Bài tiểu luận quy trình công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía

Nhưng trong nhữngnăm gần đây, ngành mía đường đang gặp tình trạng mất ổn định về việc quy hoạch vùngnguyên liệu , về đầu tư chưa đúng mức và về thị trường của đường.Vì thế sản phấmđường

MỞ ĐẦU

Đường có ý nghĩa rất quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể người Đường làhợp phần chính không thể thiếu được trong thức ăn của người Đường còn là hợp phầnquan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác như:đồ hộp, bánh kẹo, dược, hoá học Chính vì vậy mà công nghiệp đường trên thế giới và nước ta không ngừng phát triển

Ở nước ta thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa nên thích nghi cho việc trồng và phát triểncây mía Đây là tiềm năng về mía, thuận lợi cho việc sản xuất đường Nhưng trong nhữngnăm gần đây, ngành mía đường đang gặp tình trạng mất ổn định về việc quy hoạch vùngnguyên liệu , về đầu tư chưa đúng mức và về thị trường của đường.Vì thế sản phấmđường bị tồn đọng, sản xuất thì cầm chừng làm cho nông dân trồng mía không bán đượcphái chuyến giống cây trồng khác làm thu hẹp dần nguồn nguyên liệu mía

Nhưng ngành công nghiệp mía đường vẫn là một ngành quan trọng Bởi đường không thểthiếu được trong cuộc sống con người Mặc khác, nhu cầu về đường cũng ngày càng tăngbởi một số ngành công nghiệp thực phẩm khác như : bánh kẹo, đồ hộp, nước giải khát,sữa y học ngày càng mở rộng hơn nên nhu cầu lại tăng

Vì vậy nên việc thiết kế một nhà máy đường hiện đại là rất cần thiết Nó giải quyết đượcnhu cầu tiêu dùng của con người, giải quyết được vùng nguyên liệu, tạo công ăn việc làmcho người nông dân trồng mía, góp phần phát triển nền kinh tế nước nhà

Chương 1 TỔNG QUAN

1.1 Lịch sử của nghành mía đường

1.1.1 Lịch sử của nghành mía đường thế giới

Chính những người đi khai phá thuộc địa của Anh là những người đầu tiên tìm ra đường

và gọi nó là “vàng trắng”

Đường trắng tinh luyện

 Phát hiện tình cờ và khởi nguồn của nạn buôn nô lệ

Năm 1492, trong chuyến du ngoạn đến nước cộng hòa Dominica, nhà thám hiểmChristopher Columbus đã vô tình phát hiện ra một loài cây có thân mập, đặc biệt có vị rấtngọt và mát Columbus chưa từng thấy giống cây này trong các chuyến thám hiểm trướcđây của ông nên cảm thấy rất tò mò về loại cây này Người dân nơi đây gọi loại cây này

là mía Chính môi trường nhiệt đới ấm áp của Dominica là điều kiện rất tốt giúp mía pháttriển mạnh

Thực tế, Columbus không phải là người đầu tiên phát hiện ra cây mía Những ghi chéplịch sử về mía cho biết, mía được phát hiện từ năm 510 trước Công nguyên Thời đó,dưới triều vị vua vĩ đại Darius I, Đế quốc Ba Tư rất hùng mạnh Khi chinh phạt Ấn Độ,ông đã thấy mía mọc um tùm, người dân Ấn Độ thường ép lấy nước của mía để tạo vịngọt cho các món ăn Sau khi được nếm thử nước mía, vua Darius I ghi lại: "Đúng là loạicây kỳ lạ Nó có thể cho mật ong mà không cần một con ong nào" Vua Darius I đã ralệnh cho quân lính mang số mía dại về tìm hiểu

Tuy nhiên, do mía chỉ sinh trưởng ở những vùng có điều kiện thời tiết ấm ở những vùngnhiệt đới nên không có vị ngọt khi được trồng ở khu vực khác Vua Darius I không biếtđiều này nên không trồng được giống cây "ngọt như mật ong", ông cho rằng loại cây nàykhông thể trồng nên đã bỏ giống lại cộng hòa Dominica, nơi ông từng đi qua Nhưngngười dân ở nước cộng hòa Dominica không hề biết giống cây này là gì nên bỏ mặc chomọc hoang, cho đến khi Columbus phát hiện ra giá trị thực sự của cây mía

Sau này, Columbus đã mang giống mía về trồng trên các nước thuộc địa thuộc vùng biểnCaribbean Bắt đầu từ đây, mía được trồng rộng rãi trong các đồn điền trên vùng biển

Caribbean, Nam Mỹ và các nước miền nam Châu Mỹ Vào đầu thế kỷ 16, mía đã trởthành loài cây biểu trưng của các siêu cường quốc châu Âu Người Bồ Đào Nha đã muamột ít giống cây mía đến Brazil và ngay sau đó, mía đường được trồng rộng rãi ở Anh,

Hà Lan và các nước thuộc địa của Pháp như Barbados và Haiti

Giữa thế kỷ 16, người Ấn Độ khám phá ra cách tạo ra tinh thể đường và từ đây, một cuộccách mạng mới bắt đầu nổ ra Các nhà khai phá nước Anh gọi đường là "vàng trắng"không chỉ bởi tính chất đặc biệt của nó mà còn vì lợi nhuận do đường mang lại Lợinhuận từ việc buôn bán đường lớn đến mức nạn buôn nô lệ ngày càng lan rộng Hàngtriệu nô lệ châu Phi đã bị bán vào Mỹ để làm việc trong các đồn điền mía, phục vụ chocác xưởng sản xuất đường

Do lượng nô lệ châu Phi quá lớn nên các chủ đồn điền ở Anh liên tục sống trong lo lắng,

sợ các cuộc nổi dậy của người nô lệ nên đã phải nhờ cậy đến sự bảo vệ của lực lượng vệbinh triều đình Thậm chí, các cuộc chiến cũng bắt đầu nổ ra tranh giành kỹ thuật chế tạothứ "vàng trắng" quý giá này Không chỉ vậy, đường còn đưa các nước thuộc địa đi lên và

có nền kinh tế độc lập

Trong cuộc cách mạng nông nghiệp Hồi giáo, các công ty Ả Rập đã thực hiện kỹ thuậtsản xuất đường của Ấn Độ và sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệplớn Ả Rập đã thành lập nhà máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên trên thế giới

Vào những năm 1540, sản lượng mía thu được tăng gấp đôi, đẩy ngành sản xuất đườngtrở thành ngành công nghiệp chính tại các nước châu Mỹ Các cơ sở và nhà máy sản xuấtđường liên tiếp mọc lên như đảo Santa Catarina có 800 xưởng sản xuất đường và bờ biểnphía bắc Brazil, Demarara và Surinam có 2000 cái nữa

Ước chừng có 3000 xưởng nhỏ được xây dựng trước năm 1550 ở Tân Thế Giới, tạo ramột nhu cầu lớn chưa từng có về bánh răng gang, đòn bẩy, trục xe và các thiết bị khác.Các nghề chuyên về chế tạo khuôn và luyện gang được phát triển ở châu Âu do sự bùng

nổ về sản xuất đường Như vậy, các nhà máy đường phát triển chính là giai đoạn mở đầucần thiết cho cuộc cách mạng công nghiệp vào đầu thế kỷ 17 sau này

1.1.2 Lịch sử phát triển nghành mía đường Việt Nam

Mía đường ở Việt Nam đã có từ xa xưa, nhưng nghành công nghiệp mía đường mới đượcbắt đầu từ thế kỷ thứ XX.

Đến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy đường mía, với tổng công suất gần 11.000 tấnmía/ ngày và 2 nhà máy đường tinh luyện công suất nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu.Hàng năm phải nhập khẩu từ 300.000 đền 500.000 tấn đường

Năm 1995 Ở những vùng nguyên liệu tập trung lớn, xây dựng các nhà máy có thiết bịcông nghệ tiên tiến hiện đại, kể cả liên doanh với nước ngoài, sản lượng năm 2000 đạtkhoảng một triệu tấn

Sau 5 năm (1995-2000) đã có bước tiến đột phát Đầu tư mở rộng công suất 9 nhàmáy cũ, xây dựng mới 33 nhà máy, tổng số nhà máy đường của cả nước là 44, tổng côngsuất là 81,500 tấn (so với năm 1994 tăng thêm 33 nhà máy và trên 760.000 tấn côngsuất), năm 2000 đã đạt mục tiêu 1 triệu tấn đường Miền Nam: 14 nhà máy, Miền Trung

và Tây Nguyên: 15 nhà máy, và Miền Bắc : 13 nhà máy

Tóm lại, hơn một thập kỷ qua (1995-2006) tuy thời gian chưa nhiều, được sự hỗ trợ vàbằng sự tác động có hiệu quả bởi các chính sách của Chính phủ, ngành mía đường non trẻcủa Việt Nam đã góp một phần vào tăng trưởng nền kinh tế quốc dân, và phần quantrọng hơn là góp phần lớn về mặt xã hội, giải quyết việc làm ổn định hàng triệu nông dântrồng mía và hơn 2 vạn công nhân ổn định làm việc trong các nhà máy, có đời sống vậtchất tinh thần ổn định ngày một cải thiện, góp phần chuyển dịch cơ cấu kinh tế tạo nêncác vùng sản xuất hàng hóa lớn, bộ mặt nông thôn các vùng mía được đổi mới…

Theo Quy hoạch phát triển mía đường năm 2010, định hướng năm 2020, chỉ tiêu về diệntích mía là 300.000 ha, năng suất đạt 65 tấn/năm

1.2 Nguồn gốc và phân loại cây mía

1.2.1 Nguồn gốc

Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các Hoa thảo

(Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm Chúng có thân to mập, chia đốt, chứanhiều đường, cao từ 2-6 m Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là cácdạng lai ghép nội chi phức tạp

1.2.2 Phân loại

Cây mía có nguồn gốc từ ấn Độ.Các nước trồng nhiều mía như: Cuba, Braxin, Ấn độ,Mehico, Trung Quốc, Australia, Hawaii, Philippin, Nam Phi, Indonesiavà Dominica.

Ở nước ta mía được trồng nhiều ở Miền Nam đến miền Bắc.Vùng trồng mía chủyếu hiện nay là Miền Bắc bao gồm các tỉnh Hà Sơn Bình, Hà Nam Ninh, Hải Hưng, mộtphần Hà Bắc và Vĩnh Phú Mía được trồng tập trung ven các con sông chính như hạ lưusông Hồng, sông Châu Giang, sông Đáy, sông Thái Bình v.v…ở miền trung mía đượctrồng nhiều ở tỉnh Nghĩa Bình, Phú Khánh, Tây Nguyên.ở miền Nam, mía tập trung chủyếu ở Tây Ninh, Sông Bé, Đồng Nai, Bến Tre, Long An, Hậu Giang, Cửu Long, AnGiang, v.v…

Cây mía thuộc họ hòa thảo (Graminée) giống saccharum Theo Denhin giốngsaccharum có thể chia làm ba nhóm chính:

 Nhóm Saccharum officinarum là giống thường gặp và bao gồm phần lớn cácchủng đang trồng phổ biến trên thế giới

 Nhóm Saccharum violaceum: lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ

 Nhóm Saccharum simense: cây nhỏ, cứng, thân màu vàng pha nâu nhạt, trồng từ lâu

ở Trung Quốc

Chương 2

QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG SACCHAROSE TỪ MÍA

1 1.1 Giai đoạn khai thác nước mía

Mục đích công nghệ: mục đích công nghệ của giai đoạn khai thác nước mía nhằm lấy kiệtnước mía trong cây mía Giai đoạn khai thác nước mía là giai đọan đầu tiên và quan trọng

của dây chuyền sản xuất đường Chỉ tiêu quan trọng của giai đoạn này là năng suất épmía và hiệu suất ép mía.

- Năng suất ép mía: năng suất của hệ máy ép là số tấn mía ép được trong một đơn vị thời

gian với hiệu suất ép nhất định Đơn vị của năng suất thường dùng là tấn mía/ngày hoặctấn mía/giờ

- Hiệu suất ép mía: hiệu suất ép là số liệu quan trọng để đánh giá khả năng làm việc của

phân xưởng ép Hiện nay hiệu suất ép thường đạt từ 92-96%

Công thức tính hiệu suất ép (H):

H = Lượng nước míahỗn hợp × Pol nướcmía hỗn hợp Lượng mía ép × Pol của cây mía

Nguyên tắc thực hiện

Để lấy nước mía, cần phá vỡ các tế bào của cây mía bằng cách dùng lực cơ học xé tơi và

ép dập thân cây Giai đoạn khai thác nước mía chia làm hai bước: xử lý và ép mía

Cây mía vừa dài vừa cong, vỏ mía lại có một lớp sáp trơn nên gây khó khăn cho việc éplấy nước Vì vây để năng cao năng suất ép và hiệu suất ép, đầu tiên mía cần chặt bămnhỏ Cây mía sau khi đổ vào băng tải sẽ được san bằng, đi qua các dao chặt hai lần Ở lầnthứ nhất: mía được chặt thành từng khúc nhỏ 20-25 mm Sau đó mía được chuyển đếnmáy ép dập hay vào búa đập để xé mía thành từng sợi nhỏ có đường kính từ 1-2 mm Mía

xé tơi sẽ được băng chuyền chuyển đến hệ máy ép hay còn gọi là hệ các che ép mía Mụcđích chủ yếu của quá trình ép là chiết rút tới mức tối đa cho phép lượng đườngsaccharose có trong cây mía Vì nước mía nằm trong các tế bào, do đó nếu chỉ sử dụnglực ép cơ học thuần tuý thì sẽ không tách triệt để lượng đường có trong cây mía Bổ sungthêm một lượng nước vào trong quá trình ép sẽ giúp tăng hiệu suất tách đường Dựa vàophương thức bổ sung nước mà quá trình ép mía được chia làm hai nhóm: ép thẩm thấu và

ép khuếch tán

 Phương pháp ép thẩm thấu

Trong phương pháp ép thẩm thấu, nước (hay dung dịch nước đường) có nhiệt độ xấp xỉ

600C được tưới vào bã trước khi bã vào che ép tiếp theo Nước dùng để thẩm thấu có thể

sử dụng “nước ngọt” lấy từ nước ngưng tụ của các thiết bị đun nóng và cô đặc Lượngnước được sử dụng khoảng 200% so với lượng sơ mía Có nhiều phương án để bổ sungnước vào các trục ép mía như ép thẩm thấu đơn, ép thẩm thấu lặp lại hay ép thẩm thấuhỗn hợp

- Phương pháp thẩm thấu đơn: sử dụng nước ấm phun vào bã sau mỗi che ép, không dùngnước mía loãng để tưới cho bã, nước mía hỗn hợp được thu từ các máy ép sẽ được gộpchung lại

-Phương pháp thẩm thấu lặp lại: trong phương pháp này, nước ấm mới sẽ được phun vào

bã mía của che ép áp cuối Còn bã mía của các che ép trước đó sẽ được phun ẩm bằngnước mía của các che ép phía sau

Trong các phương pháp thẩm thấu trên, phương pháp thẩm thấu thẩm thấu lặp lại hai lầnđạt hiệu suất trích ly cao nhất

 Phương pháp ép khuếch tán

Trong công nghiệp sản xuất đường, khuếch tán có hai dạng: khuếch tán mía và khuếchtán bã Trong phương pháp khuếch tán mía, cây mía được xử lý sơ bộ, sau đó toàn bộ míađược đưa vào thiết bị khuếch tán Nước mía hỗn hợp bao gồm nước thu từ thiết bị khuếchtán và nước mía sau quá trình ép kiệt bã Còn trong phương pháp khuếch tán bã mía thìmía sau khi xử lý được đưa qua máy ép sơ bộ để thu được khoảng 60-65% lượng nướcmía có trong cây mía Bã mía sau quá trình ép sơ bộ được đưa vào ngâm trong thiết bịkhuếch tán Sau đó sẽ qua máy ép kiệt để thu lượng đường còn sót trong bã Lượng nướccho khuếch tán khoảng 260-280% so với sơ có trong cây mía Thông thường, nước vàomáy khuếch tán có nồng độ loãng, nhiệt độ 65-700C và thời gian lưu trong thiết bị khuếchtán khoảng 25-30 phút Nếu nhiệt độ cao hơn, lượng đường saccharose trích ly ra đượcnhiều hơn nhưng đồng thời tạp chất không đường tan ra cũng nhiều, mặt khác sự chuyểnhoá đường cũng tăng lên đáng kể.

Các biến đổi xảy ra trong quá trình khai thác nước mía

Từ khi đốn chặt đến khi ép lấy nước mía, cây mía và nước mía phải tiếp xúc với nhiều hệ

vi sinh vật rất phức tạp Với độ đường 10-14%, pH = 5,0-5,5, nhiệt độ 20-230C thì nướcmía là môi trường thích hợp cho vi sinh vật sinh trưởng Một số vi sinh vật thường gặp

trong nước mía như giống Leuconostoc, Micrococcus, loài Leuconostoc mesenteroides, Bacillus subtilis, B.cereus, B mensentericus… và nhiều loại nấm men sẽ sinh ra khối

nhầy bẩn, sinh ra dextran, phân huỷ đường… Dưới tác dụng của nhiệt độ, phản ứng thuỷphân đường cũng diễn ra làm giảm hàm lượng đường saccharose có trong nước mía

Thiết bị chính sử dụng trong giai đoạn khai thác nước mía

Máy ép mía có cấu tạo bốn trục, trong đó có ba trục làm việc chính, một trục dùng để tiếpmía cưỡng bức và chống nghẹt mía Trên mỗi trục đều có rãnh răng để bã mí được xé náthơn Ở trục dưới có thêm các đường rãnh để nước mía thoát ra dễ dàng hơn Răng củacác trục cần phải khớp với nhau Máy ép có hệ thống “lược chải”bã và được gắn ở saucác trục ép để tránh nghẹt bã mía trong các rãnh Các vành chắn nước mía, chắn bã đượclắp ở hai đầu trục

2.2 Giai đoạn hoà đường thô

Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình tinh sạch nước mía trong công nghệ tinh

luyện đường

Phương pháp thực hiện: đường thô có lớp mật bên ngoài chứa nhiều tạp chất, vì vậy,

trước khi hoà tan đường thô để thực hiện quá trình tinh lọc, cần rửa lớp mật này Quátrình rửa mật được thực hiện bằng cách trộn đường thô với nước đường tạo thành mộthỗn hợp sệt và hỗn hợp được gọi là magma Ly tâm tách bỏ lớp mật rửa sẽ thu đượcđường sạch lớp mật Đường này sẽ được hoà tan với nước thành dung dịch nước đường

600Bx để bắt đầu vào quá trình tinh lọc các chất keo và các chất không đường hoà tan

2.3 Giai đoạn làm sạch nước mía

Mục đích công nghệ chung

- Hoàn thiện: loại bỏ các chất không đường

- Chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường

Tùy thuộc vào quy trình sản xuất đường thô hay tinh lọc đường mà nguyên liệu đầu vàocủa giai đoạn làm sạch nước mía có thể là nước mía hỗn hợp hay dung dịch nước đương60%Bx

Nước mía sau khi ra khỏi cây mía có tính axitd với pH = 4,0-5,5 và chứa nhiều tạp chấtkhông đường khác Các tạp chất trong nuocs mía hỗn hợp có thể chia thành ba nhóm làcác tạp chất thô không hòa tan, các chất keo và các chất không đường hòa tan Do đó,làm sạch nước mía nhằm trung hòa nước mía hỗn hợp và loại bỏ tối đa chất khôngđường, đặc biệt là những chất hoạt động bề mặt và chất keo

Nguyên tắc thực hiện

Để loại bỏ những tạp chất thô không hòa tan, đơn giản là có thể sử dụng các loại rây cókích cỡ khác nhau Để loại bỏ chất keo, cần tạo các điều kiện để keo tụ hay sử dụng cácchất hấp phụ lôi kéo các chất keo đồng kết tủa sau đó lắng, lọc để loại các kết tủa này đểcác chất tan kết tụ và phân riêng tủa bằng các biện pháp lắng hoặc lọc để loại các chấtmàu hòa tan, phương pháp hữu hiệu nhất là hấp thụ bằng than và đât hoạt tính Cuốicùng, để loại các chất hòa tan không keo tụ như cation kim loại kiềm hay các anion dễ tanthì sử dụng các cột trao đổi ion

2.3.1 Các quá trình hóa chế

Mục đích công nghệ

- Chuẩn bị cho các quá trình lắng hoặc lọc tiếp theo

- Hoàn thiện: nâng cao chất lượng đường thành phẩm

Nguyên lý tạo tủa: keo trong nước mía hỗn hợp chủ yếu mang điện tích âm, tồn tại ở hai dạng: keo ưa nước ( protein, potesan, pectin,…) và keo không tan trong nước( chất màu,

chất béo, sáp mía…) Ở trạng thái ổn định, keo mang điện tích hay có lớp bao bọc bênngoài, nếu mất các tính chất trên thì keo sẽ bị ngưng kết Do đó, gia nhiệt và cho vàonước mía những chất điện ly để thay đổi pH của môi trường sẽ làm ngưng kết chất keo cósẵn trong nước mía Hơn nữa, khi pH thay đổi cũng làm một số ion trong nước mía kếttủa nên sẽ tách được phần lớn các ion này

- Chất điện ly truyền thống sử dụng trong ngành sản xuất mía đường là vôisữa[Ca(OH)2] có nồng độ trong khoảng 8-10oBe Trong nước, sữa vôi sẽ phân ly thànhdạng ion Ca2+ và ion OH- Ion OH- có hai tác dụng chính là trung hòa acid tự do, ngănngừa sự chuyển hóa đường saccharose và tạo môi trường thích hợp cho một số chất tan

có khả năng kếp hợp với một số các anion tạo ra kết tủa như sulfur dioxide (SO2), carbondioxide (CO2), photphate pentaoxyde (P2O5) nên có thể tách loại dễ dàng