2.3.1 Các phương pháp nấu nguyên liệu 2.3.1.1 Nấu gián đoạn
Đặc điểm: toàn bộ quá trình nấu được thực hiện trong một nồi [7, tr 48].
Ưu điểm: tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị, thao tác đơn giản, dễ vệ sinh, sửa chữa.
Nhược điểm: tốn hơi vì không sử dụng được hơi thứ, nấu ở áp suất và nhiệt độ cao, thời gian dài nên gây tổn thất nhiều đường, năng suất thấp.
2.3.1.2 Nấu bán liên tục
Đặc điểm: nấu được tiến hành trong ba nồi khác nhau và chia thành nấu sơ bộ, nấu chín và nấu chín thêm [7, tr 49 ].
SVTH: Trần Thị Kiều Diễm_13H2B GVHD: Bùi Viết Cường 12
Ưu điểm: giảm được thời gian nấu, áp suất, nhiệt độ do đó giảm được tổn thất và tăng hiệu suất. Nhờ sử dụng hơi thứ và nấu sơ bộ nên tiết kiệm được lượng hơi dùng cho nấu rất nhiều.
Nhược điểm: Tốn nhiều kim loại để chế tạo thiết bị, thiết bị cồng kềnh chiếm nhiều diện tích, nhiệt độ nấu chín vẫn cao gây tổn thất đường và tạo các sản phẩm không mong muốn, khó vệ sinh.
2.3.1.3 Nấu liên tục
Đặc điểm: Quá trình nấu chia ra làm 3 giai đoạn: nồi nấu sơ bộ, nồi nấu chín và nấu chín thêm, thời gian nấu được rút ngắn [7, tr 52-61].
Ưu điểm: Tận dụng được nhiều hơi thứ do đó giảm được chi phí hơi khi nấu, thời gian nấu ở nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên giảm tổn thất đường do cháy và tạo melanoidin, dễ cơ khí và tự động hóa, chất lượng cồn ổn định.
Nhược điểm: Yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây d=
3 mm không quá 10% và lọt rây d = 1 mm phải nhiều hơn 40%, yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao.
Trong ba phương thức nấu trên, vì có nhiều ưu điểm hơn cả nên nấu liên tục ngày càng phổ biến.
2.3.2 Các phương pháp đường hóa
Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là tác nhân đường hóa.
− Dùng axit HCl hoặc H2SO4: tạo nhiều sản phẩm phụ, đặc biệt là pentoza, phá hủy axit amin làm môi trường nghèo dinh dưỡng.
− Dùng amylaza của malt đại mạch: Một số nước Châu Âu vẫn còn dùng phương pháp này.
− Dùng amylaza nhận được từ nuôi cấy vi sinh vật: phương pháp được sử dụng phổ biến trong sản xuất cồn.
− Dùng amylaza thu được từ nấm mốc: Ở Việt Nam đa số các nhà máy cồn đều dùng phương pháp này, mấy năm gần đây có mua chế phẩm amylaza của hãng Nouvo Đan Mạch.
2.3.2.1 Đường hóa gián đoạn:
Đặc điểm: Tất cả quá trình đường hóa chỉ diễn ra trong một nồi duy nhất [7, tr 101].
Ưu điểm: Thiết bị đơn giản dễ chế tạo, dễ thao tác, vận hành, sửa chữa, hoạt độ enzyme ít bị giảm do ít tiếp xúc với nhiệt độ cao.
SVTH: Trần Thị Kiều Diễm_13H2B GVHD: Bùi Viết Cường 13
Nhược điểm: Không hạn chế được lão hóa tinh bột do enzyme cho vào khi dịch bột ở 700C. Năng lượng tốn nhiều do cánh khuấy bị cản trở lớn (dịch đặc, độ nhớt cao).
Khó cơ giới hóa tự động hóa, năng suất thấp. Chất lượng dịch đường không ổn định, dễ bị nhiễm trùng hơn so với phương pháp liên tục.
2.3.2.2 Đường hóa liên tục:
Đặc điểm: quá trình đường hóa được thực hiện trong các thiết bị khác nhau, dịch cháo và enzyme amylaza liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên men [7, tr 95].
Ưu điểm: Thời gian đường hóa ngắn, tăng công suất thiết bị. Hoạt tính amylaza ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn. Dễ cơ khí và tự động hóa. Giảm được khả năng nhiễm trùng do dịch đường hóa đi trong hệ thống kín. Chất lượng dịch đường ổn định.
Nhược điểm: Thiết bị phức tạp. Yêu cầu về điện, nước đầy đủ và ổn định. Yêu cầu cao về kỹ thuật vận hành thiết bị. Vệ sinh, sửa chữa cần có kế hoạch cụ thể.
2.3.3 Các phương pháp lên men
2.3.3.1 Phương pháp lên men gián đoạn
Đặc điểm: Quá trình lên men chỉ diễn ra trong một thiết bị duy nhất, thời gian lên men kéo dài [7, tr 149].
Ưu điểm: thao tác của công nhân đơn giản, thiết bị dễ vệ sinh, sửa chữa, ít bị nhiễm hàng loạt.
Nhược điểm: chất lượng lên men không đồng đều, hiệu suất lên men thấp. thời gian lên men dài.
2.3.3.2 Lên men bán liên tục (còn gọi là phương pháp lên men chu kì)
Hình 2. 5 Sơ đồ lên men bán liên tục
Hình 2. 4 Lên men gián đoạn
SVTH: Trần Thị Kiều Diễm_13H2B GVHD: Bùi Viết Cường 14
Đặc điểm: lên men liên tục ở giai đoạn lên men chính và lên men gián đoạn ở giai đoạn cuối. Phương pháp được cải tiến áp dụng với các nhà máy có công suất thấp hoặc trung bình chưa đủ điều kiện và nhu cầu cải tạo chưa thực sự cần thiết [11, tr 154].
Ưu điểm: đơn giản, rút ngắn được chu kì lên men, đảm bảo được thời gian lên men cuối, nâng cao hiệu suất lên men. Tế bào nấm men liên tục sinh sản trong giai đoạn lên men chính do đó không cần sử dụng men giống thường xuyên.
Nhược điểm: Thao tác phức tạp hơn, yêu cầu theo dõi chặt chẽ hơn so với lên men gián đoạn, lắp đặt phức tạp, cần chú ý việc giải phóng giấm chín và vệ sinh sát trùng các thùng, đặt biệt là các thùng đầu dãy.
2.3.3.3 Lên men liên tục
Đặc điểm: dịch đường và men giống liên tục đi vào và dịch giấm chín liên tục đi ra. Dịch đường phải đi qua nhiều các thùng lên men: Thùng lên men chính, các thùng lên men tiếp theo là lên men phụ. Nhiệt độ lên men thấp hơn so với lên men gián đoạn [11, tr 152].
Ưu điểm: Hiệu suất lên men tăng, dễ cơ khí và tự động hóa, thời gian lên men được rút ngắn, hạn chế được nhiễm tạp khuẩn do lượng men giống ban đầu cao, chất lượng giấm chín là ổn định.
Nhược điểm: Khi nhiễm tạp thì rất khó xử lý nên đỏi hỏi vô trùng cao, vệ sinh, sửa chữa thiết bị cần có kế hoạch cụ thể, yêu cầu về kỹ thuật cao, điện nước đầy đủ, ổn định.
2.3.4 Các phương pháp chưng cất- tinh chế 2.3.4.1 Chưng luyện gián đoạn
Ưu điểm: Đơn giản, dễ thao tác, tốn ít thiết bị [7, tr 178].
3
5 a 6 b
4
CO2
2 1
Hình 2. 6 Sơ đồ lên men liên tục
SVTH: Trần Thị Kiều Diễm_13H2B GVHD: Bùi Viết Cường 15
Nhược điểm: Hiệu suất thu hồi rượu thấp do rượu còn lại trong bã nhiều. Tốn hơi do giấm chín đưa vào không được đun nóng bằng nhiệt ngưng tụ của cồn thô. Thời gian cất kéo dài.
2.3.4.2 Chưng luyện bán liên tục (chưng gián đoạn, luyện liên tục) 1. Thùng cất thô 2. Thùng ngưng tụ cồn thô 3. Tháp tạm chứa cồn thô 4. Tháp tinh chế
5, 6. Bình ngưng tụ 7, 8. Bình làm lạnh
Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của chưng cất và tinh chế gián đoạn nhưng chưa triệt để và hiệu quả kinh tế của hệ thống chưa cao.
2.3.4.3 Chưng luyện liên tục
Chưng cất liên tục khắc phục được các nhược điểm trên của chưng cất gián đoạn và bảo đảm hiệu quả kinh tế cao hơn. Chưng luyện liên tục có thể thực hiện theo nhiều sơ đồ khác nhau: 2 tháp, 3 tháp, 4 tháp. Từ đó chia thành chưng luyện theo hệ thống một dòng (gián tiếp) hoặc hai dòng (vừa gián tiếp và vừa trực tiếp).
- Hệ thống hai tháp gián tiếp một dòng: được cải tiến nhưng chất lượng cồn chưa cao hoặc muốn thu nhận cồn tốt phải tăng lượng cồn đầu lấy ra. Sơ đồ gián tiếp một dòng có ưu điểm là dễ thao tác, chất lượng cồn tốt và ổn định nhưng tốn hơi.
- Hệ thống ba tháp làm việc gián tiếp: Hệ thống cho phép nhận 7080% cồn loại I, 2030% cồn loại II, 35% cồn đầu. Sơ đồ vừa gián tiếp vừa trực tiếp, hai dòng có ưu điểm là tiết kiệm được hơi nhưng đòi hỏi tự động hóa tốt và chính xác.
- Sơ đồ chưng luyện 3 tháp và một tháp fusel: Hệ thống này khác với hệ thống khác là dầu fusel được lấy ra nhiều hơn rồi đưa vào tháp riêng gọi là tháp fusel. Tinh luyện theo phương pháp này có ưu điểm tách dầu fusel triệt để hơn, nhưng có nhược điểm là có tổn thất rượu.
- Sơ đồ chưng luyện 4 tháp ( thêm một tháp làm sạch): Cồn thu được sau khi qua 3 Hình 2. 7 Chưng gián đoạn
Hình 2. 8 Sơ đồ chưng bán liên tục
SVTH: Trần Thị Kiều Diễm_13H2B GVHD: Bùi Viết Cường 16
tháp đầu không làm nguội mà được đưa vào tháp làm sạch để tách tạp chất đầu và tạp chất cuối. Do vậy chất lượng cồn được nâng cao [11, tr 183-188].
2.3.5 Phương pháp tách nước để thu nhận cồn tuyệt đối 2.3.5.1 Phương pháp bốc hơi qua màng lọc
Nguyên tắc là sử dụng màng có khả năng hút nước cao và khả năng thẩm thấu ngược để tách nước ra khỏi ethanol. Màng này chỉ cho nước và 1 ít ethanol qua.
Phương pháp này có nhược điểm là màng dễ bị phá hủy và thay nhiều lần, chu kì làm việc ngắn.
Sử dụng màng dày đủ cho ethanol đi qua, áp suất hơi từ 7-70KPa
Hình 2. 9 Sơ đồ phương pháp bốc hơi qua màng 2.3.5.2 Chưng cất đẳng phí
Đây là phương pháp sử dụng phổ biến trong công nghiệp.
Hình 2. 10 Sơ đồ chưng đẳng phí
Nguyên tắc: đưa một chất mới làm thay đổi độ bay hơi của các cấu tử trong hỗn hợp, tạo hỗn hợp đẳng phí mới bao gồm: cấu tự mới, nước, ethanol có nhiệt độ sôi thấp hơn hỗn hợp đẳng phí ban đầu, nhờ vậy tách nước. Người ta thường dùng benzen,
SVTH: Trần Thị Kiều Diễm_13H2B GVHD: Bùi Viết Cường 17
tạo ra điểm sôi hỗn hợp cấp ba với nước và ethanol nhằm loại bỏ ethanol ra khỏi nước, và điểm sôi hỗn hợp cấp hai với ethanol loại bỏ phần lớn benzen. Ethanol được tạo ra không chứa nước.
Phương pháp này có ưu điểm là đơn giản, dễ vận hành. Tuy nhiên, một lượng rất nhỏ (cỡ phần triệu) benzen vẫn còn, vì thế việc sử dụng ethanol này làm thức uống đối với người có thể gây tổn thương cho gan.
2.3.5.3 Phương pháp hấp thụ rây phân tử
Zeolit là các aluminosilicat tinh thể có cấu trúc không gian 3 chiều với hệ thống lỗ xốp đồng đều và rất trật tự. Hệ thống mao quản (pore) này có kích cỡ phân tử, cho phép chia (rây) các phân tử theo hình dạng và kích thước. Vì vậy, zeolit còn được gọi là chất rây phân tử.
Nguyên tắc của phương pháp: Dựa vào kích thước mao quản của zeolite mà nó có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn kích thước mao quản và không hấp phụ những phân tử có kích thước lớn.
Phương pháp này có ưu điểm là chất lượng cồn cao và ổn định, không gây ôn nhiễm môi trường, ít tốn năng lượng, ít tổn thất, khả năng tự động hóa cao. Tuy nhiên, vốn đầu tư lớn.