công nghệ sản xuất rượu từ gạo

công nghệ sản xuất rượu từ gạo

1.1.1.1 Hạt gạo gồm 3 phần

- Vỏ hạt : là lớp vỏ mỏng bao bọc nội nhủ , có màu trắng đục hay vỏ cua Về mặt cấu tạo từ ngoài vào trong có : Quả bì , chủng bì , và tầng aleuron Trung bình lớp vỏ chiếm khoảng 5,6-6,1% khối lượng hạt gạo Lớp aleuron có cấu tạo chủ yếu là protid

1.1.1.2 Thành phần hóa học của gạo

9 Vitamin B3 (mg) 1,2 18 Kẽm (mg) 2,2

- Nước : Lượng nước trong hạt ở dạng tự do và liên kết ảnh hưởng đến công

nghiệp chế biến và bảo quản gạo Hạt lúa càng chín vàng trên cây thì độ ẩm hạt càng giảm Khi hạt ở giai đoạn chín sữa độ ẩm khoảng 70% khối lượng hạt Khi hạt ở giai đoạn thu hoạch thì độ ẩm khoảng 16%

- Glucid : Bao gồm tinh bột , đường , dextrin , cellulose và hemicellulose

Tinh bột : Là thành phần chủ yếu , có hình đa giác đặc trưng Tồn tại đưới hai dạng chủ yếu đó là amylose và amylopectin , hai loại này tỉ lệ thay đổi tùy giống lúa và

có liên quan đến độ dẻo của hạt

Đường : Tồn tại chủ yếu là saccarose , ngoài ra còn có một ít glucose , fructose

và rafinose Trong hạt lúa nảy mần tồn tại đường maltose

Dextrin là dạng trung gian giữa tinh bột và đường Cellulose và hemicellulose làdạng glucid bền

- Protein : Chiếm 7-8% hàm lượng chất khô có 4 loại protein gồm : glutelin 80% , albumin 5% , globulin 10% , prolamin 5%

- Lipid : Hàm lượng chất béo rất nỏ tập trung chủ yếu ở lớp vỏ cám , aleuron và ở phôi hạt Lipid tồn tại ở dạng axit béo không no bao gồm a oleic , a linoleic , a palmitic

và một lượng nhỏ các axit béo khác

- Chất khoáng : Trong phôi hạt chất khoáng có hàm lượng cao là P,K,Mg

- Vitamin : Chủ yếu là vitamin nhóm B như B1,B2,B5,B12,PP… trong đó nhóm PP chiếm một phần khá lớn và vitamin E phần lớn tập trung ở vỏ hạt lớp aleuron và phôi hạt Phần nội nhủ chứa rất ít vitamin

- Các thành phần khác : Trong lúa gạo có những chất để bay hơi NH3 , H2S và các aldehyde Đặc biệt hợp chất 2-acetyl-1-pyrrolin tạo hương thơm đặc trưng cho cơm[1] 1.1.2 Rỉ đường

1.1.2.1 Khái niệm

Rỉ đường là chất lỏng đặc sánh còn lại sau khi đã rút đường bằng phương pháp

cô đặc và kết tinh , là sản phẩm phụ của công nghiệp chế biến đường Chất lượng của

rỉ đường phụ thuộc vào độ chín của mía ,lượng đường thu được sản lượng rỉ đường bằng 1/3 sản lượng đường sản xuất [9]

1.1.2.2 Thành phần hóa học của rỉ đường

Thành phần rỉ đường gồm: Đường lên men được, hợp chất hữu cơ, các chất vô cơ

Thành phần của rỉ đường phụ thuộc vào giống mía, đất đai, điều kiện trồng trọt,phương pháp sản xuất, điều kiện bảo quản, công nghệ sản xuất v.v Thông thường rỉđường có 15÷20% nước và 80÷85% chất khô Trong các chất khô thì đường chiếm tớitrên 55%, bao gồm: saccharose 30÷35%, đường glucose và fructose: 20÷25% Phầncòn lại dưới 45% bao gồm: chất vô cơ chiếm khoảng 15÷20%, chất hữu cơ khoảng25÷30% 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 củapectin chiếm khoảng 3%; các sản phẩm phân hủy của đường như caramen, melanoidinchiếm khoảng 1,7%; các acid hữu cơ như acid formic, acid oxalic, acid lactic chiếmkhoảng 2,5% Acid aconitic chiếm phần lớn chất không đường hữu cơ, vào khoảng 5%

so với lượng chất không đường hữu cơ

Chất hữu cơ có chứa nitơ bao gồm: Các acid amin và một số protein Tổng lượngchất hữu cơ chứa nitơ có trong rỉ đường vào khoảng 1,68÷3,33% so với rỉ đường.Vitamin gồm nhiều loại: thiamin (B1), riboflavin (B2), acid nicotinic, acid

pantothenic (B3), acid folic, pyridoxin, biotin (H).pH của rỉ đường phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất và phương pháp sản xuất

Với rỉ đường sản xuất bằng phương pháp sulfit hóa thì pH = 5,5÷6,2

Trong rỉ đường còn chứa một lượng vi sinh vật có hại, trong đó nguy hiểm nhất

là vi khuẩn lactic và acetic Mức độ nhiễm khuẩn được xác định bằng sự tăng độ chuakhi mật rỉ “tự lên men” Sự nhiễm vi sinh vật ảnh hưởng tới chất lượng rỉ đường, làmgiảm hiệu suất tổng thu hồi [9]

1.1.3Nước

Trong công nghiệp sản xuất cồn, nước được sử dụng rộng rãi với nhiều mục đích như nước dùng để xử lí nguyên liệu, nấu nguyên liệu, làm nguội bán thành phẩm và thành phẩm, vệ sinh thiết bị, cấp nước cho lò hơi…

Chất lượng nước phải đảm bảo các yêu cầu :[2]

− Độ oxy hóa: ≤ 2ml KMnO4/l

− Chất cặn: ≤ 1 mg/l

+ Hàm lượng Clo ≤ 0,5 mg-E / lít + Hàm lượng H2SO4 ≤ 80mg-E / lít

1.2 Phương pháp lên men

1.2.1 Định nghĩa quá trình lên men :

Lên men là quá trình nhằm chuyển hóa đường trong dịch đường lên men thành rượu, CO2 và các chất khác nhờ hoạt động của nấm men

Có hai dạng lên men : yếm khí và hiếu khí Lên men yếm khí là quá trình men chuyển hóa các chất hữu cơ từ dạng phức tạp thành dạng đơn giản mà không có sự tham gia của oxy tự do Ví dụ : Lên men rượu , lên men lactic v.v……

Lên men hiếu khí là quá trình men chuyển hóa các chất hữu cơ từ dạng phức tạp thành đơn giản và có sự tham gia của oxi tự do Ví dụ : Như lên men axetic , lên men xitric v.v….

1.2.2 Các phương pháp lên men

Nếu dựa vào phương thức nạp liệu và thu nhận sản phẩm thì có 3 phương pháp

- Gián đoạn : từng mẻ một

Ưu : Dể điều khiển các thông số kỉ thuật , đơn giản tránh nhiểm trùng hàng loạt

Nhược : Chu kì dài , tổ thất nhiều chi phí lớn

- Liên tục : Nguyên liệu đi vào liên tục và sản phẩm đi ra liên tục

Ưu : Dể ơ giới hóa tự động hóa quá trình

sản xuất , năng suất lớn , chu kì lên men được rút ngắn

Nhược : Đòi hỏi thao tác lành nghề hơn , dễ bị nhiểm trùng hàng loạt

- Bán liên tục : Nguyên liệu vào liên tục , sản phẩm ra không liên tục hoặc ngượclại

Khắc phục nhược điểm và phát triển ưu điểm của hai phương pháp trên

Dựa vào sự phân bố của vi sinh vật trong quá trình thù cũng có 3 phương pháp

- Bề mặt : Môt trường rắn hoặc lỏng đều được , trong quá trình lên men vi sinhvật phát triển trên bề mặt của môi trường lấy cơ chất trong môi trường và lấy Oxi trựctiếp trong không khí chủ yếu dùng trong công nghiệp enzym hoặc sản xuất axit hữu

cơ

Ưu : Đơn giản , nồng độ sản phẩm thu được cao

Nhược : Sản xuất thủ công , tốn diện tích , hiệu suất thu hồi sản phẩm ít

- Bề sâu : Môi trường lỏng Trong quá trình lên men vi sinh vật phân bố đềutrong môi trường lên men cả cơ chất và oxi đều lấy trong môi trường lên men

Ưu : Quá trình sản xuất dể cơ giới hóa và tự động hóa quá trình sản xuất Tạo điềukiện vi sinh vật sử dụng hợp lý các chất dinh dưởng trong môi trường dẩn đến hiệu suấtthu hồi cao

Nhược : Dể bị nhiểm trùng , chi phí về năng lượng lớn

- Bán rắn : kết hợ giữa phương pháp bề mặt và bề sâu Nguyên liệu rắn bổ sung dung dịch ( lượng ẩm tương đối ) trong quá trình lên men người ta đảo trộn để vi sinh vật

sử dụng hết cơ chất

1.3 Chưng cất và tinh chế cồn

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình chưng cất

* Nồng độ rượu trong giấm chín : Đây là yếu tố ảnh hưởng đến nhiệt độ sôi trong hỗn hợp và ảnh hưởng đến hiệu quả trong quá trình chưng cất Nếu nồng độ rượu không

ổn định dẫn đến nhiệt độ không ổn định làm ảnh hương đến chế độ làm việc Nếu nồng độquá thấp thì quá trình chưng cất không hiệu quả

* Nhiệt độ của giấm chín vào tháp Nếu nhiệt đô quá thấp thì những chất bay hơi không bay hơi hết gây sót rượu ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi Nếu nhiệt độ quá cao thì hơi vào thiết bị trao đổi nhiệt cao rượu trong giấm sẽ bay hơi ngay trong đường ống gây tắtống chỉ nên khống chế ở nhiệt độ 75 – 80 ºC

* Lượng giấm vào tháp : nhiều quá mà nhiệt độ không đủ để bay hơi hết gây sót rượu Nếu ít quá nhiệt độ cao rượu sẻ bốc hơi trong đường ống gây tắt đường ống

* Khử bọt : Sản phẩm chín của việc lên men rượu là etylic và CO2 , nếu khí nhiều

sẻ gây trào , tắt đường ống dể nổ thiết bị

* Chế độ cấp nhiệt Nếu thiếu thì nhiệt độ thấp gây sót rượu Nếu dư nhiệt độ caolàm rượu bay hơi ngay trong đường ống gây tắt đường ống

* Chế độ lấy bã : Được tháo ở đáy tháp , được lấy định kì , nếu tháo không kịp thời sẻ gây đầy dưới đáy tháp ảnh hưởng đến quá trình cung cấp nhiệt

1.3.2 Tinh chế : Là quá trình tách các hợp chất khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn [2]

- Mục đích : Tách tạp chất và nâng cao nồng độ rượu

- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình tinh chế

* Chế độ hồi lưu : làm ngưng tụ một hần hơi trên đỉnh quay lại tháp , Mếu nhiệt

độ cao thì hồi lưu thấp , nếu nhiệt độ thấp thì hồi lưu nhiều

* Chế độ lấy sản phẩm : Lượng sản phẩm lấy ra phải tương ứng với lượng cồn thôcung cấp vào tháp

* Chế độ lấy dầu tuzel : Nếu dầu lấy quá ít thì trong sản phẩm có nhiều tạp chất , nếu lấy quá nhiều thì lượng sản phẩm sẻ ít Thường chiếm 0,2 – 0,4 % lượng rượu tách được

* Chế độ lấy cồn đầu : Bao gồm các chất có nhiệt độ sôi thấp hơn nhiệt độ sôi củaandehyde Nếu lấy ít quá thì se có nhiều tạp chất , nếu nhiều quá sẻ ảnh hưởng đến sản phẩm thu hồi Thường lấy 3-5% lượng cồn sản xuất được

1.4 Sản phẩm cồn 960

1.4.1 Tính chất : Cồn là một chất hữu cơ nằm trong dãy đồng đẳng của rượu etylic , dễ cháy , không màu , mùi thơm dễ chịu và đặc trưng nhẹ hơn nước [10] , là một ancol mạch thẳng , công thức cấu tạo : CH3CH2OH Khi tan trong nước kèm theo hiện tượng có thể tích và tỏa nhiệt , là chất dễ bay hơi

1.4.2 Úng dụng

Ethanol có tính sát trùng mạnh vì có khả năng hút nước sinh lý của tế bào , có tác dụng lên hệ thần kinh , hệ hô hấp hệ tuần hoàn nên được úng dụng nhiều trong công nghiệp và y tế Ethanol còn được ứng dụng trong các lĩnh vực như : Công nghiệp thực phẩm , nhiên liệu thay thế xăng , công nghiệp hóa chất cơ bản

1.5 Tình hình sản xuất cồn trong và ngoài nước

Hiện nay công nghiệp ethanol nhiên liệu của Brazin , Mỹ , Trung Quốc , Thái Lan ,…

Đã đạt được nhiều tiến bộ Brazin hiện có khỏa 500 nhà máy ethanol năng suất khoảng 16 tỷ/năm , không chỉ nhằm phục phụ trong nước mà còn xuất khẩu , chiếm 40% thị phần ethanol thương mại toàn cầu Số lượng nhà máy ethanol ở Mỹ , Trung Quốc tăng nhanh [9]

Ở Việt Nam hiện nay có khoảng 50 công ty sản xuất cồn lớn nhỏ trên khắp cả nước , chủ yếu ở Cần Thơ và Thành phố Hồ Chí Minh

CHƯƠNG 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 SƠ ĐỒ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT BIO-ETHANOL

Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất bio-ethanol từ nguyên liệu rỉ đường và gạo phế phẩm

Phun dịch hóa

Rỉ đường Hơi

Pha chế dịch lên men Phối trộn

Lên men Nhân giống

Chưng cất

Tinh chế

Tách nước

Ethanoll

Cửa nạp liệuNam châmLưới sàng 1Lưới sàng 2Tạp chất béNguyên liệu đạt yêu cầuTạp chất lớn

2.2.1.2 Tiến hành

Hình 2.1 Sàn rung

Nguyên liệu gạo phế phẩm được băng tải chuyển đến phểu nạp liệu, nguyên liệu sẽ

đi qua nam châm để tách kim loại sau đó được chuyển đến sàng rung để làm sạch.Nguyên liệu đưa vào máy làm sạch qua cửa nạp liệu (1) Trước khi xuống lưới sàng (3),nguyên liệu được tách kim loại bằng nam châm (2), sau đó nguyên liệu rơi xuống lướisàng (4) Tại đây, kích thước lỗ lưới lớn hơn nguyên liệu và dưới tác động của chuyểnđộng rung nên tạp chất lớn được giữ lại, còn nguyên liệu và tạp chất bé sẽ lọt qua lưới (3)

và xuống lưới sàng (4) Do lưới sàng (4) có kích thước nhỏ hơn nguyên liệu nên ở đâynguyên liệu đạt yêu cầu được giữ lại, tạp chất bé sẽ lọt qua lưới sàng (4) và xuống ngăn

cuối, đưa ra ngoài qua cửa số (5) Bụi lơ lửng được quạt hút ra ngoài qua đường ống (8).Nguyên liệu đạt yêu cầu đưa đi nghiền.

2.2.2 Nghiền nguyên liệu

2.2.3 Nấu nguyên liệu

- Mục đích : Trong các nguyên liệu gạo hạt tinh bột luôn nằm trong màng tế bào Khi nghiền chỉ một phần các màng đó bị phá vở , phần lớn các màng tế bào còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc của amylase với tinh bột Mặt khác , hạt tinh bột ở trạng thái không hòa tan thì amylase tác dụng lên tinh bột rất chậm và kém hiệu quả

- Trước đây , nấu nguyên liệu tinh bột thường ở chế độ mềm là 135-138ºC hoặc chế

độ cứng 145-155ºC Hiện nay , nhiều nhà máy đã áp dụng công nghệ nấu mới có sự hổ trợ của chế phẩm enzyme nên nhiệt độ khối nấu cao nhất cũng chỉ khoảng 100ºC

Nấu nguyên liệu theo phương pháp nấu liên tục:

Nguyên liệu sau khi nghiền được hòa trộn với nước theo một tỉ lệ nhất định tại thùnghòa bột (1) rồi đưa vào nồi nấu sơ bộ (3) Trong quá trình nấu có bổ sung enzyme

termamyl với tỉ lệ 0,03% so với tổng lượng tinh bột Tại nồi nấu sơ bộ khối nấu được nâng lên 80÷85ºC trong 10÷15 phút đây là nhiệt độ thích hợp cho hoạt động của enzyme α-amylaze để phân cắt mạch tinh bột

Tiếp đó khối nấu nhờ bơm ly tâm (4) bơm sang thiết bị phun dịch hóa (5), tại đây khối nấu tiếp xúc với hơi nhiệt ở áp suất cao và nhiệt độ cao làm cho cấu trúc tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo mịn hơn, qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96ºC

Sau đó khối nấu tiếp tục được bơm sang nồi nấu chín (6), theo đó dịch cháo chảy

từ trên xuống còn hơi chính được cấp từ dưới lên do đi ngược chiều nên sẽ làm cho dịch cháo được khuấy mạnh và đun nóng tới mức độ cần thiết Ở mỗi nồi nấu chín thì khối nấu

sẽ được giữ ở nhiệt độ 100÷105ºC trong khoảng thời gian từ 25÷30 phút

Hình 2.2 Sơ đồ nấu liên tục

Dịch được bơm lên thiết bị phun dịch

hóa, qua khe hẹp Hơi vào từ phía trên, được

điều chỉnh lượng vào bằng bộ điều khiển tự

động Dịch qua khe hẹp dưới tác dụng của

nhiệt độ cao, độ lớn của khe hẹp được điều

chỉnh bởi van chắn Nhiệt độ hơi cao làm

tăng áp suất và sự thay đổi vận tốc làm cho

mạch tinh bột bị phá vỡ, làm cho khối cháo được mịn hơn Qua thiết bị này nhiệt độ khối nấu đạt 94÷96ºC

Chú thích:

Đối vớinồi nấu chín,dịch hòa trộn

từ nồi nấu sơ

bộ sau khi quathiết bị phundịch hóa được đi vào nồi nấu chín tại cửa (b) Nhiệt độ dịch

cháo lúc này được nâng lên 100÷105ºC Ở giữa nồi nấu chín có tấm ngăn cách thân bồn (2) dịch cháo chảy dích dắc từ ngăn này sang ngăn kia cho tới khi đầy nồi nấu Khi đó dịch từ nồi (1) chảy chuyền sang nồi (2) và cứ thế tiếp tục cho đến nồi cuối cùng Sau đó dịch cháo được đưa ra thiết bị tách hơi tại cửa (d) Phía dưới nồi nấu có van xả đáy (e) để

xả khi nồi nấu có sự cố

- Mục đích : Hạ nhiệt độ của dịch cháo sau nấu chín từ nhiệt độ 100÷105ºC xuống nhiệt độ 58÷60ºC tạo điều kiện cho quá trình đường hóa xảy ra dễ dàng Và hạ nhiệt độ của dịch đường sau đường hóa từ 60ºC xuống 30ºC để tạo thuận tiện cho quá trình lên men.

- Tiến hành : Sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt ống lồng ống với dịch cháo đi bên trong ống và nước làm nguội đi bên ngoài ống Dịch cháo trong ống và nước ở phần ống hình vành khăn sẽ tiến hành trao đổi nhiệt với nhau để thu được dịch cháo đi ra có nhiệt độ đạt yêu cầu là từ 58÷60ºC và đưa dịch đường sau đường hóa xuống nhiệt độ 30ºC

Chú thích:

2.2.5 Dường hóa tinh bột

- Quá trình thủy phân tinh bột trong khối cháo nhờ xúc tác của amylase biến thành đường được gọi là đường hóa , sản phẩm gọi là dịch đường hóa Sử dụng chế phẩm amylase của các hảng sản xuất enzyme để dịch hóa , đường hóa

- Mục đích : chuyển hóa tinh bột thành đường dể lên men Quá trình này quyết định phần lớn hiệu suất thu hồi

6 Cầu thang vệ sinh

9 Mơ tơ cánh khuấy

2.2.6 Chuẩn bị dich lên men từ rỉ đường

- Việc chuẩn bị lên men từ rỉ đường bao gồm các cơng đoạn : Pha lỗng sơ bộ , acidhĩa , bổ sung chất dinh dưỡng , bổ sung chất sát trùng và pha lãng đến nồng độ yêu cầu

- Mục đích của việc xử lý , pha lỗng rỉ đường : Trong rỉ đường hàm lượng chất khơ và hàm lượng đường rất cao nên tạo ra áp suất thẩm thấu lớn , nấm men khơng thể phát triển và lên men được Trong rỉ đường cịn cĩ nhiều tạp chất cĩ hại cho nâm men như chất keo , chất màu lại nghèo chất dinh dưỡng , đặc biệt là các chất chứa N,P nên khơng phải là điều kiện thuận lợi cho nấm men phát triển Do vậy cần phải pha loảng rỉ đường để giảm áp suất thẩm thấu cho nấm men phát triển

- Thưc hiện

* Pha lỗng sơ bộ : Rỉ đường ban đầu cĩ nồng độ 80-85ºBx cần được pha lỗng đếnnồng độ 50-55ºBx Chú ý nếu pha lỗng quá thì tốn thiết bị và tốn nhiều hơi nếu thanh trùng bằng nhiệt Nếu pha đặc quá hì độ nhớt lớn , tạp chất khĩ lắng , acid hĩa sẻ khơng đều Dùng nước bình thường để pha loảng

* Acid hĩa : Dịch rỉ đường sau khi pha lỗng được acid hĩa bằng cách dùng acid hữu cơ để hạ pH của rỉ đường xuống cịn 4 Dùng H2SO4 đậm đặc với tỷ lệ 0,6% so với khối lượng rỉ đường đặc Nâng nhiệt độ của rỉ đường đã pha lỗng sơ bộ đến 78-82ºC rồi cho acid vịa theo tỉ lệ quy định Acid hĩa nĩng cĩ lợi là giảm độ nhớt của rỉ đường , giúp

Hình 2.7 Thùng phối trộn

D

các chất kết tủa đễ dàng , dễ lắng , dễ lọc …Ngoài ra acid hóa nóng đường saccharose

chuyển hóa tạo ra các đường dể lên men

* Sát trùng : Sử dụng fluorsilicat nồng độ 0,02% so với thể tích dịch lên men vào

trong rỉ đường nhằm ngăn ngừa và tiêu diệt vi sinh vật xâm nhập và phát triển

* Sau khi axit hóa để một thời gian khoảng 2 giờ thì cặn sẻ tự lắng, gạn lắng kết

hợp với ly tâm

* Bổ sung chất dinh dưỡng : Bổ sung chất dinh dưỡng để cho nấm men phát triển

tốt , qua trọng là các muối chứa N và P nguonf bổ sung N là các laoij muối sunfat amon hoặc urea Tỉ lệ sunfat amon là 0,6-0,8% so với rỉ đường , urea là 0,3-0,4% so với rỉ

đường Bổ sung P bằng muối Ca(H2PO4) với tỷ lệ 1%

Sau khi rỉ đường đã được pha loãng và xử lý sơ bộ thì khuấy đều rồi để yên trong 4h để cho tạp chất lắng xuống

* Pha loãng đến nồng độ yêu cầu : Lên men một nồng độ nên dịch rỉ đường để nhân men và để lên men có cùng nồng độ 10-12Bx

Gọi h1 là chiều cao phần trụ, h2 là chiều cao đáy,

h3 là chiều cao phần tháo dịch

2.2.8 Lên men

- Mục đích : Quá trình lên men rượu nhằm chuyển hóa đường trong dịch đường lên

- Thực hiện :

+ Chuẩn bị nấm men giống ở hai thùng lên men cấp 1 (thùng A và B)

+ Khi đạt yêu cầu tháo giống ở thùng A xuống thùng cấp 2 sau đó vệ sinh thùng A + Tiếp tục lên men thùng A bằng cách lấy 25÷30% men giống ở thùng B trộn tiếp với dịch đường

+ Lượng men còn lại ở thùng B cho xuống thùng lên men cấp 2 sau đó vệ sinh thùng B

+ Tiếp tục lên men thùng B bằng cách lấy 25÷30% men giống ở thùng A trộn tiếp với dịch đường

+ Lượng men còn lại từ thùng A cho xuống thùng cấp 2

+ Số lượng tế bào ở thùng lên men chính được khống chế nằm trong khoảng

100-120 triệu/ml

+ Thùng lên men 1 được giữ ở T = 25÷27oC, thùng 2 và 3 T = 27÷30oC

Quy trình này kết thúc sau 60÷64 giờ [2]

Sử dụng hệ thống chưng cất, tinh chế hai tháp gồm một tháp thô và một tháp tinh:

Hình 2.8 Sơ đồ lên men liên tục

Giấm chín được bơm lên thùng cao vị (1) sau đó đi vào bình hâm giấm (2), thiết bịnày được gia nhiệt bằng hơi cồn thô đến nhiệt độ 70÷80ºC rồi đưa qua bình tách CO2 vàkhí không ngưng (3) rồi vào đĩa tiếp liệu của tháp thô (4) Hơi cồn bay lên ngưng tụ ở (2),phần chưa ngưng tiếp tục sang ngưng ở (6) và (7) Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp,hơi đi từ dưới lên, giấm chín chảy từ trên xuống, toàn bộ hơi ngưng ở (2), (6), (7) đi vàotháp tinh (8) ở đĩa thứ 16÷18 tính từ dưới lên, còn giấm khi chảy xuống tới đáy nồng độrượu trong giấm còn khoảng 0,015 ÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu

1- Thùng cao vị chứa giấm chín 2- Bình hâm giấm

3- Bình tách CO2 4- Tháp thô 5- Bình chống phụt giấm

6 Bình ngưng tụ

7- Bình làm nguội 8- Tháp tinh 9- Bình ngưng tụ hồi lưu10-Bình làm nguội cồn sản phẩm11-Bình ngưng và làm lạnh dầu fusel

Tại tháp tinh cũng được cấp nhiệt bằng hơi nước trực tiếp, hơi rượu bay lên đượcnâng dần nồng độ sau đó ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ (9) và được hồi lưu trở lại tháp tinh.Một phần nhỏ chưa ngưng kịp còn chứa nhiều tạp chất đầu được đưa sang ngưng tụ tiếp ở

Hình 2.9 Sơ đồ chưng cất liên tục 2 tháp

thiết bị ngưng tụ làm lạnh (7) và lấy ra ở dạng cồn đầu Cồn tinh chế được lấy ra cách đĩahồi lưu 3÷6 đĩa qua thiết bị làm lạnh (10) được cồn tinh chế Dầu fusel được lấy ra ở dạnghơi từ đĩa 6÷11 tính từ dưới lên được làm lạnh, phân ly được dầu fusel thành phẩm Nhiệt

độ đáy của hai tháp luôn bảo đảm 103÷105ºC; nhiệt độ đỉnh tháp thô phụ thuộc vào nồng

độ cồn trong giấm và thường vào khoảng 93÷97ºC; nhiệt độ đỉnh tháp tinh vào khoảng78,3÷78,5ºC; nhiệt độ thân tháp tinh ở vị trí cách đĩa tiếp liệu về phía trên 3÷4 đĩa khốngchế ở 82÷83ºC

ở nhiệt độ 200 – 300°C với dòng khí trơ N2

Thiết bị hấp phụ và giải hấp sử dụng chất hấp phụ là zeolit

Hình 2.10 Sơ đồ hấp phụ - giải hấp

CHƯƠNG 3

TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

3.1 Các thông số ban đầu

- Năng suất 500.000 l/ngày

- Thành phần nguyên liệu : 50% gạo phế phẩm và 50% rỉ đường

- Nồng độ chất khô của dịch cháo sau khi nấu : 18%

- Nồng độ chất khô của rỉ đường sau khi pha loãng là 20Bx

- Hiệu suất đường hóa : 97%

- Hiệu suất lên men : 98%

- Hiệu suất chưng cất tinh chế : 97%

- Hiệu suất tách nước : 99%

- Hiệu suất thu hồi : ƞ= ƞdh x ƞlm x ƞcc = 0,97 x 0,98 x 0,97 x 99=91,29%

- Hao hụt và tổn thất của nguyên liệu qua từng công đoạn:

Bảng 3.1 Bảng hao hụt và tổn thất qua các công đoạn

Bảng 3.2 Độ ẩm và hàm lượng tinh bột trong nguyên liệu

Bảng 3.3 Hàm lường các chất có trong rỉ đường

Nguyên liệu Độ ẩm Đường Chất khô khác

3.2 Tính cân bằng vật chất

Gọi khối lượng gạo phế phẩm đem vào làm sạch trong một ngày: M (kg)

Vì khối lượng rỉ đường và gạo phế phẩm đưa vào lúc đầu là bằng nhau vì vậy khốilượng rỉ đường đem dùng trong một ngày cũng M (kg)

Khối lượng riêng của rỉ đường 80% là

(kg) Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau làm sạch:

(kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau làm sạch:

(kg) Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau làm sạch:

(kg) 3.2.1.2 Công đoạn nghiền

Khối lượng nguyên liệu thu được sau khi nghiền:

M M

m

m = × − = × × = 0 , 985 ×

100

5 , 99 99

, 0 100

) 5 , 0 100 ( 1 2

(kg)

Khối lượng tinh bột có trong nguyên liệu sau khi nghiền:

(kg) Khối lượng chất khô có trong nguyên liệu sau khi nghiền:

(kg)Khối lượng nước có trong nguyên liệu sau khi nghiền:

(kg) 3.2.1.3 Công đoạn nấu sơ bộ

Gọi X là lượng nước cần bổ sung và lượng hơi ngưng tụ tại công đoạn nấu sơ bộ để saunấu chín nồng độ chất khô đạt 18%

Lượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa bằng 1‰ so với lượng tinhbột có trong nguyên liệu:

(kg)Trong quá trình nấu sơ bộ bổ sung một lượng enzyme bằng 30% so với tổng lượngenzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa

Do lượng enzyme bổ sung vào quá trình nấu có khối lượng nhỏ hơn nhiều so vớikhối lượng chất khô của nguyên liệu nên có thể bỏ qua

Vậy khối lượng của dịch cháo sau khi nấu sơ bộ là:

99)985

,0(100

)1100()( 2

3 = m + X × − = ×M + X ×

m

= 0 , 975 ×M + 0 , 99 ×X

(kg) Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ:

(kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu sơ bộ:

(kg)

Khối lượng nước trong dịch cháo còn lại sau khi nấu sơ bộ:

(kg) 3.2.1.4 Công đoạn phun dịch hóa

Khối lượng của dịch cháo thu được sau khi phun dịch hóa:

5,99)99,0975

,0(100

)5,0100(3

4 =m × − = ×M + ×X ×

m

= 0,970×M +0,985×X

(kg)Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa:

(kg)Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa:

(kg)

Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi phun dịch hóa:

(kg)

3.2.1.5 Công đoạn nấu chín

- Cứ 1 kg nguyên liệu chưa hòa nước đưa vào nấu chín cần cung cấp 2 kg hơi vàlượng nước ngưng tụ sau khi nấu chín bằng 50% lượng hơi cấp vào

Vậy khối lượng hơi ngưng tụ sau khi nấu :

100

99)985,0985

,097

,0(100

)1100()

(kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau khi nấu chín:

(kg)

Khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín:

= 1,11M + 0,975X(kg) Sau nấu chín nồng độ chất khô đạt 18% nên:

X= 2,726M (kg)

Vậy khối lượng nước có trong dịch cháo sau khi nấu chín:

Vậy khối lượng dịch cháo sau khi nấu chín:

(kg) 3.2.1.6 Công đoạn tách hơi

Lượng hơi cấp cho quá trình nấu chín bằng hai lần so với lượng nguyên liệu đã

nghiền trong dịch cháo

Lượng hơi tách ra trong công đoạn tách hơi chính là lượng hơi chưa hoặc khôngngưng tụ trong quá trình nấu chín (chiếm 50% so với lượng hơi cung cấp cho quá trìnhnấu chín)

m H = 100

50

×2××M = 0,96M (kg)Khối lượng dịch cháo thu được sau khi tách hơi:

(kg)Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi tách hơi:

(kg) Lượng chất khô có trong dịch cháo sau tách hơi:

(kg)Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi tách hơi:

3.2.1.7 Công đoạn làm nguội sau tách hơi

Khối lượng dịch cháo sau khi làm nguội:

(kg)

Khối lượng tinh bột có trong dịch cháo sau khi làm nguội:

(kg) Khối lượng chất khô có trong dịch cháo sau làm nguội:

(kg)Khối lượng của nước có trong dịch cháo sau khi làm nguội:

3.2.1.8 Công đoạn đường hóa

- Trong quá trình đường hóa bổ sung một lượng enzyme bằng 70% so với tổnglượng enzyme bổ sung quá trình nấu và đường hóa

4 4

) 8

100

70100

m

m Na SiF = × = × × = 0 011 ×

100

552 , 4 25 , 0 100

25 ,

6 2

(kg)Theo lý thuyết thì cứ 100 kg tinh bột thu được được 72 lít cồn 100%V Lượng axit

H2SO4 30oBe cần bổ sung trong quá trình đường hóa (sử dụng cho 100 lít cồn 100%V) là 1,5÷2 kg

Nên cứ 100kg tinh bột cần bổ sung 1,08kg H2SO4 30oBe

Vậy lượng axit H2SO4 30oBe bổ sung cho quá trình nấu chín là:

(kg)

Gọi Y là lượng nước trong quá trình đường hóa cần bổ sung

Khối lượng của dịch đường sau đường hóa là:

100

)2100()

8

−

×++

(Do lượng enzyme rất nhỏ so với khối lượng chất khô của nguyên liệu nên

có khối lượng đường thu được sau khi đường hóa là:

(kg)Khối lượng đường còn lại sau khi đường hóa với hao hụt 2% là:

(kg)Khối lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi đường hóa là:

=

= 3,589M +0,98Y (kg)

3.2.1.9 Công đoạn làm nguội sau dịch hóa

Khối lượng dịch đường sau làm nguội là:

+0,975(kg)

Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi làm nguội là:

(kg)Khối lượng đường trong dịch đường còn lại sau khi làm nguội:

(kg)Lượng nước còn lại trong dịch đường sau khi làm nguội:

= 3,672M + 0,975Y (kg)

Nồng độ chất khô của dịch đường đem nhân giống là 16% nên có:

9 0

2O H CK

CK

dd

ct

m m

m m

m C

3.2.2 Với nguyên liệu rỉ đường

3.2.2.1 Pha loãng rỉ đường

- Ta có : M là khối lượng rỉ đường ban đầu kg

N1 là nồng độ rỉ đường ban đầu Bx

N2 là nồng độ yêu cầu cần pha loảng Bx

W Là lượng nước cần thêm vào để pha loảng

Khi đó khối lượng chất khô trong rỉ đường trước khi pha và sau khi pha không đổinên

mck1”= = 0,796 (kg)

Khối lượng đường có trong dịch đường là : mđ1 =

Khối lượng riêng của rỉ đường 50% là :1,2327 (kg/l)

Thể tích của rỉ đường 50% là :

3.2.2.2 Công đoạn acid hóa

- Hao hụt là 0,5 % vậy khối lượng của dịch rỉ đường sau acid hóa là

Khối lượng riêng của axit H2SO4 98% là 1,837 (kg/l)

- Thể tích axit cần đưa vào là Vaxit = = 3,266 x 10-3 x M (l)

- Do lượng H2SO4 bổ sung vào có khối lượng nhỏ hơn nhiều so với khối lượng rỉđường nên có thể bỏ qua

3.2.2.3 Công đoạn tách cặn : Cặn được loại bỏ chiếm 2% khối lượng dịch đường

và hao hụt chiếm 1% nên

- Khối lượng dịch đường sau khi tách cặn là :

- Khối lượng đường có trong dịch đường sau khi tách cặn là :

(kg)

- Khối lượng chất khô có trong dịch đường sau khi tách cặn là

(kg)

3.2.2.4 Pha chế dịch lên men

- Lượng dinh dưỡng bỏ sung vào dịch đường nhỏ hơn nhiều so với dịch đường nên coi như khối lượng không đáng kể

- Dịch đường ta phải pha loảng tiếp để nồng độ rỉ đường đạt 20Bx

- Nồng độ chất khô có trong dịch đường sau khi pha loãng là

3.2.3 Phối trộn dịch lên men từ rỉ và từ gạo phế phẩm

- Khối lượng dịch đường sau khi phối trộn là

3.2.4 Công đoạn lên men

Nồng độ chất khô của dịch đường đem nhân giống là 17% , vậy thể tích dịch đường:

Thể tích của dịch trước lên men:

Sau khi nhân giống xem như nấm men đã sử dụng hết lượng đường nên nồng độđường còn lại là:

C%= ρđương 15,3% = 1,062 ( kg/lít) [7 tr64]dùng phương pháp nội suy

Xem dịch trước lên men là dung dịch đường có hàm lượng chất khô khôngđường thấp nên khối lượng của dịch trước lên men là:

(kg)

=

Dựa vào phương trình lên men (2):

6 12

3.2.5 Công đoạn chưng cất

giấm chín trước khi vào đĩa tiếp liệu có nồng độ 7,422% khối lượng = 9,26%V Nhiệt

100 C D D t S t D

Q= × × ρ × −

CD = 1,019 – 0,0095×

B: Nhiệt dung riêng của giấm (Kcal/kg.độ)

B = 7,111 %: Nồng độ chất khô trong giấm (%)

Suy ra : CD = 1,019 - 0,0095×

7,422% = 0,948 (kcal/kg.độ) Nên : Q = 100×

(0,948-0,0095×

7,422/100) × (93,27-70) = 2204,355 (Kcal)

Theo bảng [1] nồng độ rượu tại đĩa tiếp liệu x = 7,422% khối lượng bằng 3,04 % mol, nhiệt độ sôi tương ứng ở nồng độ đó là ts = 93,03oC Nồng độ rượu ở pha hơi: y = 45,866 % khối lượng bằng 24,91 % mol ( 2)

Khối lượng hơi rượu bốc lên khỏi tháp thô ứng với 100kg giấm là:

Thực tế lượng hơi thường cấp dư nên lượng hơi rượu thực tế là:

GT = Gxβ = 16,182 x1,05 = 16,991 (kg) (Với β = 1,05: Hệ số hơi thừa) Nồng độ thật của rượu ở pha hơi:

y = = 100 = 43,682 (% khối lượng).

lượng rượu trong bã là không đáng kể: P + 100 = R + GT

Trong đó: P – Lượng hơi nước cần dùng, kg/h

Khối lượng(kg)

Nhiệt lượngriêng(KJ/kg)

Tính toán nhiệt(KJ)

Nếu xem tổn thất rượu ở bã là không đáng kể thì có: V D×x=C×x C

Với: x: Nồng độ cồn trong giấm chín x

= 9,26 %V

VD: Lượng giấm chín VD = 7,893×

M (lit)

3.2.7 Công đoạn bốc hơi

Lượng cồn thu được trong quá trình bốc hơi:

3.2.8 Công đoạn hấp phụ - giải hấp phụ

Toàn bộ ethanol và nước vào tháp hấp phụ ở dạng hơi nên:

Với: – Lưu lượng khối lượng của hỗn hợp vào tháp (kg),

– Lưu lượng thể tích của hỗn hợp vào tháp (m3),

– Khối lượng riêng của hỗn hợp ở điều khiện hấp phụ

Bảng 3.5 Khối lượng riêng của một số chất lỏng và dung dịch với nước thay đổi theo nhiệt

Trong đó: , – Phần trăm khối lượng nước trong nguyên liệu, sản phẩm (%) Đổi %thể tích sang % khối lượng:

– Phần trăm thể tích của rượu trong nguyên liệu (%),