Bai 3 2013 lam sach nuoc mia

Nâng cao hiệu suất kết tinh đường: Để có thể kết tinh được tối đa lượng đường saccharose có trong nước mía hỗn hợp Sản xuất đường trắng tinh luyện: Để đượng saccharose kết tinh Tính th

Trang 1

Công đoạn làm sạch nước mía

1 3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Một số câu hỏi phải trả lời

Tại sao cần làm sạch nước mía?

Thành phần của nước mía hỗn hợp?

Trong công đoạn làm sạch nước mía cần phải làm gì?

Nguyên tắc tách loại

Tại sao phải có công đoạn làm sạch

nước mía?

Nâng cao hiệu suất kết tinh đường: Để có thể kết tinh được tối

đa lượng đường saccharose có trong nước mía hỗn hợp

Sản xuất đường trắng tinh luyện: Để đượng saccharose kết tinh

Tính theo phần trăm chất khô (%) Đường Saccharose 11,88 12,63 70 – 90

Trang 2

Chất béo vàsáp:

-Pectin -Acid tự do (suxinic, malic) -Acid kết hợp (suxinic, malic ) Chất vô cơ:

-SiO2 -K2O -Na2O -CaO -MgO -Fe2O3 -P2O5 -SO3 -Cl Nước:

0,20 0,08 0,12 0,25 0,12 0,01 0,02 0,01 vết 0,07 0,02 vết 74,5

5

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Chất màu trong nước mía

Diệp lục tố không tan trong nước và dung dịch đường

Caroten  Dễ loại

Xanthophine (màu vàng) Loại hoàn toàn khi carbonat hoá

Anthocyanine (xanh đến tím) Loại 1 phần khi sulphit hoá

6

Nước mía hỗn hợp chứa gì? Theo kích cỡ

Hệ phân tán thô d> 0,1m: đất cát, hạt bã mía, sáp

Hệ phân tán keo 0,001m < d < 0,1 m: Chiếm 0,03 – 0,5%

nước mía (khá cao)

Các chất xuất phát từ đất

Mía: sáp, chất béo, protein, pectin, tanin, chất màu không

tan

Do VSV trong quá trình bảo quản và ép mía tạo ra khối

nhầy, đặc biệt là levan và dextran

Trong quá trình thao tác nếu nhiệt độ cao, chất không tan

biến thành chất tan và như vậy tăng chất keo trong dung

dịch

Các chất hoà tan: d < 0,001m: đường khử, các chất vô cơ và

hữu cơ tan như một số chất màu, chất khoáng…

7

Trong công đoạn làm sạch nước mía cần

phải làm gì?

Loại chất rắn lơ lửng có trong nước mía

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

Trung hòa nước mía hỗn hợp

Nguyên tắc tách loại

Hệ phân tán thô: Dùng rây, lọc

Hệ phân tán keo: Dùng các chất keo tụ - lắng/lọc

Các chất hoà tan:

Có khả năng tạo tủa: Dùng các nhân tạo tủa – lắng/lọc

Không thể tạo tủa:Dùng các chất hấp phụ hay trao đổi ion

Trang 3

Loại hệ phân tán thô

Trang 4

Hệ phân tán keo

Kích thước: 0,001m < d < 0,1 m

Chiếm 0,03 – 0,5% nước mía (khá cao)

Gồm cĩ:

Tự nhiên: protein, pentosan, sáp

Nhân tạo: ion kim loại tạo tủa Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+, Fe2+ ,

P2O5, SiO2

Chất keo trong nước mía chủ yếu mang điện tích âm

Phân loại:

Keo thuận nghịch và keo khơng thuận nghịch

Keo ưa nước và keo khơng ưa nước

 Lắng

Lọc

Nước mía hỗn hợp

Keo tụ

Sữa vơi Anion

Lắng Lọc

Nguyên tắc tạo bơng tủa – Hĩa chế

Các điều kiện để tạo bơng tủa

Ngưng kết chất keo – tác dụng của pH

Thay đổi pH mơi trường  các chất keo hấp phụ chất điện ly  trung hịa về điện

 keo mất trạng thái ổn định

và ngưng kết

pH làm chất keo ngưng kết gọi là pH đẳng điện

Điểm đẳng điện của các chất keo khác nhau:

 pHalbumin = 4,6 – 4,9

pHasparagin = 3,0…

16

Trang 5

Khả năng tách loại các chất không đường ở

Nếu khống chế pH không tốt: saccharose

bị chuyển hóa thành đường khử hoặc bị phân hủy,… làm tổn thất đường và tăng màu sắc của sản phẩm

Thay đổi pH làm ngưng tụ chất keo

pH trên dưới 7: pH đẳng điện

pH trên dưới 11: pH ngưng kết của protein trong môi trường kiềm mạnh

18,30 22,30 25,30

0,290 0,316 0,357

Trang 6

Hậu quả của chuyển hố đường saccharose

khi pH < 7

Tổn thất đường

Giảm độ tinh khiết của mật chè ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh

của đường

Khi mới tạo thành glucose và fructose cĩ hàm lượng tương

đương nhau, nhưng trong mật cuối glucose lại cao hơn

fructose vì trong quá trình sản xuất fructose bị phân hủy nhiều

hơn

21

Phân huỷ đường trong mơi trường pH > 7

Hàm lượng đường khử trong nước mía: 0,3-2,4%

Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào: pH, nhiệt độ

Sản phẩm: fucfurol, 5-hidroximetyl-fucfurol, metylglioxan, glixeendehit, dioxiaceton, acid lactic, acid trioxiglutaric, acid trioxibuteric, acid acetic, acid focmic…

Sản phẩm cĩ thể tiếp tục bị oxi hĩa dưới tác dụng của khơng khí

22 0

20 40 60 80

Đường khử phân hủy (%)

30 38oC: pH > 7, đường khử bắt đầu phân huỷ

41oC: hoạt động của vi sinh vật giảm dần

55oC: phân huỷ đường khử, tạo keo, chất màu và các

acid hữu cơ

61oC:đình chỉ hoạt động của một số men và VSV

74oC: một số vi khuẩn thơng thường ngừng hoạt động

81oC: tồn bộ vi khuẩn bị tiêu diệt

83oC: quá trình lắng trong, albumin bắt đầu ngưng

kết, keo mất tính thuận nghịch và pH giảm

95oC: thốt nướckết tủa rắn chắc, tốc độ kết tủa tăng

100oC: kết tủa Ca2(PO4)3 khơng thể tan trở lại

• Kết tủa nhanh

• Hiệu suất tạo tủa tăng

Tăng tốc phản ứng tạo keo nhân tạo

• Tăng tốc độ lắng Giảm nhớt

Trang 7

Tác dụng của nhiệt độ cao – Nhược điểm

25

Hóa học

Nhiệt độ cao

Caramel hóa

Sẫm màu nước mía

nước mía

Acid + t o cao Thủy phân

Đường Saccharose Mất đường Vụn mía Tăng nhớt Kiềm đường khử Phân hủy nước mía Sẫm màu

Vật lý Độ nhớt giảm động tăng Chuyển Khó khăn khi lắng

Anh hưởng của pH, nhiệt độ và thời gian đến

sự phân hủy đường

Đường khử Không bị phân hủy

Phân hủy chậm khi nhiệt độ < 55 0 C, sản phẩm phân hủy không màu

Phân hủy nhanh khi nhiệt độ > 55 0 C, sản phẩm phân hủy có nhiều chất có màu

Tốc độ phản ứng tăng khi nhiệt độ tăng

Số lượng sản phẩm tạo thành tăng khi thời gian càng dài Đường

saccharose

Bị chuyển hoá tạo thành đường chuyển hoá

Không bị phân huỷ

Ảnh hưởng của các chất điện ly

Cation: Ca2+

Anion:

 OH-

Phương pháp carbonate hóa: CO32-

Phương pháp sulphite hóa: SO3

2-Phương pháp phosphatse hóa: PO43-

Cation Ca2+– Gia vôi

Dạng vôi bổ sung CaO

CaO + H2O  Ca(OH)2

Làm tăng pH dung dịch nước mía

Cân bằng trong dung dịch

Trang 8

Tác dụng với ion kim loại tạo thành hydroxit keo tụ:

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

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

Nếu trong dung dịch thừa OH-, sẽ tạo môi trường kiềm dẫn

đến hàng loạt phản ứng phân huỷ đường khử

Muối canxi dễ tan: muối của các acid: focmic, propionic, lactic, butiric, glutaric, saccharinic, aspastic, glutamic

Bổ sung các anion để tạo muối tủa với ion Ca2+

Trung hòa lượng vôi dư trong nước mía

Tạo muối canxi kết tủa

32

Trang 9

Phương pháp carbonate hoá: Bổ sung khí CO2

Phản ứng

H2CO3  H+ + HCO3- HCO3-  H+ + CO32-

Ion CO32- phản ứng với vôi trong dung dịch:

Phương pháp sulphite hoá: Bổ sung khí SO2

 Phản ứng xảy ra khi sục SO2 vào dung dịch nước:

SO2 + H2O  H2SO3

H2SO3  H+ + HSO3

-HSO3-  H+ + SO3

2-Ở pH  9,5: chỉ tồn tại ion SO32- (không có HSO3-)

pH = 4,5  9,5: ion HSO3- nhiều hơn

pH  4,5: hầu như không có ion SO32-

 Khi cho SO2 vào nước mía có vôi dư :

Thêm P2O5 vào trong nước mía đạt 0,4%,

Ưu điểm: thu nước mía trong hơn, loại nhiều keo hơn, muối

canxi trong nước mía ít, kết tụ nhanh, lọc nhanh, đường thành

Trang 10

Liều lượng sử dụng của flocculant 1,6 - 4,0 ppm

37

Bổ sung enzyme

Dextranase: Enzyme thuỷ phân dextran

Thí dụ bổ sung 100ppm dextranase ở nhiệt độ 1000C có thể làm giảm 61 – 85% dextran trong nước mía thô

Amylase: Enzyme thuỷ phân tinh bột:

Td 10 – 20% tinh bột trong nứơc mía bị thủy phân khi thêm -amylase ở pH 6,5 , nhiệt độ 60 – 700C trong 8 phút

Các chất khác: dịch trích lô hội (3ppm) (Ấn độ); Guazuma hembra ở Cotarica…

38

Phối hợp các quá trình trong giai đoạn hoá chế

Thay đổi tuỳ thuộc:

Loại nguyên liệu

Gia nhiệt Kiềm hoá

Sữa vôi

Trung hoà Anion

Lắng Lọc

Kết tụ

Kiềm hóa

Mục đích

Ngăn ngừa sự chuyển hoá đường saccharose

Đông tụ một số chất keo tự nhiên: protein, pectin

Kết tủa của các hydroxyde kim loại tạo keo nhân tạo kéo theo những chất lơ lửng, và những chất không đường khác lắng hay nổi

Phân huỷ một số chất không đường: đường khử, amit…

Diệt VSV: với 0,3% - 0,8% CaO phần lớn vi sinh vật không sinh trưởng

Các yếu tố ảnh hưởng

 Vôi: Chất lượng vôi, Nồng độ vôi, Hàm lượng vôi

 Mía: Lượng P2O5 trong mía

 Nhiệt độ khi gia vôi

 Khuấy trộn

 Trật tự bổ sung vôi – nhiệt

Trang 11

Yêu cầu chất lượng vôi

 Hàm lượng CaO <85%: Thêm tạp chất vào

 Hàm lượng MgO >2% sẽ gây ra một số tác hại sau:

 Giảm thấp độ hòa tan của vôi, thời gian lắng kéo dài

 Tác dụng với đường khử làm tăng màu sắc nước mía

 MgO có độ hòa tan lớn: đóng cặn ở các thiết bị gia nhiệt

- bốc hơi

 Làm đường có vị đắng

 Al2O3, Fe2O3, SiO2 : tăng chất keo, tăng màu sắc nước mía

và đóng cặn dính vào thiết bị

Nồng độ sữa vôi:10-18 0 Be

Khi nồng độ sữa vôi tương đối cao

tạo tủa nhanh

giảm lượng nhiệt bốc hơi

Nồng độ sữa vôi quá đặc:

làm tắc đường ống dẫn

gây nên hiện tượng kiềm cục bộ, làm đường khử phân hủy

42

Lượng vôi

Lượng sử dụng: 0,5-0,9 kg vôi/1 tấn mía Không cố định phụ

thuộc vào thành phần của nước mía

Dùng pH để biểu thị lượng vôi cho vào nước mía

Khi đun nóng nước mía đã cho vôi sẽ làm pH (giảm từ

0,2-0,5)

 Một phần Ca3(PO4)2  Ca(OH)2.nCa3(PO4)2 và một muối

acid hòa tan phân ly  làm giảm trị số pH

Ca2HPO4 + Ca(OH)2  Ca3(PO4)2  + H3PO4

Khi nhiệt độ cao và môi trường kiềm, đường khử phân hủy

tạo thành chất màu và các acid

Do có sự giảm pH sau khi đun nóng nên trị số pH trong quy

trình công nghệ là trị số pH khi đun nóng (thường khống chế

pH khoảng 7)

43

Hàm lượng P2O5 trong nước mía

Hiệu quả làm sạch của phương pháp vôi: phản ứng kết tủa của vôi và P2O5 Ca3(PO4)2

pH = 7: phản ứng tạo kết tủa Ca3(PO4)2Hàm lượng P2O5 trong nước mía rất thấp (khoảng 300 mg/l nước mía) có thể cho vào nước mía acid photphoric hoặc muối photphat hòa tan để nâng cao hiệu quả làm sạch

44

Trang 12

Nhiệt độ cho vôi

Nhiệt độ cao có tác dụng

Tăng tốc độ kết tủa

Giảm dung tích nước bùn

Tăng màu sắc của nước mía (do sự phân hủy đường khử)

Một phần keo đã kết tủa hòa tan lại

Khống chế nhiệt độ nước mía đến sôi hoặc cao hơn một

chút → khoảng 1050C

45

Tác dụng của khuấy sau khi cho vôi

Phân bố vôi đều trong nước mía  phản ứng được diễn ra hoàn toàn

Trường hợp nồng độ sữa vôi cao rất cần khuấy trộn để tránh hiện tượng kiềm cục bộ

Thời gian khuấy càng dài càng giảm dung tích bùn và tăng độ tinh khiết của nước mía

Nhược điểm

Nếu cho vôi thừa khi đun nóng vôi sẽ đóng cặn ở thiết bị

Hiệu suất làm sạch thấp

Tốc độ lắng tương đối nhanh Tránh hiện tượng đóng cặn

Hiệu quả làm sạch tốt

Nhược điểm

 Saccharose chuyển hóa thành glucose + fructose  mất nhiều đường Nhiệt độ cao, vôi làm biến màu sản phẩm

48

Trang 13

Cho vôi gián đoạn

Ưu điểm

Hạt kết tủa lớn

Lắng nhanh và tiết kiệm được 35% lượng

Loại được nhiều chất không đường

Giảm lượng bùn

Hiệu suất làm sạch cao

Nhược điểm

Sự chuyển hoá và phân hủy saccharose tương đối lớn

Sơ đồ công nghệ phức tạp, tốn thiết bị

49

Giai đoạn gia nhiệt

Nâng nhiệt độ hỗn hợp nước mía nhằm giảm độ nhớt của dung dịch

Thiết bị gia nhiệt

Mỗi cột gia nhiệt có nhiều ngăn, mỗi ngăn có nhiều ống truyền nhiệt

Nước chè đi trong ống, hơi nước đi bên ngoài

1 - Ống gia nhiệt

2 - Tấm gắn ống

3 - Buồng phân phối (tức buồng chung)

Trang 14

Sản xuất đường tinh luyện

kiềm hoá – trung hoà

Gia vôi đến pH kiềm

Trung hoà lại bằng các anion tạo tủa

Trang 15

Tách loại các chất kết tụ và keo ngưng tụ phân tán lơ lửng

trong nước mía

Làm trong nước mía

80-85% nước mía trong sau lắng

15-20% nước bùn được đưa vào máy lọc

Điều khiển quá trình lắng

Độ lớn của hạt kết tủa: Tăng kích thước hạt:

Ổn định pH để tạo kết tụ tốt nhất

Bổ sung một số chất trợ lắng-lọc

Số lượng bọt khí: Sục khí đảm bảo lượng bọt khí đủ để có thể lôi

cuốn các kết tủa lên bề mặt

Giảm độ nhớt dung dịch: Tăng và ổn định nhiệt độ 100-105oC

Nhiệt độ để các bọt khí nổi lên bề mặt có thể tích lớn nhất mà không bị vỡ

Không gây sôi dung dịch

Nhiệt độ ổn định: Tránh đối lưu trong bồn lắng

Trang 17

Tận dụng thu hồi phần nước đường còn trong bùn

Nguyên lý lọc:

Màng lọc lỗ nhỏ: chất kích thước lớn (bùn) bị giữ lại trên màng

 Động lực di chuyển: chênh lệch áp suất lớn hơn tổng lực cản của màng và bã lọc  dung dịch lọc chảy về phía có áp suất thấp hơn

Sử dụng máy lọc chân không hay máy lọc khung bản

•Tăng tỷ trọng các hạt kết tủa

•Keo tụ các chất keo

Máy lọc chân không

Vùng rửa và làm khô bã bùn: Chân không 500-600 mmHg

Vùng mất chân không

68

Trang 18

69

Yêu cầu kỹ thuật trong quá trình lọc chân không

Nhiệt độ nước bùn lọc: 85-90oC

 Quá thấp:

 Quá cao

Tăng thêm lượng chất trợ lọc

Thêm lượng nước tưới rửa trên bề mặt lọc: 100-150% so với lượng bùn lọc, nhiệt độ 80oC

Trang 19

So sánh thiết bị lọc chân không và lọc khung bản

Hạng mục Chân không Thiết bị lọc Khung bản Tỷ lệ

Bề mặt lọc cần thiết cho một tấn mía (m 2 )

Số máy

Công nhân

Diện tích nhà (m 2 )

Tiêu hao công suất

Lượng nước rửa trung bình cho 1 tấn mía

Phần đường còn lại trong bùn (%)

Tổn thất đường trung bình của 1 tấn mía

(%)

0,011 – 0,014

1 máy (bề mặt lọc 14m 2 )

2

14

1 2%

0,2 – 0,8 0,5

0,032 – 0,326

6 máy (bề mặt lọc 46,5m 2 /máy )

8

28 1,2 4%

2,0 – 6,0

3

9/2 1/6

1/4 1/2 1/1,2 1/2 1/6 1/6

Hấp phụ tẩy màu

Các phản ứng hoá học oxy hoá chất mang màu

Trao đổi ion

Trang 20

SO2 là chất khử: tiến hành phản ứng khử chất mang màu

thành chất khơng màu hoặc màu nhạt hơn

Quá trình khử chất màu: phá vỡ hệ cộng hưởng điện tử của

phần tử chất màu

Xảy ra phản ứng khử tại nối đơi bằng axit sunfurơ hoặc bằng

muối của nĩ

Đối với mật chè và đường non, hiện tượng trở lại chất màu ban

đầu khơng nhiều

77

Tác dụng tẩy màu dung dịch đường của SO2

Hấp phụ - tẩy màu bằng than hoạt tính

Bổ sung than hoạt tính:tỷ lệ 1 - 3% khối lượng nước đường

Bổ sung bột trợ lọc vào dung dịch đường cùng lúc với than

Nồng độ dung dịch đường: 60-640Bx

pH: 7,0-7,2: Tránh chuyển hóa đường

Nhiệt độ dung dịch đường: 80-900 C

Thời gian tẩy màu: 30-40 phút

Thiết bị hấp phụ: bồn khuấy ổn nhiệt

Lọc: Tách loại thành phần than hoạt tính đã hấp phụ

Sản phẩm thu được sau công đoạn này gọi là nước đường trong, gọi là siro tinh lọc

Thiết bị máy lọc ép khung bản

78

Trao đổi ion

Chất trao đổi ion là: hợp chất cao phân tử, không tan trong

nước, có khả năng trao đổi ion của mình với các ion khác có

trong dung dịch

Phân loại:

Chất trao đổi ion dương Cationit: Có tính acid

R – SO3(H): Acid mạnh trao đổi mọi pH

R – COOH: Acid trung bình trao đổi ở pH  7

R – OH : Acid yếu trao đổi ở pH > 7

Chất trao đổi ion âm: Anionit: Có tính kiềm

Trang 21

Thiết bị trao đổi ion

82

Quá trình trao đổi ion trong nước mía

Quy trình Moebes

 Bước 1: Qua cột trao đổi ion âm có tính kiềm mạnh (ở 90 0 C):

khoảng 70% ion âm được trao đổi thành cacbonat:

RnCO3 + (K, Na, Ca)A  Rn(A, CO3) + (K, Na, Ca) (A, CO3)

 Bước 2: Qua cột trao đổi ion dương có tính acid mạnh

[(K, Na)CO3 + (K,Na)A] + NH4Rd  NH4(CO3, A) + (K,Na)Rd2

 Lưu ý: Muối amoni bị phân ly bởi một lượng nhỏ Ca 2+ :

NH4(CO3, A) + Ca(OH)2  NH4OH + CaCO3 + Ca 2+ + 2A

- Phương pháp này loại được khoảng 50% tro và 10% chất chứa

nitơ

83

Một số quy trình cụ thể

Định dạng
Số trang	28
Dung lượng	2,02 MB