Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy sản xuất rượu etylic 70000 lít cồn etylic 96 độ ngày

Để sản xuất cồn người ta có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau như: gạo,ngô, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đó việc sản xuất cồn etylic từ rỉ đường có ý nghĩakinh tế cao: không có

MỤC LỤCCHƯƠNG 4 : TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ ……… 32

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.1 Hàm lượng trung bình các hợp chất vô cơ trong chất khô 2

3.2 Biểu đồ sản xuất của phân xưởng biểu hiện số ca, số ngày làm việc 23

2.4 Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu nước ở áp suất

thường

20

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG LÊN MEN NHÀ MÁY SẢN XUẤT RƯỢU

ETYLIC 70000 LÍT CỒN ETYLIC 96 ĐỘ/NGÀY

2 Các số liệu ban đầu

- Năng suất 70000 lít cồn etylic 96 độ/ngày

3 Nội dung phần thuyết minh và tính toán

- Mục lục

- Danh mục

- Chương 1 : Tổng quan phần nguyên liệu và sản phẩm

- Chương 2 : Lựa chọn và thuyết minh dây chuyền

5 Cán bộ hướng dẫn : TS Ngô Thị Minh Phương

6 Ngày giao đề : 22 - 04 – 2020

7 Ngày hoàn thành đề tài :

Thông qua bộ môn

Ngày tháng năm 2020

Tổ trưởng bộ môn

Chủ tịch hội đồng Cán bộ hướng dẫn

(Ký, ghi rõ họ tên ) (Ký, ghi rõ họ tên )

Kết quả điểm đánh giá Đà Nẵng, ngày tháng năm2020

Chủ tịch hội đồng

(Ký, ghi rõ họ tên )

MỞ ĐẦU

Ngày nay, đời sống kinh tế ngày càng phát triển thì nhu cầu về ăn uống của conngười ngày càng nâng cao Vì vậy mà ngành công nghệ thực phẩm ngày càng pháttriển đóng một vai trò không thể thiếu trong nền kinh tế quốc dân Một trong nhữngngành mũi nhọn của công nghiệp sản xuất thực phẩm không thể không kể đến đó làsản xuất các mặt hàng về thức uống Các mặt hàng này gồm rất nhiều chủng loại khácnhau như rượu, bia, nước ngọt, nước khoáng… Trong đó sản phẩm rượu được sản xuấtkhá phổ biến Với việc ứng dụng những thành tựu của khoa học kỹ thuật vào sản xuất

đã và đang tạo ra những sản phẩm rượu etylic có chất lượng nhằm đáp ứng nhu cầucuộc sống ngày càng cao của con người

Rượu là đồ uống có mặt khắp mọi nơi trên thế giới, từ những loại rất ngon và đắt đỏnhư vang, whisky, vodka cho đến những loại bình dân, luôn có mặt trong mọi cuộc vuiđến bữa ăn hằng ngày Ngoài mục đích sử dụng làm đồ uống, rượu etylic còn được sửdụng trong nhiều lĩnh vực khác như: trong công nghệ hoá chất, làm dung môi cho cácphản ứng 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 trùng hoặc phathuốc Trong nông nghiệp, rượu còn dùng sản xuất thuốc trừ sâu Đối với ngành dệtrượu còn dùng làm thuốc nhuộm, tơ nhân tạo, dùng làm sơn vecni trong chế biến gỗ.Trong tương lai rượu được sử dụng làm nhiên liệu sinh học vì sản phẩm cháy khônggây ô nhiễm môi trường

Để sản xuất cồn người ta có thể sử dụng nhiều loại nguyên liệu khác nhau như: gạo,ngô, khoai, sắn, rỉ đường… Trong đó việc sản xuất cồn etylic từ rỉ đường có ý nghĩakinh tế cao: không có các quá trình nghiền, nấu nguyên liệu và đường hóa dịch cháonấu như đối với các loại nguyên liệu từ tinh bột như: gạo, ngô, khoai, sắn…

Trên cơ sở đó, sau quá trình học tập em được giao nhiệm vụ thiết kế đồ án tốtnghiệp với đề tài: “Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy sản xuất rượu etylic 70000lít còn etylic 96 độ/ngày”

LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đồ án tốt nghiệp với đề tài “ Thiết kế phân xưởng lên men nhà máy sản xuất rượu etylic với 70000 lít cồn etylic 96 độ/ ngày” là công trình nghiên

cứu của riêng tôi và được sự hướng dẫn của cô TS Ngô Thị Minh Phương Trong bàiluận văn này tôi hoàn toàn sử dụng những kiến thức đã được học, sử dụng một số tàiliệu, số liệu của các tác giả, cơ quan tổ chức khác nhau đều có trích dẫn và chú thích rõ

rà ng về nguồn gốc ở phần tài liệu tham khảo

Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung và kết quả về bài luận văn của mình

và chịu mọi hành thức kĩ luật nếu phát hiện có bất cứ hành vi gian lận nào

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian học tập, nghiên cứu và được sự giúp đỡ chỉ bảo tận tình của cácthầy cô cùng các bạn, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình Với đề tài “ Thiết

kế phân xưởng lên men nhà máy sản xuất rượu etylic 70000 lít cồn etylic 96 độ/ngày

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong khoa công nghệ - môi trườngtrường Đại học Sư phạm Kĩ thuật Đặc biệt em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô giáoNgô Thị Minh Phương, cô đã hướng dẫn em tận tình trong suốt quá trình em thực hiệnbài đồ án này cũng như thiết kế phân xưởng và bản vẽ

Bài đồ án là kết quả của sự nổ lực học hỏi và nghiên cứu của em nhưng đâykhông thể tránh khỏi có những sự sai sót xảy ra Do vậy, em rất mong các thầy, các

cô, đóng góp ý kiến để bài đồ án của em được hoàn thành hơn và giúp đỡ em có thêmnhững kinh nghiệm thực tế hơn

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM1.1 TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU

Bất kỳ nguyên liệu nào có chứa gluxit với hàm lượng khá lớn đều có thể dùng để

sản xuất rượu etylic Nguyên liệu sản xuất rượu chủ yếu là nguồn tinh bột và rỉ đường

- Nguyên liệu chứa nhiều đường: rỉ đường mía, rỉ đường củ cải (mật rỉ), nước éptrái cây…

- Nguyên liệu chứa nhiều tinh bột: Gạo, ngô, khoai lang, sắn v.v…

Chọn một nguyên liệu nào đó để sản xuất rượu cần phải chú ý đến các yêu cầu cơbản sau:

- Chứa nhiều gluxit

Hiện nay, trong công nghiệp sản xuất rượu thì rỉ đường được sử dụng nhiều nhất vì

nó đáp ứng đầy đủ các yêu cầu trên

1.1.1 Rỉ đường

Hình 1.1 Mật rỉ đường

Rỉ đường là sản phẩm phụ của công nghiệp chế biến đường, là loại dịch đường saukhi tách, kết tinh lần thứ hai Tỷ lệ rỉ đường thu được trong quá trình sản xuất đườngkính vào khoảng 3÷5% so với khối lượng mía[2, tr 47].

Rỉ đường là một hỗn hợp phức tạp có chứa các đường lên men, các chất hữu cơ,các chất vô cơ Thành phần của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, đất đai điều kiệntrồng trọt, phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản v.v…

Thông thường rỉ đường có 15÷20% nước và 80÷85% chất khô Trong chất khô cókhoảng 60% là đường bao gồm: saccharose khoảng 35÷40%, đường khử khoảng20÷25% Còn lại là chất khô phi đường, trong đó chất hữu cơ chiếm khoảng 30÷32%,chất vô cơ chiếm khoảng 8÷10%

Chất hữu cơ trong rỉ đường bao gồm chất hữu cơ có chứa nitơ và chất hữu cơkhông chứa nitơ

- Chất hữu cơ không chứa nitơ bao gồm: pectin và các sản phẩm phân hủy của

pectin chiếm khoảng 3%, các sản phẩm phân hủy của đường như caramen, melanoidinchiếm khoảng 1,7%, các axit hữu cơ như axit formic, axit oxalic, axit lactic, axitaconitic chiếm khoảng 2,5% so với rỉ đường Axit aconitic chiếm phần lớn các chấtkhông đường hữu cơ [4, Tr 25]

- Chất hữu cơ có chứa nitơ bao gồm các axit amin và một số protein Tổng lượng chấthữu cơ chứa nitơ có trong rỉ đường vào khoảng 1,68÷3,33% so với rỉ đường

Hàm lượng trung bình các hợp chất vô cơ trong chất khô vào khoảng sau[5,Tr 31]:

Bảng 1.1 Hàm lượng trung bình các hợp chất vô cơ trong chất khô

Các oxit khác 0,8%

Trong rỉ đường lượng P2O5 chiếm 0,02÷0,05%, P2O5 rất cần cho sự phát triển của nấmmen

Ngoài ra trong rỉ đường còn chứa một số vitamin như sau[4, Tr 25]:

Bảng 1.2 Một số vitamin trong rỉ đường

Ngoài các thành phần hoá học kể trên, trong rỉ đường còn có nhiều loại vi sinh vật

có hại có thể gây ảnh hưởng không tốt đến chất lượng rỉ đường, làm giảm hiệu suấtthu hồi rượu Đặc biệt là nhiễm vi khuẩn sinh keo và vi khuẩn sinh axit

pH và độ đệm của mật rỉ đường bình thường trong khoảng 6,8÷7,2

Khi chọn rỉ đường để sản xuất rượu cần phải chú ý đến nồng độ chất khô, hàmlượng

đường lên men được (đường tổng số), các chất có lợi như P2O5, biotin…

Có thể dựa vào chỉ số chất lượng Q của rỉ đường:

Q = 100%

Khối lượng chất khô

Q càng lớn thì càng có lợi cho quá trình lên men[4, tr 26]

* Bảo quản rỉ đường:

- Dụng cụ bảo quản rỉ đường:

Khối lượng đường tổng số

Rỉ đường được bảo quản trong các bồn chứa hình trụ, bằng thép hoặc bằng bê tôngcốt thép Thể tích thùng được tính toán sao cho lượng rỉ đường dự trữ đủ để sản xuấttrên 5 tháng Thông thường bồn chứa có thể tích vào khoảng 600÷5000m3 Yêu cầubồn chứa phải có đầy đủ các thiết bị kiểm tra như phao báo mức, nhiệt kế… Cần có hệthống ống hơi nước bố trí gần đường ống dẫn rỉ đường đến bơm để gia nhiệt rỉ đườnggiúp rỉ đường dễ di chuyển trong trường hợp rỉ đường bị sánh lại khi trời lạnh Ngoài

ra cũng cần có hệ thống bơm đảo trộn rỉ đường trong bồn chứa để cho rỉ đường đồngnhất, đảm bảo chất lượng rỉ đường đồng đều trước khi đưa vào sản xuất

- Tổn thất rỉ đường trong quá trình bảo quản:

Trong quá trình bảo quản rỉ đường luôn có một lượng rỉ đường bị tổn thất Trong

đó chủ yếu là do sự bay hơi nước Theo nghiên cứu cho thấy, sự tổn thất khối lượng

do bay hơi nước hàng tháng vào khoảng 0,2%

Khi hàm lượng chất khô trong rỉ đường lớn hơn 75% thì lượng nấm men dại, vikhuẩn lên men tạo axit rất ít, bảo đảm chất lượng rỉ đường trong suốt thời gian bảoquản thay đổi không đáng kể Nếu hàm lượng chất khô trong rỉ đường nhỏ hơn 70%thì sự tổn thất rỉ đường lên đến 1,3% so với khối lượng rỉ đường Sự tổn thất tăngmạnh khi hàm lượng chất khô của rỉ đường nhỏ hơn 40% Ngoài ra, trong quá trìnhbảo quản rỉ đường cũng xảy ra phản ứng giữa axit amin với đường khử tạo thànhmelanoidin Phản ứng này xảy ra vừa làm mất đường vừa giảm lượng axit amin gâykhó khăn cho quá trình lên men sau này

Để tránh hiện tượng vi sinh vật phát triển, trong quá trình bảo quản cần giữ cho rỉđường không bị pha loãng Muốn vậy bồn chứa rỉ đường phải được đậy kín không chomưa bên ngoài xâm nhập vào và hạn chế dùng nước rửa Đồng thời dùng các chất sáttrùng như formol, Na2SiF6[2, tr 33 - 34]

1.1.2 Nước

Trong công nghiệp sản xuất rượu, nước được sử dụng với các mục đích khác nhau.Nước được dùng để pha loảng rỉ đường, làm nguội, vệ sinh thiết bị và nhà xưởng,dùng cho nhu cầu sinh hoạt, cung cấp cho lò hơi… Ngoài ra nước còn dùng cho phòng

chữa cháy trong khu vực sản xuất Lượng nước dùng cho sản xuất rượu nhiều hơn sovới các ngành sản xuất khác.

Thành phần, tính chất hoá lý và chất lượng của rượu ảnh hưởng trực tiếp tới kỹthuật sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu xuất thu hồi

* Yêu cầu chất lượng nước:

Trong công nghiệp sản xuất rượu, yêu cầu chất lượng nước giống như tiêu chuẩncho nước sinh hoạt

- Chỉ tiêu cảm quan: trong suốt, không màu, không mùi vị lạ

- Chỉ tiêu hoá lý[4, tr 30]:

Bảng 1.3 Các chỉ tiêu hóa lý

Sử dụng chủng nấm men rượu Saccharomyces cerevisiae.

Yêu cầu của chủng nấm men:

Khi chọn chủng nấm men để đưa vào sản xuất cần phải chú ý đảm bảo các yêucầu sau đây:

+ Có tốc độ phát triển nhanh trên môi trường sản xuất

+ Có đặc tính sinh lý, sinh hoá ổn định trong thời gian dài

+ Có khả năng chịu đựng được những yếu tố không thuận lợi của môi trường Đặcbiệt là các chất sát trùng, độ pH thấp và lên men được ở nhiệt độ tương đối cao.

+ Chịu được áp suất thẩm thấu lớn, tức là chịu được nồng độ của dịch lên menlớn, đồng thời nấm men ít bị ức chế bởi các sản phẩm của sự lên men

+ Lên men được nhiều loại đường như: Glucose, Fructose, Saccharose, maltose… + Tạo ra sản phẩm chính nhiều và sản phẩm phụ ít: tạo ra rượu etylic, CO2 nhiều

và ít este, alcol cao phân tử, dầu fusel, CH3CHO

* Những chủng nấm men dùng trong sản xuất rượu:

- Chủng nấm men 396 Trung Quốc: Chủng nấm men này phân lập được từ rỉ đường ởTrung Quốc, chủng này có khả năng lên men được đường fructose, glucose, maltose,rafinose, galactose Nó không lên men được đường arabinose, lactose, dextrin Nhiệt

độ thích hợp 33oC, pHopt=4,5, chịu được nồng độ rượu 10%

- Chủng Я (i – a): Do Liên Xô cung cấp, chủng này thích hợp cho lên men rỉ đường,

chịu áp suất thẩm thấu lớn, lên men được các loại đường: Glucose, fructose,saccharose và 1/3 đường rafinose

- Chủng T (Việt Nam): Phân lập từ rỉ đường đặc 35÷45oBe và đặt tên T (trời), chủngnấm men này lên men được rỉ đường ở nhiệt độ cao 33÷37oC, độ pH từ 4,5÷5 nồng độlên men có thể đạt 18÷24% có thể lên men được nồng độ rượu trong dịch lên men từ8÷12%, chịu được chất sát trùng với nồng độ từ 0,02÷0,025% so với thể tích dịch lênmen, chất sát trùng ở đây là formol

Kích thước tế bào từ 4÷5 x 6÷9 (µm) tế bào có dạng hình trứng, tốc độ phát triểnnhanh[2, tr 74]

- chất sát trùng: Na2SiF6 bổ sung trong quá trình đường hóa để hạn chế và ngăn chặn

sự nhiễm khuẩn trong quá trình đường hóa

1.2 TÍNH CHẤT CỦA RƯỢU ETYLIC

1.2.1 Tính chất vật lý

Rượu etylic nguyên chất là chất lỏng không màu, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặctrưng, vị cay, dễ bay hơi, hút ẩm mạnh

Rượu etylic hoà tan trong nước với bất kỳ tỷ lệ nào kèm theo hiện tượng tỏa nhiệt

và co thể tích Rượu etylic hoà tan được chất béo và nhiều chất vô cơ như: CaCl2,MgCl2, SiCl4,… và nhiều chất khí như H2, O2, SO2,… nhưng không hoà tan được tinhbột, dissaccharid

+ Phân tử lượng M = 46,03 đvc

+ Nhiệt độ sôi 78,32oC ở áp suất 760 mmHg

+ Nhiệt độ cháy 12oC, nhiệt độ đóng băng -117oC

+ Năng suất tỏa nhiệt 6642÷7100 Kcal/Kg

Khi chưng cất, dung dịch rượu nồng độ 95,57% thì thành phần pha hơi cân bằngvới pha lỏng, nghĩa là phương pháp chưng cất thông thường ta chỉ thu được sản phẩmrượu etylic có nồng độ tối đa 95,57% Dung dịch này có nhiệt độ sôi là 78,15oC

- Tác dụng với axit hữu cơ tạo este thơm

- Tác dụng với oxyt sắt Do phản ứng này mà chất lượng rượu bị giảm nếu nhưchưng cất, tinh chế, bảo quản rượu etylic trong các thiết bị bằng sắt

1.2.3 Tính sinh lý

Rượu etylic có tác dụng sát trùng, cường độ sát trùng tỷ lệ thuận với nồng độ rượu

Ở nồng độ rượu 70% có tác dụng sát trùng mạnh nhất vì ở nồng độ này rượu dễ thấmqua màng tế bào hơn rượu cao độ hơn

Đối với nhiều loài vi sinh vật thì dung dịch rượu có nồng độ 5÷10% đã có tác dụng

ức chế sự phát triển của chúng Tuy nhiên một số loại vi khuẩn như Micrococcus

acetic, Bacterium acetic… có khả năng lên men dấm đối với dung dịch rượu có nồng

độ ≤ 15%, rượu etylic còn có tác dụng mạnh đối với hệ thần kinh

1.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP SẢN XUẤT RƯỢU ETYLIC

Có hai phương pháp sản xuất rượu etylic:

- Phương pháp lên men bằng vi sinh vật.

- Phương pháp tổng hợp hoá học.

1.3.1 Phương pháp lên men bằng vi sinh vật

Đây là phương pháp phổ biến nhất hiện nay và cho hiệu quả kinh tế cao Nguyênliệu dùng để sản xuất theo phương pháp này là phải chứa nhiều gluxit Sản xuất rượutheo phương pháp lên men gồm có các công đoạn chính sau:

- Chế biến nguyên liệu thành dịch đường lên men

- Lên men dịch đường để chuyển đường thành rượu

- Chưng cất, tinh chế nhằm tách rượu và các chất dễ bay hơi ra khỏi dấm chín rồitách các chất ra khỏi rượu nâng cao nồng độ rượu để nhận được cồn tinh khiết

1.3.2 Phương pháp tổng hợp hoá học

Nguyên liệu chính để sản xuất rượu etylic bằng phương pháp hoá học là khí etylen

Có hai phương pháp chính để sản xuất rượu etylic từ etylen là

- Thuỷ phân khí etylen bằng axit sulfuric

- Thuỷ phân trực tiếp etylen

Chọn phương pháp lên men bằng vi sinh vật để sản xuất

CHƯƠNG 2 : LỰA CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG

NGHỆ2.1 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN ETYLIC TỪ RỈ ĐƯỜNG

Hình 2.1 Sơ đồ dây chuyền sản xuất rượu etylic

2.2 THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN

2.2.1 Xử lý và pha loãng rỉ đường

Mật mía không kết tinh trong quá trình sản xuất đường gọi là rỉ đường Rỉ đườngchiếm 3÷5 % trọng lượng mía Có thể bảo quản rỉ đường với hàm lượng 55÷80% chấtkhô hoặc pha loãng sơ bộ xuống 45 ÷ 60% rồi tiến hành xử lý Nếu để ở nồng độ cao

Xử lý nhiệt Pha loãng

Làm nguội và lắng

Pha loãng đến nồng độ

Nuôi cấy mengiống Lên men

thì tạp chất sẽ lớn nên khả năng diệt khuẩn và loại tạp chất kém, nhưng nếu pha loãngđến nồng độ thấp thì sẽ tốn nhiều thiết bị, tốn hơi nhưng diệt được nhiều tạp khuẩn,tạp chất tách khỏi dịch dễ dàng hơn, trong thực tế để ở nồng độ 50 ÷ 55% tiến hành xử

lý thì hiệu quả là tốt nhất

2.2.1.1 Pha loãng sơ bộ

Trong rỉ đường có hàm lượng chất khô và hàm lượng đường cao và chứa nhiều tạpkhuẩn, trong mật rỉ đường chứa từ 100000 đến 500000 vi sinh vật/g, các tạp khuẩnkhông nha bào và khoảng 15000 đến 50000 tế bào/g tạp khuẩn có nha bào Trong điềukiện chất khô trong mật rỉ lớn hơn 75% chúng không sinh trưởng và phát triển nhưngvẫn bảo vệ được sự sống Khi pha loãng đến nồng độ thấp chúng sẽ bắt đầu phát triển

và làm tiêu hao đường trong mật rỉ, do đó phải xử lý Mức độ pha loãng đến nồng độnào là tùy theo phương pháp lên men, theo sơ đồ lên men một nồng độ hay hai nồng

độ Ở đây ta sử dụng phương pháp lên men một nồng độ với phương pháp lên menliên tục Và ở đây ta pha loãng rỉ đường đến 50% ở nồng độ này hiệu suất axit hoácao

2.2.1.2 Axit hóa

Để axit hóa môi trường có thể dùng HCl hoặc H2SO4 Nếu dùng HCl để axit hóamôi trường thì 2Cl- kết hợp với Ca2+ tạo thành CaCl2 sẽ hoà tan, không tạo cặn nênkhông ảnh hưởng đến thiết bị chưng cất sau này nhưng thiết bị lại bị ăn mòn nhiềuhơn và do tạo thành CaCl2 tan nên độ tinh khiết của đường giảm

Trường hợp dùng H2SO4 thì tăng được độ tinh khiết cho dịch đường do tạo thànhkết tủa CaSO4, MgSO4 và làm cho các tạp chất khác kết tủa theo Nhưng ảnh hưởngxấu đến chất lượng bã và đóng cặn thiết bị Nếu dùng H2SO4 thì khi axit hóa có thểchuyển một phần đường khó lên men thành đường dễ lên men, tạo môi trường axit có

độ pH = 4,5÷5

Trong rỉ đường chứa nhiều vi sinh vật tạp nên ảnh hưởng đến quá trình lên men do

đó cần phải sát trùng Để sát trùng dịch đường có thể dùng: pentaclorophenol,

formalin, clorua vôi Ở đây dùng Silicofloruanatri (Na2SiF6) Mặt khác để nấm menphát triển tốt cần bổ sung thêm dinh dưỡng cho quá trình sinh trưởng của nấm men,cần phải thêm đạm và photpho Thông thường nhất là dùng amoni sunphat và ure Để

bổ sung photpho thường sử dụng H3PO4, lượng axit này được bổ sung vào rỉ đường đểnấm men phát triển

Rỉ đường sau khi pha loãng sơ bộ, axit hoá, bổ sung chất sát trùng, gia nhiệt và

lắng trong thì ta tiến hành pha loãng rỉ đường đến nồng độ 12÷14oBx để nuôi cấy men

và 20÷220Bx để lên men

2.2.2 Nuôi cấy nấm men

Có thể chuẩn bị từ dịch đường hóa malt hoặc của nấm mốc vàng

Chuẩn bị dịch đường hóa malt như sau:

Gạo tẻ hoặc gạo nếp (một phần) + nước sạch 5 phần nấu cháo làm nguội(55÷58oC)  Cho bột malt vào, tỷ lệ 15 ÷20% so với gạo  đường hoá (t0 =55÷58oC, thời gian 4÷6h)  lọc lấy dịch đường  điều chỉnh môi trường  phânphối vào các bình hấp thanh trùng  làm nguội rồi cấy men

Dùng rỉ đường đặc và đường C theo tỷ lệ 1/1 rồi cho nước vào để hòa tan Đunnóng sơ bộ rồi điều chỉnh nồng độ dịch rỉ đường cho đạt 12÷14oBx, dùng axitphosphoric (H3PO4) hoặc axit lactic để điều chỉnh pH = 4,5÷5 rồi lọc qua phểu lọc để

loại bỏ tạp chất Bổ sung sulfat amon với tỷ lệ khoảng 0,2%, phân phối vào các bìnhrồi thanh trùng Nhiệt độ thanh trùng 120oC, thời gian 45 phút Khi thanh trùng ta tiếnhành đậy nút bông để nước ngưng tụ không chảy vào bình làm giảm nồng độ Đểnguội một thời gian rồi lại thanh trùng một lần nữa Thanh trùng xong để nguội đếnnhiệt độ 30÷320C rồi cho giống ở ống 10ml, 100ml vào.

 Môi trường 10 lít, 100 lít

Dùng mật rỉ ( rỉ đường đặc) và đường C theo tỷ lệ: Rỉ đường/đường C là 2/1 rồipha loãng đến nồng độ 12÷140Bx Sau khi pha loãng ta bổ sung chất dinh dưỡng vàaxit vào như sau: ( tính theo phần trăm so với khối lượng rỉ đường và đường C)

+ Sulfat amon: 0,2%

+ H2SO4 sao cho pH của dịch là 4,5÷5

Dung dịch rỉ đường đã pha loãng ở bộ phận pha loãng liên tục, có nồng độ14÷150Bx, pH = 4,5÷5, đã bổ sung các chất dinh dưỡng cần thiết theo đúng yêu cầulàm môi trường cấy nấm men

2.2.2.2 Thao tác nuôi cấy men

Từ các ống thạch nghiêng đã chọn tiến hành nuôi cấy trong môi trường lỏng 10ml,

tỷ lệ 1ml giống trên 9ml môi trường Để giống phát triển trong 24 giờ ở nhiệt độ30÷320C, quá trình thực hiện trong điều kiện vô trùng Sau đó chuyển sang bình tamgiác 100ml trong 12 giờ rồi lại phát triển sang bình 1000ml trong 12 giờ Sau đó chovào bình 10 lít phát triển trong 10÷12h, tiếp tục cho vào các thiết bị nuôi lớn hơn chođến khi đạt lượng giống yêu cầu Tất cả các giai đoạn đều tiến hành nuôi ở 30÷320C.Quá trình nhân giống được chia ra làm hai giai đoạn:

- Giai đoạn nuôi cấy trong phòng thí nghiệm: Từ 10ml đến 10 lít

- Giai đoạn nuôi cấy và phát triển men trong phân xưởng sản xuất: Từ 100 lít trởlên

Quá trình phát triển nấm men là quá trình hiếu khí và phát nhiệt, vì vậy kết hợp sụckhông khí đã xử lý để làm giàu oxy cho môi trường, đồng thời dội nước lạnh từ mặtngoài thiết bị để làm mát, tạo điều kiện cho nấm men phát triển tốt.

2.2.3 Lên men dịch rỉ đường

Lên men là một quá trình trao đổi chất giữa tế bào vi sinh vật với môi trường xungquanh, trong đó các hợp chất hữu cơ (chủ yếu là đường) bị thay đổi cấu trúc dưới tácdụng của các enzim của vi sinh vật

Lên men dịch đường bởi nấm men thuộc loại lên men yếm khí, sản phẩm chủ yếu

là rượu etylic nên thường gọi là lên men rượu, còn gọi là rượu hóa, cồn hóa

Lên men rượu là giai đoạn quan trọng nhất trong quá trình sản xuất rượu Nó ảnhhưởng trực tiếp tới chu kỳ sản xuất, chất lượng sản phẩm và hiệu suất tổng thu hồi.Dịch lên men sau khi tiến hành quá trình lên men xong gọi là dịch lên men kết thúchoặc còn gọi là dấm chín

Quá trình lên men rượu là quá trình biến đổi đường là quá trình biến đổi đườngkhử dưới tác dụng của các hệ enzim khác nhau để tạo thành một loạt chất trung gian.Trong đó, giai đoạn trung gian quan trọng là biến thành axit pyruvic Từ axit pyruvictrong điều kiện thiếu oxy sẽ hình thành nên rượu etylic và một số sản phẩm khác tuỳtheo điều kiện lên men

Phương trình hóa học của sự lên men rượu:

C6H12O6 lên men 2C2H5OH + 2CO2 + Q

Cơ sở của quá trình lên men: Trải qua nhiều giai đoạn, dưới tác dụng xúc tác củanhiều enzyme khác nhau

- Đầu tiên đường khử đi qua qua chu trình EMP để tạo thành sản phẩm cuối cùng làaxit pyruvic

C6H12O6 2CH3COCOOH

- Tiếp theo axit pyruvic bị decacboxyl sau đó bị khử bởi NADH2.

+ Axit pyruvic bị decacboxyl để tạo thành aldehylaxetic:

EMP

2CH3CO-COOH 2CH3CHO + 2CO2

+ Cuối cùng của lên men rượu là aldehylaxetic bị khử bởi NAD.H2

2 CH3CHO + 2NAD.H2 CH3CH2OH + NAD

* Lên men rượu ở điều kiện bình thường (ở pH = 4 – 5) Quá trình lên men chia làm 2 giai đoạn:

+ Giai đoạn cảm ứng: Ở giai đoạn này lượng aldehylacetic tạo thành rất ít Khi đóH2 được chuyển đến glycerin-andehyd-phosphat và bị men phosphatlaza thuỷ phân tạothành glycerin Trong môi trường có các loại sản phẩm như aldehyt acetic, glyceryl,CO2

+ Giai đoạn tĩnh: aldehylacetic tạo thành một lượng đủ thì nó bị khử H2 thành rượuetylic

CH3-CO-COOH Cacboxxylaza CH3CHO + CO2

2CH3CHO Codehydraza 2CH3CH2OH

Do glycerin tạo thành ít trong giai đoạn cảm ứng nên nó là sản phẩm phụ của quá trìnhlên men rượu bình thường

Trong môi trường kiềm thì aldehylacetic vừa bị oxy hoá vừa bị khử theo hai phảnứng sau:

CH3CHO + HOH + NAD NADH2 + CH3COOH

CH3CHO + NADH 2 NAD + CH3CH2OH

Do andehylacetic bị mất do hai phản ứng trên nên chất tiếp nhận H2 ở đây làglycerinaldehyt-3-phosphat Lên men không bình thường sản phẩm cuối cùng là glycerin,axit acetic, rượu etylic, và CO2

Trường hợp lên men trong môi trường có NaHSO3 sẽ tạo aldehylacetic khó tan, sảnphẩm chủ yếu là glyceryl, hợp chất khó tan

Nấm men hấp thụ cơ chất vào tế bào dưới tác dụng của men zymaza chuyển hóa đườngthành rượu và CO2 Rượu etylic tạo thành khuếch tán ra môi trường qua màng tế bào và tanvào trong môi trường, CO2 cũng hòa tan vào trong nước Khi bão hòa CO2 thì tế bào nấm

men và các chất lơ lửng khác có khí bám vào nên tạo thành các bọt khí, khi bọt khí có khốilượng riêng nhỏ hơn khối lượng riêng của dịch lên men thì bọt khí kéo theo nấm men vàcác chất lơ lửng nổi lên bề mặt dung dịch Do thay đổi sức căng bề mặt làm cho bọt khí vỡ

và CO2 thoát ra ngoài, tế bào men thoát ra rơi xuống đáy thiết bị lên men Quá trình nàydiễn ra liên tục làm cho tế bào men chuyển động trong môi trường nên tiếp xúc với cơ chấtnhiều hơn giúp cho quá trình lên men triệt để

Ngoài các sản phẩm chính là rượu etylic, CO2 thì các sản phẩm phụ thường trực làCH3CHO, glycerin

+ Các axit hữu cơ: CH3COOH là sản phẩm của quá trình oxi hóa rượu

C2H5OH + O2 VK acetic CH3COOH + H2O

+ Este là sản phẩm phụ không thường trực trong quá trình lên men bởi nó chỉ là sản phẩmtạo thành giữa axit hữu cơ và rượu trong dấm chín

+ Các rượu bậc cao (còn gọi là dầu khét, rượu fusel): các sản phẩm này hình thành trongquá trình dấm chín, hàm lượng các rượu bậc cao để đánh giá cồn tốt hay xấu Nguồn gốccủa nó là do các axit amin:

R-CH2-CH-COOH R-CH2-CH2-COOH + NH3

NH2

R-CH2-CH2-COOH R-CH2-CH2-OH ( CR ¿1 )

Đường cong lên men:

Hình 2.2 Đường cong của sự lên men

+ Thời kì đầu kéo dài khoảng 60 giờ sự sinh trưởng của nấm men rất chậm, bởi do sốngtrong môi trường mới nên đây có thể gọi là giai đoạn thích nghi

+ Thời kì 2 là giai đoạn lên men chính kéo dài trong khoảng thời gian từ 60 - 120 giờ,nấm men sinh trưởng và phát triển ở mức độ cực đại, sự lên men sau mỗi giờ tăng mạnh.Thời kì này có sự biến đổi sâu sắc về thành phần trong môi trường, ảnh hưởng đến kếtquả lên men

+ Thời kì 3 là giai đoạn lên men phụ biểu hiện trên đường cong lên men là sự đi xuốngtiệm cận với trục hoành Lên men cuối là đặc trưng cho sự lên men dịch đường hóa từnguyên liệu tinh bột

Tùy thuộc điều kiện sản xuất của từng nhà máy mà các thời kì lên men có thời gian dàingắn khác nhau Trong thời kì lên men chính sự lên men nhanh, mạnh sản phẩm tạo thànhchủ yếu là rượu etylic và CO2 còn ở lên men phụ là sự lên men đường sót và kết lắng nấmmen

2.2.3.2 Quá trình nhân giống và lên men

Bản chất của phương pháp lên men liên tục là rải đều các giai đoạn lên men, mỗi giaiđoạn được thực hiện trong một hoặc nhiều thiết bị lên men có liên hệ với nhau

Thực hiện theo phương pháp liên tục trong thao tác phải cẩn thận tránh sự nhiễm khuẩnhàng loạt.

1

3

7 2

Hình 2.3 Sơ đồ gây men và lên men liên tục

Dựa vào sơ đồ lên men quá trình hoạt động như sau:

Phương pháp lên men rỉ đường liên tục, một nồng độ:

Rỉ đường ở thùng chứa (1) nhờ bơm (2) chuyển lên thùng chứa trung gian (3)qua lưu lượng kế (4) để đong rỉ đường Rỉ đường chảy xuống thùng axit hóa (5) Ởđây sẽ gia nhiệt rỉ đường đến 85-900C bằng hơi nhiệt trong thời gian 1 giờ Sau đó phaloãng sơ bộ xuống 50-55%, đồng thời bổ sung các chất dinh dưỡng đã được chuẩn bịsẵn ở thùng (6a) và (6b) Có hai thùng axit hoá (5) một thùng làm việc, một thùngchuẩn bị để dây chuyền hoạt động liên tục Dịch rỉ đường sau khi axit hoá tự chảy quathiết bị hoà trộn liên tục (7) Ở thiết bị (7) rỉ đường được pha loãng đến nồng độ theoyêu cầu, đồng thời được lọc sơ bộ và tách các chất rắn và kết tủa lớn Dịch rỉ đườngloãng 20- 22% từ thiết bị (7) qua bơm (8) chuyển lên hai thùng chứa (9) (một thùnglàm việc, một thùng chuẩn bị) Từ thùng (9) dịch rỉ đường tự chảy xuống các thùngphát triển nấm men (10) và (11) rồi liên tục chuyển xuống thùng lên men đầu dây của

dãy thùng lên men (12) Bơm (13) và (14) dùng để chuyển thùng khi cần làm vệ sinh,sát trùng thùng lên men.

- Dịch nấm men cho vào thùng lên men đầu dây khoảng 10÷15% so với thể tích,

tiếp đó mở van ống chảy chuyền sang thùng lên men tiếp theo, cứ như thế chođến khi thùng cuối cùng đầy thì đưa đi chưng cất và tinh chế rượu

Rỉ đường có nhiều tạp chất dính, các sản phẩm caramel làm cho dung dịch trở nêndính, CO2 khó thoát ra ngoài và tạo nên những lớp bọt trên bề mặt dịch lên men Chọnphương án phá bọt cơ học: trong các thùng lên men lớp bọt dày khoảng 0,3-0,5 m, lắptrên bề mặt một tấm gạt có tiết diện lớn khi quay tấm gạt sẽ quét lớp bọt làm vỡ tanbọt Kết hợp vừa phá bọt vừa đảo trộn Theo nghiên cứu của viện nghiên cứu côngnghiệp lên men Ucraina đã thấy rằng, để đẩy nhanh tốc độ lên men, nhất là ở giai đoạnlên men cuối cần phải luôn đảo trộn dịch lên men bằng hệ thống khuấy trộn trongthùng lên men Bởi vì càng về giai đoạn lên men cuối, nồng độ đường càng giảm, tínhtrơ của men lại tăng lên Do đó quá trình đảo trộn là để tăng cường sự tiếp xúc giữamen và đối chất, mặt khác tạo điều kiện cho CO2 thoát ra dễ dàng

Trong quá trình lên men rượu, lượng CO2 sinh ra gần 95% so với khối lượng rượu.CO2 sớm bão hoà trong dung dịch lên men Khi bay hơi CO2 mang theo một lượngrượu etylic Để thu hồi lượng hơi rượu trong CO2, người ta sử dụng các thiết bị hấpthụ rượu kiểu tháp đệm

CHƯƠNG 3 : TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT3.1 BIỂU ĐỒ NHẬP LIỆU

Bảng 3.1 Kế hoạch thu nhập nguyên liệu của phân xưởng

Nhà máy làm việc 11 tháng trong năm , trong tháng 8 ngừng hoạt động để vệsinh , sửa chữa thiết bị hư hỏng và bảo dưỡng các thiết bị khác nhằm làm cho quátrình sản xuất được hiệu quả hơn Trong năm nghỉ các ngày chủ nhật và các ngày nghỉ

lễ lớn (1/1, tết âm lịch , 10/3, 30/4, 1/5, 2/9)

3.2 BIỂU ĐỒ SẢN XUẤT NHÀ MÁY

Do đặc điểm của quá trình sản xuất nên nhà máy làm việc một ngày 2 ca, sốngày sản xuất 1 năm được tính bằng số ngày trong năm trừ đi các ngày lễ, tết

Bảng 3.2 Biểu đồ sản suất của phân xưởng biểu hiện số ca, số ngày làm việc

3.3.1 Các thông số ban đầu

- Năng suất : 70000 lít cồn 96 độ /ngày

- Thành phần nguyên liệu : 100% rỉ đường

- Hao hụt và tổn thất của từng công đoạn :

Bảng 3.3 Tỷ lệ hao hụt