Tăng tinh độ nước mía Chất không đường bị phân huỷ nhất là acid amin và muối carbonate AP tăng 0,1 Tạo cặn trong thiết bị cô đặc Biểu kiến do thay đổi góc quay khi nghịch đảo đường Gi
Trang 12 Năng suất bốc hơi
MN: Lượng nước bốc hơi
F: Tổng diện tích truyền nhiệt
3.Cơ sở lý thuyết:
Lượng nước cần bốc hơi
Quá trình bốc hơi không nên vượt quá 720Bx
Sản xuất đường thô: 60 – 700Bx (32 – 370 Be)
Sản xuất đường trắng: 50 – 600Bx (27 – 320Be)
Lượng nhiệt cần cho bốc hơi gồm:
Nhiệt cần để đun nóng nước mía trong đến nhiệt độ sôi
Nhiệt để bốc hơi nước mía
Nhiệt tổn thất ra ngoài môi trường
Bx
Bx M
M M
4
CÁC YẾU TỐ ẢNH HƯỞNG ĐẾN NHIỆT
ĐỘ SÔI CỦA NƯỚC MÍA
Aùp suất
Nồng độ dung dịch đường
Aùp suất thuỷ tĩnh
Trở lực đường ống
Trang 25
Aùp suất
Aùp suất giảm
Nhiệt độ sôi của
dung dịch giảm
6
Nồng độ dung dịch đường
Trong cùng điều kiện áp lực, Nồng độ tăng Nhiệt độ sôi của dung dịch đường (mật chè) tăng
7
Aûnh hưởng kết hợp của nồng độ và áp suất
8
Trang 39 10
Tổn thất tĩnh áp
Aùp suất cột dung dịch trong thiết bị gây nên tăng áp theo chiều cao cột nước Chênh lệch về điểm sôi giữa bề mặt và dưới đáy cột nước
Trung bình cột nước cao 1m sự chênh lệch nhiệt độ là 14oC
Hiện tượng quá nhiệt ở đáy nồi
11
Sự khác nhau giữa nhiệt độ sôi các lớp
phía trên và phía dưới trong dung dịch
12
Tổn thất nhiệt do đường ống
Hơi thứ từ hiệu trước sang hiệu sau đi qua đường ống
chịu ảnh hưởng của trở lực đường ống giảm nhiệt độ
Tổn thất nhiệt do đường ống: Phụ thuộc vào thực tế của từng nhà máy và dựa vào cách nhiệt của từng loại để tính
ra
Thường lấy tổn thất nhiệt:1-1,5OC/hiệu
Trang 413
Hệ số truyền nhiệt
Lượng nhiệt đi qua diện tích truyền nhiệt 1m2 trong thời gian
1h và làm tăng nhiệt độ lên 10C
1: hệ số cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành ống truyền nhiệt (W/m2.0K)
2: hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dung dịch đường (W/m2 .0K)
, C: Chiều dày thành ống và lớp cặn đóng (m)
,C: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu thành ống và lớp cặn đóng (W/m.0K)
Trong đó
Thời gian làm việc của thiết bị cô đặc
Thực tế hệ số truyền nhiệt còn bé hơn Ktt = Klt ( < 1)
)/.(,1
1
2 1
W K m
Các yếu tố ảnh hưởng đến hệ số truyền nhiệt
Hệ số cấp nhiệt từ hơi đốt đến thành ống truyền 1:
Tính chất của hơi
Lượng khí trong hơi
Dạng ngưng tụ
Trạng thái bề mặt truyền nhiệt
Hệ số cấp nhiệt từ thành ống đến dung dịch đường 2:
Chênh lệch nhiệt độ hơi và nhiệt độ sôi dung dịch
Tsôi và 2
Nồng độ dung dịch đường độ nhớt , 2
Chiều cao dung dịch trong thiết bị 2
Thời gian lưu , tốc độ dòng dung dịch lưu lượng2
Lớp cặn bám trên bề mặt truyền nhiệt 2
15
Hóa học của quá trình cô đặc
Điều kiện
Aùp suất: chân không
Nhiệt độ: giảm dần từ 120oC xuống 65oC
Sự chuyển hóa của saccharose:
Môi trường acid + nhiệt chuyển hóa saccharose
Tác dụng chuyển hóa và phân hủy sac: không quá 0,01%
Trang 5Tăng tinh độ nước mía
Chất không đường bị phân huỷ nhất là acid amin và muối carbonate (AP tăng 0,1)
Tạo cặn trong thiết bị cô đặc
Biểu kiến do thay đổi góc quay khi nghịch đảo đường
Giảm pH
Phân hủy amid- ví dụ: aspagagin
Phân hủy đường khử tạo acid hữu cơ
Tạo ra caramen (rất ít)
Sự tạo cặn
Cô đặc nước mía thể tích giảm còn ¼
Chất không đường: ở trạng thái quá bão hòa
Tạo thành cặn trong thiết bị cô đặc tổn hao nhiệt
Điểm cặn tập trung
Chỗ dung dịch tiếp xúc trực tiếp
Bề mặt truyền nhiệt
Nhất là hiệu cuối
19
Phương án bốc hơi của hệ cô đặc
Hệ bốc hơi nhiều nồi
Hơi thứ của hiệu trước làm hơi đốt cho hiệu sau
Điều kiện cần: có chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và
dung dịch đường sự chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và
hơi thứ trong các hiệu
Thực tế: Hệ cô đặc 4 hiệu cùng chiều tăng hiệu suất
và giảm giá thành tốt nhất
20
Thiết bị bốc hơi
Trang 725
Nguyên lý của hệ bốc hơi nhiều hiệu cùng chiều
Nguyên tắc
Tận dụng hết lượng hơi thứ
Đảm bảo yêu cầu công nghệ
Hơi thứ của nồi cuối nhiệt độ thấp dùng để gia nhiệt 1
Hơi thứ của nồi 1 có nhiệt độ cao dùng để nấu đường, gia nhiệt nước trước
khi vào bốc hơi
Phương án gia nhiệt
a Phương án bốc hơi chân không
Ưu điểm: Nhiệt độ hơi thấp tránh được hiện tượng caramen hóa, giảm tổn
thất, tránh được phản ứng phụ
Khuyết điểm: Do nhiệt độ hơi thấp làm giảm khả năng tận dụng hơi thứ
b Bốc hơi áp lực
Ưu điểm: Lợi dụng được toàn bộ hơi thứ, giảm được diện tích truyền nhiệt
Khuyết diểm: Đường saccharose bị caramen hóa, đường khử bị phân giải
tăng màu sắc của chè
c.Phương pháp bốc hơi áp lực – chân không
Ưu điểm: Tận dụng hơi thứ cho nấu đường và gia nhiệt, màu sắc và chất
lượng mật chè đảm bảo yêu cầu công nghệ
Khuyết điểm: Bố trí thiết bị phức tạp, thao tác và khống chế khó
26
4 Khống chế quá trình bốc hơi 4.1.Khoảng cách độ chân không và áp suất hơi 4.2.Khống chế chiều cao dung dịch
4.3.Khống chế lượng hút hơi thứ 4.4.Thoát nước ngưng tụ
4.5.Thoát khí không ngưng
27
4.1.Khoảng cách độ chân không và áp suất
hơi
Độ chân không càng cao thì điểm sôi càng thấp
Áp suất hơi càng lớn thì dung dịch sôi càng mạnh
Thông thường độ chân không hiệu cuối là 580-650 mmHg
Nếu độ chân không cao hơn nữa thì độ nhớt dung dịch sẽ
tăng làm ảnh hưởng tới đối lưu và truyền nhiệt
Trường hợp áp suất hơi hiệu I không đủ, độ chân không các
hiệu sẽ tăng cao làm ảnh hưởng tới năng suất bốc hơi
28
4.2.Khống chế chiều cao dung dịch
Ổn định chiều cao dung dịch Oån định áp lực thoát liệu
Nếu chân không hai hiệu chênh lêïch nhau không nhiều
dung dịch không thể từ hiệu trước chảy ra hiệu sau
Mở to van dung dịch ra
Nếu không có kết quả thì điều chỉnh giảm chân không hiệu trước & tăng chân không hiệu sau
Trang 829
4.3 Khống chế lượng hút hơi thứ
Lượng hơi thứ cần ổn định Tránh thay đổi nhiệt độ
có ích giữa các hiệu, ảnh hưởng đến nồng độ mật chè
Nếu dùng hơi cho nấu đường thì cần lấy ở 2 đường : hơi
thải và hơi thứ
4.4.Thoát nước ngưng tụ
Nếu thoát nước không tốt nước ngưng đọng nhiều
trong buồng đốtảnh hưởng tới tốc độ bốc hơi mở to van
khí không ngưng để việc thoát nước ngưng tụ dễ dàng
4.5.Thoát khí không ngưng
Khí không ngưng: làm giảm hệ số truyền nhiệt
Thoát khí không ngưng không tốt gây áp suất hiệu trước
tăng cao. Mở hết van xả hết khí không ngưng đến khi ổn định
30
5.Yêu cầu của thiết bị bốc hơi:
Không nên để nước chè trong nồi bốc hơi quá khô cạn làm tăng nhiệt độ gây hiện tượng caramen hóa
Nước mía lưu lại trong nồi với thời gian ngắn nhất
Thao tác đơn giản, tự động hóa dễ dàng
Trong quá trình bốc hơi không nên lạm dụng nhiệt độ Nếu nhiệt độ nồi bốc hơi cao sẽ làm mất chân không
Quá trình vận hành bốc hơi phải đảm bảo 4 yếu tố liên tục và 4 yếu tố ổn định
31
4 yếu tố liên tục
Nước chè cung cấp liên tục
Hơi nước cung cấp liên tục
Nước ngưng tụ rút ra liên tục
Khí không ngưng xả liên tục
4 yếu tố ổn định
Mực nước chè ổn định
Aùp lực ổn định
Chân không ổn định
Nồng độ siro ổn định
NẤU ĐƯỜNG – KẾT TINH
32
Trang 91 Mục đích QUÁ TRÌNH Nấu đường - Kết tinh
Bốc hơi để dung dịch đạt đến nồng độ quá bão hòa
và tạo tinh thể
Sản phẩm thu được sau khi nấu gọi là đường non
gồm tinh thể đường và mật cái
34
2 Một số định nghĩa sử dụng trong quá trình nấu đường
Độ hòa tan của đường saccharose trong nước: là số gam đường trong 100g nước
Dung dịch bão hòa: là dung dịch chứa lượng chất tan tối đa
ở nhiệt độ ổn định
Hệ số bão hòa (’): là tỷ số giữa hệ số hòa tan đường saccharose trong dung dịch đường không tinh khiết và hệ số hòa tan trong dung dịch đường tinh khiết ở cùng nhiệt độ
Hệ số bão hòa thể hiện ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đối với quá trình sản xuất
35
Khi ’>1: Độ hòa tan của saccharose trong dung dịch không tinh khiết lớn hơn trong dung dịch tinh khiết
Khi ’=1: Các chất không đường không ảnh hưởng đến độ hòa tan của đường saccharose
Khi ’<1: Các chất không đường làm giảm độ hòa tan của đường saccharose
Thường hệ số bão hòa trong dung dịch đường mía < 1 và không phụ thuộc vào nhiệt độ
36
Dung dịch quá bão hoà
Dung dịch quá bão hòa: là dung dịch chứa lượng chất tan nhiều hơn dung dịch bão hòa ở cùng nhiệt độ
Hệ số quá bão hòa():Là tỷ số giữa lượng đường hòa tan trong một đơn vị nước của dung dịch nghiên cứu với lượng đường hòa tan trong một phần nước của dung dịch bão hòa
ở cùng nhiệt độ
Nếu > 1:dung dịch quá bão hòa
Nếu = 1: dung dịch bão hòa
Nếu < 1: dung dịch chưa bão hòa
Hệ số bão hòa có ý nghĩa quyết định đối với quá trình kết tinh, đến hiệu suất kết tinh và chất lượng sản phẩm
Trang 1037
3 Động học của quá trình kết tinh đường
Quá trình kết tinh gồm 2 giai đoạn chủ yếu:
Sự hình thành tinh thể
Sự phát triển của tinh thể
38
Dung dịch chứa 80% đường saccharose, không chứa đường khửû và thời gian là 0 phút, 5 phút, 10 phút và 30 phút
39
3a Sự xuất hiện của nhân tinh thể (hay sự tạo mầm)
Vùng quá bão hòa thấp
= 1,1 – 1,15
Tinh thể không tự xuất hiện được:
không sinh hạt mới
Phát triển kết tinh:nuôi lớn tinh thể
Vùng quá bão hòa trung bình
= 1,2 -1,25
Tinh thể có thể tự xuất hiện nếu có
kích thích hoặc do có mặt của một
số tinh thể sẽ làm phát sinh ra
nhiều tinh thể khác
Những tinh thể đã có sẽ lớn lên với
tốc độ nhanh
Vùng quá bão hòa cao
3b.Sự phát triển của tinh thể
Vùng nào thích hợp?
Vùng quá bão hòa thấp và duy trì liên tục ở vùng này để tinh thể lớn lên
Tốc độ kết tinh phụ thuộc vào gì?
Quá trình kết tinh là quá trình khuếch tán
Trang 1141
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh
Độ quá bão hòa càng lớn thì tốc độ kết tinh càng lớn do
hiệu số C – C’ lớn
C = C – C’
Theo định luật Fick, tốc độ kết tinh được tính như sau:
Trong đó:
K : tốc độ kết tinh
k : hệ số khuếch tán
d : khoảng đường khuếch tán
C – C’ : độ quá bão hòa
Vậy tốc độ kết tinh tỷ lệ thuận với độ bão hòa của dung dịch
đường
d) C' -C (k
Tốc độ kết tinh:
Khi độ nhớt tăng: tốc độ kết tinh K giảm
Khi nhiệt độ tăng: chiều dày lớp mật không chuyển động d tăng, độ nhớt giảm
kK
Khi nhiệt độ tăng độ nhớt giảm, tốc độ kết tinh tăng
Nhiệt độ tăng cao biến đổi hóa học xảy ra nhanh chóng
ảnh hưởng đến chất lượng, gây tổn thất đường
Kết tinh đường trong nồi nấu chân không: giảm nhiệt độ sôi
của dung dịch, tăng nhanh tốc độ bốc hơi nước
Độ tinh khiết
Tinh độ càng cao tốc độ kết tinh càng cao
Tinh độ thấp thành phần không đường gây ra độ nhớt
lớn cản trở khuếch tán và tiếp xúc của các hạt đường
tốc độ kết tinh chậm,
44
Kích thước tinh thể
Tinh thể lớn và bé: Tốc độ kết tinh đều như nhau
Tinh thể bé tổng diện tích bề mặt lớn lượng đường kết tinh trong một thời gian lớn kết tinh dễ ít tạo tinh thể dại
Số lượng tinh thể
Số lượng tinh thể quá nhiều cản trở chuyển động của tinh thể trong đường non giảm tốc độ kết tinh
Số lượng tinh thể nhiều khoảng cách gần nhau hơn
d nhỏ tốc độ kết tinh tăng
Hai ảnh hưởng này hầu như cân bằng nhau
Trang 1245
4.1.Cô đặc đầu
Nguyên liệu: mật chè hoặc đường hồ
Cấp nhiệt làm bay hơi nước đưa dung dịch đạt đến trạng
thái quá bão chuẩn bị cho sự tạo mầm tinh thể
Nồng độ cô đặc: Tùy phương pháp gây mầm mà khống chế
khác nhau
Lượng nguyên liệu cho vào nồi: Tránh hiện tượng cháy
đường ngập ống truyền nhiệt của nồi nấu
Giảm thời gian cô đặc Nguyên liệu không nên quá nhiều,
46
4.2.Sự tạo mầm tinh thể
Dùng kinh nghiệm hoặc các dụng cụ kiểm tra để xác định thời điểm tạo mầm tinh thể
Có thể quan sát sự thay đổi trạng thái của dung dịch trong nồi như:
Các bọt hơi chuyển động nhanh trên kính quan sát
Khi cô đặc độ nhớt dung dịch tăng lên (do nồng độ tăng)
Sự truyền nhiệt và sự sôi giảm, các bọt khí chuyển động rất chậm đồng thời các giọt mật rơi chậm trên kính và đọng lại nhiều vết dung dịch đặc
47
Phương pháp tạo mầm tự nhiên
Nấu siro đến quá bão hòa cao tinh thể đường tự xuất hiện
Nhận biết điểm xuất hiện tinh thể:
Độ nhớt của siro, giọt siro chảy xuống rất chậm
Kinh nghiệm
Ưu điểm: đỡ tốn hạt và bột đường để gieo hạt
Khuyết điểm:
oSaccharose rất khó tự kết tinh
oNếu nấu đến nồng độ cao chất lượng đường không đảm
bảo
oThời gian nấu kéo dài, khó khống chế lượng mầm
oTinh thể xuất hiện rấtnhanh và đồng loạt, số lượng nhiều
khó điều hòa theo số lượng ấn định phẩm chất khó
kiểm soát
oSau kết tinh lần thứ 2, hàm lượng các chất phi đường cao,
gây cản trở cho sự kết tinh
oVì vậy phương pháp này ít sử dụng
48
Phương pháp kích thích
Cô đặc dung dịch đường đến độ quá bão hòa trung
Làm lạnh đột ngột để kích thích sự sinh hạt
Chuyển về vùng quá bão hòa thấp ( = 1,1 – 1,15) để nuôi tinh thể lớn lên
Cần xác định thời điểm kích thích hợp lý, tránh gây hiện tượng các hạt tinh thể dính chùm trong dung dịch quá đặc
Trang 1349
Phương pháp gieo mầm
Cô đặc dung dịch đường đến vùng quá bão hòa thấp
Bổ sung mầm
3 cách tạo mầm
Phương pháp tinh chủng: Mầm là đường bột
Ưu điểm:
–Điều chỉnh được số lượng và kích thước hạt tinh thể
–Rút ngắn thời gian nấu đường
–Hạn chế sự xuất hiện tinh thể mới
Khuyết điểm:
–Lượng bột đường phải được nghiền nhỏ và đồng đều
–Bột đường để lâu bị vón cục
Phương pháp nấu giống (hay phân cắt): tạo mầm trong nồi
giống bằng phương pháp tự nhiên hay kích thích
Phương pháp đường hồ (magma): Mầm được tạo ra bằng cách
trộn đường hạ phẩm đã ly tâm với “mật chè”
Thường làm nguyên gốc để nấu đường thô, thời gian nấu
ngắn, dễ nấu nhưng giảm lượng đường
50
4.3 Nuôi tinh thể
Khi đã đủ lượng tinh thể đưa dung dịch trở về vùng quá bão hòa thấp
Duy trì liên tục ở vùng này để tinh thể lớn lên Tránh hiện tượng ngụy tinh
Lưu ý:
Nhiệt độ nguyên liệu cho vào nồi nấu:bằng hoặc lớn hơn nhiệt độ trong nồi nấu 3-5oC:
Giữ nhiệt độ sôi trong nồi
Tăng khả năng truyền nhiệt
Tạo sự đối lưu tốt
Nguyên liệu có tinh độ AP cao cho vào trước, AP thấp cho vào sau
51
4.4.Cô đặc cuối
Khi tinh thể đường đạt kích thước nhất định
Ngừng cho nguyên liệu vào
Duy trì và theo dõi độ quá bão hòa thấp của dung dịch
để đường tiếp tục kết tinh
Kết tinh đạt yêu cầu
Cô đặc đường non đến độ Bx quy định cho mỗi loại
đường
Tránh cô đặc quá nhanh có thể tạo tinh thể dại
Nước bốc hơi ít đóng dần van cung cấp hơi lại
Tránh nhiệt độ cao
Lưu ý đến sự đối lưu của khối đường non trong nồi
nấu
Khi đường non đạt yêu cầu kích thước hạt đường, độ Bx
Nhả đường non xuống các máng bồi tinh
Xông rửa nồi nấu chuẩn bị cho nồi nấu kế
52
Những biến đổi hóa học
Tinh thể saccharose rất bền, ở nhiệt độ dưới 70oC hầu như không có sự thay đổi nào
Những thay đổi của đường non trong quá trình kết tinh chủ yếu phụ thuộc vào thành phần mật
Chuyển hóa đường: pH axit và nhiệt độ nấu đường phải khống chế pH và ổn định nhiệt độ
Phân hủy đường khử: trong quá trình kết tinh, đường khử phản ứng với axit amin tạo chất màu và bị phân hủy thành các sản phẩm không lên men
Phản ứng của các chất không đường hữu cơ: một số axit hữu cơ kết tủa dưới dạng muối canxi và magiê (canxioxalat, magiê, aconitat…); tinh bột, pectin kết tinh cùng với saccharose; phản ứng tạo caramen…
Phản ứng của các chất không đường vô cơ: nồng độ chất không đường tăng theo dung dịch đạt đến quá bão hòa và có khả năng kết tinh với saccharose
Hiện tượng khó nấu: khi độ kiềm cao, độ nhớt cao mật bị dẻo khó kết tinh, bốc hơi chậm…