rượu bia quá trình chưng cất trong sản xuất cồn etylic

Nhằm đáp ứng nhu cầu đời sống ngày càng cao của con người, việcứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ để tạo ra sản phẩm ethanol chất lượngcao.Ethanol không chỉ được sử dụng trong sản

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

TIỂU LUẬN

QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT TRONG SẢN XUẤT CỒN ETYLIC

GVHD: ThS NGUYỄN THỊ THU HUYỀNSVTH: NHÓM 12

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM

TP HỒ CHÍ MINH, 2022

Tên sinh viên Nhiệm vụ Mức độ hoàn thànhTạ Thị Thanh Tuyết Tìm tài liệu 1.1, 2.1, 2.2 100%

Nguyễn Hoàng Thiện Tìm tài liệu 1.2, 1.3, 1.4 100%Đặng Hoàng Trung Tìm tài liệu 2.3, 2.4 0%Trần Thị Hoàng An Tìm tài liệu 3.1, 3.2, 2.3,

2.4, tổng word

100%

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RƯỢU CỒN 6

1.1 Tình hình sản xuất và sử dụng cồn ở nước ra và trên thế giới 6

1.2 Tổng quan cồn etylic 7

1.3 Ứng dụng của cồn etylic 7

1.4 Nguyên liệu sản xuất cồn etylic 8

1.4.1 Nguyên liệu giàu tinh bột 9

1.4.2 Nguyên liệu rỉ đường 11

CHƯƠNG 2 QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT TRONG SẢN XUẤT CỒN ETYLIC 122.1 Quy trình công nghệ sản xuất cồn etylic 13

2.2 Cơ sở lí thuyết chưng cất cồn etylic 14

2.2.1 Chưng cất và tinh chế cồn 14

2.2.2 Định luật chưng cất 14

2.2.3 Lí thuyết về chưng cất cồn thô 17

2.3 Sơ đồ thiết bị và tiến hành chưng cất, tinh chế cồn 18

2.3.1 Phương pháp chưng cất, tinh chế 18

2.4 Tinh luyện để thu nhận cồn tuyệt đối 21

CHƯƠNG 3 Tiêu chuẩn cồn etylic sau chưng cất223.1 Yêu cầu về ngoại quan 22

3.2 Chỉ tiêu hóa học 22

CHƯƠNG 4 Kết luận 24

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.2.1 Đồ thị điểm sôi 15

Hình 2.2.2 Đường biểu diễn áp suất hơi bão hòa 15

Hình 2.2.3 Đường cong cân bằng của hỗn hợp rượu – nước ở áp suất thường 16Hình 2.3.1 Chưng cất gián đoạn 19

Hình 2.3.2 Sơ đồ chưng luyện bán liên tục 20Hình 2.3.3 Sơ đồ liên tục 2 tháp 21

Hình 2.4.1 Sơ đồ nhận cồn khan từ cồn tinh chế 22

CHƯƠNG 1 DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 1.4-1 Thành phần hóa học của ngô 10Bảng 1.4-2 Thành phần hóa học của sắn 11

Bảng 1.4-3 Thành phần hóa học cỉa khoai lang 11Bảng 1.4-4 Thành phần hóa học các ngũ cốc khác 12Bảng 1.4-5 Thành phần hóa học của mật rỉ 12

Bảng 3.2-1 Chỉ tiêu hóa học 25

MỞ ĐẦU

Ngày nay, ngành công nghệ thực phẩm ngày càng phát triển và có sự hiện diện đángkể trong nền kinh tế nói chung, đặc biệt là khi công nghệ sản xuất ethanol ngàycàng phát triển Nhằm đáp ứng nhu cầu đời sống ngày càng cao của con người, việcứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ để tạo ra sản phẩm ethanol chất lượngcao.

Ethanol không chỉ được sử dụng trong sản xuất đồ uống mà còn được sử dụng trongcác ngành công nghiệp khác như hóa chất, dược phẩm và quốc phòng Hiện nay đểthu được sản phẩm có độ tinh khiết cao ta có thể sử dụng phương pháp chiết, chiết,chưng cất, nồng độ hấp thụ, chọn phương pháp thích hợp tùy theo loại sản phẩmmuốn thu được, vì etanol là hỗn hợp dễ bay hơi nên ta có để chọn một phương phápchưng cất để cải thiện độ tinh khiết.

Đó cũng là lý do để nhóm 11 chọn đề tài “ Quy trình chưng cất trong sản xuất cồnetylic” Trong quá trình tìm hiểu và thu nhận thông tin nhóm 11 sẽ không tránh khỏicác sơ xuất mong cô và các bạn đóng góp ý kiến để bài tiểu luận hoàn thành tốt hơn.

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ RƯỢU CỒN2.1 Tình hình sản xuất và sử dụng cồn ở nước ra và trên thế giới

Hầu hết các nước trên thế giới đều dùng cồn để pha chế rượu và cho các nhu cầukhác như: y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác

- Tuỳ theo tình hình phát triển của mỗi nước, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất đadạng và khác nhau ở các nước có nền công nghiệp rượu vang phát triển như Italia,Pháp, Tây ban nha… cồn được dùng để tăng thêm nồng độ rượu Một lượng khá lớncồn được dùng để pha chế các loại rượu mạnh, cao độ như Whisky, Martin, Brandy,Napoleon, Rhum…

- Rượu và các đồ uống có rượu chiếm một vị trí đáng kể trong công nghiệp thựcphẩm Chúng rất đa dạng tuỳ theo truyền thống và thị hiếu của người tiêu dùng màcác nhà sản xuất làm ra nhiều loại rượu mang tên khác nhau Tuy nhiên có thể chiathành 3 loại chính: rượu mạnh có nồng độ trên 30% V, rượu thông thường có nồngđộ từ 15 đến 30 % V, và rượu nhẹ có nồng độ dưới 15% V

- Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ ngàn xưa và chưa có tài liệu nào chobiết chính xác có từ khi nào ở miền núi, đồng bào các dân tộc dùng gạo, ngô, khoai,sắn, nấu chín rồi cho lên men, men này được lấy từ một số lá cây hoặc được nuôicấy thuần khiết hơn Sản phẩm nổi tiếng là rượu cần Ở đồng bằng, nhân dân biếtnuôi cấy và phát triển nấm mốc, nấm men trong thiên nhiên trên môi trường thíchhợp, gạo và các nguyên liệu khác nhau có chứa tinh bột đã được nấu chín Đó gọi làmen thuốc bắc

- Sau đó một loạt các nhà máy sản xuất rượu từ nguyên liệu tinh bột được thành lậpnhư ở Hà Nội, Nam Định, Hải Dương,… Sau này có xây dựng thêm một số nhàmáy sản xuất cồn rượu từ mật rỉ tận dụng mật rỉ của các nhà máy đường

- Trước tình hình đó Trong hội thảo “Dự án chiến lược phát triển khoa học côngnghệ ngành rượu bia nước giải khát “,theo đề nghị của các chuyên gia đến năm2005 nước ta nên có khoảng 180 đến 200 triệu lít rượu các loại, tương đươngkhoảng 50 triệu lít cồn tinh khiết

Trong đó cồn từ nguyên liệu tinh bột chiếm 30-40 %, số còn lại là cồn từ rỉ đường.Cồn tinh bột trước mắt do nhà máy rượu Bình Tây, Hà Nội và Thanh Ba đảm nhiệmnhưng cần hoàn chỉnh công nghệ và thiết bị để có thể sử dụng hết năng suất thiết kế.

Đồng thời xây dựng thêm một số nhà máy rượu rỉ đường ở những nơi có mật rỉ.Nếu không làm sẽ dẫn đến lãng phí lượng rỉ do các nhà máy đường thải ra

- Song song với sản xuất các loại rượu uống chúng ta cần nhanh chóng triển khaisản xuất acid axetic, acid citrictừ rỉ đường để cung cấp cho nhu cầu của ngành caosu và các ngành kinh tế khác

Trước mắt có thể phối hợp với chương trình năng lượng nghiên cứu sử dụng cồnvào mục đích thay thế chất đốt Điều này sẽ vô cùng có lợi vì cồn cháy sẽ ít ảnhhưởng đến môi trường như dầu hoả, lại hạn chế được cả tình trạng phá rừng lấy củiđốt

- Chúng ta cần đổi mới quan niệm “cồn chỉ để pha rượu uống “ Trong tương laikhông xa nữa, chắc chắn rằng cồn ở nước ta cũng trở thành nguyên liệu cho nhiềungành sản xuất khác như nhiều nước đã và đang làm.

2.2 Tổng quan cồn etylic

Ethanol (etanol) còn được biết đến như là rượu etylic, ancol etylic, rượu ngũ cốchay cồn Đây là một hợp chất hữu cơ dễ cháy, không màu Là một trong các rượuthông thường có trong thành phần của đồ uống chứa cồn Trong cách nói dân dã nóđược nhắc đến một cách đơn giản là rượu.

Ethanol được sản xuất dựa vào quá trình lên men các nguồn hydratcacbon có trongtự nhiên Như lúa mì, lúa mạch, đường, ngô, sắn, mùn, gỗ,…Một cách khác, trongcông nghệ tổng hợp hóa dầu, Ethanol được điều chế bằng dây chuyền công nghệhydrat hóa khí etylen bằng chất xúc tác acid Ngoài ra, nó cũng được điều chế thôngqua con đường làm tinh khiết giữa ethanol và nước.

2.3 Ứng dụng của cồn etylic

Trong công nghiệp

- Làm dung môi: Phần lớn lượng Ethanol được dùng làm dung môi trong ngànhcông nghiệp dược phẩm, nước hoa, in ấn, sơn, điện tử, dệt may, để pha chế,… Đồngthời, Ethanol là một dung môi hoàn hảo giúp hòa tan các chất và ngăn ngừa sự kếttinh của thành phần trong mỹ phẩm.

- Làm nhiên liệu: Etanol có thể sử dụng như là nhiên liệu cồn (thông thường đượctrộn lẫn với xăng) và trong hàng loạt các quy trình công nghiệp khác Đặc biệt nócũng được sử dụng trong các sản phẩm chống đông lạnh vì điểm đóng băng thấpcủa nó Ngoài ra thì Ethanol còn được dùng làm nhiên liệu dùng cho đèn cồn trongphòng thí nghiệm Dùng thay xăng làm nhiên liệu cho động cơ đốt trong.

- Làm nguyên liệu: Trong công nghiệp thì Ethanol được dùng làm nguyên liệu đểsản xuất các hợp chất hữu cơ khác như đietyl ete, axit axetic,… Etanol là nguồnnguyên liệu hóa học đa dụng Trong thời gian qua đã được sử dụng với phạm vithương mại để tổng hợp hàng loạt các mặt hàng hóa chất với sản lượng lớn khác.Hiện nay, nó đã được thay thế trong nhiều ứng dụng bằng các nguyên liệu hóa dầukhác rẻ tiền hơn.

Trong y tế

- Cồn Ethanol được sử dụng rộng rãi trong y tế với tác dụng chống vi khuẩn, vi sinhvật Bên cạnh đó, Ethanol còn được dùng để sản xuất thuốc ngủ vì nó có thể gâymê, gây buồn ngủ cho người sử dụng.

- Đặc biệt, người ta còn dùng Ethanol (70 – 90%) để tiệt trùng các thiết bị, dụng cụ,vết thương,… Bởi nó có tính sát khuẩn cao Đồng thời,nó còn có hiệu quả khichống lại phần lớn các loại vi khuẩn và nấm cũng như nhiều loại virus,… Khi sátkhuẩn vết thương, tùy vào yêu cầu và chỉ dẫn của bác sĩ mà chúng ta sẽ cần dùngdung dịch cồn có nồng độ khác nhau.

Trong ngành công nghệ thực phẩm

- Ethanol là cồn, chính vì thế nó là thành phần chính để làm đồ uống có cồn Khi đó,Ethanol sẽ được chuyển hóa như một năng lượng cung cấp chất dinh dưỡng Đặcbiệt tốt cho hệ tiêu hóa nếu uống với lượng vừa phải Tuy nhiên, nếu bạn uống quánhiều rượu thì sẽ gây hại cho sức khỏe của bạn Đặc biệt là khi nồng độ cồn trongmáu vượt quá 0.5% sẽ gây hôn mê sâu Thậm chí dẫn đến tử vong cho người sửdụng.

- Ethanol là thành phần chính để làm đồ uống có cồn

2.4 Nguyên liệu sản xuất cồn etylic

Để sản xuất rượu etylic có thể sử dụng tất cả các nguyên liệu chứa đường có khảnăng lên men hoặc nguyên liệu chứa glucid có thể chuyển hóa thành đường lênmen.

Nguyên liệu để sản xuất rượu etylic được chia thành 3 nhóm:- Nhóm nguyên liệu giàu tinh bột ( ngũ cốc)

- Nguyên liệu chứa đường lên men( mía, củ cải đường, các nguồn trái cây chín, mậtrỉ).

Nguyên liệu được sử dụng đẻ sản xuất rượu etylic phải đạt các yêu cầu sau:- Hàm lượng đường hoặc tinh bột cao

- Hiệu quả kinh tế cao

- Có vùng nguyên liệu phải tập trung và đủ thỏa mãn nhu cầu sản xuất

2.4.1 Nguyên liệu giàu tinh bột

Ngô ( bắp)

Cây ngô thuộc họ hòa thảo ( Graminae) loại Zea May L.Thành phần hóa học thuộc bẳng sau:

% khốilượng

Bảng 1.4-1 Thành phần hóa học của ngô

Cấu tạo hạt ngô thành 3 phần chính:- Phôi: chiếm 10-13% trọng lượng hạt- Nội nhũ: chiếm 83-85% trọng lượng hạt- Vỏ: chiếm 2-5% trọng lượng hạt

Thành phần của nội nhũ là tinh bột Tinh bột chứa 10-15% amylose và 85-90%amylopectin Ngoài ra, trong nội nhũ còn có 0,5 - 0,6% axít béo Các hợp chât chứanitơ trong hạt ngô hầu hết là protein, phần lớn thuộc nhóm zein, ngoài ra còn cóprolam in, glutelin album in hầu như không có; globulin chiếm khoảng 0,4% trọnglượng hạt Zein là m ột dạng protein khồng đầv đủ vì thiếu các axit am in khôngthay th ế như triptoplian, lysin (lysine) Đặc biệt, hàm lượng cha't béo ở ngô nhiềuhơn những h ạ t ngũ cốc khác và tập trung chủ yếu ở phôi, - chiếm từ 30 -r 40%trọng lượng phôi, - chất béo này đa số là acid chưa no, màu vàng nhạt, chiếm 72%tổng lượng chất béo, thường ta tách phôi ra để ép lấy dầu làm bơ nhân tạo hay dầuăn, ngô đã tách phôi dùng để nấu rượu

Gluxit trong ngô gồm có:

- Tinh bột chiếm 43,47 - 61,8%; - Đường chiếm 1,76 - 4,62%; - Destrin và pectin: 1,09 - 14,67%.Sắn (khoai mì)

Sắn mọc đầu tiên ở Trung Nam châu Mỹ sau đó lan dần đến các vùng Đông Nam Ávà Châu Phi Săng thích nghi với khí hậu nhiệt đới, vì vậy, sắn hiện nay được trồngnhiều ở Ấn Độ, Malaysia, Nước ta cũng trồng nhiều sắn, đặc biệt ở các vùngthượng du và trung du Sắn có nhiều loại giống khác nhau, nhưng người ta thườngdựa vào hàm lượng acid cyanhydric ( HCN) mà chia sắn thành 2 giống chính: sắnđắng và sắn ngọt hoặc dựa vào màu sắc của vỏ chia ra sắn vỏ vàng hoặc sắn trắng.Thành phần

Khoai lang được phân loại như sau:

- Căn cứ vào màu vỏ khoai: vỏ đỏ hoặc vỏ vàng

- Căn cứ vào màu ruột khoai: ruột trong, vàng hoặc tímLoại

Thành phần, % khối lượng

Khoailang tươi

Khoailang khô

Bảng 1.4-3 Thành phần hóa học cỉa khoai lang

Khoai lang tươi rất khó bảo quản, thường ta phải xắt lát phơi khô hoặc sấy Trungbình cứ 3 kg khoai tươi ta thu được 1 kg khoai khô.

Các loại ngũ cốc khác

Ớ nước ta thường dùng ngô, khoai, sắn để sản xuất rượu etylic là chủ yếu, ngoài racòn có thể dùng tâm, cám, gạo phế liệu ơ châu Au có thể dùng lúa mì, đại mạch

Thành phầnLoại hạt

Gạo giãGạo xayTấmCám Mì đenKiều mạchKê

Bảng 1.4-4 Thành phần hóa học các ngũ cốc khác

2.4.2 Nguyên liệu rỉ đường

Mật rỉ hay rỉ đường là thứ phẩm của ngành công nghệ sản xuất đường, chiếm từ 5% so với lượng mía đưa vào sản xuất.

3-Thành phần mật rỉ

Lượng chất khô trong nật rỉ chiếm 80 – 85%, nước chiếm 15 -20% Trong số cácchất khô thì đường chiếm tới 60% Thành phần chất khô còn lại gọi chung là chấtphi đường (gồm 30-32% là hợp chất hữu cơ và 8-10% là chất vô cơ).

-Các oxyt khác

Bảng 1.4-5 Thành phần hóa học của mật rỉ

Hợp chất hữu cơ gồm các chất chứa nitrogen, carbon, oxygen và hydro Các chấthữu cơ không chứa nitrogen gồm có pectin, chất nhày furfurol và oxymetyl furfurol,acid, Ngoài ra, còn chứa các chất khử nhưng không lên men được như caramel,chất màu, Lượng nitrogen chứa trong mật rỉ khoảng 0,5-1% Do chứa ít nitrogennên khi lên men dịch rỉ đường ta phải bổ xung nguồn nitrogen từ ure hoặc amonisulfat.

Bình thường, pH của mật rỉ từ 6,8-7,2 Rỉ đường mới sản xuất ra có thể có 8,9 Độ kiềm của rỉ đường 0,5 – 2o ( 1 độ kiềm tương đương 1ml H2SO4 1N trunghòa hết 100g mật rỉ) Độ kiềm gây ra bởi các muối calcium của acid carbonic và cácacid hữu cơ khác.

pH=7,2-CHƯƠNG 3 QUÁ TRÌNH CHƯNG CẤT TRONG SẢN XUẤT CỒNETYLIC

3.1 Quy trình công nghệ sản xuất cồn etylic

Nguyên liêu

Enzyme

Enzyme, CaCl2, H2SO4

Nước

Men giống

Xử lí nguyên liệu

Hồ hóaNấu chín

Đường hóaDịch hóa

Làm nguội

Chưng cấtLên men

Sản phẩm

Dấm chín bao gồm các chất dễ bay hơi như rượu etylic, este, aldehyt và rượu bậccao, các chất hòa tan không bay hơi như destrin, protein, các chất vô cơ cùng mộtít đường m altoza (maltose) chưa lên men và các chất không hòa tan như vỏ trâu,xác nấm men Do đó, dâm chín là một hỗn hợp nhiều cấu tử Nhưng hiện nay, lýthuyết về chưng cất mới chỉ nghiên cứu hệ hai cấu tử, m ặt khác, th án h phần chủyếu trong dấm chín là nước và rượu etylic Vì vậy, ta xem dấm chín như là một hỗnhợp hai cấu tử rượu etylic và nước đ ể nghiên cứu.

3.3.2 Định luật chưng cất

Định luật về chưng cất dung dịch rượu - nước đã được Sorel, D.P.Cônôvalôp vàM S.Vretski nghiên cứu Theo Sorel, hỗn hợp rượu nước có ba thông sô" biến đối:áp suất, n h iệt độ và nồng độ Trong khi chưng cất, việc không chế áp suất hơi chovào tháp tương đối ổn định; khi đó nhiệt độ và nồng độ chịu ảnh hưởng lẫn nhau,ứng với mỗi nồng độ của hỗn hợp rượu - nước đều có một nhiệt độ sôi nhất định.Sorel, qua thí nghiệm nhiều lần trong điều kiện áp suất thường, đã lập được đồ thịbiểu diễn quan hệ giữa hàm lượng rượu ở thề hơi và ở thề lỏng với nhiệt độ sôi, gọilà đồ thị điểm sôi.

Đồ thị điểm sôi có một ý nghĩa rất lớn đối với việc thao tác cất Ví dụ như khichưng cất rượu ở thiết bị cất cồn thô, nhiệt kế chỉ ở phần luyện bình thường là 85°c,điều đó chứng tỏ rằng trong tháp cất nhiều nước và ít rượu, do đó phải tăng lượngrượu đưa vào tháp Ngược lại, nếu nhiệt độ giảm xuông 82°c, điều đó chứng tỏ rằngtrong tháp cất chứa nhiều rượu, cần phải giảm lượng rượu ban đầu Như vậy đồ thịđiểm sôi đã cho chúng ta biết được những hiện tượng xảy ra trong tháp cất để kịpthời điều chỉnh khi thao tác cất Theo nghiên cứu cùa Cônôvalôp, ở điều kiện đẳngnhiệt, ông rút ra được định luật sau:

Hình 2.2.1 Đồ thị điểm sôi

Định luật 1: Ớ trạng thái cân bằng giữa pha lỏng và pha hơi, cấu tử dể bay hơi ở

pha hơi thường chứa một lượng nhiều hơn ở th ể lỏng Nếu thèm cấu tử dễ bốc hơivào dung dịch ở nhiệt độ không đổi thì áp suất hơi hão hòa chung sẽ tăng hay nhiệtđộ sôi sẽ giảm

Để chứng minh cho định luật này, ta xét sơ đồ biểu diễn áp suất hơi bão hòa củadung dịch rượu - nước ở nhiệt độ không đổi Qua đường biểu diễn chứng tỏ rằng, ápsuất hơi bão hòa tă n g cùng với nồng độ rượu ở thế lỏng và tăng tới điểm cực đại atrên đường cong áp suất hơi bão hòa ứng với nồng độ rượu là C Nếu tiếp tục tăngnữa, áp suất hơi bão hòa sẽ giảm Do đó, định luật thứ 1 của Cônôvalôp chỉ đúngtrong khoảng nồng độ từ O đến C , nghĩa là nồng độ rượu ở thể hơi lớn hơn nồng độrượu ở thể lỏng và trong khoảng nồng độ từ C đến 100% thì nồng độ rượu ở thể hơinhỏ hơn nồng độ rượu ở thể lỏng

Hình 2.2.2 Đường biểu diễn áp suất hơi bão hòa

Điểm a của đường cong áp suất hơi bão hòa gọi là điểm cực đại, và từ đó ta đi tới: