TÌM HIỂU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT CỒN VÀ CÁC DÒNG THẢI CHÍNH

LỜI NÓI ĐẦU Trong thời gian học môn các quá trình sản xuất cơ bản,chúng em đã được học và tìm hiểu những qui trình sản xuất và dòng thải chính của một số ngành, một số vấn đề.Nhận thấy q

Trường Đại học bách khoa Hà Nội Viện KH & CN Môi trường

Giảng viên hướng dẫn:

Thầy Đinh Bách Khoa

Lớp kĩ thuật môi trường K54

Hà Nội, ngày 1 tháng 11 năm 2014

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời gian học môn các quá trình sản xuất cơ bản,chúng em

đã được học và tìm hiểu những qui trình sản xuất và dòng thải chính

của một số ngành, một số vấn đề.Nhận thấy qui trình sản xuất cồn với

dòng thải của chúng là một đề tài hay cùng sự hướng dẫn của thầy

Khoa nên chúng em đã chọn đề tài này làm đề tài tiểu luận Qua đó

giúp chúng em có cái nhìn tổng quan hơn về vấn đề này Đó là cơ hội

để chúng em nắm được những qui trình công nghệ cũng như thấy được

nguyên nhân phát sinh dòng thải Sau đây là báo cáo về những nội dung

chúng em đã đạt được:

Nội dung cơ bản gồm 3 phần:

- Phần 1: Tổng quan: Do Sẻng Kẹo Vàng, Nguyễn Thị Huyền và

Nguyễn Mạnh Cường viết

- Phần 2: Qui trình sản xuất: Do Phạm Văn Đồng, Nguyễn Thị Huyền

và Hoàng Văn Tiệp viết

- Phần 3: Vấn đề môi trường: Do Sẻng Kẹo Vàng viết

Sự tìm hiểu của chúng em mới chỉ là khái quát vấn đề,chưa đi sâu

chi tiết vào công nghệ, nên chắc chắn còn nhiều sai sót Rất mong được

sự góp ý của thầy và các bạn để nội dung được hoàn chỉnh hơn

Hà Nội, ngày 1 tháng 11 năm 2010

Nhóm trưởng nhóm 5

Nguyễn Thị Huyền

MỤC LỤC trang

1 Giới thiệu 4

2 Cồn và ứng dụng của cồn 3 Tình hình sản xuất cồn ở nước ta hiện nay 5

4 Tình hình sản xuất cồn trên thế giới 7

5 Sơ đồ công nghệ và các dòng thải kem theo 7

Chương2: Qui trình công nghệ 9 1 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn 9

2 Nguyên liệu sản xuất cồn 10

3 Nghiền nguyên liệu 14

4 Nấu nguyên liệu 15

5 Đường hóa dịch cháo 18

6 Lên men dịch đường 22

7 Chưng cất và tinh chế cồn 24

8 Đặc điểm sử dụng điện nước 26

Phần 2: Các vấn đề về môi trường 27

Kết luận 30

Antoiner Loisiner đã mô tả êtanol như là một hợp chất của cacbon, hiđrô và ôxy,

và năm 1808, Nicolas T de Saussure đã xác định được công thức hóa học của nó Năm 1858, Archiband S.Coupper đã công bố công thức cấu trúc của êtanol: điều này làm cho êtanol trở thành một trong các hợp chất hóa học đầu tiên có sự xác

2 Cồn và ứng dụng của cồn

a) Đặc điểm lí hóa của cồn 1

Cồn là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm, tạo hỗn hợp đẳngphí với nước, nồng độ cồn ở điểm đẳng phí là 89%, cồn trộn với nước cónhiệt độ sôi là 78,150C Cồn etylic là chất phân cực mạnh Cồn có thể trộnlẫn với ete và nhiều dung môi khác Cồn có thể hoà tan nhiều hợp chất hữu

cơ và vô cơ Cồn dễ cháy và tạo hỗn hợp nổ với không khí

• Ngoài ra cồn còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm dungmôi hoà tan các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ

• Cồn còn được dùng trong cao su tổng hợp,…

• Ngày nay, người ta còn dùng cồn tuyệt đối (trên 99,5%V) để thay thế mộtphần nhiên liệu cho động cơ ô tô Cồn có thể thay thế 20% - 22% trong tổng

1 PGS TS Nguyễn Đình Thưởng, TS Nguyễn Thanh Hằng, Công nghệ sản xuất và kiểm tracồn etylic, NXB KHKT 2007

lượng xăng thành "gasohol" để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khácdùng động cơ xăng Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng củangành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làmgiảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động

cơ Nó làm tăng chỉ số octan của xăng, ngăn cản sự cháy kích nổ và dẫn đến

có thể thay thế tetra etyl chì là một chất độc

3 Tình hình sản xuất cồn ở nước ta hiện nay( viết lại)

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

- Tuy vậy cồn của các nhà máy của ta làm ra nói chung chưa đạt TCVN-71, nhưng TCVN-71 về cồn rượu của ta cũng thuộc loại thấp so với các nước tiên tiến trên thế giới Hiện tại trên lãnh thổ Việt Nam chỉ có 3 cơ sở làm ra được cồn loại I thoả mãn TCVN-71 Đó là Công ty rượu bia Đồng Xuân Phú Thọ,Công ty rượu Hà Nội và Bình Tây Tỷ lệ đạt loại I cũng còn chưa nhiều Muốn có cồn tinh khiết, chất lượng cao cần phải có hệ thống chưng luyện tốt và biết cách sử dụng nó

- Trong hội thảo "Dự án chiến lược phát triển khoa học công nghệ ngành rượu bia nước giải khát ",theo đề nghị của các chuyên gia đến năm 2005 nước ta nên có khoảng 180 đến 200 triệu lít rượu các loại, tương đương khoảng 50 triệu lít cồn tinh khiết Trong đó cồn từ nguyên liệu tinh bột chiếm 30-40 %, số còn lại là cồn

- Chúng em xin khái quát qua về TCVN-71 2về phân loại cồn Tuỳ theo nồng độ rượu và mức độ làm sạch tạp chất mà người ta chia cồn thành 2 loại với các chỉ tiêu chất lượng như sau:

Chỉ tiêu chất lượng _Cồn loại I _ Cồn loại II Nồng độ rượu Etylic, %V _ >=96 _ 95

Hàm lượng aldehyt tính theo _8 20 aldehytaxetic, mg/l

Hàm lượng este tính theo <=30 50 axetat etyl, mg/l

Hàm lượng dầu fusel tính theo 30 60 alcol izoamylic và izobutylic, hỗn hợp 3:1, mg/l

Hàm lượng alcol metylic, %V _0, 006 _0,1

Hàm lượng axit tính theo axit axetic,

mg/l _9 _18

Hàm lượng furfurol _không được có _không được có

Thời gian oxy hoá, phút 25 20

Màu sắc Trong suốt và không màu

4 Tình hình sản xuất cồn trên thế giới 3

Đầu tư sản xuất và sử dụng ethanol còn xa lạ với Việt Nam nhưng với trên thế giới, ngành công nghiệp này đã có bề dày trên 30 năm Đến năm 2007, lượng

2 http://s4.zetaboards.com/qttb/topic/146477/1/

3 http://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol_fuel_in_Brazil

ethanol nhiên liệu sản xuất đã tăng lên 56 tỉ lít, trong đó tỷ lệ sử dụng làm nhiên liệu tăng lên 75% Dự báo thời gian tới lượng ethanol nhiên liệu thế giới sẽ tăng lên 79,3 tỉ lít và tỷ lệ sử dụng làm nhiên liệu tăng lên tới 85%.

Trên thế giới, Brazil, Mỹ và Trung Quốc là 3 quốc gia đứng đầu về sản xuất và sử dụng ethanol nhiên liệu Trong khu vực Đông Nam Á, năm 2004, Thái Lan đã sản xuất trên 280.000 m3 cồn, đầu tư thêm 20 nhà máy để năm 2015 có trên 2,5 tỉ lít cồn dùng làm nhiên liệu

Việc sử dụng ethanol cũng đã trở nên quen thuộc ở nhiều nước Brazil hiện đang là nước đứng đầu trong sản xuất và xuất khẩu ethanol từ mía đường Tỷ lệ pha trộn cồn vào xăng ở Brazil thông dụng ở khoảng 25% đến 30% Xăng pha ethanol khan

ở tỷ lệ 5 - 10% được dùng bình thường trên mọi động cơ xăng dùng bugi đánh lửa Hiện nay ở châu Âu, tỷ lệ ethanol trong xăng là 5,75%, ở Mỹ thông dụng là 10%,

ở các nước khác cũng nằm trong khoảng từ 5 - 10%

5.Sơ đồ công nghệ và các dòng thải kèm theo:

a) Sơ đồ tổng quát :

Hình 1: Sơ đồ tổng quát công nghệ sản xuất cồn etylic

*Đặc điểm của phương pháp Amylo

• Đường hóa khá triệt để nên hiệu suất rượu so với nguyên liệu cao

• Chu kỳ 1 mẻ rượu kéo dài nên năng suất của nhà máy bị hạn chế

• Kén chọn nguyên liệu: chỉ thích hợp với gạo, bắp (không thích hợp với khoai và sắn)

• Chế độ vô trùng phải chặt chẽ (do đường hóa và lên men trong cùng một thùng ủ)

*Đặc điểm của phương pháp Mycomalt

• Ưu điểm:

- Ít bị nhiễm chua, không đòi hỏi chế độ vô trùng nghiêm ngặt

- Rút ngắn được chu kỳ sản xuất, dễ tăng năng suất

- Không kén chọn nguyên liệu

- Thích hợp cho quy mô sản xuất công nghiệp vừa và nhỏ

• Nhược điểm:

- Tốn nhiều diện tích để nuôi cấy nấm mốc

- Tốn nhiều bột ngô, trấu, cám để nuôi cấy nấm mốc

- Thao tác nuôi cấy nấm mốc vất vả hơn, gây men giống phức tạp hơn

- Tốn nhiều thiết bị đường hóa, lên men

- Cần có máy lạnh để làm nguội nhanh dịch đường hóa từ 60oC xuống

30oC

CHƯƠNG 2 QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

1 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn.

Hình 2 Sơ đồ công nghệ sản xuất cồn.

2 Nguyên liệu sản xuất cồn

Nguyên liệu chứa polysaccarit đều có thể sử dụng trong công nghệ sản xuất cồn.Nguyên liệu chủ yếu trong sản xuất cồn có hai nhóm chính là nguyên liệu chứa tinh bột và nguyên liệu chứa đường- rỉ đường

Ở nước ta cồn được sản xuất từ hai loại nguyên liệu là nguyên liệu chứa tinh bột

và nguyên liệu chứa gỉ đường ( gỉ đường mía) Do dùng nguyên liệu gỉ đường mía, giá đắt, cồn nghệ sản xuất lạc hậu, tốn nhiều chi phí nên sản phẩm không có sức cạnh tranh cao Muốn sản xuất được 1 lít cồn cần 4 kg rỉ đường mía với 6400 đồng4 phí nguyên liệu Nếu khi dùng nguyên liệu chứa tinh bột là sắn thì chỉ cần 2,5 kg sắn với chi phí 1200 đồng là có thế sản xuất được một lít cồn Ngoài ra cũng có thể sản xuất bằng bã sắn, với 1 lít cồn cần 15 kg bã sắn Khi dùng sắn và

bã sắn để làm nguyên liệu sản xuất cồn có thể làm giảm ô nhiễm môi trường

4 http://vietbao.vn/Khoa-hoc/San-xuat-con-tu-cu-san/10981198/188/

Nấu nguyên liệu

Đường hóa dịch cháo

Lên men dịch đường

Chưng cất

Tinh chế

Cồn

Ngoài ra,khi sản xuất cồn từ sắn ta có thể thu thêm nhiều sản phẩm có giá trị kinh

tế cao như CO2 lỏng, phân vi sinh và than bùn

a) Nguyên liệu chứa tinh bột

Nguyên liệu chủ yếu mà các nhà máy sản xuất rượu cồn ở nước ta thường dùng là sắn, ngô, khoai và một phần gạo hoặc tấm

0,410,41

26,58 74,74

1,111,11

0,541,69

Bảng 1.Thành phần các chất dinh dưỡng có trong sắn 6

Phazeolunatin không độc nhưng khi bị thủy phân thì các glucozit này sẽ giải phóng HCN, là một chất gây độc cho cơ thể Tuy nhiên dễ bay hơi và dễ hòa tan trong nước lạnh hay nên dễ loại bỏ

Độc tố trong sắn có tên chung là phazeolunatin chứa nhiều trong sắn đắng, chủ yếu ở vỏ và cùi, hàm lượng của phazeolunatin vào khoảng 0,001- 0,04%

Sắn thái lát hoặc phơi khô sẽ làm giảm đáng kể lượng HCN có trong sắn

*Các loại hạt khác 7

Để sản xuất các loại rượu đặc biệt hoặc tận dụng các lô hàng hỏng

Các loại hạt này có hàm lượng tinh bột cao, sản xuất rượu tốt

Loại Nước Protit Chất béo Gluxit Xenlulo Tro

0,52,45110,121,7

77 74,79 77,38 72 69,6

0,40,650,614,051,9

0,51,40,711,141,8

Bảng 2: Thành phần dinh dưỡng của một số loại hạt 8

Đối với sản xuất cồn thì thành phần quan trọng nhất là gluxit lên men được, gồm

có tinh bột và một số đường.Trên đây,những loại hạt đều chứa hàm lượng tinh bột khá cao, giá hợp lí, nên có thể dùng làm nguyên liệu

b) Nguyên liệu chứa rỉ đường

Phế liệu trong công nghiệp đường mía hoặc đường củ cải hoặc loại đường không kết tinh được chính là nguyên liệu.Chúng chiếm khoảng 3- 5 % lượng mía

Thành phần rỉ đường phụ thuộc vào giống mía hoặc củ cải, nhưng có một số giá trị

9xấp xỉ như sau:

 Nước chiếm từ 15- 20%

 Hàm lượng chất khô chiếm 80- 85% Trong đó:

 60% là đường lên men với:

• Nấu nguyên liệu

• Pha loãng dung dịch

• Vệ sinh thiết bị…

8 http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/4002611

9 http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/4002611

10 http://baigiang.violet.vn/present/show/entry_id/4002611

 Yêu cầu chất lượng nước trong sản xuất rượu

• Trong suốt, không màu, không mùi

• Độ cứng không quá 7 mg-E/l

• Độ oxy hóa ≤ 2 ml KmnO4/l

• Chất cặn ≤ 1 mg/l

• Không có kim lọai nặng

• Hàm lượng các muối phải thỏa mãn yêu cầu sau:

 Hàm lượng Clo ≤ 0,5 mg-E/l

3.Nghiền nguyên liệu

Mục đích:Phá vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng hạt tinh bột khỏi các mô, để khi đưa vào nấu ở nhiệt độ và áp suất phù hợp sẽ biến tinh bột thành dạng hòa tan

Nguyên liệu dạng hạt hoặc lát được đưa vào máy nghiền búa ( tại Việt Nam) rồi tiến hành.Nghiền thô: búa có chiều dày 6- 10 mm Nghiền nhỏ: búa có chiều dày 2- 3 mm Tốc độ quay của máy nghiền:2750 vòng/phút Năng suất của các xưởng

cơ khí nước ta chỉ từ 200 tới 500 kg/h Còn những máy nghiền có công suất lớn

có năng suất từ 1000, 2000 tới 3000 kg/h11

Hình 3 Máy nghiền búa

Trong quá trình nghiền, các phần nhỏ lọt qua rây được quạt hút và đẩy ra ngoài, phần chưa lọt qua rây tiếp tục được nghiền nhỏ Tùy theo chế độ nấu mà rây có kích thức khác nhau Năng suất của máy phụ thuộc vào mức độ nghiền và kích thước rây

4 Nấu nguyên liệu

Mục đích của quá trình nhằm phá vỡ màng tế bào của các hạt tinh bột, giúp cho amylaza tiếp xúc được với tinh bột, tạo điều kiện đưa tinh bột về trạng thái hòa tan trong dung dịch

Nấu nguyên liệu có thể tiến hành theo một trong ba phương pháp sau: phương pháp gián đoạn, phương pháp bán liên tục và phương pháp liên tục

Phương pháp được ứng dụng chủ yếu tại Việt Nam 12

- Tại thùng nấu nguyên liệu:

Nguyên liệu được nghiền mịn tới kích thước là 1 mm, hòa với nước ở 30- 400C theo tỉ lệ nước: bột là 4:1 Khuấy đều, cho 80% lượng α-amylaza chịu nhiệt ( thường sử dụng Termamyl 120L của hãng Novo- Đan Mạch) vào với tỷ lệ 0,02- 0,03% so với khối lượng tinh bột Đun nóng trong vòng 40 tới 50 phút để đạt tới 85- 870C Giữ ở nhiệt độ này từ 15 tới 20 phút Sau đó đung sôi trong vòng 50 tới

60 phút nhằm hòa tan cá hạt tinh bột có kích thước lớn chưa kịp hồ hóa hết Rồi chuyển sang thùng đường hóa

- Tại thùng đường hóa:

Dịch bột được làm nguội đến 90-930C rồi cho hết 20% lượng enzym còn lại vào Cuối cùng làm nguội đến 55- 560C, để trong 30 phút Lúc này pH của dịch cháo sẽ là: 5,2- 5,4

Ưu điểm của phương pháp này là hiệu suất tăng đạt khoảng 93% so với lý thuyết, tiết kiệm được enzym trong quá trình đường hóa, giảm được lượng hơi sử dụng do không cần đưa nhiệt đô lên quá cao, giảm được lượng bột chưa hòa tan xuống còn khaongr 0,2- 0,25 g/100ml

5 Đường hóa dịch cháo

Khái niệm: là quá trình dùng enzym amylase để chuyển hóa tinh bột thành đường

amylaza nhập từ nước ngoài ( hãng Novo), đã có nhà máy tự sản xuất amylaza thô, tuy nhiên chất lượng chưa cao.

Chức năng của enzyme trong quá trình thủy phân tinh bột:

Sự biến đổi của một số chất khác trong quá trình đường hóa:

Quá trình đường hóa có thể tiến hành theo hai phương pháp: gián đoạn hoặc liên tục Nhưng luôn bao gồm: Làm lạnh dịch cháo tới nhiệt độ đường hóa Sau đó cho chế phẩm amylaza vào dịch cháo và giữ ở nhiệt độ thích hợp trong thời gian xác định để amylaza chuyển hóa tinh bột thành đường Tiếp đó, làm lạnh dịch đường hóa tới nhiệt độ lên men

Các phản ứng chính khi đường hóa:

độ lên men Ưu điểm của phương pháp này là hoạt động của enzym giảm không đáng kể Nhược điểm là tinh bột bị lão hóa nhiều, dịch đặc, độ nhớt cao, làm ảnh hưởng đến tốc độ của cánh khuấy và một phần hoạt tính của amylaza vẫn bị giảm

Đường hóa liên tục:

Đường hóa liên tục 2 lần cần chú ý tới phương pháp làm lạnh bằng chân không và dịch cháo được nấu trong môi trường áp suất thấp (0,2 kg/cm2) nên nhiệt độ nấu chỉ còn là 58-590C Ưu điểm của phương pháp này là dịch cháo được dịch hóa và làm nguội nhanh nên hạn chế được sự lão hóa tinh bột Áp suất chân không nên hơi nước sẽ kéo theo: metanol, furfurol và các mùi lạ, do đó nâng được chất lượng nguyên liệu Thời gian đường hóa ngắn (10-15 phút) nên giảm diện tích cho thiết

bị, hạn chế được sự mất hoạt tính của amylaza Tăng năng suất lao động và hiệu suất rượu, ngoài ra còn tiết kiệm điện

Hình4: Sơ đồ đường hóa liên tục hai lần