LÀM SẠCH nước mía BẰNG PHƯƠNG PHÁP SULFITE hóa ACID

SULFITE HÓA NƯỚC MÍA

Trang 1

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP.HCM

KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM MÔN: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG, BÁNH, KẸO

BÁO CÁO TIỂU LUẬN

ĐỀ TÀI:

LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP

SULFITE HÓA ACID TÍNH

Trang 2

MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN i

DANH MỤC CÁC HÌNH ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

Chương 1 TỔNG QUAN NGÀNH MÍA ĐƯỜNG VIỆT NAM 1

1.1 GIỚI THIỆU 1

1.1.1 Vùng nguyên liệu 1

1.1.2 Tình hình phát triển của vùng trồng mía 2

1.1.3 Các nhà máy đường 4

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC MÍA 8

2.1 MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC LÀM SẠCH NƯỚC MÍA 8

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÀM SẠCH NƯỚC MÍA 9

2.2.1 Tác dụng của pH 9

2.2.1.1 Ngưng kết chất keo 9

2.2.1.2 Làm chuyển hoá đường sacaroza 10

2.2.1.3 Làm phân huỷ sacaroza 11

2.2.1.4 Làm phân huỷ đường khử 11

2.2.1.5 Tách loại các chất không đường 12

2.2.2 Tác dụng của nhiệt độ 12

2.2.3 Tác dụng của các chất điện ly 13

2.2.3.1 Vôi 13

Trang 3

2.2.3.2 Lưu huỳnh đioxit SO2 15

2.2.3.3 CO2 (cacbonđioxit) 16

2.2.3.4 P O2 5 (Photphat pentaoxit) 18

Chương 3 LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID 19

3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP 19

3.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID 19

3.2.1 Điều kiện công nghệ của phương pháp SO2 20

3.2.1.1 Cho vôi sơ bộ 20

3.2.1.2 Gia nhiệt lần 1 21

3.2.1.3 Thông SO2 lần 1 21

3.2.1.4 Trung hóa nước mía 21

3.2.1.5 Tác dụng của gia nhiệt 2 21

3.2.1.6 Lắng & lọc 21

3.2.1.7 Gia nhiệt 3 22

3.2.1.8 Cô đặc 22

3.2.1.9 Thông SO2 lần hai 22

3.2.2 Những điều cần lưu ý khi đốt lưu huỳnh 22

3.2.2.1 Thành phần tạp chất trong lưu huỳnh 22

3.2.2.2 Điều chế SO2 22

3.2.2.3 Sự có mặt của nước khi đốt S 23

3.2.3 Ưu nhược điểm 23

Trang 4

3.2.4 Xử lý nước mía khó làm sạch theo phương pháp SO2 24

3.2.4.1 Nguyên nhân nước mía khó làm sạch 24

3.3 CÁC CÔNG ĐOẠN CHÍNH TRONG KỸ THUẬT LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID 25

3.3.1 Gia vôi 25

3.3.1.1 Thiết bị 26

3.3.2 Gia nhiệt 27

3.3.2.1 Tác dụng 28

3.3.2.2 Nhiệt độ gia nhiệt 29

3.3.2.3 Thiết bị gia nhiệt 29

3.3.2.4 Tính toán công nghệ bộ gia nhiệt 30

3.3.3 Thông khí SO2 31

3.3.3.1 Giai đoạn thông CO2 lần 1 31

3.3.3.2 Giai đoạn thông CO2 lần II 32

3.3.3.3 Thiết bị thông SO2 33

3.3.3.4 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình thông SO2 37

3.3.3.5 Tính toán công nghệ quá trình thông SO2 39

3.4 ĐÁNH GIÁ HIỆU QUẢ LÀM SẠCH 47

3.4.1 Chênh lệch độ sạch của nước mía trong và nước mía hỗn hợp 47

3.4.2 Sự biến đổi hàm lượng đường hoàn nguyên 48

3.4.3 Sự biến đổi màu 48

3.4.4 Độ đục trong 49

Trang 5

3.4.5 Tình hình biến đổi hàm lượng các chất phi đường trước và sau làm sạch 50

TÀI LIỆU THAM KHẢO 52

Trang 6

LỜI MỞ ĐẦU

Việt Nam là một quốc gia có truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời Cùng với sự phát triển của ngành đường trên thế giới nước ta sẽ có một nền công nghiệp đường tiên tiến nhằm đáp ứng nhu cầu về lượng đường sử dụng cho nhân dân và góp phần xây dựng cho sự phát triển kinh tế nước ta

Hiện nay có rất nhiều nhà máy đường ra đời để phần nào đáp ứng nhu cầu sử dụng đường ngày càng tăng của người tiêu dùng cả nước Theo sau sự phát triển của ngành đường luôn đi kèm với công nghệ sản xuất, trong đó có một khâu rất quan trọng trong công nghệ sản xuất đường đó là quá trình làm sạch nước mía bằng phương pháp sulfite hóa Quá trình này cơ bản hiện nay có ba phương pháp là sulfite hóa acid, sulfite hóa kiềm nhẹ và sulfite hóa kiềm nặng Tuy nhiên, hiện nay các nhà máy đường ở miền Nam thường sử dụng phương pháp sulfite hóa lưu trình acid tính cho công nghệ của nhà máy mình

Nắm bắt được tình hình đó, nay nhóm chúng em đã cố gắng tìm hiểu thật sâu sắc

về lưu trình sulfite hóa acid này để phần nào làm rõ vấn đề cũng như qua bài tiểu luận này có thể có một nền tảng kiến thức vững vàng về vấn đề làm sạch nước mía trong các nhà máy đường ở miền Nam nói chung và cả nước nói riêng

Bài tiểu luận được chia làm ba chương chính:

- Chương 1 TỔNG QUAN VỀ NGÀNH MÍA ĐƯỜNG VIỆC NAM

- Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

- Chương 3 LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SUFITE HÓA ACID

Dù đã cố gắng rất nhiều nhưng do kiến thức có hạn nên rất khó tránh khỏi những sai sót Kính mong nhận được những ý kiến đóng góp quý báu từ Thầy để bài tiểu luận này được hoàn chỉnh và đầy đủ hơn

TẬP THỂ NHÓM

Trang 7

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Chữ ký của giáo viên hướng dẫn

(Ký tên)

Trang 8

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 2.1 Sơ đồ tác dụng trung hòa điện của chất keo 10

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ của phương pháp sulfite hóa acid 20

Hình 3.2 Thiết bị gia vôi 27

Hình 3.3 Bộ trung hòa đường ống kiểu nằm ngang 35

Hình 3.4 Bộ trung hòa đường ống kiểu SH – T 36

Hình 3.5 Thiết bị lắng ngắt đoạn 40

Hình 3.6 Bể lắng hở 41

Hình 3.7 Máy lọc ép kiểu khung 43

Hình 3.8 Máy lọc hút chân không kiểu vòng đai 44

Trang 9

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Tình hình phát triển của các vùng thâm canh mía 2

Bảng 1.2 Sản lượng đường của các nhà máy theo khu vực 5

Bảng 2.1 Tốc độ chuyển hoá sacaroza của các axit khác nhau 11

Bảng 3.1 Độ hòa tan của SO2 trong nước ở nhiệt độ khác nhau 38

Trang 10

Chương 1 Tổng quan ngành mía đường GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

Chương 1 TỔNG QUAN NGÀNH MÍA ĐƯỜNG VIỆT NAM

1.1 GIỚI THIỆU

1.1.1 Vùng nguyên liệu

Mở rộng vùng trồng mía là mục tiêu rất quan trọng, bởi vùng trồng mía có mối quan hệ rất chặt chẽvới các nhà máy đường Quy mô vùng trồng mía càng phù hợp với công suất thiết kế của nhà máy, thì nhà máy càng hoạt động hiệu quả

Theo báo cáo của Cục trồng trọt, Bộ NN&PTNT, diện tích vùng trồng mía của nước ta tăng khá mạnh Đến cuối vụ 2011/2012 diện tích vùng trồng cả nước đạt khoảng 283,2 nghìn héc ta, tăng 4,3% so với niên vụ trước đó Năng suất mía bình quân cả nước đạt 62,4 tấn/ha, sản lượng mía cả nước được 17,5 triệu tấn, tăng so với vụ trước gần 2 tấn/ha Sản lượng mía ép công nghiệp đạt 14,5 triệu tấn, sản xuất được 1.306.240 tấn đường So với vụ trước, lượng mía ép công nghiệp tăng gần 2 triệu tấn, sản lượng đường tăng 155.780 tấn Đây là vụ mía thắng lợi nhất về năng suất, sản lượng mía từ trong vòng

5 năm gần đây

Theo số liệu tổng hợp trên 25 tỉnh thành có nhà máy đường, tổng diện tích trồng mía đạt 271 nghìn héc ta (95,7% diện tích cả nước), trong đó diện tích mà các nhà máy đầu tư hoặc ký hợp đồng bao tiêu với người nông dân đạt 234,2 nghìn héc ta (82,7% diện tích cả nước), tăng 7,1% so với niên vụ trước Sản lượng mía thu hoạch đạt 16,9 triệu tấn, tăng 12,34% và sản lượng đường sản xuất đạt 1.295.878 tấn, tăng 12,26% so với niên vụ trước Sau năm 2011 được coi là rất thành công trong sản xuất và kinh doanh, nhiều công ty đường đã đầu tư vùng trồng mía, nâng cao công suất nhà máy nên các chỉ tiêu của niên vụ năm nay đều tăng nhanh hơn hẳn năm trước

Tuy nhiên, niên vụ 2011/2012 vẫn tồn tại một số khó khăn:

- Tình trạng nhà máy không đủ nguyên liệu dẫn đến mua xô, mua theo hai giá trong vùng và ngoài vùng vẫn tồn tại Vùng của nhà máy thì mua với giá thấp, ngoài vùng nhà máy thì mua giá cao để có nguyên liệu, gây hệ quả xấu cho việc đầu tư xây dựng vùng nguyên liệu làm cho nông dân không yên tâm đầu tư phát triển vùng nguyên liệu, từ đó không nâng cao được chất lượng cây mía

Trang 11

- Tình trạng tranh mua nguyên liệu giữa các nhà máy dẫn đến tình trạng chặt ép

mía non, mía lẫn tạp chất cao, hoặc một số nơi khác nhà máy ngừng thu mua mía khiến mía nằm phơi nắng tại ruộng cả tháng mới được đưa vào ép nên chữ đường giảm, tỷ lệ tiêu hao mía đường cao

Thời tiết một số nơi không thuận lợi dẫn đến cháy mía, khiến người nông dân và nhà máy chịu thiệt hại khá lớn Theo thông tin từ các nhà máy đường Biên Hòa và Buorbon, năm nay tỷ lệ mía cháy tại ruộng một số nơi trên địa bàn tỉnh Tây Ninh, Long

An lên đến hơn 20%

1.1.2 Tình hình phát triển của vùng trồng mía

Mía là cây công nghiệp phù hợp với thời tiết và điều kiện đất đai trải rộng trên cả

ba miền Bắc, Trung và Nam bộ Dưới đây là kết quả niên vụ 2011/2012 chi tiết trên 6 khu vực

Bảng 1.1 Tình hình phát triển của các vùng thâm canh mía

ST

T Vùng sản xuất

Diện tích (ha)

Tỷ trọng

Năng suất (tấn/ha)

Chữ đường

Sản lượng mía (tấn)

Tỷ trọng

Trung 51.961 19,2% 52,0 10,0 2,601,503 15,4%

Trang 12

Tây Nguyên 45.274 16,7% 55,8 10,9 2.630.404 15,6%

Đông Nam Bộ 34.395 12,7% 66,5 9,3 2.329.435 13,8% Đồng bằng sông

Cửu Long 58.654 21,6% 87,4 9,4 4.849.555 28,7%

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long là vùng trồng mía lớn nhất của cả nước,

với diện tích chiếm tỷ trọng đến 21,6% diện tích, sản lượng mía thu hoạch chiếm tỷ trọng 28,7% so với cả nước Đặc biệt, năng suất bình quân nơi đây đạt 87,4 tấn/ha, cao hơn đến 40,1% so với năng suất bình quân cả nước

Năng suất chính là điểm nổi bật nhất của khu vực này trong những năm gần đây Một số nhà máy còn báo cáo đạt năng suất tới hơn 90 tấn/ha, ví dụ như tại nhà máy Sóc Trăng, Trà Vinh đạt năng suất 95 tấn/ha) Khu vực này có hai mùa trồng mía, mùa vụ chính diễn ra trong giai đoạn trước mùa mưa (từ tháng 4 đến tháng 6), cây mía sau khi trồng khoảng 10-12 tháng là có thể thu hoạch Ở một số nơi đất thấp còn một vụ phụ là trồng những giống mía có thời gian thu hoạch khoảng 8 tháng, thời gian trồng ngay sau mùa lũ (lũ về khoảng tháng 9, 10), trước lũ năm sau thì thu hoạch mía

Khu vực Bắc Trung Bộ là vùng trồng mía lớn thứ hai cả nước, chủ yếu tập trung

ở hai tỉnh Thanh Hóa và Nghệ An với diện tích đạt gần 54,4 ha (tỷ trọng 20,1%), sản lượng mía đạt 2,96 triệu tấn (tỷ trọng 17,5%) Điểm nổi bật của khu vực này là chữ đường luôn đạt khá cao, bình quân khoảng 10,8 ccs, tuy nhiên điểm yếu nhất là năng suất Niên vụ 2011/2012, cho dù được đầu tư thâm canh tốt nên khu vực này đã tăng được năng suất bình quân lên 54,6 tấn/ha, tuy nhiên so với các vùng khác thì vẫn còn rất thấp

Khu vực Đông Nam Bộ có diện tích 34,4 nghìn héc ta (tỷ trọng 12,7%), tập trung

chủ yếu ở tỉnh Tây Ninh (gần 23,9 nghìn héc ta), còn lại là tỉnh Đồng Nai Tuy nhiên, trong niên vụ năm nay, diện tích lại giảm 1,9% do tình trạng mía cháy tại nhiều nơi trên địa bàn tỉnh Tây Ninh, khiến diện tích nơi đây giảm khoảng 6,1% Tuy nhiên, năng suất mía ở khu vực này vẫn đạt bình quân 66,5 tấn/ha, do người dân nơi đây được các công

ty đường hỗ trợ về kỹ thuật, giống mía, công cụ và vốn nên vùng trồng của họ có năng

Trang 13

suất mía cao hơn so với các vùng khác Khu vực này hiện đang có thêm một lợi thế là

mở rộng vùng trồng mía sang Campuchia (dự án của cả 2 công ty đường Biên Hòa và Đường Buorbon Tây Ninh)

Khu vực Tây Nguyên là nơi có tốc độ tăng trưởng lớn nhất cả nước về sản lượng

mía năm nay Tuy cây mía gặp phải sự canh tranh lớn từ cây cà phê và sắn lát nhưng diện tích trồng mía nơi đây vẫn đạt hơn 45 nghìn héc ta, tăng 19,1% so với niên vụ trước, sản lượng mía đạt hơn 2 triệu tấn, tăng đến 28,9% so với niên vụ trước

Khu vực duyên hải miền Trung: các vùng trồng mía ở khu vực này dọc ven

biển trên phạm vi 6 tỉnh từ Quảng Ngãi đến Phan Rang, ngoại trừ công ty đường Quảng Ngãi có một nhà máy đường hoạt động trên địa bàn tỉnh Gia Lai (khu vực Tây Nguyên) Niên vụ 2011/2012, khu vực này không có biến động lớn so với niên vụ trước, diện tích vùng trồng chỉ tăng 1,5% nhưng sản lượng mía lại giảm khoảng 0,5%

Khu vực miền núi phía Bắc là vùng có diện tích trồng mía tăng mạnh nhất,

nhưng chủ yếu do một nhà máy của công ty Đường Tuyên Quang hoạt động trở lại sau khi đã ngừng hoạt động trong niên vụ trước (để sáp nhập vào công ty Đường Sơn Dương) Niên vụ 2011/2012, diện tích khu vực này tăng 31,8%, sản lượng mía tăng 28,3%

1.1.3 Các nhà máy đường

Theo quy hoạch đến năm 2020 và định hướng đến năm 2030 trong QĐ 124/2012/QĐ-TTg, nhà nước chủ trương không xây dựng thêm nhà máy đường Hiện nay cả nước có 37 nhà máy đường đang hoạt động, phân bố rộng ở cả 3 miền đất nước, khoảng cách giữa các nhà máy khá lớn, trừ khu vực Đồng bằng sông Cửu Long Các nhà máy đường có thể hoạt động tối đa 6 tháng tùy từng vùng miền, bình quân chỉ khoảng 4 đến 5 tháng từ tháng 11 năm trước đến tháng 4 năm sau, sau đó nhà máy nghỉ bảo dưỡng (trừ một số nơi đất thấp ở đồng bằng sông Cửu Long có thể thu hoạch thêm một vụ mía trong tháng 7 và tháng 8, hoặc 1 số nơi nhà máy hoạt động muộn để tận dụng mía cuối

vụ)

Trang 14

Bảng 1.2 Sản lượng đường của các nhà máy theo khu vực

Số lượng nhà máy

Diện tích (ha)

Diện tích BQ/nhà máy

Tổng công suất (tấn mía /ngày)

Sản lượng đường (tấn)

Tỷ lệ mía/đường

Nguồn: Bộ NN & PTNT niên vụ 2011/2012

Việc cung cấp đủ nguyên liệu mía cho nhà máy và việc phát triển vùng trồng mía phù hợp với công suất thiết kế nhà máy rất quan trọng Theo nhiều chuyên gia trong ngành, quy mô nhà máy càng lớn thì hoạt động càng hiệu quả, tuy nhiên, các nhà máy đường không thể tự ý nâng quy mô và công suất nếu vùng trồng tại đó không có tiềm năng mở rộng tương ứng

Trang 15

Điểm đáng chú ý nhất trong niên vụ năm nay là rất nhiều nhà máy đã nâng công suất ép mía Theo số liệu tổng kết niên vụ 2011/2012, có 21/37 nhà máy đã nâng công suất, trong đó có nhiều nhà máy đã nâng lên mức rất cao so với năm trước trước, ví dụ như nhà mấy đường Lam Sơn nâng công suất thêm 50%, nhà máy đường Biên Hòa – Trị

An nâng thêm 48%, nhà máy đường Sơn La nâng thêm gần 47%, nhà máy đường AN Khê – Gia Lai (trực thuộc công ty đường Quảng Ngãi) nâng thêm gần 43%

Theo báo cáo tổng kết ngành mía đường niên vụ 2011/2012, tổng công suất thiết

kế của các nhà máy đạt 129.900 tấn mía ép/ngày, tương đương sản lượng mía ép khoảng

19 – 20 triệu tấn/năm Thực tế cả niên vụ, tổng sản lượng mía mà các nhà máy đã ép đạt 14,5 triệu tấn, như vậy bình quân một nhà máy đường hoạt động với công suất thực bằng 72,5 - 74,4% công suất thiết kế Nói cách khác, vùng trồng mía mới chỉ cung cấp bình khoảng 3/4 lượng nguyên liệu cần thiết cho các nhà máy đường trên cả nước

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long tập trung 9 nhà máy, tổng công suất thiết kế 25.600 tấn mía ép/ngày, nhưng diện tích vùng trồng mía bình quân một nhà máy chỉ hơn

4 nghìn héc ta, thấp hơn rất nhiều so với các vùng khác (trừ miền núi phía Bắc) Sức ép cạnh tranh cũng rất cao dẫn đến tình trạng các nhà máy thường vào vụ sớm, ép mía non dẫn đến chữ đường thấp, hiệu suất thu hồi đường trên mía rất thấp, tỷ lệ tiêu hao cao, ví

dụ như nhà máy Đường Long Mỹ Phát tỷ lệ tiêu hao lên đến 14 mía/đường, nhà máy Đường NIVL 13,5 mía/đường, còn bình quân cả vùng là 12 mía/đường

Khu vực Đồng bằng sông Cửu Long có diện tích vùng trồng mía lớn nhất, năng suất cao nhất nước nhưng năm nay sản lượng đường nơi đây chỉ chiếm tỷ trọng 22,9% sau khu vực duyên hải miền Trung, và không thực sự vượt trội so với khu vực Bắc Trung

Bộ

Vùng Đông Nam Bộ có 5 nhà máy thuộc 3 công ty đường, trong đó hai công ty thuộc loại có quy mô lớn và thương hiệu nổi tiếng là Đường Biên Hòa (BHS) và Đường Buorbon Tây Ninh (SBT) Thuận lợi lớn nhất của các công ty này là nhà máy được đặt ngay sát tam giác kinh tế trọng điểm Tp.HCM – Đồng Nai - Bình Dương Hiện rất nhiều công ty công nghiệp thực phẩm lớn như Coca, Pepsi, Red Bull, URC Việt Nam, Vinacafe, Vinamilk đều là đối tác truyền thống của BHS và SBT Tuy nhiên, các nhà

Trang 16

máy đang gặp phải là điều kiện đất đai và thời tiết Cụ thể, tình trạng cháy mía đã diễn

ra trên diện rộng, lượng mía cháy chuyển về các nhà máy của hai doanh nghiệp trên chiếm tới 20% và 30% tổng lượng mía, khiến tỷ lệ tiêu hao mía đường cao hơn và sản lượng đường giảm so với năm trước

Các nhà máy ở những khu vực khác, nói chung tuy vẫn gặp những khó khăn mang tính đặc trưng vùng miền, ví dụ như sự cạnh tranh của cây lúa ở Đồng bằng sông Hồng, cây sắn ở khu vực Tây nguyên, hay mưa bão hàng năm ở các tỉnh duyên hải miền Trung, nhưng trong niên vụ 2011/2012 vẫn đạt những kết quả rất tích cực

Như vậy, những năm vừa qua nhiều nhà máy đường hiện đại có công suất lớn được xây dựng Nhưng theo số liệu thống kê thì sản lượng đường sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ nội bộ Trong thời gian gần đây ngành đường gặp tình trạng khó khăn do nhiều lý do khác nhau: tác động quan trọng về quy hoạch vùng nguyên liệu, đầu tư chưa đúng mức và trọng tâm, cũng như về quản lý thị trường,

từ đó dẫn đến tồn đọng sản phẩm, nhà máy sản xuất cầm chừng, nông dân không bán được sản phẩm mía trồng dẫn đến chán đầu tư hoặc chuyển đổi giống cây trồng có giá trị kinh tế hơn, từ đó diện tích canh tác mía bị thu hẹp

Mặc dù vậy ngành công nghiệp mía đường vẫn là một ngành quan trọng ở nước

ta bởi nó góp phần đáp ứng lượng đường tiêu thụ dùng cho khu vực và cả nước, nâng cao từng bước mức dinh dưỡng trong khẩu phần ăn hàng ngày, tạo điều kiện cho các ngành kinh tế khác phát triển, tận dụng đất hoang đồi trọc và đất nông nghiệp có hiệu quả thấp so với trồng mía, tạo công ăn việc làm cho nông dân và lao động dư thừa Góp phần nâng cao trình độ chế biến, chuyển dần sang hình thức sản xuất đường cơ giới với công nghệ tiên tiến, thay thế dần lượng đường tiểu thủ công nghiệp tiêu hao nguyên liệu mía gần gấp đôi so với sản xuất công nghiệp

Trang 17

Chương 2 Làm sạch nước mía GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC

MÍA 2.1 MỤC ĐÍCH CỦA VIỆC LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

Thông thường nước mía hỗn hợp (NMHH) có nồng độ chất khô hoà tan Bx = 13 -15% Độ tinh khiết của nước mía hỗn hợp AP = 82 85%

Ngoài đường sacaroza, trong NMHH còn những chất không đường có tính chất lí hoá khác nhau, trong đó chất keo chiếm 1 tỉ lệ đáng kể (0,03 - 0,5%) Khi thao tác không bình thường, ví dụ, ở nhiệt độ cao, chất không tan biến thành chất tan, và như vậy làm tăng hàm lượng keo trong dung dịch

Hoạt động của vi sinh vật trong nước mía cũng tạo nên các chất keo khác nhau, đặc biệt levan và dextan

Chất keo gây nhiều ảnh hưởng không tốt đối với sản xuất đường: lọc nước mía, phân mật và kết tinh đường khó khăn, nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu suất tẩy màu, tinh chế đường thô khó khăn

Sự có mặt của những chất không đường trong nước mía dẫn đến sự bốc hơi, kết tinh đường khó khăn và không kinh tế

Chất không đường làm tăng độ hoà tan của đường sacaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đường trong mật cuối

Trong nước mía còn có vụn mía, khi đun nóng chúng kết tụ lại.Tất cả những chất không đường đó cần loại ra khỏi nước mía hỗn hợp

Nước mía hỗn hợp có tính axit gây nên chuyển hoá đường sacaroza Do đó cần trung hoà nước mía

Vậy mục đích chủ yếu của làm sạch NMHH:

Loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp đặc biệt là những chất có hoạt tính bề mặt và chất keo

Trung hoà nước mía hỗn hợp

Trang 18

Loại tất cả những chất rắn dạng lơ lửng trong nước mía

2.2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

2.2.1 Tác dụng của pH

Nước mía hỗn hợp có pH = 5  5,5 Trong quá trình làm sạch, do sự biến đổi của

pH dẫn đến các quá trình biến đổi hoá lí và hoá học các chất không đường trong nước mía và có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm sạch

Việc thay đổi pH có tác dụng sau:

2.2.1.1 Ngưng kết chất keo

Chất keo trong nước mía chia làm 2 loại : keo thuận nghịch và keo không thuận nghịch Keo không thuận nghịch là keo khi đã bị ngưng tụ (ví dụ, dưới tác dụng của nhiệt), nếu thay đổi điều kiện của môi trường không có khả năng trở lại trạng thái keo ban đầu Keo thuận nghịch là keo khi đã bị ngưng tụ nhưng nếu thay đổi điều kiện môi trường, có khả năng trở lại trạng thái ban đầu

Keo tồn tại trong nước mía và ở trang thái ổn định khi keo mang điện tích hoặc

có lớp nước bao bọc bên ngoài Nếu vì 1 nguyên nhân nào đó, keo mất các tính chất trên

và sẽ bị ngưng kết

Để ngưng kết keo, thường cho vào nước mía những chất điện li để thay đổi pH của môi trường Dưới điều kiện pH nhất định, keo hấp phụ chất điện ly và dẫn đến trạng thái trung hoà điện Lúc đó, keo mất trạng thái ổn định va ngưng kết Ở trị số pH làm chất keo ngưng kết gọi là pH đẳng điện Điểm đẳng điện của các chất keo khác nhau thì khác nhau (pHanbumin = 4,6  4,9 ; pHasparagin = 3 )

Trang 19

Ở pH đẳng điện, đối với keo ưa nướcvà không ưa nước, sản sinh tác dụng trung hoà điện theo sơ đồ sau:

Hình 2.1 Sơ đồ tác dụng trung hòa điện của chất keo

Ở nước mía có 2 điểm pH làm ngưng tụ chất keo: pH trên dưới 7 và pH trên dưới

11 Điểm pH trước là điểm pH đẳng điện Điểm pH sau là điểm ngưng kết của protein trong môi trường kiềm mạnh Điểm này không gọi là điểm đẳng điện vì lúc đó trong nước mía có đường sa ca roza và lượng vôi nhiều sẽ tạo thành hợp chất có tính hấp phụ protein tạo thành kết tủa

Sản xuất đường theo phương pháp cacbonat hoá có thể lợi dụng 2 điểm ngưng tụ keo Đối với phương pháp sunfit hoá chỉ lợi dụng được một điểm ngưng tụ

2.2.1.2 Làm chuyển hoá đường sacaroza

Khi nước mía ở môi trường axit (pH< 7) sẽ làm chuyển hoá đường sacaroza và tạo thành hỗn hợp đường glucoza và fructoza gọi là phản ứng nghịch đảo:

Keo ưa nước Keo ngưng tụ

Kết tủa Keo không

ưa nước

Mất nước Mất nước

Trung hòa điện

Trang 20

[ ]

12 22 11 2 6 12 6 6 12 6

H

Tốc độ chuyển hoá tăng theo sự tăng nồng độ [_H+ ] trong nước mía, nếu nồng

độ H+ trong nước mía càng lớn thì tốc độ chuyển hoá càng nhanh Mặt khác, các axit khác nhau sẽ làm chuyển hoá sac a roza với tốc độ khác nhau VD: Nếu lấy tốc độ chuyển hoá sacaroza của HCl là 100 thì tốc độ chuyển hoá của các axit khác như ở bảng 2.1

Bảng 2.1 Tốc độ chuyển hoá sacaroza của các axit khác nhau

Tên axit Tốc độ chuyển hoá Tên axit Tốc độ chuyển hoá HCl

Nguồn: TS Trương Thị Minh Hạnh, Giáo trình công nghệ sản xuất đường bánh kẹo, Khoa hóa, ĐH Cần Thơ

Đường bị chuyển hoá không chỉ gây tổn thất đường mà còn giảm độ tinh khiết của mật chè và ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh đường.Sự tồn tại của glucoza và fructoza trong mật cuối là hậu quả của sự chuyển hoá sacaroza

2.2.1.3 Làm phân huỷ sacaroza

Trong môi trường kiềm, dưới tác dụng của nhiệt, đường sacaroza bị phân huỷ Khi pH càng cao, ượng chất phân huỷ càng lớn Sản phẩm phân huỷ của sacaroza rất phức tạp: fufurol, 5-hidroximetyl -fucfurol, metylglioxan, glixeandehyt, dioxiaxeton, axit lactic, axit trioxiglutaric, axit trioxibuteric, axit axetic, axit focmic v v Những sản phẩm đó có thể tiếp tục bị oxi hoá dưới tác dụng của oxi không khí

2.2.1.4 Làm phân huỷ đường khử

Trang 21

Trong nước mía hỗn hợp có chừng 0,3  2,4% đường khử Khi nước mía ở môi trường axit, sự tồn tại của đường khử tương đối ổn định Ở pH = 3 đường khử ổn định nhất Nếu pH của nước mía hay dung dịch đường vượt quá 7 sẽ phát sinh các phản ứng phân huỷ đường khử, sự phân huỷ này dựa vào pH hay nhiệt độ Tốc độ phân huỷ của đường khử trong nước mía tương đối chậm Hình 3.3cho thấy sự phân huỷ đường khử phụ thuộc vào pH khác nhau, khi trị số pH càng cao, tốc đô phân huỷ càng lớn

2.2.1.5 Tách loại các chất không đường

Đối với pH khác nhau, có thể tách loại được các chất không đường khác nhau

Khi pH = 7 -10, các muối vô cơ của Al2O3 , P2O5, SiO2, Fe2O3, MgO dễ bị tách loại trong đó Al2O3, P2O5, SiO2 có thể bị loại hơn 95%, còn Fe2O3, MgO có thể bị loại đến 60%

Khi pH khoảng 7,0, tách loại được 50% chất keo (pentozan)

Khi pH khoảng 5,6 trên 98% protein có thể bị tách loại, nếu vượt quá trị số pH

đó, hiệu quả tách loại rất thấp

Khi chọn pH thích hợp để loại chất không đường, không nên tách loại đơn độc từng chất mà phải xét 1 cách toàn diện để tách loại nhiều chất không đường

Hiệu quả tách loại chất không đường còn phụ thuộc vào giống mía và hiệu quả làm sạch có thể biểu thị bằng hiệu quả loại chất không đường

2.2.2 Tác dụng của nhiệt độ

Phương pháp dùng nhiệt để làm sạch nước mía là một trong những phương pháp quan trọng Để đảm bão chất lượng sản phẩm và nâng cao hiệu suất thu hồi đường cần khống chế điều kiện nhiệt độ

Khống chế nhiệt độ tốt sẽ thu được những tác dụng chính sau:

a) Loại không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt Tăng nhanh các quá trình phản ứng hoá học

Ví dụ: Tạo thành CaSO3 và CaCO3 kết tủa, trong các phương pháp làm sạch

Trang 22

b) Có tác dụng diệt trùng, đề phòng sự lên men axit và sự xâm nhập của vi sinh vật vào nước mía

c) Nhiệt độ tăng cao làm tỉ trọng nước mía giảm, đồng thời làm chất keo ngưng tụ, tăng nhanh tốc độ lắng của các chất kết tủa

Nếu khống chế nhiệt độ không tốt thường gặp các trường hợp không tốt sau:

- Nước mía ở pH = 5  5,5 có tính axit, dưới tác dụng nhiệt, đường sacaroza bị chuyển hoá tăng tổn thất đường

- Nếu thời gian tác dụng nhiệt kéo dài, và ở nhiệt độ cao thường sinh ra hiện tượng caramen hoá ảnh hưởng đến màu sắc của nước mía, làm nước mía có màu sẫm

- Trong NMHH có chứa hàm lượng đường khử nhất định, dưới tác dụng của nhiệt

độ, đặc biệt ở nhiệt độ cao, đường khử bị phân huỷ tạo các chất màu và các axit hữu cơ

- Đun nóng nước mía có tác dụng thuỷ phân vụn mía, sản sinh chất keo

Z = 0,1394 - 0,000649t - 0,00000157t2 Trong đó: Z : độ hòa tan của vôi

Trang 23

Tác dụng của vôi:

- Trung hòa các axit hữu cơ và vô cơ

- Tạo các điểm đẳng điện để ngưng kết các chất keo

- Làm trơ phản ứng axit của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hóa đường

sacaroza

- Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đường, đặc biệt protein, pectin, chất màu

và những axit tạo muối không tan

- Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt đường chuyển hóa, amit Do đó để hạn chế sự phân hủy đường cần có những phương án cho vôi thích hợp: cho vôi

vào nước mía lạnh, cho vôi vào nước mía nóng, cho vôi phân đoạn

- Tác dụng cơ học: Những chất kết tủa được tạo thành có tác dụng kéo theo những

chất lơ lửng và những chất không đường khác

- Sát trùng nưóc mía: Với độ kiềm khi có 0,35% CaO, phần lớn vi sinh vật không

sing trưởng Tuy nhiên có trường hợp phải dùng đến lượng 0,8% CaO

Những phản ứng do tác động của ion Ca2+ thuộc loại phản ứng kết tủa và đông

tụ Ion Ca2+ có thể phản ứng với những anion để tạo ra muối canxi là những chất không tan:

2

Ca  A CaA Trong đó A: anion

Tùy theo độ hòa tan của muối canxi trong nưóc mía, có thể chia làm 3 nhóm như sau:

- Muối canxi không tan: muối cacbonat, oxalat, sunfat hoặc photphat canxi

- Muối canxi khó tan: muối của axit glicolic, glioxilic, malonic, adipic, sucxinic, tricacboxilic và hidroxixitronic

- Muối ccanxi dễ tan như muối Canxi của các axit focnic, propionic, lactic, butiric, glutaric, sacarinic, asfactic và glutamic

Trang 24

Ion OH- từ nước vôi cho vào nước mía có tác dụng trung hòa axit tự do Ion OHtác dụng với ion kim loại tạo thành muối

-2Al3+ + 3[Ca2+ + 2(OH)- = 2Al(OH)3 + 3Ca2+

Mg2+ + Ca2+ + 2(OH)- = 2Mg(OH)2 + Ca2+

Những ion trên tồn tại trong dung dịch ở dạng hidroxit

Nếu trong dung dịch thừa vôi sẽ tạo những phản ứng kiềm và sẽ dẫn đến hàng loạt phản ứng phân hủy

2.2.3.2 Lưu huỳnh đioxit SO 2

SO2 dùng trong sản xuất đường có thể ở dạng khí, lỏng hoặc muối (NaHSO3, Na2SO3, Na2S2O4), và hiện nay thường dùng nhất là dạng khí

SO2 có khả năng giảm pH (mà ở trị số pH thấp hiệu quả tẩy màu tốt hơn) nên khí SO2 tác dụng mạnh hơn NaHSO3 và Na2SO3

Tác dụng của SO 2 :

- Tạo kết tủa CaSO3 có tính hấp phụ :

Khi cho SO2 vào nước mía có vôi dư, phản ứng xảy ra như sau:

Ca(OH)2 + H2SO3 = CaSO3 + 2H2O CaSO3 là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đường, chất màu và chất keo có trong dung dịch

- Làm giảm độ kiềm, độ nhớt của dung dịch:

Nước mía sau khi trung hòa, một phần chất keo bị loại nên làm giảm độ nhớt mật chè Hơn nữa trong nước mía có hàm lượng kali, canxi nhất định Sau khi thông khí SO2 tạo thành canxi sunfit và kali sunfit:

K2CO3 + H2SO3 = K2SO3 + CO2 + H2O CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + CO2 + H2O

Trang 25

Sự thay đổi từ muối K2CO3, CaSO3 thành K2SO3, CaSO3 có ý nghĩa quan trọng Muối cacbonat có khả năng tạo mật lớn và có ảnh hưởng đến màu sắc của dung dịch đường Muối sunfit khả năng tạo mật kém và lại có khả năng làm giảm độ kiềm và độ nhớt của mât chè, có lợi cho thao tác nấu đường và kết tinh, đồng thời hạn chế sự phát triển của sinh vật

- Tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu:

Tẩy màu : SO2 là chất khử có khả năng biến chất màu của nước mía hoặc mật chè thành chất không màu sắc hoặc màu nhạt hơn Có thể biểu diển sự khử theo sơ đồ sau:

SO2 + H2O = H+ + HSO3HSO3- +H2O = HSO4- + H2 Nhưng những chất màu bị khử, dưới tác dụng của oxi không khí lại trở thành chất màu Điều đó giúp ta giải thích được hiện tượng sinh màu trong thời gian bão quản đường thành phẩm sản xuất theo phương pháp SO2 Đối với mật chè và đường non hiện tượng trở lại màu trên không nhiều

-H2SO3 và muối của nó khử màu kém hơn Na2S2O4 vì từ hidrosunfit sản sinh đến

6 nguyên tử hidro

Na2S2O4 = 2Na+ + S2O4S2O42- + 4H2O = 2HSO4- +3H2

2-Ngăn ngừa sự tạo màu:

SO2 không chỉ làm mất màu mà còn ngăn ngừa sự sinh màu, tác dụng này còn quan trọng hơn cả sự khử màu

2.2.3.3 CO 2 (cacbonđioxit)

Khí CO2 được sản xuất từ lò vôi của nhà máy đường Trước khi phản ứng CO2 cần được hòa tan trong nước Do đó về mặt kỹ thuật sự hấp thụ CO2 trong dung dịch kiềm có ý nghĩa quan trọng

Trang 26

Tác dụng của CO 2 đối với qúa trình làm sạch nước mía:

Tạo kết tủa với vôi: Trước hết, CO2 hòa tan trong nước và thủy phân thành axit cacbonic đồng thời CO2 tác dụng với OH- tạo thành HCO3- :

H2CO3 = H+ + HCO3HCO3- = H+ + CO3-2 Ion CO3-2 phản ứng với vôi theo phương trình:

-Ca2+ + CO3-2 = CaCO3 Như vậy khi thông CO2 vào nước mía, CO2 tác dụng với vôi dư tạo chất kết tủa:

CO2 + H2O = H2CO3 CaO + H2O = Ca(OH)2 Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + 2 H2O CaCO3 là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đường cùng kết tủa

Phân ly muối sacarat canxi: Khi cho CO2 vào nước mía, CO2 phân giải muối sacarat thành sacaroza và CaCO3 kết tủa, lúc nhiệt độ tăng đến 70-800 C tác dụng phân hủy tương đối hoàn toàn

C12H22O11 CaO + CO2 = C12H22O11 + CaCO3 C12H22O11.2CaO + 2CO2 = C12H22O11 + 2CaCO3 C12H22O11 3CaO + 3CO2 = C12H22O11 + 3CaCO3 Nếu thông CO2 vào nước mía quá lượng sẽ làm CaCO3 kết tủa thành hòa tan

CaCO3 + CO2 + H2O = Ca(HCO3)2 Muối Ca(HCO3)2 dưới tác dụng nhiệt sẽ tạo thành CaCO3 đóng cặn trong các thiết

bị truyền nhiệt và bốc hơi

Ca(HCO3)2 = CaCO3 + CO2 + H2O

Trang 27

2.2.3.4 P 2 O 5 : (Photphat pentaoxit)

Hàm lượng photphat trong mía là yếu tố rất quan trọng Bản thân cây mía chứa một hàm lượng P2O5 nhất định Lượng P2O5 trong mía phụ thuộc vào điều kiện canh tác, phân bón…

Qua thí nghiệm và thực tế sản xuất, lượng P2O5 có ảnh hưởng nhiều đến hiệu quả làm sạch nhất là đối với sản xuất đường thủ công

Để có hiệu quả làm sạch tốt lượng P2O5 trong nước mía cần 0,3 - 0,5 g/l, nhưng thường trong nước mía ít khi đạt hàm lượng trên nên phải cho thêm vào, thường ở dạng muối super photphat Ca(H2PO4)2 Trong sản xuất đường tinh luyện cho ở dạng axit photphoric

Tác dụng chủ yếu của P 2 O 5 như sau :

P2O5 dạng muối hoặc axit sẽ kết hợp với vôi tạo thành muối photphat canxi kết tủa:

Ca(H2PO4)2 + Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + H3PO4 + H2O Kết tủa Ca3(PO4)2 có tỷ trọng lớn có khả năng hấp phụ chất keo và chất màu cùng kết tủa Chất keo trong nước mía chủ yếu là keo của axit silic, của sắt, nhôm Khi vôi làm sạch nước mía có đủ lượng P2O5 nhất định thì hiệu quả làm sạch tăng lên rõ rệt

Trong sản xuất đường thủ công, tác dụng hấp phụ của Ca3(PO4)2 là yếu tố chủ yếu

để làm sạch nước mía Đối với việc tinh luyện đường vàng (đường thô), dùng axit photphoric để tách chất màu của hợp chất phenol và sắt Trong những thùng lắng đặc biệt có thể tách 20 -40 % chất màu

Trang 28

Chương 3 Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

Chương 3 LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA

ACID 3.1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA PHƯƠNG PHÁP

Phương pháp sunfit hóa còn gọi là phương pháp SO2 vì trong phương pháp này người ta dùng lưu huỳnh dưới dạng khí SO2 để làm sạch nước mía

Phương pháp SO2 có thể chia làm 3 loại:

- Phương pháp sunfit hóa axit

- Phương pháp sunfit hóa kiềm mạnh

- Phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ

Đặc điểm của phương pháp SO2 axit là thông SO2 vào nước mía đến pH axit và thu được sản phẩm đường trắng Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nên được dùng rộng rãi trong sản xuất đường

3.2 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID

Trang 29

Hình 3.1 Sơ đồ công nghệ của phương pháp sulfite hóa acid

3.2.1 Điều kiện công nghệ của phương pháp SO 2

3.2.1.1 Cho vôi sơ bộ

Trang 30

Nhằm mục đích:

- Trung hòa nước mía, hạn chế sự chuyển hóa

- Tạo pH đẳng điện  ngưng kết hệ keo

- Ức chế sự phát triển của vi sinh vật

- Hình thành nhân kết tủa có lợi cho sự tạo thành chất kết tủa

3.2.1.2 Gia nhiệt lần 1

- Làm mất nước của thể keo ưa nước, tăng nhanh quá trình ngưng kết

- Thúc đẩy phản ứng hóa học cho quá trình hấp thụ SO2 sau đó

- Nhiệt độ cao  độ hòa tan của muối trong dung dịch nước mía giảm, sự kết tủa CaSO3, Ca3(PO4)2 hoàn toàn

- Nếu nhiệt độ quá cao làm giảm sự hấp thụ SO2 vào nước mía, ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch

3.2.1.3 Thông SO 2 lần 1

- Tạo một phần kết tủa CaSO3 hấp phụ tạp chất phi đường

- Tẩy màu một phần nước mía

- Tạo pH đẳng điện vùng acid để ngưng kết các chất keo có điểm đẳng điện thấp

3.2.1.4 Trung hóa nước mía

- Để giảm sự chuyển hóa đường khi đưa nước mía sang gia nhiệt 2

- Tạo nhiều kết tủa CaSO3

3.2.1.5 Tác dụng của gia nhiệt 2

- Tiếp tục làm ngưng kết hệ keo

- Nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm  tốc độ lắng tăng

- Nhiệt độ tăng, độ hòa tan CaSO3 giảm  kết tủa càng hoàn toàn

3.2.1.6 Lắng & lọc

Trích các tạp chất phi đường đã kết tủa hoặc hấp phụ vào kết tủa ra khỏi dung dịch nước mía để tăng độ thuần khiết AP  từ đó tăng  tổng thu hồi giảm tổn thất

Tiêu đề	Làm Sạch Nước Mía Bằng Phương Pháp Sulfite Hóa Acid
Người hướng dẫn	ThS Nguyễn Hữu Quyền
Trường học	Trường Đại Học Công Nghiệp Thực Phẩm TP.HCM
Chuyên ngành	Công Nghệ Thực Phẩm
Thể loại	Báo cáo tiểu luận
Năm xuất bản	2013
Thành phố	Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	61
Dung lượng	1,27 MB