Tiểu luận: Công nghệ sản xuất đường pptx

các mức độ tinh khiết hoặc d-ới dạng hình lập ph-ơng nhỏ, đóng bánh, cácmảnh, thỏi nhỏ hoặc là các miếng nhỏ đều đổ khuôn hạt cắt.Ngoài đ-ờng thô và đ-ờng tinh chế kể trên, nhóm này còn

Công nghệ sản xuất đ-ờng

Nhóm thực hiện

A – Lịch sử và nguyên liệu

Đ-ờng có các tính chất vật lý nh- sau :

Chỉ tiêu Yêu cầu

Ngoại

hình Tinh thể màu trắng, kích th-ớc t-ơng đối đồng đều, tơi khô,không vón cụcMùi vị Tinh thể đ-ờng hoặc dung dịch đ-ờng có vị ngọt, không có mùi

vị lạMàu sắc Tinh thể trắng óng ánh Khi pha vào n-ớc cất cho dung dịch

trong suốt

Đ-ờng có ý nghĩa quan trọng đối với dinh d-ỡng của cơ thể con ng-ời

Đ-ờng là hợp phần chính và không thể thiếu đ-ợc trong thức ăn cho ng-ời

Đ-ờng còn là nguyên liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp (CN)hiện nay nh- CN bánh kẹo, đồ hộp, đồ uống, CN lên men, sữa, CN d-ợcphẩm, hóa học v.v Chính vì vậy mà công nghiệp đ-ờng trên thế giới và củan-ớc ta đã không ngừng phát triển

Trên thế giới đ-ờng đ-ợc sản xuất chủ yếu từ hai nguyên liệu chính là mía

và củ cải ở n-ớc ta, mía là nguyên liệu duy nhất để chế biến đ-ờng ăn Mía

đ-ờng là cây trồng có nhiều -u điểm và có giá trị kinh tế cao:

Xét về mặt sinh học:

- Khả năng sinh khối lớn:Trong vòng 10- 12 tháng, 1ha mía có thể cho năngsuất hàng trăm tấn mía cây và một khối l-ợng lớn lá xanh, gốc, rễ để lạitrong đất

- Khả năng tái sinh mạnh: Mía là cây có khả năng để gốc đ-ợc nhiều năm,một lần trồng thu hoạch nhiều vụ Năng suất mía cây ở vụ gốc đầu th-ờngcao hơn vụ mía tơ

- Khả năng thích ứng rộng: Cây mía có thể trồng ở nhiều vùng sinh thái khácnhau, chịu đựng tốt các điêù kiện khắc nghiệt của tự nhiên và môi tr-ờng., đêthích nghi với các trình độ sản xuất và chế biến

Xét về mặt sản phẩm:

Ngoài sản phẩm chính là cây mía nguyên liệu để chế biến đ-ờng, cây míacòn là nguyên liệu hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp của nhiều ngành công nghệpnh- r-ợu cồn, bột giấy, gỗ ép, thức ăn gia súc, phân bón Các sản phẩm phụcủa mía đ-ờng nếu khai thác triệt để , giá trị có thể tăng gấp 3-4 lần giá trịcủa chính phẩm (đ-ờng ăn)

Thµnh phÇn hãa häc cña c©y mÝa :

®-êng

§-êng th« cña mÝa hoÆc cñ c¶i th-êng ë d¹ng tinh thÓ cã mµu n©u, mµu nµy

do cã chÊt bÈn.§-êng mÝa hoÆc ®-êng cñ c¶i tinh chÕ thu ®-îc qua xö lýthªm ®-êng th« Chóng ë d¹ng tinh thÓ mµu tr¾ng ®-îc th-¬ng m¹i ho¸ theo

các mức độ tinh khiết hoặc d-ới dạng hình lập ph-ơng nhỏ, đóng bánh, cácmảnh, thỏi nhỏ hoặc là các miếng nhỏ đều đổ khuôn hạt cắt.Ngoài đ-ờng thô và đ-ờng tinh chế kể trên, nhóm này còn gồm đ-ờng nâutạo thành từ đ-ờng trắng pha thêm với một l-ợng nhỏ n-ớc caramen hoặcn-ớc mật, và đ-ờng phèn tạo thành từ các tinh thể lớn do sự kết tinh chậm

Đ-ờng khác, bao gồm đ-ờng lacto, đ-ờng malto, gluco và flucto tinh khiết

về mặt hoá học, dạng tinh thể, siro đ-ờng ch-a pha thêm h-ơng liệu hoặcchất màu, sản phẩm thay thế mật ong , đã hoặc ch-a pha thêm, mật ong tựnhiên, đ-ờng và n-ớc đ-ờng ch-ng thành caramen.Ngoài ra còn một số loại đ-ờng đ-ợc chế biến từ hoa quả,mật ong …

1 Sự phát triển công nghiệp đ-ờng mía trên thế giới:

ấn Độ là n-ớc đầu tiên trên thế giới sản xuất đ-òng mía Do đó danh từ

đ-ờng có nguồn gốc từ ấn Độ " sankara" Vào khoảng năm 398, ng-ời ấn Độ

và Trung Quốc đã biết chế biến mật thành đ-ờng tinh thể Từ đó phát triểnsang Ba T- , Italia, Bồ Đào Nha, đồng thời đã mở ra ngành CN mới là ngành

CN luyện đ-ờng Đến thế kỷ 16, nhiều nhà máy luyện đ-ờng đã mọc lên ởAnh, Đức, Pháp

Lúc đầu CN đ-ờng rất thô sơ, ép mía bằng 2 trục gỗ đứng, kéo bằng sức kéotrâu bò, lắng bằng vôi, cô đặc ở chảo và kết tinh tự nhiên CN đ-ờng tuy có

từ lâu đời nh-ng bắt đầu từ thế kỷ thứ 19 mới đ-ợc cơ khí hóa từ khi Châu

Âu phát hiện ra củ cải đ-ờng, nhiều thiết bị quan trọng đã đ-ợc phát minh:

- 1867, loại máy ép bằng gang 3 trục nằm ngang kéo bằng máy hơi n-ớc

đ-ợc dùng đầu tiên ở đảo Réunion ở Pháp Sau đó cải tiến ghép nhiều trục ép

và có dùng n-ớc thẩm thấu để nâng cao hiệu suất ép

- 1812, ông Barrnel ng-ời Pháp là ng-ời đầu tiên dùng khí CO2 để bão hòavôi và dùng ph-ơng pháp lọc để loại kết tủa CaCO3 Cũng thế kỷ 19, kỹ s-Tratini ng-ời Italia đã dùng khí SO2 để kết tủa chất không đ-ờng và tẩy màutrong n-ớc mía

- 1813, Howard phát minh nồi bốc hơi chân không một hiệu nên hiệu quảbốc hơi còn thấp

- 1820, máy ép khung bản ra đời

- 1843, Rillieux phát minh hệ bốc hơi nhiều nôi, tiết kiệm đ-ợc hơi dùng

- 1837, Pouzolat phát minh máy li tâm truyền động ở đáy, lấy đ-ờng ở trên,thao tác không thuận tiện Sau đó Bessener phát minh máy li tâm kiểu thùngquay

-1867 Weston cải tiến máy li tâm truyền động ở trên, lấy đ-ờng ở d-ới, hiện

đang đ-ợc dùng phổ biến tại các nhà máy đ-ờng

- 1892, máy ép 3 trục hiện đại đ-ợc dùng ở Mỹ

- 1878 máy sấy thùng quay xuất hiện, 1884 thiết bị trợ tinh ra đời

Trong mấy chục năm nay, kỹ thuật ngành đ-ờng đã phát triển với tốc độnhanh Vấn đề cơ khí hóa, tự động hóa, tin học hóa toàn bộ dây chuyền sảnxuất, các thiết bị trong dây chuyền công nghệ cũng nh- các thiết bị phân tíchhiện đại đã đ-ợc ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy đ-ờng Trong 20 nămqua, kỹ thuật công nghiệp đ-ờng trên TG có nhiều biến đổi quan trọng, bắt

đầu từ thập kỷ 80 và tiếp tục trong nhiều năm 90 Ví dụ:

Thập kỷ 80, Công ty Benghin- Say Pháp và công ty Teron và Eridania của ý

đã nghiên cứuvà phát minh thiết bị, ph-ơng pháp kết tinh chân không liêntục Năm 1982, ngà máy luyện đ-ờng Nantes thực nghiệm thành công, đến

1984 nhà máy Elsdof ( Tây Đức) tiến hành sản xuất và 1985 đã dùng thiết bịkết tinh liên tục của Công ty Fives Cail Babcock ( FCB) để nấu đ-ờng Hiệnnay nhiều thiết bị nấu đ-ờng liên tục của FCB đã đ-ợc dùng trong nhiều nhàmáy đ-ờng trên thế giới

Cùng với sự phát triển của nấu đ-ờng liên tục, các n-ớc Đức, Pháp, ý v.v

đã nghiên cứu thiết bị trợ tinh chân không liên tục Và chính Công tyBenghin- Say Pháp đã thành công trong việc dùng trợ tinh chân không liêntục ở nhà máy đ-ờng luyện Nantes, sau đó ở nhà máy đ-ờng củ cảiSermaize, nhà máy Gol và Bois- Rouge (Pháp), nhà máy đ-ờng Allscoff(Anh) Hiện nay là thiết bị trợ tinh chân không liên tục MET của Công tyBMA, đã làm trọng l-ợng tinh thể đ-ờng non tăng 15-30%

2 Tình hình sản xuất mía đ-ờng ở n-ớc ta:

N-ớc ta là một n-ớc có truyền thống sản xuất đ-ờng từ lâu đời Từ lâu, nhândân ta đã biết dùng những máy ép giản đơn nh- máy ép bằng đá, máy épbằng gỗ dùng sức trâu bò kéo N-ớc mía ép đ-ợc nấu ra nhiều dạng sảnphẩm khác nhau: Mật trầm, đ-ờng phên, đ-ờng thô, đ-ờng cát vàng ở miênTrung, nhân dân ta đã biết dùng lòng trắng trứng, đát bùn, vôi để làmsạch n-ớc mía, sản xuất các loại đ-ờng đặc sản nh- đ-ờng muỗng, đ-ờngphèn, đ-ờng phổi, đ-ờng bông, đ-ờng bát dùng trong n-ớc và xuất khẩu.Trong thời kỳ Pháp thuộc, CN đ-ờng hiện đại của ta hầu nh- không có gì.N-ớc ta chỉ có hai nhà máy đ-ờng hiện đại: Hiệp Hòa (miền Nam) và TuyHòa (miền Trung) CN đ-ờng ở n-ớc ta trong vòng 100 năm vẫn ở trongtình trạng sản xuất thủ công là chủ yếu

Sau ngày hoà bình lập lại, d-ới chế độ xã hội chủ nghĩa, CN đ-ờng hiện đạicủa n-ớc ta mới bắt đầu phát triển ở miền Bắc có các nhà máy đ-ờng hiện

đại nh-: Việt trì, Sông Lam ( 350Tấn mía/ ngày), nhà máy đ-ờng Vạn Điểm(1000tấnmía/ ngày) ở miền nam có các nhà máy đ-ờng nh- Quảng Ngãi,Bình D-ơng (1500tấn mía/ ngày), Phan Rang (350tấn mía/ ngày), và hai nhàmáy luyện đ-ờng Khánh Hội (150 tấn đ-ờng thô/ngày), Biên Hòa (200 tấnmía/ngày) Sau này mới xây dựng thêm các nhà máy nh- La Ngà (2000 tấnmía/ ngày).v v

Tính đến thời điểm vụ mía 1997- 1998 cả n-ớc có trên 250.000ha mía tănghơn 67% so với năm 1994 và đạt sản l-ợng 11,5 triệu tấn mía cây.

Về công nghiệp chế biến:

Năm 1994 cả n-ớc mới có 12 nhà máy đ-ờng cơ giới chế biến khoảng 20%sản l-ợng mía cây, phần còn lại chế biến bán cơ giới và thủ công, hiệu suấtthu hồi thấp

Thực hiện ch-ơng trình 1triệu tấn đ-ờng vào năm 2000 của chính phủ, đến

vụ mía 1997-1998, cả n-ớc đã có 35 nhà máy đ-ờng hoạt động với tổngcông suất ép 50.800 tấn, tăn gâp 5 lần so với năm 1994 Cùng với các cơ sởchế biến bán cơ giới và thủ công, tổng sản l-ợng chung cả n-ớc năm đó đạt552.000 tấn Vào năm 2000 thì cả n-ớc đã có 50 nhà máy đ-ờng mía hiện

đại ( trong đó có 4 nhà máy mở rộng công suất) đ-a tổng công suất ép lên93.500 tấn mía / ngày d-ới nhiều hình thức đầu t- nh- liên doanh hay 100%vốn n-ớc ngoài

Các nhà máy đ-ờng của n-ớc ta

Tên nhà máy Côngsuất

(tấnmía/

ngày)

Tên nhà máy Côngsuất

(tấn mía/ngày)

ĐĂK LĂKNINH HòADIÊN KHáNHCAM RANH

ĐứC TRọNGNINH THUậN - ấN ĐộPHAN RANG

NINH THUậNBìNH PHƯớC

LA NGàTRị ANBìNH DƯƠNGNƯớC TRONGTÂY NINH - PHáPTHÔ TÂY NINHHIệP HòA

LONG AN - ấN ĐộBếN TRE

100012504003000250025003501000200020001000200090080002500200035001000

NAM QUảNG NGãI

TRà VINH - ấN ĐộSóC TRĂNG

PHụNG HIệP

Vị THANHKIÊN GIANGTHớI BìNHVạN ĐIểM (đ-ờng luyện)BIÊN HòA (đ-ờng luyện)KHáNH HộI (đ-ờng luyện)

250010001250100010001000200300180

ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình làm đ-ờng đ-ợc chia làmcác giai đoạn nhỏ nh- sau:

- Vận chuyển, cấp mía vào máy ép

- Xử lí mía tr-ớc khi ép

- ép dập

- ép kiệt nhiều lần

1.1 Vận chuyển và cấp mía vào máy ép:

Mía đ-ợc vận chuyển từ ruộng mía về bằng hệ thống đ-ờng sắt, đ-ờngthuỷ hoặc đ-ờng bộ đ-ợc tập kết trên bãi rộng Mía từ bãi đ-ợc chuyển dầnvào để ép Thông th-ờng sử dụng các ph-ơng tiện sau đây: cần cẩu hoặc cầucẩu, xe goòng, băng xã mía, máy cào và băng chuyền mía

1.2 Xử lí cây mía tr-ớc khi ép:

Vỏ mía có lớp sáp, phấn Cây mía cong, thẳng, dài ngắn khác nhau Chonên cần xử lí sơ bộ tr-ớc khi ép Sau xử lí, tính chất vật lí của mía thay đổi

Tế bào mía bị phá vỡ, mía bị băm thành những sợi dài thích hợp cho vấn đề

ép mía Vậy mục đích của giai đoạn này là xử lý tr-ớc khi đ-a vào máy ép đểtạo điều kiện ép dễ dàng, nâng cao nâng suất và hiệu suất của công đoạn ép.Các thiết bị xử lí sơ bộ th-ờng dùng là: Máy san bằng, máy băm, máy

đánh tơi

1.2 1 Máy san bằng:

Máy dùng để san đều lớp mía vừa đổ xuống băng Gồm 1 trục quay có

từ 24 - 32 cánh cong đ-ợc lắp trên đoạn băng ở đoạn bằng, quay ng-ợc chiềuvới chiều băng mía đi Tốc độ quay 40 - 50 vòng/phút Tác dụng của thiết bịnày không lớn lắm, công suất tiêu hao nhiều nên hiện nay các nhà máy

đ-ờng hiện đại ít dùng

1.2.2 Máy băm mía:

Máy băm mía không thể thiếu đ-ợc trong nhà máy Đ-ờng hiện đại Hiệnnay các dao băm th-ờng đ-ợc điều khiển bởi 2 môtơ: Môtơ điện và tua binhơi

Máy băm mía điều khiển bằng môtơ điện

Máy băm cây mía thành những mảnh nhỏ.phá vỡ các tế bào mía, san míathành lớp dày ổn định trên băng, nâng cao mật độ mía trên băng từ 125 - 150Kg/m3lên đến 250 - 300kg/m3

Tác dụng chính:

- Nâng cao năng suất ép do san mía thành lớp dày đồng đều, mía dễ

đ-ợc kéo vào máy ép không bị tr-ợt, nghẹt

- Nâng cao hiệu suất ép, do vỏ cứng đã đ-ợc xẻ nhỏ, tế bào mía bị phá

vỡ, lực ép đ-ợc phân bố đều trên mọi điểm nên máy ép làm việc ổn định vàluôn đầy tải, n-ớc mía chảy ra dễ dàng

* Số l-ợng dao băm và ph-ơng cách lắp đặt các dao băm:

Hiện nay số l-ợng máy băm th-ờng không quá hai máy L-ợng éptăng nh-ng không tăng tỉ lệ thuận với số máy băm Một dao băm duy nhấtkhó có thể băm tốt hết bề dày lớp mía và băm vụn mía đ-ợc Theo nghiên

cứu của Hugot, công suất t-ơng đối của các hề thống ép có số dao băm khácnhau nh- trong bảng.

Công suất t-ơng đối của các hề thống ép có số dao băm khác nhau

Không có daobăm Có 1 dao băm Có 2 dao bămCông suất t-ơng

Nếu hệ thống có 2 dao băm thì th-ờng lắp đạt nh- sơ đồ d-ới

Cách lắp đặt hai dao băm 1.2.3 Máy đánh tơi:

Sau khi qua máy băm mía thành lớp, còn nhiều cây mía ch-a đ-ợc bămnhỏ, cần đ-ợc qua máy đánh tơi để xé và đánh tơi ra để mía vào máy ép dễdàng hơn, hiệu suất ép tăng lên Nếu dùng máy đánh tơi, hiệu suất ép mía cóthể tăng lên 1% Nó làm tơi mía, nh-ng không có tác dụng trích li n-ớc mía.Máy đánh tơi dùng đầu tiên trên thế giới do Fiske phát minh vào năm

1886 Hiện nay trên thế giới dùng các máy đánh tơi:

- Kiểu búa ( Gruendler)

- Kiểu đĩa

- Kiểu searby

+ Máy đánh tơi kiểu searby :

Hiệu suất tăng 2,5 % với hệ máy ép 11 trục

1,25% với hệ máy ép 14 trục10% với hệ máy ép 15 trục

Hiệu suất trích li nứoc mía:

Có máy đánh tơi Không có máy đánh tơi

Hiệu suất trich li(%) 93,55 92,25

Điều kiện thí nghiệm:

1 bộ ép dập : 1066,8  2209,8 mm

4 bộ ép nát : 914,4 x 2132,6mm

+ Máy đánh tơi kiểu búa: Đ-ợc sử dụng ở nhà máy đ-ờng Quảng Ngãi

và Bình D-ơng và đ-ợc dùng phổ biến nhất hiện nay Đây là một dạng máy

đập bằng các búa xoay, lắp thành hàng song song xung quanh trục quaybằng thép, đặt trong vỏ máy hình trụ, mặt cắt ngang hình máng Bên s-ờntrong của vỏ có gắn nhiều miếng sắt dọc theo thân máy và đ-ợc coi là cáctấm kê của búa đập Mía đi vào cửa trên của máy và ra ở cửa d-ới Búa đậpquay với tốc độ khoảng 1200 vòng/phút, theo chiều chuyển động của mía.Khi lắp một máy đánh tơi kiểu búa, tỉ lệ tế bào mía bị xé là 85% Nếu dùnghai máy, tỉ lệ này tăng lên 95% Đối với dàn ép, th-ờng dùng một máy

Máy đánh tơi kiểu búa lắc

+ Máy đánh tơi kiểu đĩa: Kiểu này gồm hai trục ghép lại bởi nhiều đĩa răng

c-a hình nón, lắp từng đôi một úp vào nhau Hai trục quay tốc độ khác nhau,

do đó mía sẽ bị xé tơi

Máy đánh tơi kiểu đĩa

1.2.4 Máy ép dập:

ép dập vùa có tác dụng lấy n-ớc mía, vừa làm cho mía dập vụn hơn, thunhỏ thể tích lớp mía để cho hệ thống máy ép sau làm việc ổn định, tăng năngsuất ép, tăng hiệu suất ép và giảm bớt công suất tiêu hao

Vì vậy máy ép dập có các đặc tính:

Mặt trục cần có răng để kéo mía

Mặt trục có tác dụng vừa làm dập, vừa đánh tơi và ép

Tốc độ máy ép dập phải lớn hơn tốc độ máy ép phía sau.Th-ờng lớnhơn 20% để thực hiện việc cung cấp mía Nếu 2 tốc độ bằng nhau thì việccung cấp mía không đều

Phân loại: Về cấu tạo, máy ép dập có nhiều loại nh-ng phổ biến nhất là 2

loại:

- Loại cấu tạo răng chữ nhân ( Krajewski)

- Loaị cấu tạo răng chữ V ( Fulton)

Trục ép dập kiểu Krajewski có những rãnh dày cong hình chữ Z dọc theochiều dài trục cách đều nhau 15 cm Mỗi trục có 15 hàng, mỗi hàng 5 -7 chữ

- Chữ V dùng 3 trục có lắp tấm dẫn mía

- Chữ nhân dùng 2 trục không lắp tấm dẫn mía

- Khi không có máy băm, mía vào cả cây, dùng chữ nhân kéo mía tốt hơnchữ V

Nếu có máy băm mía thì dùng chữ V tốt hơn, kéo và thoát mía dễ dàng

Trục ép dập kiểu Fulton

So sánh về hiệu suất ép của 2 loại máy:

Loại máy ép dập Hiệu suất ép (%)

ép dập 2 trục ( chữ nhân) 40 - 50

ép dập 2 trục ( chữ V) 45 - 55

2 bộ ép dập ( 4 trục) 60 - 70

Tr-ớc đây máy ép dập th-ờng dùng 2 trục, hiện nay dùng 3 trục, thậm chí

2 bộ trục để nâng cao năng suất và hiệu suất nh-ng hiệu quả không lớn vìth-ờng ng-ời ta có dùng máy băm Do đó các nhà máy đ-ờng th-ờng khôngdùng quá 2 bộ ép dập

1.2.4 ép kiệt nhiều lần:

vì ở bộ ép dập chỉ ép ra 1 l-ợng n-ớc mía nh- sau:

- ép dập 2 trục : 45 - 55 % n-ớc mía có trong cây mía

- ép dập 3 trục : 65 - 75% n-ớc mía trong cây mía

Trong quá trình tiến bộ kĩ thuật, ph-ơng pháp ép thay đổi từ ép khô đến ép

có phun n-ớc thẩm thấu hoặc kết hợp ép và ngâm khuếch tán Các loại máy

ép sau n-ớc đ-ờng loãng đó lấy ra.Và làm nh- vậy tới khi đ-ờng đ-ợc lấy

ra tới mức cao nhất

 Các ph-ơng pháp thẩm thấu:

-Thẩm thấu đơn: Chỉ dùng n-ớc thẩm thấu 1 lần, 2 lần, 3 lần

-Thẩm thấu kép: vừa phun n-ớc lã vừa sử dụng lại các loại n-ớc mía

loãng để làm n-ớc phun vào bã của các máy tr-ớc dựa trên nguyên tắc N-ớcnhiều đ-ờng phun vào bã chứa nhiều đ-ờng, n-ớc ít đ-ờng phun vào bã chứa

ít đ-ờng (hình d-ới)

ở nhiệt độ cao bã mía bị tr-ơng nở nhiều, thể tích bã tăng nên l-ợng bã

đi vào máy ép lớn

- Thời gian thẩm thấu:

Bã mía có tính đàn hồi nên sau khi tế bào mía bị phá vỡ, n-ớc mía thoát

ra tạo thành những lỗ hổng ở trạng thái không cân bằng Nếu thẩm thấuchậm, không khí lọt vào khó ép Do đó cần thẩm thấu ngay sau khi n-ớcmía ra khỏi máy ép

2 Lấy n-ớc mía bằng ph-ơng pháp khuếch tán:

Khuếch tán là một hiện t-ợng trong đó hai dung dịch có nồng độ khácnhau tập trung lại sát bên nhau, hoặc chẳng hạn chỉ cách nhau bởi mộtmàng mỏng, tự trao đổi với nhau bằng thẩm thấu xuyên qua màng mỏng

ấy Nếu là hai dung dịch cùng một chất thì sự trao đổi kéo dài cho đến khicả hai bên màng mỏng nồng độ bằng nhau

ở nhà máy đ-ờng, khuếch tán là hiện t-ợng trong đó những tế bào củamía ngâm vào trong n-ớc hay trong một dung dịch có nồng độ đ-ờng thấphơn nồng độ đ-ờng của mía, nh-ờng lại cho n-ớc hay cho dung dịch đómột phần hay tổng l-ợng đ-ờng có trong đo

Ph-ơng pháp khuếch tán đ-ợc dùng nhiều năm trong tất cả các nhàmáy đ-ờng củ cải Đối với mía thì ph-ơng pháp này mới đ-ợc dùng gần

đây Sau thế chiến I, nhờ thành công trong việc nghiên cứu thiết bị khuếch

tán liên lạc, có tác dụng thúc đẩy việc nghiên cứu hệ khuếch tán mía Từ

năm 1950 trở lại đây, nhiều thiết bị khuếch tán đã đ-ợc dùng cho mía

Tuy nhiên việc khuếch tán củ cải và mía không hòan toàn giống nhau ở

nhà máy đ-ờng củ cải chỉ cần dùng thiết bị khuếch tán là đủ, nh-ng mía,

do tính chất của mía, cần phải dùng 1 số máy ép để xử lí tr-ớc và sau

khuếch tán Qua thí nghiệm, thấy rằng khi cắt lát má và củ cải thành từng

lát có kích th-ớc t-ơng tự và ngâm trong n-ớc có nhiệt độ 750C, thì thời

gian khuếch tán của lát mía so với lát củ cải tăng gấp ba lần Vì vậy, cần

phải có dao băm mía, máy ép dập, máy đánh tơi v.v để phá vỡ tế bào mía,

ép một phần n-ớc mía, sau đó dùng thiết bị khuêch tán để lấy phần n-ớc

mía còn lại

Nh- vậy, thiết bị khuếch tán chỉ thay thế mấy bộ trục ép ở giữa công

đoạn ép nên có thể coi đó là ph-ơng pháp kết hợp giữa ép và khuếc

Thiết bị lắng

Bùn Thiết bị lọc

Khuếch tán

N-ớc mía

hỗn hợp

N-ớc mới

2.1.2 Sơ đồ 2: Không trích ly tr-ớc và không xử lý n-ớc ép

Không trích ly tr-ớc và không xử lý n-ớc ép.

2.2.3 Sơ đồ 3: Không trích ly tr-ớc và có xử lý n-ớc ép.

Sơ đồ 3không trích ly tr-ớc và có xử lý n-ớc ép đ-ợc trình bày trênhình

Đun nóng và cho vôi

Thiết bị khuếch tán

N-ớc khuếch tán

N-ớc mới N-ớc ép

N-ớc mía hỗn hợp

Mía Máy băm mía Thiết bị đánh tơi

N-ớc ép

Tách n-ớc từ

Đun nóng và cho vôi

Không trích ly tr-ớc và có xử lý n-ớc ép.

2.4 So sánh ph-ơng pháp ép và khuếch tán:

+ Hiệu suất ép : Hệ máy ép cồng kềnh, tiêu hao năng l-ợng lớn và công

suất lớn Ph-ơng pháp ép không thể lấy hoàn toàn n-ớc mía trong cây mía

trình ép, bã mía có khả năng hút lại những phần n-ớc mía đã ép lại

Hiệu suất ép chỉ đạt 97%

Hiệu suất lấy n-ớc mía bằng ph-ơng pháp khuếch tán đạt 98  99%

+ Về tổng hiệu suất thu hồi đ-ờng: Qua nghiên cứu tổng hiệu suất thu hồi

đ-ờng 2 ph-ơng pháp trên ở một số n-ớc nh- Péru, Nam Phi v v ng-ời

ta kết luận: Hiệu suất thu hồi đ-ờng bằng ph-ơng pháp khuếch tán tốt hơnph-ơng pháp ép

+ Về tiêu hao năng l-ợng :

Theo tài liệu Ai Cập, năng l-ợng tiêu hao cho 1 hệ khuếch tán 2000tấn/mía ngày là 132.480W Với công suất trên, tiêu hao năng l-ợng cho bộmáy ép phải là 438.160W Do đó dùng ph-ơng pháp khuếch tán tiết kiệm

đ-ợc 305.680W

Theo Bairov, 1 phân x-ởng ép có 18 trục, nếu thay một thiết bị khuếchtán có thể giảm đ-ợc 9 trục Hiệu suất lấy đ-ờng cao hơn, cứ 100kg míatăng đ-ợc 0,5kg đ-ờng thu hồi

Một nhà máy đ-ờng năng suất 4000tấn mía/ngày Nếu tăng thêm 2thiết bị khuếch tán thì có thể xử lí 8000 tấn mía/ngày mà công suất chỉ cầntăng không quá 515.400 W

+ Vốn đầu t-:

Theo tài liệu của công ty BMA (Đức), vốn đầu t- của nhá máy đ-ờngdùng ph-ơng pháp khuếch tán với công suất 500 tấn mía/ngày có thể giảm30% vốn đầu t- so với nhà máy đ-ờng dùng ph-ơng pháp ép

So sánh vốn đầu t- của nhà máy 1500 tấn/ngày theo ph-ơng phápkhuếch tán so với ph-ơng pháp ép:

- Hiệu suất lấy đ-ờng tăng 2,5%

- Tổng thu hồi đ-ờng tăng 1,24%

- Tỉ lệ đ-ờng thành phẩm trên mía tăng 0,61%

- Số l-ợng đ-ờng tăng trong 1 vụ là 32.635tấn/vụ

- Chi phí vốn đầu t- giảm 3-5% tức là 129.462 đôla

- Tiết kiệm điện và nhiệt 30%

- Tiết kiệm lao động 50%, tiết kiệm bao bì 50%

+ Tồn tại của 2 ph-ơng pháp:

Ph-ơng pháp khuếch tán:

- Tăng nhiên liệu dùng cho bốc hơi

- Tăng chất không đ-ờng trong n-ớc mía hỗn hợp, do đó tăng tổn thất

đ-ờng trong mật cuối

Ph-ơng pháp ép:

- Trục ép là thiết bị thô kệch nặng nề Lõi trục ép làm bằng thép hợp kim

đắt tiền Giá tiền chế tạo, sửa chữa, bão d-ỡng nhiều

- Tiêu hao nhiều năng l-ợng

- Tổng hiệu suất thu hồi ít

Từ những so sánh trên cho thấy ph-ơng pháp khuếch tán có nhiều -u điểmhơn so với ph-ơng pháp ép

II - LàM SạCH NƯớC MíA

1 Mục đích của làm sạch n-ớc mía:

- Loại tối đa chất không đ-ờng ra khỏi n-ớc mía hỗn hợp đặc biệt lànhững chất có hoạt tính bề mặt và chất keo

- Trung hoà n-ớc mía hỗn hợp

- Loại tất cả những chất rắn dạng lơ lửng trong n-ớc mía

2 Cơ sở lí thuyết của làm sạch n-ớc mía:

2.1 Tác dụng của pH:

N-ớc 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 cácchất không đ-ờng trong n-ớc mía và có ảnh h-ởng rất lớn đến hiệu quả làmsạch

Việc thay đổi pH có tác dụng sau:

2.1.1 Ng-ng kết chất keo:

Chất keo trong n-ớc mía chia làm 2 loại : keo thuận nghịch và keokhông thuận nghịch Keo không thuận nghịch là keo khi đã bị ng-ng tụ (ví

dụ, d-ới tác dụng của nhiệt), nếu thay đổi điều kiện của môi tr-ờng không

có khả năng trở lại trạng thái keo ban đầu Keo thuận nghịch là keo khi đã

bị ng-ng tụ nh-ng nếu thay đổi điều kiện môi tr-ờng, có khả năng trở lạitrạng thái ban đầu

Trong NMHH tồn tại 2 loại keo: keo -a n-ớc và keo không -a n-ớc

Đa số keo trong n-ớc mía đều có tính -a n-ớc, mức độ -a n-ớc của chúngcũng khác nhau D-ới tác dụng của vi sinh vật, trong n-ớc mía sản sinh cácloại keo có tính nhớt và -a n-ớc nh- glucozan và levulozan

Keo tồn tại trong n-ớc mía và ở trang thái ổn định khi keo mang điệntích hoặc có lớp n-ớc bao bọc bên ngoài Nếu vì 1 nguyên nhân nào đó,keo mất các tính chất trên và sẽ bị ng-ng kết

Để ng-ng kết keo, th-ờng cho vào n-ớc mía những chất điện li để thay

đổi pH của môi tr-ờng D-ới 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 ng-ng kết ở trị số pH làm chất keo ng-ng 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 )

ở pH đẳng điện, đối với keo -a n-ớcvà không -a n-ớc, sản sinh tácdụng trung hoà điện theo sơ đồ sau:

Sơ đồ tác dụng trung hoà điện của chất keo

ở n-ớc mía có 2 điểm pH làm ng-ng tụ chất keo: pH trên d-ới 7 và pHtrên d-ới 11 Điểm pH tr-ớc là điểm pH đẳng điện Điểm pH sau là điểmng-ng kết của protein trong môi tr-ờng kiềm mạnh Điểm này không gọi là

điểm đẳng điện vì lúc đó trong n-ớc mía có đ-ờng sa ca roza và l-ợng vôinhiều sẽ tạo thành hợp chất có tính hấp phụ protein tạo thành kết tủa

Sản xuất đ-ờng theo ph-ơng pháp cacbonat hoá có thể lợi dụng 2 điểmng-ng tụ keo Đối với ph-ơng pháp sunfit hoá chỉ lợi dụng đ-ợc một điểmng-ng tụ

2.1.2 Làm chuyển hoá đ-ờng sacaroza:

Khi n-ớc mía ở môi tr-ờng axit (pH< 7) sẽ làm chuyển hoá đ-ờngsacaroza và tạo thành hỗn hợp đ-ờng glucoza và fructoza gọi là phản ứngnghịch đảo:

[H+]

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Tốc độ chuyển hoá tăng theo sự tăng nồng độ [_H+ ] trong n-ớc mía,nếu nồng độ H+trong n-ớc 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

Keo -a n-ớc Keo ng-ng tụ

Kết tủa Keo không

-a n-ớc

Mất n-ớc Mất n-ớc

Trung hòa điện

nhau VD: Nếu lấy tốc độ chuyển hoá sacaroza của HCl là 100 thì tốc độchuyển hoá của các axit khác nh- ở bảng 3.1

Bảng 3.1 Tốc độ chuyển hoá sacaroza của các axit khác nhau

Tốc độ chuyển hoá sacaroza còn phụ thuộc vào nồng độ đ-ờng, nhiệt

độ và thời gian Khi nồng độ đ-ờng, nhiệt độ và thời gian tăng thì tốc độchuyển hoá tăng

2.1.3 Làm phân huỷ sacaroza:

Trong môi tr-ờng kiềm, d-ới tác dụng của nhiệt, đ-ờng sacaroza bịphân huỷ Khi pH càng cao, -ợng chất phân huỷ càng lớn Sản phẩm phânhuỷ của sacaroza rất phức tạp: fufurol, 5-hidroximetyl -fucfurol,metylglioxan, glixeandehyt, dioxiaxeton, axit lactic, axit trioxiglutaric, axittrioxibuteric, axit axetic, axit focmic v v Những sản phẩm đó có thể tiếptục bị oxi hoá d-ới tác dụng của oxi không khí

pH khác nhau, khi trị số pH càng cao, tốc đô phân huỷ càng lớn

2.1.5 Tách loại các chất không đ-ờng:

Đối với pH khác nhau, có thể tách loại đ-ợc các chất không đ-ờngkhác nhau

Hình d-ới cho thấy quan hệ giữa hiệu suất tách loại chất không đ-ờng

ở các pH 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 đ-ợc 50% chất keo (pentozan)

Khi pH khoảng 5,6 trên 98% protein có thể bị tách loại, nếu v-ợt quátrị số pH đó, hiệu quả tách loại rất thấp.

Khi chọn pH thích hợp để loại chất không đ-ờng, không nên tách loại

đơn độc từng chất mà phải xét 1 cách toàn diện để tách loại nhiều chấtkhông đ-ờng

Hiệu quả tách loại chất không đ-ờng còn phụ thuộc vào giống mía vàhiệu quả làm sạch có thể biểu thị bằng hiệu quả loại chất không đ-ờng

2.2 Tác dụng của nhiệt độ:

Ph-ơng pháp dùng nhiệt để làm sạch n-ớc mía là một trong nhữngph-ơng pháp quan trọng Để đảm bão chất l-ợng sản phẩm và nâng caohiệu suất thu hồi đ-ờng cần khống chế điều kiện nhiệt độ

Khống chế nhiệt độ tốt sẽ thu đ-ợc những tác dụng chính sau:

a Loại không khí trong n-ớc mía, giảm bớt sự tạo bọt Tăng nhanh cácquá trình phản ứng hoá học

Ví dụ: Tạo thành CaSO3 và CaCO3 kết tủa, trong các ph-ơng pháp làmsạch

b Có tác dụng diệt trùng, đề phòng sự lên men axit và sự xâm nhập của visinh vật vào n-ớc mía

c Nhiệt độ tăng cao làm tỉ trọng n-ớc mía giảm, đồng thời làm chất keong-ng tụ, tăng nhanh tốc độ lắng của các chất kết tủa

Nếu khống chế nhiệt độ không tốt th-ờng gặp các tr-ờng hợp không tốtsau:

+ N-ớc mía ở pH = 5  5,5 có tính axit, d-ới tác dụng nhiệt, đ-ờngsacaroza bị chuyển hoá tăng tổn thất đ-ờng

+ Nếu thời gian tác dụng nhiệt kéo dài, và ở nhiệt độ cao th-ờng sinh rahiện t-ợng caramen hoá ảnh h-ởng đến màu sắc của n-ớc mía, làmn-ớc mía có màu sẫm

+ Trong NMHH có chứa hàm l-ợng đ-ờng khử nhất định, d-ới tác dụngcủa nhiệt độ, đặc biệt ở nhiệt độ cao, đ-ờng khử bị phân huỷ tạo các chấtmàu và các axit hữu cơ

+ Đun nóng n-ớc mía có tác dụng thuỷ phân vụn mía, sản sinh chấtkeo

2.3 Tác dụng của các chất điện ly

Z = 0,1394 - 0,000649t - 0,00000157t2

Trong đó: Z : độ hòa tan của vôi

Tác dụng của vôi

- Trung hòa các axit hữu cơ và vô cơ

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

- Làm trơ phản ứng axit của n-ớc mía hỗn hợp và ngăn ngừa sựchuyển hóa đ-ờng sacaroza

- Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đ-ờng, đặc biệt protein,pectin, chất màu và những axit tạo muối không tan

- Phân hủy một số chất không đ-ờng, đặc biệt đ-ờng chuyển hóa,amit Do đó để hạn chế sự phân hủy đ-ờng cần có những ph-ơng án cho vôithích hợp: cho vôi vào n-ớc mía lạnh, cho vôi vào n-ớc mía nóng, cho vôiphân đoạn

- Tác dụng cơ học: Những chất kết tủa đ-ợc tạo thành có tác dụng kéotheo những chất lơ lửng và những chất không đ-ờng khác

- Sát trùng n-óc mía: Với độ kiềm khi có 0,35% CaO, phần lớn vi sinhvật không sing tr-ởng Tuy nhiên có tr-ờng hợp phải dùng đến l-ợng 0,8%CaO

* Tác dụng của ion Ca 2+

- Những phản ứng do tác động của ion Ca2+ thuộc loại phản ứng kếttủa và đông tụ Ion Ca2+ có thể phản ứng với những anion để tạo ra muốicanxi là những chất không tan:

Ca2+ + 2A- = CaA2Trong đó A: anion

Tùy theo độ hòa tan của muối canxi trong n-óc mía, có thể chia làm 3nhóm nh- sau:

Muối canxi không tan: muối cacbonat, oxalat, sunfat hoặc photphatcanxi

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

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

Ion OH- từ n-ớc vôi cho vào n-ớc mía có tác dụng trung hòa axit tự

do Ion OH-tác 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

2.3.2 L-u huỳnh đioxit SO 2

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

SO2 có khả năng giảm pH (mà ở trị số pH thấp hiệu quả tẩy màu tốthơn) nên khí SO2tác dụng mạnh hơn NaHSO3 và Na2SO3

Tác dụng của SO 2:

- Tạo kết tủa CaSO3 có tính hấp phụ :

Khi cho SO2vào n-ớc mía có vôi d-, phản ứng xảy ra nh- sau:

Ca(OH)2 + H2SO3= CaSO3+ 2H2O CaSO3là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đ-ờng, chấtmàu và chất keo có trong dung dịch

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

N-ớc mía sau khi trung hòa, một phần chất keo bị loại nên làm giảm

độ nhớt mật chè Hơn nữa trong n-ớc mía có hàm l-ợng kali, canxi nhất

định Sau khi thông khí SO2tạo thành canxi sunfit và kali sunfit:

K2CO3+ H2SO3 = K2SO3+ CO2+ H2OCaCO3+ H2SO3= CaSO3+ CO2+ H2O

Sự thay đổi từ muối K2CO3, CaSO3 thành K2SO3, CaSO3 có ý nghĩaquan trọng Muối cacbonat có khả năng tạo mật lớn và có ảnh h-ởng đếnmàu sắc của dung dịch đ-ờng Muối sunfit khả năng tạo mật kém và lại cókhả năng làm giảm độ kiềm và độ nhớt của mât chè, có lợi cho thao tác nấu

đ-ờng 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 n-ớc mía hoặcmật chè thành chất không màu sắc hoặc màu nhạt hơn Có thể biểu diển sựkhử theo sơ đồ sau:

SO2 + H2O = H+ + HSO3

-HSO3- +H2O = HSO4- + H2

Chất màu Chất không màuNh-ng những chất màu bị khử, d-ới tác dụng của oxi không khí lại trởthành chất màu Điều đó giúp ta giải thích đ-ợc hiện t-ợng sinh màu trongthời gian bão quản đ-ờng thành phẩm sản xuất theo ph-ơng pháp SO2 Đốivới mật chè và đ-ờng non hiện t-ợng trở lại màu trên không nhiều

H2SO3 và muối của nó khử màu kém hơn Na2S2O4vì từ hidrosunfit sảnsinh đến 6 nguyên tử hidro :

C = C + H2 = H

-C - -C -H

Na2S2O4 = 2Na+ + S2O4

2-S2O42-+ 4H2O = 2HSO4- +3H2

Ngăn ngừa sự tạo màu:

SO2 không chỉ làm mất màu mà còn ngăn ngừa sự sinh màu, tác dụngnày còn quan trọng hơn cả sự khử màu Cơ chế ngăn ngừa tạo màu là baovây nhóm cacbonyl theo sơ đồ sau:

Nhờ vậy ngăn ngừa đ-ợc khả năng tạo màu Melanoidin

SO2 còn là chât xúc tác chống oxi hóa, nó ngăn chặn ảnh h-ởng khôngtốt của oxi không khí (O2không khí chỉ phát huy tác dụng khi có chất xúctác nh- khi có mặt Fe2+, Fe3+, Cu2+) SO2 khử Fe3+ thành Fe2+ Khi thông

SO2 có tác dụng khử ion sắt

- Làm cho CaSO3kết tủa tạo thành chất tan

Tính chất của CaSO3không tan trong n-ớc nh-ng tan trong H2SO3 Do

đó nếu cho SO2quá l-ợng có thể làm CaSO3 kết tủa thành hòa tan

CaSO3 + SO2 + H2O = Ca(HSO3)2T-ơng tự: K2SO3 + SO2+ H2O = 2KHSO3

D-ới tác dụng của nhiệt độ cao, Ca(HSO3)2 có thể phân giải thànhCaSO3 kết tủa tạo thành chất đóng cặn trong thiết bị truyền nhiệt và bốc hơi

Ca(HSO3)2 = CaSO3+ SO2 + H2O

2.3.3 CO 2 (cacbonđioxit):

Khí CO2 đ-ợc sản xuất từ lò vôi của nhà máy đ-ờng Tr-ớc khi phảnứng CO2 cần đ-ợc hòa tan trong n-ớc Do đó về mặt kỹ thuật sự hấp thụ CO2trong dung dịch kiềm có ý nghĩa quan trọng

Tác dụng của CO 2 đối với qúa trình làm sạch n-ớc mía.

- Tạo kết tủa với vôi: Tr-ớc hết, CO2 hòa tan trong n-ớc và thủy phân thànhaxit cacbonic đồng thời CO2 tác dụng với OH-tạo thành HCO3- :

H2CO3 = H++ HCO3

-HCO3- = H++ CO3-2

Ion CO3-2 phản ứng với vôi theo ph-ơng trình

Ca2++ CO3-2= CaCO3Nh- vậy khi thông CO2vào n-ớc mía, CO2tác dụng với vôi d- tạo chấtkết tủa:

CO2 + H2O = H2CO3CaO + H2O = Ca(OH)2Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3+ 2 H2OCaCO3 là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đ-ờngcùng kết tủa

C = O + H2O + SO2

= C

HSO 3

OH

- Phân ly muối sacarat canxi: Khi cho CO2 vào n-ớc mía, CO2 phân giảimuối sacarat thành sacaroza và CaCO3 kết tủa, lúc nhiệt độ tăng đến 70-800

C tác dụng phân hủy t-ơng đối hoàn toàn

C12H22O11 CaO + CO2 = C12H22O11+ CaCO3

C12H22O11.2CaO + 2CO2= C12H22O11+ 2CaCO3

C12H22O11.3CaO + 3CO2 = C12H22O11+ 3CaCO3

* Nếu thông CO2vào n-ớc mía quá l-ợng sẽ làm CaCO3 kết tủa thànhhòa tan

CaCO3 + CO2+ H2O = Ca(HCO3)2Muối Ca(HCO3)2 d-ới tác dụng nhiệt sẽ tạo thành CaCO3 đóng cặntrong các thiết bị truyền nhiệt và bốc hơi

Ca(HCO3)2= CaCO3 + CO2 + H2O

2.3.4 P 2 O 5 : (Photphat pentaoxit)

Hàm l-ợng photphat trong mía là yếu tố rất quan trọng Bản thân câymía chứa một hàm l-ợng P2O5 nhất định L-ợng P2O5 trong mía phụ thuộcvào điều kiện canh tác, phân bón

Qua thí nghiệm và thực tế sản xuất, l-ợng P2O5 có ảnh h-ởng nhiều

đến hiệu quả làm sạch nhất là đối với sản xuất đ-ờng thủ công

Để có hiệu quả làm sạch tốt l-ợng P2O5 trong n-ớc mía cần 0,3 - 0,5g/l, nh-ng th-ờng trong n-ớc mía ít khi đạt hàm l-ợng trên nên phải chothêm vào, th-ờng ở dạng muối super photphat Ca(H2PO4)2 Trong sản xuất

đ-ờng tinh luyện cho ở dạng axit photphoric

Tác dụng chủ yếu của P 2 O 5 nh- sau :

P2O5 dạng muối hoặc axit sẽ kết hợp với vôi tạo thành muối photphatcanxi kết tủa

Ca(H2PO4)2 + Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + H3PO4 + H2OKết tủa Ca3(PO4)2 có tỷ trọng lớn có khả năng hấp phụ chất keo vàchất màu cùng kết tủa Chất keo trong n-ớc mía chủ yếu là keo của axit silic,của sắt, nhôm Khi vôi làm sạch n-ớc mía có đủ l-ợng P2O5 nhất định thìhiệu quả làm sạch tăng lên rõ rệt

Trong sản xuất đ-ờng thủ công, tác dụng hấp phụ của Ca3(PO4)2là yếu

tố chủ yếu để làm sạch n-ớc mía Đối với việc tinh luyện đ-ờng vàng (đ-ờngthô), 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

3 CáC PHƯƠNG PHáP LàM SạCH NƯớC MíA:

3.1 Ph-ơng pháp vôi:

Ph-ơng pháp vôi có từ lâu đời và là ph-ơng pháp đơn giản nhất làmsạch n-ớc mía chỉ d-ới tác dụng của nhiệt và vôi và thu sản phẩm đ-ờng thô

Ph-ơng pháp vôi có thê chia làm mấy loại sau đây:

- Cho vôi vào n-ớc mía lạnh

- Cho vôi vào n-ớc mía nóng

- Cho vôi nhiều lần đun nóng nhiều lần

3.1.1 Ph-ơng pháp cho vôi vào n-ớc mía lạnh:

Ưu điểm:

- Quản lý thao tác giản đơn

- Tr-ớc khi đun nóng, cho vôi vào n-ớc mía đến trung tính, tránh đ-ợcchuyển hóa đ-ờng sacaroza Nếu cho vôi đều đặn có thể tránh đ-ợc sựphân giải đ-ờng khử

Khuyết điểm:

- L-ợng vôi dùng nhiều

- Độ hòa tan của vôi ở n-ớc mía lạnh tăng Nếu vôi quá thừa sau khi đunnóng vôi sẽ đóng cặn ở thiết bị

- Hiệu suất làm sạch thấp

3.1.2 Ph-ơng pháp cho vôi vào n-ớc mía nóng

Tr-ớc hết đun n-ớc mía hỗn hợp đến nhiệt độ 1050C Một số keo(anbumin, silic hidoroxit) bị ng-ng tụ d-ới tác dụng của nhiệt và pH củan-ớc mía hỗn hợp Cho vôi vào thùng trung hòa, khuấy trộn đều để kết tủa

đ-ợc hoàn toàn, sau đó loại chất kết tủa ở thiết bị lắng

Ưu điểm: - Loại protein t-ơng đối nhiều Do nhiệt độ cao sự tạo kết tủa

Ca3(PO4)2 t-ơng đối hoàn toàn

- Hiệu quả làm sạch tốt Sự chênh lệch độ tinh khiết của n-ớcmía cao

N-ớc bùn

Bùn

ép lọc

Cô đặc Sữa vôi

- Tiết kiệm đ-ợc l-ợng vôi khoảng 15 - 20% so với ph-ơngpháp lạnh

Nh-ợc điểm: - Sự chuyển hóa đ-ờng sacaroza t-ơng đối lớn

Ưu điểm : - Hiệu suất làm sạch tốt, loại chất không đ-ờng nhiều: Qua 2

lần gia vôi có thể lợi dụng đ-ợc 2 điểm ng-ng tụ khác nhau

để loại chất không đ-ờng nên n-ớc mía trong, bùn lọc dễ,chất keo chứa nitơ loại 80%, sáp mía loại 90%

- Tiết kiệm khoảng 35% so với ph-ơng pháp lạnh

Khuyết điểm : - Sơ đồ công nghệ phức tạp

- Sự chuyển hóa và phân giải sacaroza t-ơng đối lớn

3.1.4 Các điều kiện công nghệ của ph-ơng pháp vôi

N-ớc mía hỗn hợpCho vôi sơ bộ(pH= 6 – 6.4)

Đun nóng lần 1(t0

= 90 - 1050C)Cho vôi(pH = 7,6 - 8,2)

Đun nóng lần 2 (t0

= 100 - 105 C0)Thùng tản hơi

Thùng kết tủa N-ớc bùn Lọc épN-ớc mía trong N-ớc lọc trongCô đặc

Chất l-ợng vôi

Chất l-ợng của vôi có ảnh h-ởng lớn đến hiệu quả làm sạch Để cóhiệu quả làm sạch tốt, vôi cần có tiêu chuẩn nhất định Nếu vôi quá nhiều tạpchất, khi cho vôi vào n-ớc mía sẽ làm tăng tạp chất, lắng lọc và kết tinh khókhăn Do đó tiêu chuẩn của vôi quy định nh- sau:

CaO > 85 % Fe2O3, Al2O3< 1 %MgO < 2 % CaCO3 < 1 %Trong thành phần vôi chủ yếu là CaO Ngoài ra cần chú ý đến hàml-ợng MgO Nếu MgO > 2 % sẽ gây những tác hại sau:

- Giảm thấp độ hòa tan của vôi

- Thời gian lắng kéo dài

- Tác dụng với đ-ờng khử tăng màu sắc của n-ớc mía

- MgO có độ hòa tan lớn là thành phần chủ yếu gây đóng cặn ở thiết bịbốc hơi

- Làm cho đ-ờng có vị đắng

Các thành phần khác nh-: Al2O3, Fe2O3, SO2 làm tăng chất keo, tăngmàu sắc của n-ớc mía và đóng cặn trong thiết bị

Độ hòa tan của vôi:

- Độ hòa tan của vôi trong dung dịch đ-ờng lớn hơn độ hòa tan của vôitrong n-ớc và giảm theo nhiệt độ tăng

- Độ hòa tan của n-ớc vôi mới, cũ và sống cũng khác nhau

Nồng độ sữa vôi

Nồng độ sữa vôi th-ờng trong khoảng 10 - 18 Be Nồng độ sữa vôit-ơng đối cao tác dụng tạo kết tủa nhanh, giảm l-ợng nhiệt bốc hơi Nh-ngnồng độ sữa vôi quá đặc sẽ làm tắc đ-ờng ống dẫn, khó tác dụng đều vớin-ớc mía, có thể gây hiện t-ợng kiềm cục bộ làm đ-ờng khử phân giải

Tác dụng của khuấy sau khi cho vôi

Sau khi cho vôi vào n-ớc mía, khuấy có tác dụng phân bố vôi đềutrong n-ớc mía, phản ứng vôi đ-ợc hoàn toàn Tr-ờng hợp nồng độ sữa vôicao, khuấy rất cần thiết, tránh đ-ợc hiện t-ợng kiềm cục bộ

Qua nghiên cứu, ng-ời ta thấy rằng, nếu kéo dài thờì gian khuấy n-ớcmía sau khi cho vôi sẽ có tác dụng làm sạch, có thể tăng độ tinh khiết củan-ớc mía, dung tích n-ớc bùn giảm

Các dạng cho vôi vào n-ớc mía hỗn hợp:

Có 3 dạng: Sữa vôi Ca(OH)2 , vôi bột CaO, sacarat canxi Sữa vôi cótác dụng hóa học đều, khống chế dễ dàng Nh-ng bản thân sữa vôi có chứamột l-ợng n-ớc nhất định, làm tăng l-ợng nhiệt bốc hơi Hiện nay dạng sữavôi đ-ợc dùng rộng rãi trong các nhà máy đ-ờng

L-ợng vôi dùng

L-ợng vôi dùng phu thuộc vào thành phần n-ớc mía Đối với ph-ơngpháp vôi, mỗi tấn mía dùng khoảng 0,5 - 0,9 Kg vôi

Trong thực tế sản xuất th-ờng dùng pH để biểu thị l-ợng vôi cho vàon-ớc mía Mặt khác khi đun n-ớc mía đã cho vôi, trị số pH thay đổi (th-ờnggiảm từ 0,2 - 0,5 ) nên khi xác định pH cần chú ý đến các yếu tố lầm giảm

độ trị số pH

Trong tr-ờng hợp cho vôi vào n-ớc mía lạnh, tác dụng giữa vôi vàn-ớc mía không hoàn toàn khi đun nóng sẽ hoàn toàn hơn, do đó giảm pH

Lúc n-ớc mía sôi, một phần Ca3(PO4)2 có thể phân ly thành Ca(OH)2.n

Ca3(PO4)2không tan và một muối axit hòa tan, loại sau phân ly làm giảm pH

Khi đun nóng Ca2HPO4 sẽ kết hợp với vôi tạo thành Canxi photphatkết tủa và H3PO4

Ca2HPO4+ Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2+ H3PO4Khi nhiệt độ cao và môi tr-ờng kiềm, đ-ờng khử bị phân hủy tạothành chất màu và axit

Do có sự giảm pH khi đun nóng nên trị số pH trong sơ đồ công nghệ

là trị số pH sau khi đun nóng Thông th-ờng khống chế pH n-ớc míakhoảng trên d-ới 7,0

Trong ph-ơng pháp vôi hiệu quả làm sạch chủ yếu dựa vào phản ứngkết tủa giữa vôi và P2O5 Ca3(PO4)2 trong n-óc mía th-ờng tồn tại hai dạng:dạng keo và dạng tinh thể Dạng tinh thể làm sạch n-ớc mía, ng-ợc lại dạngkeo gây trở ngại cho lắng, lọc và kết tinh đ-ờng

Sự hình thành kết tủa Ca3(PO4)2 nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độion Ca2+ và PO43- Trong ph-ơng pháp vôi, khi cho vôi đến pH= 7,0, nồng độion Ca2+ có thể đủ để phản ứng tạo kết tủa Ca3(PO4)2, nh-ng th-ờng hàml-ợng P2O5 trong n-ớc mía rất thấp Theo nghiên cứu ng-ời ta thấy hàml-ợng P2O5 cần thiết vào khoảng 300 mg P2O5/l n-ớc mía Nếu hàm l-ợng

P2O5quá ít, có thể cho vào n-ớc mía H3PO4 hoặc muối photphat hòa tan đểnâng cao hiệu quả làm sạch

Nhiệt độ cho vôi

Th-ờng nhiệt độ đun nóng khoảng 1050C Nhiệt độ cao có tác dụngtăng kết tủa làm giảm dung tích n-ớc bùn, nh-ng có thể làm tăng màu sắcn-ớc mía (do phân hủy đ-ờng khử và có thê làm cho một phần keo kết tủahòa tan lại) Vì vậy cần khống chế nhiệt độ n-ớc mía đến sôi hoặc cao hơnmột chút là thích hợp

3.2 Ph-ơng pháp sunfit hóa

Ph-ơng pháp sunfit hóa còn gọi là ph-ơng pháp SO2 vì trong ph-ơngpháp này ng-ời ta dùng l-u huỳnh d-ới dạng khí SO2để làm sạch n-ớc mía

Ph-ơng pháp SO2 có thể chia làm 3 loại:

- Ph-ơng pháp sunfit hóa axit

- Ph-ơng pháp sunfit hóa kiềm mạnh

- Ph-ơng pháp sunfit hóa kiềm nhẹ

28

-* Đặc điểm của ph-ơng pháp SO2 axit là thông SO2vào n-ớc mía đến

pH axit và thu đ-ợc sản phẩm đ-ờng trắng Đây là ph-ơng pháp có nhiều -u

điểm nên đ-ợc dùng rộng rãi trong sản xuất đ-ờng

* Đặc điểm của ph-ơng pháp sunfit hóa kiềm mạnh là trong quá trìnhlàm sạch n-ớc mía có giai đoạn tiến hành ở pH cao Hiệu quả làm sạch t-ơng

đối tốt, đặc biệt đối với loại mía xấu và bị sâu bệnh Nh-ng do sự phân hủy

đ-ờng t-ơng đối lớn, màu sắc n-ớc mía đậm, tổn thất đ-ờng nhiều nên hiệnnay không sử dụng

Ph-ơng pháp SO2 kiềm nhẹ (pH = 8 - 9) có đặc điểm là chỉ tiến hànhthông SO2 vào n-ớc mía không thông SO2 vào mật chè và sản phẩm đ-ờngthô

3.2.1 Sơ đô công nghệ của ph-ơng pháp sunfit hóa axit