Tài liệu Nghiên cứu xử lý dịch hèm trong sản xuất cồn từ rỉ đường của nhà máy mía đường hoà bình đến đạt tiêu chuẩn loại b, tcvn 5945 1995

Bé Gi¸o dôc vµ ®µo t¹o Tr-êng §¹i Häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------- Th©n ThÞ H¶i YÕn Nghiªn cøu xö lý dÞch hÌm trong s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng cña c«ng ty mÝa ®-êng Hoµ B×nh ®Õn ®¹t tiªu chuÈn lo¹i B, TCVN 5945 - 1995 LUẬN VĂN THẠC SỸ Chuyªn ngµnh: C«ng nghÖ m«i tr-êng GVHD: PGS.TS. NguyÔn ThÞ S¬n Hµ Néi - 2004 Ký hiÖu viÕt t¾t BOD5 : Nhu cÇu oxy sinh häc trong 5 ngµy COD: Nhu cÇu oxy ho¸ häc TS: Tæng chÊt r¾n SS: ChÊt r¾n l¬ löng MLSS: Nång ®é vi sinh vËt (hay bïn ho¹t tÝnh) trong bÓ aeroten DO: Oxy hoµ tan F/M: Tû lÖ gi÷a l-îng chÊt h÷u c¬ vµ hµm l-îng sinh khèi SVI: ChØ sè thÓ tÝch bïn Bx: PhÇn tr¨m chÊt kh« trong dung dÞch TCVN: Tiªu chuÈn ViÖt Nam TCCP: Tiªu chuÈn cho phÐp Lêi c¶m ¬n T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n ¤ng ViÖn Tr-ëng ViÖn Khoa häc vµ C«ng nghÖ M«i tr-êng ®· t¹o ®iÒu kiÖn cho t«i ®-îc tiÕn hµnh nghiªn cøu t¹i Phßng thÝ nghiÖm cña ViÖn. T«i xin ch©n thµnh c¶m ¬n PGS.TS. NguyÔn ThÞ S¬n ®· h-íng dÉn t«i tËn t×nh, chu ®¸o trong thêi gian thùc hiÖn luËn v¨n nµy. Xin c¶m ¬n c¸c thµy, c¸c c«, c¸c anh chÞ, c¸c b¹n trong Phßng thÝ nghiÖm Nghiªn cøu vµ Ph¸t triÓn C«ng nghÖ còng nh- ViÖn Khoa häc C«ng nghÖ M«i tr-êng ®· gióp ®ì t«i hoµn thµnh luËn v¨n nµy. Hµ Néi 11 - 2004 Môc lôc 1 Më ®Çu Ch-¬ng 1: T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô cån trªn ThÕ giíi, 3 trong khu vùc vµ ë ViÖt Nam 1.1. T×nh h×nh s¶n xuÊt – tiªu thô cån trªn thÕ giíi, trong khu vùc …… 3 1.2. T×nh h×nh s¶n xuÊt – tiªu thô cån ë ViÖt Nam …………………… 5 1.3. Xu h-íng ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt cån……… 7 Ch-¬ng 2: C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån vµ m«i tr-êng 2.1. C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån……………………………………………. 11 2.1.1. Nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt cån……………………………………. 11 2.1.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån tõ tinh bét……………………………… 13 2.1.2.1. Quy tr×nh s¶n xuÊt cån tõ tinh bét………………………… 13 2.1.2.2. Nhu cÇu nguyªn liÖu vµ ho¸ chÊt…………………………… 15 2.1.3. C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng……………………………… 16 2.1.3.1. Quy tr×nh s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng………………………… 16 2.1.3.2. Nhu cÇu nguyªn liÖu vµ ho¸ chÊt…………………………… 19 2.2. C¸c chÊt th¶i trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt cån……………………….. 20 2.2.1. KhÝ th¶i………………………………………………………………… 20 2.2.2. ChÊt th¶i r¾n.………………………………………………………… 21 2.2.3. N-íc th¶i.……………………………………………………………… 21 2.3. HiÖn tr¹ng m«i tr-êng ë c¸c c¬ së s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng.…. 23 Ch-¬ng 3: c¸c ph-¬ng ph¸p xö lý dÞch hÌm trong s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng 3.1. Ph-¬ng ph¸p xö lý dÞch hÌm trong s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng .…… 25 3.1.1. Ph-¬ng ph¸p c« ®Æc vµ ®èt……………………………………………….. 25 3.1.2. C¸c ph-¬ng ph¸p sinh häc……………………………………………….. 25 3.1.2. C¸c ph-¬ng ph¸p sinh häc kÕt hîp ph-¬ng ph¸p ho¸ lý……… 26 3.2. C¬ së cña qu¸ tr×nh xö lý sinh häc dÞch hÌm kÕt hîp ph-¬ng ph¸p ®«ng keo tô…………………………………………………………………………… 3.2.1. Ph-¬ng ph¸p xö lý yÕm khÝ ………………………………………………… 26 27 3.2.1.1. §Æc tr-ng cña ph-¬ng ph¸p xö lý yÕm khÝ……………… 27 3.2.1.2. Mét sè d¹ng thiÕt bÞ yÕm khÝ…………………………… 30 3.2.2. Ph-¬ng ph¸p xö lý hiÕu khÝ………………………………………………… 31 3.2.2.1. §Æc tr-ng cña qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ………………… 31 3.2.2.2. Mét sè yÕu tè ¶nh h-ëng tíi qu¸ tr×nh xö lý hiÕu khÝ… 32 3..2.2.3. Mét sè d¹ng thiÕt bÞ xö lý hiÕu khÝ…………………….... 34 3.2.3. Ph-¬ng ph¸p ®«ng keo tô…………………………………………………… 37 3.2.3.1. C¬ chÕ ph-¬ng ph¸p ®«ng – keo tô………………………. 37 3.2.3.2. C¸c chÊt keo tô……………………………………………………… 38 3.3. HiÖn tr¹ng xö lý sinh häc dÞch hÌm t¹i c¸c c¬ së s¶n xuÊt cån ë n-íc ta………………………………………………………………………………… 3.3.1. HiÖn tr¹ng xö lý sinh häc dÞch hÌm t¹i c¸c c¬ së s¶n xuÊt cån 38 38 3.3.2. HiÖn tr¹ng xö lý sinh häc dÞch hÌm t¹i ph©n x-ëng s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng – C«ng ty MÝa ®-êng Hoµ B×nh………………………………… 40 Ch-¬ng 4. KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn 4.1. Môc ®Ých, ®èi t-îng vµ ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu………………………... 41 4.1.1. Môc ®Ých nghiªn cøu……………………………………………………….. 41 4.1.2. §èi t-îng nghiªn cøu………………………………………………………… 41 4.1.3. Ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu…………………………………………………… 42 4.1.3.1. C¸c ph-¬ng ph¸p nghiªn cøu tiÕn hµnh……………………… 42 4.1.3.2. C¸c chØ tiªu ph©n tÝch……………………………………… 44 4.2. KÕt qu¶ nghiªn cøu vµ th¶o luËn……………………………………………… 4.2.1. HiÖu qu¶ xö lý yÕm khÝ dÞch hÌm b»ng thiÕt bÞ UASB. ………… 45 45 4.2.2. Nghiªn cøu kh¶ n¨ng xö lý tiÕp b»ng hÖ thèng Aeroten………… 46 4.2.3. Nghiªn cøu kh¶ n¨ng xö lý b»ng ph-¬ng ®«ng ph¸p keo tô…… 48 4.2.4. Nghiªn cøu xö lý n-íc sau ®«ng keo tô b»ng hÖ thèng Aeroten 54 ch-¬ng 5. §Ò xuÊt ph-¬ng ¸n hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ xö lý dÞch hÌm c«ng ty mÝa ®-êng Hoµ B×nh ®Õn ®¹t tiªu chuÈn lo¹i B – TCVN 5945 - 1995 5.1. N¨ng lùc s¶n xuÊt cån cña c«ng ty mÝa ®-êng Hoµ B×nh……………… 57 5.1.1. Giíi thiÖu kh¸i qu¸t c«ng ty mÝa ®-êng Hoµ B×nh………………… 57 5.1.2. N¨ng lùc s¶n xuÊt cña ph©n x-ëng s¶n xuÊt cån…………………. 58 5.2. HiÖn tr¹ng c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ xö lý dÞch hÌm t¹i C«ng ty mÝa ®-êng Hoµ B×nh……………………………………………………………………………… 58 5.3. §Ò xuÊt ph-¬ng ¸n hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ xö lý dÞch hÌm ®Õn ®¹t tiªu chuÈn lo¹i B , TCVN5945-1995 ……………………………. 63 5.3.1. §Ò xuÊt c«ng nghÖ xö lý dÞch hÌm……………………………………… 63 5.3.2. §Ò xuÊt ph-¬ng ¸n c¶i t¹o l¹i hÖ thèng xö lý ……………………… 65 5.3.2.1. C¸c h¹ng môc x©y dùng………………………………………….. 65 5.3.2.2. Ho¸ chÊt vµ thiÕt bÞ………………………………………………… 66 KÕt luËn……………………………………………………………………………………… 68 Tµi liÖu tham kh¶o…………………………………………………………………..…. 70 Phô lôc §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü Më ®Çu Tõ n¨m 1987, víi nh÷ng chÝnh s¸ch ®æi míi cña §¶ng vµ Nhµ n-íc ta, ®êi sèng cña ng-êi d©n ®· cã nh÷ng b-íc c¶i thiÖn quan träng, l-îng kh¸ch du lÞch, ®Çu t- tõ n-íc ngoµi vµo ViÖt Nam t¨ng nhanh, thóc ®Èy sù ph¸t triÓn cña c¸c ngµnh kinh tÕ. Trong mét thêi gian ng¾n, ngµnh r-îu - bia- n-íc gi¶i kh¸t ViÖt Nam ®· cã nh÷ng b-íc ph¸t triÓn m¹nh. C¸c nhµ m¸y r-îu-bia - n-íc gi¶i kh¸t ®-îc ®Çu t- hoµn thiÖn c«ng nghÖ vµ s¶n xuÊt, xóc tiÕn liªn doanh víi n-íc ngoµi ®Ó më réng s¶n xuÊt, t¹o ®iÒu kiÖn cho c¸c nhµ ®Çu t- d-íi mäi h×nh thøc: liªn doanh, trung -¬ng, ®Þa ph-¬ng, c¸c c«ng ty cã cæ phÇn vµ t- nh©n. Cån ®-îc sö dông kh¸ phæ biÕn kh«ng chØ trong sinh ho¹t mµ c¶ trong c«ng nghiÖp nh-: pha chÕ c¸c lo¹i r-îu mïi, r-îu vang, s¶n xuÊt dÊm, keo d¸n, ®å nhùa, mü phÈm, s¬n, vecni, pha chÕ thuèc nhuém, t¬ nh©n t¹o... Cån ®-îc dïng trong y tÕ, ®· vµ ®ang ®-îc nghiªn cøu sö dông trong giao th«ng vËn t¶i… Nhê vËy, nh÷ng n¨m qua s¶n xuÊt cån cã tèc ®é t¨ng tr-ëng kh¸ cao ®Ó ®¸p øng nhu cÇu cña ®êi sèng vµ s¶n xuÊt c«ng nghiÖp, tõng b-íc v-¬n tíi xuÊt khÈu. §Æc biÖt tõ khi ch-¬ng tr×nh quèc gia träng ®iÓm mÝa ®-êng ®-îc thùc thi, nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt cån lµ rØ ®-êng trë nªn rÊt phong phó ®· thóc ®Èy ngµnh s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng ph¸t triÓn m¹nh. S¶n xuÊt cån tõ mËt rØ mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ cao do tËn thu ®-îc s¶n phÈm phô cña s¶n xuÊt ®-êng, n©ng cao hiÖu qu¶ sö dông nguyªn liÖu th¸o gì nh÷ng khã kh¨n cña s¶n xuÊt ®-êng. Tuy nhiªn s¶n xuÊt cån nãi chung vµ s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng nãi riªng t¹o ra mét l-îng chÊt th¶i ®¸ng quan t©m trong n-íc th¶i ®¸y th¸p ch-ng th«, nÕu kh«ng ®-îc quan t©m xö lý sÏ lµ nguån g©y « nhiÔm ®¸ng kÓ cho m«i tr-êng sinh th¸i, ®Æc biÖt lµ m«i tr-êng n-íc. Víi s¶n l-îng 16 triÖu lÝt (n¨m 2003), ngµnh s¶n xuÊt cån c«ng nghiÖp tõ rØ ®-êng ®· th¶i vµo m«i tr-êng kho¶ng 170.000 – 190.000 m3 dÞch hÌm kh«ng qua Th©n ThÞ H¶i YÕn 1 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü xö lý, -íc tÝnh t¶i l-îng COD kho¶ng 14.731 tÊn, 7.104 tÊn BOD vµ 64,4 tÊn SS th¶i vµo m«i tr-êng [4]. DÞch hÌm lµ lo¹i n-íc th¶i cã t¶i l-îng chÊt h÷u c¬ cao, dÔ chuyÓn ho¸ g©y « nhiÔm m«i tr-êng, cÇn ph¶i cã ph-¬ng ¸n xö lý phï hîp vµ hiÖu qu¶. Cho ®Õn nay nhiÒu c¬ së s¶n xuÊt ®· ®Çu t- x©y dùng hÖ thèng xö lý dÞch hÌm, tuy nhiªn cã thÓ nãi ch-a cã c¬ së nµo cã c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ xö lý ®Õn ®¹t tiªu chuÈn n-íc th¶i c«ng nghiÖp 5945 – 1995 (lo¹i B). V× vËy ®Ò tµi “Nghiªn cøu xö lý n­íc th¶i dÞch hÌm trong s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng cña c«ng ty mÝa ®-êng Hoµ B×nh ®Õn ®¹t tiªu chuÈn lo¹i B, TCVN 5945 “ 1995“ gãp phÇn hoµn chØnh c«ng nghÖ xö lý dÞch hÌm gãp phÇn ph¸t triÓn bÒn v÷ng ngµnh s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng. Th©n ThÞ H¶i YÕn 2 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü Ch-¬ng 1. T×nh h×nh s¶n xuÊt- tiªu thô cån trªn thÕ giíi, trong khu vùc vµ ë ViÖt Nam 1.1. T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô cån trªn thÕ giíi, trong khu vùc L-îng cån s¶n xuÊt ngµy cµng t¨ng c¶ vÒ n¨ng suÊt vµ chÊt l-îng ®¸p øng nhu cÇu cña s¶n xuÊt vµ ®êi sèng. Trong c«ng nghiÖp thùc phÈm, phÇn lín cån ®-îc sö dông cho pha chÕ r-îu, s¶n l-îng r-îu, cån trªn thÕ giíi s¶n xuÊt hµng n¨m t¨ng. N¨m 1992, tæng s¶n l-îng r-îu trªn thÕ giíi ®¹t 30.050 triÖu lÝt t¨ng gÊp 1,59 lÇn so víi tæng s¶n l-îng n¨m 1971 (18.870 triÖu lÝt), nÕu quy ®æi theo tØ lÖ 1 lÝt cån pha chÕ ®-îc 3 lÝt r-îu th× s¶n l-îng cån thùc phÈm cÇn cho pha chÕ r-îu vµo n¨m 1992 trªn thÕ giíi -íc tÝnh kho¶ng 10.017 triÖu lÝt. T¹i c¸c n-íc cã c«ng nghiÖp s¶n xuÊt ph¸t triÓn nh- Italia, Ph¸p, T©y Ban Nha,...mét sè lo¹i r-îu m¹nh ®-îc pha chÕ thªm cån nh-: Whisky, Martin, Brandy, Napoleon, Rhum,… C¸c n-íc cã s¶n l-îng r-îu m¹nh ®øng ®Çu trªn thÕ giíi lµ Hoa Kú - n¨m 1986 ®¹t 1.475 triÖu lÝt (l-îng cån cho pha chÕ -íc tÝnh kho¶ng 491,6 triÖu lÝt) ; C¸c n-íc thuéc Liªn X« cò - n¨m 1992 ®¹t 1.366 triÖu lÝt r-îu ( 455,3 triÖu lÝt cån), n-íc Anh - n¨m 1990 ®¹t 1.287 triÖu lÝt r-îu ( 429 triÖu lÝt cån); NhËt B¶n - n¨m 1992 ®¹t 613, 5 triÖu lÝt r-îu ( 204,5 triÖu lÝt cån)[1]. T¹i c¸c n-íc cã ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt ®-êng ph¸t triÓn, ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt cån còng ph¸t triÓn gãp phÇn mang l¹i hiÖu qu¶ kinh tÕ. C¸c n-íc s¶n xuÊt ®-êng lín ë ch©u ¸ lµ: Ên §é, Trung Quèc, Th¸i Lan, Pakistan, In®onexia, Philippin vµ ViÖt Nam. ChØ tÝnh riªng n¨m 2001, s¶n l-îng ®-êng cña ch©u ¸ lµ 38,9 triÖu tÊn chiÕm 29,92% s¶n l-îng ®-êng thÕ giíi, t¹o ra kho¶ng 12 triÖu tÊn rØ ®-êng. Ngoµi viÖc dïng phô phÈm rØ ®-êng cho s¶n xuÊt kh¸c th× l-îng Th©n ThÞ H¶i YÕn 3 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü rØ ®-êng cßn l¹i (50 – 80%) cã thÓ s¶n xuÊt ®-îc tõ 1.945 – 3.112 triÖu lÝt cån thùc phÈm. Nhu cÇu tiªu thô cån ë hÇu hÕt c¸c n-íc trªn thÕ giíi rÊt ®a d¹ng, ngoµi viÖc sö dông cho pha chÕ r-îu, cån phôc vô c¸c nhu cÇu trong y tÕ, nhiªn liÖu vµ nguyªn liÖu cho c¸c ngµnh c«ng nghiÖp kh¸c. Tuú theo t×nh h×nh ph¸t triÓn ë mçi n-íc, tû lÖ cån dïng trong c¸c ngµnh rÊt ®a d¹ng vµ kh¸c nhau. ChØ tÝnh riªng NhËt B¶n thùc hiÖn kÕ ho¹ch dïng x¨ng hçn hîp víi 5% Etanol, n-íc NhËt sÏ cÇn tíi 5 tû lÝt/n¨m. T×nh h×nh tiªu thô r-îu, cån cña mét sè n-íc trªn thÕ giíi biÕn ®éng kh¸ lín. TÝnh theo l-îng cån tinh khiÕt dïng ®Ó pha chÕ r-îu m¹nh theo ®Çu ng-êi trong mét n¨m, ng-êi Nga cã nhu cÇu r-îu m¹nh cao nhÊt (3,8 lÝt cån/ng-êi/n¨m); Rumani, Ba Lan, §¶o SÝp, Hungary lµ nh÷ng quèc gia nhá còng cã nhu cÇu r-îu cån kh¸ cao tõ 3,05 ®Õn 3,5 lÝt cån/ng-êi/n¨m. B¶ng 1.2 d-íi ®©y còng chØ ra t×nh h×nh tiªu thô r-îu cån cña mét sè n-íc kh¸c nh-: §øc, Hy L¹p, Hoa Kú, Trung Quèc, Ph¸p, T©y Ban Nha,… Th©n ThÞ H¶i YÕn 4 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü B¶ng 1.1. T×nh h×nh tiªu thô cån ë c¸c n-íc trong thêi ®iÓm 1991 – 1993 [1] (§¬n vÞ: lÝt cån tinh khiÕt/ng-êi/n¨m) TT Tªn n-íc 1991 1992 1993 1 LB Nga 4,0 3,7 3,8 2 Rumani 2,0 3,5 3,5 3 Ba Lan 4,5 3,4 3,4 4 SÝp 3,8 3,4 3,3 5 Hungary 3,43 3,4 3,05 6 Hy L¹p 2,7 2,7 2,8 7 Bungary 2,8 2,81 2,75 8 Trung Quèc 2,3 2,4 2,7 9 §øc 2,7 2,7 2,6 10 T©y Ban Nha 2,7 2,7 2,5 11 Ph¸p 2,49 2,63 2,49 12 NhËt B¶n 2,1 2,1 2,1 13 Cu Ba 2,0 2,0 2,0 14 Hoa Kú 2,08 2,09 1,99 15 PhÇn Lan 2,62 2,26 1,99 1.2. T×nh h×nh s¶n xuÊt vµ tiªu thô cån ë ViÖt Nam ë ViÖt Nam, nguån nguyªn liÖu giµu tinh bét nh- g¹o, ng«, khoai, s¾n dåi dµo, gi¸ thµnh thÊp h¬n so víi nhiÒu n-íc trªn thÕ giíi vµ khu vùc t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho sù ph¸t triÓn ngµnh s¶n xuÊt cån tõ tinh bét. Tõ cuèi thÕ kû 19, mét sè nhµ m¸y s¶n xuÊt r-îu ë ViÖt Nam ®-îc x©y dùng víi s¶n phÈm chñ yÕu lµ cån lµm nguyªn liÖu cho viÖc pha chÕ r-îu tr¾ng, s¶n xuÊt r-îu mïi, r-îu thuèc. Nguyªn liÖu s¶n xuÊt cån lóc ®ã chñ yÕu lµ g¹o. Th©n ThÞ H¶i YÕn 5 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü HiÖn nay n-íc ta cã hai doanh nghiÖp trung -¬ng cã c«ng suÊt r-îu, cån tõ tinh bét lín nhÊt c¶ n-íc: C«ng ty R-îu Hµ Néi – c«ng suÊt thiÕt kÕ 10 triÖu lÝt r-îu, cån/n¨m, C«ng ty r-îu B×nh T©y - c«ng suÊt thiÕt kÕ 20 triÖu lÝt r-îu, cån/n¨m. N¨ng lùc s¶n xuÊt cån cña hai c«ng ty kh¸ lín, n¨m 1997 s¶n xuÊt 10 triÖu lÝt cån – chiÕm 90% thÞ phÇn c¶ n-íc; tuy nhiªn s¶n l-îng cån ®-îc s¶n xuÊt tõ tinh bét cña hai c«ng ty nµy ®· gi¶m, trong n¨m 1998, s¶n xuÊt 2,3 triÖu lÝt chiÕm 20% thÞ phÇn c¶ n-íc; n¨m 1999 s¶n xuÊt 3,2 triÖu lÝt chiÕm 14% thÞ phÇn c¶ n-íc. §èi víi doanh nghiÖp ®Þa ph-¬ng nh- C«ng ty r-îu §ång Xu©n, trong n¨m 1995 c«ng ty ®· s¶n xuÊt 0,7 triÖu lÝt; n¨m 1996 lµ 0,75 triÖu lÝt, n¨m 1997 lµ 0,8 triÖu lÝt v-ît c«ng suÊt thiÕt kÕ - 0,6 triÖu lÝt cån/n¨m [1], n¨m 2003 s¶n l-îng cña c«ng ty ®¹t 1 triÖu lÝt. Bªn c¹nh c¸c nhµ m¸y lín, mét sè nhµ m¸y c«ng suÊt nhá còng ®-îc x©y dùng ë nhiÒu tØnh thµnh nh»m ®¸p øng nhu cÇu tiªu thô trong c¶ n-íc. ë ViÖt Nam, s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng ®-îc tiÕn hµnh vµo kho¶ng nh÷ng n¨m 30 cña thÕ kû tr-íc, khëi ®Çu lµ nhµ m¸y ®-êng HiÖp Hoµ - Long An. Vµo nh÷ng n¨m 60, cã thªm mét sè nhµ m¸y s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng ®-îc x©y dùng nh- nhµ m¸y cån ViÖt Tr×- Phó Thä, S«ng Lam –NghÖ An, tiÕp sau nµy lµ Lam S¬n –Thanh Ho¸, Qu¶ng Ng·i... Cïng víi ch-¬ng tr×nh quèc gia vÒ ph¸t triÓn ngµnh mÝa ®-êng th× mét lo¹t c¸c nhµ m¸y ®-êng míi ®-îc x©y dùng vµo nh÷ng n¨m 1995-1996. HiÖn nay, 12/44 nhµ m¸y ®-êng trong c¶ n-íc ®· cã c«ng nghÖ s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng, c¸c nhµ m¸y nh-: nhµ m¸y ®-êng Lam S¬n, ViÖt Tr×, Qu¶ng Ng·i, Phan Rang, HiÖp Hoµ, Biªn Hoµ, S«ng Lam, S«ng Con (NghÖ An), B×nh D-¬ng, V¹n §iÓm, Hoµ B×nh... C¸c nhµ m¸y ®-êng kh«ng s¶n xuÊt cån, rØ ®-êng ®-îc b¸n cho c¸c c¬ së s¶n xuÊt cån, s¶n xuÊt nÊm men, s¶n xuÊt m× chÝnh,… Th©n ThÞ H¶i YÕn 6 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü B¶ng 1.2. S¶n l-îng cña mét sè nhµ m¸y s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng[1] TT §¬n vÞ S¶n l-îng (triÖu lÝt) CsuÊt t.kÕ Doanh thu (tr.lÝt/n¨m) 1997 1998 -íc1999 (triÖu ®) 1 Cty §-êng Qu¶ng Ng·i 5,0 3,8 4,3 4,5 20.708 2 Cty §-êng HiÖp Hoµ 9,0 4,0 4,6 4,8 19.618 3 NM §-êng Lam S¬n 1,0 - 1,8 1,5 7.960 4 NM §-êng ViÖt Tr× 0,3 - - 0,6 - 5 NM §-êng S«ng Con 0,15 - 0,1 0,1 436 15,46 7,8 10,8 11,5 48.722 Céng N¨ng lùc s¶n xuÊt r-îu, cån ë n-íc ta ch-a lín. HÇu hÕt c¸c nhµ m¸y kh«ng ®¹t c«ng suÊt thiÕt kÕ. C«ng ty ®-êng HiÖp Hoµ cã c«ng suÊt 9 triÖu lÝt/n¨m, thùc tÕ s¶n l-îng cån s¶n xuÊt tõ 4,0 – 4,8 triÖu lÝt/n¨m, b»ng mét nöa so víi c«ng suÊt thiÕt kÕ. Víi c«ng suÊt thiÕt kÕ 1 triÖu lÝt/n¨m, trong n¨m 1998, 1999 nhµ m¸y ®-êng Lam S¬n s¶n xuÊt ®-îc 1,5 – 1,8 triÖu lÝt v-ît c«ng suÊt. N¨m 2000, nhµ m¸y ®· n©ng c«ng suÊt thiÕt kÕ lªn 6 triÖu lÝt/n¨m [1]. C«ng ty ®-êng Qu¶ng Ng·i còng thùc hiÖn n©ng c«ng suÊt tõ 14.000lÝt/ ngµy lªn tíi 40.000 lÝt/ngµy tøc 12 triÖu lÝt/n¨m [1]. Trong thêi ®iÓm hiÖn nay, s¶n l-îng cån s¶n xuÊt ra phôc vô nhu cÇu tiªu thô trong n-íc lµ chñ yÕu. L-îng cån sö dông trong ngµnh c«ng nghiÖp ®å uèng hiÖn vÉn chiÕm tû lÖ cao so víi l-îng cån sö dông cho c¸c môc ®Ých kh¸c. ChØ tÝnh riªng cho nhu cÇu s¶n xuÊt r-îu ®Õn n¨m 2005 c¶ n-íc cÇn 35 triÖu lÝt cån thùc phÈm ®Ó pha chÕ 105 triÖu lÝt r-îu chÊt l-îng cao phôc vô nhu cÇu trong n-íc vµ xuÊt khÈu (b¶ng 1.3). Ngoµi ra mét l-îng lín cån còng ®-îc sö dông trong c¸c ngµnh y tÕ, c«ng nghiÖp ho¸ chÊt vµ tõng b-íc ®-îc nghiªn cøu sö dông trong giao th«ng vËn t¶i,... Th©n ThÞ H¶i YÕn 7 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü 1.3. Xu h-íng ph¸t triÓn cña ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt cån Víi nhu cÇu cån ngµy cµng t¨ng trong nhiÒu lÜnh vùc s¶n xuÊt vµ ®êi sèng nh- pha chÕ r-îu, s¶n xuÊt d-îc phÈm, thay thÕ tõng b-íc nhiªn liÖu trong giao th«ng hay phôc vô quèc phßng. C«ng nghiÖp s¶n xuÊt cån nãi chung vµ s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng nãi riªng ®· ®em l¹i lîi Ých trong nhiÒu lÜnh vùc gãp phÇn th¸o gì nh÷ng khã kh¨n tr-íc m¾t còng nh- l©u dµi cña ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt ®-êng. Môc tiªu chiÕn l-îc cña ngµnh r-îu – bia – n-íc gi¶i kh¸t lµ khuyÕn khÝch c¸c thµnh phÇn kinh tÕ tham gia ph¸t triÓn ngµnh, bªn c¹nh viÖc lÊy quèc doanh lµm chñ ®¹o, lµm nÒn t¶ng gãp phÇn kÝch thÝch sù c¹nh tranh trong thÞ tr-êng néi ®Þa. Víi nguån nguyªn liÖu chøa tinh bét, rØ ®-êng dåi dµo, ®a d¹ng, gi¸ thµnh rÎ, c¸c cë së quèc doanh trung -¬ng, ®Þa ph-¬ng, liªn doanh vµ t- nh©n ngµy cµng ph¸t triÓn m¹nh. C¸c thiÕt bÞ c«ng nghÖ s¶n xuÊt cån ®-îc ®Çu t- ®æi míi víi môc tiªu t¹o ra c¸c chñng lo¹i r-îu ngon hîp thÞ hiÕu ng-êi tiªu dïng, thay thÕ dÇn r-îu d©n tù nÊu vµ c¹nh tranh víi c¸c lo¹i r-îu ngo¹i nhËp. ë n-íc ta, r-îu d©n tù nÊu gi¸ rÎ, s¶n xuÊt, kinh doanh cã l·i, c¹nh tranh lÊn ¸t r-îu quèc doanh, liªn doanh. N¨m 1999, s¶n l-îng r-îu d©n tù nÊu chiÕm 90% tæng s¶n l-îng r-îu s¶n xuÊt, ®¹t 242,4 triÖu lÝt tiªu thô chñ yÕu ë c¸c vïng n«ng th«n, vïng s©u, vïng xa [1]. Tuy nhiªn chÊt l-îng r-îu thÊp, t¹p chÊt cao ¶nh h-ëng kh«ng tèt tíi søc khoÎ ng-êi tiªu dïng. §Ó gi¶m s¶n l-îng r-îu d©n tù nÊu, h-íng tËp trung kh«i phôc vµ ®Çu tmíi vµo c¸c doanh nghiÖp quèc doanh ë trung -¬ng vµ ®Þa ph-¬ng thuéc hai ngµnh thùc phÈm vµ mÝa ®-êng. C¸c doanh nghiÖp trung -¬ng nh- c«ng ty r-îu Hµ Néi vµ B×nh T©y ®· tiÕn hµnh kh«i phôc vµ ®Çu t- chiÒu s©u víi môc tiªu s¶n l-îng r-îu, cån ®¹t 25 triÖu lÝt vµo n¨m 2010 vµ ®¹t 40 triÖu lÝt vµo n¨m 2020. Tæng s¶n l-îng r-îu c«ng nghiÖp dù b¸o t¨ng tõ 105 ®Õn 212 triÖu lÝt vµo n¨m 2020, phôc vô cho nhu cÇu trong n-íc vµ xuÊt khÈu (b¶ng 1.3) Th©n ThÞ H¶i YÕn 8 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü B¶ng 1.3. Môc tiªu s¶n l-îng r-îu c¸c n¨m [1] §¬n vÞ: TriÖu lÝt TT 1 2 Lo¹i h×nh s¶n xuÊt Giai ®o¹n 2005 2005 - 2010 1010 - 2020 15 25 40 + R-îu Hµ Néi 10 15 20 + R-îu B×nh T©y 5 10 20 Doanh nghiÖp ®Þa ph-¬ng 80 115 152 R-îu liªn doanh 10 15 20 Tæng céng 105 155 212 Doanh nghiÖp trung -¬ng: vµ c¸c ngµnh 3 Víi môc tiªu thay thÕ r-îu d©n tù nÊu, s¶n l-îng r-îu, cån c«ng nghiÖp s¶n xuÊt ra chñ yÕu phôc vô nhu cÇu trong n-íc. Dù tÝnh s¶n l-îng r-îu, cån tiªu thô trong n-íc vµo n¨m 2005 ®¹t 100 triÖu lÝt, ®¹t 145 triÖu lÝt vµo n¨m 2010 vµ 197 triÖu lÝt vµo n¨m 2020 (b¶ng 1.4). Khi ®ã, s¶n l-îng r-îu d©n tù nÊu gi¶m tõ 66% vµo n¨m 2005 xuèng 54% vµo n¨m 2010 vµ cßn 45% vµo n¨m 2020 so víi tæng s¶n s¶n l-îu r-îu cÇn s¶n xuÊt. HiÖn l-îng xuÊt khÈu thÊp, Tæng c«ng ty R-îu – Bia – n-íc gi¶i kh¸t cã kÕ ho¹ch tõng b-íc kh«i phôc thÞ tr-êng truyÒn thèng lµ Nga vµ §«ng ©u, tiÕn tíi më réng thÞ tr-êng kh¸c trªn thÕ giíi. B¶ng 1.4 còng cho thÊy, n¨m 2020, nhu cÇu cån cho pha chÕ r-îu t¨ng lªn gÊp 2 lÇn so víi nhu cÇu cån thùc phÈm dù b¸o n¨m 2005. Th©n ThÞ H¶i YÕn 9 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü B¶ng 1.4. Dù b¸o t×nh h×nh tiªu thô r-îu, cån trong n-íc vµ xuÊt khÈu [1] §¬n vÞ: TriÖu lÝt 2005 N¨m S¶n l-îng r-îu 2010 2020 Tæng Trong XuÊt Tæng Trong XuÊt Tæng Trong XuÊt céng n-íc khÈu céng n-íc khÈu céng n-íc 105 100 5 155 145 10 212 197 15 35 33 2 52 48,5 3,5 71 66 5 khÈu S¶n l-îng cån (quy 3 lÝt r-îu = 1 lÝt cån) Theo quy ho¹ch ph¸t triÓn ngµnh tíi n¨m 2010, tæng s¶n l-îng r-îu, cån cña c¶ n-íc phÊn ®Êu ®¹t 300 triÖu lÝt/n¨m, tíi n¨m 2020 lµ 370 triÖu lÝt/n¨m. §iÒu ®ã më ra triÓn väng cho ngµnh c«ng ngiÖp s¶n xuÊt cån nãi chung vµ s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng nãi riªng ë ViÖt Nam. HiÖn nay, c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng ®ang ®Çu t- më réng s¶n xuÊt, n¨m 2005 s¶n l-îng cån cã thÓ ®¹t ®-îc 40 - 45 triÖu lÝt [1]. Thùc hiÖn ch-¬ng tr×nh quèc gia 1 triÖu tÊn ®-êng, hµng n¨m nguån rØ ®-êng cã thÓ ®¹t ®-îc 330 000 tÊn ®¸p øng ®ñ nhu cÇu nguyªn liÖu cho c¸c nhµ m¸y s¶n xuÊt cån tõ rØ ®-êng bëi víi l-îng rØ ®-êng cã thÓ s¶n xuÊt ra ®-îc 100 triÖu lÝt cån. Th©n ThÞ H¶i YÕn 10 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü Ch-¬ng 2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån vµ m«i Tr-êng 2.1. C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån 2.1.1. Nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt cån Etanol hay cån cã thÓ ®-îc s¶n xuÊt b»ng hai ph-¬ng ph¸p ho¸ häc vµ sinh häc. Víi ph-¬ng ph¸p ho¸ häc, Etanol ®-îc t¹o thµnh tõ ph¶n øng gi÷a Etylen vµ h¬i n-íc trong m«i tr-êng axÝt ë nhiÖt ®é cao. Trong ph-¬ng ph¸p sinh häc, cån lµ s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh lªn men – nguyªn liÖu lµ c¸c lo¹i chøa ®-êng, c¸c s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh thuû ph©n tinh bét, xenluloza. So víi etylen, nh÷ng lo¹i nguyªn liÖu giµu ®-êng, tinh bét cã s½n trong tù nhiªn, dÔ kiÕm, t¹o h-¬ng vÞ th¬m ®Æc tr-ng cña mçi lo¹i trong cån v× vËy ph-¬ng ph¸p sinh häc th-êng ®-îc øng dông ®Ó s¶n xuÊt cån. Tinh bét lµ gluxit dù tr÷ cã nhiÒu trong c¸c c©y l-¬ng thùc nh- khoai, s¾n vµ c¸c h¹t cèc. Thµnh phÇn ho¸ häc cña mét sè nguyªn liÖu giµu tinh bét ®-îc thÓ hiÖn trong b¶ng 2.1, trong ®ã s¾n, ng«, g¹o lµ nh÷ng nguyªn liÖu rÊt giµu gluxit. Hµm l-îng gluxit trong s¾n kh« lªn tíi 74,74%, trong g¹o lµ 69,2%, khoai lang còng cã hµm l-îng gluxit rÊt cao, kho¶ng 76,7% (b¶ng 2.1) ë c¸c vïng nhiÖt ®íi cña Ch©u Mü vµ nhiÒu vïng ch©u ¸, ng« cïng víi mét sè lo¹i c©y l-¬ng thùc giµu tinh bét kh¸c nh- g¹o, s¾n,…®-îc sö dông lµm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt cån. Trong khi ®ã ë mét sè n-íc ch©u ¢u, khoai t©y lµ nguån nguyªn liÖu chÝnh cho s¶n xuÊt r-îu cån Th©n ThÞ H¶i YÕn 11 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü B¶ng 2.1. Thµnh phÇn ho¸ häc cña mét sè nguyªn liÖu chøa tinh bét [12 ]. TT Nguyªn liÖu N-íc Protein ChÊt bÐo Gluxit Xenlulo 1 S¾n kh« 13,12 2 S¾n t-¬i 3 Tro 0,205 0,41 74,74 1,11 1,69 70,25 1,12 0,21 26,58 - 0,53 Ng« 14,0 10,0 4,6 67,9 2,2 1,3 4 Khoai lang kh« 12,9 6,1 0,5 76,7 1,4 2,4 5 Khoai lang t-¬i 68,1 1,6 0,5 27,9 0,9 1,0 6 Khoai t©y t-¬i 74,4 1,98 0,75 20,8 0,98 1,09 7 G¹o tÎ 11,0 7,3 1,2 69,2 0,5 0,9 8 TÊm 11,5 5,3 2,0 41,0 2,5 17,7 9 Lóa m× 14,0 12,0 1,7 68,2 2,5 1,6 10 §¹i m¹ch 14,0 10,5 2,1 66,4 4,5 2,5 C¸c s¶n phÈm giµu ®-êng hiÖn nay còng ®-îc rÊt nhiÒu n-íc trªn thÕ giíi sö dông lµm nguyªn liÖu cho s¶n xuÊt cån. MËt rØ (rØ ®-êng) lµ phô phÈm cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®-êng chiÕm tõ 3 – 5% so víi l-îng mÝa nguyªn liÖu. Thµnh phÇn rØ ®-êng bao gåm 20 – 25% lµ n-íc; l-îng chÊt kh« chiÕm tíi 75 – 80%, trong ®ã: ®-êng 45 - 48%, chÊt phi ®-êng: 30 - 32% (c¸c chÊt h÷u c¬, c¸c chÊt v« c¬). C¸c chÊt v« c¬ trong rØ ®-êng bao gåm: K 2O, Na2O, CaO, MgO, Cl-, mét sè «xit kh¸c. C¸c chÊt h÷u c¬ gåm: c¸c chÊt h÷u c¬ kh«ng chøa nit¬ nhpectin, furfurol vµ oxymetyl furfurol, axit h÷u c¬, c¸c s¶n phÈm cña qu¸ tr×nh caramen ho¸ vµ qu¸ tr×nh t¹o chÊt mµu…; C¸c chÊt h÷u c¬ chøa nit¬ ë d¹ng axit amin nh- glutamic, l¬xin, alanin… B¶ng 2.2. Thµnh phÇn cña rØ ®-êng [12] TT Thµnh phÇn 1 N-íc 2 ChÊt kh«: 45 – 48% ChÊt ®-êng 20 – 25 30 – 32% ChÊt phi ®-êng Th©n ThÞ H¶i YÕn Tû lÖ (%) 12 75 - 80 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü 2.1.2. C«ng nghÖ s¶n xuÊt cån tõ tinh bét 2.1.2.1. Quy tr×nh s¶n xuÊt cån tõ tinh bét 1. S¬ ®å quy tr×nh s¶n xuÊt cån tõ tinh bét Nguyªn liÖu chøa tinh bét NghiÒn Hoµ trén, ng©m Enzim dÞch ho¸ Axit ho¸ vµ Hå ho¸ H2SO4 Lµm nguéi Enzim ®-êng ho¸ §-êng ho¸ T: 58 “ 60oC Lµm nguéi Lªn men NÊm men Th¸p ch-ng th« DÞch hÌm Th¸p t¸ch Aldehyt Aldehyt Th¸p tinh chÕ DÇu Fusel Cån s¶n phÈm H×nh 2.1. S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt cån tõ tinh bét víi hÖ 3 th¸p [4] Th©n ThÞ H¶i YÕn 13 Kho¸ 2002-2004 §¹i häc b¸ch khoa hµ néi LuËn v¨n Th¹c sü 2. Gi¶i tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt cån tõ tinh bét a. ChuÈn bÞ dÞch ®-êng lªn men: Nguyªn liÖu ®-îc nghiÒn nh»m môc ®Ých ph¸ vì cÊu tróc mµng tÕ bµo thùc vËt, t¹o ®iÒu kiÖn gi¶i phãng c¸c h¹t tinh bét khái c¸c m«. Nguyªn liÖu sau khi nghiÒn ®-îc ®-a vµo nÊu (hå ho¸ tinh bét) bao gåm nÊu s¬ bé, nÊu chÝn, nÊu chÝn thªm. ë nhiÖt ®é 85 –100oC, c¸c chÊt pectin tr-¬ng në vµ hoµ tan, tiÕp ®Õn lµ tinh bét vµ pentoza. T¨ng nhiÖt lªn 130 –140oC, mµng tÕ bµo bÞ xÐ vì, h¹t tinh bét ®-îc gi¶i phãng hoµ tan vµo dung dÞch. §Ó tr¸nh khª khÐt, ng-êi ta th-êng bæ sung l-îng enzim (10%) gióp tinh bét dÞch ho¸ nhanh. DÞch ch¸o t¹o ra ®-îc ®em lµm l¹nh tíi nhiÖt ®é ®-êng ho¸ (58 – 60oC). Cho chÕ phÈm amylaza cña thãc mÇm hoÆc chÕ phÈm enzim vµo dÞch ch¸o, gi÷ ë nhiÖt ®é trong thêi gian kho¶ng 2 giê, amylaza chuyÓn ho¸ tinh bét thµnh ®-êng. Sau ®ã lµm l¹nh dÞch ®-êng hãa tíi nhiÖt ®é lªn men (28 – 32oC). b. Qu¸ tr×nh lªn men : Bæ sung canh tr-êng nÊm men, kho¶ng 2-3% khèi l-îng. Bæ sung urª ®Ó ®¶m b¶o dinh d-ìng cho nÊm men ph¸t triÓn. Qu¸ tr×nh lªn men yÕm khÝ diÔn ra ë nhiÖt ®é kho¶ng 30-32oC trong 72 giê, thu ®-îc dÊm chÝn víi ®é cån ®¹t ®-îc kho¶ng 8-9 % thÓ tÝch. T¹i qu¸ tr×nh nµy, l-îng khÝ CO2 ®-îc sinh ra kh¸ lín. KhÝ CO2 s¹ch cã thÓ thu håi. c. Ch-ng cÊt vµ tinh chÕ : DÊm chÝn ®-îc gia nhiÖt lªn tíi 75oC tr-íc khi ®i vµo th¸p ch-ng th«. S¶n phÈm ®Ønh lµ cån th« vµ c¸c chÊt dÔ bay h¬i sÏ ®-îc t¸ch ra nhê c¸c thiÕt bÞ ng-ng tô. PhÇn ng-ng tô ®-îc chuyÓn vµo th¸p t¸ch Aldehyt sau ®ã sang th¸p tinh chÕ ®Ó thu ®-îc cån s¹ch ®é tinh khiÕt trªn 95o. Th©n ThÞ H¶i YÕn 14 Kho¸ 2002-2004