LÀM SẠCH nước mía BẰNG PHƯƠNG PHÁP GIA vôi

Phương pháp làm sạch nước mía chỉ dưới tác dụng của vôi và nhiệt, thu được sản phẩm đư Sự tạo thành kết tủa Ca3PO42 là động lực của phương pháp vôi.. Phương pháp cho vôi vào nước lạnh N

LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP VÔI

I GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP GIA VÔI LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

Phương pháp gia vôi là phương pháp dùng vôi để làm sạch nước mía có từ lâu đời, từ hơn

300 năm nay và là phương pháp đơn giản nhất

Phương pháp làm sạch nước mía chỉ dưới tác dụng của vôi và nhiệt, thu được sản phẩm đư

Sự tạo thành kết tủa Ca3(PO4)2 là động lực của phương pháp vôi

1 Phương pháp cho vôi vào nước lạnh

Nước mía hỗn hợp từ công đoạn ép chứa nhiều vụn bã mía, đất cát, chất huyền phù cần được lọc bằng lưới lọc để loại cám mía Cân và bơm trực tiếp đến thùng trung hoà, rồi cho vôi vào (khoảng 0.5- 0.9 kg vôi/tấn mía) Khống chế pH nước mía gia vôi trong khoảng 7.2-7.5 (thông thường khoảng 7.5) Khuấy đều nước mía, sau đó bơm đến thiết

bị gia nhiệt, đun nóng đến nhiệt độ sôi (105°C) Hơi và khí không ngưng thoát đi, sau đó

đi vào thùng lắng và chất kết tủa từ từ lắng xuống phân thành nước mía trong và nước bùn Đem lọc nước bùn thu được nước mía lọc trong, hỗn hợp với nước mía trong và nước lọc trong đem đi cô đặc

Quy trình công nghệ

Thuyết minh quy trình

(1) Nước mía hỗn hợp ban đầu có pH=5.0-5.5, là nước mía tổng hợp rút ra bằng

phương pháp ép hoặc phương pháp khuếch tán

(2) Cho hỗn hợp nước mía qua lưới lọc nhằm mục đích loại bỏ các tạp chất (cám mía

và bã mía) còn sót lại trong dịch ép hay các chất rắn lạ Loại bỏ bã để tránh ở nhiệt độ cao

bã, vụn mía thủy phân gây khó khăn cho công đoạn sau

(3) Cho sữa vôi vào trung hòa pH= 7.2-7.5

Mục đích của giai đoạn nay là đưa pH lên mức đủ để ngăn phát sinh ra các phản ứng thủy phân đường khử Ban đầu ta đưa pH lên cao hơn 7.0 một ít vì khi đó phản ứng chưa

an toàn, sau khi khuấy thì pH giảm về còn 7.0 như mong muốn

Phản ứng tạo kết tủa với P2O5_là chất phi đường tốt có trong nước mía

P2O5 + H2O  2H3PO4 2H3PO4 + 3Ca(OH)2  6H2O + Ca3(PO4)2 + Làm kết tủa đông tụ các chất không đường do ion Ca2+ phản ứng với các anion tạo thành muối canxi không tan

+ Làm cho những chất kết tủa được tạo thành có tác dụng kéo theo những chất rắn lơ lửng và những chất không đường khác để kết tủa được hoàn toàn

(4) Gia nhiệt (102-105°C)

+ Thúc đẩy phản ứng tạo kết tủa

+ Nhiệt độ tăng cao làm tỷ trọng nước mía giảm, đồng thời làm chất keo ngưng tụ, giảm độ nhớt  tăng nhanh tốc độ lắng của các chất kết tủa

+ Tăng hiệu quả lắng lọc

+ Loại không khí trong nước, giảm bớt sự tạo bọt

+ Tác dụng diệt trùng, đề phòng sự lên men acid và sự xâm nhập của vi sinh vật vào nước mía

Sau khi gia nhiệt nước mía được đem đi lắng (5) để loại bỏ kết tủa Khi lắng thì ta thu được 2 thành phần: Nước lắng trong (6) và nước bùn (7) Nước bùn sẽ được đem đi lọc lấy nước lọc trong (10) và loại bỏ bùn

(8) Lọc nước bùn:

+ Nước bùn chủ yếu: Nước đường, bùn cát, vụn bã mía, chất lơ lửng, chất kết tủa Nước bùn còn khoảng >90% nước mía do đó cần phân ly và thu hồi

Mục đích: Loại bỏ hoàn toàn tạp chất không tan, chất kết tủa và loại bỏ cám mía

2 Phương pháp gia vôi vào nước mía nóng:

Quy trình công nghệ:

b Thuyết minh quy trình:

(1) Nước mía hỗn hợp ban đầu có pH=5.0-5.5, là nước mía tổng hợp rút ra bằng phương pháp ép hoặc phương pháp khuếch tán

(2) Lọc: Cho nước mía đi qua lưới lọc để loại các tạp chất (cám mía, bã mía) tránh ở nhiệt độ cao bã, vụn mía bị thủy phân gây khó khăn cho sản xuất

(3) Gia nhiệt (102-105°C):

Gia nhiệt trước khi gia vôi Làm giảm khả năng hòa tan vôi, tăng sự chuyển hóa đường saccaroza (pH=5-5,5)

- Tác dụng:

+ Giúp loại không khí ra khỏi nước mía, giảm sự tạo bọt

+ Ngưng tụ các chất keo (anbumin, silic hydroxit) có trong nươc mía hỗn hợp giảm

độ nhớt của nước mía hỗn hợp tạo thuận lợi cho các quá trình sau

+ Có tác dụng diệt côn trùng, đề phòng hiện tượng lên men acid, chống sự xâm nhập của vi sinh vật vào nước mía

(4) Gia vôi:

Cho vôi vào thùng trung hòa, khấy trộn đều

Mục đích của cho vôi vào là:

+Trung hòa nước mía hỗn hợp ngăn ngừa phản ứng acid của dung dịch nước mía hỗn hợp và hạn chế sự chuyển hóa đường saccaroza

+ Tạo kết tủa:

P2O5 + H2O  2H3PO4 2H3PO4 + 3Ca(OH)2  6H2O + Ca3(PO4)2 (5) Lắng:

Sau khi gia vôi vào nước mía được đem đi lắng ở thiết bị lắng để loại bỏ kết tủa Khi lắng thì ta thu được 2 thành phần: Nước lắng trong và nước bùn Nước bùn sẽ được đem

đi lọc lấy nước trong và loại bỏ bùn

(8) Lọc nước bùn:

+ Nước bùn chủ yếu: Nước đường, bùn cát, vụn bã mía, chất lơ lửng, chất kết tủa Nước bùn còn khoảng >90% nước mía do đó cần phân ly và thu hồi

+ Mục đích: Loại bỏ hoàn toàn tạp chất không tan, chất kết tủa và loại bỏ cám mía (11)Nước mía trong:

Trộn nước lọc trong và nước lắng trong ta sẽ thu được nước mía trong

3 Phương pháp cho vôi phân đoạn

Quy trình công nghệ:

(3) Công đoạn cho vôi sơ bộ nâng pH nước mía lên 6.4 nhằm giảm sự chuyển hóa đường do pH thấp, hạn chế sậm màu đường

(4) Gia nhiệt nâng nhiệt độ dung dịch lên 102-1050C để:

+ Thúc đẩy phản ứng tạo kết tủa:

P2O5 + H2O  2H3PO4 2H3PO4 + 3Ca(OH)2  6H2O + Ca3(PO4)2 + Giảm độ nhớt

+ Tăng hiệu quả lắng, lọc

+ Loại khí, giảm sự tạo bọt

+ Tiệt trùng, đề phòng sự xâm nhập của vi sinh vật

(5) Ngay sau đó, gia vôi lần 2 nâng pH dung dịch lên 7.6 ở pH này xảy ra hàng loạt phản ứng keo tụ kết tủa và keo tụ

II CÁC ĐIỀU KIỆN CÔNG NGHỆ CỦA PHƯƠNG PHÁP VÔI

Chất lượng vôi:

Chất lượng của vôi có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch Để có hiệu quả làm sạch tốt, vôi cần có tiêu chuẩn nhất định Nếu vôi quá nhiều tạp chất, khi cho vôi vào nước mía sẽ làm tăng tạp chất, lắng lọc và kết tinh khó khăn Do đó tiêu chuẩn của vôi quy định như sau: CaO > 85%, Fe2O3, Al2O3 < 1%, MgO < 2%, CaCO3 < 1%

Trong thành phần vôi chủ yếu là CaO Ngoài ra cần chú ý đến hàm lượng MgO Nếu MgO > 2 % sẽ gây những tác hại sau:

- Giảm thấp độ hòa tan của vôi

- Thời gian lắng kéo dài

- Tác dụng với đường khử tăng màu sắc của nước mía

- MgO có độ hòa tan lớn là thành phần chủ yếu gây đóng cặn ở thiết bị bốc hơi

- Làm cho đường có vị đắng Các thành phần khác như: Al2O3, Fe2O3 , SO2 làm tăng chất keo, tăng màu sắc của nước mía và đóng cặn trong thiết bị

Độ hòa tan của vôi:

Độ hòa tan của vôi trong dung dịch đường lớn hơn độ hòa tan của vôi trong nước và giảm theo nhiệt độ tăng

Độ hòa tan của nước vôi mới, cũ và sống cũng khác nhau

Nồng độ sữa vôi:

Nồng độ sữa vôi thường trong khoảng 10-18 Be Nồng độ sữa vôi tương đối cao tác dụng tạo kết tủa nhanh, giảm lượng nhiệt bốc hơi Nhưng nồng độ sữa vôi quá đặc sẽ làm tắc đường ống dẫn, khó tác dụng đều với nước mía, có thể gây hiện tượng kiềm cục bộ làm đường khử phân giải

Tác dụng của khuấy sau khi cho vôi:

Sau khi cho vôi vào nước mía, khuấy có tác dụng phân bố vôi đều trong nước mía, phản ứng vôi được hoàn toàn Trường hợp nồng độ sữa vôi cao, khuấy rất cần thiết, tránh được hiện tượng kiềm cục bộ Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng, nếu kéo dài thờì gian khuấy nước mía sau khi cho vôi sẽ có tác dụng làm sạch, có thể tăng độ tinh khiết của nước mía, dung tích nước bùn giảm

Các dạng cho vôi vào nước mía hỗn hợp:

Có 3 dạng: Sữa vôi Ca(OH)2, vôi bột CaO, saccarat canxi Sữa vôi có tác dụng hóa học đều, khống chế dễ dàng Nhưng bản thân sữa vôi có chứa một lượng nước nhất định, làm tăng lượng nhiệt bốc hơi Hiện nay dạng sữa vôi được dùng rộng rãi trong các nhà máy đường

Lượng vôi dùng:

Lượng vôi dùng phụ thuộc vào thành phần nước mía Đối với phương pháp vôi, mỗi tấn mía dùng khoảng 0,5-0,9 kg vôi

Công nghệ sản xuất đường 50 Trong thực tế sản xuất thường dùng pH để biểu thị lượng vôi cho vào nước mía Mặt khác khi đun nước mía đã cho vôi, trị số pH thay đổi (thường giảm từ 0,2-0,5) nên khi xác định pH cần chú ý đến các yếu tố làm giảm trị số pH

Trong trường hợp cho vôi vào nước mía lạnh, tác dụng giữa vôi và nước mía không hoàn toàn khi đun nóng sẽ hoàn toàn hơn, do đó giảm pH

Lúc nước mía sôi, một phần Ca3(PO4)2 có thể phân ly thành Ca(OH)2.nCa3(PO4)2 không tan và một muối axit hòa tan, vì vậy sau phân ly làm giảm pH

Khi đun nóng Ca2 HPO4 sẽ kết hợp với vôi tạo thành canxi photphat kết tủa và H3PO4: Ca2 HPO4 + Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + H3PO4

Khi nhiệt độ cao và môi trường kiềm, đường khử bị phân hủy tạo thành chất màu và axit

Do có sự giảm pH khi đun nóng nên trị số pH trong sơ đồ công nghệ là trị số pH sau khi đun nóng Thông thường khống chế pH nước mía khoảng trên dưới 7,0

Hàm lượng P 2 O 5 trong nước mía:

Trong phương pháp vôi hiệu quả làm sạch chủ yếu dựa vào phản ứng kết tủa giữa vôi

và P2O5.Ca3(PO4)2 Trong nước mía thường tồn tại hai dạng: dạng keo và dạng tinh thể.

Dạng tinh thể làm sạch nước mía, ngược lại dạng keo gây trở ngại cho lắng, lọc và kết tinh đường

Sự hình thành kết tủa Ca3(PO4)2 nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ ion Ca2+ và PO4 3- Trong phương pháp vôi, khi cho vôi đến pH = 7,0, nồng độ ion Ca2+ có thể đủ để phản ứng tạo kết tủa Ca3(PO4)2, nhưng thường hàm lượng P2O5 trong nước mía rất thấp Theo nghiên cứu người ta thấy hàm lượng P2O5 cần thiết vào khoảng 300 mg P2O5/l nước mía Nếu hàm lượng P2O5 quá ít, có thể cho vào nước mía H3PO4 hoặc muối photphat hòa tan

để nâng cao hiệu quả làm sạch

Nhiệt độ cho vôi:

Thường nhiệt độ đun nóng khoảng 105°C Nhiệt độ cao có tác dụng tăng kết tủa làm giảm dung tích nước bùn, nhưng có thể làm tăng màu sắc nước mía (do phân hủy đường khử và có thê làm cho một phần keo kết tủa hòa tan lại) Vì vậy cần khống chế nhiệt độ nước mía đến sôi hoặc cao hơn một chút là thích hợp

III SO SÁNH ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA CÁC PHƯƠNG PHÁP GIA VÔI LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

1) Phương pháp gia vôi vào nước mía nóng

- Ưu điểm

Lưu trình công nghệ đơn giản, tổn thất đường do chuyển hóa tương đối ít, chất kết tủa tương đối rắn chắc, quản lí thao tác thuận lợi

- Nhược điểm

Hiệu suất làm sạch thấp Độ hòa tan của vôi ở môi trường lạnh tăng, khi gia nhiệt

độ hòa tan của vôi giảm dần đến đóng cặn trong thiết bị gia nhiệt và bốc hơi

Gia vôi lạnh các loại vi khuẩn dễ sinh trưởng và phát triển, nó kết hượng với đường tạo thành loại keo đường quay phải ngoài làm tổn thất đường nó còn làm tắt đường ống thiết bị

2) Phương pháp gia vôi vào nước mía lạnh

- Ưu điểm

Loại được nhiều chất keo, hiệu suất làm sạch tốt hơn gia vôi lạnh, tốc độ tăng tương đối nhanh, lượng vôi giảm 15% so với phương pháp gia vôi lạnh, hiện tượng đóng cặn giảm

- Nhược điểm

Chất kết tủa không được rắn chắt, thể tích nước bùn so với gia vôi lạnh lớn hơn, thậm chí có lúc nước mía trong chảy khó hơncó thể cho chất trợ lắng để giảm thời gian lắng

và nước bùn

3) Phương pháp gia vôi phân đoạn

- Ưu điểm

Qua 2 lần gia vôi có thể lợi dụng được 2 điểm ngưng tụ khác nhau để loại nhiều chất không đường nên nước mía trong, nước bùn dễ lọc, loại được chất keo nito>80%, loại phần lớn sáp mía đến 90%

- Nhược điểm

Lưu trình công nghệ phức tạp nên chỉ dung phương pháp này để xử lí nước mía khó làm sạch

Số lần gia nhiệt 0 Lần 1: 60°C

Lần 2: 102-104°C Lần 1: 90°CLần 2: 102-104°C

Độ rắn chắc của chất

kết tủa

Thể tích nước bùn Thấp Cao >(1) Thấp nhất

Lưu trình công nghệ Đơn giản Đơn giản Phức tạp

Hiệu quả làm sạch Thấp nhất Trung bình Cao nhất

IV SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

ST

T

- Thiết bị, quy trình công nghệ, quản lý điều hành đơn giản

- Hiệu suất thu hồi sản phầm thấp

- Sản xuất ra sản phẩm đường vàng

2 Phương pháp

sunfit hóa

- Sản xuất ra sản phầm đường kính trắng

- Vốn đầu tư ít

- Thiết bị, quy trình công nghệ, quản lý điều hành dễ dàng

- Sản phẩm đường khó bảo quản

- Dễ hút ẩm, biến màu

cacbonat hóa

- Sản xuất đường kính trắng có chất lượng cao

- Hiệu suất thu hồi cao

- Thiết bị quy trình công nghệ phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao

- Điều hành quản lý khó khăn