Cồn là thành phần quan trọng có mặt trong nhiều sản phẩm đồ uống như rượu, bia… Có thành phần này thì các sản phẩm đồ uống đó mới có giá trị. Bài viết này, hãy đi tìm hiểu nó và các phương pháp tạo cồn nồng độ cao nhé:
1. Tình hình sản xuất cồn ở Việt Nam
Ở nước ta, nghề nấu rượu thủ công đã có từ lâu đời, nhưng chưa có tài liệu nào cho biết điểm khởi đầu. Còn sản xuất cồn rượu theo công nghiệp ở nước ta đã bắt đầu từ năm 1898 do người Pháp thiết kế và xây dựng.
Trước Cách mạng Tháng Tám ở nước ta có các nhà máy rượu Hà Nội, Hải Dương, Nam Định, Bình Tây, Chợ Quán và Cái Rằng. Tất cả đều sản xuất từ ngô, gạo theo phương pháp amylo.
Sau ngày hoà bình lập lại (1955), các nhà máy không còn thiết bị nguyên ven nên chính phủ ta tập trung cải tạo, sửa chữa thành nhà máy Rượu Hà Nội với năng suất 6 triệu lit/năm.
Đến năm 1960, chúng ta có thêm hai nhà máy cồn từ rỉ đường là Việt Trì – Phú Thọ và Sông Lam – Nghệ An. Năng suất mỗi nhà máy là 1 triệu lít cồn qui 1000/năm. Trong những năm chống Mỹ cứu nước, các tỉnh và địa phương xây dựng thêm hàng loạt các nhà máy rượu cỡ 1 triệu lít/năm như Lục Ngạn – Hà Bắc, Hứng Nhân – Thái Bình. Ngoài ra hầu hết ở các tỉnh cũng xây dựng các phân xưởng cồn cỡ nhỏ 100000lít/năm. Tổng năng suất của các nhà máy lớn nhỏ là 15 triệu lít/năm.
Sau năm 1975, chúng ta tiếp quản và xây dựng thêm các nhà máy rỉ đường và một số cơ sở tư nhân khác. Thời điểm 1980 – 1985 tổng lượng cồn sản xuất hàng năm là trên 30 triệu lít. Có thể nói, thời gian này lượng cồn rượu trong cả nước là lớn nhất, vừa xuất khẩu vừa tiêu thụ trong nước.
Cồn của các nhà máy của nước ta làm ra nói chung chưa đạt TCVN – 71, nhưng bản thân TCVN – 71 về cồn rượu cũng thuộc loại thấp so với các nước tiên tiến trên thế giới. Hiện tại trên lãnh thổ Việt Nam chỉ có ba cơ sở làm ra cồn loại I thoả mãn TCVN – 71. Đó là Công ty rượu bia Đồng Xuân Phú Thọ; Hà Nội và Bình Tây. Ngoài ba cơ sở trên, các cơ sở sản xuất còn lại chỉ đạt cồn loại II hoặc thấp hơn và hầu hết là cồn từ rỉ đường. Muốn có cồn tinh khiết chất lượng cao thì phải có hệ thống chưng luyện tốt và biết sử dụng nó. Mặt khác có thêm cồn sản xuất từ gạo ngô sắn.
Còn trên thế giới các nước đều dùng cồn để pha chế rượu và cho các nhu cầu khác như: y tế, nhiên liệu và nguyên liệu cho các ngành công nghiệp khác tuỳ theo tình hình phát triển của mỗi nước, tỷ lệ cồn dùng trong các ngành rất đa dạng và khác nhau.
2. Ứng dụng của cồn
Cồn là chất lỏng không màu, có mùi đặc trưng, dễ hút ẩm, tạo hỗn hợp đẳng phí với nước, nồng độ cồn ở điểm đẳng phí là 89%, cồn trộn với nước có nhiệt độ sôi là 78,15ºC. Cồn etylic là chất phân cực mạnh. Cồn có thể trộn lẫn với ete và nhiều dung môi khác. Cồn có thể hoà tan nhiều hợp chất hữu cơ và vô cơ. Cồn dễ cháy và tạo hỗn hợp nổ với không khí.
Cồn có nhiều ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống xã hội.
- Cồn được dùng nhiều trong đời sống: pha với nước thành rượu để uống, chế biến thức ăn, chế biến các loại hương hoa quả…
- Trong y tế được dùng để sát trùng, sản xuất dược phẩm, để chữa bệnh,…
- Nó còn là một sản phẩm hoá học: vì có thể sử dụng trực tiếp hoặc là nguyên liệu trung gian để sản xuất axit acetic, andehyt acetic, etyl acetat và các hoá chất khác, có thể tạo ra hoá chất dầu mỏ.
- Ngoài ra cồn còn được dùng trong công nghiệp để làm chất đốt, làm dung môi hoà tan các hợp chất vô cơ cũng như hữu cơ.
- Được dùng trong cao su tổng hợp,…
- Ngày nay, người ta còn dùng cồn tuyệt đối (trên 99,5%V) để thay thế một phần nhiên liệu cho động cơ ô tô. Cồn có thể thay thế 20% – 22% trong tổng lượng xăng thành “gasohol” để sử dụng trong ôtô và các phương tiện khác dùng động cơ xăng. Đây là một hướng phát triển mới và đầy triển vọng của ngành công nghiệp vì việc sử dụng cồn thay thế một phần cho xăng sẽ làm giảm bớt sự ô nhiễm môi trường, để tiết kiệm năng lượng của các loại động cơ. Nó làm tăng chỉ số octan của xăng, ngăn cản sự cháy kích nổ và dẫn đến có thể thay thế tetra etyl chì là một chất độc.
Cồn có rất nhiều ứng dụng, chính vì vậy việc tạo cồn tuyệt đối là công việc cần thiết và được quan tâm phát triển.
3. Một số phương pháp tạo cồn nồng độ cao
Có nhiều phương pháp để tạo cồn tuyệt đối như: dùng các chất hút ẩm (như vôi sống, photphat kali, sunfat đồng), phương pháp chưng cất thường, chưng chân không ở áp suất thấp (0,0525 atm) và dùng các chất hấp phụ (ví dụ như zeolit). Hỗn hợp rượu – nước là hỗn hợp đẳng phí, nhiệt độ sôi của hỗn hợp này là 78,15ºC. Chính vì vậy để có nồng độ cồn cao còn dùng phương pháp chưng luyện đẳng phí.
Phương pháp chưng luyện đẳng phí
Đây là phương pháp cho thêm cấu tử thứ ba vào nhằm thay đổi độ bay hơi tương đối của hai cấu tử trong hệ ban đầu. Có nghĩa là thêm cấu tử thứ ba vào, nó tạo thành với cấu tử dễ bay hơi (hay với cả hai cấu tử) dung dịch đẳng phí có độ bay hơi lớn hơn và sản phẩm đáy tháp là cấu tử ở dạng nguyên chất.
Ở đây cấu tử thứ ba thường dùng là benzen, clorofooc hoặc toluen,… để tạo thành hỗn hợp đẳng phí ba cấu tử. Nhiệt độ sôi của hỗn hợp này thấp hơn nhiệt độ sôi của từng cấu tử riêng biệt.
Khi chưng cất dung dịch rượu – nước ở áp suất thường với sự có mặt của benzen trên tháp chưng cất sẽ chuyển nước vào thành phần hỗn hợp ba cấu tử bay hơi lên và rượu tuyệt đối ở đáy tháp.
Hỗn hợp rượu – nước là hỗn hợp đẳng phí, với phương pháp chưng cất tinh chế ở áp suất thường chúng ta chỉ tu được rượu etylic có nồng độ thấp hơn 95,57% theo trọng lượng. Nhưng nếu chưng cất chân không ở áp suất 0,0525 atm thì hỗn hợp đẳng phí không tạo thành và chưng cất có thể thu được rượu tuyệt đối (không có nước). Tuy nhiên vấn đề tạo chân không trong thiết bị chưng cất rất khó khăn nên việc chưng chân không để thu dung dịch rượu tuyệt đối ít được sử dụng.
Phương pháp chưng chân không (chưng ở áp suất 0,0525 at)
Phương pháp này thiết bị phải làm việc ở áp suất rất thấp do vậy đòi hỏi thiết bị phải đồng bộ, đồng thời việc tạo áp suất thấp rất khó khăn và tốn kém.
Phương pháp dùng các chất hút ẩm
Các chất hút ẩm như vôi sống, photphat kali, clorua kali, sunfat đồng, clorua canxi,… được cho vào hỗn hợp cồn etylic – nước, chất hút ẩmm sẽ hút nước trong cồn, và cồn thu được có nồng độ cao hơn. Với phương pháp này thì nồng độ cồn đạt được chỉ khoảng 98%V.
Với những cách làm trên nồng độ cồn chỉ đạt được xấp xỉ 98%V, chưa đạt tới nồng độ mong muốn. Một phương pháp có thể cải thiện được đó là sử dụng rây phân tử (ở đây dùng zeolit 3A) để hấp phụ nước trong cồn để tạo cồn tuyệt đối (cồn trên 99,5%V).
Phương pháp hấp phụ trên rây phân tử (zeolit 3A)
Rây phân tử 3A thuộc họ zeolit A, có kích thước cửa sổ vào khoang hấp phụ là 3A, nên có thể hấp phụ những phân tử có kích thước nhỏ hơn và không hấp phụ những phân tử có kích thưóc lớn hơn của sổ của nó (3A).
Do vậy khi dùng rây phântử 3A để tạo công tuyệt đối người ta dựa vào khả năng hấp thụ mạnh những phân tử nước (có kích thước động học là 2,75A nhỏ hơn kích thước mao quản của 3A) và không hấp thụ những phân tử cồn (có kích thước động học là 3,9A lớn hơn kích thước mao quản của 3A).
Nguyên lý làm việc: khi hỗn hợp cồn – nước được đưa vào cột hấp phụ, chất hấp phụ đã được hoạt hoá (đã tách hết nước) thì nước sẽ bị giữ lại ở các mao quản của zeolit 3A còn cồn tự do đi ra khỏi cột, ta sẽ thu được cồn tuyệt đối (nồng độ trên 99,5%V).
Sau khi cột đã hấp phụ xong, ta phải phục hồi lại hoạt tính của chất hấp phụ. Có hai cách để phục hồi nó (tức là chuyển hết nước đã bị hấp phụ đi). Cách 1 là làm giảm áp suất của cột chứa zeolit 3A, nhưng cách này rất khó khăn vì nếu làm giảm áp suất còn liên quan nhiều đến các yếu tố như: độ chịu áp của thiết bị …. Cách này rất khó thực hiện vì vậy hầu như không áp dụng cách này. Cách 2 là đưa rây phân tử đến nhiệt độ cao. Ở đây dùng cách làm tăng nhiệt độ của zeolit nhờ thiết bị gia nhiệt có trong cột. Đưa zeolit đến nhiệt độ khoảng 400°C để nước bay hơi hết, khi đó rây phân tử được phục hồi và sẽ được dùng trong quá trình hấp phụ tiếp theo.
FOODNK
