BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM
KHOA CÔNG NGHỆ SINH HỌC & KỸ THUẬT MÔI TRƯỜNG

THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG SINH HỌC

TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BỂ PHẢN ỨNG
CHO QUÁ TRÌNH ĐƯỜNG HÓA BỔ SUNG
ENZYME AMYLASE TRONG SẢN XUẤT
ETHANOL TỪ TINH BỘT SẮN VỚI
NĂNG SUẤT 30000 LÍT/NGÀY

NHÓM: 1
GVHD: TS. PHẠM MINH TUẤN

TP.HCM, tháng 10 năm 2017DANH SÁCH NHÓM


Thiết kế bể phản ứng sinh học
STT
1
2
3
4
5

Họ và tên
Trần Hạ Nghi
Văn Mỹ Diệu
Huỳnh Thị Duyên
Dương Thị Diễm My

và được nhiều quốc gia quan tâm. Một trong những hướng đi hiệu quả là sử dụng
ethanol để pha vào xăng vừa làm tăng chỉ số octane, vừa có tác dụng giảm ô nhiễm
môi trường tác động tích cực đến nền kinh tế thế giới.
Do vậy, việc sử dụng enzyme amylase ở giai đoạn đường hóa mang lại nhiều
lợi ích trong quá trình sản xuất ethanol như tăng năng suất, giảm chi phí cho quá trình
tinh sạch,...
Với những lí do như trên, đề tài: “Tính toán, thiết kế bể phản ứng cho quá
trình đường hóa bổ sung enzyme amylase trong sản xuất ethanol với năng suất
30000 lít/ngày” nhằm bước đầu xây dựng quy trình sản xuất ethanol nhiên liệu phục
vụ cho nhu cầu năng lượng ngày càng tăng ở nước ta cũng như trên thế giới.

Nhóm 1

Trang 3


Thiết kế bể phản ứng sinh học

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1.

Tổng quan về ethanol

1.1.1. Lịch sử phát triển nguồn nhiên liệu ethanol
Từ lâu ethanol đã được con người sử dụng như một thành phần gây cảm giác say
trong đồ uống chứa cồn. Việc chưng cất thu nhận ethanol dưới dạng tương đối tinh
khiết được thực hiện lần đầu tiên bởi các nhà giả kim thuật Hồi Giáo và họ là những
người đầu tiên đã phát triển công nghệ chưng cất rượu trong thời kỳ ấy. Từ 801-873,

Trang 4


Thiết kế bể phản ứng sinh học

•
-

+
+
+
+
+
+
+

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

1.1.2. Các tính chất lý – hóa của ethanol
Tính chất vật lý
Ethanol là chất lỏng, không màu, trong suốt, nhẹ hơn nước, có mùi thơm đặc trưng, dễ
bay hơi, dễ cháy.
Hòa tan trong nước và nhiều chất vô cơ như: CaCl 2, MgCl2, SiCl4, KOH…và nhiều
chất khí: H2, N2, O2, SO2, CO2…, hòa tan được nhiều chất hữu cơ nhưng không hòa tan
được tinh bột disaccharit…
Các thông số vật lý của ethanol.
Tỷ trọng: d420 = 0.789 (g/cm3), d415 = 0.794(g/cm3)…
Phân tử lượng: 46.07 g/mol.
Nhiệt độ sôi: 78.320C ở áp suất 760 mmHg, nhiệt độ bắt lửa 1200C.
Nhiệt dung riêng: 0.548 kJ/kg.độ (ở 200C) và 0.769 kJ/kg.độ (ở 600C).

Trang 5


Thiết kế bể phản ứng sinh học
-

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

Mỹ: Là một trong 2 nước sản xuất ethanol lớn nhất thế giới với một chương trình
ethanol nhiên liệu cụ thể do lệnh cấm sử dụng MTBE vào năm 2003.Tổng công suất
sản xuất ethanol nhiên liệu ở Mỹ đến năm 2003 sẽ đạt 3,5 tỷ galon, tương đương 13 tỷ
lít. Tương lai, Mỹ có thể vượt Braxin, nước sản xuất etanol lớn nhất trên thế giới hiện
nay vào năm 2004.
Bảng 1: Tình hình sản xuất ethanol tại Mỹ từ năm 1981 – 2010 (đơn vị 1000 lít)
Năm
1981
1982
1983
1984
1985
1986
1987
1988
1989
1990
1991
1992
1993
1994
1995

3100
2002
8101
3145
2003
10616
3190
2004
12887
2830
2005
14780
3279
2006
18489
3729
2007
24685
4370
2008
35237
4879
2009
41404
5139
2010
50338
(Nguồn: www.eia.doe.gov)
Tây Ban Nha: sẽ trở thành nhà sản xuất ethanol sinh học lớn nhất ở châu âu vào năm
2004, khi nhà máy thứ 3 và là nhà máy lớn nhất của nước này đi vào hoạt động vào


-

-

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn
Số lít sản xuất mỗi năm
20.5 tỷ lít
22.3 tỷ lít
341250000 lít
3.8 tỷ lít
1.7 tỷ lít
400000000 lít

1.1.4. Tình hình sản xuất và sử dụng ethanol ở nước ta
Việt Nam có tiềm năng lớn về nguồn nguyên liệu mía đường, sắn, có sức lao động dồi
dào, bên cạnh đó, khu công nghiệp lọc hóa dầu Dung Quất có tốc độ đầu tư đang phát
triển nhất khu vực, là môi trường thuận lợi, tiềm năng cho sự phát triển các ngành
công nghiệp chiến lược của đất nước.
Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam cũng được nhiều đối tác nước ngoài rất quan
tâm. Đáng chú ý trong số này là các dự án JICA – Nhật Bản hỗ trợ Việt Nam nghiên
cứu sản xuất nhiên liệu sinh học sử dụng các loại phế phẩm bã mía, rơm rạ, dự án do
chính phủ Hà Lan tài trợ sử dụng trấu, vỏ cà phê, trái điều vỏ điều,...
Tổng công suất hằng năm của các nhà máy sản xuất bio-ethanol tại Việt Nam khoảng
106 triệu lít, trong đó nhà máy cồn Lam Sơn có công suất lớn nhất (27 triệu lít, chiếm
27%). Các nhà máy còn lại đều có công suất nhỏ hơn 10 triệu lít/năm (phổ biến từ 3-6
triệu/năm). Trong số 14 nhà máy thì có 9 nhà máy được sử dụng nguyên liệu đầu vào
là mật rỉ, 5 nhà máy sử dụng tinh bột.
Bảng 3: Công suất nhà máy sản xuất ethanol ở Việt Nam năm 2007
STT

NM cồn Xuân Lộc, Đồng Nai
NM cồn Bình Tây

Công suất ( triệu lít/năm)
3.0
3.0
3.0
3.0
27
2.0
1.0
6.0
9.0
10
6.0
2.0
6.0
6.0

Trang 7

Nguyên liệu
Tinh bột sắn
Tinh bột sắn
Mật rỉ
Tinh bột sắn
Mật rỉ
Mật rỉ
Mật rỉ
Mật rỉ

Ngành: Angiospermae
Lớp:
Eudicots
Bộ:
Malpighiales
Họ:
Euphorbiaceae
Chi:
Manihot
Loài:
M. Esculenta
Tên khoa học: Manihot Esculenta
Hình 2. Cây sắn (Manihot esculenta)
Tên gọi khác: Khoai mì
Phân loại
Sắn gồm nhiều giống khác nhau. Nhân dân ta thường căn cứ vào kích thước, màu sắc
củ, thân, gân lá mà phân loại:
Sắn dù: Cây thấp (không quá 1,2m), đốt ngắn, thân cây khi non màu xanh nhạt, cuống
và gân lá màu hơi trắng, lá xòe như cái ô. Vỏ gỗ nâu sẫm, vỏ cùi và thịt sắn đều trắng.
Hàm lượng axit xyanuahydric cao ăn bị ngộ độc, hàm lượng bột cao.
Sắn vàng: Khi còn non thân cây màu xanh sẫm, cuống lá màu đỏ, có sọc nhạt. Củ sắn
dài, to, vỏ gỗ màu vàng nâu, vỏ cùi màu trắng, thịt sắn màu vàng nhạt, khi luộc màu
vàng rõ rệt hơn, mềm, ít xơ, ít nhựa, ăn dẻo thơm, không gây ngộ độc.
Sắn đỏ: Thân cây cao (3m), khi non màu xanh thẫm, đốt dài, cuống và gân lá màu đỏ
thẫm. Củ dài, to, vỏ gỗ màu nâu đậm, vỏ cùi dày màu hơi đỏ, thịt trắng.
Sắn trắng: Thân cây cao, khi non màu xanh nhạt, cuống và gân lá đỏ. Củ ngắn, mập,
vỏ gỗ màu xám nhạt, thịt trắng. Khi luộc bở, thơm, ít nhựa.
Trong công nghệ sản xuất tinh bột người ta phân thành hai loại là sắn đắng và sắn
ngọt. Sắn đắng có hàm lượng axit xyanuahydric cao, ăn bị ngộ độc, hàm lượng tinh bột
cũng cao, không dùng để ăn tươi mà chỉ để sản xuất bột và sắn lát. Sắn ngọt có hàm

Thân
Thân có chiều cao trung bình 1,5 m; có khi cao 2÷3 m. Đường kính ở gốc thân biến
động từ 2÷6cm. Thân có thể phân nhánh hoặc không phân nhánh tuỳ vào giống.
Các giống sắn khác nhau thì thân sắn có màu sắc khác nhau. Thông thường thân non
có màu xanh hoặc có màu đỏ tía, thân càng già màu sắc thân cũng biến đổi thành màu
vàng tro hay xám lục.
Trên thân sắn có nhiều mắt xếp xen kẽ nhau, đó là dấu vết của lá rụng để lại. Chiều dài
lóng được tính từ mắt lá này đến mắt lá khác thẳng hàng trên thân.
Cấu tạo của thân gồm các phần chính:
Tầng biểu bì (lớp bần): mỏng, có màu sắc đặc trưng của thân cây sắn, có nhiệm
vụ bảo vệ các phần trong thân.
Tầng nhu mô vỏ: tế bào khá lớn, bao gồm các mô mềm của vỏ.
Tầng tế bào hóa gỗ (còn gọi là tầng ligin): cứng, ở giữa có lõi thẳng giúp cây sắn
cứng và đứng thẳng được.
Lõi (ruột rỗng): là một khối hình trụ màu trắng, xốp, kéo dọc suốt giữa thân,
chứa nhiều khí và nước.

Hình 3. Thân sắn và cấu trúc của thân sắn
Lá
Có gân lá nổi rõ ở mặt sau. Lá mọc so le, xếp trên thân theo đường xoắn ốc.
Lá non ở ngọn sắn có màu xanh hay tím. Lá già màu xanh, chiều dài từ 8÷20 cm, chiều
rộng 1÷6 cm. Mặt trên lá có màu xanh thẫm, mặt dưới có màu xanh nhạt.
+ Cuống lá dài khoảng 9÷20 cm có màu xanh, tím hoặc xanh điểm tím tùy giống
+
+

Nhóm 1

Trang 9


Vỏ cùi: Vỏ cùi dày hơn vỏ gỗ, chiếm khoảng 8÷20% khối lượng toàn củ. Vỏ cùi
mềm, ngoài xenlulloza còn có khá nhiều tinh bột (5÷8%), vì vậy để tận dụng lượng bột
này khi chế biến không tách vỏ cùi ra. Mủ sắn cũng tập trung chủ yếu trong vỏ cùi.
Trong mủ chứa nhiều tanin, enzyme, sắc tố, độc tố,…

Nhóm 1

Trang 10


Thiết kế bể phản ứng sinh học

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

Lõi sắn: Lõi sắn nằm ở trung tâm củ, dọc suốt chiều dài của củ. Thành phần chủ yếu là
xenluloza. Lõi sắn có chức năng dẫn nước và các chất dinh dưỡng giữa cây và củ,
đồng thời giúp thoát nước khi sấy hoặc phơi khô.
+ Thịt củ: Thịt củ sắn chứa nhiều tinh bột, protein và các chất khác. Đây là phần dự trữ
chủ yếu các chất dinh dưỡng của củ. Các chất polyphenol, độc tố và enzyme chứa ở
thịt củ tuy không nhiều chỉ 10÷15% so với thành phần của chúng có trong củ nhưng
vẫn gây trở ngại khi chế biến như làm biến màu.
+

-

-

1.2.4. Thành phần hoá học của củ sắn
Thành phần hóa học của sắn tươi: tinh bột 20÷34%; protein 0,8÷1,2%; chất béo
0,3÷0,4%, xenlulose 1÷3,1%, chất tro 0,54%, polyphenol 0,1÷0,3% và nước

Trang 11


Thiết kế bể phản ứng sinh học

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

1.3.2. Phân loại
Hiện nay, có sáu loại Enzyme Amylase được xếp vào 2 nhóm: Endoamylase (
Enzyme nội bào ) và Exoamylase ( Enzyme ngoại bào )[6].
Amylase cố nguồn gốc khác nhau sẽ có thành phần, tính chất, nhiệt độ hoạt động,
pH tối ưu và các đặc điểm thủy phân khác nhau.

Sơ đồ 1. Phân loại enzyme amylase
1.3.3. Cơ chế xúc tác
Quá trình thủy phân tinh bột bởi a-Amylase là quá trình đa giai đoạn:
+ Giai đoạn 1 (giai đoạn dextrin hóa): Chỉ một số phân tử cơ chất bị thủy phân
tạo thành một lượng lớn dextrin phân tử thấp (a-dextrin ), độ nhớt của hồ tinh bột giảm
nhanh ( các amylose và amylopectin đều bị dịch hóa nhanh ).
+ Giai đoạn 2 (giai đoạn đường hóa): Các dextrin phân tử thấp tạo thành bị thủy
phân tiếp tục tạo ra các tetra-trimaltose không cho màu với iodine. Các chất này bị
thủy phân rất chậm bởi a-Amylase cho tới disaccharide và monosaccharide. Dưới tác
dụng của a- Amylase, amylose bị phân giải khá nhanh thành oligosaccharide gồm 6-7
gốc glucose ( vì vậy, người ta cho rằng a-Amylase luôn phân cắt amylose thành từng
đoạn 6-7 gốc glucopữanose 1 ).
Nhóm 1

Trang 12



amylase tác dụng rất chậm.
Quá trình hồ hóa tiếp tục phá vỡ tế bào tinh bột, biến tinh bột ở trạng thái
không hòa tan trong nước thành trạng thái hoà tan, giúp cho quá trình đường hóa thuận
lợi hơn.
Quá trình đường hóa sử dụng enzyme amylase chuyển hóa tinh bột hòa tan
thành đường có thể lên men được. Trên cơ sở phát triển của công nghệ enzyme chủ
yếu do các nhà sản xuất enzyme hàng đầu thế giới như NOVO ENZYME (Đan Mạch),
GENENCOR (Mỹ)...
Nhóm 1

Trang 13


Thiết kế bể phản ứng sinh học

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

1.3.4. Ứng dụng của enzyme amylase
 Công nghiệp sản xuất rượu bia

Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, các nước phương Tây chủ yếu sử
dụng amylase từ malt để thủy phân tinh bột ở giai đoạn đường hóa. Như vậy cần rất
nhiều mầm đại mạch để sản xuất bia ở quy mô lớn, dẫn đến chi phí cao cho sản xuất
và giá thành sản phẩm. Để khắc phục điều này, các nhà sản xuất sử dụng chế phẩm
enzyme amylase thay thế một phần malt. Nhờ vậy, giá thành của sản phẩm được giảm
trong khi đó sản phẩm vẫn giữ được đặc trưng của bia.
Trong công nghiệp sản xuất rượu từ nguồn nguyên liệu tinh bột, mỗi nước sử
dụng một nguồn nguyên liệu khác nhau. Ở Mỹ, người ta sử dụng nguyên liệu từ bột
ngô để sản xuất cồn, còn ở Brazin lại sử dụng khoai mỳ, ở nước ta và một số nước
khác sử thì sử dụng gạo. Trong giai đoạn đường hóa người ta bắt buộc phải sử dụng


GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

Amylase cùng các enzyme khác được dùng trong y học để làm thuốc chữa một số
bệnh do thiếu enzyme, kém khả năng chuyển hóa vật chất, bệnh về tiêu hóa, thần kinh,
… Amylase được sử dụng phối hợp với coenzyme A, cytocrom C, ATP để điều chế
thuốc trị bệnh tim mạch, thần kinh,..

Nhóm 1

Trang 15


Thiết kế bể phản ứng sinh học

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

CHƯƠNG 2. LỰA CHỌN DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
2.1. Quy trình công nghệ
Nguyên liệu

Làm sạch, Nghiền

Enzyme termamyl

Nấu sơ bộ (T=80-85oC)

Phun dịch hóa (T=94-96oC)
Hơi thứ



GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

2.2. Thuyết minh quy trình công nghệ
- Làm sạch
+ Mục đích: Quá trình làm sạch để tách các tạp chất đất, đá có kích thước lớn và kim
loại có trong nguyên liệu. Quá trình này đảm bảo nguyên liệu sạch, không lẫn tạp chất,
thuận lợi cho quá trình nghiền, tránh hư hỏng thiết bị và ảnh hưởng đến chất lượng sản
phẩm.
+ Cách tiến hành: Nguyên liệu sắn lát sau khi được định lượng được đưa qua sàng rung
làm sạch để loại bỏ bụi bẩn, tạp chất, những lát bị hỏng chất lượng kém…

Nghiền
tinh Hình 6. Thiết bị sàng rung
bột
Mục
đích:
Nghiền làm phá
vỡ cấu trúc màng tế bào thực vật, tạo điều kiện giải phóng các hạt tinh bột khỏi các
mô, làm tăng bề mặt tiếp xúc của tinh bột với nước, giúp cho quá trình trương nở, hòa
tan tốt hơn. Do đó sẽ rút ngắn thời gian nấu đường hóa, tiết kiệm hơi, nâng cao hiệu
suất thu hồi rượu.
+ Cách tiến hành: Nguyên liệu có thể được nghiền với nhiều loại máy nghiền khác nhau
như máy nghiền búa, máy nghiền trục, máy nghiền đĩa, máy nghiền siêu tốc…
+ Đối với nguyên liệu dạng hạt hoặc dạng lát thường sử dụng máy nghiền búa .
+

Hình 7. Máy nghiền búa
Phễu nạp liệu, 2. Búa, 3. Lưới, 4. Đĩa treo búa, 5. Trục quay
• Yêu cầu bột sắn sau khi nghiền

phần các màng đó, phần còn lại sẽ ngăn cản sự tiếp xúc giữa enzyme và tinh bột khi
đường hóa. Hơn nữa, ở trạng thái không hòa tan enzyme amylase tác dụng lên tinh bột
rất kém. Do vậy, để đường hóa tinh bột dễ dàng cần tiến hành nấu nguyên liệu để
chuyển tinh bột sang trạng thái hòa tan.
Đường hóa
Mục đích: Dùng enzyme amylase chuyển hóa tinh bột phân tán trong dịch hồ hóa
trong quá trình nấu thành đường lên men được, quyết định hiệu suất lên men, khâu này
là khâu then chốt trong sản xuất cồn. Muốn đạt hiệu quả cao trong quá trình thủy phân
tinh bột thì vấn đề quan trọng trước tiên là chọn tác nhân đường hóa.
Cách tiến hành
Dịch cháo từ nồi nấu theo ống dẫn cháo vào thiết bị làm nguội ống lồng ống. Ở
đây dịch cháo đi trong ống còn nước làm nguội đi bên ngoài ống thực hiện quá trình
trao đổi nhiệt làm cho nhiệt độ của dịch cháo giảm xuống t o=60÷620C. Sau đó dịch
cháo liên tục đưa vào thùng đường hóa.
Quá trình đường hóa có bổ sung dịch enzyme Spirit và H 2SO4 nhờ bộ phận phân
phối. Thời gian đường hóa kéo dài khoảng 30 phút, sau đó dịch đường được làm lạnh
đến nhiệt độ lên men.
Quá trình làm lạnh dịch đường đến nhiệt độ lên men cũng được thực hiện trong
thiết bị làm nguội ống lồng ống. Sau khi đường hoá và làm nguội xong thì 10% dịch
đường được đưa sang phân xưởng nhân giống nấm men, 90% còn lại được đưa vào
thùng lên men.
Lên men
Mục đích: Quá trình lên men chính là quá trình chuyển hoá các chất đường và dextrin
thấp phân tử trong dịch lên men thành C 2H5OH, CO2 và một số chất hữu cơ khác nhờ
hoạt động của nấm men. Đồng thời lên men còn tạo các sản phẩm phụ như este, axit
hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin… hoà tan vào dịch lên men.
Chưng cất, tinh chế
Chưng cất: Chưng cất là quá trình tách cồn cùng các chất dễ bay hơi ra khỏi giấm chín
để thu được cồn thô và bã rượu.
Tinh chế là quá trình tách các tạp chất ra khỏi cồn thô và nâng cao nồng độ cồn và cuối


+
+
+
+

2.2.1. Các phương pháp nấu
Mục đích: Phá vỡ màng tế bào của tinh bột, tạo điều kiện cho tinh bột chuyển sang
trạng thái hòa tan trong nước
Nấu gián đoạn.
Đặc điểm: Toàn bộ quá trình nấu thực hiện trong một nồi. Nấu được tiến hành trong áp
suất và nhiệt độ cao trong thời gian dài.
Ưu điểm
Tốn ít vật liệu chế tạo thiết bị.
Thao tác vận hành đơn giản.
Dễ vệ sinh và sửa chữa (nếu cần).
Nhược điểm
Tốn hơi do không tận dụng được hơi thứ.
Nấu ở nhiệt độ và áp suất cao gây tổn thất đường, tạo nhiều sản phẩm phụ (caramen,
melanoidin, furfurol…) không tốt cho hoạt động của amylase và nấm men
Khi dùng acid thêm vào nấu ở nhiệt độ cao thời gian dài sẽ làm chóng ăn mòn thiết bị.
Năng suất thiết bị thấp hơn các phương pháp nấu khác do làm việc gián đoạn (thời
gian giữa các mẻ).
Nấu bán liên tục.
Đặc điểm: Nấu được tiến hành trong 3 nồi nấu khác nhau: nấu sơ bộ, nấu chín (làm
việc gián đoạn) và nấu chín thêm (làm việc liên tục).
Ưu điểm
Giảm được thời gian ở nhiệt độ và áp suất nấu cao do đó giảm tổn thất đường tăng
hiệu suất lên 7 lít cồn/tấn tinh bột.
Dùng được hơi thứ nên giảm được 15÷30 % hơi dùng cho nấu.

Yêu cầu nghiêm ngặt về kích thước bột nghiền: thường trên rây d = 3mm không quá
10% và lọt rây d = 1mm > 40%.
+ Yêu cầu vận hành, thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao.
+ Yêu cầu về điện nước đầy đủ và ổn định.
•
Nấu có sử dụng enzyme
+
+
+
+

-

+
+
+
+
+
+
+

Bảng 4. Đặc điểm các loại enzyme thủy phân tinh bột sản xuất từ vi sinh vật
Đặc điểm: Nấu ở áp suất thường nhiệt độ nấu không quá 100 oC. Sử dụng enzyme αamylase chịu nhiệt. Enzyme này thu nhận từ vi khuẩn B.Licheniformic có pH khoảng
6,5 tùy loại cụ thể, nhiệt độ chịu được có thể 85÷105 oC. Các chế phẩm enzyme sản
xuất từ vi sinh vật thường có hoạt tính xúc tác rất mạnh, có khả năng hoạt động ở nhiệt
độ cao, điều này rất thuận lợi cho quá trình dịch hóa và đường hóa.
Ưu điểm.
Cấu tạo thiết bị đơn giản dễ chế tạo, không đòi hỏi thiết bị chịu áp lực cao.
Dễ thao tác, vận hành, dễ vệ sinh, sửa chữa khi cần.
Nhiệt độ, áp suất, thời gian nấu giảm do đó rất ít tổn thất đường, tinh bột vì vậy nâng

thi hơn khi thực hiện sản xuất ethanol với năng suất 30000 lít cồn/ ngày mà nhà máy
đặt ra.
Cách tiến hành
Kiểm tra các đường ống dẫn hơi và hệ thống cung cấp hơi.
Nồi cần được vệ sinh bằng cách xông hơi trực tiếp 95÷100 0C trong 15÷20 phút.
Chuẩn bị lượng enzyme Termamyl 120L, khoảng 0,02÷0,03 % so với khối lượng tinh
bột.
Bật cánh khuấy. Lượng Termamyl chia làm 4 phần, lần lượt cho vào nồi nấu như sau:
Lần 1: Khi bơm dịch bột chạm đến ống dẫn hơi dưới đáy nồi để tránh tắc ống dẫn hơi.
Lần 2: Khi bơm dịch bột đến 1/3.
Lần 3: Khi bơm dịch bột đến 2/3.
Lần 4: Khi bơm đầy nồi.
Cấp hơi nâng nhiệt độ lên tới 100 0C, giữ ở nhiệt độ này trong khoảng 60 phút. Thời
gian từ lúc bơm bột đến xuống thùng đường hóa là khoảng 3h.
Yêu cầu dịch cháo sau khi nấu.
Dịch cháo sau khi nấu phải chín đều, cháo có mùi thơm nhẹ, màu vàng rơm hoặc cánh
gián, không vón cục, không cháy khét, không đặc hoặc quá loãng.
Các phương pháp đánh giá dịch cháo.
Phương pháp cảm quan: Dựa vào kinh nghiệm của người công nhân để nhận biết mùi
thơm, màu sắc của dịch cháo sau khi nấu để biết được độ chín của dịch cháo.
Phương pháp hóa lý: Lọc dịch nấu qua giấy lọc (giấy bản), sau đó quan sát tốc độ lọc
80÷100 giọt/phút được coi là đạt được yêu cầu.
2.2.2. Các phương pháp đường hóa
Đường hóa là công đoạn sản xuất ethanol rất quan trọng, trong đó lượng đường tạo
ra sẽ quyết định khả năng lên men. Chính vì thế, nhiều nhà máy sản xuất ethanol trên
thế giới đã cho thêm enzyme với số lượng lớn trong giai đoạn này. Các enzyme này
phần lớn là enzyme chịu nhiệt.
Biến đổi sinh hóa của quá trình đường hóa là thủy phân tinh bột thành dextrin và
đường đơn giản (maltose, glucose,…) dễ tan và lên men dưới tác dụng của amylase.


+
+
+

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

Một số phương pháp đường hóa
Đường hóa liên tục
Phương pháp đường hóa liên tục được tiến hành trong các thiết bị khác nhau, dịch
cháo và dịch amylase liên tục đi vào hệ thống, dịch đường liên tục đi sang bộ phận lên
men.
Ưu điểm
Dịch cháo ít bị lão hóa khi làm lạnh tới nhiệt độ đường hóa.
Thời gian đường hóa ngắn, tăng được công suất của thiết bị và do đó tiết kiệm được
diện tích của nhà xưởng.
Hoạt tính amylase ít bị vô hoạt do thời gian tiếp xúc với nhiệt độ cao được rút ngắn.
Nhược điểm
Yêu cầu người vận hành có thao tác, sửa chữa cần kỹ thuật cao.
Yêu cầu các yêu cầu đúng kỹ thuật và ổn định.
- Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình đường hóa:
+ Nhiệt độ: 35 – 62oC (khoảng nhiệt độ tối thích cho enzyme amylase).
+ pH: 4-5 (pH<2 và pH>10 enzyme amylase sẽ ngừng hoạt động).
+ Nồng độ enzyme: tốc độ thủy phân tinh bột sẽ tăng và tỉ lệ thuận với lượng
enzyme.
+ Nồng độ rượu: nồng độ rượu >6% sẽ ảnh hưởng rõ rệt đến hoạt tính của enzyme.
Đường hóa bán liên tục
Đường hóa gián đoạn được thực hiện trong một thiết bị, quá trình đương hóa kéo dài.
Phương pháp này có ưu điểm là dịch cháo được dịch hóa, nhưng thời gian đổ cháo kéo
dài, enzym amylase giảm hoạt tính, đồng thời làm giảm năng suất của thiết bị.
 Chọn phương pháp đường hóa

Phương trình phản ứng tạo rượu từ tinh bột

( C6 H10O5 ) n

+

n

H 2O

C6 H12O6

→

n
180

162

C6 H12O6

C2 H 5OH

→

2

+2

CO2


Nhóm 1

từ 1%÷2%
Trang 23


Thiết kế bể phản ứng sinh học

-

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

Tổn thất 4: do chưng cất, do bay hơi, cồn còn lại trong bã rượu, nước thải:
1%÷10%
Tổn thất 5: do nhiễm khuẩn làm tăng độ chua so với bình thường: 1% (tổn thất
này nằm trong tổn thất do lên men).
Ta lựa chọn các tổn thất như sau:
Các thông số ban đầu
Năng suất: 30.000 lít cồn 96o/ ngày.
Thành phần nguyên liệu: 100% sắn lát khô.
Nồng độ chất khô của dịch sau khi nấu: 18%, nồng độ dịch lên men: 16%.
Hiệu suất đường hoá: 98%.
Hiệu suất lên men: 98%.
Hiệu suất chưng cất tinh chế: 97%.
Hiệu suất thu hồi:
η = η dh × η lm × η cc = 0,98 × 0,98 × 0,97 = 0,931 = 93,1%

Bảng 5: Tổn thất trong quá trình sản xuất.
Làm sạch

13%
87%
73%
Do vậy hiệu suất thu hồi rượu thực tế là 100 –12,3 = 87,7 %.
Có nghĩa là trong sản xuất thì cứ 100 kg tinh bột thu được lượng rượu khan là:
R= lít.
3.3. Tính cân bằng cho nguyên liệu.
Lượng tinh bột cần thiết để sản xuất ra 30000 lít cồn khan được xác định như sau:
Theo tính toán ở trên ta biết:
Cứ 100 kg tinh bột tạo ra 63,056 lít cồn khan.
Nhóm 1

Trang 24


Thiết kế bể phản ứng sinh học

GVHD: TS. Phạm Minh Tuấn

Vậy mtb kg tinh bột tạo ra 30000 lít cồn khan.
→

m tb = kg
Mà biết rằng hàm lượng tinh bột trong sắn dùng để sản xuất là: 73%, từ đó ta tính
được lượng bột cần cung cấp để tạo ra 30000 lít / ngày.
M bột sắn = kg
Độ ẩm của bột sắn chọn là: 13%
→

Lượng nước có trong lượng bột sắn trên là:

Trang 25

[10]

so với lượng tinh