SẢN XUẤT cồn 96 độ từ TINH bột sắn

Trong công nghiệp sản xuất rượu, độ cứng trong nước quá lớn ảnh hưởngđến quá trình nấu nguyên liệu, đường hoá và lên men... Đến nay, trongsản xuất rượu lên men từ dịch đường hóa tinh bột

LỜI MỞ ĐẦU

Từ lâu, ngành công nghệ lên men nói chung và công nghệ sản xuất rượuetylic nói riêng đã phát triển và ngày càng lớn mạnh Với việc ứng dụng nhữngthành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất đã và đang tạo ra những sản phẩmrượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầu cuộc sống ngày càng cao củacon người

Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon vàđắt đỏ như vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân, luôn có mặt trongmọi cuộc vui đến bữa ăn hằng ngày Ở Việt Nam nghề nấu rượu cũng có từ lâuđời trong nhân dân tạo ra các sản phẩm truyền thống có tên gọi quen thuộc là

“rượu quốc lủi ”, “rượu nút lá chuối khô ”, rượu Hoa Mai, Bầu Đá, Kim Long… Để có các sản phẩm rượu pha chế ngon cần phải có cồn chất lượng tốt

Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic còn được sử dụng trongnhiều lĩnh vực khác như: trong công nghệ hoá chất, làm dung môi cho các phảnứng hoá học, nguyên liệu Đối với quốc phòng rượu etylic được dùng làm thuốcsúng không khói, nhiên liệu hoả tiễn Trong y tế, rượu etylic là chất sát trùnghoặc pha thuốc Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu Đốivới ngành dệt rượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecnitrong chế biến gỗ Trong tương lai rượu được sử dụng làm nhiên liệu sinh học vìsản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường

Chính sự cần thiết đó nên ngành công nghệ sản xuất rượu etylic đã đem lạithu nhập đáng kể, đóng góp to lớn trong nền kinh tế quốc dân Có nhiều nguồnnguyên liệu để sản xuất rượu etylic, với nền tảng của một quốc gia có nền sảnxuất nông nghiệp đã tạo nên sự đa dạng trong nguồn nguyên liệu chứa tinh bộtcung cấp cho sản xuất cồn, đặc biệt là sắn lát

Trên cơ sở đó, em được giao nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất cồn etylic

từ tinh bột năng suất 60000 lít cồn 96o/ngày”

1.1 Vị trí địa lý [17]

Đông Hà là một thành phố trung tâm của tỉnh Quảng Trị, miền trung việtnam Đông Hà là trung tâm chính trị, văn hóa, xã hội, kinh tế và thương mại củatỉnh Quảng Trị

Đông Hà có một vị trí quang trọng, nằm ở trung độ giao thông của cả nước,trên quốc lộ 1A nối thủ đô Hà Nội – Thành Phố Hồ Chí Minh và quốc lộ 9B trong

hệ thống xuyên Á, là điểm khởi đầu ở phía đông của trục hành lang kinh tế Đông –Tây giữa đông bắc Thái Lan, Lào, Myanma và miền trung Việt Nam qua cửa khẩuquốc tế Lao Bảo và các nước trong khu vực biển đông qua cảng Cửa Việt, kết thúc

ở thành phố Đà Nẵng Từ thuận lợi về giao lưu đối ngoại, Đông Hà có khả năng thuhút, hội tụ để phát triển kinh tế, xã hội và trở thành trung tâm phát luồng các mốiquan hệ kinh tế trong khu vực và quốc tế Chính vì thế tỉnh Quảng Trị đã tổ chứcquy hoạch và hình thành được các Khu, Cụm công nghiệp Đặc biệt, từ cuối năm

2006, cầu Hữu Nghị 2 hoàn thành và đưa vào khai thác, sử dụng đã mở ra hướnggiao thương thông thoáng giữa Quảng Trị với các nước trong khu vực và quốc tế

Tỉnh Quảng Trị chỉ trong vòng 10 năm, diện tích trồng sắn đã tăng lên 11nghìn ha Trong đó: Đakrông 1100ha, Hải Lăng 1300ha, Hướng Hóa 4000ha, TriệuPhong 2000ha Ngoài ra sắn còn được trồng tại các hộ gia đình và các vùng kháctrong tỉnh và ngoài tỉnh

Chính vì những thuận lợi trên nên việc chọn Quảng Trị là địa điểm đặt nhàmáy sản xuất cồn etylic từ nguyên liệu sắn là việc rất hợp lý và cần thiết Qua khảosát thực tế trong địa bàn tỉnh, nhận thấy Khu công nghiệp Nam Đông Hà, thành phốĐông Hà là rất thích hợp để xây dựng một nhà máy sản xuất cồn etylic từ tinh bột(nguyên liệu sắn) năng suất 60000 lít cồn 96o /ngày

1.2 Đặc điểm tự nhiên

Khu Công Nghiệp (KCN) Nam Đông Hà được thành lập vào năm 2004 vớitổng mức đầu tư là 118.359 tỷ đồng, diện tích 98.653 ha Thời gian qua, tỉnh đãquan tâm đầu tư xây dựng cơ sở hạ tầng nên KCN Nam Đông Hà đã hoàn thành hệthống đường bê tông thảm nhựa, cấp điện, nước và đang chuẩn bị xây dựng hệthống xử lý nước thải tập trung, hệ thống thoát nước

Phía Bắc là thành phố Đông Hà, đồng thời nơi đây giáp với tuyến đườngQuốc lộ 1A thuận lợi cho giao thông, thuận tiện vận chuyển nguyên liệu và sảnphẩm

Đông hà chịu ảnh hưởng sâu sắc của hai loại gió mùa: gió mùa đông bắc hoạtđộng từ tháng 11 đến tháng 3 năm sau và gió mùa tây nam hoạt động từ tháng 4 đếntháng 9 Hướng gió chính là hướng Đông - Nam

Nhiệt độ trung bình hàng năm: 26-340C

Độ ẩm tương đối trung bình năm: 80-85%

1.3 Vùng nguyên liệu

Với vị của trí nhà máy thì nguồn nguyên liệu chính được cung cấp bởi 4huyện trọng điểm trong tỉnh: Hải Lăng, Triệu Phong, Vĩnh Linh, Gio Linh, ngoài ralân cận còn có các tỉnh bạn như Thừa Thiên Huế, Quảng Bình Hệ thống giaothông liên hệ trực tiếp với quốc lộ 1A, khoảng cách các địa điểm thu mua nguyênliệu đến nhà máy không xa nên tạo điều kiện thuận lợi cho việc vận chuyển sắn.Ngoài ra, khi xây dựng nhà máy để có nguyên liệu cho việc sản xuất thuận lợi tacần mở rộng thêm vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư vốn cho nông dân, khuyếnkhích dùng giống mới đạt năng suất cao

1.4 Hợp tác hóa và liên hiệp hóa

Nhà máy được xây dựng ở KCN Nam Đông Hà và trong tương lai không xa

sẽ xây dựng thêm nhà máy sản xuất thức ăn gia súc, phân vi sinh, khi đó rất thuậntiện cho việc liên kết hóa 3 nhà máy này với nhau Ngoài ra, nhà máy còn hợp táchóa với các nhà máy lân cận để giảm bớt chi phí xây dựng như cơ sở đường giaothông, trạm biến áp, hệ thống xử lý nước thải

Về nguồn nguyên liệu thì sự hợp tác hoá chặt chẽ để phân vùng nguồn

nguyên liệu giúp thu hoạch đúng thời gian và đạt hiệu quả kinh tế cao Ngoài ra,nhà máy phải kết hợp chặt chẽ với trung tâm nghiên cứu giống cây trồng, sở nôngnghiệp và phát triển nông thôn để kịp thời cung cấp cho nông dân các loại giốngcho năng suất cao đảm bảo chất lượng Đồng thời, nguồn phế thải của nhà máy như

bã rượu sẽ là nguồn thức ăn cho các loại chăn nuôi heo, bò và sản xuất thức ănnuôi tôm

1.5 Nguồn cung cấp điện

Nhà máy sử dụng nguồn điện do sở điện lực Quảng Trị cung cấp từ mạnglưới điện quốc gia 500 kV được hạ thế xuống 220V/380 nhằm hổ trợ cho sản xuấtlúc khởi động máy, chạy thiết bị…Ngoài ra nhà máy còn có dự phòng các máy phátđiện công suất nhỏ chạy bằng nhiên liệu dầu diezen để phòng khi mất điện

1.6 Nguồn cung cấp hơi

Hơi được dùng vào nhiều mục đích khác nhau, tuỳ theo yêu cầu của từngcông đoạn sản xuất Lượng hơi đốt cung cấp cho phân xưởng được lấy từ lò hơiriêng của nhà máy

1.7 Nhiên liệu

Nhiên liệu dùng cho lò hơi là dầu DO, dầu FO, gas

1.8 Nguồn cung cấp nước và xử lý nước

Nước dùng trong nhà máy thì chủ yếu là để sản xuất, sinh hoạt, tưới cây,phòng cháy chữa cháy, để vệ sinh thiết bị và nhà xưởng Vì thế nước được lấy trựctiếp từ nhà máy nước Quảng Trị

1.9 Giao thông vận tải

Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng đối với tất cả các nhà máy Hằngngày, tại nhà máy có rất nhiều chuyến xe đến và đi để chở nguyên liệu vào sản xuất,

và chở sản phẩm đi tiêu thụ

Khu công nghiệp Nam Đông Hà nằm gần ga Đông Hà và quốc lộ 1A, cáchtrung tâm thị xã Đông Hà 2 km, cách cửa khẩu quốc tế Lao Bảo 80 km, cách cảngCửa Việt 15 km, nằm gần trục đường hành lang kinh tế đông - tây sẽ là lợi thế đểgiảm chi phí vận chuyển, lưu thông hoạt động dễ dàng

1.10 Nguồn nhân lực

Tỉnh Quảng Trị là một tỉnh còn rất nghèo Dân số đông, cuộc sống nhân dâncòn nhiều cơ cực, và tỉnh có các huyện miền núi đông dân cư Nên việc xây dựngnhà máy sẽ giải quyết phần nào việc làm cho lao động trong khu vực, tạo điều kiệncho nền kinh tế tỉnh nhà ngày càng phát triển

Quảng Trị có nguồn nhân lực dồi dào, ngoài ra còn có một lượng lớn laođộng từ các nơi khác đến Vì thế nguồn lao động cho nhà máy có thể tuyển dụng từlực lượng này, cũng là giải quyết việc làm tại chỗ cho người dân Đội ngũ cán bộkhoa học kỹ thuật và quản lý nhà máy sẽ tiếp nhận của trường Đại Học Đà Nẵng vàcác trường Đại Học khác trên toàn quốc

1.11 Thoát nước

Phần lớn nước thải của nhà máy đều chứa các hợp chất hữu cơ, đây là môitrường thích hợp cho vi sinh vật phát triển, khi thải ra ngoài sẽ gây ảnh hưởng đếnmôi trường sinh thái Vì vậy, nước từ các phân xưởng sản xuất chảy ra sẽ được đưaqua hệ thống xử lý nước thải của nhà máy trước khi ra ngoài hay qua nhà máy xử lýnước thải trong khu công nghiệp Mặt khác phải tránh đọng nước thường xuyên làmngập móng tường, móng cột ảnh hưởng đến kết quả xây dựng

Ở nước ta, sắn được trồng ở khắp nơi từ Nam tới Bắc nhưng do quá trìnhsinh trưởng và phát triển của sắn kéo dài, sắn giữ đất lâu nên chỉ các tỉnh trung du

và thượng du Bắc Bộ như: Phú Thọ, Tuyên Quang, Hòa Bình… là những nơi cóđiều kiện trồng trọt thích hợp hơn cả

Sắn gồm nhiều giống khác nhau Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màusắc củ, thân, gân lá mà phân loại:

- Sắn dù: Cây thấp (không quá 1,2m), đốt ngắn, thân cây khi non màu xanhnhạt, cuống và gân lá màu hơi trắng, lá xòe như cái ô Vỏ gỗ nâu sẫm, vỏ cùi và thịt

sắn đều trắng Hàm lượng axit xyanuahydric cao ăn bị ngộ độc, hàm lượng bột cao.

- Sắn vàng: Khi còn non thân cây màu xanh sẫm, cuống lá màu đỏ, có sọcnhạt Củ sắn dài, to, vỏ gỗ màu vàng nâu, vỏ cùi màu trắng, thịt sắn màu vàng nhạt,khi luộc màu vàng rõ rệt hơn, mềm, ít xơ, ít nhựa, ăn dẻo thơm, không gây ngộ độc

- Sắn đỏ: Thân cây cao (3m), khi non màu xanh thẫm, đốt dài, cuống và gân

lá màu đỏ thẫm Củ dài, to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày màu hơi đỏ, thịt trắng

Hình 2.1 Cây và củ sắn

- Sắn trắng: Thân cây cao, khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá đỏ Củngắn, mập, vỏ gỗ màu xám nhạt, thịt trắng Khi luộc bở, thơm, ít nhựa.

Trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại là sắn đắng

và sắn ngọt Sắn đắng có hàm lượng axit xyanuahydric cao, ăn bị ngộ độc, hàmlượng tinh bột cũng cao, không dùng để ăn tươi mà chỉ để sản xuất bột và sắn lát.Sắn ngọt có hàm lượng axit xyanuahydric thấp, hàm lượng bột cũng thấp hơn, dễchế biến và sử dụng

2.1.1.2 Đặc điểm sinh học [7, tr 21]

a Thân

Thân có chiều cao trung bình 1,5 m; có khi cao 2÷3 m Đường kính ở gốcthân biến động từ 2÷6cm Thân có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ vàogiống

Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau Thông thườngthân non có màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổithành màu vàng tro hay xám lục

Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại.Chiều dài lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân

Cấu tạo của thân gồm các phần chính:

- Tầng biểu bì (lớp bần): mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, cónhiệm vụ bảo vệ các phần trong thân

- Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ

- Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): cứng, ở giữa có lõi thẳng giúpcây sắn cứng và đứng thẳng được

- Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữathân, chứa nhiều khí và nước

b Lá

Có gân lá nổi rõ ở mặt sau Lá mọc so le, xếp trên thân theo đường xoắn ốc

Lá non ở ngọn sắn có màu xanh hay tím Lá già màu xanh, chiều dài từ 8÷20

cm, chiều rộng 1÷6 cm Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới có màu xanh nhạt

Cuống lá dài khoảng 9÷20 cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím tùygiống

Hình 2.2 Thân sắn và cấu tạo của thân cây sắn

Hình 2.4 Củ sắn và cấu tạo của củ sắn

Hình 2.3 Lá sắn

Cấu tạo của củ sắn bao gồm:

- Vỏ gồm vỏ gỗ và vỏ cùi:

+ Vỏ gỗ: Bao bọc ngoài cùng củ sắn Màu sắc từ trắng xám tới vàng, vàngsẫm hay nâu tùy thuộc loại giống Thành phần cấu tạo chủ yếu là xenlulloza vàhemixenlulloza, hầu như không có tinh bột vì vậy nó rất bền, giữ vai trò bảo vệ cho

củ ít bị tác động từ bên ngoài Vỏ gỗ rất mỏng, chiếm khoảng 0,5÷3% khối lượngtoàn củ

+ Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ

Vỏ cùi mềm, ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụnglượng bột này khi chế biến không tách vỏ cùi ra Mủ sắn cũng tập trung chủ yếutrong vỏ cùi Trong mủ chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,…

- Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ Thành phầnchủ yếu là xenluloza Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữacây và củ, đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô

- Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác Đây làphần dự trữ chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ Các chất polyphenol, độc tố vàenzyme chứa ở thịt củ tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng cótrong củ nhưng vẫn gây trở ngại khi chế biến như làm biến màu

2.1.1.3 Thành phần hoá học của củ sắn [7, tr 23]

Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20÷34%; protein 0,8÷1,2%; chấtbéo 0,3÷0,4%; xenlulose 1÷3,1%; chất tro 0,54%; polyphenol 0,1÷0,3% và nước60÷74,2%

Sắn khô: nước 13,12%; protit 0,205%; gluxit 74,74%; chất béo 0,41%;xenlulose 1,11%; tro 1,69%

Ngoài ra các chất kể trên trong sắn còn chứa một số vitamin và độc tố Trong các vitamin thì vitamin B1 và B2 mỗi loại chiếm 0,03 mg%, còn B6

chiếm 0,06 mg% Các vitamin này sẽ mất một phần khi chế biến nhất là khi nấu

Chất độc có trong sắn ngày nay đã được nghiên cứu và xác định tương đối rõ

đó chính là HCN tồn tại dưới dạng phazeolunatin gồm hai glucozit linamarin

(C10H17O6N) và lotaustralin (C11H19O6N) Bình thường phazeolunatin không độcnhưng khi thủy phân dưới tác dụng của enzyme hay axit thì các glucozit này sẽgiải phóng axit HCN gây độc Thông thường thì các độc tố tập trung ở cùi vỏ và

Fe ≤ 0,3 mg/l F ≤ 3 mg/l Zn ≤ 5

Mn ≤ 0,05 mg/l Cl ≤ 0,5 mg/l SO42-: 60-80 mg/l

Mg ≤ 125 mg/l As ≤ 0,05 mg/l Cu ≤ 3 mg/l

Pb ≤ 0,1 mg/l NO3- ≤ 35 mg/l

Không cho phép có NH3 và muối của axit nitric

Không có các kim loại nặng như Hg, Ba, Cr

Không có amoniac (NH3), sunfuahydro (H2S), chất cặn không vượt quá: 1mg/lít.Nước mặt (sông) chứa lượng muối khoáng thấp: 40-500 mg/lít, tạp chất hữa cơkhoảng: 2-100 mg/lít Nước ngầm hàm lượng muối khoáng nhiều hơn: 500-3000mg/lít, hàm lượng các chất hữu cơ không vượt quá 4 mg/lít và vi sinh vật hầu nhưkhông có Trong công nghiệp sản xuất rượu, độ cứng trong nước quá lớn ảnh hưởngđến quá trình nấu nguyên liệu, đường hoá và lên men

2.3 Nấm men [5;tr 206 - 227]

2.3.1 Đặc tính chung của nấm men

Hình 2.5: Saccharomyces cerevisiae [19]

Nấm men là tên chung để chỉ nhóm nấm thường cấu tạo đơn bào, sinh sôi nảy

nở bằng cách nảy chồi Nấm men sống đơn độc hay từng đám không di động, phân

bố rộng rãi trong tự nhiên

Trong thực tế sản xuất có thể nhận biết được tế bào nấm men trẻ, trưởng thành,già và chết bằng hình thái vật lý qua kính hiển vi kết hợp với nhuộm màu Nấm men

sử dụng trong thùng lên men lúc tế bào đang thời kì trưởng thành Trong một môitrường thường gồm tất cả các loại tế bào, nên phương pháp nhanh và tương đốichính xác là nhuộm màu bằng phương pháp xanh metylen Tế bào trẻ không bắtmàu trong sáng, tế bao già màu xanh nhạt đều từ nguyên sinh chất đến màng tế bào,

tế bào chết bắt màu xanh đậm và màng tế bào rõ nét hơn

+ Thích nghi với những điều kiện không thuận lợi của môi trường Đăc biệt làđối với chất sát trùng Riêng đối với nước ta, đòi hỏi lên men được ở nhiệt độ tươngđối cao (350C)

Để có được một chủng nấm men thỏa mãn yêu cầu trên, thường trải qua thờigian tuyển chọn, thuần hóa, đột biến, lai ghép…lâu dài, phức tạp Đến nay, trongsản xuất rượu lên men từ dịch đường hóa tinh bột, thường sử dụng một trong cácchủng sau:

- Nấm men chủng II (Saccharomyces cerevisiae Rase II): Sinh bọt nhiều và thích

nghi ở độ axit thấp, sức kháng cồn cao, không lên men được đường lactoza Kíchthước tế bào 5,6 - 7µm

- Nấm men chủng XII (Saccharomyces cerevisiae Rase XII): Phân lập ở Đức

năm 1902, tốc độ phát triển nhanh và ít sinh bọt, sau 24h một tế bào có thể pháttriển thêm 56 tế bào mới Lên men ở nhiệt độ cao và lên men được nhiều loạiđường, có thể lên men đạt 13% rượu trong môi trường Nấm men Rasse XII thuộcloại lên men nổi, được phân bố rất đều trong toàn bộ dịch lên men, không tạo thànhđám trắng Kích thước tế bào 5 - 8µm

- Nấm men MTB Việt Nam (men thuốc bắc): Được phân lập tại nhà máy rượu

Hà Nội từ men thuốc bắc Lên men được nhiều loại đường ở nhiệt độ cao (39 –

400C), chịu độ axit tương đối cao (1 – 1,50), nồng độ rượu có thể đạt được 12 - 14%.Đặc biệt, qua nhiều năm thuần hóa, nấm men này đã phát triển và lên men tốt ở môitrường có 0,02 – 0,025% chất sát trùng Na2SiF6

Chọn nấm men chủng XII để lên men dịch đường hóa từ tinh bột

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

+ Nhiệt độ: Nấm men chủng XII phát triển tốt nhất ở nhiệt độ 30 – 330C Nhiệt

độ tối đa 380C, tối thiểu 50C

+ pH: Nấm men có thể phát triển trong môi trương có pH = 2 – 8, nhưng thíchhợp nhất là 4,5 – 5 Vi khuẩn bắt đầu phát triên ở pH = 4,2 và cao hơn, khi pH < 4,2chỉ có nấm men phát triển Vì vậy trong lên men rượu để ngăn ngừa hiện tượngnhiễm khuẩn, người ta thực hiện trong giới hạn pH = 3,8 – 4 Tuy nhiên các loài vikhuẩn cũng quen dần với pH thấp, nên còn kết hợp các chất sát trùng

+ Nồng độ rượu: Thường trong dịch nấm men có chừng 4 – 6% rượu Nồng độrượu sinh ra có ảnh hưởng đến tốc độ và khả năng phát triển của nấm men Nồng độ

rượu ảnh hưởng đến tốc độ phát triển riêng của nấm men còn phụ thuộc vào thờigian, số lượng tế bào và nguyên liệu chuẩn bị môi trường nuôi cấy.

+ Sự thông khí và đảo trộn: Thông không khí tức là cung cấp oxy cho quá trình

hô hấp của nấm men Việc thông khí và đảo trộn có tác dụng làm cho môi trườngluôn ở trạng thái động, tăng cường sự tiếp xúc giữa các tế bào nấm men với môitrường dinh dưỡng, do đó rút ngắn được thời gian nuôi cấy Thiếu không khí tức làđiều kiện yếm khí, làm cho nấm men thực hiện quá trình lên men, nồng độ rượutrong môi trường tăng lên nhanh chóng, có tác dụng kìm hãm sự phát triển của nấmmen

+ Ngoài các yếu tố trên các chất sát trùng, các muối kim loại, tia cực tím đềuảnh hưởng đến hoạt động sống của nấm men

2.3.4 Môi trường nuôi cấy nấm men

+ Giai đoạn phòng thí nghiệm:

Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn 10 ml, 100 ml thường dùng là nước đườnghóa của malt Nước malt chuẩn bị như sau: Gạo tẻ đem nấu cháo đặc, rồi làm nguộixuống 55 - 580C Sau đó cho đường hóa bằng malt đã nghiền nhỏ với tỉ lệ 15 - 20%

so với gạo Giữ nhiệt độ đường hóa 55-50C trong 4-6 giờ, thử khả năng thủy phân.Nâng nhiệt độ 95 - 1000C, sát trùng và lọc nhanh Dịch đường được phân phối vàoống nghiệm 10 ml, bình tam giác 250 ml, bình cầu 900 ml Nút bông bình và đemtiệt trùng ở áp suất 1 kg/cm2, trong thời gian 30 phút

+ Môi trường 10 lít, có thể lấy dịch trực tiếp ở thùng đường hóa trong sản xuất

và bổ sung thêm nấm mốc (5 - 7%) để đảm bảo nồng độ cho nấm men phát triển,sau đó đem lọc, tiệt trùng, làm nguội về nhiệt độ 35 - 360C và tiếp men giống từthùng 100 lít

Khi chuyển giống từ bình nọ sang bình kia cần tuân thủ nghiêm ngặt các điềukiện vệ sinh

+ Nhân giống trong sản xuất:

Nhân giống đến đủ số lượng 10% dịch đường lên men Môi trường nhângiống thường được lấy trực tiếp từ thùng đường hóa nhưng cần đường hóa thêm đểđảm bảo hàm lượng đường cho nấm men phát triển.

─ Nhóm các hóa chất xử lý nước: than hoạt tính, hạt nhựa,…

─ Hóa chất sát trùng: Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế

và ngăn chặn sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa

2.2.2 Chế phẩm enzym [1;tr 269-271]

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

- Termamyl 60L : là một emzym α - amylaza cô đặc ở dạng lỏng hoạt động ổnđịnh nhiệt độ cao Hoạt động của nó là thủy phân tinh bột thành dextrin giống như

α - amylaza của malt Termamyl 60L có thể hoạt động tốt trong thủy phân ở pH =5,0 Nhiệt độ thích hợp 900C và không yêu cầu sự có mặt của muối canxi cho sự ổnđịnh của nó

- Fungamyl 800L : là α -amylaza cô dặc ở dạng lỏng Nhiệt độ tối thích là

60-65oC , Fungamyl 800L hoạt động thủy phân tinh bột thành dextrin giống như các α

-amylaza khác, tuy nhiên có một lượng lớn mantoza được tạo thành Fungamyl800L có thể hoạt động thủy phân tinh bột ở pH = 4,5 và không đòi hỏi điều kiện cómuối Ca cho sự ổn định của nó

- Spiritamylaza Novo 150L : là một glucoamylaza lỏng cô đặc, được thủy phântinh bột trong công nghệ lên men rượu Emzym này thủy phân tinh bột hoàn toànthành các đương lên men glucoza không có các dextrin trong các sản phẩm thủyphân Spiritamylaza Novo 150L giữ được hoạt tính và ổn định bền vững ở pH thấpnhư là pH = 3 tại 600C Tính ổn định của spiritamylaza không phụ thuộc vào sự cómặt của ion Caxi (Ca2+).

Nhà máy dùng chế phẩm Novo amylaza của Đan Mạch Trong sản xuất cồn,enzym này được sử dụng tăng hiệu suất đường hóa

CHƯƠNG 3 CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY

+ Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi

+ Nấu được tiến hành trong áp suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài

Ưu điểm:

+ Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị

+ Thao tác vận hành đơn giản

+ Dễ vệ sinh và sửa chữa (nếu cần)

Nhược điểm:

+ Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ

+ Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ(caramen, melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylaza và nấmmen

+ Khi dùng acid thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm ăn mòn thiết

bị, nếu nhiều sẽ ảnh hưởng tới hoạt độ của amylaza

+ Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn

+ Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất đườngtăng hiệu suất lên 7 lít cồn/tấn tinh bột.

+ Dùng được hơi thứ nên giảm được 15÷30 % lượng hơi dùng cho nấu

+ Năng suất thiết bị tăng so với nấu gián đoạn

Nhược điểm:

+ Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị

+ Thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích

+ Nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm khôngmong muốn

+ Khó vệ sinh do nhiều thiết bị và thiết bị nấu chín thêm có cấu tạo phức tạp

+ Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu

+ Thời gian nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm tổn thất đường docháy và tạo melanoidin Nhờ đó hiệu suất cồn tăng lên 5 lít so với nấu bán liên tục

và 12 lít/tấn tinh bột so với nấu gián đoạn

+ Năng suất riêng trên 1 m3 thiết bị tăng khoảng 7 lần

+ Tiêu hao kim loại để chế tạo thiết bị giảm khoảng 1/2 so với bán liên tục.+ Dễ cơ khí và tự động hóa

+ Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao

+ Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định

3.1.1.4 Nấu có sử dụng enzym

Đặc điểm:

+ Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 1000C

+ Sử dụng enzym α - amylase chịu nhiệt Enzym này thu nhận từ vi khuẩnB.Lichenigermis có pH khoảng 5 ÷ 6 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có thể 90 ÷

+ Năng lượng giảm do quá trình nấu thực hiện ở áp suất và nhiệt độ thấp

+ Tránh được hiện tượng lão hóa tinh bột (do amyloza và amylopectin đã đượcthủy phân thành các dextrin)

+ Năng suất quá trình chuyển hóa thành đường lên men cao

Nhược điểm:

+ Kích thước bột nghiền phải nhỏ khoảng 1mm

+ Dễ cơ khí và tự động hóa

3.1.2 Các phương pháp đường hóa [7, tr 62, 95 - 104]

Đường hóa dịch cháo nấu có thể tiến hành theo phương pháp liên tục, gián

đoạn Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quantrọng trước tiên là tác nhân đường hóa:

+ Dùng acid HCl hoặc H2SO4: Phương pháp này ít dùng vì giá thành cao màhiệu suất thu hồi thấp

+ Dùng amylaza của thóc mầm (malt đại mạch): Một số nước Châu Âu vẫn còndùng phương pháp này

+ Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: Đây là phương pháp đượchầu hết các nước sử dụng trong sản xuất cồn.

+ Ở Việt Nam đa số các nhà máy cồn đều dùng amylaza thu được từ nấm mốc,mấy năm gần đây có dùng chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch

3.1.2.1 Đường hóa liên tục

Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau,dịch cháo và dịch amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộphận lên men

Phương pháp có ưu điểm so với đường hóa gián đoạn:

+ Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa

+ Thời gian đường hóa ngắn, tăng được công suất của thiết bị và do đó tiết kiệmđược diện tích của nhà xưởng

+ Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rútngắn

Nhược điểm:

+ Yêu cầu người vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao

+ Yêu cầu các yêu cầu đúng kỹ thuật và ổn định

3.1.2.2 Đường hóa bán liên tục

Đường hóa gián đoạn được thực hiện trong một thiết bị, quá trình đương hóakéo dài

Phương pháp này có ưu điểm là dịch cháo được dịch hóa, nhưng thời gian đổcháo kéo dài, enzym amylaza giảm hoạt tính, đồng thời làm giảm năng suất củathiết bị

3.1.3 Các phương pháp lên men [5, tr 251 - 266]

3.1.3.1 Phương pháp lên men gián đoạn

Đặc điểm: Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gianlên men kéo dài

Ưu điểm:

+ Thao tác của công nhân đơn giản

+ Thiết bị dễ vệ sinh, sửa chữa

+ Nếu có sự cố (nhiễm khuẩn, nấm mem kém, tình trạng lên men không bìnhthường…) thì chỉ xảy ra trong phạm vi của thùng lên men đó, không ảnh hưởng đếnthùng lên men khác, xử lý nhẹ nhàng hơn.

Nhược điểm:

+ Chất lượng lên men không đồng đều

+ Hiệu suất lên men thấp

+ Thời gian lên men dài so với các phương pháp khác

3.1.3.2 Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì)

Lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạncuối Đây là phương pháp cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặctrung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết

Ưu điểm:

Phương pháp lên men chu kì có ưu điểm là đơn giản, rút ngắn được chu kì lênmen, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men Tế bào nấmmen liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng mengiống thường xuyên

Nhược điểm:

Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn,các thiết bị lên men được nối với nhau bởi một đường ống chung nên lắp đặt phứctạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặt biệt làcác thùng đầu dãy

3.1.3.3 Lên men liên tục

Dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra Dịchđường phải đi qua nhiều các thùng lên men: Thùng lên men chính, các thùng lênmen tiếp theo là lên men phụ Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn

Ưu điểm:

Hiệu suất lên men tăng, dễ cơ khí và tự động hóa, thời gian lên men được rútngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng men gống ban đầu cao, chất lượnggiấm chín là ổn định

Nhược điểm:

Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sửa chữa thiết

bị cần có kế hoạch cụ thể, yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định

3.1.4 Chưng cất và tinh chế cồn [13]

3.1.4.1 Cơ sở lý thuyết về chưng cất rượu

Chưng cất là quá trình tách rượu và các tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín Kếtquả ta nhận được cồn thô

Giấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như : rượu, este, andehyt và một sốancol có số các bon lớn hơn hai, các ancol này ta gọi là ancol cao phân tử hay dầufusel ( dầu khét )

Ngoài ra trong giấm chín còn chứa tinh bột, dextrin, protit, axit hữu cơ và chấtkhoáng Tuy là hỗn hợp nhiều cấu tử nhưng trong thành phần của giấm chín chứachủ yếu là rượu Etylic và nước, vì thế khi nghiên cứu người ta xem giấm chín nhưhỗn hợp của hai cấu tử

Quá trình chưng cất rượu có thể dựa vào 2 định luật sau ( do Cônôvalốp vàVrepski đưa ra):

-Định luật I: Thiết lập quan hệ giữa thành phần pha lỏng và pha hơi ở trạng tháicân bằng chất lỏng, cấu tử dễ bay hơi trong thể hơi luôn nhiều hơn trong thể lỏng.Nếu ta thêm cấu tử dễ bay hơi vào dung dịch thì điều đó sẽ dẫn đến làm tăng độ bayhơi của hỗn hợp, nghĩa là làm giảm nhiệt độ sôi của dung dịch ở áp suất đã cho Tuynhiên độ bay hơi của hỗn hợp chỉ tăng theo nồng độ rượu trong pha lỏng tới mộtnồng C% nào đó Sau đó nếu tiếp tục thêm rượu vào pha lỏng thì độ bay hơi khôngtăng nữa mà giảm đi Lúc này định luật I không còn đúng nữa

- Định luật II: Khi chưng cất và tinh chế ở áp suất khí quyển, ta chỉ có thể nhậnđược cồn có nồng độ 97, 2% V Thành phần hơi thoát ra từ dung dịch phụ thuộc vào

áp suất bên ngoài Khi tăng áp suất của hệ thống hai cấu tử, cấu tử nào khi bay hơiđòi hỏi nhiều năng lượng thì hàm lượng tương đối của nó sẽ tăng trong hỗn hợpđẳng phí Do đó khi chưng cất rượu trong điều kiện chân không thì có lợi hơn và cóthể thu được rượu với nồng độ cao hơn 97, 2%V phụ thuộc vào độ chân không

thay đổi phụ thuộc vào nguyên liệu Có một số tạp chất mang tính đặc thù của từngnguyên liệu.Còn sản xuất rượu từ tinh bột thường chứa furfuron và các tạp chất gây

vị đắng, đó là các tecpen

Phân loại tạp chất:

-Trong việc tinh chế cồn người ta chia tạp chất thành ba loại sự phân loạinày chỉ mang tính quy ước vì tính chất của tạp chất có thể thay đổi tuỳ theo nồng độcồn trong tháp

-Tạp chất đầu : bao gồm nhóm chất dễ bay hơi hơn rượu etylic ở bất kỳ nồng

độ nào, nghĩa là hệ số bay hơi luôn luôn lớn hơn hệ số bay hơi của rượu ở cùngnồng độ.Ví dụ như: aldehyt axetic, axetatetyl, axetat metyl, formiat etyl, aldehytbutyric

-Tạp chất cuối: gồm nhóm chất có độ bay hơi kém hơn so với độ bay hơi củarượu etylic ở cùng nồng độ ,do đó nhiệt độ sôi của nó lớn hơn nhiệt độ sôi của rượu

ở cùng áp suất.Gồm các alcol cao phân tử như alcol amylic, alcol izoamylic,izobutylic, propylic, izopropylic.Tạp chất cuối điển hình nhất là axit axetic

-Tạp chất trung gian: là thể hiện tính chất phụ thuộc vào nồng độ cồn, chẳnghạn ở nồng độ cao thì nó là tạp chất cuối, ở nồng độ thấp nó lại là tạp chất đầu Đó

là các chất như izobutyrat etyl, izovalerat etyl, izovalerat izoamil và axetat izoamyl

-Tạp chất đầu và tạp chất cuối tương đối dễ tách, còn tạp chất trung gian rấtkhó tách

* Hệ số tinh chế :

Độ bay hơi của các tạp chất phụ thuộc vào nồng độ alcol Etylic trong dungdịch

Gọi A% là % của rượu trong pha hơi

a% là trọng lượng của rượu trong pha lỏng thì A/a = Kr gọi là hệ số bay hơicủa rượu

Tương tự như vậy ta có B/b=Ktc gọi là hệ số bay hơi của tạp chất

Hệ số bay hơi của rượu và hệ số bay hơi của tạp chất cho ta biết trong thể hơichứa bao nhiêu lần rượu hoặc tạp chất nhiều hơn so với ở thể lỏng Để đánh giá độbay hơi tương đối của tạp chất so với rượu ở cả hai pha lỏng và hơi, người ta đưa ra

hệ số tinh chế K và biểu diễn bằng tỷ số:

Nếu :

K = 1 Tạp chất trung gian

K < 1 Tạp chất cuối

K > 1 Trong hơi có nhiều tạp chất (tạp chất đầu)

Hệ số tinh chế cho ta dự đoán sơ bộ khoảng không gian chứa nhiều tạp chấttrong tháp Tuy nhiên không xác định vị trí lấy tạp chất cụ thể

Để tách cồn thô khỏi giấm và tinh chế để nhận được cồn tinh chế có chất lượngcao ta có thể thực hiện theo các phương pháp sau: phương pháp gián đoạn, phươngpháp bán liên tục và phương pháp liên tục, trên các sơ đồ thiết bị khác nhau, từ đơngiản đến phức tạp, tuỳ theo điều kiện, vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng của cơ sởsản xuất

3.2 Lập và thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.2.1 Chọn dây chuyền công nghệ

Nguyên liệu sắn

Làm sạch

Nghiền nguyên liệu

Nấu sơ bộ (to=80÷850C) Enzyme Termamyl

Làm nguội Enzyme Spirit

Đường hoá (to=60÷620C)

H2SO4, Na2SiF6

Nấm men phòng thí nghiệm Làm nguội (to=28÷320C)

Nấm men sản xuất Lên men (to=30÷320C)

Hơi Tháp trung gian Cồn đầu

Cồn đã tách cồn đầu Làm lạnh cồn đầu

Hơi Tháp tinh Dầu fusel

Làm lạnh

Cồn thực phẩm

Kho bảo quản

3.2.2 Thuyết minh dây chuyền công nghệ

3.2.2.1 Làm sạch [7, tr 31]

3.2.2.1.1 Mục đích

Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim loại

có trong nguyên liệu Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất,thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượngsản phẩm

3.2.2.2 Nghiền nguyên liệu [7, tr 33]

3.2.2.2.1 Mục đích

Nhằm phá vỡ cấu trúc thực vật của củ sắn, tạo điều kiện giải phóng các hạttinh bột khỏi các mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quátrình trương nở, hòa tan tốt hơn, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình dịch hóa,hồhóa

3.2.2.2.2 Các phương pháp nghiền Hình 3.1 Sàng rung

Hình 3.1 Sàng rung

Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau nhưmáy nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc…

Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa

Hình 3.2 Máy nghiền búa

1 Phễu nạp liệu, 2 Búa, 3 Lưới, 4 Đĩa treo búa, 5 Trục quay

3.2.2.2.3 Hoạt động của máy nghiền búa [7, tr 33]

Sắn lát đưa vào máy nghiền búa qua phễu nạp liệu (1) Sắn lát được nghiềnnát nhờ lực va đập của sắn và búa nghiền (2) vào thành trong của máy nghiền và do

sự cọ xát giữa các lát sắn với nhau Búa được lắp trên đĩa treo búa (4) gắn trên trụcquay (5), các búa được treo cách đều nhau Sắn lát sau khi được nghiền đạt kíchthước yêu cầu lọt qua lưới (3) ra ngoài và được đưa vào phễu chứa nhờ gàu tải, vớinhững phần nghiền chưa đạt yêu cầu nằm trên lưới và tiếp tục được búa nghiền chođến khi có kích thước đủ nhỏ lọt lưới ra ngoài Sau khi nghiền kích thước của bộtsắn khoảng 1,5 mm

3.2.2.3 Nấu [7, tr 36]

3.2.2.3.1 Mục đích

Mục đích của quá trình nấu la nhằm phá vỡ màng tế bào dự trữ tinh bột trongnội nhũ của hạt hay trong phần thịt củ, để phân tán các mạch tinh bột tự do trongnước, tạo điều kiện thuận lợi cho hệ emzym amylaza dễ dàng tác dụng khi đườnghóa,biến tinh bột thành đường lên men càng triệt để càng tốt

Bột sắn nghiền

Sắn lát

3.2.2.3.2 Những biến đổi lý hóa xảy ra trong khi nấu nguyên liệu

a) Sự trương nở và hòa tan tinh bột

Trong quá trình nấu, do tác động đồng thời của nước và nhiệt độ mà hạt tinh bộthút nước rất nhanh, tinh bột sau khi hút nước sẽ trương nở, tăng thể tích và khốilượng Tinh bột được giải phóng ra môi trường thành tinh bột tự do và thu được hồtinh bột Nhiệt độ ứng với độ nhớt cực đại gọi là nhiệt độ hồ hóa

b) Sự biến đổi Xenluloza và Hemixenluloza

Trong quá trình nấu ở môi trường axit nhẹ, xenluloza không bị phân thủy phân.Hemixenluloza được tạo thành bởi các gốc đường pentoza (C5) một phần có thể bịthủy phân Sự thủy phân này bắt đầu xảy ra khi nấu nguyên liệu và chuẩn bị hỗnhợp (dưới tác dụng của men xitaza) và tiếp tục xảy ra trong quá trình nấu (dưới tácđộng của ion H+) tạo ra dextrin, các hợp chất cao phân tử (rất ít), và đường pentoza(xyloza, arabinoza)

c) Sự biến đổi của đường, tinh bột và một số chất khác

Sự biến đổi của tinh bột và đường có ý nghĩa rất quan trọng trong sản xuấtrượu Khi nấu, một phần tinh bột bị thủy phân dưới tác động của enzyme amylazathành dextrin và đường maltoza

Đường glucoza, frutoza, saccaroza là đường chủ yếu có sẵn trong nguyên liệu,còn đường maltoza được tạo thành trong quá trình nấu Dưới tác dụng của nhiệt độcao đường sẽ bị thủy phân tạo thành melanoidin, các sản phẩm caramen hóa,…gâysẫm màu và giảm chất lượng khối nấu Protit và chất béo hầu như không bị thay đổitrong quá trình nấu

3.2.2.3.3 Tiến hành [ 7, tr 52-54]

Hình 3.3 Hệ thống Misurin.

1.Gàu tải hạt, 2.Gàu tải củ, 3.Thiết bị tách tạp chất kim loại, 4.Phểu chứa hạt,5.Vít tải định lượng hạt, 6.Van điều chỉnh nước, 7.Máy nghiền hạt, 8.Cân địnhlượng củ, 9 Máy thái củ, 10.Thiết bị trộn và nấu sơ bộ, 11 Bơm chuyển hỗn hợpnấu, 12 Ống góp hơi chính, 13 Bộ tiếp xúc nhiệt, 14 Nồi nấu chín 15 Nồi Nấuchín thêm, 16 Phao điều chỉnh mức, 17.Thiết bị tách hơi thứ

Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất địnhtại thùng hòa bột rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ Trong quá trình nấu có bổ sung enzymeTermamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột Tại nồi nấu sơ bộ khối nấuđược nâng lên 80÷850C trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt độngcủa enzyme α-amylaza để phân cắt mạch tinh bột Tiếp đó khối nấu nhờ bơmpittông bơm sang thiết bị phun dịch hóa tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở ápsuất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịnhơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷960C Sau đó khối nấu tiếp tục đượcbơm sang nồi nấu chín , theo đó dịch cháo chảy từ trên xuống còn hơi chính được

cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh vàđun nóng tới mức độ cần thiết Ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu sẽ được giữ ở nhiệt

độ 100÷1050C trong khoảng thời gian từ 25÷30 phút Hệ thống chín gồm 6 nồi nấuchín Việc điều chỉnh mức khối nấu nhờ phao điều chỉnh Hơi thứ tách ra ở nồi nấuchín được tách ở thiết bị tách hơi được thu hồi và cung cấp cho nồi nấu sơ bộ

Ở nồi nấu chín, dịch được cho vào theo cửa (b) Ở giữa nồi nấu có một váchngăn chia nồi nấu thành 2 phần nhưng ở đáy lại thông nhau Dịch đi vào phía trêntheo cửa (b) của nồi rồi chảy xuống đáy sau đó tràn qua ngăn kia cho đến khi đầythì chảy chuyền sang nồi khác qua cửa (d) Phía dưới đáy nồi có van xả đáy (e) để

xả dịch nấu khi có trường hợp bị sự cố

Ta có : + Thời gian nấu sơ bộ: 15 phút

+ Thời gian đem đi phun dịch hóa: 15 phút

+ Thời gian nấu chín: 180 phút

+ Thời gian xông hơi tiệt trùng: 30 phút

Vậy tổng thời gian nấu một mẻ: 240 phút

Số mẻ nấu trong một ngày: 6

Ở đây dịch cháo đi trong ống còn nước làm nguội đi bên ngoài ống thực hiện quátrình trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ của dịch cháo giảm xuống to=60÷620C Sau đódịch cháo liên tục đưa vào thùng đường hóa Quá trình đường hóa có bổ sung dịchenzyme Spirit và H2SO4 nhờ bộ phận phân phối Thời gian đường hóa kéo dàikhoảng 30 phút, sau đó dịch đường được làm lạnh đến nhiệt độ lên men Quá trìnhlàm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được thực hiện trong thiết bị làmnguội ống lồng ống Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì 10% dịch đườngđược đưa sang phân xưởng nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa vào thùnglên men.

3.2.2.5 Lên men

3.2.2.5.1 Mục đích [7, tr 107]

Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrinthấp phân tử trong dịch lên men thành C2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khácnhờ hoạt động của nấm men Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este,axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men

3.2.2.5.2 Tiến hành

Chuẩn bị giống:

+ Từ ống gốc đến 10L thường thực hiện trong phòng thí nghiệm

Môi trường nuôi cấy ở 10mL, 100mL: Môi trường nuôi cấy ở giai đoạn nàythường dùng malt đại mạch

+ Từ 10L thực hiện trong phân xưởng sản xuất

- Thao tác thực hiện: Men giống được nuôi cấy ở môi trường thạch nghiêng Khi

đã có men giống và đã chuẩn bị môi trường xong, ta tiến hành cấy chuyền nấm mengiống từ môi trường thạch nghiêng sang môi trường dịch thể 10 ml Sau đó nuôitrong tủ ấm, duy trì nhiệt độ 28 ÷320C và giữ trong thời gian 20÷24 giờ

Ống giống gốc ống nghiệm 10mL bình nuôi 100mL

bình cầu 1000mL

bình 10L

thùng 100L

thùng 1000L đủ lượng giống yêu cầu

Sau thời gian đó thì ta chuyển nấm men từ ống nghiệm 10ml sang bình 100ml,1000ml cũng đã chứa môi trường dinh dưỡng đã được chuẩn bị trước, thời giannuôi cấy 12 giờ

Tiếp tục, chuyển sang nuối cấy ở bình 10l, sau 10÷12 giờ thì chuyển sang nuôicấy ở các thiết bị lớn hơn

-Tiến hành lên men: [7, tr 152]

Sử dụng phương pháp lên men liên tục:

Dịch cháo và dịch nấm men giống được cho vào thùng đầu gọi là thùng lênmen chính, luôn chứa một lượng lớn tế bào trong 1ml dung dịch Khi đầy thùng đầuthì dịch lên men sẽ chảy tiếp sang các thùng bên cạnh và cuối cùng là thùng chứagiấm chín

Sơ đồ gồm hai thùng nhân giống nấm men cấp 1 và một thùng nhân giốngnấm men cấp 2, một thùng lên men chính và có khoảng 6÷8 thùng lên men tiếp theo.Thùng nhân giống cấp 1 được đặt trên thùng nhân giống cấp 2 để dễ dàng tự chảy.Thùng nhân giống cấp 2 cũng được đặt cao hơn so với thùng lên men chính

Khi bắt đầu sản xuất ta chuẩn bị nấm men giống ở 2 thùng cấp 1 lệch nhaukhoảng 3÷4 giờ Khi nấm men giống ở thùng nhân giống nấm men cấp 1 đạt yêu cầuthì tháo xuống thùng cấp 2 Thùng vừa giải phóng cần vệ sinh, thanh trùng và đổ

Hình 3.4 Sơ đồ lên men liên tục

đầy dịch đường mới Tiếp đó thanh trùng ở 750C rồi axit hoá tới độ chua 1,8÷2,4g

H2SO4/l Sau đó làm lạnh đến nhiệt độ nhân giống rồi cho 25÷30% lượng nấm mengiống ở thùng cấp 1 còn lại vào và để cho lên men đến độ biểu kiến 5÷6% Lượngnấm men giống còn lại ở thùng cấp 1 tháo hết xuống thùng cấp 2 Sau khi vệ sinh vàthanh trùng lại tiếp tục chu kỳ nhân giống khác

Ở thùng nhân giống nấm men cấp 2 tiếp tục cho dịch đường tới đầy và axithoá tới độ chua 1÷1,25g H2SO4/l rồi để cho lên men tiếp tới độ lên men biểu kiếncòn 5÷6% Cho toàn bộ dịch ở thùng cấp 2 vào thùng lên men chính rồi liên tục chodịch đường vào Dịch lên men sẽ tiếp tục chảy từ thùng lên men chính sang cácthùng bên cạnh và đến thùng cuối cùng ta thu được giấm chín Tổng thời gian lênmen là 70÷72 giờ, nhiệt độ lên men ở thùng lên men chính ( 25÷270C), hai thùngtiếp theo (27÷300C), các thùng còn lại ( 27÷280C)

Ưu điểm lớn nhất của phương pháp lên men này là dùng một lượng mengiống lớn ở thùng lên men chính nên lên men xảy ra nhanh, hạn chế sự tạp nhiễm

Nhược điểm: Yêu cầu công nghệ cao, ổn định các điều kiện sản xuất nhưdịch đường, men giống, kĩ thuật thao tác cao Phương pháp lên men này dễ nhiễmkhuẩn hoàng loạt dẫn đến giảm hiệu suất lên men

Hình 3.5.Sơ đồ chưng ba tháp gián tiếp một dòng.

Ghi chú : 1.Thùng chứa dấm chín 7.Bình làm lạnh ruột gà

2.Bình hâm dấm 8.Tháp trung gian ( tháp aldehyt) 3.Bình tách CO2 9,10.Bình ngưng tụ

4.Tháp thô 11.Tháp tinh chế

5.Bình chống phụt giấm 12 Bình ngưng tụ hồi lưu

6.Bình ngưng tụ cồn thô 13.Bình làm lạnh sản phẩm

* Thuyết minh qui trình chưng cất và tinh chế:

Giấm chín được bơm lên thùng chứa giấm chín (1), sau đó tự chảy vào các bìnhhâm giấm (2) Ở đây giấm chín được hâm nóng bằng hơi rượu ngưng tụ đến nhiệt

độ 70÷800C rồi chảy qua bình tách CO2 số (3) rồi vào tháp (4) Khí CO2 và hơi rượubay lên được ngưng tụ ở (6) qua (7) rồi ra ngoài Tháp thô được đun bằng hơi trựctiếp, hơi rượu đi từ dưới lên, giấm chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối

được thực hiện, sau đó hơi rượu ra khỏi tháp và được ngưng tụ ở (2) và (6) rồi qua(7) ra ngoài Chảy xuống tới đáy nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu Muốn kiểm tra rượu sót trong bã ta phảingưng tụ dạng hơi cân bằng với pha lỏng Hơi ngưng tụ có nồng độ 0,4÷0,6% là đạtyêu cầu Nhiệt độ của tháp thô 103 ÷ 1050C.

Phần lớn rượu thô (90 ÷ 95%) liên tục đi vào tháp aldehyt số (8) Tháp này cũngdùng hơi trực tiếp, hơi ruợu bay lên được ngưng tụ và hồi lưu đến 90%, chỉ điềuchỉnh lượng nước làm lạnh và lấy ra khoảng 3 ÷ 5% gọi là cồn đầu Một phần rượuthô (5 ÷ 10%) ở (6) hồi lưu vào đỉnh tháp aldehyt vì chứa nhiều tạp chất

Sau khi tách bớt tạp chất, rượu thô từ đáy tháp aldehyt số (8) liên tục đi vào tháptinh (11) với nồng độ 35 ÷ 40%V Tháp tinh chế (11) cũng được cấp nhiệt bằng hơitrực tiếp (có thể gián tiếp), hơi bay lên được nâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở(12) rồi hồi lưu lại tháp Bằng cách điều chỉnh lượng nước làm lạnh ta lấy ra1,5÷2% cồn đầu rồi cho hồi lưu về đỉnh (8) Cồn sản phẩm lấy ra ở dạng lỏng cáchđĩa hồi lưu 3 đến 5 đĩa và được làm lạnh ở (13)

Nhiệt độ đáy tháp aldehyt duy trì ở nhiệt độ 78÷790C Nhiệt độ thân tháp tinh ở vịtrí cách đĩa tiếp liệu 3÷4 đĩa về phía trên khống chế ở 82÷830C

Sơ đồ trên được gọi là gián tiếp một dòng vì sản phẩm đi vào các tháp chỉ có mộtdòng chất lỏng duy nhất Còn gọi là gián tiếp vì bản thân dòng chất lỏng khôngchứa ẩn nhiệt bay hơi

Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là đễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn địnhnhưng tốn hơi

4 ngày tết âm lịch, 10/3 âm lịch, 30/4, 1/5, 2/9).

4.2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy

Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 3 ca, sốngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các các ngày lễ, tết

4.3.1 Các thông số ban đầu

- Năng suất: 60.000 lít cồn 96o/ ngày

- Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô

- Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%

- Hiệu suất đường hoá: 98%

- Hiệu suất lên men: 98%

- Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%

- Hiệu suất thu hồi:

η =ηdh×ηlm×ηcc =0,98×0,98×0,97=0,931=93,1%

- Hao hụt và tổn thất nguyên liệu qua từng công đoạn:

Bảng 4.1 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn

STT Công đoạn Hao hụt và tổn thất

Bảng 4.2 Bảng độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu

Nguyên liệu Độ ẩm Chất khô Tinh bột

4.3.2.Tính toán cân bằng vật chất

4.3.2.1 Công đoạn làm sạch

Khối lượng nguyên liệu đem vào làm sạch: M (kg)

Lượng nguyên liệu thu được sau làm sạch:

m = M × − =0,98×M

100

)2100(

Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch:

M M

m

100

8798

,0100

m

100

7398

,0100

m

100

1398

,0100

13

1 ) 1 (

4.3.2.2 Công đoạn nghiền

Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền:

M M

m

100

5,9998

,0100

)5,0100(

1

Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền:

M M

m

100

87975

,0100

m

100

73975

,0100

m

100

13975

,0100

13

2 ) 2 (

4.3.2.3 Công đoạn nấu sơ bộ

Gọi X là lượng nước tại công đoạn nấu sơ bộ mà ta cần bổ sung để sau khinấu chín nồng độ chất khô đạt 18%

Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượngtinh bột có trong nguyên liệu:

m m TB M M

1000

712,0

Trong quá trình nấu sơ bộ ta bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so vớitổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa:

4 4

) 3

100

30100

,0(100

)1100()( 2

3 = m +X × − = ×M +X ×

Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ:

M M

,0100

)1100(

2

Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ:

M M

,0100

)1100(

,0(100

)1100()( (2)

) 3

2 = m +X × − = ×M + X ×

=0,125×M +0,99×X (kg)

4.3.2.4 Công đoạn phun dịch hóa

Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa:

100

5,99)99,0965

,0(100

)5,0100(

,0100

)5,0100(

3

Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa:

M M

,0100

)5,0100(

,0(100

)5,0100(

) 3 ( )

4.3.2.5 Công đoạn nấu chín

Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi

và lượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào Vậy khốilượng nước ngưng tụ sau khi nấu:

m H O N = ×2×m =m =0,975×M

100

50

2 2 )

(

Khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín:

99)975,0985

,096

,0(100

)1100()

5 = m +m 2 × − = ×M + ×X + ×M ×

=1,915×M +0,975×X (kg)Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín:

M M

,0100

)1100(

4

Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu chín:

M M

,0100

)1100(

) 5

2

−

×+

,0124

,0

CK dd

ct

×+

×+

×

×

=

⇔+

=

=

975,0088

,1828

,0

828,0100

18

) 5 ( 5

5 0

2 ⇒X =2,752×M (kg)

Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín:

m H2O(5) =1,088×M +0,975×X =1,088×M +0,975×2,752×M =3,772×M(kg)

Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín:

m5 =1,915×M +0,975×2,752×M =4,598×M (kg)

4.3.2.6 Công đoạn tách hơi

Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệusau khi nghiền để hòa nước Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chiếm 30%

so với lượng hơi cung cấp cho quá trình nấu chín:

M M

m

100

30 2

M M

m

100

5,99598

,4100

)5,0100(

5

Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi:

M M

,0100

)5,0100(

5

Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi:

M M

,0100

)5,0100(

5

Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi:

M M

m

100

5,99772

,3100

)5,0100(

) 5 ( )

6

4.3.2.7 Công đoạn làm nguội:

Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội:

M M

m

100

5,99575

,4100

)5,0100(

6

Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội:

M M

,0100

)5,0100(

6

Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội:

M M

,0100

)5,0100(

6

Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội:

M M

m

100

5,99753

,3100

)5,0100(

) 6 ( )

7

2

(kg)

4.3.2.8 Công đoạn đường hóa:

Trong quá trình đường hóa ta bổ sung một lượng enzyme, lượng enzyme nàybằng 70% so với tổng lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa

4 4

) 8

100

70100