Đồ án thiết kế phân xưởng làm sạch nhà máy đường RS

Độ hoà tan của sacaroza trong nước g sacaroza/100g nước g sacaroza/100g nước Độ hoà tan của sacaroza còn phụ thuộc vào các chất không đường có trong dung dịch đường..  Tác dụng của kiềm

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN 4

1.1 Đường sacaroza 4

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình làm sạch nước mía 6

CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG 10

NGHỆ 10

2.2 Quy trình công nghệ làm sạch bằng phương pháp sulfit hoá axit tính 11

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ 14

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 19

3.2 Công đoạn làm sạch 21

CHƯƠNG 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHỦ YẾU 30

4.1 Cân tự động 30

4.2 Gia vôi sơ bộ 30

4.3 Thiết bị gia nhiệt 31

4.4 Thiết bị thông SO2 lần 1 và gia vôi trung hoà 34

4.5 Thiết bị thông SO2 lần 2 35

4.6 Thiết bị lắng 36

4.7 Thiết bị lọc chân không 37

TÀI LIỆU THAM KHẢO 40

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển kinh tế, nhu cầu ăn uống cũng như thực phẩmchất lượng ngày càng được chú trọng Chính vì thế công nghệ thực phẩm ngày càngđược quan tâm và phát triển hơn Trong đó, sản xuất đường là một trong những ngành

so với năm 2013 Trước nhu cầu đó, ngành đường nước ta đã không ngừng phát triển

Dự báo niên vụ 2014- 2015, ngành mía Việt Nam dự kiến sẽ sản xuất khoảng 300.000

ha, năng suất bình quân 64 tấn/ha và đạt 1,6 triệu tấn [1]

Mặc dù lượng tiêu thụ lớn tuy nhiên ngành đường Việt Nam đang gặp khó khănvới vấn đề đường lậu Theo thống kê, lượng đường lậu chiếm đến 30 % đường trongnước Vì vậy, để phân biệt được với đường lậu ngành đường cần nâng cao hơn nữachất lượng sản phẩm Với đường RS, để đạt chất lượng tốt thì công đoạn làm sạchnước mía là một công đoạn vô cùng quan trọng Hiểu rõ được tầm quan trọng đó cùng

với sự hướng dẫn của PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh em đã chọn đề tài “Thiết kế phân xưởng làm sạch nhà máy đường RS” làm đồ án công nghệ 2 để thiết kế phân

xưởng làm sạch của một nhà máy đường hiện đại

Để hoàn thành tốt đồ án này, em xin gửi lời cảm ơn đến cô Trương Thị Minh Hạnh đã tận tình giúp đỡ, trực tiếp chỉ bảo, hướng dẫn em trong suốt quá trình làm đồ

án Trong thời gian làm việc với Cô, em không ngừng tiếp thu thêm nhiều kiến thức bổích mà còn học tập đƣợc tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu khoa học nghiêm túc,hiệu quả, đây là những điều rất cần thiết cho em trong quá trình học tập và công việcsau này Em xin chân thành cảm ơn Cô !

Sinh viên thực hiện

Vũ Thị Mùi

Độ hoà tan của đường sacaroza trong nước tăng theo chiều tăng nhiệt độ

Bảng 1.2 Độ hoà tan của sacaroza trong nước

(g sacaroza/100g nước)

(g sacaroza/100g nước)

Độ hoà tan của sacaroza còn phụ thuộc vào các chất không đường có trong

dung dịch đường Đường sacaroza không hoà tan trong dầu hoả, cloroform, CCl4, CS2,benzen, tecpen, ancol, glixerin khan Trong dung dịch ancol có nước, sacaroza hoà tanmột ít

Đường sacaroza còn hoà tan giới hạn trong anilin, piridin, etyl axetat, amylaxetat, phenol và amoniac

Độ nhớt của dung dịch đường tăng theo chiều tăng nông độ và giảm theo chiềutăng nhiệt độ

Nhiệt dung riêng của sacaroza tính theo công thức C= 4,18 x (0,2387+0,00173t) kj/ kg độ Nhiệt dung riêng trung bình của sacaroza từ 22-51oC là 0,3019

Dung dịch sacaroza có độ quay cực bên phải Độ quay cực riêng của sacaroza ítphụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ Do đó rất thuận tiện cho việc xác định đường bằngphương pháp phân cực

Trị số quay cực của sacaroza [α]20 = + 66,469 + 0,00870C – 0,00235C2 (C:nồng độ sacaroza trong 100ml nứơc ) Trị số quay cực trung bình của sacaroza [α]20 =66,5o

Kiềm, muối của axit yếu làm giảm độ quay cực của sacaroza [3]

1.1.2 Tính chất hoá học của sacaroza

 Tác dụng với axit:

Dưới tác dụng của axit, sacaroza bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza theo phảnứng:

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Sacaroza Glucoza Fructoza

Hỗn hợp có góc quay trái ngược với góc quay phải của sacaroza Do đó phảnứng trên là phản ứng nghịch đảo và hỗn hợp là đường nghịch đảo

 Tác dụng của kiềm:

Phân tử đường sacaroza không có nhóm hydroxyl glucozit nên không có tính khử.Khi tác dụng với kiềm hoặc kiềm thổ, sacaroza tạo thành sacarat Trong sacarat, hydrocủa nhóm hydroxyl được thay thế bằng kim loại Như vậy trong môi trường này có thểcoi sacaroza như một axit yếu Phản ứng tạo sacarat phụ thuộc vào: nồng độ của dungdịch, lượng kiềm và lượng sacaroza

- Trong dung dịch đậm đặc và kiềm dư, sacaroza sẽ tạo nên nhiều sacarat [3]

C12H22O11 + NaOH HOH + NaC12H21O11

- Khi tác dụng với vôi sẽ thu được các phức sacarat như sau:

C12H22O11.CaO.H2O : monocanxi sacarat

C12H22O11.2CaO.2H2O: dicanxi sacarat

C12H22O11.3CaO.3H2O: tricanxi sacarat Ít hoà tan trong nước nên được ứng dụng

để lấy đường sacaroza ra khỏi rỉ đường củ cải

- Ở trong dung dịch kiềm loãng và dung dịch đường lạnh hầu như không có tácdụng Nếu kiềm đặc và ở nhiệt độ thấp, đường cũng bị phân giải Ở pH = 8-9 và đunnóng một thời gian, sacaroza bị phân hủy thành hợp chất có màu vàng và màu nâu [3].Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao, đường bị phân huỷ tạo ra các axit và chấtmàu Tốc độ phân huỷ tăng theo độ pH, ở nhiệt độ sôi (trong 1h) và pH = 8-9sacaroza chỉ bị phân huỷ 0,05% Nếu cùng nhiệt độ trên nhưng pH = 12 thì sự phânhuỷ đó tăng 0,5% [3]

Sự phân huỷ và tạo thành các sản phẩm có màu thường do những phản ứng sau:

C12H22O11 C12H20O10 C12H18O9 C36H50O25

Sacaroza Izosacaran Caramelan Caramelan

(không màu) (không màu) Ehrlich sacaran

C36H48O24 C96H102O50 (C12H8O4 )n hoặc (C3H2O)

Chất màu caramen được coi như là hợp chất humin Đó là sự polyme hoá ở mức độkhác nhau của β- anhidrit

1.2 Cơ sở lý thuyết quá trình làm sạch nước mía

1.2.1 Mục đích quá trình làm sạch nước mía

- Trung hòa acid trong nước mía hỗn hợp để hạn chế đường sacccaroza chuyểnhóa

- Loại bỏ những chất rắn dạng lơ lững các chất màu để nâng các phẩm chấtđường thành phẩm

- Loại tối đa các chất không đường ra khỏi nước mía hổn hợp, đặc biệt các chất

có hoạt tính bề mặt và chất keo để nâng cao hiệu suất thu hồi đường [3]

1.2.2 Nguyên lý chung quá trình làm sạch nước mía

Nguyên lý chung của quá trình làm sạch là sử dụng nhiệt độ, vôi [Ca(OH)2], khí

SO2 nhằm mục đích loại các chất phi đường hữu cơ và vô cơ ra khỏi dung dịch mậtchè, hạn chế sự phân huỷ và chuyển hoá đường sacaroza, ngoài ra còn có tác dụng tẩy

màu và ngăn ngừa sự tạo màu cho sản phẩm

- Dựa vào tác dụng ngưng tụ keo: hầu hết các keo đều mang điện tích, khi ở trạngthái trung hào về điện các keo này có khả năng kết hợp với nhau thành các phân tử lớn

và lắng xuống Để các phân tử keo trung hoà về điện người ta cho vào mía các chấtđiện giải mang điện tích trái giấu với phân tử keo [3]

- Dựa vào khả năng hấp thụ keo của các chất: trong thực tế có nhiều chất có khảnăng hấp phụ keo Tính chất này phù thuộc vào hoạt tính và số lượng các mao quảncủa chất hấp phụ

- Dựa vào tác dụng của nhiệt độ: dưới tác dụng của nhiệt độ cao thích hợp, quátrình kết tủa keo xảy ra mạnh, do nhiệt độ cao làm mất lớp vỏ háo nước keo và làmtăng sự chuyển động, va chạm các phân tử keo nên các phân tử keo dễ kết hợp lại vớinhau Mặt khác một số keo có bản chất protein dưới tác dụng của nhiệt độ cao chúng

sẽ bị đông tụ và kết hợp với nháu lắng xuống [4]

- Dựa vào khả năng tẩy màu của các chất hoá học: các chất tẩy màu hay được sửdụng như than xương, các muối Ca2+ như Ca3(PO4)2, CaSO3, CaCO3…Ngoài ra tẩymàu thường dùng các chất Oxy hóa khữ như SO2, Na2SO3

1.2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến việc làm sạch nước mía

 Làm chuyển hoá đường sacaroza

Khi nước mía ở môi trường axit sẽ làm chuyển hoá đường sacaroza tạo thànhhỗn hợp đường glucoza và fructoza gọi là phản ứng nghịch đảo:

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Sacaroza glucoza fructoza

Tốc độ chuyển hoá tăng theo sự tăng nồng độ [H+] trong nước mía [3]

 Làm phân huỷ đường sacaroza

Trong môi trường kiềm, dưới tác dụng của nhiệt độ, sacaroza bị phân huỷ Khi

pH càng cao lượng chất phân huỷ càng lớn Sản phẩm phân huỷ sacaroza rất phức tạp:fufurol, 5 – hidroximetyl–fucfurol, axit lacic, axit axetic Những sản phẩm đó có thểtiếp tục bị oxi hoá dưới tác dụng của oxi không khí [3]

 Làm phân huỷ đường khử

Trong nước mía hỗn hợp có chừng 0,3 – 2,4% đường khử tồn tại tương đối ổnđịnh trong môi trường axit Khi pH > 7 sẽ phát sinh các phản ứng phân huỷ đườngkhử, sự phân huỷ phụ thuộc vào pH hay nhiệt độ

 Tách loại các chất không đường

Với pH khác nhau có thể tách loại các chất không đường khác nhau

Khi pH = 7 – 10, các muối vô cơ của Al2O3, P2O5, SiO2 dễ bị tách loại Khi pH =

7 tách loại được 50% chất keo (pentozan) pH = 5,6 trên 98% protein có thể bị táchloại, nếu vượt quá giá trị đó, hiệu quả làm sạch thấp [4]

1.3.3.2 Tác dụng của nhiệt độ

- Loại không khí trong nước mía, giảm sự tạo bọt

- Tăng nhanh các quá trình phản ứng hoá học

- Tác dụng tiệt trùng, đề phòng sự lên men axit và sự xâm nhập của vi sinh vật vàonước mía

- Giảm tỉ trọng nước mía, ngưng tụ chất keo, tăng tốc độ lắng chất kết tủa [3]

1.3.3.3 Tác dụng của vôi

- Trung hoà các axit hữu cơ và vô cơ, tạo các điểm đẳng điện để ngưng kết một sốchất keo, làm trơ phản ứng axit của nước mía hỗn hợp, ngăn ngừa chuyển hoá đườngsacaroza

- Kết tủa hoặc đông tụ các chất không đường, đặc biệt protein, pectin, chất màu vànhững axit tạo muối không tan, phân huỷ một số chất không đường, đặc biệt đườngchuyển hoá, amit

- Tác dụng cơ học: Kết tủa tạo thành có tác dụng kéo theo những chất lơ lửng vànhững chất không đường khác

- Sát trùng nước mía: với độ kiềm khi có 0,35% CaO phần lớn vi sinh vật khôngsinh trưởng, tuy nhiên có trường hợp phải dùng đến 0,8% CaO [4]

P2O5 kết hợp với vôi tạo thành kết tủa photphat canxi:

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 kếttủa

CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG

NGHỆ

2.1 Chọn phương pháp làm sạch

Làm sạch là 1 công đoạn rất quan trọng, nhằm trung hoà nước mía hỗn hợp, ngănngừa chuyển hoá đường saccarose, loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗnhợp, đặc biệt là chất có hoạt tính bề mặt và chất keo, loại những chất rắn dạng lơ lửng

ra khỏi nước mía, quyết định chất lượng thành phẩm và tổng hiệu suất thu hồi

Hiện nay, có 3 phương pháp làm sạch nước mía trong công nghiệp: phương phápcacbonat hoá, phương pháp vôi, phương pháp sunfit hoá Tuy nhiên, phương pháp vôichỉ sản xuất đường thô, sản xuất đường trắng là phương pháp cacbonat hoá và sunfithoá

Phương pháp CO2 cho hiệu suất thu hồi đường cao, sản phẩm đường tốt nhưngphương pháp CO2 có lưu trình công nghệ tương đối dài, nhiều thiết bị, đòi hỏi trình độthao tác cao, tiêu hao hoá chất nhiều, vốn đầu tư cao.Do đó để sản xuất đường trắng thìtôi chọn phương pháp SO2: lưu trình công nghệ tương đối ngắn, thiết bị tương đối ít,hoá chất dùng ít, quản lý và thao tác thuận lợi đồng thời sản phẩm đáp ứng được cácchỉ tiêu đường RS

2.1.1 Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh

Trong quá trình làm sạch nước mía có giai đoạn tiến hành ở pH cao Phươngpháp này tốt nhất đối với loại mía xấu, mía sâu bệnh nhưng sự phân huỷ đường tươngđối lớn, màu sắc nước mía đậm, tổn thất đường nhiều

2.1.2 Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ

Sản xuất đường thô và nước mía được gia vôi đến pH = 8 ÷ 9 sau đó thông

SO2 đến pH = 6,8 ÷ 7,2 (thông SO2 vào nước mía không thông vào mật chè)

2.1.3 Phương pháp sunfit hoá axit tính

Thông SO2 vào nước mía đến pH axit cao (pH = 3,4 ÷ 3,8), lợi dụng điểm dẳngđiện ngưng kết keo và thông SO2 vào mật chè tẩy màu, sản phẩm là đường kính trắng Mặc dù vẫn có những nhược điểm:

- Hiệu quả loại chất không đường ít, chênh lệch độ tinh khiết trước và sau khi làmsạch thấp, đôi khi có trị số âm

- Hàm lượng muối canxi trong nước mía tương đối nhiều, ảnh hưởng đến sự đóng cặnthiết bị nhiệt, thiết bị bốc hơi cho nên ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi đường

- Đường sacaroza chuyển hoá tương đối nhiều, đường khử bị phân huỷ, tổn thấtđường trong bùn lọc cao

- Trong quá trình bảo quản đường dễ bị biến màu dưới tác dụng của oxi không khí

- Chất lượng đường thành phẩm không bằng phương pháp CO2.

Tuy nhiên, tôi lựa chọn phương pháp sunfit hoá axit tính để sản xuất vì:

- Mục đích của tôi là sản xuất đường RS (sản phẩm đường kính trắng) nên vớiphương pháp sunfit hoá axit tính sẽ vẫn cho sản phẩm đạt yêu cầu

- Lượng tiêu hao hoá chất tương đối ít

- Sơ đồ công nghệ, thiết bị tương đối đơn giản, thao tác dễ dàng

Tiếp theo, nước mía được đun nóng lần 2( 102- 105oC) tạo chênh lệch khối lượngcho quá trình lắng Bùn sau khi lắng, lọc chân không thu nước lọc trong cùng với nướcmía trong của quá trình lắng đi đun nóng lần 3 (110- 115oC) tạo nhiệt độ ban đầu vàchuyển sang thiết bị cô đặc Tiếp đến mật chè được sông SO2 lần 2(pH: 6.2-6.6) để tẩymàu và giảm độ nhớt Kết thúc quá trình lọc kiểm tra ta thu được mật chè trong

Quy trình công nghệ

Nước bùn

Lọc chânkhông

Nước lọc trongCa(OH)2

SO2

Ca(OH)2

SO2

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ

2.3.1 Gia vôi sơ bộ

 Mục đích

- Làm trung hoà các axít hữu cơ và vô cơ tránh phân hủy đường thành đường khử

- Tạo nhũng điểm đẳng điện để ngưng kết các chất keo, khi các chất keo lắngxuống chúng sẽ kéo theo những chất lơ lững và nhưng chất không đường khác cùnglắng xuống

- Hình thành kết tủa Ca2(PO4)3 kéo theo các chất không đường khác cùng kết lắng

- Với độ kiềm có thể đạt đến 0,35% CaO có tác dụng diệt trùng ngăn ngừa sự pháttriển của vi sinh vật

 Thiết bị

Thiết bị gia vôi sơ bộ là thiết bị hình trụ có lắp mô tơ và cánh khuấy Tại thiết bịnày nước mía được trộn đều với sữa vôi Nồng độ sữa vôi khoảng 8÷10 Be Liều lượngsữa vôi khoảng 20% tổng lượng sữa vôi Có thể bổ sung P2O5 dưới dạng dung dịch

H3PO4; sau đó nước mía được bơm đi gia nhiệt lần 1

2.3.2 Gia nhiệt lần 1

 Thông số kĩ thuật

Nhiệt độ ( 55: 60 oC)

 Mục đích

- Nhằm tách một phần không khí trong nước mía để giảm sự tạo bọt

- Làm mất nước một số keo ưa nước tăng nhanh quá trình ngưng tụ keo

- Để kết tủa CaSO3 và CaSO4 được hoàn toàn hơn vì ở nhiệt độ cao sự hòa tan củacác muối này giảm, đồng thời giảm sự tạo thành Ca(HSO3)2 hòa tan nên giảm được

sự đóng cặn trong thiết bị bốc hơi và truyền nhiệt, hạn chế quá trình phát triển của visinh vật

Tăng cường vận tốc phản ứng vì hiệu suất hấp thụ SO2 vào nước mía tốt nhất là ở

75oC

 Thiết bị

Thiết bị sử dụng cho gia nhiệt là thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm.

2.3.3 Thông SO 2 lần 1 và gia vôi trung hoà

 Nguyên lý lắng trong:

Dựa vào sự chênh lệch khối lượng riêng giữa các chất rắn và nước mía Nước míanồng độ 13÷150Bx có khối lượng riêng 1,05÷1,10 kg/dm3 các hạt kết tủa vô cơ và bùncát có khối lượng riêng khoảng 2-3 kg/dm3 nên lắng xuống, các hạt sáp có khối lượngriêng nhỏ hơn nước mía thì cùng với bọt nổi lên trên mặt lớp nước mía

 Thiết bị:

Thiết bị lắng liên tục có cánh khuấy

2.3.7 Lọc chân không thùng quay

 Thông số

- Thường độ chân không của hiệu cuối hệ cô đặc 4÷5 hiệu khoảng 550 ÷ 600mmHg Lượng hơi thứ dùng cho nấu đường khoảng 60÷70% tổng lượng hơi của nấuđường

 Cơ sở của việc tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu

- Tẩy màu

SO2 + H2O = H+ + HSO3

-HSO3- + H2O = HSO4- + H2

C=C + H2 = H-C-C-H

Chất màu Chất không màu

- Ngăn ngừa sự tạo màu

SO2 không chỉ làm mất màu mà còn ngăn ngừa sự tạo màu Cơ chế ngăn ngừa sựtạo màu là SO2 bao vây nhóm cacbonyl có khẳ năng tạo chất mằu, ngăn ngừa sự tạothành các phức chất sắt và phản ứng ngưng tụ với nhũng chất không đường hữu cơkhác Theo sơ đồ sau

SO2 + H2O = H+ + HSO3

HSO3

C = O + H2O + SO2 = C

OH

Nhờ vậy ngăn ngừa được khả năng tạo melanoidin

SO2 còn là chất xúc tác chống oxy hoá (O2 không khí chỉ phát huy tác dụng khi

có chất xúc tác ví dụ như khi có mặt của Fe2+, Fe3+, Cu2+) SO2 khử Fe3+ thành Fe2+ Khitiến hành thông SO2, khí SO2 có tác dụng khử ion sắt

Quá trình được tiến hành như ở thiết bị thông SO2 lần 1 nhưng không có công đoạncho sữa vôi Sau khi thông SO2 lần 2 pH = 6,2÷6.6

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT

 Các thông số ban đầu:

+ Hàm lượng đường sacaroza : 12.43%