
7.1.2 Tổ chức lao động ..................................................................................................89
7.2 Tính các công trình xây dựng ...............................................................................90
7.2.1 Khu sản xuất chính ...............................................................................................90
7.2.2 Phân xưởng cơ – điện ...........................................................................................91
7.2.3 Kho nguyên liệu ...................................................................................................91
7.2.4 Kho thành phẩm ...................................................................................................91
7.2.5 Phân xưởng lò hơi.................................................................................................92
7.2.6 Khu hành chính .....................................................................................................92
7.2.7 Trạm xử lý nước ...................................................................................................92
7.2.8 Nhà vệ sinh, nhà tắm ............................................................................................92
7.2.9 Nhà ăn, căn tin ......................................................................................................93
7.2.10 Nhà chứa máy phát điện dự phòng .....................................................................93
7.2.11 Nhà để xe ............................................................................................................93
7.2.12 Phòng thường trực bảo vệ...................................................................................93
7.2.13 Khu xử lý nước thải ............................................................................................94
7.2.14 Kho nhiên liệu ....................................................................................................94
7.2.15 Trạm máy nén và thu hồi CO2 ............................................................................94
7.2.16 Trạm cân xe nguyên liệu ....................................................................................94
vii


7.3 Tính tổng mặt bằng xây dựng nhà máy...............................................................95

7.3.1 Tính khu đất mở rộng ...........................................................................................95
7.3.2 Diện tích khu đất xây dựng nhà máy ....................................................................96
7.3.3 Tính hệ số sử dụng................................................................................................ 96
Chương 8: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY ..............................97
8.1 An toàn lao động ....................................................................................................97
8.1.1 Quy định về an toàn lao động ...............................................................................97
8.1.2 Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động và các biện pháp hạn chế...............98
8.1.3 Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động ...........................................................98
8.2 Vệ sinh nhà máy.....................................................................................................99
8.2.1 Vệ sinh cá nhân của công nhân ..........................................................................100
8.2.2 Vệ sinh máy móc thiết bị ....................................................................................100
8.2.3 Vệ sinh xí nghiệp ................................................................................................100
8.2.4 Xử lí phế liệu trong nhà máy ..............................................................................100
8.2.5 Xử lí nước thải ....................................................................................................100
8.2.6 Xử lí nước dùng trong sản xuất ..........................................................................100
Chương 9: KIỂM TRA TRONG SẢN XUẤT ........................................................101
9.1 Kiểm tra nguyên liệu ...........................................................................................101
9.1.1 Xác định độ ẩm ...................................................................................................101
9.1.2 Xác định hàm lượng tinh bột ..............................................................................101
9.1.3 Xác định hàm lượng protein thô và nito hòa tan trong nguyên liệu ...................102
9.2 Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme ...........................................................102
9.3 Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín .............................................................102
9.3.1 Kiểm tra nồng độ chất tan của dịch đường sau đường hóa ................................102
9.3.2 Độ rượu trong giấm chín ....................................................................................103
9.3.3 Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín ..............................103
9.4 Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm ....................................................................103
9.4.1 Nồng độ rượu ......................................................................................................103
9.4.2 Hàm lượng acid và este trong cồn ......................................................................103
9.4.3 Hàm lượng ancol cao phân tử .............................................................................104
9.4.4 Hàm lượng ancol metylic (CH3OH) ...................................................................104

9.4.5 Xác định hàm lượng furfurol (C5H4O2) ..............................................................104
viii


KẾT LUẬN ................................................................................................................106
TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

ix


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 2.1 Cây sắn .....................................................................................................5
Hình 2.2 Cấu tạo cắt ngang củ sắn .........................................................................6
Hình 2.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae.....................................................11
Hình 2.4 Đường cong lên men ..............................................................................18
Hình 2.5 Sơ đồ lên men liên tục ...........................................................................20
Hình 2.6 Biểu đồ thống kê tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu ở trên thế giới. 25
Hình 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô ..........26
Hình 3.2 Sàng rung ...............................................................................................27
Hình 3.3 Máy nghiền búa .....................................................................................28
Hình 3.4 Sơ đồ hệ thống nấu liên tục ...................................................................28
Hình 3.5 Thiết bị phun dịch hóa ...........................................................................29
Hình 3.6 Nồi nấu chín ...........................................................................................29
Hình 3.7 Thiết bị làm nguội ..................................................................................30
Hình 3.8 Thùng đường hóa ...................................................................................31
Hình 3.9 Hệ thống chưng cất – tinh chế 4 tháp ....................................................32
Hình 3.10 Hệ thống chưng cất đẳng phí ...............................................................34
Hình 3.11 Thiết bị làm nguội ................................................................................35
Hình 5.1 Sàng rung ...............................................................................................48

Hình 5.2 Máy nghiền búa .....................................................................................48
Hình 5.3 Silo chứa ................................................................................................ 49
Hình 5.4 Thùng phối trộn .....................................................................................50
Hình 5.5 Nồi nấu sơ bộ .........................................................................................51
Hình 5.6 Thiết bị phun dịch hóa ...........................................................................52
Hình 5.7 Nồi nấu chín ...........................................................................................53
Hình 5.8 Thiết bị tách hơi .....................................................................................53
Hình 5.9 Phao điều chỉnh mức..............................................................................54
Hình 5.10 Thiết bị làm nguội ................................................................................55
Hình 5.11 Thùng đường hóa .................................................................................56
Hình 5.12 Thiết bị làm nguội ................................................................................57
Hình 5.13 Tank lên men .......................................................................................58
Hình 5.14 Thiết bị thu hồi CO2 .............................................................................60
Hình 5.15 Thùng giấm chín ..................................................................................60
Hình 5.16 Thiết bị làm nguội ống xoắn ruột gà ....................................................66
Hình 5.17 Decanter ...............................................................................................69
Hình 5.18 Gầu tải ..................................................................................................70
x


Hình 5.19 Bơm LKH ............................................................................................73
Hình 7.1 Sơ đồ tổ chức nhà máy...........................................................................89

DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của củ sắn (tính theo% trọng lượng)......................7
Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sắn lát khô có vỏ..............................................9
Bảng 2.3 Một số yêu cầu về chất lượng nước sử dụng trong sản xuất .................10
Bảng 2.4 Hệ số bay hơi của rượu và một số tạp chất trong rượu .........................22
Bảng 2.5 Tình hình sản xuất ethanol nhiên liệu trên thế giới từ 2007-2017…….24
Bảng 2.6 Tình hình tiêu thụ ethanol ở một số nước trên thế giới .........................25

Bảng 3.1 Tính chất của hỗn hợp đẳng phí ethanol – nước – benzen ....................34
Bảng 4.1 Kế hoạch sản xuất .................................................................................36
Bảng 4.2 Biều đồ sản xuất (tính cho năm 2020)...................................................36
Bảng 4.3 Thành phần nguyên liệu ........................................................................36
Bảng 4.4 Hệ số hao hụt và tổn thất qua từng công đoạn ......................................37
Bảng 4.5 Bảng tổng kết cân bằng vật chất............................................................47
Bảng 5.1 Bảng tổng kết thiết bị ............................................................................74
Bảng 6.1 Phân bố lượng nước sử dụng trong phân xưởng sản xuất chính ...........88
Bảng 7.1 Nhân lực lao động sản xuất trực tiếp .....................................................90
Bảng 7.2 Bảng tổng kết xây dựng.........................................................................95

xi


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU:
τ: Thời gian.
T: Nhiệt độ.
R: Bán kính.
D, d: Đường kính.
H: Chiều cao.
D x R x C: Dài x Rộng x Cao.
CHỮ VIẾT TẮT:
F.O: Dầu Fuel Oil (còn gọi là dầu mazut).
D.O: Dầu diesel (Diesel Oil).

xii

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

MỞ ĐẦU

Việt Nam là một nước có truyền thống nông nghiệp từ lâu đời với điều kiện thiên
nhiên khí hậu nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, thích hợp cho việc phát triển các ngành
nông nghiệp, đặc biệt là kinh nghiệm trong trồng các loại cây lương thực như lúa, ngô,
khoai, sắn…Trong đó phải kể đến là cây sắn. Trước đây, cây sắn được biết đến là cây
lương thực chống đói chủ yếu được trồng ở các vùng đồi núi cao, nhờ tận dụng khả năng
thích nghi với vùng đất dốc, song năng suất và sản lượng không cao. Qua thời gian, khoa
học công nghệ ngày càng phát triển, nghiên cứu mở rộng vùng trồng cũng như tăng cao
năng suất sản lượng sắn đã giúp cây sắn chuyển mình thành một loại cây công nghiệp
mang tính hàng hóa cao. Cây sắn trở thành nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp
chế biến như tinh bột sắn, cồn…Trong đó, công nghiệp sản xuất cồn (rượu etylic) từ sắn
là một ngành với nhiều triển vọng.
Cồn hay rượu etylic là một thành phần quan trọng trong nhiều loại đồ uống phổ
biến trên toàn thế giới như rượu, bia hay các đồ uống lên men có cồn…Ngoài ra, cồn có
có ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp hóa chất và y học. Với tình hình biến đổi khí
hậu hiện nay, người ta đã nghiên cứu sử dụng cồn để thay thế một phần nhiên liệu tạo
nên nhiên liệu sinh học (xăng sinh học) góp phần làm giảm ô nhiễm môi trường do phát
thải khí thải từ động cơ của các phương tiện giao thông.
Bên cạnh sản phẩm chính thu nhận là cồn, các sản phẩm phụ như CO2, dầu fulsel
và bã rượu thu được cũng được ứng dụng trong nhiều ngành, đặc biệt là công nghệ sinh
học và nhiên liệu, góp phần tăng lợi ích kinh tế.
Chính từ những lập luận xác đáng cũng như xuất phát từ nhu cầu thực tiễn từ thị
trường hiện nay, tôi được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ
sắn lát khô với năng suất 6 tấn nguyên liệu trên một giờ”.

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

1


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1. Địa điểm đặt nhà máy
Địa điểm chọn để xây dựng nhà máy nằm trong khu công nghiệp Quán Ngang,
nằm trên địa phận xã Gio Châu, huyện Gio Linh, tỉnh Quảng Trị. Nằm trong khu công
nghiệp được quy hoạch ngay bên cạnh quốc lộ 1A nối thủ đô Hà Nội – Thành phố Hồ
Chí Minh, cách địa phận Quảng Bình 35km về phía Bắc, phía Nam gần với thành phố
Đông Hà, cách cảng biển Cửa Việt 15km về phía Đông, cách trục đường hành lang kinh
tế Đông – Tây qua ba nước Thái Lan, Lào, Việt Nam 10km về phía nam và cách cửa
khẩu quốc tế Lao Bảo (Quảng Trị) 86km về phía Tây Nam, rất thuận lợi cho việc vận
chuyển nguyên liệu cũng như hàng hóa qua đường bộ lẫn đường biển từ cách vùng lân
cận cho đến các nước bạn. Bên cạnh đó, khu công nghiệp Quán Ngang còn nằm cạnh vị
trí quy hoạch sân bay Quảng Trị, tương lai sẽ có vận tải hàng không [29].
1.2. Đặc điểm tự nhiên
Quảng Trị thuộc khu vực nhiệt đới ẩm gió mùa, chịu ảnh hưởng sâu sắc của hai
loại gió mùa là gió mùa Đông Bắc (hoạt động từ tháng 11 đến tháng 2 năm sau, thường
kèm theo mưa lớn và gây lũ lụt) và gió mùa Tây Nam (hoạt động từ tháng 4 đến tháng
9, thường gây ra hạn hán), với đặc trưng là gió Lào (gió tây khô nóng thổi từ Lào qua).
Nhiệt độ trung bình năm từ 23 – 250C. Mùa lạnh từ tháng 12 đến tháng 2, nhiệt độ
xuống thấp, có thể dưới 200C. Mùa nóng, nhiệt độ trung bình 28 – 300C, có thể lên đến
400C vào các tháng nóng nhất. Biên độ dao động nhiệt trung bình giữa các tháng trong
năm: 7 – 90C.
Lượng mưa bình quân khá cao: 2100 – 2400 mm. Mùa mưa kéo dài từ tháng 9 đến

tháng 2 năm sau, tập trung chủ yếu vào các tháng 9, 10, 11.
Độ ẩm trung bình năm khoảng 83 – 84%.
Hướng gió chính là Tây Nam [29].
1.3. Địa hình, địa chất
Địa hình thay đổi từ Tây sang Đông. Phía Tây là vùng tiếp giáp với địa hình chủ
yếu là vùng gò đồi, núi thấp (vùng gò đồi trung du), tạo nên các dải thoải, lượn sóng, độ
phân cắt từ sâu đến trung bình, nằm trên khối bazan Gio Linh – Cam Lộ. Ở giữa là vùng
đồng bằng bồi tụ bởi phù sa của hệ thống sông Thạch Hãn và một số sông khác. Phía
Đông là vùng cồn cát ven biển.
1.4. Vùng nguyên liệu

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

2


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

Theo Sở Nông nghiệp và PTNT Quảng Trị, sắn là một trong bảy loại cây trồng chủ
lực của tỉnh, hiện cây sắn không còn là cây lương thực mà đã trở thành nguyên liệu cung
cấp cho công nghiệp chế biến.
Quảng Trị có thế mạnh về sản xuất sắn, diện tích trồng sắn đứng thứ 3 sau lúa và
ngô. Tinh bột sắn và sắn lát Quảng Trị đã trở thành một trong những mặt hàng xuất khẩu
có triển vọng [29].
Nhà máy đặt tại đây sẽ sử dụng nguồn nguyên được trồng tại các vùng nguyên liệu
được quy hoạch ở các huyện: Vĩnh Linh, Gio Linh, Triệu Phong, Hải Lăng, Cam Lộ,
Hướng Hóa. Ngoài ra, giao thông thuận lợi nên việc mở rộng tiếp nhận nguồn nguyên
liệu từ các tỉnh lân cận như Quảng Bình, Huế, hay thậm chí nguồn nguyên liệu nhập

khẩu từ các nước lân cận điển hình là Lào sẽ đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu của nhà
máy.
Bên cạnh đó, để ổn định nguồn nguyên liệu cho hoạt động của nhà máy, cần đầu
tư quy hoạch những vùng nguyên liệu trọng điểm, chú trọng phát triển mở rộng những
vùng nguyên liệu có sẵn.
1.5. Hợp tác hóa
Tọa lạc trong khu công nghiệp Quán Ngang, bên trong đã có nhà máy phân bón vi
sinh của Công ty cổ phần phân vi sinh Quảng Trị rất phù hợp với việc xử lý phần bã
nguyên liệu và bã rượu sau sản xuất [30].
1.6. Nguồn cung cấp điện
Hệ thống cấp điện cho khu công nghiệp đã hoàn thành và đưa vào sử dụng với
mạng lưới điện 110 kV lấy từ lưới điện quốc gia, đảm bảo cho hoạt động của các nhà
máy được liên tục [30].
Ngoài ra, nhà máy còn sử dụng thêm các máy phát điện dự phòng có công suất
tương đối để sử dụng phòng sự cố mất điện.
1.7. Nguồn cung cấp hơi
Hơi sử dụng chủ yếu để cấp nhiệt cho các quá trình sản xuất, ngoài ra còn sử dụng
vào nhiều mục đích khác nhau.
Hơi đốt dùng trong nhà máy được lấy từ lò hơi riêng của nhà máy hoặc mua từ các
nhà máy bên cạnh như Nhà máy bia Hà Nội – Quảng Trị, MDF Quang Tri Factory…
1.8. Nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng bao gồm dầu Diesel, dầu Mazut và gas.
1.9. Vấn đề cấp, thoát nước và xử lý nước thải
Nguồn cấp nước được cấp bởi Nhà máy Nước huyện Gio Linh với công suất
15.000 m3/ngày đêm, đảm bảo cung cấp ổn định cho các nhà máy [30].

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

3


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

Đảm bảo thoát nước, tránh hiện tượng đọng nước thường xuyên làm ngập móng,
ảnh hưởng đến xây dựng và mỹ quan nhà máy.
Nước thải từ các phân xưởng sản xuất sẽ được thu gom và xử lý tại nhà máy hoặc
tập trung về tại khu xử lý nước thải của khu công nghiệp.
1.10. Giao thông vận tải
Giao thông khu vực khu công nghiệp khá thuận lợi. Hệ thống đường giao thông
nội bộ khu công nghiệp đã hoàn thành. Bên cạnh đó, hệ thống giao thông đi lại từ nhà
máy đi các nơi rất thuận lợi nhờ nằm cạnh quốc lộ 1A cùng các cảng biển, cửa khẩu
quốc tế hay nhà ga lớn.
1.11. Nguồn nhân công
Tính đến năm 2017, dân số trung bình của tỉnh Quảng Trị khoảng 620.000 người.
Dân số trong độ tuổi lao động khoảng 350.680 người. Số lao động đang làm việc trong
ngành kinh tế của tỉnh khoảng 342.100 người (chiếm 55,17%). Lao động qua đào tạo
khoảng 169.500 người (chiến 49,57%) [31].
Quảng Trị có cơ cấu dân số trẻ, với dân số dưới 15 tuổi chiếm đến 37,9%, đây là
lực lượng lao động dự trữ dồi dào của tỉnh.
1.12. Thị trường tiêu thụ
Quảng Trị nằm ở miền Trung đất nước, trên trục đường quốc lộ 1A nối hai miền
Nam và Bắc. Phía Bắc tiếp giáp Quảng Bình, phía Nam giáp Thừa Thiên Huế, Đà Nẵng.
Phía Đông giáp biển Đông. Phía Tây giáp Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào với cửa
khẩu quốc tế Lao Bảo. Giao thông hết sức thuận lợi cho việc phân phối sản phẩm đi
khắp cả nước và cả ra nước ngoài.
* Kết luận:
Từ việc phân tích các điều kiện và đưa ra các thông số dữ liệu, tôi thấy rằng việc
đặt nhà máy ở đây là hoàn toàn hợp lý, nhà máy sẽ có khả năng tổn tại và phát triển về

lâu dài, đáp ứng nhu cầu của thị trường trong nước và quốc tế về sau.

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

4


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

Chương 2: TỔNG QUAN

2.1. Tổng quan về nguyên liệu
2.1.1. Sắn
2.1.1.1. Nguồn gốc
Sắn hay còn gọi là khoai mì, tên khoa học Manihot esculenta, là cây lương thực ăn
củ có thể sống lâu năm, thuộc họ Đại kích (Euphorbiaceae) [1].
Sắn có nguồn gốc ở vùng nhiệt đới của châu Mỹ La-tinh (Crantz, 1976) và được
trồng từ cách đây khoảng 5000 năm. Từ đó, sắn (cây khoai mì) được người Bồ Đào Nha
đưa đến Congo (Châu Phi) vào thế kỷ XVI, du nhập vào Ấn Độ và các nước châu Á vào
khoảng thế kỷ XVII và XVIII. Sắn được du nhập vào Việt Nam vào khoảng giữa thế kỷ
XVIII, song chưa có tài liệu chắc chắn về nơi trồng và năm trồng đầu tiên [12].
Hiện nay có nhiều giống sắn được trồng và nghiên cứu trên khắp thế giới. Người
ta dựa vào các đặc điểm về hình dạng, kích thước, màu sắc của củ, thân và gân lá mà
chưa thành: sắn dù, sắn đỏ, sắn trắng. Ngoài ra dựa trên hàm lượng độc tố HCN (axit
cianic) có trong củ sắn, người ta còn phân thành: sắn đắng và sắn ngọt.

Hình 2.1 Cây sắn
Sắn thuộc loại cây thân gỗ, có chiều cao từ 2 – 3m, lá khía thành nhiều thùy sâu,

có gân lá nổi rõ ở mặt sau, rễ ngang phát triển thành củ tích lũy tinh bột. Thời gian sinh
trưởng của cây kéo dài từ 6 – 12 tháng, có nơi lên đến 18 tháng, tùy thuộc vào giống, vụ
canh tác, địa điểm trồng cũng như mục đích sử dụng.

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

5


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

2.1.1.2 Cấu tạo củ sắn
Củ sắn có hình dạng thuôn dài, có hai đầu nhọn, chiều dài dao động từ 25 – 200cm
(trung bình 40 – 50cm), đường kính củ biến động từ 2 – 25cm (trung bình từ 5 – 7 cm).
Củ sắn là loại củ có lõi (tim củ) nối từ thân cây chạy dọc theo củ đến đuôi củ. Cấu
tạo củ sắn gồm bốn phần chính: vỏ gỗ, vỏ cùi, thịt củ và lõi sắn (tim củ) [2].

Hình 2.2 Cấu tạo cắt ngang củ sắn [2],[12]
- Vỏ gỗ:
Chiếm 0,5 – 3% khối lượng củ. Cấu tạo lớp vỏ gỗ chủ yếu từ cellulose và
hemicellulose, hầu như không chứa tinh bột mà chứa các sắc tố đặc trưng. Đây là lớp
ngoài cùng, bao bọc bảo vệ củ khỏi các tác động cơ học cũng như hóa học từ bên ngoài.
- Vỏ cùi:
Chiếm 8 – 20% trọng lượng củ. Lớp vỏ cùi nằm liền kề lớp vỏ gỗ và dày hơn lớp
vỏ gỗ. Vỏ cùi gồm các lớp tế bào có thành dày cấu tạo từ cellulose, bên trong chứa các
hạt tinh bột, hợp chất chứa nito và dịch bào (mủ-chứa các sắc tố, tanin, độc tố,
enzyme…).
Trong vỏ cùi chứa một lượng tinh bột tương đối (5 – 8%) nếu loại bỏ sẽ gây ra sự

tổn thất, giảm đáng kể hiệu suất thu hồi tinh bột, song lớp vỏ này lại gây ra nhiều khó
khăn trong các quá trình chế biến do tính chất của lớp vỏ. Đây là một vấn đề rất được
cân nhắc trong quá trình chế biến các sản phẩm từ củ sắn.
- Thịt củ:
Thịt củ chiếm phần lớn khối lượng của củ. Thành phần chính của thịt củ là tinh
bột. Các hạt tinh bột (kích thước 15 – 80µm) được gói trong các tế bào nhu mô thành
mỏng (cấu tạo từ cellulose và pentosan) cùng nguyên sinh chất. Lượng tinh bột chứa
trong các tế bào giảm dần từ ngoài vào trong. Ngoài ra, còn có các tế bào nhu mô thành
cứng không chứa tinh bột, cấu tạo từ cellulose, gọi là xơ. Dựa vào lượng xơ trong củ để
xác định mức độ già của củ sắn.
- Lõi sắn (tim củ):
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

6


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

Thường nằm ở trung tâm và dọc theo thân củ, chiếm một tỷ lệ nhỏ khối lượng củ
(0,3 – 1%). Càng về gần cuống thì lõi càng lớn và ngược lại, lõi nhỏ hơn về phía đuôi
củ. Lõi cấu tạo chủ yếu từ cellulose và hemicellulose. Lõi sắn càng lớn và nhiều xơ thì
càng làm giảm hiệu suất làm việc cũng như độ bền của máy xay xát.
2.1.1.3 Thành phần hóa học của củ sắn
Thành phần hóa học của củ sắn biến động tùy thuộc vào giống, điều kiện chăm sóc
và thời gian thu hoạch.
Bảng 2.1 Thành phần hóa học của củ sắn (tính theo% trọng lượng) [2]
Thành phần
Nước

Tinh bột
Protit
Lipid
Cellulose
Đường
Tro

Hàm lượng trung bình
70,25
21,45
1,12
0,40
1,11
5,13
0,54

- Tinh bột:
Tinh bột là thành phần quan trọng trong củ sắn, chiếm phần lớn hàm lượng chất
khô của củ. Tinh bột thu được trong quá trình sản xuất thường có màu trắng nhưng dễ
bị đổi qua màu tối nếu củ sắn đem nghiền chưa bóc vỏ hoặc tinh bột bị oxy hóa bởi hệ
enzyme có trong mủ của củ. Qua nhiều nghiên cứu, người ta xác định được kích thước
hạt tinh bột sắn nằm trong khoảng từ 5 đến 40µm, đa dạng về hình dạng, nhưng chủ yếu
là hình tròn.
Hàm lượng amylose dao động từ 8 đến 29% (trung bình 16 – 18%), trong khi hàm
lượng amylopectin lên đến 85 – 87%. Tỷ lệ amylose và amylopectin quyết định độ nhớt,
độ dính cũng như nhiều tính chất quan trọng trong việc chế biến. Do có hàm lượng
amylopectin cao nên gel tinh bột sắn có độ nhớt, độ dính cao, khả năng gel bị thoái hóa
thấp [33], [34].
Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột sắn nằm trong khoảng 58,5 – 700C.
Hàm lượng tinh bột trong củ thay đổi phụ thuộc vào giống, điều kiện chăm sóc,

canh tác, thời vụ thu hoạch và quá trình bảo quản sau thu hoạch. Cụ thể, đối với giống
sắn một năm thì thường vụ chế biến có thể bắt đầu từ tháng 9 và kết thúc vào tháng 4
năm sau, song thu hoạch vào tháng 12 và tháng 1 sẽ cho hàm lượng tinh bột cao nhất,
trong khi nếu thu hoạch vào tháng 9, tháng 10 thì củ lại nhiều nước, ít tinh bột, lượng
chất hòa tan nhiều. Sau quá trình bảo quản, hàm lượng tinh bột trong củ giảm do sự hô
hấp của củ, sự phân hủy tinh bột tạo thành đường để nuôi mầm non cũng như các tác
động từ vi sinh vật, enzyme trong củ.
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

7


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

- Đường:
Đường trong củ sắn chủ yếu là glucose và một lượng maltose, saccarose. Củ càng
già thì hàm lượng đường càng giảm dần. Trong quá trình chế biến, đường bị hòa tan vào
nước thải ra theo nước dịch.
- Nước:
Trong củ sắn tươi có hàm lượng nước cao (lên đến 70% khối lượng củ), vì vậy
việc bảo quản củ tươi gặp nhiều khó khăn.
- Protein:
Hàm lượng protein trong củ thấp, chỉ khoảng 1 – 1,2% nên ít tác động ảnh hưởng
đến các quá trình chế biến.
- Vitamin và khoáng chất:
Các vitamin có trong củ sắn chủ yếu thuộc nhóm B, trong đó vitamin B1 chiếm
0,003mg/%, vitamin B2 chiếm 0,003mg/%, vitamin B6 chiếm 0,6mg/%. Ngoài ra, củ sắn
cũng chứa một lượng vitamin C, rất tốt cho phụ nữ mang thai.

Các vitamin có trong sắn bị mất đi một phần trong quá trình chế biến dưới các tác
động nhiệt-hóa cũng như bị vi sinh vật tiêu thụ, đặc biệt tổn thất lớn nhất trong công
đoạn nấu của quá trình sản xuất rượu.
Chất khoáng trong củ chủ yếu là Ca và P. Tỷ lệ Ca và P trong củ sắn tương tự
khoai lang.
- Độc tố:
Chất độc HCN [14] có trong lá cũng như củ sắn với hàm lượng nhỏ thay đổi theo
loại sắn (20 – 30mg/kg củ tươi với sắn ngọt, 60 – 150mg/kg củ tươi đối với sắn đắng)
tồn tại dưới dạng hai loại glucozit cyanogen là linamarin (C10H17O6N, 93%) và
lotaustralin (C11H19O6N, 7%). Thực tế chúng không độc nhưng khi thủy phân dưới tác
dụng của enzyme hay axit thì linamarin bị thoái hóa và sẽ giải phóng HCN gây độc theo
phản ứng:
Liều lượng gây độc là 20mg HCN đối với người lớn, liều gây chết người là 50 mg
HCN cho mỗi 50kg thể trọng.
- Enzyme:
Hệ enzyme tồn tại chủ yếu trong dịch mủ, chiếm nhiều nhất là hệ enzyme
polyphenoloxydase. Phức hệ enzyme polyphenoloxydase xúc tác các phản ứng oxy hóa
các chất polyphenol tạo thành octoquinon, chất này tiếp tục phản ứng với các axit amin
và oxy trong không khí để tạo thành chất có màu. Một ví dụ điển hình đó là sự oxy hóa
tirozin dưới tác dụng của enzyme tirozinase tạo nên quinon tương ứng, sau một số

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

8


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

chuyển hóa thì tạo thành sắc tố màu nâu là melanin. Đây là yếu tố ảnh hưởng lớn nhất
đến chất lượng cảm quan của sản phẩm trong quá trình sản xuất và bảo quản.
Trong củ sắn cũng chứa một lượng nhỏ tanin nằm trong dịch bào, song nó cũng
gây ảnh hưởng không nhỏ đến chất lượng thành phẩm. Quá trình chế biến và bảo quản,
tanin bị oxy hóa tạo thành flobafen màu đen sẫm, rất khó tẩy. Ngoài ra, tanin còn tác
dụng với sắt tạo thành sắt tannat có màu xám đen. Cả hai chất màu tạo ra đều ảnh hưởng
đến màu sắc tinh bột, vì vậy trong chế biến cần tiến hành tách dịch bào nhanh chóng và
triệt để.
Hệ enzyme trong củ thường ổn định và chỉ hoạt động mạnh mẽ sau khi củ đã được
đào lên. Sự hoạt động này cũng là nguyên nhân làm mất cân bằng trong củ, tác động đến
sự phân hủy các chất tạo ra độc tố HCN.
2.1.1.4 Sắn lát khô
Sau quá trình thu hoạch, để thuận tiện cho việc bảo quản và vận chuyển đi xa cũng
như làm giảm lượng độc tố HCN trong sắn, người ta thường tiến hành thái lát củ sắn rồi
phơi khô gọi là sắn lát khô. Sắn lát khô gồm hai loại: sắn lát khô có vỏ (gồm vỏ thịt, thịt
củ, lõi sắn và có thể có một phần vỏ gỗ) và sắn lát khô không vỏ (chỉ gồm thịt củ và lõi
sắn). Nhà máy sử dụng nguyên liệu sản xuất là sắn lát khô có vỏ.
Bảng 2.2 Thành phần hóa học của sắn lát khô có vỏ [14]
Thành phần
Nước
Chất khô
Gluxit lên men
Protein
Cellulose
Tro

Hàm lượng
(%)
13,12
86,88

74,7
0,2
11,1
1,69

2.1.2. Nước
Trong quá trình sản xuất, nước được sử dụng ở nhiều công đoạn với nhiều mục
đích khác nhau: xử lý, làm sạch nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm
và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước nấu hơi khu lò hơi,… Ngoài ra, nước còn dùng
trong hoạt động sinh hoạt, vệ sinh, phục vụ công tác phòng cháy chữa cháy tại chỗ.
Thành phần, tính chất hóa lý, lưu lượng cũng như chất lượng của nước ảnh hưởng
trực tiếp tới kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm, hiệu suất thu hồi và cả độ bền của
thiết bị, đường ống.
* Yêu cầu về chất lượng nước sử dụng trong sản xuất:

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

9


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

Bảng 2.3 Một số yêu cầu về chất lượng nước sử dụng trong sản xuất [15]
Chỉ tiêu
Đơn vị Giới hạn tối đa cho phép
Màu sắc
TCU
15

Mùi vị
Không có mùi, vị lạ
Độ đục
NTU
2
pH
6,5 – 8,5
Độ cặn toàn phần
mg/l
1000
Độ cứng, tính theo CaCO3
mg/l
300
Độ oxy hóa
mg O2/l
2
[Cl ]
mg/l
0,5
[F-]
mg/l
3
2[SO4 ]
mg/l
80
2+
[Pb ]
mg/l
0,1
2+

[Zn ]
mg/l
5
2+
[Cu ]
mg/l
3
NH3 và muối NO2
mg/l
0
Kim loại nặng: Hg, Ba, Cr..
mg/l
0
2.1.3. Nấm men
2.1.3.1. Đặc tính chung của nấm men
Nấm men (Yeast) là những vi sinh vật đơn bào, nhân chuẩn, sinh sản bằng cách
nảy chồi, xuất hiện từ hàng trăm triệu năm về trước. Nấm men sống đơn độc hay thành
từng đám không di động, phân bố rộng rãi trong tự nhiên. Trong điều kiện phát triển
không thuận lợi thì xuất hiện trạng thái nha bào [16].
Các loài nấm men có thể là các vi sinh vật hiếu khí bắt buộc hoặc kỵ khí không bắt
buộc. Trong điều kiện kỵ khí (thiếu oxy), chúng tạo ra năng lượng bằng cách chuyển
hóa các carbohydrat thành carbon dioxit và ethanol (rượu) hoặc axit lactic.
Hiện nay đã xác định được hơn 1500 loài nấm men, phần lớn thuộc về ngành Nấm
túi (Ascomycota), một số loài thuộc về ngành Nấm đảm (Basidiomycota). Một số ít loài
nấm lại có thế gây độc như Candida albicans [16].
2.1.3.2. Chọn chủng nấm men trong sản xuất
- Yêu cầu của việc lựa chọn chủng nấm men:
Trong quá trình sản xuất, việc lựa chọn chủng nấm men thích hợp rất quan trọng,
liên quan đến nhiều yếu tố. Cụ thể, nấm men đưa vào sản xuất phải có các tính chất cơ
bản như sau:

+ Tốc độ sinh trưởng và phát triển nhanh.
+ Tốc độ và khả năng lên men (hiệu suất lên men) cao.

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

10


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

+ Lên men được nhiều loại đường (glucose, fructose, maltose, saccharose,
rafinose, dextrin…) từ nhiều loại nguyên liệu khác nhau (tinh bột gạo, khoai, sắn, mật
rỉ…). Có khả năng lên men dịch đường với nồng độ 12 – 14% hoặc lên đến 16 – 18%.
+ Có khả năng lên men ở nhiệt độ cao (36 – 400C).
+ Chịu được nồng độ lên men cao, ít bị ức chế bởi những sản phẩm của quá trình
lên men.
+ Có khả năng thích nghi với các điều kiện môi trường không thuận lợi như: độ
axit, nồng độ cồn cao trong quá trình lên men, thuốc sát trùng Na2SiF6 nồng độ lên đến
0,02 – 0,025% (trong điều kiện lên men bắt buộc sử dụng thuốc sát trùng).
+ Sinh sản theo kiểu nảy chồi, có khả năng sinh bào tử, sống kỵ khí không bắt
buộc.
Cần trải qua quá trình phức tạp trong tuyển chọn giống, thuần hóa, lai tạo, đột
biến…trong một thời gian dài mới có được một chủng nấm men thỏa mãn yêu cầu.
- Chọn chủng nấm men trong sản xuất cồn:
Công nghệ sinh học và thực phẩm đã ứng dụng rất thành công chủng nấm men
Saccharomyces cerevisiae để lên men rượu. Xuyên suốt quá trình sản xuất, người ta
không ngừng nghiên cứu để tạo ra các biến chủng với nhiều ưu điểm vượt trội để ứng
dụng vào công nghệ sản xuất. Cụ thể, đối với việc sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh bột

có thể dùng một số chủng nấm men sau đây:
+ Nấm men thuốc bắc MTB Việt Nam [18].
+ Nấm men Saccharomyces cerevisiae Rasse II (nấm men chủng II).
+ Nấm men Saccharomyces cerevisiae Rasse XII (nấm men chủng XII).

Hình 2.3 Nấm men Saccharomyces cerevisiae
Lựa chọn chủng nấm men XII để đưa vào quá trình sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn
lát khô. Nấm men XII được phân lập ở Đức năm 1902, có tốc độ sinh trưởng phát triển
nhanh (từ một tế bào sau 24h nuôi có thể phát triển thành 56 tế bào mới), ít sinh bọt.
Chủng nấm men XII lên men nổi, phân bố đều trong dịch lên men, không tạo thành các
đám trắng, có thể phát triển và lên men tốt trong môi trường có nồng độ dịch đường cao
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

11


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

(16 – 18%), có chất sát trùng Na2SiF6 nồng độ 0,02 – 0,025%, hiệu suất lên men cao.
Kích thước tế bào 5 – 8µm.
2.1.4. Các chất hỗ trợ kỹ thuật
2.1.4.1. Chế phẩm enzyme
Trong công nghệ sản xuất các sản phẩm lên men, cụ thể phổ biến nhất là lên men
rượu, việc sử dụng các chế phẩm enzyme ngày càng rộng rãi. Các chế phẩm này chứa
các enzyme cần thiết xúc tác cho quá trình thủy phân tinh bột thành đường, tạo thuận
lợi cho việc lên men đường thành ancol của vi sinh vật, đẩy nhanh quá trình và tăng hiệu
suất. Các enzyme này thuộc nhóm amylaza, bao gồm: α-amylaza, β-amylaza, γ-amylaza
(glucoamylaza) và dextrinaza.

Các chế phẩm enzyme amylaza được sản xuất với quy trình vệ sinh, sàng lọc gắt
gao, thường được tiêu chuẩn hóa ở dạng lỏng để có hoạt độ mạnh, thời gian lưu trữ lên
đến 6 tháng mà vẫn giữ nguyên các đặc tính.
Một số chế phẩm enzyme amylaza [18]:
+ Termamyl: là chế phẩm enzyme α-amylaza cô đặc ở dạng lỏng, trong suốt và có
màu từ vàng đến nâu nhạt. Chứa enzyme α-amylaza nên nó tham gia xúc tác phản ứng
bẽ gãy liên kết α-1,4-glicozit trong mạch tinh bột để tạo thành các dextrin có mạch ngắn
hơn. Termamyl có thể hoạt động tốt trong điều kiện pH hơi axit (5 – 5,5) và chịu nhiệt
tốt (nhiệt độ tối thích vào khoảng 900C). Trong môi trường có mặt ion Ca2+ và pH = 5,5
– 6,5 thì độ bền nhiệt của enzyme tăng lên. Hiện nay có nhiều sản phẩm chế phẩm
Termamyl như Termamyl 60L, Termamyl 120L [19]…
+ Fungamyl: là chế phẩm enzyme β-amylaza cô đặc dạng lỏng, xúc tác sự thủy
phân bẻ gãy liên kết 1,4-glucan trong tinh bột, glucogen và polysaccharid, phân cắt từng
nhóm maltose từ đầu không khử của mạch. Sản phẩm Fungamyl 800L có nhiệt độ tối
thích là 60 – 650C, có thể thủy phân tinh bột ở pH = 4,5 và không yêu cầu sự có mặt ion
Ca2+ cho sự ổn định của nó [4].
+ Amyloglucosidaza [20]: là dạng chế phẩm của enzyme γ-amylaza
(glucoamylaza), có khả năng thủy phân liên kết 1,4-glucoside và 1,6-glucoside, do đó
nó có thể thủy phân hoàn toàn tinh bột, glucogen, amylopectin, dextrin…thành glucose
mà không cần sự tham gia của các enzyme amylaza khác. Một số sản phẩm thương mại
kể đến như AMG 300L, Spiritamylaza 150L (Novozymes).
Quá trình sản xuất cồn thường sử dụng kết hợp hai loại chế phẩm enzyme bao gồm
Termamyl 120L và Spiritamylaza 150L (nhiệt độ tối thích 600C) nhằm rút ngắn thời
gian thủy phân, nâng cao hiệu suất thủy phân tinh bột.

SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

12

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn tuyệt đối từ sắn lát khô

2.1.4.2. Các hóa chất khác
- Axit sunfuric (H2SO4): sử dụng nhằm điều chỉnh pH môi trường, tiêu diệt vi sinh
vật lạ.
- Ure: nhằm đảm bảo lượng đạm (hàm lượng nito) cho sự sinh trưởng và phát triển
của nấm men.
- Chất sát trùng Na2SiF6 : sử dụng để kiểm soát sự nhiễm khuẩn
- Các chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa resin…
2.2. Tổng quan về sản phẩm
2.2.1. Định nghĩa
Cồn hay ethanol là một ancol mạch thẳng, công thức hóa học của nó là C2H5OH
hay CH3-CH2-OH. Tùy theo nguyên liệu và công nghệ sản xuất mà có các loại sản phẩm
cồn như sau: cồn thực phẩm, cồn tuyệt đối, cồn công nghiệp, cồn sinh học.
Cồn tuyệt đối hay còn gọi là ethyl alcohol, alcohol tinh khiết, đã loại bỏ hoàn toàn
nước trong ethanol với nồng độ cồn đạt 99,60 [23].
2.2.2. Tính chất
2.2.2.1. Tính chất vật lý
Ethanol là một chất lỏng trong suốt, không màu, mùi thơm đặc trưng, vị cay, nhẹ
hơn nước (d = 0,7936g/ml ở 150C), dễ bay hơi (nhiệt độ sôi 78,390C), nhiệt độ đóng rắn
là -114,150C, tan vô hạn trong nước, tan trong ete và clorofom.
Ethanol hút ẩm, dễ cháy, khi cháy không có khói và ngọn lửa có màu xanh da trời.
Do khả năng tạo thành liên kết hydro giữa các phân tử rượu với nhau và với nước nên
ethanol tan vô hạn trong nước và có nhiệt độ sôi cao hơn nhiều so với este hay aldehyde
có khối lượng phân tử xấp xỉ.
Ethanol có tính khúc xạ hơi cao hơn so với của nước, với hệ số khúc xạ là 1,36242
(ở λ=589,3 nm và 18,35°C).
Điểm ba trạng thái của ethanol là 1500K ở áp suất 4,3×10-4 Pa.

Dung dịch rượu có nồng độ 95,57% ethanol và 4,43% nước là một dung dịch đẳng
phí, với nhiệt độ điểm sôi chung là 78,150C. Vì thế không thể dùng phương pháp chưng
thông thường để thu rượu có nồng độ lớn hơn 95,57%.
Ethanol là một dung môi linh hoạt, có thể pha trộn với nước và các dung môi hữu
cơ khác như axit axetic, axeton, benzen, cacbon tetraclorua, cloroform, dietyl ete, etylen
glycol,…Nó cũng có thể trộn các hydrocacbon béo nhẹ như pentan, hexan với các clorua
béo như tricloetan và tetracloetylen [23].
2.2.2.2. Tính chất hóa học
Ethanol có đầy đủ tính chất của một rượu no đơn chức, mạch hở.
- Phản ứng thế với kim loại kiềm, kiềm thổ:
SVTH: Nguyễn Văn Tuấn

GVHD: ThS. Bùi Viết Cường

13