Nghiên cứu tính chất hệ dung dịch đa cấu tử rượu nước các tạp chất trong quá trình chưng luyện gián đoạn, xác lập và tối ưu hóa chế độ vận hành cho hệ thống thiết bị sản xuất

Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c MỤC LỤC MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN 12 A TỔNG QUAN VỀ QUÁ TRÌNH CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 12 I GIỚI THIỆU CÁC HỆ THỐNG CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 13 1.1 Mô hình thiết bị chưng đơn giản: 13 1.2 Mô hình thiết bị chưng luyện bao gồm đoạn luyện: 13 II CÁC CHIẾN LƯỢC PHỔ BIẾN SỬ DỤNG TRONG CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 18 2.1 Quá trình chưng luyện gián đoạn với số hồi lưu không đổi: 18 2.2 Quá trình chưng luyện gián đoạn với nồng độ sản phẩm đỉnh không đổi 22 2.3 Quá trình chưng luyện vận hành theo chu kỳ 23 B TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BRANDY 25 I GIỚI THIỆU NGUỒN GỐC RƯỢU BRANDY VÀ TIỀM NĂNG SẢN XUẤT TẠI VIỆT NAM 25 1.1 Khái niệm phân loại loại rượu Brandy 26 1.2 Giới thiệu khái quát phương án sản xuất rượu Brandy 27 1.3 Sự tạo thành sản phẩm trung gian trình lên men hoa ành hưởng yếu tố công nghệ 28 1.4 Tiêu chuẩn chất lượng cồn thành phẩm thu từ dịch lên men hoa 32 II ỨNG DỤNG CỦA CHƯNG CẤT PHÂN ĐOẠN TRONG SẢN XUẤT SẢN PHẨM RƯỢU BRANDY 34 2.1 Phân loại thiết bị chưng luyện gián đoạn 35 CHƯƠNG - NGHIỀN CỨU XÂY DỰNG MÔ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 38 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c I GIỚI THIỆU MÔ HÌNH MESH CHO THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN 38 1.1 Giới thiệu phương pháp tính gần cho hệ chưng luyện gián đoạn: 38 1.2 Các phương pháp tính xác cho hệ chưng luyện gián đoạn: 38 1.3 Các mô hình cân pha lỏng cho hệ Etanol – nước – tạp chất sử dụng để dự đoán trình chưng luyện gián đoạn 48 a Mô hình NRTL 49 b Mô hình UNIQUAC 50 c Mô hình UNIFAC 51 d Mô hình UNIFAC – Dortmund 53 1.4 Lưa chọn mô hình cân lỏng cho hệ Etanol – nước – tạp chất trình chưng luyện gián đoạn 55 II GIÓI THIỆU CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG ASPEN BATCHSEP 59 III KIỂM CHỨNG ĐỘ TIN CẬY CỦA MÔ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN ĐÃ THIẾT LẬP BẰNG KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 62 CHƯƠNG - ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN TRONG NGHIÊN CỨU HÀNH VI CÁC CẤU TỬ HỆ ETHANOL – NƯỚC – TẠP CHẤT 71 I PHÂN LOẠI CÁC CẤU TỬ TẠP CHẤT THU ĐƯỢC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 71 II NGHIÊN CỨU SỰ TÁC ĐỘNG CỦA CÁC THÔNG SỐ VẬN HÀNH TỚI HÀNH VI CỦA CÁC CẤU TỬ NHÓM TẠP TRUNG GIAN 77 1.1 Ảnh hưởng số hồi lưu R 77 1.2 Ảnh hưởng nồng độ rượu Ethylic hỗn hợp nguyên liệu đầu 80 1.3 Ảnh hưởng tốc độ lấy sản phẩm đỉnh D 82 1.4 Ảnh hưởng lượng lỏng lưu đĩa tháp 85 1.5 Nhận xét phương án tách cấu tử nhóm tạp trung gian: 87 CHƯƠNG - XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CHƯNG LUYỆN PHỤC VỤ SẢN XUẤT SẢN PHẨM RƯỢU BRANDY 89 I GIỚI THIỆU THIẾT BỊ CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN SH-1100 DO HÃNG ARNOLD HOLSTEN – ĐỨC CUNG CẤP 89 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c II XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN CHO CỒN TỪ DỊCH LÊN MEN HOA QUẢ PHỤC VỤ SẢN XUẤT RƯỢU BRANDY92 2.1 Xác định thành phần hỗn hợp dịch lên men từ dịch ép 92 2.2 Tiêu chuẩn chất lượng cồn thành phẩm thu từ dịch lên men hoa 93 2.3 Xác lập phương án chưng luyện dựa yêu cầu chất lượng đặc tính đầu vào 94 2.4 So sánh kết thu nhờ mô k ết thực nghiệm 97 III KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRONG MÔ HÌNH SẢN XUẤT 10,000 LÍT/NĂM 99 3.1 Quy mô thiết bị sử dụng hệ thống 99 3.2 Kết theo chất lượng thành phẩm theo nhiệt độ thời gian tàng trữ 100 3.3 Phân tích đánh giá tiêu chất lượng hóa lý, cảm quan, vi sinh vật 102 3.3.2 Chất lượng rượu tiêu cảm quan 102 CHƯƠNG - KẾT LUẬN 105 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Dạnh mục hình vẽ bảng biểu Hình 1Tháp chưng luyện gián đoạn thông thường 15 Hình Tháp chưng luyện gián đoạn có bình trung gian .15 Hình Tháp chưng với nhiều bình trung gian .16 Hình 4Tháp chưng luyện gián đoạn có đoạn chưng .17 Hình Thành phần lỏng nồi bốc , thành phhần sản phẩm đỉnh với tổng lượng sản phẩm R = constant 19 Hình Sự thay đổi nồng độ theo thời gian hỗn hợp nhiều cấu tử tách chưng luyện gián đoạn 20 Hình Quá trình chưng luyện gián đoạn với số hồi lưu không đổi 21 Hình Chưng luyện gián đoạn với thành phần đỉnh không đổi .23 Hình Sơ đồ nguyên lý hệ thống chưng luyện gián đoạn .34 Hình 10 Mô hình tháp chưng luyện gián đoạn .40 Hình 12 Đường phân bố nồng độ Ethanol dọc thân tháp theo .68 Hình 13 Đường phân bố nhiệt độ dọc thân tháp 69 Hình 14 Biến thiên nồng độ cồn đĩa theo thời gian 69 Hình 15 Biến thiên nồng độ cồn đĩa 66 theo thời gian 70 Hình 16: Phân bố nồng độ Acetaldehyde theo chiều cao tháp .73 Hình 17 Phân bố nồng độ Ethyl Acetate theo chiều cao tháp .73 Hình 18 Phân bố nồng độ Acetic Acid theo chiều cao tháp 74 Hình 19: Phân bố nồng độ Iso Amylic theo chiều cao tháp 75 Hình 20 Phân bố nồng độ Iso Butanol theo chiều cao tháp 76 Hình 21 Phân bố nồng độ Methanol theo chiều cao tháp .77 Hình 22: Phân bố tạp trung gian R = .78 Hình 23: Phân bố tạp trung gian R = .79 Hình 24: Phân bố tạp trung gian R = .79 Hình 25: Phân bố tạp trung gian R = 10 .80 Hình 26: Phân bố tạp trung gian R = 12 .80 Hình 27 Biến thiên nồng độ iso amylic theo thời gian 81 Hình 28 Biến thiên nồng iso Butanol theo thời gian 81 Hình 29 Biến thiên nồng độ iso propanol theo thời gian 82 Hình 30 Ảnh hưởng tốc độ lấy sản phẩm đến phân bố N-propanol .83 Hình 31 Ảnh hưởng tốc độ lấy sản phẩm đến phân bố Iso butanol 83 Hình 32 Ảnh hưởng tốc độ lấy sản phẩm đến phân bố Iso Propanol .84 Hình 33 Ảnh hưởng tốc độ lấy sản phẩm đến phân bố Iso amylic 84 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Hình 34: phân bố nồng độ isoamylic theo chiều cao tháp chế độ hồi lưu hoàn toàn 87 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Danh mục ký hiệu chữ viết tắt amn: hệ số tương tác nhóm D lưu lượng dòng sản phẩm đỉnh kmol/h H enthanpy kJ/kmol HiL HiV ethanpi hỗn hợp lỏng đĩa i kJ/kmol G thể tích ngưng tụ không đổi m3 gE lượng tự dư L lưu lượng lỏng tháp kmol/h M lượng sản phẩm, hay tổng lượng tích lũy tháp kmol Mj lượng tích lũy đĩa đĩa thứ j kmol Kij số cân pha cấu tử thứ j đĩa thứ i Q tổng lượng đoạn thiết bị hay toàn tháp kJ/h qj điện tích phân tử cấu tử j QK tham số điện tích đặc trưng cho nhóm nguyên tử R số hồi lưu: Tỷ lệ lưu lượng dòng hồi lưu L lưu lượng dòng sản phẩm D; R số khí lý tưởng R=8314 J/kmol Rmin số hồi lưu tối thiểu ri tham số thể tích phân tử cấu tử i RK tham số thể tích đặc trưng cho nhóm nguyên tử T nhiệt độ 0C 0K V lưu lượng tháp kmol/h Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c uij: lượng tương tác cấu tử i cấu tử j x nồng độ phần mole cấu tử pha lỏng kmol/kmol y nồng độ phần mole cấu tử pha kmol/kmol  k ,  k( i ) : hệ số hoạt động dư nhóm thứ k hỗn hợp dung môi nguyên chất chứa phân tử cấu tử thứ i θ, τ thời gian chưng luyện gián đoạn h ρ khối lượng riêng chất lỏng hay λ giá trị riêng cho ma trận jacobian cho phương trình chênh lệch γi hệ số hoạt độ cấu tử i pha lỏng η hiệu suất đĩa theo Murphree % MỞ ĐẦU Rượu đóng vai trò quan trọng đời sống dân tộc, quốc gia từ thời xa xưa Rượu gắn với văn hoá, yếu tố quan trọng lễ kỷ niệm, lễ hội hoạt động mang tính xã hội mô hình liên kết cộng đồng văn hoá Ở Việt Nam từ thủa xa xôi, rượu gắn liền với văn minh lúa nước nguyên liệu làm rượu chủ yếu từ gạo Với nhứng điều kiên ưu đãi tự nhiên định hướng phát triển nông nghiệp, bên cạnh sản lượng lương thực (gạo, ngô, sắn v.v) dồi đồng thời khu vực tập trung ăn hình thành phát triển khắp đất nước Đây điều kiện tiên để phát triển công nghiệp sản xuất chế phẩm từ nông sản đặc biệt rượu Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Đồng thời sản xuất rượu phương án đưa khoa học công nghệ vào nông nghiệp giải việc tiêu thụ sản phẩm nâng cao thu nhập cho người nông dân Hiện Việt Nam, việc thực phương án nhiều hạn chế yêu cầu phức tạp công nghệ, đòi hỏi nghiên cứu công phu đầu tư thiết bị hoàn hảo Ngành công nghiệp rượu giới có lịch sử phát triển lâu dài với đa dạng sản phẩm thể văn hóa vùng miền đặc tính nguyên liệu Bên cạnh sản phẩm rượu sản xuất theo chu trình đại, pha chế từ sản phẩm cồn trung tính, mảng lớn sản phẩm rượu sản xuất dựa mô hình cổ điển nhằm giữ lại tính chất đặc thù nguyên liệu sản xuất Quá trình chưng luyện gián đoạn sử dụng từ sớm công nghiệp sản xuất rượu chế phẩm từ dịch lên men Bên cạnh khả dễ tùy biến thông số vận hành đáp ứng yêu cầu công nghệ cho sản phẩm đầu tính chất nguyên liệu, hệ thống chưng luyện gián đoạn thích hợp với quy mô sản xuất vừa nhỏ tính chất không liên tục Hiện vấn đề cải tiến cấu hình tháp chưng luyện gián đoạn quy trình vận hành nhằm thu hiệu cao thu sản phẩm với chất lượng tốt nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu Trong trình nghiên cứu, người ta nhận thấy hỗn hợp rượu etylic, nước tạp chất, nhận từ trình lên men, hỗn hợp điển hình cho hệ không lý tưởng Do trình khảo sát thực nghiệm khó khăn đòi hỏi tiêu tốn thời gian, chi phí công sức tiến hành Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Một xu hướng chủ đạo công tác nghiên cứu chưng luyện gián đoạn sử dụng phần mềm mô nghiên cứu (ChemCad, Hysys, ProII, Aspen…) giúp giảm đáng kể yếu tố kể Đề tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu tính chất hệ dung dịch đa cấu tử Rượu – nước – tạp chất trình chưng luyện gián đoạn, xác lập tối ưu hóa chế độ vận hành cho hệ thống thiết bị sản xuất ” tập trung vào việc phân tích chế độ làm việc cho tháp chưng luyện gián đoạn, tìm giải pháp nhằm nâng cao chất lượng sản phẩm rượu tăng hiệu suất thu hồi rượu etylic từ hỗn hợp dịch lên men rượu thấp độ đưa vào tinh chế Trên sở phân tích, tiến hành xác lập chiến lược vận hành mô hình thiết bị cụ thể số yêu cầu sản phẩm cụ thể Nhiệm vụ luận văn phương pháp nghiên cứu: Nhiệm vụ luận văn Đề tài : Nghiên cứu tính chất hệ dung dịch đa cấu tử Rượu – nước – tạp chất trình chưng luyện gián đoạn, xác lập tối ưu hóa chế độ vận hành cho hệ thống thiết bị sản xuất” - Tổng quan giới thiệu phương pháp chưng luyện gián đoạn - Tổng quan giới thiệu ngành công nghệ sản xuất rượu Brandy tiềm phát triển Việt Nam - Ứng dụng chưng luyện gián đoạn công nghệ sản xuất Brandy - Nghiên cứu mô cho trình chưng luyện gián đoạn - Kiểm chứng mô hình chương trình mô kết thực nghiệm - Áp dụng thiết lập phương án vận hành cho trình sản xuất số loại rượu phương pháp chưng luyện gián đoạn với yêu cầu công nghệ riêng Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c - Ứng dụng phương án vào thực tiễn sản xuất đối chiếu kết Đối tượng phương pháp nghiên cứu Đ i t ng: - Tháp chưng luyện gián đoạn Công ty CP Cồn rượu Hà Nội: SH1100 hãng Arnold Holsten cung cấp - Hệ Ethanol – Nước tạp chất thu phương pháp lên men từ nguyên liệu gạo - Hệ Ethanol – Nuớc tạp chất thu phương pháp lên men từ dịch quả: vải, mận, mơ - Hệ Ethanol – Nước tạp chất thu từ nguồn thu mua Rượu Ngô phương pháp chưng đơn giản Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu trình bày nội dung đố án: Mô hình hóa, mô kết hợp thực nghiệm với công cụ hỗ trợ phần mềm mô Aspen BatchSep Các bước tiến hành cụ thể sau Lựa chọn kiểm chứng mô hình dự đoán cân lỏng cho hệ nhiều cấu tử phức tạp ( Hệ Ethanol – Nước tạp chất thu từ phương pháp lên men) Thiết lập mô hình tháp chưng luyện gián đoạn tổng quát Kiểm chứng mô hình dự đoán cân pha lỏng – Kiểm chứng phần mềm mô Aspen BatchSep dựa trình vận hành hệ thống chưng luyện thực tiễn Ứng dụng vào mô tháp chưng luyện SH-1100 hãng Arnold Holsten cung cấp dựa thông số kỹ thuật thực tế 10 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c II XÂY DỰNG PHƯƠNG ÁN CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN CHO CỒN TỪ DỊCH LÊN MEN HOA QUẢ PHỤC VỤ SẢN XUẤT RƯỢU BRANDY 2.1 Xác định thành phần hỗn hợp dịch lên men từ dịch ép Với nghiên cứu trước trình lên men hoa chất lượng dịch lên men theo thay đổi thông số trình: việc nghiên cứu thiết lập chiến lược chưng cất dựa chất lượng nguyên liệu đầu vào (dịch lên men) sau : Hàm lượng cồn đạt 10,2%V, độ đường sót sản phẩm (4,0 g/l), hàm lượng axit bay thấp (0,36 g/l) Để tiến hành phân tích thông số thành phần cấu tử phụ hỗn hợp dịch lên men phương pháp sắc ký khí Quá trình chuẩn bị mẫu thử thông qua phương pháp cất hiệu suất điều chỉnh nồng độ 10,2%V Dưới kết phân tích sau lên men dịch vải đợt thử nghiệm 15/10/2009 với kết quy đổi tỉ lệ mol TT Tên chất Công thức Tỉ lệ mol Acetaldehyde C2H4O 0.0002433 Methanol CH4O 0.0001903 Iso-Propanol C3H8O 2.38E-06 Ethylacetate C4H8O2 1.044E-05 Iso-Butanol C4H10O 1.252E-06 Iso-Amilyc C5H12O 4.145E-05 Furfurol C5H6O2 1.128E-05 Acid Acetic C2H4O2 1.351E-06 Ethanol C2H6O 0.0324388 Chú ý 92 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c 10 Nước 2.2 H2O 0.9670595 Tương đương 10,2%V Tiêu chuẩn chất lượng cồn thành phẩm thu từ dịch lên men hoa Theo phân tích từ phần mục trước đó: đặc thù lịch sử yêu cầu hương vị mùi đặc trưng sản phẩm, Brandy dòng Rượu chấp nhận thành phần cấu tử phụ lớn cấu tử Ethanol nước Ngoại trừ số cấu tử có ảnh hưởng xấu tới chất lượng thành phẩm cần triệt để loại bỏ, có mặt số cấu tử với nồng độ nằm giới hạn cho phép yếu tố cấu thành đặc trưng riêng thành phẩm rượu từ cồn hoa Các cấu tử phụ bao gồm: acetadehyde, Etyl acetate, Methanol, Iso Amylic, v.v Các cấu từ chủ yếu sản phẩm phụ trình lên men Rượu từ dịch theo chu trình EMP( chế Embden— Meyerhoff –Parnas ) Cơ chế EMP đưa trình oxyhóa đường thành andehyde acetate sau khử thành ethanol Các sản phẩm phụ chủ yếu có nguồn gốc từ protein, chủ yếu axit amin hợp chất khác Theo Z.R.Dupin, lên men 180 gam đường glucoza (Fructoza) tạo thành 83,6 gam CO2, 87,4 gam ethanol, 0,4 gam dầu fuzel, 6,0 gam glyxerin, 0,3 gam axit lactic 0,1 gam axetaldehyde Trong khuôn khổ luận văn này, chủ yếu dựa vào tiêu chuẩn EC 100/2008 Ủy ban chuyên trách châu Âu chất lượng ban hành để thiết lập mục tiêu thành phần chất lượng cho thành phẩm cồ từ dịch lên men.Ngoài trình nghiên cứu có dựa vào số công bố chất lượng thành phẩm Brandy số nước giới Tổng kết ta đưa bảng thông số giới hạn cho phép thành phần cấu tử phụ thành phần thành phẩm cồn hoa sau: 93 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c TT Tạp chất mg/100mlA Qui đổi nồng độ mol Methanol 1200 0.017656267 Acetaldehyde 100 0.001284092 Ethylacetate Methylacetate 400 0.002215688 1-Propanol 600 0.005650005 2-Butanol 2-Methyl-1-Propanol 1-Butanol Acetaldehyde - Diacetal 10 3-Methyl-1-Butanol 400 0.002568184 11 2-Methyl-1-Butanol 200 0.001527028 12 Ethyl Lactase 13 1-Hexanol 14 Cyanide 15 Ethanol 78900 Đây thông số cần đảm bảo trình sản xuất để thành phẩm thu có chất lượng tốt 2.3 Xác lập phương án chưng luyện dựa yêu cầu chất lượng đặc tính đầu vào Qua khảo sát trên, phương án sơ để thực trình chưng luyện chưng luyện gián đoạn yêu cầu nồng độ cồn thành phẩm không cao (< 88,5 độ) yêu cầu giữ lại cấu tử phụ tạo hương vị 94 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Trong trình vận hành, thông số hoạt động thiết bị cần hiệu chỉnh theo tính chất phân đoạn Yêu cầu loại bỏ hạn chế cấu tử phụ trình chưng luyện thực dựa cắt bỏ phân đoạn cồn đầu cuối khống chế chế độ hoạt động tháp Các cấu tử phụ hệ dung dịch sau lên men chia thành nhóm theo độ bay tương cấu tử Ethanol Các nhóm bao gồm: Nhóm đầu, trung gian, vòng quanh, cuối theo trình chưng cất tiến hành giai đoạn bản: Lấy cồn đầu, cồn thành phẩm cồn cuối: o Giai đoạn 1: lấy cồn đầu Tốc độ lấy cồn đầu D=0.05 kmol/s, nồng độ tạp đầu tăng dần, thời gian tốc độ lấy cồn đầu tăng dần hợp lý (tránh tượng lượng cồn đầu lớn), R=2-3 o Giai đoạn 2: lấy cồn sản phẩm Tốc độ lấy cồn sản phẩm D=0.1 kmol/s, R=35 o Giai đoạn 3: lấy cồn cuối Tốc độ lấy cồn cuối D=0.3 kmol/s, R=4-6 Giữa giai đoạn hồi lưu hoàn toàn để ổn định nồng độ chất tháp Các thông số thiết lập với tháp chưng luyện gián đoạn có thông số sau: - Số đĩa lý thuyêt Nlt=32 - Thời gian thực chưng cất( tương đương thể tích bình chưng =1200s, - Nồng độ Etanol hỗn hợp dịch cấp ban đầu xF=3.2%mol - 95 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c - Phân đoạn cồn đầu chiếm 2760 ml tổng lượng sản phẩm ngưng tụ đủ đảm bảo cho hàm lượng tạp đầu không vượt mức tiêu chuẩn Trong thực tế vận hành tiến hành cắt đoạn lấy sản phẩm sau khoảng 2500 đến 3500 ml cồn đầu - Phân đoạn lấy sản phẩm xác định lượng ngưng tụ đạt 2760 mL tới 32500 mL bắt đầu xuất acid acetic Lượng lấ phân đoạn đảm bảo nồng độ Etanol trung bình không thấp 88,5 độ (tương đương nồng độ mol = 0.7) nồng độ tạp chất cuối nằm giới hạn cho phép - Phân đoạn cồn cuối tính từ lượng sản phẩm ngưng tụ đạt 32500 ml đến nồng độ Ethanol thấp mức 0,5% v/v - Lượng nhiệt cấp vào bao bình chưng đáy tháp tính thong qua nhu cầu cấp nhiệt toàn trình Áp lực bao thu sau tính mô hình truyền nhiệt hai vỏ = 0.12 Bar - Với kết trên, chế độ hoạt động xác định cho thiết bị chưng luyện SH-1100 chưng luyện cồn hoa sau - Giai đoạn (cồn đầu): Tháp làm việc với D=0.05kmol/s, R=4, áp lực cấp = 0.10 Bar Lượng thành phẩm lấy 2760 mL - Giai đoạn (cồn sản phẩm): D=0.1, R=2, áp lực cấp = 0.12 Bar Lượng cồn sản phẩm 29740 mL với thành phần cấu tử hỗn hợp sản phẩm là: Cấu tử Nồng độ (%mol) Cấu tử Nồng độ (%mol) Rượu etylic 0.782 Acetadehyde 2E-7 Methanol 0.0036 iso-amylic 1.1E-5 iso-propanol 0.9E-5 Acidacetic 1E-8 iso-butanol 1E-7 Ethylacetate 4E-7 96 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c - Nếu ta cho tháp hoạt động với R=4, nồng độ ethanol sản phẩm đạt 0.812%mol, nồng độ tạp không thay đổi - Giai đoạn (Lấy cồn cuối): Cho tháp làm việc với R=2, D=0.3, áp lực cấp = 0.2 Bar nồng độ rượu etylic đáy =1E-5%mol nhiệt độ đáy tháp 104C kết thúc trình - Khi trình lấy cồn cuối kết thúc, ta dừng cấp đáy tháp phải tiếp tục cấp nước cho thiết bị ngưng tụ hồi lưu Khi nhiệt độ đáy tháp đạt 60– 70C dừng tất trình Một chu kỳ làm việc kết thúc 2.4 So sánh kết thu nhờ mô kết thực nghiệm So sánh kết thực nghiệm kết mô theo mô hình: Cấu tử Nồng độ (%mol) Nồng độ (%mol) Sai lệch Sai lệch theo tính toán thực tế (mol) % Acetadehyde 3.00E-04 0.000334763 3.48E-05 10.40% Methanol 0.0017 0.00152772 0.00017228 11.28% iso-propanol 9.00E-06 0 Ethylacetate 1.50E-04 0.000137273 1.27E-05 9.27% iso-butanol 1.00E-07 0 iso-amylic 1.60E-04 0.000186948 2.69E-05 14.40% Acidacetic 1.00E-08 0 Rượu etylic 0.782 0.77 0.012 1.55% 97 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Kết thu sau trình thực nghiệm: - Sai lệch kết thực nghiệm tính toán nằm khoảng 15% Sai số nằm mức chấp nhận lý giải nguyên nhân sau: o Tính gần mô hình UNIFAC o Điều kiện thực nghiệm ( không ổn định áp lực hơi, nhiệt độ nước làm mát v.v ) - Thành phẩm thu có nồng độ tạp chất nằm mức cho phép - Chất lượng thành phẩm thu tốt, cồn có mùi vị đặc trưng lên men, vị cồn êm dịu, không chát gắt, hậu vị sản phẩm tốt - Phương án chưng luyện gián đoạn dựa theo mô hình cho hiệu cao, tối ưu tiêu chất lượng thu hồi mức cao lượng cồn thành phẩm 98 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c III KẾT QUẢ ỨNG DỤNG TRONG MÔ HÌNH SẢN XUẤT 10,000 LÍT/NĂM 3.1 Quy mô thiết bị sử dụng hệ thống TÊN THIẾT BỊ STT NĂNG SUẤT SỐ LƯỢNG KÍCH THƯỚC (mm) Máy rửa sục khí tấn/giờ 01 3400*1160*1300 Máy nghiền (quả vải) 2.5 tấn/giờ 01 1050*650*1250 300 ÷ 700 kg/h 02 2400*800*1400 (1 - 150) m3/h 01 m3 06 Máy chà ép trục vít (quả mận) Máy bơm trục vít Tank lên men hình trụ Bơm ly tâm (6 - 240) m3/h 01 Tháp cất cồn 2000 lít/ mẻ 01 Tank tàng trữ cồn hình trụ m3 02 1500*2800 Máy lọc khung m3/giờ 01 2000*600*800 10~70 chai/phút 01 2200*950*2000 11 Máy xiết nút 3600 ÷ 6000 chai/h 01 2135*1120*2250 12 Máy dán nhãn 40 ÷ 120 chai/phút 01 2000*1200*1300 13 Máy dán thùng 20 m/phút 01 1100*710*1400 10 Máy chiết chai 1500*2800 99 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c 3.2 Kết theo chất lượng thành phẩm theo nhiệt độ thời gian tàng trữ Nhiệt độ tàng trữ Thời gian Chỉ tiêu 150C 250C T0môi trường 200C 40 HL cồn (%V) 40,0 HL aldehit (mg/l) Thời điểm bắt đầu HL este (mg/l) 55,27 Hl rượu bậc cao (mg/l) 676,0 Brandy non, chưa hài hoà Cảm quan (mg/l) 39,8 39,7 39,7 39,6 37 35 35 39 HL este (mg/l) 51 50 51 52 Hl rượu bậc cao (mg/l) 525 505 495 468 Brandy chưa hài hoà Brandy chưa hài hoà Brandy chưa hài hoà Brandy có hương vị không hài hoà 39,6 39,5 39,5 39,4 35 35 33 35 HL este (mg/l) 49 48 47 49 Hl rượu bậc cao (mg/l) 489 477 466 453 Brandy chưa hài hoà Brandy có hương, vị hài hoà Brandy có hương, vị hài hoà Brandy có hương vị không hài hoà 39,4 39,3 39,2 39,1 34 32 31 30 45 44 43 44 HL cồn (%V) HL aldehit (mg/l) Sau tháng Cảm quan (mg/l) HL cồn (%V) HL aldehit (mg/l) Sau tháng Cảm quan (mg/l) Sau HL cồn (%V) tháng HL aldehit (mg/l) HL este (mg/l) 100 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Hl rượu bậc cao (mg/l) 437 411 402 397 Brandy, chưa hài hoà Brandy có hương, vị hài hoà Brandy có hương sâu, vị hài hoà Brandy có hương vị không hài hoà 39,2 39,1 39,0 38,9 97 92 90 87 HL este (mg/l) 42 41 40 40 Hl rượu bậc cao (mg/l) 417 400 398 402 Brandy có hương, vị hài hoà Brandy có hương sâu, vị hài hoà Brandy có hương sâu, vị hài hoà Brandy có hương vị hài hoà Cảm quan (mg/l) HL cồn (%V) HL aldehit (mg/l) Sau 12 tháng Cảm quan (mg/l) 101 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c 3.3 Phân tích đánh giá tiêu chất lượng hóa lý, cảm quan, vi sinh vật Sau sản phẩm hoàn thiện, tiến hành đánh giá chất lượng sản phẩm thu kết sau: 3.3.1 Chất lượng rượu tiêu hoá lý Tiến hành phân tích tiêu hoá lý rượu brandy thành phẩm, kết trình bày bảng 3.17 Tên tiêu Đơn vị Kết phân tích Sản phẩm trong, không cặn lắng lơ lửng Trạng thái Mầu nâu vàng Mầu sắc Mùi đặc trưng rượu brandy Mùi Vị đặc trưng Vị Hàm lượng acetaldehyde mg/l 35,82 Hàm lượng este mg/l 59,57 Hàm lượng rượu bậc cao mg/l 57,24 Hàm lượng metanol %V 0,0299 Hàm lượng cồn %V 38,2 Từ kết phân tích hoá lý rượu brandy thành phẩm cho thấy mẫu brandy nghiên cứu phù hợp với sản phẩm brandy tiêu thụ phổ biến thị trường 3.3.1 Chất lượng rượu tiêu cảm quan Kết cảm quan thực Hội đồng cảm quan Công ty Cổ phần Cồn Rượu Hà Nội, cụ thể sau: - Số mẫu cảm quan 05 mẫu, gồm có: + Mẫu M1: Mẫu rượu brandy ST- Rémy XO Napoléon Pháp 102 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c + Mẫu M2: Mẫu rượu brandy Uncle Hao + Mẫu M3: Mẫu brandy nghiên cứu + Mẫu M4: Mẫu rượu brandy Generoso Philippin + Mẫu M5: Mẫu rượu brandy Berville Pháp Các mẫu brandy trình bày ảnh 3.2 - Số thành viên tham gia: 20 thành viên, gồm cán cảm quan Công ty Cổ phần Cồn Rượu Hà Nội số chuyên gia thử nếm Việt Nam Số phiếu thu được: 20 phiếu Số phiếu hợp lệ: 20 phiếu Số lần cảm quan: 03 lần Kết cảm quan thể bảng 3.18 Ảnh 3.2: Các mẫu brandy sử dụng đánh giá cảm quan 103 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Bảng 3.18: Kết tổng hợp điểm trung bình 03 lần cảm quan Chỉ tiêu đánh giá TT Độ mầu Hệ số quan trọng Mẫu M1 M2 M3 M4 M5 0,8 4,2 4,0 4,8 4,7 sắc Hương 1,2 4,1 3,3 4,5 4,4 4,8 Vị 2,0 4,3 3,5 4,3 4,4 4,5 20 16,88 14,16 17,84 17,84 18,76 Khá Trung Bình Khá Khá Tốt Cộng Đánh giá Kết cảm quan sản phẩm brandy cho thấy: Toàn hội đồng cảm quan đánh giá mẫu brandy M3 sản phẩm mới, có hương vị hài hoà đặc trưng đánh giá sản phẩm có chất lượng tốt, tương đương với rượu brandy ST- Rémy XO Napoléon Pháp, sản phẩm đưa thị trường chắn người đón nhận 104 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c CHƯƠNG - KẾT LUẬN Luận văn đưa phương án mô trình chưng luyện gián đoạn kiểm chứng tuơng thích mô hình cho hệ Rượu – nước - tạp chất thông qua kết thực nghiệm Trên sở ứng dụng mô hình chưng luyện gián đoạn này, thực nghiên cứu ảnh hưởng yếu tố công nghệ vận hành tới hành nhóm cấu tử tạp chất hệ dung dịch lên men Các yếu tố xem xét đến:Lượng lỏng giữ lại đĩa tháp, số hồi lưu, nồng độ Etanol hỗn hợp nguyên liệu đầu vào, tốc độ lấy sản phẩm đỉnh Thiết lập phương án vận hành cho thiết bị cụ thể theo yêu cầu chất lượng sản phẩm đặc tính nguyên liệu đầu vào Trường hợp cụ thể phương án chưng cất cồn từ dịch lên men (mơ, mận, vải) sử dụng tháp chưng luyện gián đoạn SH1100 phục vụ sản xuất sản phẩm rượu Brandy Áp dụng vào trình sản xuất sản phẩm Rượu Brandy Blue Star công ty CP Cồn Rượu Hà Nội với chất lượng sản phẩm phù hợp với tiêu chuẩn EC 100/2008 Ủy ban chuyên trách châu Âu chất lượng ban hành Những kết luận văn bước khởi đầu việc nghiên cứu sản xuất dòng sản phẩm Rượu từ phương án chưng luyện gián đoạn Với mục tiêu đưa vào quy mô sản xuất công nghiệp, cần có bước nghiên cứu toàn diện để tạo sản phẩm có chất lượng 105 Lu n văn th c s khoa h c ngành K thu t hóa h c Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Hữu Tùng, Tìm giải pháp kỹ thuật nhằm nâng cao chất lượng hiệu suất thu hồi cồn”, Báo cáo tổng kết đề tài cấp nhà nước KC – 06 – 17CN, Hà Nội, 2005 [2] Đỗ Xuân Trường, “Mô trình chưng luyện gián đoạn”, Luận văn tốt nghiệp thạc sỹ chuyên ngành công nghệ hóa học, Hà Nội 2010 [3] Andrew G.H.Lea & John R Piggott, Fermented Beverage Production, Flenum Publishers, New York, America, 2003 [4] Aspen Engineering, Version V7.1, Aspen Technology, Burlington, USA, 2009 [5] Bradley H Cook, Optimal Batch Distillation Sequences Using Aspen Plus, Air Products and Chemicals Institute, Allentown, PA, 2005 [6] Henk Maarse, Volatile Compounds in Foods and Beverages, Marcel Dekker, Inc.,New York, America 1991 [7] Robert H.Perry, Don W.Green, Perry’s Chemical Engineers’ handbook, Mc Graw-Hill, New York, 1999 106 ... tài nghiên cứu: “ Nghiên cứu tính chất hệ dung dịch đa cấu tử Rượu – nước – tạp chất trình chưng luyện gián đoạn, xác lập tối ưu hóa chế độ vận hành cho hệ thống thiết bị sản xuất ” tập trung vào... đa cấu tử Rượu – nước – tạp chất trình chưng luyện gián đoạn, xác lập tối ưu hóa chế độ vận hành cho hệ thống thiết bị sản xuất - Tổng quan giới thiệu phương pháp chưng luyện gián đoạn - Tổng... CHƯƠNG - ỨNG DỤNG MÔ HÌNH THÁP CHƯNG LUYỆN GIÁN ĐOẠN TRONG NGHIÊN CỨU HÀNH VI CÁC CẤU TỬ HỆ ETHANOL – NƯỚC – TẠP CHẤT 71 I PHÂN LOẠI CÁC CẤU TỬ TẠP CHẤT THU ĐƯỢC BẰNG PHƯƠNG PHÁP LÊN MEN 71 II NGHIÊN