THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG LÀM SẠCH NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS NĂNG SUẤT 2560 TẤN MÍANGÀY

Tác dụng của nhiệt độ Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường sacaroza bị mất nước tạo thành caramel là sản phẩm có màu như caramelan, caramelen, caramelin.. Trong công nghệ sản xuất đườ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

KHOA HÓA

BỘ MÔN CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN MÔN HỌC

Họ và tên sinh viên : NGUYỄN THỊ BÍCH NGỌC

II CÁC SỐ LIỆU BAN ĐẦU:

+ Hàm lượng đường sacaroza : 12,48% + Chất không đường : 3,11%

+ Thành phần xơ: 11,40% + GP bã : 76,12%

+ Hiệu suất lấy nước mía: 97,2% + Độ ẩm bã : 47,82%

+ Lượng nước thẩm thấu: chọn trong khoảng từ w = 22-27%

III NỘI DUNG CÁC PHẦN THUYẾT MINH VÀ TÍNH TOÁN:

- Bản vẽ mặt bằng và mặt cắt phân xưởng sản xuất chính.( A0 hoặc A1 mở rộng)

V GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh

VI NGÀY GIAO ĐỀ TÀI 12-02-2019

VII NGÀY HOÀN THÀNH: 12-05-2019

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

PGS TS Trương Thị Minh Hạnh

MỤC LỤC

NHIỆM VỤ 4

PHỤ LỤC 2

LỜI MỞ ĐẦU 3

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4

1.1 Tính chất và thành phần của nước mía 4

1.2 Đường saccaroza 6

1.3 Đường RS 9

1.4 Quá trình làm sạch nước mía 10

CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 17

2.1 Chọn phương pháp 17

2.2 Quy trình công nghệ làm sạch nước mía trong sản xuất đường RS 18

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ 19

CHƯƠNG 3: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT 29

3.1 Công đoạn ép 29

3.2 Công đoạn làm sạch 31

3.3 Công đoạn bốc hơi – làm sạch mật chè 37

CHƯƠNG 4: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 41

4.1 Cân định lượng 41

4.2 Thiết bị gia vôi sơ bộ 41

4.3 Các thông số ban đầu 42

4.4 Cân bằng cho thiết bị gia nhiệt 42

4.5 Thiết bị gia nhiệt 43

4.7 Thiết bị thông SO2 lần 2 49

4.8 Thiết bị lắng 49

4.9 Thiết bị lọc chân không 51

4.10 Thiết bị lọc ống PG (lọc kiểm tra) 51

TÀI LIỆU THAM KHẢO 53

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Công thức cấu tạo của sacaroza 6

Hình 2 1 Hệ thống gia vôi có cánh khuấy [Nhà máy đường Phổ Phong-Quảng Ngãi] 19

Hình 2 2 Thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm thẳng đứng 21

Hình 2 3 Thùng trung hòa [Nhà máy đường Phổ Phong-Quảng Ngãi] 23

Hình 2 4 Thiết bị lắng trong có cánh khuấy 24

Hình 2 5 Trống lọc chân không thùng quay 25

Hình 2 6 Hệ thống bốc hơi 4 hiệu 27

Hình 2 7 Thiết bị lọc ống PG [13] 28

Hình 4 1 Sơ đồ cân tự động 41

Hình 4 2 Sơ đồ cân tự động [9-161] 42

Hình 4 3 Thiết bị gia nhiệt 43

Hình 4 4 Thiết bị sunfit hóa - gia vôi trung hòa 47

Hình 4 5 Sơ đồ thông SO2 lần 2 49

Hình 4 6 Thiết bị lắng 50

Hình 4 7 Thiết bị lọc ống PG 52

DANH MỤC BẢNG Bảng 1 1 Thành phần hóa học của mía và nước mía 4

Bảng 1 2 Thành phần chủ yếu của nước mía hỗn hợp sau ép 5

Bảng 1 3 Độ hòa tan của sacaroza trong nước 7

Bảng 1 4 Độ hòa tan của sacaroza trong dung dịch nước chứa các loại muối 7

Bảng 1 5 Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến độ nhớt của dung dịch đường 7

Bảng 1 6 Quy định các chỉ tiêu cảm quan của đường trắng RS 9

Bảng 1 7 Quy định chỉ tiêu lý hóa của đường trắng RS 10

Bảng 1 8 Tốc độ chuyển hóa sacaroza của các axit khác nhau 11

Bảng 2 1 Ảnh hưởng của nhiệt dộ gia nhiệt 1 đến hiệu quả làm sạch 20

Bảng 2 2 Ảnh hưởng cường độ SO2 đến chất lượng nước mía 22

Bảng 3 1 Bảng tổng kết công đoạn ép và làm sạch nước mía 40

Bảng 4 1 Tổng kết lượng hơi dùng cho gia nhiệt 43

Bảng 4 2 Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt 44

LỜI MỞ ĐẦU

Mía đường từ lâu đã được xem là một trong những ngành kinh tế mũi nhọn của nhiều quốc gia và Việt Nam cũng không ngoại lệ Không chỉ là cung cấp đường cho tiêu dùng và sản xuất, ngành mía đường còn mang lại nguồn thu nhập cho nhiều nông dân, tạo công ăn việc làm cho người lao động, góp phần không nhỏ trong việc phát triển kinh tế địa phương Đối với một số quốc gia, đường còn là sản phẩm xuất khẩu quan trọng, mang về nguồn thu ngoại tệ lớn [11]

Đường có ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể con người, là nguồn cung cấp năng lượng cao và nhanh chóng cho cơ thể (1g đường cung cấp 3,94kcal cho cơ thể)

Do đó đường có ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng cho cơ thể, là hợp phần chính không thể thiếu trong thực đơn hàng ngày Đường còn là nguyên liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp hiện nay như: công nghiệp bánh kẹo, công nghiệp đồ uống, công nghiệp lên men, công nghiệp chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa, công nghiệp dược phẩm, công nghiệp hóa học,… Do đó,vấn đề sản xuất đường đóng vai trò rất quan trọng Thông qua chính sách khuyến khích, định hướng hoạt động, chính phủ các nước đã tạo điều kiện thuận lợi nhất để ngành mía đường có những lợi thế cạnh tranh hiệu quả trên thị trường [11] Trước ngưỡng cửa hội nhập đòi hỏi ngành mía đường trong nước phải nỗ lực

và tích cực tái cơ cấu, nâng cao sức cạnh tranh Theo giới phân tích, bên cạnh thách thức thì cơ hội tăng trưởng cho mía đường Việt Nam rất lớn trong thời gian tới và để có thể trụ vững được, doanh nghiệp lĩnh vực mía đường phải có tiềm lực mạnh [12]

Trong khi mía đường thế giới bão hòa thì ngành đường Việt Nam tiếp tục tăng trưởng Một trong những thuận lợi đối với ngành đường Việt Nam, theo các chuyên gia lĩnh vực mía đường, cơ cấu dân số trẻ của Việt Nam sẽ là cơ hội cho ngành tiêu dùng phát triển trong tương lai Gia tăng tỷ lệ dân số sẵn sàng chi trả giá cao cho sản phẩm thực phẩm an toàn cho sức khỏe chính là động lực tăng cầu tiêu thụ đường [12]

Do đó việc nâng cao, kiểm soát chất lượng đường thành phẩm là vấn đề đáng quan tâm của các nhà máy sản xuất Để sản xuất đường đạt chất lượng tốt, nhà máy cần kiểm soát chặt chẽ tất cả các công đoạn: từ nhập nguyên liệu đến thành phẩm Và công đoạn làm sạch là một trong những công đoạn quan trọng quyết định chất lượng đường thành phẩm Hiểu được vai trò đó, đồ án thiết kế này em thực hiện nhiệm vụ “Thiết kế phân xưởng làm sạch nhà máy sản xuất đường RS”

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 Tính chất và thành phần của nước mía

Mía là nguyên liệu để chế biến đường, quá trình gia công và điều kiện kỹ thuật chế biến đường đều căn cứ vào mía, đặc biệt là tính chất và thành phần của nước mía Do đó, trước tiên cần nắm vững một cách có hệ thống tính chất và thành phần của mía

Thành phần hóa học của mía tùy thuộc vào giống mía, thổ nhưỡng, khí hậu, mức độ chín và sâu bệnh…

Bảng 1 1 Thành phần hóa học của mía và nước mía [2-13]

3 Chất không đường hữu cơ khác

Lúc mía chín, phần đường cao, chất không đường thấp, do đó độ tinh khiết tương đối cao, đồng thời phần nước giảm, phần xơ cũng tăng lên [2-12,13]

Bảng 1 2 Thành phần chủ yếu của nước mía hỗn hợp sau ép [3-12]

Chất không đường vô cơ

- Pectin

- Acid tự do

- Acid kết hợp

0,20 0,08 0,12

1.2 Đường saccaroza

1.2.1 Cấu tạo

Sacaroza là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường, là một disacarit có công thức phân tử C12H22O11 Trong lượng phân tử là 342,30 Sacaroza được cấu tạo từ hai đường đơn là α,d-glucoza và β,d-fructoza Công thức cấu tạo của sacaroza được biểu diễn như sau:

Theo công thức trên, sacaroza là α,d-glucopỷanozit - β,d-fructofuranozit [1-11,12] 1.2.2 Tính chất sinh học

Sacaroza có tính ức chế mạnh trong việc tổng hợp vitamin B1 trong cơ thể Dùng đường quá nhiều không có lợi, nhất là đối với người lao động nặng, vì nếu bổ sung vitamin B1 không đủ, khi chuyển hóa gluxit sinh ứa lactat, dễ tăng mệt mỏi (ứa nhiều sinh phù) Ngoài ra nếu ăn nhiều đường quá trong một lúc, lượng đường trong máu tăng đột ngột đến 200 – 400 mg% (giới hạn là 80 – 120 mg%) tế bào tủy sẽ không tạo đủ lượng insulin làm cho vệc chuyển đường glucoza thành glucogen để dự trữ gan và cơ, thận sẽ làm việc quá tải và đường theo nước giải ra ngoài [1-12]

1.2.3 Tính chất lý học

Tinh thể đường saccaroza thuộc hệ đơn tà, trong suốt không màu Tỷ trọng 1,5878, nhiệt độ nóng chảy 186-1880C Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy đường biến thành dạng đặc sệt trong suốt Nếu kéo dài thời gian đun hoặc đem đun ở nhiệt độ cao, đường

sẽ bị mất nước rồi bị thủy phân biến thành caramel

1 Độ hòa tan

Độ hòa tan của đường saccaroza trong nước tăng theo chiều tăng nhiệt độ

Độ hòa tan của saccaroza còn phụ thuộc vào các chất không đường có trong dung dịch đường Đường saccaroza không hòa tan trong dầu hỏa, chloroform, CCl4, CS2, benzene, tecpen, ancol, glixerin khan Trong dung dịch ancol có nước, saccaroza hòa tan một ít Đường sacaroza còn hòa tan giới hạn trong alanine, piridin, etyl axetat, amyl axetat, phenol và ammoniac

Hình 1 1 Công thức cấu tạo của sacaroza

Bảng 1 3 Độ hòa tan của sacaroza trong nước [1-13]

Nhiệt độ

(0C)

Độ hòa tan (g sacaroza/100g nước)

Nhiệt độ (0C)

Độ hòa tan (g sacaroza/100g nước)

Độ hòa tan (g sacaroza/100g dung dịch )

3 Nhiệt dung riêng

Nhiệt dung riêng của sacaroza tính theo công thức C=4.18*(0,2387+0,00173) kJ/kg.độ Nhiệt dung riêng trung bình của sacaroza từ 22-510C là 0,3019

4 Độ quay cực

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

Trị số quay cực của sacaroza [α]D20= 66,469 + 0,00870c – 0,00235c2 (c là nồng độ sacaroza trong 100ml nước) Trị số quay cực trung bình của sacaroza [α]D20= 66,50 Chất kiềm, muối của axit yếu làm giảm độ quay cực của sacaroza

Ví dụ: Trong dung dịch có 1 phân tử đường và 2 phân tử vôi thì độ quay cực của sacaroza

là 51,80 chứ không phải 66,50 Đó là do sự tạo thành canxi sacarat [1-12,13]

từ sự thủy phân sacaroza gọi là đường chuyển hóa

Đường sacaroza bị chuyển hóa làm giảm sản lượng đường, giảm hiệu suất thu hồi đường Đó là một sự tổn thất rất nghiêm trọng trong sản xuất đường, cần cố gắng tránh hoặc giảm thiểu

Tốc độ chuyển hóa sacaroza tỉ lệ thuận với nồng độ ion H+ trong dung dịch đường, pH dung dich cứ mỗi lần giảm 1,0 thì nồng độ ion H+ dung dịch tăng lên 10 lần và tốc độ chuyển hóa cũng tăng lên 10 lần Do đó, trị số pH là yếu tố ảnh hưởng nghiêm trọng đến

sự chuyển hóa đường

Tốc độ chuyển hóa sacaroza còn phụ thuộc vào nhiệt độ Khi nhiệt độ tăng 100C thì tốc

độ chuyển hóa tăng lên 3 lần

Ngoài ra, rất nhiều loại vi sinh vật tạo enzim chuyển hóa cũng làm tăng tốc độ chuyển hóa đường Mía không tươi và những góc chết của thiết bị máy ép hoặc những nơi vệ sinh không sạch dẫn đến quá trình chuyển hóa đường tăng rất mạnh [2-14]

2 Tác dụng của kiềm

Đường sacaroza ở môi trường kiềm tương đối ổn định Lúc pH khoảng dưới 9,0, dưới tác dụng của nhiệt, đường sacaroza bị phân hủy, vì lúc đó nồng độ ion H+ và OH- trong

dung dich rất thấp Lúc pH=9, ở áp lực thường và đun sôi trong 1h, tổn thất đường 0,05% Trong dung dịch kiềm mạnh và gia nhiệt, đường sacaroza bị phân hủy nghiêm trọng Sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy là chất màu và axit hữu cơ, trong đó axit lactic chiếm khoảng 60% Chất màu sẽ làm giảm chất lượng của đường, còn axit hữu cơ làm chuyển hóa đường sacaroza gây tổn thất cho sản xuất đường [2-14,15]

3 Tác dụng của nhiệt độ

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường sacaroza bị mất nước tạo thành caramel là sản phẩm có màu như caramelan, caramelen, caramelin

Chất màu caramen được coi là hợp chất humin (C12H8O4)n Đó là sự polyme hóa ở mức

dộ khác nhau của β-anhidrit [2-15]

1.3 Đường RS

1.3.1 Định nghĩa

Đường RS (Refined Sugar,White Sugar): đường trắng, đường trắng đồn điền hay đường trắng trực tiếp Là đường được sản xuất bằng phương pháp SO2, trong quá trình sản xuất có quá trình tẩy trắng nhưng không triệt để Độ Pol= 99,5 -99,7

Phần lớn các nhà máy đường hiện nay của nước ta sản xuất loại đường này như: Lam

Sơn,Việt Trì, Quảng Ngãi, Bình Định, Bình Dương, Tuy Hòa,…

1.3.2 Các chỉ tiêu của đường RS

Thành phần chính và các chỉ tiêu chất lượng theo tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 6959:2001 như sau:

Bảng 1 6 Quy định các chỉ tiêu cảm quan của đường trắng RS [1-7]

Ngoại hình Tinh thể màu trắng, kích thước đồng đều, tơi khô, không vón cục Mùi,vị Tinh thể đường hoặc dung dịch đường trong nước có vị ngọt, không

có mùi vị lạ

Màu sắc Tinh thể màu trắng khi pha vào

nước cất cho dung dịch trong Tinh thể màu trắng ngà đến trắng Khi pha vào nước cất cho dung

dịch tương đối trong

Bảng 1 7 Quy định chỉ tiêu lý hóa của đường trắng RS [1-7]

Hạng A Hạng B

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không

lớn hơn

3 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,07 0,1

4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 1050C trong 3h, % khối

lượng (m/m), không lớn hơn

1.4 Quá trình làm sạch nước mía

1.4.1 Mục đích quá trình làm sạch nước mía

Làm sạch nước mía là khâu quan trọng của ngành sản xuất đường Vì thế, việc làm sạch nước mía đã được chú ý thích đáng từ khi bắt đầu phát sinh công nghệ chế biến đường

Trong công nghệ sản xuất đường, chúng ta phải tiến hành làm sạch nước mía để:

 Loại tối đa các chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp đặc biệt là những chất

có hoạt tính bề mặt, chất keo

 Trung hòa nước mía hỗn hợp

 Loại tất cả những chất rắn lơ lửng ra khỏi nước mía [3-13]

1.4.2 Nguyên lý chung quá trình làm sạch nước mía

Nguyên lý chung của quá trình làm sạch là sử dụng pH, nhiệt độ và các chất điện ly như: vôi Ca(OH)2, khí SO2, khí CO2, P2O5 nhằm mục đích loại các chất phi đường hữu

cơ và vô cơ ra khỏi nước mía hỗn hợp, hạn chế sự phân hủy và chuyển hóa 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 trạng thái trung hòa 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 hòa về điện người ta cho vào nước mía các chất điện giải mang điện tích trái dấu với phân tử keo

* Dựa vào khả năng hấp phụ keo của các chất: trong thực tế có nhiều chất có khả năng hấp phụ keo Tính chất này phụ thuộc vào hoạt tính và số lượng các mao quản của chất hấp phụ

* Dựa vào tác dụng của nhiệt độ: dưới tác dụng của nhiệt độ cao thích hợp, quá trình kết tủa keo xảy ra mạnh, do nhiệt độ cao làm mất lớp vỏ háo nước keo và làm tăng sự chuyển động, va chạm các phân tử keo nên các phân tử keo dễ kết hợp lại với nhau 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 nhau lắng xuống

* Dựa vào khả năng tẩy màu của các chất hóa học: các chất tẩy màu hay được sử dụng

như than xương, các muối Ca2+ như Ca3(PO4)2, CaSO3, CaCO3,… Ngoài ra tẩy màu thường dùng các chất oxy hóa khử như SO2, NaSO3 [8-23]

1.4.2.1 Tác dụng của pH

Nước 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 hóa lý và hóa học các chất không đường trong nước mía

và có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch Việc thay đổi pH có tác dụng:

1 Làm ngưng kết chất keo khi đạt pH đẳng điện của các chất

 Với pH < 7 có môi trường axit làm ngưng kết một số chất như asparagine pH = 3, anbumin pH = 4,6 – 4,9

 Với pH > 7 làm ngưng kết một số protein có trong mía

2 Làm chuyển hóa đường sacaroza

Khi nước mía ở môi trường axit (pH< 7) sẽ làm chuyển hóa đường sacaroza tạo thành hỗn hợp đường glucoza và fructoza

H+

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Sacaroza glucoza fructoza Khi [H+] tăng thì tốc độ chuyển hóa tăng, tốc độ chuyển hóa còn phụ thuộc vào loại axit, nồng độ đường, thời gian, nhiệt độ

Bảng 1 8 Tốc độ chuyển hóa sacaroza của các axit khác nhau [1-41]

Tên axit Tốc độ chuyển hóa Tên axit Tốc dộ chuyển hóa

3 Làm phân hủy đường sacaroza

 Trong môi trường kiềm nhẹ và nhiệt độ thấp thì không có biến đổi gì lớn

 Trong môi trường kiềm và kiềm mạnh và nhiệt độ cao thì đường sacaroza bị phân hủy thành các sản phẩm khác nhau như axit lactic, axit focmic, ancol, andehyt, dioxiaxetol,…

4 Làm phân hủy đường khử nếu pH của nước mía vượt quá 7, làm sinh ra những sản phẩm phụ không có lợi trong quá trình sản xuất

5 Tách loại các chất không đường khác nhau ở từng pH khác nhau

 pH = 7-10, các muối vô cơ của Al2O3, P2O5, SiO2, Fe2O3, MgO dễ bị tách loại

 pH khoảng 7, tách được 50% chất keo (pentozan)

 pH khoảng 5,6 trên 98% protein được tách loại

Khi chọn pH thích hợp để tách loại các chất không đường, không nên tách loại đơn độc từng loại mà xét một cách toàn diện để tách loại nhiều chát không đường [1-41]

1.4.2.2 Tác dụng của nhiệt độ

* Ảnh hưởng lớn đến hiệu suất làm sạch, nếu khống chế nhiệt độ tốt sẽ:

 Loại không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt Tăng nhanh các quá trình phản ứng hóa học

 Có tác dụng diệt trùng, đề phòng sự lên men axit, giảm sự xâm nhập của VSV vào nước mía

 Giảm tỷ trọng nước mía

 Ngưng tụ chất keo, làm mất nước chất kết tủa, tăng nhanh tốc độ lắng các chất kết tủa

* Nếu khống chế nhiệt độ không tốt thường gặp các trường hợp không tốt sau:

 Gây chuyển hóa đường làm tổn thất đường

 Caramen hóa ảnh hưởng màu sắc của nước mía

 Đường khử bị phân hủy tạo chất màu

 Thủy phân vụn mía tạo chất keo

1.4.2.3 Tác dụng của các chất điện ly

1 Vôi

 Trung hòa nước mía hỗn hợp ngăn chặn chuyển hóa đường

 Làm trơ các phản ứng axit của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hóa đường sacaroza

 Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt là đường chuyển hóa, amit

 Tạo điểm đắng điện để ngưng kết các chất keo

 Kết tủa, đông tụ các chất không đường

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

2 SO2

 Tạo kết tủa CaSO3 có tính hấp phụ

 Làm giảm độ kiềm, độ nhớt của dung dịch

 Tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu

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 sự tạo màu là SO2 bao vây nhóm cacbonyl có khẳ năng tạo chất mằu, ngăn ngừa sự tạo thành các phức chất sắt và phản ứng ngưng tụ với những chất không đường hữu cơ khác Theo

Nhờ vậy ngăn ngừa được khả năng tạo melanoidin

 SO2 còn là chất xúc tác chống oxi hóa, ngăn chặn ảnh hưởng không tốt của oxi không khí

 Làm cho CaSO3 kết tủa tạo thành chất tan

3 CO2

 Tạo kết tủa với vôi, kết tủa tạo thành có khả năng hấp phụ các chất không đường cùng kết tủa

 Phân ly muối sacarat canxi

4 P2O5 : Hàm lượng phosphat trong mía là yếu tố rất quan trọng

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

Ca(H2PO4)2 + Ca(OH)2  Ca3(PO4)2 + H3PO4 + H2O Kết tủa tạo thành có tỷ trọng lớn có khả năng hấp phụ các chất keo chất màu cùng kết tủa [1-42]

Phương pháp vôi có từ lâu đời và là phương pháp đơn giản nhất làm sạch nước mía chỉ

dưới tác dụng của nhiệt và vôi và thu sản phẩm đường thô

Phương pháp vôi chia làm 3 loại:

 Cho vôi vào nước mía sạnh

 Cho vôi vào nước mía nóng

 Cho vôi nhiều lần đun nóng nhiều lần [1-45]

* Ưu điểm: vôi có khắp mọi nơi, giá rẻ

* Nhược điểm: chỉ dùng để sản đường thô, đường thủ công: đường phèn, đường thùng, đường thè, đường tán, đường hoa mơ do chất lượng đường không cao và hiệu suất thu hồi thấp [2-93]

1.4.3.2 Phương pháp cacbonat hóa

Phương pháp cacbonat hóa (còn gọi là phương pháp CO2) là phương pháp dùng phổ biến ở nhiều nước (Đài Loan, Indonesia) Trong các phương pháp cacbonat hóa thì phương pháp cacbonat thông thường tức là phương pháp thông CO2 hai lần, thông SO2 hai lần được dùng phổ biến hơn cả [1-53]

 Đóng cặn ở thiết bị ít, giảm tiêu hao hóa chất thông rửa thiết bị

 Chất lượng sản phẩm tốt, bảo quản lâu và không bị biến màu, hiệu suất thu hồi cao

* Nhược điểm:

 Tiêu hao hóa chất nhiều Lượng vôi dùng gấp 20 lần so với phương pháp SO2 và 10 lần so với phương pháp vôi, dùng nhiều khí CO2

 Sơ đồ công nghệ và thiết bị tương đối phức tạp

 Kỹ thuật thao tác yêu cầu cao Nếu khống chế không tốt dễ sinh hiện tượng đường khử phân hủy [2-109][1-54]

1.4.3.3 Phương pháp sunfit hóa

Phương pháp sunfit hóa còn gọi là phương pháp SO2 vì phương pháp này người ta dùng lưu huỳnh dưới dạng khí SO2 để làm sạch nước mía [1-48]

* Phương pháp sunfit hóa có một số nhược điểm sau:

 Loại chất không đường không tốt, chênh lệch độ tinh khiết cả nước mía trước và sau làm sạch thấp, đôi khi có trị số âm (tức là sau khi làm sạch chất không đường tăng lên)

 Hàm lượng canxi trong nước mía tường đối nhiều ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự đóng cặn trong thiết bị bốc hơi, ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi đường

 Khi gặp loại mía xấu, sâu bệnh khó làm sạch thì không thể cho hiệu quả làm sạch

ổn định Do hiệu quả làm sạch không tốt nên phẩm chất đường thành phẩm của phương pháp sunfit hóa không bằng phương pháp cacbonat hóa Trong quá trình bảo quản đường dễ biến màu do oxi không khí

 Trong quá trình thao tác, đường sacaroza chuyển hóa tương đối lớn, đường khử bị phân hủy, tổn thất đường trong bùn lọc cao [1-53]

* Ưu điểm:

Phương pháp sunfit hóa trực tiếp sản xuất ra đường trắng Tuy chất lượng đường trắng của phương pháp này không bằng phương pháp cacbonat hóa nhưng phương pháp sunfit hóa có lưu trình công nghệ tương đối ngắn, không đòi hỏi kỹ thuật cao, dễ dàng khống chế, thiết bị tương đối tốt, tiêu hao hóa chất ít và vốn đầu tư ít hơn phương pháp cacbonat hóa nên phương pháp sunfit hóa được dùng phổ biến ở nước ta [2-96]

* Phân loại:

Phương pháp sunfit hóa có thể chia làm 3 loại: phương pháp sunfit hóa axit, phương

pháp sunfit hóa kiềm mạnh, phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ

1 Phương pháp sunfit hóa axit

Đặc điểm của phương pháp này là xông khí SO2 vào nước mía đến pH axit rồi vôi vào sau và thu được sản phẩm đường trắng Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nên được dùng rộng rãi trong sản xuất đường trắng RS [1-49]

* Ưu điểm:

 Sử dụng nhiều hóa chất làm sạch do đó hiệu quả hơn

 Quy trình công nghệ dài hơn, phức tạp hơn, dừng ở nhiều điểm đẳng điện do đó

có khả năng kết tụ nhiều chất keo

 Sau công đoạn cô đặc có thông SO2 tẩy màu nên phù hợp để sản xuất đường trắng

* Nhược điểm:

 Quy trình phức tạp do đó đòi hỏi công nhân có trình độ cao

 Tốn kém thiết bị nhiều

 Sau thời gian bảo quản đường sẽ có màu trở lại [3]

2 Phương pháp sunfit hóa kiềm mạnh

Trong quá trình làm sạch nước mía có giai đoạn tiến hành ở pH cao, sử dụng 2 điểm

pH Hiệu quả làm sạch tốt nhưng sự phân hủy đường tương đối lớn, màu nước mía sẫm, tổn thất lớn nên hiện nay không sử dụng [1-49]

3 Phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ

Phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ là cho vôi trước và xông SO2 sau Trong một thời gian ngắn, nước mía và sữa vôi tiến hành phản ứng, làm cho một số chất keo kết tủa, từ đố hấp thụ được chất không đường kết tủa theo, loại bỏ chúng ra ngoài [2-96]

Nước mía hỗn hợp qua lọc vụn bã mía, cân, sau khi gia nhiệt lần thứ nhất, gia vôi đến

pH = 8-9 sau đó xông SO2 đến trung tính, tiến hành gia nhiệt lần thứ hai và lắng lọc [2-96]

* Ưu điểm: Sự kết tủa chất không đường tương đối hoàn toàn, hiệu quả làm sạch tương đối cao, đóng cặn trong nồi bốc hơi tương đối ít

* Nhược điểm: Ở môi trường kiềm tính, chất kết tủa không rắn chắc, thể tích nước bùn lớn, lắng, lọc tương đối chậm Ngoài ra do tác dụng của kiềm, đường khử dễ dàng bị phân hủy, tăng màu sắc và hàm lượng muối canxi của nước mía Do đó, phương pháp này ít được dùng [2-96]

Phương pháp này có đặc điểm là chỉ tiến hành thông SO2 vào nước mía, không thông

SO2 vào mật chè và sản phẩm đường thô Phương pháp này áp dụng để sản xuất đường thô [1-49]

CHƯƠNG 2: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Ch ọn phương pháp

2.1.1 Phương pháp lấy nước mía

Đối với phương pháp lấy nước mía em chọn phương pháp ép để đơn giản, dễ thao tác

và nước mía thu được không bị loãng nên tiết kiệm hơi cho quá trình cô đặc, rút ngắn thời gian bốc hơi để tránh gây sự chuyển hóa đường và các phản ứng caramel làm đậm màu nước mía Trong điều kiện nước Việt Nam hiện nay việc áp dụng phương pháp ép là hợp

lý nhất Với phương pháp ép tuy hiệu quả thấp hơn phương pháp khuếch tán nhưng ở Việt Nam đã có các chuyên gia giỏi và đào tạo công nhân mà không cần mời chuyên gia nước ngoài về Thiết bị trong nước sẽ đỡ chi phí đầu tư và vận chuyển, khi gặp sự cố có thể tự điều chỉnh Còn phương pháp khuếch tán thì nhà máy phải đầu tư, vận chuyển thiết bị từ nước ngoài về cũng như cũng phải mời các chuyên gia cũng như kỹ sư nước ngoài Như vậy chi phí đầu tư lại rất cao, khó vận hành cũng như sửa chữa

2.1.2 Phương pháp làm sạch nước mía hỗn hợp (NMHH)

Làm sạch là một công đoạn rất quan trọng, nhằm trung hòa lượng nước mía hỗn hợp, ngăn ngừa sự chuyển hóa đường sacaroza, loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp, đặc biệt là chất có hoạt tính bề mặt và chất keo, loại những chất rắn lơ lửng ra khỏi nước mía, quyết định tính chất và hiệu suất thu hồi

Ngày nay có rất nhiều phương pháp làm sạch nước mía như đã nêu ở chương 1 Tuy nhiên qua những phân tích ở chương 1 ta thấy phương pháp sunfit hoá axit tính là sự lựa chọn của hầu hết các nhà máy đường hiện đại Và đó cũng chính là phương pháp em chọn

để thiết kế phân xưởng làm sạch nhà máy sản xuất đường RS Vì:

- Sản xuất đường RS cần có chế độ tẩy màu nên không thể sử dụng phương pháp vôi

- Phương pháp sunfit hóa và cacbonat hóa có tính vượt trội hơn, phù hợp để dùng trong một nhà máy đường hiện đại và để sản xuất đường RS Nhưng với những chỉ tiêu chất lượng của đường RS thì dùng phương pháp sunfit hóa cũng có thể đáp ứng được và đỡ tốn kém

- Làm sạch bằng phương pháp sunfit hóa axit tính có thiết bị, quy trình công nghệ, quản

lý điều hành đều đơn giản, vốn đầu tư ít

- Tổn thất hóa chất lưu huỳnh và vôi là ít nhất

- Hiệu suất làm sạch tăng hơn so với các phương pháp khác

- Được sử dụng rộng rãi trong ngành sản xuất đường nên nếu có vấn đề về kỹ thuật thì luôn có kiến thức và kinh nghiệm sẵn để xử lý tốt

2.2 Quy trình công nghệ làm sạch nước mía trong sản xuất đường RS [2-100]

Nước lọc trong (pH=6,9-7,0) Gia nhiệt 2 (t0=100-1040C)

Nước mía hỗn hợp

Gia vôi sơ bộ (pH=6,5-7,0)

Thông SO2 lần 1 (pH=3,0 - 4,0) Gia nhiệt 1 (t0=60-700C)

Lắng Trung hòa (pH=7,1 -7,3)

Mật chè trong (Bx=60-650)

Lọc kiểm tra Thông SO2 lần 2 (pH=6,0-6,2)

Gia nhiệt 3 (t0=115 - 1250C)

Cô đặc

Nước lọc trong Lọc chân không

2.3 Thuyết minh quy trình công nghệ

2.3.1 Gia vôi sơ bộ

1 Mục đích

 Làm trung hoà các acid hữu cơ và vô cơ

 Tạo những điểm đẳng điện để ngưng kết các chất keo, khi các chất keo lắng xuống chúng sẽ kéo theo những chất lơ lững và nhưng chất không đường khác cùng lắng xuống

 Làm trơ phản ứng axit của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hoá đường saccaroza

 Kết tủa hoặc đông tụ các chất không đường (ví dụ như albumin)

 Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt là đường chuyển hoá

 Amit có tác dụng diệt trùng ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật

2 Điều kiện kỹ thuật

NMHH thường được cho vôi sơ bộ đến pH = 6,5 – 7,0

3 Thiết bị

Chọn thiết bị gia vôi sơ bộ dạng hình trụ, làm việc liên tục có cánh khuấy

Hình 2 1 Hệ thống gia vôi có cánh khuấy [Nhà máy đường Phổ

Phong-Quảng Ngãi]

2.3.2 Gia nhiệt 1

1 Mục đích

Nâng nhiệt độ nước mía hỗn hợp lên 60 700C nhằm:

 Tăng cường vận tốc các phản ứng hoá học và hạn chế sự phát triển của các vi sinh vật

 Tăng tốc độ phản ứng tạo kết tủa Ca3(PO4)2 tăng khả năng hấp thụ các chất keo

 Tách một phần không khí giảm sự tạo bọt

Sau khi cho vôi và gia nhiệt nước mía, anbumin, H3PO4 và một phần các chất không đường khác ngưng tụ tách ra và sau đó tiếp tục phản ứng giữa H3PO4 và vôi hình thành chất kết tủa CaSO3 tương đối hoàn toàn do Ca3(PO4)2 đã hấp phụ chất keo và chất không đường trong nước mía Như vậy tác dụng của việc cho H3PO4 là làm sạch nước mía và tạo điều kiện thuận lợi cho CaSO3 kết tủa hoàn toàn [2-101]

2 Điều kiện kỹ thuật

Nhiệt độ gia nhiệt không được lớn hơn 700C Vì lúc nhiệt độ lớn hơn 700C, anbumin bắt đầu biến tính và ngưng kết, tùy theo nhiệt độ tăng cao mà tăng lên Nâng cao nhiệt độ còn thúc đẩy phản ứng giữa H3PO4 với các tác dụng hóa học khác, có lợi cho hiệu quả làm sạch

Bảng 2 1 Ảnh hưởng của nhiệt dộ gia nhiệt 1 đến hiệu quả làm sạch [2-101]

* Cấu tạo: vỏ ngoài là hình trụ đứng Hai đầu là hai nắp đóng mở nhờ gông, ghi và khóa

Ở giữa hai nắp và tấm gắn ống chùm là các ngăn phân phối được sắp xếp tạo thành đường thông Bên trong chia làm 8 ngăn, mặt trên chia làm 9 ngăn, mặt dưới chia làm 8 ngăn được

bố trí so le nhau, mỗi ngăn có 22 ống

Chọn thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm thẳng đứng vì:

 Hệ số cấp nhiệt cao, bề mặt trao đổi nhiệt lớn, hiệu quả trao đổi nhiệt tăng

 Dễ vệ sinh và sửa chữa

 Cấu trúc chắn chắc chắn và gọn gàng

 Tiết kiệm diện tích lắp đặt

2.3.3 Thông SO 2 lần 1 và gia vôi trung hoà

1 Mục đích

* Thông SO2 lần 1: Tạo kết tủa CaSO3 có tính hấp phụ có thể hấp phụ các chất không đường, chất màu, chất keo và tạp chất lơ lửng có trong nước mía cùng kết tủa, từ đó nâng cao hiệu suất làm sạch nước mía

* Gia vôi trung hòa:

 Do sau khi xông SO2 thì pH của nước mía giảm nên ta cần trung hòa nước mía để đưa về pH trung tính nhằm tránh hiện tượng mất đường do sacaroza chuyển hóa

 Tạo nhiều hơn các kết tủa CaSO3 để tăng mức độ hấp thụ các chất không đường có trong nước mía

 Tạo thêm điểm đẳng điện để ngưng kết thêm một số chất keo

Một số phản ứng đặc trưng của quá trình trên

SO2 + H2O  H2SO3

Hình 2 2 Thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm thẳng đứng

[Nhà máy đường Phổ Phong-Quảng Ngãi]

Ca(OH)2 + H2SO3  CaSO3 + H2O

Sau khi thông SO2 lần 1, nước mía có pH = 3,0– 4,0, với pH này sẽ gây chuyển hoá đường Vì vậy phải tiến hành trung hoà ngay bằng sữa vôi để nâng pH nước mía lên 7,1 – 7,3

2 Điều kiện kỹ thuật

 Sử dụng SO2 dưới dạng khí Được tiến hành trước bốc hơi Dung dịch sau khi xông

SO2 có pH = 3,0 – 4,0

Cường độ SO2 = 14- 16 tương đương 1,4- 1,6 g/lít nước mía

Cường độ SO2 ảnh hưởng rất lớn đến trạng thái chất kết tủa tạo thành Lúc cường độ

SO2 thấp (0,4 – 0,6 g/l) do tỉ suất H2SO3 hình thành chất kết tủa tương đối thấp, hạt CaSO3

sinh thành không nhiều Lúc cường độ SO2 và hiệu suất kết tủa CaSO3 tương đối cao, tro

và canxi trong nước mía giảm, lượng chất keo giảm Lúc cường độ SO2 đạt 1,2g/l, độ tinh khiết nước mía tăng lên rõ rệt, rất ít xuất hiện chênh lệch độ tinh khiết âm (trừ khi thao tác

và quản lý quá kém) [2-103]

 Sau khi trung hòa pH nước mía đạt 7,1 – 7,3

Bảng 2 2 Ảnh hưởng cường độ SO 2 đến chất lượng nước mía [2-103]

Độ màu (0St) CaO/Bx Chất keo/Bx Tro/Bx

SO2 làm pH giảm mạnh, ở pH này đường sẽ chuyển hóa rất lớn nên cần phải trung hòa nhanh

Thiết bị gồm hai phần: phần trên có tác dụng là nơi thực hiện quá trình xông SO2 cho nước mía phần dưới có tác dụng là nơi thực hiện quá trình trung hòa Với thiết bị này thì khí SO2 tự vào, hệ thống lưu huỳnh làm việc áp suất âm, không cần thiết bị nén không khí, SO2 không ra ngoài không khí Hiệu suất hấp thụ tương đối cao trên 90 – 95% đạt cường độ SO2 cao có thể tới 15 - 18ml

Hình 2 3 Thùng trung hòa [Nhà máy đường Phổ Phong-Quảng Ngãi]

2.3.4 Gia nhiệt 2

1 Mục đích

 Làm giảm độ nhớt của dung dịch

 Tăng cường quá trình lắng và ngưng kết keo

 Giảm tỷ trọng nước mía

 Tăng hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật

2 Điều kiện kỹ thuật

 Quá trình lắng làm việc dựa trên tác dụng của trọng lực, các hạt rắn kích thước lớn

và các kết tủa sẽ lắng tự nhiên Trong quá trình lắng nước mía được lắng liên tục và bùn lấy ra ngoài nhờ bộ phận răng cào trên các tấm ngăn

2 Thiết bị

Thiết bị lắng làm việc liên tục, dạng hình trụ, đáy

chóp Bùn lắng được đưa về thùng khuấy trộn với

bã mía để qua thiết bị lọc chân không; nước lắng

trong theo ống góp của mỗi ngăn qua lọc sàng cong

rồi về bể chứa Trong thiết bị có chia các ngăn và

nghiêng với mặt phẳng ngang 150 Bên trong có các

bộ phận răng cào gắn với trục trung tâm và hai bộ

phận này chuyển động được nhờ động cơ điện Bộ

phận răng cào và trục trung tâm quay với tốc độ 0,1

v/ph

2.3.6 Lọc chân không thùng quay

1 Mục đích

Nước bùn thu được ở thiết bị lắng

thường chứa khoảng 95% nước đường

Vì vậy cần phải tiến hành lọc bùn để loại đi hoàn toàn hợp chất không tan để thu được nước lọc trong, đồng thời thu hồi phần đường trong bùn mà dùng nước rửa không nhiều

2 Nguyên lý lọc

 Dùng vật liệu nhiều lỗ như vải lọc, lưới kim loại, cát, than hoạt tính làm lớp lọc Nước có chứa chất rắn hoặc nước bùn đi qua tấm vải lọc sẽ xảy ra quá trình phân ly rắn lỏng Nước bùn đi qua lớp lọc sẽ cho nước lọc trong và chất kết tủa gọi là bùn lọc

 Lúc đầu lớp lọc không đủ dày nên dịch lọc đầu còn đục, chỉ khi lớp lọc hình thành lớp bùn đủ dày nước lọc mới trong được

 Để lọc tốt, một bên của lớp lọc (tấm kim loại hay vải lọc) cần có áp lực tương đối lớn còn mặt kia hình thành chân không để hai bên lớp lọc tạo thành hiệu số áp suất thích đáng Chỉ khi hiệu số áp suất lớn hơn trợ lọc của môi trường lọc (tấm kim loại hay vải lọc, bùn,…) nước lọc mới có thể chảy ra thuận lợi Nếu áp lực lọc thấp, quá trìn lọc không diễn ra

3 Thiết bị

Trống lọc chân không thùng quay

Hình 2 4 Thiết bị lắng trong có cánh khuấy [Nhà máy đường Phổ Phong- Quảng Ngãi]

Thiết bị cấu tạo gồm một cái thùng rỗng quay quanh một trục nằm ngang Trên bề mặt

thùng có đục các lỗ nhỏ có lớp vải lọc (hoặc lưới lọc) Mặt bên trong thùng có 24 ngăn

độc lập nhau, mỗi ngăn chiếm 150 theo chu vi, mỗi ngăn có đường ống nối với trục rỗng

Trục rỗng được nối với đầu phân phối Đầu phân phối nối liền thùng quay với ống hút

chân không và không khí nén được chia làm ba vùng:

 Vùng 1 không nối với chân không, thông với khí trời

 Vùng 2 nối với khoảng không gian có độ chân không nhỏ trong khoảng từ 180 - 300 mmHg

 Vùng 3 nối với khoảng không gian có độ chân không trong khoảng từ 400 - 500 mmHg

Tốc độ thùng quay 0,1 – 0,3 v/ph, chiều dày lớp bùn từ 10 – 19 mm, nhiệt độ nước

bùn đi lọc lớn hơn 850C và pH = 7,5 – 8

Trong quá trình lọc, thùng có thể quay với tốc độ 0,1 – 2 (3) vòng/phút Phạ vi lọc chiếm

1/3 thùng Đầu phân phối phân bố cho khu vực lọc 1080, cho khu vực rửa và sấy 1800 Thời

gian lọc có thể tiến hành từ 3 phút đến 9 giây, thời gian sấy và rửa từ 5 phút đến 15 giây

Qúa trìn làm việc nhanh hay chậm phụ thuộc vào độ chân không Bề mặt lọc 70m2, năng

 Rửa và sấy bã không hoàn toàn

Hình 2 5 Trống lọc chân không thùng quay [Nhà máy đường Phổ Phong - Quảng Ngãi]

 Bề mặt lọc cách xa đầu phân phối nên thùng còn giữ lại một lượng nhỏ nước lọc và nước rửa

2.3.7 Gia nhiệt lần 3

1 Mục đích

Đưa nhiệt độ của nước mía trong đến nhiệt độ sôi trước khi vào nồi cô đặc,không mất thời gian đun sôi ở nồi cô đặc, rút ngắn thời gian của quá trình bốc hơi, giảm lượng hơi sống sử dụng

2 Điều kiện kỹ thuật

Nhiệt độ gia nhiệt t0=115-1250C

55-2 Điều kiện kỹ thuật

 Chọn hệ bốc hơi áp lực chân không 4 hiệu, độ chân không hiệu cuối khoảng 550mmHg

 Nước mía trong sau khi gia nhiệt có nhiệt độ cao sẽ được đưa vào hệ cô đặc để tiến hành cô nước mía đến nồng độ yêu cầu Bx=55-65%

3 Thiết bị

Sử dụng thiết bị cô đặc dạng ống chùm, có ống tuần hoàn trung tâm Hệ thống bốc hơi này có thể tận dụng được nguồn hơi thứ triệt để, thời gian bốc hơi nhanh giảm được chi phí về năng lượng