luận văn công nghệ thực phẩm Dây chuyền sản xuất cồn tinh bột theo công nghệ Pháp

Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng Chương 1 Tổng quan tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam 1. Giới thiệu về tình hình sản xuất cồn, rượu ở nước ta hiện nay Ngày nay, với chính sách kinh tế mở cửa Việt Nam đang hoà nhập vào thị trường chung trên thế giới, trong đó phải kể đến thị trường tiêu thụ cồn tinh bét, nhu cầu về cồn trên thế giới rất lớn đặc biệt là rượu cồn có chất lượng cao, Vì vậy với điều kiện tự nhiên ở Việt Nam có nguồn nguyên liệu cho sản xuất cồn tinh bột rất dồi dào( gạo, khoai, ngô, sắn,…) cộng với công nghệ sản xuất phù hợp sẽ sớm hoà nhập vào thị trường tiêu thụ cồn trên Thế giớivà nâng cao uy tín sản phẩm cồn tinh bột Việt Nam ở trên thế giới và trong khu vực. Sản xuất cồn rượu ở Việt Nam đã có từ lâu, chủ yếu do dân tự nấu, người Việt Nam uống rượu và sử dụng cồn thuộc vào loại nhiều trên Thế giới, bình quân uống rượu 10 lít/người trong một năm. Người dân Việt Nam chịu ảnh hưởng của truyền thống dân tộc, lối sống và văn hoá á Đông khi hiếu, lễ, hỉ, tết đến dùng rượu hoặc bia, nên mức độ tiêu thụ rượu của người Việt Nam thuộc loại nhiều của Thế giới. ảnh hưởng của điều kiện tự nhiên Việt Nam nằm gần xích đạo, có khí hậu nhiệt đới, nóng do đó nhu cầu về rượu và các loại nước giải khát đều rất cao cũng như các nước khác trong khu vực. Dưới thời Pháp thuộc, Nhà máy Rượu Hà Nội và nhà máy Rượu Bình Tây được xây dựng ( khoảng năm 1889 ), mỗi nhà máy có năng lực sản xuất khoảng 20 triệu lít rượu/1 năm. Để cung cấp cồn, rượu cho tiêu dùng và xuất khẩu, Nhà nước đã cho khôi phục và củng cố sản xuất của Nhà máy Rượu Hà Nội, từ năm 1962 - 1963 ta bắt đầu xuất khẩu rượu, chủ yếu là sang các nước Đông âu, nhất là Liên xô cũ. Vào những năm 1970 một số nhà máy mới được xây dựng thêm với công suất nhỏ và trung bình từ 100 đến 500.00 lít cồn/năm ở các địa phương như Hà Tây, Lục Ngạn (Bắc Giang), Thái Bình, Ninh Bình, Hải Phòng, Thanh Hoá, Nghệ An, Hà LỚP: ĐKTĐ1- K43 1 Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng Tĩnh, Quảng Bình, Lạng sơn,… Sau 1975, quản lý thêm Nhà máy Rượu Bình Tây. Thời kỳ 1985 - 1990 mặc dù thiếu lương thực nhưng hai nhà máy Rượu Hà Nội và Bình Tây cũng sản xuất được bình quân 12,6 triệu lít/năm. Đến năm 1991 mặc dù lương thực dồi dào nhưng hai nhà máy chỉ sản xuất đạt: 2,57 triệu lít nguyên nhân do nhân dân nấu rượu lậu và Nhà nước áp dụng thuế tiêu thụ đặc biệt. Mặc dù, Nhà nước đã có chính sách cấm rượu lậu nhưng rượu do dân tự nấu vẫn tồn tại song song trên thị trường. Không tính chính xác được sản lượng rượu lậu, nhưng có thể ước định khoảng 600 triệu lít rượu. Sản xuất rượu lậu không những chất lượng rượu kém không đảm bảo sức khoẻ cho người tiêu dùng mà còn làm thất thu ngân sách của Nhà nước. Nếu lấy bình quân tiền thuế 3000 đ/lít, thì với 600 triệu lít rượu nấu trái phép Nhà nước thất thu khoảng 1800 tỷ đồng. Nhà nước cần có biện pháp quản lý về chất lượng cũng như về số lượng số rượu dân tự nấu để đảm bảo có rượu sạch cung cấp cho thị trường. 1.1 Các cơ sở sản xuất rượu thủ công. Cả nước có 27 doanh nghiệp, tất cả các doanh nghiệp này đều có công suất nhỏ dưới 1 triệu lít/năm. Tổng công suất của các doanh nghiệp này 4,55 triệu lít/năm, tổng vốn đầu tư khởng 7 tỷ. Hầu hết các cơ sở sản xuất thủ công đều có công nghệ và thiết bị quá đơn giản và lạc hậu; chủ yếu là dùng men thuốc bắc để đường hoá và rượu hoá dịch lên men chứa trong các chum vại bằng sành sứ, sau dùng phương pháp chưng cất thuỷ phân- một lần. Do đó chất lượng rượu thấp, độc tè cao, hiệu suất thấp, chất lượng rượu không ổn định nên rất nguy hiểm cho người tiêu dùng. LỚP: ĐKTĐ1- K43 2 Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng Nguyên liệu dùng sản xuất thủ công chủ yếu từ ngô, khoai, sắn, nhiều nơi cả rỉ đường, nhưng sản lượng rượu thủ công hiện nay rất lớn, ước tính khoảng 600 triệu lít. 1.2 Các Nhà máy rượu quốc doanh Hiện nay cả nước đang còn khoảng 328 cơ sở sản xuất rượu và tổng công suất còn khoảng 47 triệu lít/năm. Nhưng sản xuất thực tế năm 1995 chỉ còn trên 14,6 triệu lít, bằng 31% công suất. Sản lượng năm 1995 của công ty Rượu Hà Nội là 2 triệu lít, - năm 1996: 2,425 triệu lít, - năm 1997: 2,450 triệu lít. Rượu do các nhà máy sản xuất theo phương thức công nghiệp, khử hầu hết các độc tố, nhưng do trình độ trang thiết bị và công nghệ của các cơ sở sản xuất khác nhau nhiều nên sản phẩm sản xuất ra cũng có chất lượng khác nhau. Nhiều cơ sở chất lượng tương đối tốt như Công ty Rượu Hà nội, rượu Đồng Xuân, nhưng phần lớn các cơ sở này do máy móc thiết bị và công nghệ đã cũ, hệ thống chưng cất nhập của hãng Sodeica (Pháp) cũng đã hư hỏng nhiều, do đó chất lượng sản xuất ra chưa chiếm lĩnh thị trường. 1.3 Các nhà máy rượu liên doanh Từ khi Nhà nước thực hiện chính sách mở cửa, các đối tác nước ngoài đã tới Việt Nam để liên doanh. Đến nay hầu như các liên doanh về sản xuất rượu đều chưa thành công: liên doanh rượu Champagne của CHLB Nga với nhà máy rượu Bình Tây mới được cấp giấy phép, nhưng không đi vào hoạt động; liên doanh sản xuất rượu Sake 100% vốn của Nhật Bản tại Huế có công suất 1 triệu lít/năm. Liên doanh giữa Nhà máy Rượu Bình Tây với Hiram Worker sản xuất rượu Whisky, sản phẩm này đang bán thăm dò tại thị trường Việt Nam. Thực chất các liên doanh sản xuất rượu, chủ yếu là nhập "nước cốt" để pha chế rượu bán tại Việt Nam, các liên doanh này cũng chưa đầu tư vào nghiên cứu những nguyên liệu sẵn có ở trong nước để sản xuất những loại rượu chất lượng caophục vụ cho tiêu dùng và xuất khẩu LỚP: ĐKTĐ1- K43 3 ỏn tt nghip inh Trng Hựng 1.4 Thc trng sn xut cn ru ca cỏc doanh nghip trong nm 1998 Hot ng xut khu ca cỏc doanh nghip trong nm 1998 TT Tờn cụng ty Sn lng Xut khu Loi cn 1 ng Hip Ho 3 triu lớt R ng 2 VINFOOD 3 triu lớt R ng 3 TANAKA 5 triu lớt 3 triu lớt R ng Tỡnh hỡnh sn xut cn mt s danh nghip TT Tờn cụng ty Sn lng Cn thụ Cn tinh luyn 1 ng Qung Ngói 5 triu lớt 5 triu lớt 2 Tõy Ninh 10 triu lớt 2 triu lớt 8 triu lớt 3 c Lc 5 triu lớt 5 triu lớt 4 Bỡnh Dng 3 triu lớt 1 triu lớt 2 triu lớt 5 Khỏnh Ho 3 triu lớt 3 triu lớt 6 Min Tõy 4 triu lớt 4 triu lớt 1.5 Nhu cu tiờu th cn tinh ch TT Tờn cụng ty Sn lng tiờu th cn 1 Cụng ty Dc phm 26 1 triu lớt 2 Cụng ty NGK Chng Dng 0,5 triu lớt 3 Cụng ty Hiram Walker 1 triu lớt 2. Quy trỡnh sn xut cn LP: KT1- K43 4 Tàng trữ Nguyên liệu có chứa tinh bột Xay nghiền Đờng hoá tinh bột Chng cất Dung dịch hồ tinh bột Lên men Sơ đồ quy trình Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng 2.1 Quy trình sản xuất cồn có thể tóm tắt như sau 2.1.1 Nguyên liệu sản xuất cồn rượu Do có điều kiện tự nhiên và khí hậu nên ở Việt Nam nguồn nguyên liệu này rất dồi dào, giá thành lại thấp so với thế giới và khu vực. Định mức tiêu hao cho một lít cồn qui về 100 0 thường là 2,6 kg sắn (loại có hàm lượng tinh bét 70% - không có vỏ và xơ) và định mức tiêu hao cho một lít cồn sản xuất từ gạo tấm là 2,8 Kg gạo tấm (có hàm lượng tinh bét 65%) Rỉ đường cũng là một loại nguyên liệu dùng để sản xuất cồn. Gần đây Nhà nước có chủ trương sản xuất 1 triệu tấn đường/năm. Với sản lượng này, loại rỉ đường một năm đạt tới 380.000 tấn/năm, nếu sản xuất ra rượu 30 0 cũng đạt tới 300 triệu lít/năm 2.1.2 Enzym trong sản xuất cồn rượu Những năm gần đây trong công nghệ sản xuẩtu chủ yếu sử dụng nấm mốc trong khâu đường hoá rượu. Ngày nay, ở các nhà sản xuất công nghiệp người ta sử dụng trực tiếp các chế phẩm Enzym này phải nhập ngoại. Hiện nay trong công nghiệp sản xuất cồn chủ yếu sử dụng hai loại chế phẩm Enzym - chế phẩm Termanryl và chế phẩm Sansupper 2.1.3 Xử lý nguyên liệu LỚP: ĐKTĐ1- K43 5 Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng Nguyên liệu ( ngô, gạo, sắn…) trước khi đem sản xuất phải làm sạch tách các tạp chất (kim loại, đất đá, rác…), nguyên liệu sau khi làm sạch đưa vào máy nghiền, sau đó được sàng lọc và đưa vào công đoạn nấu. 2.1.4 Quá trình hồ hoá Mục đích của quá trình hồ hoá là để phá vỡ tế bào và hoà tan trong nước. Nguyên liệu sau khi xay nghiền đưa vào hồ hoá, ở đây cồn hoàn toàn được hoá lỏng. Hỗn hợp đã hoá lỏng được lọc bỏ các chất xơ và các chất khác rồi được làm lạnh bằng thiết bị trao đổi nhiệt, sau đó chuyển sang quá trình đường hoá và lên men. Việc lọc trước khi lên men trnhs lắng không cần thiết trong dịch lên men. 2.1.5 Quá trình đường hoá và lên men Việc đồng thời đường hoá và lên men đảm bảo tất cả các loại đường có thể lên men, được sản xuất bởi enzym đường hoá sẽ chuyển thành cồn nhờ nấm men, đưa đến hiệu quả lên men cao nhất. Nấm men được nuôi cấy ở bộ phận gây men, quá trình đường hoá được tiến hành ngay khi thùng lên men bắt đầu đầy. Nhiệt độ của dung dịch lên men tăng lên vì lên men là phản ứng phát nhiệt, nhiệt độ quá trình lên men được duy trì bằng cách cho tuần hoàn dung dịch thuỷ phân qua bé trao đổi nhiệt, hoặc làm mát trực tiếp bên ngoài thiết bị lên men. Các dưỡng chất như urê … được thêm vào để tăng dinh dưỡng cho nấm men hoạt động. Sau khi quá trình lên men hoàn tất, dịch lên men được bơm vào bộ phận chưng cất. 2.1.6 Chưng cất và bảo quản Dung dịch đã lên men trước hết được làm nóng sơ bộ bằng các thiết bị gia nhiệt, sau đó được đo lường qua các lưu lượng kế thích hợp. Hơi nước được cấp qua đáy của tháp cất tinh. Các aldehyde, các este, … dễ bay hơi hơn entanol tinh khiết được thu hồi như một sản phẩm phụ dạng nước từ tháp tinh cất. Sản phẩm LỚP: ĐKTĐ1- K43 6 Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng phụ có độ cồn cao hơn, cùng đựơc biết đến như một thứ dầu đã nóng chảy, được bán như một sản phẩm. Cồn được tàng trữ trong bồn inox 2.2 Mét số chỉ tiêu về chất lượng cồn và sự khác nhau giữa cồn tinh bột và cồn rỉ đường 2.2.1 Tiêu chuẩn Việt Nam cồn tinh chế TCVN - 1052 - 71 * Chỉ tiêu cảm quan + Dạng bên ngoài: chất lỏng trong suốt, hoà tan trong nước, không có tạp chất lạ + Màu sắc: không màu + Mùi vị: Có mùi và vị đặc trưng cho etanol sản xuất từ ngũ cốc hoặc rỉ đường * Chỉ tiêu hoá học Chỉ tiêu Loại I Loại II Hàm lượng etanol ở 20 0 (tính theo % thể tích) ≥ 96 ≥ 95 Độ tinh khiết (thử trong môi trường H 2 SO 4 đậm đặc) Không màu Vàng nhạt Thời gian oxi hoá (phút) ≥ 25 ≤ 15 Hàm lượng andehyt (mg) Tính theo andehyt axetic/1 lít etanol 100 0 ≤ 8 ≤ 15 Hàm lượng axit (mg) Tính theo axit axetic/1 lít etanol 100 0 ≤ 9 ≤ 13 Hàm lượng este (mg) Tính theo etyl axetat/1 lít etanol 100 0 ≤ 30 ≤ 50 Hàm lượng rượu bậc cao, theo tỷ lệ hỗn hợp izopentanola và izobutanola (3:1) mg/1 lít etanol 100 0 ≤ 30 ≤ 60 Hàm lượng metanol, tính theo % thể tích ≤ 0,06 ≤ 0,1 Hàm lượng fufurola Không có Không có 2.2.2 Sự khác biệt giữa cồn tinh bột và cồn rỉ đường Loại nguyên liệu sản xuất Hàm lượng este mg/l cồn Aldehyl % so với cồn Dầu fusel % so với cồn Axit mg/l cồn 100 0 LỚP: ĐKTĐ1- K43 7 Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng 100 0 100 0 100 0 Tinh bét 416,6 0,0047 0,28 78,8 Rỉ đường 376,7 0,116 0,317 113,9 Cồn thô sản xuất từ rỉ đường có chất lượng kém hơn (chứa nhiều tạp chất ) so với cồn thô sản xuất từ rỉ đường. Cồn được sản xuất từ tinh bột sắn và cồn sản xuất từ gạo có sự khác biệt, cụ thể như sau: Tạp chất Đơn vị đo Cồn từ sắn Cồn từ gạo Este Mg/L 376 242 Andehyt % 0,116 0,07 Axit béo g/L 113 78 Không những vậy cồn sản xuất từ sắn hầu như không có hương, vị trơ, còn cồn sản xuất từ gạo cho ta hương thưm và vị đậm đà của nguồn gốc nguyên liệu gạo. LỚP: ĐKTĐ1- K43 8 ỏn tt nghip inh Trng Hựng CHNG 2 DY CHUYN SN XUT CN TINH BẫT THEO CễNG NGH PHP 1. Gii thiu chung Dõy chuyn sn xut cn tinh bt c cp n trong ỏn ny l dõy chuyn sn xut cn tng i ln v hin i vi cụng ngh hon ton mi ca Phỏp, d kin c xõy dng lp t ti cụng ty ru Bỡnh Tõy. õy l dõy chuyn sn xut cn t cỏc nguyờn liu tinh bt thụ nh lỳa go, ngụ, khoai, sn Dõy chuyn sn xut ny cú kh nng sn xut l 150 000 l/24gi cn tinh khit 96.2% vol. Sn phm ph ca quỏ trỡnh sn xut c gi l cht bó, nú c ly ra t ỏy ca thỏp chng ct v khụng cũn cha cht dinh dng nh cht bộo, protein 2. Tng quan cụng ngh Cn chng ct Sn lng cht lng kộm hn LP: KT1- K43 9 Men rợu Nguyên liệu tinh bột Làm sạch Nấu Lên men Chng cất Chất bã Chất thải Bột mịn Dịch đờng Đồ án tốt nghiệp Đinh Trọng Hùng Tinh bột thô được đưa qua bộ phận nghiền và làm sạch. Sau khi qua công đoạn này tinh bột trở thành dạng bột mịn. Tinh bột không thể trực tiếp được lên men, nó được chuyển hoá thành đường glucose thông qua công đoạn nấu, sự chuyển hoá này được gọi là sự đường hoá. Sau quá trình nghiền, mỗi phân tử tinh bột sẽ được đường hoá bằng các enzyme đÓ chuyển hoá thành đường glucose. Sản phẩm của quá trình đường hoá được gọi là dịch đường. Sản phẩm của quá trình đường hoá được đưa tới công đoạn lên men để chuyển hoá chúng thành dịch hèm. Trong quá trình lên men sẽ sinh ra sản phẩm phụ là CO 2 . Sản phẩm của công đoạn lên men được đưa tới các tháp chưng cất thuộc công đoạn chưng cất để tách cồn và chất bã. Trong công đoạn này cồn được tinh chế trở thành cồn tinh khiết (96.2%). Dây chuyền sản xuất cồn tinh bột là dây chuyền sản xuất tự động hoàn toàn, hệ thống điều khiển của nhà máy được đặt tại phòng điều khiển, tại đó các thiết bị điều khiển được bố trí trong các tủ điều khiển. 2.1 Khu vực xay nghiền và làm sạch Mục đích của khu vực làm sạch và xay nghiền là nhằm thu được nguyên liệu thô sạch, không lẫn những tạp chất như đá, cát, rơm rạ, que củi vì những lý do sau đây: - Đá có thể làm hỏng các thiết bị cơ khí - Cát có thể gây ra hiện tượng mòn hầu hết các bộ phận của công-tẵc, bánh công tác của bơm hay các bộ phận tương tự - Rơm rạ, que củi sẽ tích tụ lại trong các mạch và thiết bị (bộ phận trao đổi nhiệt hoặc tương tự) và có thể gây phá huỷ thiết bị cũng như làm phát sinh vi khuẩn LỚP: ĐKTĐ1- K43 10 [...]... i vi thúc lỳa , go hay ngụ v cú th nh hn hoc bng 0.5mm i vi sn 2.2 Cụng on nu Mc ớch l bin i tinh bt khụng t lờn men bột ngay m sn xut cn bng quỏ trỡnh lờn men cỏc hn hp ng, tinh bt S bin i ny gm 2 bc thu phõn enzym Giai on th nht s dng enzym alpha - amylase (hoỏ lng enzym) cựng vi x lý nhit phỏ v chui tinh bột Giai on th hai s dụng enzym armyloglucosidase phỏ v destrines nh lờn men ng nh gluco 2.3... HM3042) iu khin hai cp + ng c ca bm P 304A/B ( HM 3040, HM 3041), ng c bm P307 A/B, ng c bm P310A/B iu khin theo chng trỡnh 2.4 Thit k h thng iu khin LP: KT1- K43 16 inh Trng Cấp điều khiển giám sát ỏn tt nghip Hựng 2.4.1 S khi ton h thng iu khin cụng on nu Cấp điều khiển Máy in Bảng hiển thị Công nghệ PLC S7-200 Bộ hiển thị mức Cấp trường Tín hiệu từ bộ đo mức Bộ điều khiển nhiệt độ Tín hiệu từ PT100... cp iu khin giỏm sỏt l h tr ngi s dng trong LP: KT1- K43 17 ỏn tt nghip inh Trng Hựng vic ci t ng dng, thao tỏc, theo dừi, giỏm sỏt vn hnh v x lớ nhng tỡnh hung bt thng Ngoi ra trong mt s trng hp, cp ny cũn thc hin cỏc bi toỏn iu khin cao cp nh iu khin phi hp, iu khin trỡnh t v iu khin theo cụng thc Khỏc vi cỏc cp di, vic thc hin cỏc chc nng cp iu khin giỏm sỏt thng khụng ũi hi phng tin, thit b phn... v chớnh ca cp iu khin l nhn cỏc thụng tin t cp iu khin giỏm sỏt v thụng tin t cỏc cm bin, x lớ cỏc thụng tin ú theo mt thut toỏn nht nh v truyn tớn hiu iu khin xung c cu chp hnh Khi cũn iu khin th cụng nhim v ú c ngi ng mỏy trc tip m nhn qua vic LP: KT1- K43 18 ỏn tt nghip inh Trng Hựng theo dừi cỏc cụng c o lng, s dng kin thc v kinh nghiờm thc hin nhng thao tỏc cn thit nh ấn nút ON/OFF, iu khin... ca dch 1100C H thng thit b nu phun E314 s kộo di quỏ trỡnh nu nhit dch t c 1200C Ti E314 cho ta thy rừ s khỏc bit quỏ trỡnh nu liờn tc l quỏ trỡnh nu xy ra ngay trờn ng ng m bo quỏ trỡnh liờn tc Tip theo, dch c a vo bn t bc hi R315, v nhit ca sn phm s h xung cũn 950C sau khi ra khỏi R315 a n ni dch hoỏ sau cựng R305 Ti R305, lng enzym cũn li ( enzym hoỏ lng dung dch h ) c trn cựng vi dch Sn phm c... thit nh ấn nút ON/OFF, iu khin cn gt, nỳm xoay v.v Trong mt h thng iu khin t ng hin i, vic thc hin th cụng nhng nhim v ú c thay th bng mỏy tớnh Trong h thng iu khin t ng cụng on nu ca dõy chuyn sn xut cn tinh bt, nhim v iu khin do một PLC S7-300 m nhim chớnh Ngoi ra cũn mt s thit b iu khin khỏc nh b iu khin nhit , cỏc bin tn, cỏc b khi ng mm PLC nhn tớn hiu khi ng t cp iu khin giỏm sỏt, kim tra trng thỏi... gian úng /ngt cỏc cụng tc t úng/ngt ng c 2.4.2 Thiết k iu khin v s ng lc LP: KT1- K43 20 bảng ghi chú và liệt kê thiết bị sl sl giải thích tt ký hiệu cb aptomat 1 dk r ơle trung gian điều khiển 2 mc công tắc tơ 2 dfđk rơle bảo vệ mất pha 3 orc rơle nhiệt 3 cpu bộ điều khiển logi c plc r ơle trung gian 4 vtl biến tần tt ký hiệu 1 4 5 df / k tmc bộ đo và điều khiển nhiệt độ 5 v đồng hồ vôn 6 a đồng . cộng với công nghệ sản xuất phù hợp sẽ sớm hoà nhập vào thị trường tiêu thụ cồn trên Thế giớivà nâng cao uy tín sản phẩm cồn tinh bột Việt Nam ở trên thế giới và trong khu vực. Sản xuất cồn rượu. các nhà máy sản xuất theo phương thức công nghiệp, khử hầu hết các độc tố, nhưng do trình độ trang thiết bị và công nghệ của các cơ sở sản xuất khác nhau nhiều nên sản phẩm sản xuất ra cũng. chất bã. Trong công đoạn này cồn được tinh chế trở thành cồn tinh khiết (96.2%). Dây chuyền sản xuất cồn tinh bột là dây chuyền sản xuất tự động hoàn toàn, hệ thống điều khiển của nhà máy được