I. Sản xuất ethanol từ nguyên liệu chứa tinh bột (sắn, ngô)
I.3.6. Chưng cất và tinh chế rượu
Chưng cất rượu là quá trình tách rượu với tạp chất dễ bay hơi khỏi giấm chín và cuối cùng nhận được cồn thô.
Tinh chế rượu là quá trình tách các tạp chất khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ, cuối cùng nhận được cồn tinh chế.
Vì ethanol tạo hỗn hợp đẳng phí với nước có nồng độ của rượu trong pha lỏng bằng nồng độ của rượu trong pha hơi và bằng 95,57% khối lượng (97,2%V) tương
ứng với nhiệt độ sôi là 78,150C. Do đó, với phương pháp chưng cất thông thường ta không thể thu được nồng độ rượu lớn hơn 95,57% theo khối lượng. Tuy nhiên quá trình chưng cất còn phụ thuộc vào chất không bay hơi, tạp chất trong giấm chín.
Giấm chín là một hỗn hợp rất phức tạp gồm có chất rắn lơ lửng không hòa tan, chất hòa tan, rượu, nước và các tạp chất bay hơi khác. Hàm lượng rượu trong giấm chín dao động trong một khoảng rất lớn (6÷10%V) và phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất và quy trình công nghệ. Để nâng nồng độ ethanol lên 95,57% khối lượng, ta phải tiến hành chưng cất và tinh chế rượu.
Đầu tiên giấm chín được đưa sang tháp chưng cất thô để loại bỏ bớt tạp chất. Cồn thô thu được ở đỉnh, bã rượu thu ở đáy.
Bã rượu: gồm chủ yếu là các chất khó bay hơi, các chất rắn không tan. Thành phần của bã rượu cũng phụ thuộc vào nguyên liệu sản xuất và quy trình công nghệ trong đó nước chiếm trên 90%, hàm lượng rượu sót theo bã bé hơn 0,02%. Bã rượu được ứng dụng chủ yếu để sản xuất thức ăn gia súc và dùng làm môi trường nuôi cấy vi sinh vật ứng dụng trong các ngành công nghiệp khác.
Cồn thô: Cồn thô nhận được sau khi chưng cất chứa rất nhiều tạp chất (trên 50 chất), có cấu tạo và tính chất khác nhau, gồm các nhóm chất như: aldehyt, ester, alcol cao phân tử và các acide hữu cơ, nồng độ rượu từ 35÷40%V [3].
Dạng nguyên liệu Số mẫu đem phân tích Este, mg/lít cồn khan
Aldehyt Dầu fusel % so với rượu Khoai tây Khoai tây+hạt Hạt Mật rỉ 18 30 36 34 416,6 306,7 242,5 376,7 0,0047 0,0110 0,0400 0,1160 0,28 0,21 0,41 0,32 78,8 32,1 86,4 113,9
Bảng 2.2: Sự thay đổi tạp chất của cồn thô theo liệu khác.
Do cồn thô có chứa một lượng lớn nước và các tạp chất đặc biệt là các aldehyt và acide gây ăn mòn khi pha vào xăng nên ta phải chưng luyện để tách loại chúng
đồng thời nâng độ cồn lên 95,57%. Như vậy từ giấm chín, để thu được cồn 95,57% ta cần thực hiện 3 bước chính:
- Loại bỏ các tạp chất rắn, không tan (bã rượu) tạo cồn thô có nồng độ 35÷40%V.
- Loại bỏ các tạp chất dễ bay hơi như các aldehyt, acide…
- Loại bỏ nước để nâng nồng độ ethanol lên 95,57% (nồng độ tại đó tạo hỗn hợp đẳng phí ethanol-nước).
Trong công nghiệp, muốn tách cồn thô ra khỏi giấm chín và sau đó tinh chế nó để nhận được cồn có chất lượng cao, người ta có thể thực hiện theo phương pháp gián đoạn, bán liên tục hay liên tục theo các sơ đồ khác nhau, từ đơn giản đến phức tạp, tùy theo điều kiện vốn đầu tư và yêu cầu chất lượng đề ra của cơ sở sản xuất. Hiện nay, phổ biến nhất là sử dụng phương pháp chưng cất, tinh chế 3 tháp gián tiếp một dòng vì có nhiều ưu điểm:
- Dễ thao tác.
- Chất lượng cồn tốt và ổn định.
Tuy nhiên nó cũng có nhược điểm là tốn nhiều hơi.
Thuyết minh dây chuyền công nghệ.
Giấm chín được bơm qua thiết bị gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên 70÷800C. Sau khi được tách bọt, giấm chín được đưa vào tháp tách thô tại đĩa tiếp liệu. Tháp thô được đun bằng hơi trực tiếp, hơi đó từ dưới lên, giấm chín chảy từ trên xuống nhờ đó quá trình chuyển khối được thực hiện. Sau đó hơi rượu ra khỏi tháp được ngưng tụ
Giấm chín Gia nhiệt Tháp thô Làm lạnh cồn đã tách cồn đầu Tháp tinh Làm lạnh cồn tinh chế Cồn tinh chế
Kho bảo quản Hơi đốt Hơi đốt Nước thải Làm lạnh cồn thô Tách bọt Cồn đầu Hơi đốt Bã rượu Tháp trung gian
làm lạnh và đưa sang tháp trung gian ở đĩa tiếp liệu. Chảy dọc xuống đáy tháp nồng độ rượu trong giấm còn khoảng 0,15÷0,03%V được thải ra ngoài gọi là bã rượu.
Tháp trung gian dùng hơi trực tiếp, hơi rượu bay lên được ngưng tụ và phần lớn được hồi lưu lại tháp, ta chỉ lấy khoảng 3÷5% lượng cồn đầu. Một phần rượu thô qua thiết bị ngưng tụ tháp thô và đưa vào đỉnh tháp trung gian. Cồn đầu qua thiết bị làm lạnh được cồn đầu. Cồn đã tách cồn đầu lấy ra ở đáy tháp trung gian có nồng độ ethanol 35÷40%V. Để tăng nồng độ ethanol lên 95,57%, người ta cho cồn đã tách cồn đầu liên tục đi vào tháp tinh. Tháp này cũng được cấp nhiệt bằng hơi trực tiếp, hơi bay lên ngưng tụ ở thiết bị ngưng tụ, rồi được hồi lưu trở lại tháp tinh. Cồn thành phẩm được lấy ra trên đỉnh tháp. Nước thải lấy ra ở đáy tháp.