Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 96 độ từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô với năng suất 1 000 000 lít sản phẩm tháng

..

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA HÓA

THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT CỒN 960 TỪ NGUYÊN
LIỆU NGÔ HẠT BẰNG PHƯƠNG PHÁP NGHIỀN KHÔ
VỚI NĂNG SUẤT 1.000.000 LÍT SẢN PHẨM/THÁNG
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan
Số thẻ sinh viên: 107140075
Lớp: 14H2A

Đà Nẵng – Năm 2019


TÓM TẮT
Đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương
pháp nghiền khô với năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng”.
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng Lan
Sớ thẻ sinh viên: 107140075
Lớp: 14H2A
Nội dung chính của đồ án có 9 chương chính, bao gồm:
Chương 1: Lập luận kinh tế. Chọn địa điểm đặt nhà máy là Khu công nghiệp Phú Bài,
thuộc phường Phú Bài, thị xã Hương Thủy, tỉnh Thừa Thiên Huế và nêu rõ nội dung
chính bao gồm: đặc điểm thiên nhiên, nguồn nguyên liệu, hệ thống giao thông, nguồn
cung cấp điện, nguồn cung cấp hơi, nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước, thoát
nước, năng suất nhà máy, nguồn nhân công và cán bộ khoa học kĩ thuật.
Chương 2: Tổng quan. Nội dung bao gồm khái quát về nguyên liệu sản xuất (ngô,
nước, nấm men,…), cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất, tổng quan sản phẩm và tình
hình sản xuất và sử dụng cồn trên thế giới và ở Việt Nam.

Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ. Nội dung bao gồm chọn quy
trình và thuyết minh quy trình công nghệ sản xuất cồn 960 từ ngơ hạt bằng phương pháp
nghiền khơ.
Chương 4: Tính cân bằng vật chất. Nội dung bao gồm số liệu ban đầu, đưa ra kế hoạch
sản xuất, tính tốn và tổng kết cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất trong nhà máy.
Chương 5: Tính và chọn thiết bị. Nội dung bao gồm tính tốn, lựa chọn thiết bị phù
hợp với dây chuyền công nghệ và tổng kết số thiết bị.
Chương 6: Tính nhiệt – hơi – nước. Nội dung bao gồm các phần tính nhiệt, hơi, nước
sử dụng cho sản xuất và cho sinh hoạt nhà máy.
Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng. Nội dung bao gồm tính tổ chức, tính xây dựng
và tính diện tích đất và hệ sớ sử dụng của nhà máy.
Chương 8: An tồn lao động và vệ sinh nhà máy. Nội dung bao gồm các vấn đề liên
quan đến an toàn lao động và vệ sinh nhà máy.
Chương 9: Kiểm tra sản xuất. Em đã nêu rõ phương pháp kiểm tra sản xuất và phương
pháp kiểm tra chất lượng nguyên liệu cũng như sản phẩm.


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập – Tự do – Hạnh phúc

KHOA HÓA

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ tên sinh viên:

Lê Thị Hồng Lan

Sớ thẻ sinh viên: 107140075

Lớp: 14H2A

Khoa: Hóa

Ngành: Công nghệ thực phẩm

1. Tên đề tài đồ án:
“Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khơ
năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng.”
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí ṭ đới với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền
khơ, năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng (30 ngày).
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn
Lời mở đầu
Mục lục
Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật
Chương 2: Tổng quan
Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình cơng nghệ
Chương 4: Tính cân bằng vật chất
Chương 5: Tính và chọn thiết bị
Chương 6: Tính Nhiệt – Hơi – Nước
Chương 7: Tổ chức và tính xây dựng
Chương 8: An toàn lao động và vệ sinh nhà máy
Chương 9: Kiểm tra sản xuất
Kết luận
Tài liệu tham khảo
5. Các bản vẽ và đồ thị:

Bản vẽ số 1: Quy trình công nghệ (Ao)
Bản vẽ số 2: Mặt bằng phân xưởng sản xuất chính (Ao)
Bản vẽ sớ 3: Mặt cắt phân xưởng sản xuất chính (Ao)


Bản vẽ số 4: Tổng mặt bằng nhà máy (Ao)
Bản vẽ số 5: Sơ đồ Hơi – Nước phân xưởng sản xuất chính (Ao)
6. Họ và tên người hướng dẫn: Th.s Bùi Viết Cường
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án
: 23/01/2019
8. Ngày hoàn thành đồ án

: 24/05/2019

Đà Nẵng, ngày……tháng……năm 2019
Trưởng bộ môn

Người hướng dẫn


LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp là sản phẩm cuối cùng của sinh viên trước khi rời khỏi trường đại
học. Để hồn thành được đồ án tớt nghiệp sinh viên phải áp dụng tất cả những kiến thức
đã được học và tích lũy trong śt những năm ngồi trên ghế nhà trường. Chính vì vậy
những kiến thức đã được tiếp thu trong 5 năm học tại trường đại học Bách Khoa là nền
tảng vững chắc giúp em hoàn thành được đồ án tốt nghiệp này. Em xin chân thành cảm ơn
các thầy cơ ở trường Đại học Bách khoa nói chung, các thầy cơ trong khoa Hóa nói riêng
và đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm đã tận tình giảng dạy và
giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập tại trường.

Em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Viết Cường, thầy là người đã hướng dẫn tận tình
cho em những kiến thức cũng như những kinh nghiệm quý báu, tạo điều kiện thuận lợi
cho em có thể hồn thành được đồ án tớt nghiệp.
Cuối cùng em xin cảm ơn nhà trường đã tạo điều kiện trong quá trình học tập cũng
như trong quá trình thực hiện đồ án.
Em xin chân thành cảm ơn.
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hoàng Lan

i


CAM ĐOAN

Em: Lê Thị Hoàng Lan, xin cam đoan về nội dung đồ án không sao chép nội dung cơ
bản từ các đồ án khác. Các số liệu trong đồ án được sự hướng dẫn của thầy hướng dẫn và
tính tốn của bản thân một cách trung thực, nguồn trích dẫn có chú thích rõ ràng, minh
bạch, có tính kế thừa, phát triển từ các tài liệu, tạp chí, các công trình nghiên cứu đã được
công bố, các website.
Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này.
Sinh viên thực hiện

Lê Thị Hoàng Lan

ii


MỤC LỤC

TĨM TẮT
NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỚT NGHIỆP
LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................... i
CAM ĐOAN ........................................................................................................................ii
MỤC LỤC ......................................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ .......................................... viii
DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT ........................................................... x
LỜI MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... 1
Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT .............................................................. 2
1.1
Vị trí xây dựng nhà máy ......................................................................................2
1.2
Đặc điểm tự nhiên................................................................................................2
1.3
Nguồn nguyên liệu...............................................................................................2
1.4
Hệ thống giao thông ............................................................................................2
1.5
Nguồn cung cấp điện ...........................................................................................2
1.6
Nguồn cung cấp nước ..........................................................................................2
1.7
Nguồn cung cấp hơi .............................................................................................3
1.8
Xử lý nước thải – Rác thải ...................................................................................3
1.9
Nguồn nhân lực ...................................................................................................3
1.10
Thị trường tiêu thụ ...............................................................................................3
1.11

Năng suất nhà máy .............................................................................................3
Chương 2: TỔNG QUAN .................................................................................................. 4
2.1
Tổng quan về nguyên liệu ...................................................................................4
2.1.1
Ngô ....................................................................................................................... 4
2.1.2
Nước..................................................................................................................... 9
2.1.3
Nấm men .............................................................................................................. 9
2.1.4
Các chất hỗ trợ kỹ thuật ..................................................................................... 11
2.2
Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất ..............................................................11
2.2.1
Quá trình nghiền ................................................................................................ 12
2.2.2
Quá trình tách phôi............................................................................................. 13
2.2.3
Quá trình nấu...................................................................................................... 13
2.2.4
Quá trình đường hóa .......................................................................................... 15
2.2.5
Quá trình lên men............................................................................................... 16
2.2.6
Quá trình chưng cất và tinh chế ......................................................................... 18
2.2.7
Quá trình tách nước............................................................................................ 19

iii

2.3
Tổng quan về sản phẩm .....................................................................................21
2.3.1
Ethanol ............................................................................................................... 21
2.3.2
Cồn 960............................................................................................................... 24
2.4
Tình hình sản xuất và sử dụng cồn trên thế giới và ở Việt Nam .......................24
2.4.1
Tình hình sản xuất và sử dụng cồn trên thế giới ................................................ 24
2.4.2
Tình hình sản xuất và sử dụng cồn ở Việt Nam ................................................ 25
Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ...................... 26
3.1
Chọn quy trình công nghệ .................................................................................26
3.2
Thuyết minh quy trình công nghệ .....................................................................27
3.2.1
Làm sạch ............................................................................................................ 27
3.2.2
Nghiền ................................................................................................................ 27
3.2.3
Hòa nước ............................................................................................................ 28
3.2.4
Tách phôi ........................................................................................................... 28
3.2.5
Nấu nguyên liệu ................................................................................................. 29
3.2.6

Làm nguội .......................................................................................................... 30
3.2.7
Đường hóa.......................................................................................................... 31
3.2.8
Lên men ............................................................................................................. 32
3.2.9
Chưng cất và tinh chế ........................................................................................ 33
3.2.10
Gia nhiệt ............................................................................................................. 34
3.2.11
Tách nước .......................................................................................................... 35
3.2.12
Ngưng tụ – Làm nguội – Bảo quản.................................................................... 35
Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .................................................................. 37
4.1
Kế hoạch sản xuất của nhà máy ........................................................................37
4.2
Tính cân bằng vật chất .......................................................................................37
4.2.1
Các thơng sớ ban đầu ......................................................................................... 37
4.2.2
Tính toán cân bằng vật chất ............................................................................... 38
Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ........................................................................ 52
5.1
Sàng rung làm sạch ............................................................................................52
5.2
Máy nghiền búa .................................................................................................52
5.3
Thùng chứa bột ngô sau khi nghiền...................................................................52
5.4

Thiết bị hòa nước ...............................................................................................53
5.5
Thiết bị tách phôi ...............................................................................................54
5.6
Nồi nấu sơ bộ .....................................................................................................55
5.7
Thiết bị phun dịch hóa .......................................................................................56
5.8
Nồi nấu chín.......................................................................................................56
5.9
Thiết bị tách hơi .................................................................................................57
5.10
Phao điều chỉnh mức .........................................................................................58

iv


5.11
Thiết bị làm nguội ống lồng ống sau tách hơi ...................................................59
5.12
Thiết bị đường hóa.............................................................................................60
5.13
Thiết bị làm nguội sau đường hóa .....................................................................61
5.14
Thiết bị lên men .................................................................................................62
5.14.1
Số thiết bị lên men ............................................................................................. 63
5.14.2
Thùng lên men chính ......................................................................................... 63
5.14.3

Thùng nhân giớng cấp II .................................................................................... 63
5.14.4
Thùng nhân giống cấp I ..................................................................................... 64
5.15
Thiết bị tách và thu hồi CO2 ..............................................................................64
5.16
Tank chứa giấm chín .........................................................................................65
5.17
Tháp thơ .............................................................................................................66
5.18
Tháp tinh ............................................................................................................67
5.19
Các thiết bị phụ trợ trong tháp thô .....................................................................67
5.20
Các thiết bị phụ trợ trong tháp tinh....................................................................71
5.21
Thiết bị gia nhiệt ................................................................................................74
5.22
Tháp tách nước ..................................................................................................76
5.23
Thiết bị ngưng tụ – Làm nguội ..........................................................................77
5.24
Tính các thùng chứa ..........................................................................................79
5.24.1
Thùng chứa cồn thành phẩm .............................................................................. 79
5.24.2
Thùng chứa dầu fusel ......................................................................................... 79
5.25
Thiết bị vận chuyển ...........................................................................................80
5.25.1

Băng tải vận chuyển ngô từ kho đến sàn làm sạch ............................................ 80
5.25.2
Gàu tải vận chuyển............................................................................................. 80
5.25.3
Bơm .................................................................................................................... 81
Chương 6: TÍNH NHIỆT – HƠI – NƯỚC ..................................................................... 85
6.1
Tính nhiệt – hơi .................................................................................................85
6.1.1
Tính nhiệt – hơi cho nồi nấu sơ bộ .................................................................... 85
6.1.2
Tính nhiệt – hơi cho thiết bị phun dịch hóa ....................................................... 86
6.1.3
Tính nhiệt – hơi cho nồi nấu chín ...................................................................... 87
6.1.4
Tính nhiệt – hơi cho quá trình chưng cất – tinh chế .......................................... 90
6.1.5
Tính nhiệt – hơi cho quá trình gia nhiệt ............................................................. 90
6.1.6
Tính nhiệt – hơi cho quá trình hấp phụ – giải hấp phụ ...................................... 90
6.1.7
Tổng lượng hơi dùng trong một ngày ................................................................ 92
6.1.8
Tính và chọn lò hơi ............................................................................................ 92
6.1.9
Tính nhiên liệu ................................................................................................... 93
6.2
Tính nước ...........................................................................................................93
6.2.1
Lượng nước dùng trong công đoạn hòa trộn ..................................................... 93

v


6.2.2
Lượng nước dùng trong cơng đoạn đường hóa.................................................. 93
6.2.3
Lượng nước dùng cho 2 thiết bị làm nguội ống lồng ống ................................. 94
6.2.4
Lượng nước dùng cho phân xưởng lên men ...................................................... 94
6.2.5
Lượng nước sử dụng cho chưng cất – tinh chế .................................................. 95
6.2.6
Lượng nước để ngưng tụ và làm nguội cồn thành phẩm ................................... 96
6.2.7
Lượng nước vệ sinh thiết bị ............................................................................... 96
6.2.8
Lượng nước cho lò hơi....................................................................................... 96
6.2.9
Lượng nước dùng cho sinh hoạt ........................................................................ 96
6.2.10
Bơm cao áp để bơm nước cho toàn nhà máy ..................................................... 97
Chương 7: TỔ CHỨC VÀ TÍNH XÂY DỰNG ............................................................. 98
7.1
Tổ chức nhà máy ...............................................................................................98
7.1.1
Sơ đồ hệ thống tổ chức nhà máy ........................................................................ 98
7.1.2
Tổ chức lao động ............................................................................................... 98
7.2

Tính các cơng trình xây dựng ............................................................................99
7.2.1
Khu sản xuất chính............................................................................................. 99
7.2.2
Phân xưởng cơ điện ......................................................................................... 100
7.2.3
Kho nguyên liệu ............................................................................................... 100
7.2.4
Kho thành phẩm ............................................................................................... 100
7.2.5
Phân xưởng lò hơi ............................................................................................ 101
7.2.6
Nhà hành chính ................................................................................................ 101
7.2.7
Khu xử lý nước ................................................................................................ 101
7.2.8
Nhà vệ sinh, nhà tắm........................................................................................ 101
7.2.9
Nhà ăn – căn tin ............................................................................................... 102
7.2.10
Nhà chứa máy phát điện dự phòng .................................................................. 102
7.2.11
Trạm biến áp .................................................................................................... 102
7.2.12
Gara ô tô ........................................................................................................... 102
7.2.13
Nhà để xe ......................................................................................................... 102
7.2.14
Phòng thường trực và bảo vệ ........................................................................... 102
7.2.15

Khu xử lý bã và nước thải ................................................................................ 102
7.2.16
Kho nhiên liệu .................................................................................................. 102
7.2.17
Trạm cân xe...................................................................................................... 103
7.2.18
Trạm bơm ......................................................................................................... 103
7.2.19
Trạm máy nén và thu hồi CO2 ......................................................................... 103
7.3
Tính tổng mặt bằng nhà máy ...........................................................................103
7.3.1
Tính khu đất mở rộng ...................................................................................... 103
7.3.2
Diện tích khu đất xây dựng nhà máy ............................................................... 104
7.3.3
Tính hệ sớ sử dụng ........................................................................................... 104

vi


Chương 8: AN TỒN LAO ĐỢNG VÀ VỆ SINH NHÀ MÁY ................................. 105
8.1
An toàn lao động..............................................................................................105
8.1.1
Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động và các biện pháp hạn chế .......... 105
8.1.2
Những yêu cầu cụ thể về an toàn lao động ...................................................... 105
8.2
Vệ sinh nhà máy ..............................................................................................107

8.2.1
vệ sinh cá nhân của cơng nhân......................................................................... 107
8.2.2
Vệ sinh máy móc thiết bị ................................................................................. 107
8.2.3
Vệ sinh xí nghiệp ............................................................................................. 107
8.2.4
Xử lý phế liệu trong nhà máy .......................................................................... 107
8.2.5
Xử lý nước thải ................................................................................................ 107
8.2.6
Xử lý nước dùng trong sản xuất....................................................................... 107
Chương 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT ............................................................................. 108
9.1
Kiểm tra sản xuất .............................................................................................108
9.1.1
Xác định độ ẩm ................................................................................................ 108
9.1.2
Xác định hàm lượng tinh bột ........................................................................... 108
9.2
Xác định hoạt độ của chế phẩm enzyme trong nấu và đường hóa tinh bột .....109
9.3
Kiểm tra dịch đường hóa và giấm chín sau lên men .......................................109
9.3.1
Độ rượu trong giấm.......................................................................................... 109
9.3.2
Xác định hàm lượng đường và tinh bột sót trong giấm chín ........................... 110
9.3.3
Xác định nồng độ chất hòa tan của dịch đường trong giấm chín .................... 111
9.4

Kiểm tra chất lượng cồn sản phẩm ..................................................................111
9.4.1
Nồng độ rượu ...................................................................................................111
9.4.2
Hàm lượng acid và este trong cồn ................................................................... 111
9.4.3
Xác định lượng aldehyt theo phương pháp Iốt ................................................ 112
9.4.4
Xác định lượng ancol cao phân tử ................................................................... 112
9.4.5
Xác định lượng ancol metylic .......................................................................... 113
9.4.6
Xác định hàm lượng furfurol ........................................................................... 113
KẾT LUẬN ..................................................................................................................... 114
TÀI LIỆU THAM KHẢO.............................................................................................. 115
PHỤ LỤC

vii


DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ VÀ SƠ ĐỒ

Bảng 2. 1 Thành phần hóa học trong các bộ phận chính của hạt ngơ (%) ................................ 7
Bảng 2. 2 Chỉ tiêu của nước theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5502 : 2003) ......................... 9
Bảng 4. 1 Biểu đồ hoạt động ................................................................................................... 37
Bảng 4. 2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy ................................................................................. 37
Bảng 4. 3 Độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu ................................................... 38
Bảng 4. 4 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn ........................................................... 37
Bảng 4. 5 Bảng khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch với nước thay đổi theo
nhiệt độ .................................................................................................................................... 47

Bảng 4. 6 Bảng tổng kết cân bằng vật chất ............................................................................. 50
Bảng 5. 1 Kích thước cyclon ................................................................................................... 55
Bảng 5. 2 Bảng tổng kết thiết bị .............................................................................................. 83
Bảng 6. 1 Nhiệt hấp phụ của ethanol và nước trên zeolit 3Ao ................................................. 91
Bảng 6. 2 Nhiệt giải hấp phụ của ethanol và nước trên zeolit 3Ao .......................................... 91
Bảng 6. 3 Bảng tổng kết tính hơi ............................................................................................. 92
Bảng 6. 4 Lượng nước dùng trong nhà máy ............................................................................ 97
Bảng 7. 1 Nhân lực lao động sản xuất trực tiếp ...................................................................... 98
Bảng 7. 2 Bảng tổng kết mặt bằng các công trình ................................................................. 103
Hình 2. 1 Ngô ........................................................................................................................... 4
Hình 2. 2 Cấu tạo hạt ngô .......................................................................................................... 5
Hình 2. 3 Saccharomyces cerevisiae ....................................................................................... 10
Hình 2. 4 Đường cong lên men (theo Lêbêdep) ...................................................................... 17
Hình 2. 5 Sản lượng Ethanol toàn cầu năm 2017(Hiệp hội Nhiên liệu Tái tạo (RFA))……..25
Hình 3. 1 Sàng rung ................................................................................................................. 27
Hình 3. 2 Máy nghiền búa ....................................................................................................... 28
Hình 3. 3 Thùng hòa trộn dạng đứng....................................................................................... 28
Hình 3. 4 Xyclo tách phôi ........................................................................................................ 29
Hình 3. 5 Sơ đồ nấu liên tục .................................................................................................... 29
Hình 3. 6 Thiết bị phun dịch hóa ............................................................................................. 30
Hình 3. 7 Nồi nấu chín............................................................................................................. 30
Hình 3. 8 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ........................................................................ 31
Hình 3. 9 Thiết bị đường hóa liên tục ...................................................................................... 31
Hình 3. 10 Sơ đồ lên men liên tục ........................................................................................... 33
Hình 3. 11 Sơ đồ chưng hai tháp gián tiếp một dòng .............................................................. 34
Hình 3. 12 Thiết bị gia nhiệt .................................................................................................... 35
Hình 3. 13 Tháp hấp phụ ......................................................................................................... 35

viii

Hình 3. 14 Thiết bị ngưng tụ – làm nguội ống xoắn ruột gà ................................................... 36
Hình 5. 1 Sàng rung ................................................................................................................ 52
Hình 5. 2 Máy nghiền búa ....................................................................................................... 52
Hình 5. 3 Tank chứa bột ngô ................................................................................................... 53
Hình 5. 4 Thùng hòa trộn......................................................................................................... 54
Hình 5. 5 Thiết bị tách phôi ..................................................................................................... 55
Hình 5. 6 Nồi nấu sơ bộ ........................................................................................................... 56
Hình 5. 7 Thiết bị phun dịch hóa ............................................................................................. 56
Hình 5. 8 Nồi nấu chín............................................................................................................. 57
Hình 5. 9 Thiết bị tách hơi ....................................................................................................... 58
Hình 5. 10 Phao điều chỉnh mức ............................................................................................. 59
Hình 5. 11 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ...................................................................... 60
Hình 5. 12 Thiết bị đường hóa................................................................................................. 60
Hình 5. 13 Thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống ...................................................................... 62
Hình 5. 14 Thùng lên men chính ............................................................................................. 63
Hình 5. 15 Thùng nhân giống cấp II ........................................................................................ 64
Hình 5. 16 Thùng nhân giống cấp I ......................................................................................... 64
Hình 5. 17 Thiết bị tách CO2 ................................................................................................... 65
Hình 5. 18 Thùng chứa giấm chín ........................................................................................... 66
Hình 5. 19 Thiết bị hâm giấm .................................................................................................. 68
Hình 5. 20 Thiết bị chống phụt giấm ....................................................................................... 69
Hình 5. 21 Thiết bị ngưng tụ cồn thô ...................................................................................... 70
Hình 5. 22 Thiết bị làm nguội ruột gà ..................................................................................... 71
Hình 5. 23 Thiết bị ngưng tụ nằm ngang ................................................................................. 71
Hình 5. 24 Thiết bị ngưng tụ cồn thô ...................................................................................... 72
Hình 5. 25 Thiết bị làm nguội ruột gà ..................................................................................... 74
Hình 5. 26 Thiết bị làm nguội dầu fusel .................................................................................. 74
Hình 5. 27 Thiết bị gia nhiệt .................................................................................................... 75
Hình 5. 28 Thiết bị tách nước .................................................................................................. 77

Hình 5. 29 Thiết bị ngưng tụ – làm nguội cồn thành phẩm..................................................... 78
Hình 5. 30 Thùng chứa cồn thành phẩm ................................................................................. 79
Hình 5. 31 Thùng chứa dầu fusel ............................................................................................ 80
Hình 5. 32 Băng tải .................................................................................................................. 80
Hình 5. 33 Gàu tải.................................................................................................................... 80
Hình 5. 34 Bơm ....................................................................................................................... 81

S
ơđ

ồ 3.1 Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất cồn 960 từ ngô hạt .......................................... 26

ix


DANH SÁCH CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT

KÝ HIỆU
KCN
H

: Khu cơng nghiệp
: Chiều cao

D
R

: Đường kính
: Chiều rộng

t
T

: Thời gian
: Nhiệt độ

L
: Chiều dài
CHỮ VIẾT TẮT
FO
: Dầu Fuel Oil (còn gọi là dầu mazut)
DO
: Dầu Diesel
KCS

: Phòng kiểm tra chất lượng

x


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

LỜI MỞ ĐẦU

Cùng với sự tiến bộ không ngừng của khoa học kỹ thuật, ngành công nghệ thực
phẩm với các sản phẩm sản xuất bằng phương pháp sinh học đóng một vai trò ngày
càng quan trọng và được áp dụng sản xuất rộng rãi. Trong đó lĩnh vực sản xuất cồn
etylic bằng phương pháp lên men cũng đóng góp một phần không nhỏ trong nền công
nghiệp thực phẩm, cồn không chỉ được sử dụng để làm giàu nguồn thực phẩm cho xã
hội mà đồng thời còn phục vụ cho một sớ ngành cơng nghiệp khác.

Sản phẩm cồn nói chung và cồn 960 nói riêng khơng chỉ dừng lại ở sản xuất đồ
́ng có cồn mà còn được dùng trong nhiều lĩnh vực như dung môi trong công nghệ;
quốc phòng; sử dụng làm chất tẩy uế hoặc sát trùng y tế; trong công nghiệp sản xuất
mỹ phẩm, dược phẩm, dệt may,… Đặc biệt, cồn etylic còn được sử dụng như một
nhiên liệu sinh học.
Việt Nam là một đất nước mang nền khí hậu nhiệt đới gió mùa với đặc thù nền
nông nghiệp phát triển. Tại Việt Nam, sắn lát và gạo hiện là hai ngun liệu chính
trong cơng nghiệp sản xuất cồn bằng phương pháp lên men. Tuy nhiên ngô với hàm
lượng tinh bột cao và là loại cây lương thực quan trọng thứ hai sau lúa ở Việt Nam,
đang được chú trọng phát triển, sản lượng và chất lượng ngày càng tăng cũng là một
nguồn nguyên liệu quan trọng và ngày càng được sử dụng phổ biến trong công nghiệp
sản xuất cồn.
Ethanol để sử dụng trong đồ uống chứa cồn cũng như phần lớn ethanol sử dụng
làm nhiên liệu, được sản xuất bằng phương pháp lên men: khi một sớ lồi men rượu
nhất định (quan trọng nhất là Saccharomyces cerevisiae) chuyển hóa đường trong điều
kiện khơng có Oxy, chúng sản xuất ra ethanol và khí CO2. Để sản xuất ethanol từ các
nguyên liệu chứa tinh bột như hạt ngũ cớc thì tinh bột đầu tiên phải được chuyển hóa
thành đường. Nồng độ của rượu trong các sản phẩm cuối cùng có thể tăng lên
nhờ chưng cất–tinh chế.
Với những điều kiện tự nhiên, nguồn nguyên liệu, sự phát triển của khoa học kỹ
thuật,... công nghiệp sản xuất cồn ở nước ta đang ngày càng mở rộng để phục vụ nhu
cầu nội địa và xuất khẩu, vì vậy việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn từ
nguyên liệu ngơ là hồn tồn có thể.
Trên cơ sở đó, em được giao đề tài “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ nguyên
liệu ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản
phẩm/tháng.”

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

1

Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT

1.1 Vị trí xây dựng nhà máy
Vị trí địa lí: Khu cơng nghiệp Phú Bài, thuộc phường Phú Bài, thị xã Hương Thủy,
tỉnh Thừa Thiên Huế.
Khu cơng nghiệp Phú Bài có tổng diện tích hơn 800 ha, là khu cơng nghiệp đầu
tiên của tỉnh Thừa Thiên Huế, đã được đầu tư hạ tầng kỹ thuật hồn thiện, có nhiều
điều kiện thuận lợi về giao thơng, lao động, đã có nhà máy xử lý nước thải, kho ngoại
quan và địa điểm làm thủ tục hải quan phục vụ nhu cầu xuất nhập khẩu tại chỗ.
1.2 Đặc điểm tự nhiên
Khu công nghiệp Phú Bài nằm dọc theo tuyến quốc lộ 1A và đường sắt Bắc Nam;
cạnh sân bay quốc tế Phú Bài; cách cảng biển Chân Mây 40km về phía Nam.
Điều kiện khí hậu: Có nền nhiệt độ cao, đặc trưng cho chế độ khí hậu nhiệt đới gió
mùa nóng ẩm. Nhiệt độ trung bình cả năm 250C. Thừa Thiên Huế là một trong các tỉnh
có lượng mưa nhiều nhất nước ta. Độ ẩm tương đới trung bình năm của khơng khí tăng
theo độ cao địa hình và có giá trị từ 83÷87% tùy theo vùng cụ thể [1].
Hướng gió chủ đạo: Tây Nam [1].
1.3 Nguồn nguyên liệu
Thừa Thiên Huế là khu vực nằm gần hai trong sớ các vùng trồng Ngơ chính ở Việt
Nam là Vùng ngô Bắc Trung Bộ và Nam Trung Bộ [22].
Vùng ngô Bắc Trung bộ gồm các tỉnh Thanh Hóa, Nghệ An, Hà Tĩnh, Quảng Bình,
Quảng Trị và Thừa Thiên-Huế. Vùng ngô Nam Trung bộ gồm các tỉnh từ Đà Nẵng
đến Bình Thuận. Tổng diện tích bao gồm: 77.300 ha. Nguồn nguyên liệu chủ yếu được
thu mua từ hai vùng trồng ngô này.
1.4 Hệ thống giao thông
Giao thông nội bộ: Đường trục chính, lộ giới 31m÷54m; đường nội bộ và đường

gom, lộ giới: 19,5m. KCN Phú Bài nằm dọc theo tuyến Quốc lộ 1A và tuyến đường
sắt Bắc – Nam; cạnh sân bay quốc tế Phú Bài, cách cảng biển Chân Mây 40km về phía
Nam, cảng biển Thuận An 15km về phía Bắc [23].
1.5 Nguồn cung cấp điện
Điện được cung cấp từ hệ thớng điện lưới q́c gia có dọc theo q́c lộ 1A, KCN
Có 02 Trạm biến áp 110/22KV-25 MVA [23].
Ngoài ra để đảm bảo cho quá trình sản xuất diễn ra thuận lợi, liên tục và an tồn thì
nhà máy cần có máy phát điện dự phòng.
1.6 Nguồn cung cấp nước
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

2


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

Hệ thống cung cấp nước: Nhà máy nước Phú Bài, cơng suất 15.000 m3/ngày đêm.
Đã có hệ thớng đường ống cấp nước D50 phục vụ KCN [23]
1.7 Nguồn cung cấp hơi
Nhà máy sử dụng hơi đốt cung cấp từ lò hơi riêng của nhà máy. Lò hơi sử dụng
nhiên liệu là dầu DO, dầu FO ,...Các loại này được cung cấp từ các trạm xăng dầu của
địa phương.
1.8 Xử lý nước thải – Rác thải
Nước thải nhà máy sau khi xử lí được đưa ra hệ thớng xử lí nước thải riêng của nhà
máy, sau đó đến khu xử lí nước thải chung của khu cơng nghiệp và được thải ra ngoài
đúng nơi quy định.
Nhà máy xử lý nước thải KCN công suất 6.500 m3/ngày – đêm; công suất xử lý
hiện nay: 2.000÷2.200 m3/ngày – đêm. KCN còn có nhà máy xử lý rác thải Thủy
Phương [23].
1.9 Nguồn nhân lực

Nhà máy tuyển lao động địa phương và các vùng lân cận. Cơng nhân được tuyển
phần lớn có trình độ học vấn lớp 9÷12, được học qua khóa đào tạo vận hành thiết bị và
mọi hoạt động khác, chắc chắn sẽ được đội ngũ công nhân lành nghề, đảm bảo cho
nhà máy hoạt động tốt.
Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý: nhà máy sẽ tiếp nhận các kỹ thuật
của các trường đại học trên tồn q́c. Đây là lực lượng nòng cốt của nhà máy, được
đào tạo cơ bản, dễ dàng nắm bắt được các tiến bộ của các thành tựu khoa học kỹ thuật
mới của các nước tiên tiến trên thế giới, góp phần cải tiến kỹ thuật, công nghệ của nhà
máy.
1.10 Thị trường tiêu thụ
Cồn 960 có ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như cơng nghiệp hóa chất, trong y
tế,… thị trường tiêu thụ mục tiêu là các tỉnh Miền Trung như Thừa Thiên Huế, Quảng
Trị, Quảng Nam, Đà Nẵng, Quảng Ngãi… Nhà máy được xây dựng với tiêu chí là
cung cấp cồn thực phẩm và cồn kĩ thuật cho thị trường Việt Nam và có thể xuất khẩu
sang các nước lân cận.
1.11 Năng suất nhà máy
Với những điều kiện về nguồn nguyên liệu, giao thông đi lại, và thị trường tiêu thụ
sản phẩm rộng lớn thì việc thiết kế và xây dựng nhà máy sản xuất cồn 960 năng suất
1.000.000 lít sản phẩm/tháng là hồn tồn có tính khả thi.

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

3


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

Chương 2: TỞNG QUAN

2.1

Tởng quan về ngun liệu
2.1.1 Ngơ
2.1.1.1 Giới thiệu về ngơ
Ngơ có tên khoa học là Zea mays L. Ngô
thuộc họ hòa thảo (Gramineae hay Poacea), là
một loại cây lương thực được thuần canh tại khu
vực Trung Mỹ và sau đó lan tỏa ra khắp châu Mỹ.
Ngơ lan tỏa ra phần còn lại của thế giới sau khi
có tiếp xúc của người châu Âu với châu Mỹ vào
Hình 2. 1 Ngô [24]
cuối thế kỷ 15, đầu thế kỷ 16.
Chứng cứ di truyền học gần đây cho rằng quá trình thuần dưỡng ngô diễn ra vào
khoảng năm 7.000 TCN tại miền trung Mexico, có thể trong khu vực cao nguyên nằm
giữa Oaxaca và Jalisco. Có lẽ sớm nhất khoảng năm 1.500 TCN, ngô bắt đầu phổ biến
rộng và nhanh [24].
Ngô được đưa vào Việt Nam cách đây khoảng 300 năm. Dù là cây lương thực thứ
hai sau lúa song do truyền thống lúa nước nên ngô không được chú trọng vì vậy chưa
phát huy được tiềm năng của nó ở Việt Nam. Những năm gần đây nhờ có những chính
sách khuyến khích của Đảng, Chính phủ và có nhiều tiến bộ kĩ thuật, đặc biệt về
giống, ngô đã có những bước tiến đáng kể trong tăng trưởng về diện tích, năng suất và
sản lượng [3].
2.1.1.2 Phân loại ngơ
Ngơ có nhiều loại, dựa vào sự khác nhau về hình dáng hạt, mức độ trắng trong của
nội nhũ và ý nghĩa sử dụng mà phân thành 6 loại sau:
Ngô đá (Z. N. Indurata): Ngơ đá có đầu hạt tròn, hạt có màu trắng hay vàng có
giớng màu tím, nội nhũ trắng trong, chỉ một ít ở giữa hạt trắng đục. Hàm lượng tinh
bột 56÷75%. Ngơ đá hạt cứng, khó nghiền, dùng để chế biến gạo ngô, tỷ lệ thành
phẩm cao [16].
Ngơ bột (Z. M. Amylaceae): Bắp ngơ có độ dài khoảng 17÷20cm. Hạt đầu tròn hay
hơi vng, màu trắng, phơi lớn. Nội nhũ trắng đục nên mềm và dễ hút nước khi ngâm.

Hàm lượng tinh bột của hạt ngô khoảng 55÷ 80%. Chủ yếu dùng sản xuất bột, tinh bột
và sản xuất rượu bia [16].
Ngô răng ngựa (Z. M. Indentata): Bắp ngơ răng ngựa khá to, dài tới 20÷25cm. Hạt
đầu lõm giớng như răng ngựa, hạt có màu vàng hay trắng. Nội nhũ ở hai bên hạt có
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

4


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

cấu tạo trong, phần còn lại có cấu tạo đục. Hàm lượng tinh bột khoảng 60÷63%. Tỷ lệ
nội nhũ trắng đục nhiều hơn ngô đá nên hạt mềm hơn, khi nghiền được nhiều bột ít
mảnh, dùng sản xuất bột và tinh bột [16].
Ngô đường(Z. M. Sacharata): Hạt ngô thường nhăn nheo, vỏ vàng hoặc trắng. Hàm
lượng tinh bột 25÷37%, dextrin và đường tới 19÷31%. Tinh bột ngơ đường có tới
60÷98% amiloza. Thường chỉ để chế biến thức ăn điểm tâm và đóng hộp [16].
Ngơ nổ (Z. M Everta): Hạt ngơ nổ đầu hơi nhọn, nội nhũ trắng trong hồn tồn, rất
cứng nên khó nghiền. Hàm lượng tinh bột khoảng 62÷72%. Thường dùng sản xuất
bỏng và gạo ngơ [16].
Ngơ nếp (Z. M Ceratina): Ngô nếp còn gọi là ngô sáp. Hạt nhỏ, đầu tròn màu trắng
đục. Phần ngoài của nội nhũ có cấu tạo trong phần trung tâm trắng đục. Hàm lượng
tinh bột khoảng 60%. Thành phần tinh bột gồm gần 100% amilopectin, tỉ lệ amiloza
coi như không đáng kể. Khi nấu chín, nội nhũ ngơ nếp khá dẻo và dính. Dùng chế biến
thức ăn điểm tâm và đóng hộp [16].
Chọn loại ngơ có hàm lượng tinh bột cao và được trồng phổ biến tại Việt Nam
(Ngô răng ngựa) để sử dụng làm nguyên liệu cho nhà máy sản xuất cồn.
2.1.1.3 Cấu tạo hạt ngô
Hạt của các giống ngô khác nhau nhưng đều cấu tạo gồm từ 5 phần chính: vỏ, phôi,
nội nhũ, lớp aloron và chân hạt.

Hình 2. 2 Cấu tạo hạt ngô
a) Vỏ hạt:
Là lớp màng mỏng bao bọc quanh hạt để bảo vệ hạt, có chiều dày khoang
35ữ60àm.. Nú c cu tao t 3 lp t bo khác nhau và chứa các chất màu như vàng,
tím, tím hồng [4]. Lớp ngoài cấu tạo bởi lớp tế bào đa giác, lớp giữa bởi 5÷12 lớp tế
bào,lớp trong bởi 5÷7 lớp tế bào nhu mơ. Thành phần chủ yếu của các tế bào này là
cenllulose, hemicenllulose và pentose.
b) Lớp aleurone
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

5


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

Nằm dưới lớp vỏ hạt, cấu tạo từ các tế bào hình tứ giác có thành dày, thơng thường
lớp aleurone khơng có màu nhưng cũng có thể có màu xanh do bị nhiễm sắc thể từ vỏ
ngồi. Khới lượng vỏ và lớp aleurone chiếm 5÷11% khới lượng tồn hạt [4].
c) Nội nhũ
Chiếm 75÷83% khới lượng hạt và chứa đầy tinh bột, được phân biệt thành hai miền
khác nhau về hình dáng, cấu trúc tế bào và thành phần hóa học của tinh bột. Miền
ngoài màu vàng nhạt, đặc và cứng như sừng (gọi là miền sừng) miền trong màu trắng,
xớp, nhiều gluxit, ít protein (gọi là miền bột) [4].
Tỉ lệ giữa nội nhũ sừng và nội nhũ bột thay đổi tùy thuộc vào giớng ngơ. Ví dụ với
ngơ răng ngựa tỉ lệ này là 2:1 phụ thuộc vào tỉ lệ giữa nội nhũ sừng và nội nhũ bột mà
nhìn bên ngồi nội nhũ hạt ngơ có thể trong hay đục. Ngơ đá thì hầu như tồn bộ nội
nhũ trong còn ngơ bột thì nội nhũ đục hồn tồn.
Độ trong của nội nhũ là một chỉ số thể hiện phẩm chất tốt của ngô (giàu protein),
thể hiện độ bền cơ học của ngơ. Ngơ có độ trong lớn là ngơ cứng, rắn, đòi hỏi chi phí

năng lượng lớn hơn khi chế biến.
d) Phơi
Phơi ngơ rất lớn chiếm 1/3 thể tích của hạt ngô và gồm các phần: Ngù – phần ngăn
cách giữa nội nhũ và phôi, lá mầm, trục dưới lá mầm, rễ mầm và chồi mầm,… [3].
Phôi nằm ở phần đầu nhỏ của hạt, dưới lớp alơron, chứa tất cả các tế bào phát triển
của các quá trình sống. Phôi hạt cấu tạo từ các tế bào mềm, chứa các chất giàu dinh
dưỡng như protein, lipit, vitamin và phần lớn các enzym. Phơi hạt có kích thước và
khới lượng lớn hơn so với phôi của các loại hạt cốc khác, thường chiếm 10÷14% khới
lượng hạt [4].
Qua q trình nghiền hoặc xay phôi dễ dàng tách ra khỏi nội nhũ hoặc nhờ nước
bởi sự khác biệt về tỷ trọng. Phôi ngơ có chứa nhiều chất dự trữ để ni mầm phát
triển, đặc biệt là lipit khiến cho hạt ngô chứa phơi trở nên khó bảo quản. Phơi ngơ
chứa 20% tổng số đạm, hơn 80% chất béo, gần 75% tro của hạt, vì vậy phôi ngô được
coi là bộ phận không ổn định nhất trong tồn bộ hạt ngơ. Do hàm lượng đạm và chất
béo của phôi cao, nên phôi là thức ăn thích hợp với các loại sâu bọ [5].
Khi sản xuất ngô mảnh, ngô bột,… để bảo quản được tốt và dễ dàng trong chế
biến, người ta thường loại bỏ phơi. Phơi được loại ra, tự bản thân nó cũng trở thành
sản phẩm của quá trình chế biến, cũng như có thể trở thành ngun liệu tớt cho sản
xuất dầu thực vật (dầu ngô), sản xuất thức ăn dinh dưỡng,…
e) Chân hạt
Phần nối hạt với lõi ngô, chủ yếu là xơ và có nhiều mao dẫn. Là thành phần cấu
trúc thực vật khơng có lợi cho chế biến thực phẩm, cần phải loại bỏ. Chủ yếu là xơ và
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

6


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

có nhiều mao dẫn nên thường có tỷ trọng nhỏ. Đây chính là nguyên lý hình thành nên

kỹ thuật sử dụng nước để loại tạp này, cùng với các tạp nhẹ khác, ra khỏi hạt ngô trong
sản xuất ngô mảnh hay bột ngô.
2.1.1.4 Thành phần hóa học của hạt ngơ
Thành phần hóa học của hạt ngơ thay đổi tùy theo điều kiện khí hậu, giớng, loại
ngơ, kỹ thuật canh tác, đất đai... Thành phần hóa học của hạt ngơ phân bớ khơng đều
trong hạt, nó có tỉ lệ khác nhau giữa 3 phần chính là vỏ, nội nhũ và phơi như bảng sau:
Bảng 2. 1 Thành phần hóa học trong các bộ phận chính của hạt ngơ (%)
Bộ phận

Tỉ lệ các phần (%)

Nước

Tinh bột

Chất khô

Vỏ

5

10,5

7,3

89,5

Phôi

12

15,5

8,6

84,5

Nội nhũ

83

12,5

76,6

87,5

a) Nước
Tỉ lệ ẩm trong ngô thu hoạch tươi khá cao ngay cả khi chín hồn tồn, giá trị ẩm
đạt tới 19÷35%. Nhưng sau quá trình phơi khô thì ẩm giảm còn 13%, đây là độ ẩm hạn
chế sự hơ hấp của ngơ thích hợp dùng trong công nghiệp. Ở nước ta quy định khi nhập
kho ngơ có độ ẩm tới đa là 13,5% [16].
b) Tinh bột
Tinh bột ngơ chiếm khoảng 60÷70% khới lượng hat. Kớch thc hat tinh bt
10ữ30àm, cú hinh a giỏc hay tròn. Khới lượng riêng của tinh bột khoảng 1,5÷1,6.
Tinh bột ngơ chứa 21÷30% amylose và 70÷79% amylopectin, nhưng cũng có những
loại ngơ chứa đến 100% amylopectin. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột trong ngơ nằm
trong khoảng 62÷720C [16].
c) Protein:
Protit của ngô rất phức tạp. Cơ bản gồm 4 nhóm: Prolamin – gein (30÷50%) chỉ

hòa tan trong cồn 80÷90%; glutelin (14÷20%) khơng hòa tan trong nước, ḿi và
rượu nhưng dễ hòa tan trong kiềm lỗng (0,2%); globulin (5÷8%) hòa tan trong dung
dịch ḿi (thường NaCl 10%); anbumin (13÷30%) hòa tan trong nước [16].
d) Chất béo:
Trong ngô, chất béo chiếm khoảng 3,5÷6,5%, tuy nhiên cũng có những giớng ngơ
lại tới 9÷14%. Phần lớn chất béo (khoảng 82%) tập trung ở phôi. Chất béo trong ngô
tới 98% tổng lượng ở dạng glixerit của các axit béo [16].
e) Tro:
Ngô chứa khoảng 1,3% khống, chỉ ít hơn chất xơ 1 chút. Thành phần của chất tro
trong hạt ngô gồm phần lớn là P2O5, SO2, Na2O,…
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

7


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

Tro trong ngô gồm nhiều thành phần nhưng nhiều hơn cả là Photpho, oxit kim loại
kiềm và kiềm thổ [16].
f) Các Vitamin của ngô:
Vitamin của ngô tập trung ở lớp vỏ ngồi và trong phơi. Ngơ tương đới giàu
vitamin B1, chủ yếu tập trung ở phôi với vitamin E. Ngơ vàng giàu carotene
(0,04mg%), còn vitamin PP thì rất ít [2].
2.1.1.5 Tính chất vật lý của hạt ngô
a) Màu sắc và mùi vị
Hạt ngơ ở trạng thái bình thường có màu sắc và mùi vị tự nhiên phụ thuộc từng loại
ngơ. Hạt đã nảy mầm hay hạt có độ ẩm cao mà đưa vào bảo quản thì vỏ hạt không
sáng nữa mà chuyển sang màu đục hay màu nhạt. Tùy theo mức độ hư hỏng mà màu
vỏ hạt thay đổi từ màu nhạt đến màu nâu sẫm.
Nếu mùi vị đặc trưng hay có mùi vị lạ thì chất lượng hạt giảm. Mùi vị lạ hình thành

do trong hạt đã xảy ra quá trình phân hủy các chất hữu cơ hoặc do hạt đã hấp thụ hơi
của các chất khác mùi nha, mùi bốc hơi hay mùi thối.
b) Kích thước và hình dạng:
Trong sơ chế và chế biến, người ta đã lợi dụng sự khác nhau về kích thước hạt,
hình dạng và trạng thái bề mặt hạt (nhẵn hay xù xì, tròn hay dài…) để kết cấu máy phù
hợp khi phân loại và làm sạch. Ngồi ra kích thước và hình dạng hạt cũng có ảnh
hưởng nhiều đến độ hỏng và tính tản rời của khới hạt.
c) Độ lớn của hạt:
Hạt có độ lớn càng cao thì giá trị về tỉ lệ nội nhũ càng nhiều, khi chế biến thu được
tỉ lệ thành phần càng cao. Để đánh giá độ lớn của hạt khơng đơn thuần căn cứ vào kích
thước hạt mà cần lưu ý một số chỉ số liên quan như khối lượng hạt 1.000 hạt, độ to, độ
đồng đều,…
d) Độ trong:
Khi độ trong cao thì độ trắng cũng cao. Thường hạt có độ trong cao thì hàm lượng
protein của hạt cũng cao. Độ trong của hạt phụ thuộc vào loại giớng và khí hậu khi cây
phát triển.
e) Độ ẩm:
Lượng nước tự do chứa trong hạt phụ thuộc vào độ ẩm của khơng khí bao quanh
khới hạt. Độ ẩm của khơng khí bao quanh lớn thì hạt sẽ hút thêm ẩm và thủy phần tăng
lên, ngược lại độ ẩm của khơng khí nhỏ thì hạt nhả bớt hơi ẩm và thủy phần giảm. Hai
quá trình hút và nhả hơi ẩm tiến hành song song với nhau cho tới khi đạt tới trạng thái
cân bằng (thuỷ phần của hạt không tăng và không giảm) ở một điều kiện nhiệt độ và
độ ẩm nhất định. Độ ẩm cân bằng của hạt thường từ 10÷35%.
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

8


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

Do ảnh hưởng của độ ẩm tương đối không khí tới khới hạt khơng đều nhau. Lớp
hạt ở trên mặt và xung quanh tường kho, gần cửa nhà chẳng hạn thì do tiếp xúc nhiều
với khơng khí nên thường có độ thuỷ phân cao hơn. Trong quá trình chế biến và bảo
quản hạt luôn luôn hút và nhả hơi ẩm.
2.1.2 Nước
Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng với các mục đích như: xử lí
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 phòng chữa cháy trong khu vực
sản xuất. Thành phần, tính chất hố lý và chất lượng của nước ảnh hưởng trực tiếp tới
kỹ thuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu xuất thu hồi. Trong công nghiệp sản
xuất cồn, yêu cầu chất lượng nước giống như tiêu chuẩn cho nước sinh hoạt.
Bảng 2. 2 Chỉ tiêu của nước theo tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 5502 : 2003)
Tên chỉ tiêu

Mức

Tên chỉ tiêu

Mức (mg/l)

Màu sắc

5o

Hàm lượng MgO

50

Mùi, vị

Khơng có mùi, vị lạ

Hàm lượng CaO

50÷100

Độ trong (ớng Dienert)

100ml

Hàm lượng SO42-

0,5

pH

6÷7,8

Hàm lượng NH4+

0,1÷0,3

Độ cứng tồn phần

Dưới 15o

Hàm lượng Pb

0,1

Độ cứng vĩnh viễn

7o

Hàm lượng As

0,05

Chỉ số Coli

<20 con/l

Hàm lượng Cu

2,90

Tổng sớ vi kh̉n hiếu khí

<100 con/ml

Hàm lượng F

0,3÷0,5

Vi sinh vật gây bệnh

Khơng có

Hàm lượng Zn

5,00

Ch̉n sớ Coli

>50

2.1.3 Nấm men
Trong lên men ethanol, giống nấm men sử dụng là Saccharomyces cereviseae. Các
chủng của loài này thường được gọi là các nòi men rượu. Giữa các nòi cũng có những
đặc điểm riêng biệt khác nhau. Với nguồn nguyên liệu là tinh bột và rỉ đường, người ta
cũng dùng những nòi riêng cho thích hợp. Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản
xuất cần phải chú ý đảm bảo các yêu cầu sau đây:
− Có tớc độ phát triển nhanh trong dịch đường lên men.
− Có khả năng lên men ở nhiệt độ tương đối cao, chịu được ở môi trường acid, có
pH khoảng 4÷4,5 hoặc thấp hơn.
− Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên men
lớn.
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

9


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

− Có khả năng chịu được ở độ cồn tương đối (khoảng trên 10o) trong quá trình lên
men.
− Lên men được nhiều loại đường như: Glucose, Fructose, Saccharose, maltose…
Tạo nhiều sản phẩm chính và ít sản phẩm phụ.
Saccharomyces cerevisiae được sử dụng chính trong cơng nghiệp cồn – rượu
etylic, lồi này có đặc điểm là lên men đường từ tinh bột được triệt để hơn các loài

khác, vì chúng có khả năng lên men được các dextrin ći (sản phẩm trung gian trong
quá trình đường hóa tinh bột).
Để sản xuất cồn từ nguyên liệu tinh
bột có thể dùng các chủng II, XII, M,
R211 hay chủng MTB,...
Trong công nghiệp sản xuất cồn, chọn
nấm men chủng XII để lên men dịch
đường từ tinh bột. Chủng XII được xem là
tốt nhất để lên men dịch đường từ tinh bột. Hình 2. 3 Saccharomyces cerevisiae [20]
Phát triển và sinh sản của nòi này rất nhanh. Nó có thể lên men được glucose,
galactose, maltose, mannose, 1/3 raffinose và có thể tạo thành 13% cồn trong môi
trường lên men [2]. Chủng XII thuộc loại lên men nổi, được phân bớ rất đều trong tồn
bộ dịch lên men, khơng tạo thành đám trắng và có khả năng lên men ở nhiệt độ cao.
Thời gian lên men 72 giờ. Đặc biệt nó còn có khả năng lên men nhiều loại tinh bột
khác nhau như gạo, ngô, khoai, sắn,… với lượng đường trong dung dịch có thể lên đến
16÷18% [6].
Các yếu tớ ảnh hưởng đến Nấm men chủng XII:
− Nhiệt độ: chúng hoạt động tốt ở nhiệt độ 28÷320C, nhiệt độ tới thiểu là 50C và
tới đa là 380C [14].
− pH: trong mơi trường pH= 2÷8 chúng vẫn có thể phát triển nhưng pH tới thích
là 4,5÷5. Tuy nhiên để tránh nhiễm khuẩn nên người ta thường khống chế ở
pH=3,8÷4.
− Nồng độ rượu: ảnh hưởng đến tớc độ và khả năng phát triển của nấm men.
Cùng một môi trường nuôi cấy, số lượng nấm men bằng nhau, điều kiện nuôi cấy
giống nhau thì nồng độ rượu 1% chưa ảnh hưởng nhưng từ 4÷6% thì ảnh hưởng xấu.
− Oxy: nấm men là loại vi sinh vật kị khí khơng bắt buộc. Trong điều kiện khơng
có oxy sẽ lên men tạo rượu và CO2, còn có đầy đủ oxy sẽ oxy hóa đường thành rượu
và CO2, tăng sinh khới. Vì vậy, oxy là thành phần giúp phát triển sinh khối, nhưng nó
lại là nguyên nhân gây hư hỏng rượu trong cơng đoạn tiếp theo.

Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hồng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

10


Thiết kế nhà máy sản xuất cồn 960 từ ngô hạt bằng phương pháp nghiền khô năng suất 1.000.000 lít sản phẩm/tháng

2.1.4 Các chất hỗ trợ kỹ thuật
2.1.4.1 Các hóa chất
Axit sunfuric có tác dụng điều chỉnh pH mơi 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 như: than hoạt tính, hạt nhựa,…
Hóa chất sát trùng như Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và
ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa.
2.1.4.2 Chế phẩm enzyme
Các chế phẩm enzyme được sử dụng để xúc tác cho quá trình dịch hóa và thủy
phân tinh bột thành đường lên men, nâng cao hiệu xuất đường hóa. Để dịch hóa và
thủy phân tinh bột trong công nghệ sản xuất cồn, sử dụng hai chế phẩm enzyme của
hãng Novo Đan Mạch: Termamyl 120L dùng để dịch hóa khi nấu và SAN super 240L
dùng để đường hóa.
Enzyme Termamyl 120L (Novo Nordisk – Đan Mạch) là chế phẩm enzyme chịu
nhiệt lên tới 105÷1100C, thuộc nhóm α-amylase (EC 3.2.1.1), được sản xuất bởi vi
khuẩn Bacillus licheniformis. Termamyl 120L hoạt động tối ưu ở điều kiện nhiệt độ
850C. Termamyl xúc tác thủy phân tinh bột thành các dextrin hòa tan và oligosacarit.
pHopt=5÷7, Topt = 50÷950C [17].
SAN super 240L là chế phẩm enzyme được tới ưu hóa có chứa chủ yếu là
amyloglucosidase, alpha-amylase, protease và glucanase. Các điều kiện làm việc
chung cho SAN Super 240L là nhiệt độ 30÷650C (85÷1500F) và pH 4,0÷6,0. Các điều

kiện tới ưu là 600C và pH=5.
Kết luận: Trong quá trình nấu, sử dụng Termamyl 120L để thủy phân tinh bột
thành dextrin, Termamyl được dùng vì nó có thể hoạt động ở nhiệt độ lên đến 1050C.
Trong quá trình nấu, enzyme Termamyl được bổ sung 0,02÷0,03% so với tổng lượng
tinh bột [14].
Trong quá trình đường hóa sử dụng chế phẩm SAN super 240L để tăng hiệu suất
đường hóa với hàm lượng 0,8÷1% so với tổng lượng tinh bột [14].
2.2
Cơ sở lý thuyết của quá trình sản xuất
Ethanol có thể được sản xuất bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp sinh
học. Hiện nay trên thế giới, ethanol được sản xuất chủ yếu bằng phương pháp sinh
học. Sản phẩm thu được từ phương pháp sinh học gọi là cồn thực phẩm, nó khơng chỉ
được sử dụng trong trong cơng nghiệp mà đặc biệt còn có thể sử dụng trong công nghệ
thực phẩm với nhiều mục đích khác nhau. Phương pháp sinh học tạo ít sản phẩm phụ
Sinh viên thực hiện: Lê Thị Hoàng Lan Hướng dẫn: ThS. Bùi Viết Cường

11