CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG

Cây mía là một trong các nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp chế biến đường và được trồng ở nhiều quốc gia trong khu vực khí hậu nhiệt đới và á nhiệt đới.. CN đường tuy có từ lâ

PHẦN I: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG

1 Giá trị kinh tế của cây mía

Đường có ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể con người Đường là hợp

phần chính và không thể thiếu được trong thức ăn cho người Đường còn là nguyên liệu quan trọng của nhiều ngành công nghiệp (CN) hiện nay như: CN bánh kẹo, đồ hộp, đồ uống, CN lên men, sữa, CN dược phẩm, hóa học v.v Chính vì vậy mà công nghiệp đường trên thế giới và của nước ta đã không ngừng phát triển Việc cơ khí hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất, những thiết bị tự động, các phương pháp mới, vấn đê tự động hóa và tin học hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất ngày càng được áp dụng rộng rãi trong các nhà máy đường

Cây mía là một trong các nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp chế biến đường

và được trồng ở nhiều quốc gia trong khu vực khí hậu nhiệt đới và á nhiệt đới Ở nước ta, mía

là nguyên liệu chính để chế biến đường ăn Mía đường là cây trồng có nhiều ưu điểm và có giá trị kinh tế cao:

* Xét về mặt sinh học

- Khả năng sinh khối lớn: nhờ có chỉ số diện tích lá lớn nên khả năng lợi dụng ánh sáng mặt

trời trong quá trình quang hợp cao (tối đa có thể đạt 5-7%) Trong vòng 10- 12 tháng, 1ha mía có thể cho năng suất hàng trăm tấn mía cây và một khối lượng lớn lá xanh, gốc, rễ để lại trong đất

- Khả năng tái sinh mạnh: Mía là cây có khả năng để gốc được nhiều năm, một lần trồng thu

hoạch nhiều vụ Năng suất mía cây ở vụ gốc đầu thường cao hơn vụ mía tơ

- Khả năng thích ứng rộng: Cây mía có thể trồng ở nhiều vùng sinh thái khác nhau, chịu

đựng tốt các điêù kiện khắc nghiệt của tự nhiên và môi trường

* Xét về mặt sản phẩm

Ngoài sản phẩm chính là cây mía nguyên liệu để chế biến đường, cây mía còn là nguyên liệu hoặc trực tiếp hoặc gián tiếp của nhiều ngành công nghệp như rượu cồn, bột giấy, gỗ ép, thức ăn gia súc, phân bón Các sản phẩm phụ của mía đường nếu khai thác triệt để, giá trị có thể tăng gấp 3-4 lần giá trị của chính phẩm (đường ăn)

2 Sự phát triển công nghiệp đường mía trên thế giới

Ấn Độ là nước đầu tiên trên thế giới sản xuất đưòng mía Do đó danh từ đường có nguồn gốc từ Ấn Độ “sankara” Vào khoảng năm 398, người Ấn Độ và Trung Quốc đã biết chế biến mật thành đường tinh thể Từ đó phát triển sang Ba Tư , Italia, Bồ Đào Nha, đồng thời đã mở

ra ngành CN mới là ngành CN luyện đường Đến thế kỷ 16, nhiều nhà máy luyện đường đã mọc lên ở Anh, Đức, Pháp

Lúc đầu CN đường rất thô sơ, ép mía bằng 2 trục gỗ đứng, kéo bằng sức kéo trâu bò, lắng bằng vôi, cô đặc ở chảo và kết tinh tự nhiên CN đường tuy có từ lâu đời nhưng bắt đầu

từ thế kỷ thứ 19 mới được cơ khí hóa từ khi Châu Âu phát hiện ra củ cải đường, nhiều thiết bị quan trọng đã được phát minh:

- 1867, loại máy ép bằng gang 3 trục nằm ngang kéo bằng máy hơi nước được dùng đầu tiên ở đảo Réunion ở Pháp Sau đó cải tiến ghép nhiều trục ép và có dùng nước thẩm thấu để nâng cao hiệu suất ép

- 1812, ông Barrnel người Pháp là người đầu tiên dùng khí CO2 để bão hòa vôi và dùng phương pháp lọc để loại kết tủa CaCO3 Cũng thế kỷ 19, kỹ sư Tratini người Italia đã dùng khí SO2 để kết tủa chất không đường và tẩy màu trong nước mía

- 1813, Howard phát minh nồi bốc hơi chân không một hiệu nên hiệu quả bốc hơi còn thấp

SƠ ĐỒ GIÁ TRỊ KINH TẾ CỦA CÂY MÍA

Sản phẩm chế biến công nghiệp

Phân bón

- 1820, máy ép khung bản ra đời

- 1843, Rillieux phát minh hệ bốc hơi nhiều nôi, tiết kiệm được hơi dùng

- 1837, Pouzolat phát minh máy li tâm truyền động ở đáy, lấy đường ở trên, thao tác không thuận tiện Sau đó Bessener phát minh máy li tâm kiểu thùng quay

-1867 Weston cải tiến máy li tâm truyền động ở trên, lấy đường ở dưới, hiện đang được dùng phổ biến tại các nhà máy đường

- 1892, máy ép 3 trục hiện đại được dùng ở Mỹ

- 1878 máy sấy thùng quay xuất hiện, 1884 thiết bị trợ tinh ra đời

Trong mấy chục năm nay, kỹ thuật ngành đường đã phát triển với tốc độ nhanh Vấn đề

cơ khí hóa, tự động hóa, tin học hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất, các thiết bị trong dây chuyền công nghệ cũng như các thiết bị phân tích hiện đại đã được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy đường Trong 20 năm qua, kỹ thuật công nghiệp đường trên TG có nhiều biến đổi quan trọng, bắt đầu từ thập kỷ 80 và tiếp tục trong nhiều năm 90

Ví dụ: + Thập kỷ 80, Công ty Benghin - Say Pháp và công ty Teron và Eridania của Ý

đã nghiên cứu và phát minh thiết bị, phương pháp kết tinh chân không liên tục Năm 1982, nhà máy luyện đường Nantes thực nghiệm thành công, đến 1984 nhà máy Elsdof (Tây Đức) tiến hành sản xuất và 1985 đã dùng thiết bị kết tinh liên tục của Công ty Fives Cail Babcock (FCB) để nấu đường Hiện nay nhiều thiết bị nấu đường liên tục của FCB đã được dùng trong nhiều nhà máy đường trên thế giới

+ Cùng với sự phát triển của nấu đường liên tục, các nước Đức, Pháp, Ý v.v đã nghiên cứu thiết bị trợ tinh chân không liên tục Và chính Công ty Benghin - Say Pháp đã thành công trong việc dùng trợ tinh chân không liên tục ở nhà máy đường luyện Nantes, sau

đó ở nhà máy đường củ cải Sermaize, nhà máy Gol và Bois- Rouge (Pháp), nhà máy đường Allscoff (Anh) Hiện nay là thiết bị trợ tinh chân không liên tục MET của Công ty BMA, đã làm trọng lượng tinh thể đường non tăng 15-30%

3 Tình hình sản xuất mía đường ở nước ta

Nước ta là một nước có truyền thống sản xuất đường từ lâu đời Từ lâu, nhân dân ta đã biết dùng những máy ép giản đơn như máy ép bằng đá, máy ép bằng gỗ dùng sức trâu bò kéo Nước mía ép được nấu ra nhiều dạng sản phẩm khác nhau: Mật trầm, đường phên, đường thô, đường cát vàng Ở miên Trung, nhân dân ta đã biết dùng lòng trắng trứng, đát bùn, vôi để làm sạch nước mía, sản xuất các loại đường đặc sản như đường muỗng, đường phèn, đường phổi, đường bông, đường bát dùng trong nước và xuất khẩu

Trong thời kỳ Pháp thuộc, CN đường hiện đại của ta hầu như không có gì Nước ta chỉ

có hai nhà máy đường hiện đại: Hiệp Hòa (miền Nam) và Tuy Hòa (miền Trung) CN đường

ở nước ta trong vòng 100 năm vẫn ở trong tình trạng sản xuất thủ công là chủ yếu

Sau ngày hoà bình lập lại, dưới chế độ xã hội chủ nghĩa, CN đường hiện đại của nước ta mới bắt đầu phát triển Ở miền Bắc có các nhà máy đường hiện đại như: Việt trì, Sông Lam (350 tấn mía/ngày), nhà máy đường Vạn Điểm (1000 tấn mía/ngày) Ở miền Nam có các nhà máy đường như Quảng Ngãi, Bình Dương (1500 tấn mía/ngày), Phan Rang (350 tấn mía/ngày), và hai nhà máy luyện đường Khánh Hội (150 tấn đường thô/ngày), Biên Hòa (200 tấn mía/ngày) Sau này mới xây dựng thêm các nhà máy như La Ngà (2000 tấn mía/ ngày) v.v…

Tính đến thời điểm vụ mía 1997- 1998 cả nước có trên 250.000 ha mía tăng hơn 67% so với năm 1994 và đạt sản lượng 11,5 triệu tấn mía cây

Về công nghiệp chế biến

Năm 1994 cả nước mới có 12 nhà máy đường cơ giới chế biến khoảng 20% sản lượng mía cây, phần còn lại chế biến bán cơ giới và thủ công, hiệu suất thu hồi thấp

Thực hiện chương trình 1 triệu tấn đường vào năm 2000 của chính phủ, đến vụ mía 1997-1998, cả nước đã có 35 nhà máy đường hoạt động với tổng công suất ép 50.800 tấn, tăng gâp 5 lần so với năm 1994 Cùng với các cơ sở chế biến bán cơ giới và thủ công, tổng sản lượng chung cả nước năm đó đạt 552.000 tấn Vào năm 2000 thì cả nước đã có 50 nhà máy đường mía hiện đại (trong đó có 4 nhà máy mở rộng công suất) đưa tổng công suất ép lên 93.500 tấn mía/ngày dưới nhiều hình thức đầu tư như liên doanh hay 100% vốn nước ngoài Ví dụ một số nhà máy đường mới xây dựng hoặc mở rộng như trong bảng 1

Bảng 1 CÁC NHÀ MÁY ĐƯỜNG MỚI XÂY DỰNG VÀ MỞ RỘNG

TÊN NHÀ MÁY

CÔNG SUẤT (tấn mía/ngày)

TÊN NHÀ MÁY

CÔNG SUẤT (tấn mía/ngày)

NINH THUẬN BÌNH PHƯỚC TRỊ AN

BÌNH DƯƠNG NƯỚC TRONG TÂY NINH - PHÁP HIỆP HA

LONG AN - ẤN ĐỘ BẾN TRE

TRÀ VINH - ẤN ĐỘ SÓC TRĂNG

PHỤNG HIỆP

VỊ THANH KIÊN GIANG VẠN ĐIỂM (đường luyện) BIÊN HÒA (đường luyện) KHÁNH HỘI (đường luyện)

đầu tư chưa đúng mức và trọng tâm, cũng như về quản lý thị trường, từ đó dẫn đến tồn đọng sản phẩm, nhà máy sản xuất cầm chừng, nông dân không bán được sản phẩm mía trồng dẫn đến chán đầu tư hoặc chuyển đổi giống cây trồng có giá trị kinh tế hơn, từ đó diện tích canh tác mía bị thu hẹp

Mặc dù vậy ngành công nghiệp mía đường vẫn là một ngành quan trọng ở nước ta bởi

nó góp phần đáp ứng lượng đường tiêu thụ dùng cho khu vực và cả nước, nâng cao từng bước mức dinh dưỡng trong khẩu phần ăn hàng ngày, tạo điều kiện cho các ngành kinh tế khác phát triển, tận dụng đất hoang đồi trọc và đất nông nghiệp có hiệu quả thấp so với trồng mía, tạo công ăn việc làm cho nông dân và lao động dư thừa Góp phần nâng cao trình độ chế biến, chuyển dần sang hình thức sản xuất đường cơ giới với công nghệ tiên tiến, thay thế dần lượng đường tiểu thủ công nghiệp tiêu hao nguyên liệu mía gần gấp đôi

so với sản xuất công nghiệp

4 Một số danh từ thường dùng trong nhà máy đường

1 Độ Bx: Độ Bx biểu thị tỉ lệ % trọng lượng các chất hoà tan so với trọng lượng nứơc mía

Nói cách khác nó cho ta biết nồng độ các chất hoà tan có trong dung dịch nước mía hay dung dịch đường là bao nhiêu phần trăm

Dụng cụ để đo độ Bx là đường kế Bá linh hoặc Brix kế Độ Bx đo được của dung dịch

ở nhiệt độ bất kì khác với nhiệt độ tiêu chuẩn của Bx kế gọi là Bx quan sát Độ Bx cải chính

là độ Bx đã điều chỉnh từ độ Bx quan sát về nhiệt độ tiêu chuẩn của Bx kế

2 Độ đường: Biểu thị thành phần đường saccaroza có trong dung dịch tính theo % trọng

lượng dung dịch.Tức là 100g dung dịch có bao nhiêu gam đường saccaroza

Trong công nghiệp đường để phù hợp với yêu cầu của sản xuất và kĩ thuật người ta còn dùng hai khái niệm sau để chỉ độ đường của dung dịch:

- Độ đường theo Pol: Pol là thành phần có trong dung dịch đường xác định trực tiếp

bằng đường kế (Polarimetre) Nó chính là thành phần đường gần đúng của dung dịch căn cứ vào kết quả đo của phương pháp phân tích nhanh

- Độ đường theo Sac: Là thành phần đường saccaroza có trong dung dịch tính theo %

trọng lượng dung dịch căn cứ vào kết quả đo và phân tích chính xác của phòng thí nghiệm còn gọi là phương pháp chuyển hoá Nó loại trừ những sai số do ảnh hưởng của những chất không phải đường gây nên trong quá trình xác định

3 Độ tinh khiết: Độ tinh khiết chỉ mức độ trong sạch của dung dịch nước mía Nó biểu thị

bằng % trọng lượng đường saccaroza so với trọng lượng các chất hoà tan có trong dung dịch

Độ tinh khiết càng cao biểu thị chất lượng dung dịch đường càng tốt

Trong công nghiệp đường người ta thường dùng hai khái niệm độ tinh khiết sau đây:

- Độ tinh khiết AP: Độ tinh khiết đơn giản

4 Đường khử (Reducing sugar RS): Tức là đường không thể kết tinh như glucoza,

fructoza cho biết mức độ chuyển hoá của mật chè Đường khử càng cao thì nguyên liệu càng xấu, khó kết, kết lâu, hạt nhỏ, vì đường khử cao làm mật dẻo, đối lưu và kết tinh kém

Khi cây mía còn non tỉ lệ RS cao và mía càng già tỉ lệ RS càng giảm Thường khi mía chín, tỉ

lệ RS chỉ còn trên dưới 1%

5 Chữ đường (CCS): Là khái niệm về năng suất công nghiệp chỉ lượng đường thương phẩm

có thể lấy ra từ mía ở các nhà máy hay xí nghiệp chế biến đường mía

Năng suất CN thường đạt từ 9-13,5% (trung bình 10%)

Dưới đây là công thức tính chữ đường (CCS) ở nhà máy đường để thanh toán tiền mua mía nguyên liệu:

100

3 1 ( 2

1 ) 100

5 1 ( 2

Bx

F Pol

Bx: là Bx nước mía ép đầu hoặc nước mía nguyên ép bằng máy ép phân tích F: % trọng lượng xơ trong mía

6 Chế độ nấu đường: Là bản qui chế định rõ cách phối liệu các loại nguyên liệu, các chỉ

tiêu kinh tế kĩ thuật của thành phẩm, bán thành phẩm, cân đối các loại nguyên liệu

Chế độ nấu đường còn gọi là hệ thống nấu đường: Nó vạch ra phương hướng cụ thể cho từng nồi nấu về các chỉ tiêu sau:

- AP: Độ tinh khiết nguyên liệu, đường non

- Dung tích cần nấu tính bằng m3

- Độ Bx của đường non

- Chỉ tiêu chất lượng thành phẩm: % sac, độ màu

Lượng nước mía hỗn hợp x Pol nước mía hỗn hợp

7 Hiệu suất ép thực tế =

Lượng mía ép x Pol mía

8 Đường thô: Là một loại đường saccaroza được dùng làm nguyên liệu để sản xuất đường

tinh luyện Chất lượng đường thô phụ thuộc vào tình hình nguyên liệu mía, trình độ kỹ thuật của mỗi nước Thành phần đường thô của một số nước được cho ở bảng 2

Bảng 2 Thành phần của đường thô

Nước ( %)

RS (%)

Độ màu (O St)

Tạp chất không tan (mg/kg) Thái Lan

0,51 0,65 0,63 0,32 0,13

0,52 0,33 0,35 0,39 0,20

95,56 33,32 33,10 16,74 6,46

-

-

- 194,80 190.26

9 Đường RE (Refined sugar Extra): Là đường tinh luyện, là đường saccaroza được tinh

chế và kết tinh, là sản phẩm đường cao cấp, được sản xuất trực tiếp từ mía, từ đường thô hoặc

từ các nguyên liệu khác Đường tinh luyện được dùng làm nguyên liệu cho các sản phẩm cao

100 Pol mía x tỉ lệ thu hồi Năng suất CN =

cấp của CN thực phẩm Ở nước ta có 2 nhà máy đường Biên Hòa và Khánh Hội sản xuất loại đường này Sau đây là thành phần chính và chỉ tiêu chất lượng theo TCVN 6958:2001:

* Các chỉ tiêu cảm quan của đường tinh luyện, phải phù hợp với yêu cầu qui định

trong bảng 3

Bảng 3 Các chỉ tiêu cảm quan

Ngoại hình Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối 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 trắng óng ánh Khi pha vào nước cất cho dung dịch trong suốt

* Các chỉ tiêu lý - hóa của đường tinh luyện, phải phù hợp với yêu cầu qui định trong

bảng 4

Bảng 4 Các chỉ tiêu lý hóa

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,03

3 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m) không lớn hơn 0,03

4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105OC trong 3 h, % khối lượng

(m/m), không lớn hơn

0,05

* Dư lượng SO2

Sunfua dioxit ( SO2), ppm, không lớn hơn: 7

* Các chất nhiễm bẩn, mức tối đa

Asen (As) 1mg/kg

Đồng ( Cu) 2mg/kg

Chì ( Pb) 0,5 mg/kg

10 Đường RS (Refined Sugar, White Sugar): Đường trắng, đường trắng đồn điền hay

đường trắng trực tiếp Phần lớn các nhà máy đường hiện đại của nước ta sản xuất loại đường này như: Lam Sơn, Việt Trì , Quảng Ngãi, Bình Định, Bình Dương, Tuy Hoà v.v

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

* Các chỉ tiêu cảm quan của đường trắng: phải phù hợp với yêu cầu qui định trong

bảng 5

Bảng 5 Các chỉ tiêu cảm quan

Ngoại hình Tinh thể màu trắng, kích thước tương đối 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

* Các chỉ tiêu lý - hóa của đường trắng, phải phù hợp với yêu cầu qui định trong bảng 6

Bảng 6 Các chỉ tiêu lý - hóa

Tên chỉ tiêu

Mức Hạng A Hạng B

2 Hàm lượng đường khử, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,1 0,15

3 Tro dẫn điện, % khối lượng (m/m), không lớn hơn 0,07 0.1

4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105OC trong 3h, % khối lượng

Chương 1: NGUYÊN LIỆU MÍA

1.1 Thu hoạch và bảo quản mía

1.1.1 Mía chín

Mía chín là lúc hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và lượng đường khử còn lại ít nhất (cùng lúc đó tỉ lệ nước thấp, tỉ lệ xơ có phần tăng)

* Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ mía chín là:

- Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau

- Hàm lượng đường khử dưới 1%, có khi chỉ còn 0,3%

- Lá chuyển vàng, độ dài của lá giảm, các lá sít vào nhau, dóng ngắn dần

- Hàm lượng đường đạt cao nhất khi thu hoạch đúng thời vụ của giống mía đó

Khi hàm lượng đường đạt tối đa, tùy giống mía và điều kiện thời tiết, lượng đường này duy trì khoảng 15 ngày đến 2 tháng Sau đó lượng đường bắt đầu giảm gọi là mía quá lứa hoặc quá chín Ở nước ta, mía chín khi thời tiết bắt đầu lạnh và khô Nơi nào có mùa khô rõ ràng nhất thì dễ đạt hàm lượng đường cao hơn nơi khác Do đó, đối với vùng có hệ thống tưới tiêu nhân tạo, người ta thúc mía chín bằng cách ngừng tưới nước vài tuần trước khi thu hoạch

* Cách nhận biết khi nào mía chín:

- Phán đoán theo đặc trưng ngoại hình cây mía:

▪ Độ lớn cây chậm dần, các dóng mía trên ngọn nhặt lại, thân cây có hiện tượng “co nhăn”

▪ Lá mía khô vàng, lá xanh khoảng 6÷7 lá (bình thường khoảng 8÷10 lá) Lá tương đối thẳng và cứng

▪ Dóng mía bột phấn rơi, bề mặt nhẵn nhụi

- Kiểm định nhanh trên đồng ruộng:

Dùng chiết quang kế cầm tay để xác định độ chín của mía

1.1.2 Thu hoạch mía

Trước đây việc thu hoạch mía chủ yếu bằng thủ công Dùng dao chặt sát đất và bỏ ngọn

Ở Cuba người ta lấy cao lên tới ngọn, người trồng mía có lợi nhưng nhà máy đường gặp khó khăn khi sản xuất đường Ở Inđônêxia, người ta khơi luống để chặt sát từ dóng cuối cùng Sau thế chiến II, công nhân thiếu trầm trọng nên khâu đốn chặt bằng cơ giới hoá phát triển Ở nước ta hiện nay, việc thu hoạch mía vẫn bằng thủ công

Nồng độ nước mía đoạn ngọn Nồng độ nước mía đoạn gốc Mía chín =

1.1.3 Sự biến đổi phẩm chất của mía sau thu hoạch

Mía sau khi chặt, hàm lượng đường trong mía giảm nhanh, gây tổn thất đường trong sản xuất Nguyên nhân do tác dụng hô hấp hoặc do vi khuẩn Do đó mía vận chuyển về nhà máy đưa ép càng sớm càng tốt

Qua nghiên cứu, người ta thấy rằng nếu mía đưa vào ép sau 8 ngày kể từ khi chặt, hiệu suất thu hồi đường giảm 20%

Trong thời gian bảo quản mía, các chỉ tiêu quan trọng như: chất khô, thành phần đường,

độ tinh khiết, hàm lượng đường khử sẽ thay đổi nhiều

1.1.4 Các biện pháp hạn chế tổn thất đường khi thu hoạch

- Chặt mía khi trời rét hoặc hơi rét

- Chặt mía cho ngã theo chiều luống mía, các cây mía gối lên nhau, ngọn cây mía này phủ lên gốc cây mía kia nhằm giảm lượng mía bốc hơi và chống rét

- Chất mía thành đống có thể giảm sự phân giải đường

- Dùng lá mía thấm nước để che cho mía lúc vận chuyển và dùng nước tưới phun vào mía

1.2 Thành phần hoá học của mía

Thành phần hoá học của mía thay đổi tuỳ theo điều kiện đất đai, phương pháp canh tác, loại, giống mía, v.v

Bảng 1.1 Thành phần hoá học cây mía

0,5

Một cách khác có thể chia trong cây mía ra thành những phần sau:

Xơ

Mía Chất tan (chất khô) Dung dịch nước mía

Nước

Chất Đường saccaroza

hoà tan Chất không đường

chất không đường vô cơ

Chất không đường Chất không đường hữu cơ không chứa N2

Chất không đường hữu cơ có chứa N2

Chất không đường Chất màu Không có N2: caramen hữu cơ Có N2: melanoidin

1.2.1 Đường saccaroza

Saccaroza là thành phần quan trọng nhất của mía - sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường, là một disacarit có công thức C12H22O11 Trọng lượng phân tử của saccaroza là 342 Saccaroza được cấu tạo từ hai đường đơn là , D - glucoza và , D - fructoza Công thức cấu tạo của saccaroza được biểu diễn như sau:

Hình 1.1 Công thức cấu tạo của saccaroza

Theo công thức trên, saccaroza là , D - glucopiranozit - , D - fructofuranozit

Saccaroza có tính ức chế rất 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 hoá gluxit tạo lactac, dễ tăng mệt mỏi (nếu nhiều gây 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 tuỷ sẽ không tạo đủ lượng insulin làm cho việc chuyển đường glucoza thành glucogen để dự trữ ở gan và cơ, thận sẽ làm việc quá tải và đường theo nước giải ra ngoài

độ cao: rán, nướng, xào, rang, cô đặc, lúc này sản phẩm có mùi cháy khét, vị đắng

* Độ hoà tan: Đường rất dễ hoà tan trong nước, độ hoà tan tăng theo nhiệt độ (bảng 1.2)

Bảng 1.2 Độ hoà tan của saccaroza trong nước

Nhiệt độ, oC Độ hoà tan,

g saccaroza/100g nước Nhiệt độ, oC g saccaroza/100g nước Độ hoà tan,

Đường saccaroza còn hoà tan giới hạn trong anilin, piridin, etyl axetat, amyl axetat, phenol và NH3

* Độ nhớt: Độ nhớt của dung dịch đường tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo

chiều tăng nhiệt độ (bảng 1.4)

* Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng của đường saccaroza tính theo công thức:

C = 4,18 (0,2387 + 0,00173 t ), kJ/ kg độ

Trong đó t: nhiệt độ

Nhiệt dung riêng trung bình của saccaroza từ 22oC đến 51oC là 0,3019

* Độ quay cực: Dung dịch đường có tính quay phải Độ quay cực riêng của saccaroza

rất ít phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ Do đó rất thuận tiện cho việc xác định đường bằng phương pháp phân cực

 20

D

 = 66,469 + 0,00870 c - 0,000235 c2 Trong đó c : nồng độ saccaroza trong 100ml

Trị số độ quay cực trung bình của saccaroza là:  20

D

 = + 66,5o

Chất kiềm, muối của axit yếu làm giảm độ quay cực của saccaroza Ví dụ: trong dung dịch có 1 phân tử đường và 2 phân tử vôi thì độ quay cực của saccaroza là 51,8o chứ không phải 66,5o Đó là do sự tạo thành canxi saccarat

Bảng 1.3 Độ hòa tan của saccaroza trong dung dịch nước chứa các loại muối

Độ hòa tan, g saccaroza/100g dung dịch

-

- 320.5 320,0 334,0 345,0 357,0 370,0 384,0

219,5 218,0 220,0 224,0 228,0

-

-

320,5 324,0 328,0 334,0 341,0 349,0 357,0

219,5 217,0

320,5 321.0 324,0 327,0 331,0 334.0 337,0

219,5 210,0

320,5 323,0 330,0 344,0 361,0 384,0 406,0

219,5 197,0

320,5 295,0 286,0 286,0 295,0 308,0 327,0

Bảng 1.4 Ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến độ nhớt của dung dịch đường

1,19 3,29 21,19 114,80

0,81 0,91 9,69 39,10

0,59 1,32 5,22 16,90

2.1.2 Tính chất hoá học của saccaroza

- Tác dụng của axit: Dưới tác dụng của axit, saccaroza bị thuỷ phân thành glucoza và

- Tác dụng của kiềm: Phân tử đường saccaroza không có nhóm hydroxyt glucozit nên

không có tính khử Khi tác dụng với chất kiềm hoặc kiềm thổ, saccaroza tạo thành saccarat Trong saccarat, hydro của nhóm hydroxyl được thay thế bởi kim loại Như vậy trong môi trường này, có thể coi saccaroza như 1 axit yếu Phản ứng tạo thành saccarat phụ thuộc vào: nồng độ của dung dịch, lượng kiềm và lượng saccaroza

Trong dung dịch đậm đặc và dư kiềm, saccaroza sẽ tạo nên nhiều saccarat:

C12H22O11 + Na+OH - HOH + NaC12H21O11

Khi tác dụng với vôi sẽ thu được các phức saccarat sau:

C12H22O11 CaO H2O : monocanxi saccarat

C12H22O11 2CaO 2H2O : dicanxi saccarat

C12H22O11 3CaO 3H2O : tricanxi saccarat

Hai dạng monocanxi và dicanxi dễ hòa tan trong nước, trong khi đó tricanxi rất ít hòa tan trong nước nên phản ứng tạo thành tricanxi saccarat được ứng dụng để lấy đường saccaroza khỏi rỉ đường của củ cải

Ở môi trường kiềm loãng và dung dịch đường lạnh, hầu như không có tác dung gì Nếu kiềm đậm đặc, ở nhiệt độ thấp, đường cũng bị phân giải

Ở pH từ 8 đến 9 và đun nóng trong một thời gian dài, saccaroza bị phân hủy thành hợp chất có màu vàng và màu nâu

Trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao, đường bị phân huỷ tạo ra các axit và chất màu v.v Tốc độ phân huỷ tăng theo độ pH Ở nhiệt độ sôi (trong 1 giờ) và pH = 8 ÷ 9, saccaroza chỉ bị phân huỷ 0,05% Nếu cùng ở nhiệt độ trên nhưng với pH là 12 thì sự phân huỷ đó tăng 0,5 % ( hình 1.2)

Hình 1.2 Sự phân huỷ saccaroza

Sự phân huỷ và tạo thành các sản phẩm có màu thường do những phản ứng sau:

Caramenlan Ehrlich sacaran (màu đậm)

Caramelan

Humin Caramelin

(Schiff)

-19nH2O -H2O

8 9 10 11 12 13 PH

1.5 1.0 0.5 Đường bị phân hủy,%

Chất màu caramen được coi như là hợp chất humin Đó là sự polyme hoá ở mức độ khác nhau của - anhidrit

- Tác dụng của enzim: Dưới tác dụng của enzim invertaza, saccaroza sẽ chuyển thành

glucoza và fructoza Sau đó dưới tác dụng của phức hệ enzim, glucoza và fructoza sẽ chuyển thành ancol và CO2

men rượu

C6H12O6 2 C2H5OH + CO2

Glucoza hoặc Fructoza

2.2 Chất không đường

Trong ngành đường, người ta gọi tất cả những chất có trong nước mía trừ

saccaroza, là chất không đường kể cả glucoza, fructoza và rafinoza

Chất không đường trong nước mía có thể chia như sau:

- Chất không đường không chứa nitơ

- Chất không đường chứa nitơ

- Chất màu

- Chất không đường vô cơ

2.2.1 Chất không đường không chứa nitơ

2.2.1.1 Glucoza và fructoza

Thường còn được gọi là đường khử Khi mía còn non, hàm lượng đường glucoza và

fructoza trong mía tương đối cao Khi mía chín, hàm lượng đó giảm đến mức thấp nhất

* Tính chất lý học của glucoza và fructoza:

- Độ hoà tan: của glucoza và fructoza tăng theo nhiệt độ Độ hoà tan của glucoza kém hơn của saccaroza Fructoza hoà tan nhiều trong nước Độ hòa tan của một số loại đường được trình bày ở bảng 1.5

Bảng 1.5 Tính hòa tan của một số loại đường trong nước ở 20 O C

Saccaroza Fructoza Glucoza ( hydrat)

Maltoza Lactoza

Trong đó c: Nồng độ glucoza trong nước ở giới hạn từ 0 - 35% trọng lượng, %

Fructoza có góc quay trái, góc quay cực của fructoza là:

 20

D

 = - (91,5 + 0,133 c )

Trong đó c: nồng độ fructoza , % trọng lượng

* Tính chất hoá học của glucoza và fructoza:

- Tác dụng của kiềm: Ở nhiệt độ thấp (60oC) trong môi trường kiềm loãng xảy ra sự đồng phân hoá theo sơ đồ phản ứng sau:

Ở nhiệt độ cao và môi trường kiềm, glucoza và fructoza có thể bị phân huỷ và tạo thành một số sản phẩm như axit lactic, axit glucosacaric, axit formic, lacton Những axit này lại kết hợp với vôi tạo thành muối hoà tan Vì vậy khi dùng vôi xấu, hàm lượng muối canxi trong nước mía tăng

Trong môi trường kiềm, fructoza bị phân huỷ nhiều hơn glucoza Vì vậy, trong sản phẩm đường, lượng glucoza thường nhiều hơn fructoza

- Tác dụng của axit: trong môi trường axit, đường khử ổn định nhất là ở pH= 3 chứ

không phải bằng 7 Nhưng trong môi trường axit và đun nóng, đường khử sẽ tạo thành oximetylfufurol và sau đó tạo thành axit levulic và axit focmic

- Tác dụng của chất oxi hóa: Glucoza chỉ tác dụng với brom trong môi trường axit và

với axit hipobromic trong môi trường kiềm Phản ứng tiến hành như sau:

RCHO + Br2 + H2O  RCOOH + 2HBr

RCHO + HBrO  RCOOH + HBr

Fructoza bị oxi hoá bởi brôm ở nhiệt độ cao và thời gian dài hơn so với glucoza

- Tác dụng của nhiệt độ: Khi đun nóng ở nhiệt độ 160 - 170oC , glucoza và fructoza bị mất một phần nước và tạo thành glucozan và fructozan Nếu tiếp tục đun ở nhiệt độ cao, CO2

sẽ thoát ra, còn lại là than

Đối với fructoza, ở nhiệt độ 100oC, đã bị phân huỷ nên nhiệt độ mất nước của fructoza thấp hơn glucoza

2.2.1.2 Axit hữu cơ

Trong nước mía, các axit hữu cơ có thể ở dạng tự do, muối hoà tan hoặc không tan, trong

đó axit tự do chiếm 1/3 lượng axit chung Người ta đã tìm thấy nhiều loại axit trong nước mía hỗn hợp như: a.aconitic, a.xitric, a.malic, a.oxalic, a.glicolic, a.mesaconic, a.suxinic, a.fumaric v.v Trong đó hàm lượng a.aconitic gấp 3 lần tổng lượng các axit Vì vậy, người ta thu hồi axit này dưới dạng canxi aconitat Ngoài ra a.oxalic là thành phần đóng cặn chủ yếu trong thiết bị bốc hơi và truyền nhiệt

Trong sản xuất đường, axit có tác dụng chuyển hóa saccaroza

2.2.1.3 Chất béo

Chất béo chủ yếu trong cây mía là sáp Sáp thường tạo một lớp bao bọc ngoài cây mía Trong sản xuất đường mía, gần 60 - 80% sáp theo bã mía, phần còn lại tồn tại trong bùn lọc

2.2.2 Chất không đường chứa nitơ

Hàm lượng phụ thuộc vào mía, điều kiện đất đai, chế độ canh tác Theo Spences và Meade, hàm lượng chất không đường chứa nitơ bao gồm:

2.2.3 Chất màu

Chất màu trong cây mía có thể chia làm 2 loại:

- Chất màu có trong bản thân cây mía

- Chất màu sinh ra trong quá trình sản xuất đường

* Chất màu có trong bản thân cây mía: (phần lớn là chất màu thực vật)

▪ Diệp lục tố a ( C55H72O5N4Mg)

▪ Diệp lục tố b ( C55H70O4N4Mg)

Diệp lục tố không tan trong nước và dung dịch đường nhưng tan trong ancol và kiềm

Do đó dễ loại ra khi làm sạch nứơc mía

▪ Xantophin: Màu vàng, có công thức C40H56O24 tan trong nước và dung dịch đường Nó

dễ bị loại ra trong quá trình sản xuất đường

▪ Caroten: Màu vàng, có công thức C40H56 Caroten không tan trong mía và dung dịch đường

▪ Antoxian: Thường gọi nhóm có màu xanh và tím dễ hoà tan Chất màu xanh có tinh tan được tạo thành từ antoxianidin, glucoza và các đường khác Trong dung dịch đậm đặc, antoxian chuyển thành đỏ tím Theo Zerban và Frelanen thì antoxian thuộc nhóm polyphenol

và chuyển thành màu sẫm khi phản ứng với các muối sắt Trong giai đoạn cacbonat, antoxian

bị loại hoàn toàn Phương pháp sunfit hoá chỉ loại được một phần antoxian

* Chất màu sinh ra trong quá trình sản xuất đường:

▪ Sự phân giải đường ở nhiệt độ cao kết hợp với quá trình ngưng tụ gọi là sự caramen hoá

và chất màu là caramen

▪ Phản ứng giữa cacbonyl với hợp chất chứa nhiều amin được gọi là phản ứng Maillard

và chất màu là melanoidin

▪ Sự phân giải đường ở nhiệt độ hơi cao và trong môi trường kiềm

▪ Sự tạo thành hợp chất phức chất giữa polyphenol và ion kim loại nặng trước hết là Fe Đối với sản xuất đường thường gặp chất màu melanoidin, caramen và polyphenol + Fe ▪ Chất màu phần lớn là hợp chất hữu cơ có nối đôi Muốn biến thành chất không màu cần phá vỡ nối đôi

2.2.4 Chất không đường vô cơ

Hàm lượng nó phụ thuộc giống mía, chế độ canh tác và điều kiện khí hậu Các chất vô

cơ chủ yếu trong nước mía hỗn hợp là K2O, Na2O, SiO2,, P2O5, Ca, Mg trong đó K2O chiếm lượng khá lớn Trong quá trình làm sạch P2O5 có tác dụng tốt Những chất còn lại đều là những chất có hại trong sản xuất đường Kali và natri là nguyên nhân tạo mật cuối Các chất khác như Ca, Mg, SiO2 là thành phần chủ yếu đóng cặn trong thiết bị bốc hơi và truyền nhiệt

Chương 2: LẤY NƯỚC MÍA

2.1 Lấy nước mía bằng phương pháp ép

Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp đường người ta sử dụng hai phương pháp:

- Ép

- Khuếch tán

Phương pháp ép vẫn được sử dụng phổ biến từ mấy trăm năm nay Nguyên lí chung là xé

và ép dập thân cây mía nhằm phá vỡ các tế bào để lấy nước mía

Ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình làm đường được chia làm các giai đoạn nhỏ như sau:

- Vận chuyển, cấp mía vào máy ép

- Xử lí mía trước khi ép

Máy băm mía, máy đánh tơi và ép dập là các bộ phận xử lí sơ bộ mía

2.1.1 Vận chuyển và cấp mía vào máy ép

Mía được vận chuyển từ ruộng mía về bằng hệ thống đường sắt, đường thuỷ hoặc đường

bộ được tập kết trên bãi rộng Mía từ bãi được chuyển dần vào để ép Thông thường sử dụng các phương tiện sau đây: cần cẩu hoặc cầu cẩu, xe goòng, băng xã mía, máy cào và băng chuyền mía

2.1.2 Xử lí cây mía trước khi ép

Vỏ mía có lớp sáp, phấn Cây mía cong, thẳng, dài ngắn khác nhau Cho nên cần xử lí sơ

bộ trước khi ép Sau xử lí, tính chất vật lí của mía thay đổi Tế bào mía bị phá vỡ, mía bị băm thành những sợi dài thích hợp cho vấn đề ép mía Vậy mục đích của giai đoạn này là xử lý trước khi đưa vào máy ép để tạo điều kiện ép dễ dàng, nâng cao năng suất và hiệu suất của công đoạn ép

Các thiết bị xử lí sơ bộ thường dùng là: Máy san bằng, máy băm, máy đánh tơi

2.1.2 1 Máy san bằng

Máy dùng để san đều lớp mía vừa đổ xuống băng Gồm 1 trục quay có từ 24 - 32 cánh cong, được lắp trên đoạn băng ở đoạn bằng, quay ngược chiều với chiều băng mía đi Tốc độ quay 40 - 50 vòng/phút Tác dụng của thiết bị này không lớn lắm, công suất tiêu hao nhiều nên hiện nay các nhà máy đường hiện đại ít dùng

2.1.2.2 Máy băm mía

Máy băm mía không thể thiếu được trong nhà máy đường hiện đại Hiện nay các dao băm thường được điều khiển bởi 2 môtơ: Môtơ điện (hình 2.2) và tua bin hơi

Hình 2.1 Máy băm mía điều khiển bằng môtơ điện

Máy băm cây mía thành những mảnh nhỏ, phá vỡ các tế bào mía, san mía thành lớp dày

ổn định trên băng, nâng cao mật độ mía trên băng từ 125 - 150kg/m3 lên đến 250 – 300kg/m3

* Số lượng dao băm và phương cách lắp đặt các dao băm:

Hiện nay số lượng máy băm thường không quá hai máy Lượng ép tăng nhưng không tăng tỉ lệ thuận với số máy băm Một dao băm duy nhất khó có thể băm tốt hết bề dày lớp mía

và băm vụn mía được Theo nghiên cứu của Hugot, công suất tương đối của các hề thống ép

có số dao băm khác nhau như trong bảng 2.1

Bảng 2.1 Công suất tương đối của các hề thống ép có số dao băm khác nhau

Không có dao băm Có 1 dao băm Có 2 dao băm

Nếu hệ thống có 2 dao băm thì thường lắp đạt như sơ đồ hình 2.2

Hình 2.2 Cách lắp đặt hai dao băm

2.1.2.3 Máy đánh tơi

Sau khi qua máy băm mía thành lớp, còn nhiều cây mía chưa được băm nhỏ, cần được qua máy đánh tơi để xé và đánh tơi ra để mía vào máy ép dễ dàng hơn, hiệu suất ép tăng lên Nếu dùng máy đánh tơi, hiệu suất ép mía có thể tăng lên 1% Nó làm tơi mía, nhưng không

+ Máy đánh tơi kiểu searby:

Hiệu suất tăng 2,5 % với hệ máy ép 11 trục

1,25% với hệ máy ép 14 trục

10% với hệ máy ép 15 trục

Hiệu suất trích li nước mía:

Có máy đánh tơi Không có máy đánh tơi

Lượng ép (tấn mía/h) 88 87,2

Đường trong bã (%) 2,55 3,05

Hiệu suất trich ly (%) 93,55 92,25

Điều kiện thí nghiệm:

1 bộ ép dập : 1066,8  2209,8 mm

4 bộ ép nát : 914,4 x 2132,6 mm

+ Máy đánh tơi kiểu búa: Được sử dụng ở nhà máy đường Quảng Ngãi và Bình Dương

và được dùng phổ biến nhất hiện nay Đây là một dạng máy đập bằng các búa xoay, lắp thành hàng song song xung quanh trục quay bằng thép, đặt trong vỏ máy hình trụ, mặt cắt ngang hình máng Bên sườn trong của vỏ có gắn nhiều miếng sắt dọc theo thân máy và được coi là các tấm kê của búa đập Mía đi vào cửa trên của máy và ra ở cửa dưới (hình 2.3) Búa đập quay với tốc độ khoảng 1200 vòng/phút, theo chiều chuyển động của mía Khi lắp một máy đánh tơi kiểu búa, tỉ lệ tế bào mía bị xé là 85% Nếu dùng hai máy, tỉ lệ này tăng lên 95% Đối với dàn ép, thường dùng một máy

Hình 2.3 Máy đánh tơi kiểu búa lắc

+ Máy đánh tơi kiểu đĩa: Kiểu này gồm hai trục ghép lại bởi nhiều đĩa răng cưa hình nón,

lắp từng đôi một úp vào nhau (hình 2.4) Hai trục quay tốc độ khác nhau, do đó mía sẽ bị xé tơi

Hình 2.4 Máy đánh tơi kiểu đĩa

2.1.2.4 Máy ép dập

- Ép dập vừa có tác dụng lấy nước mía, vừa làm cho mía dập vụn hơn, thu nhỏ thể tích lớp mía để cho hệ thống máy ép sau làm việc ổn định, tăng năng suất ép, tăng hiệu suất ép và giảm bớt công suất tiêu hao

- Vì vậy máy ép dập có các đặc tính:

▪ Mặt trục cần có răng để kéo mía

▪ Mặt trục có tác dụng vừa làm dập, vừa đánh tơi và ép

▪Tốc độ máy ép dập phải lớn hơn tốc độ máy ép phía sau Thường lớn hơn 20% để thực hiện việc cung cấp mía Nếu 2 tốc độ bằng nhau thì việc cung cấp mía không đều

- Phân loại: Về cấu tạo, máy ép dập có nhiều loại nhưng phổ biến nhất là 2 loại:

+ Loại cấu tạo răng chữ nhân (Krajewski)

+ Loaị cấu tạo răng chữ V (Fulton)

▪ Trục ép dập kiểu Krajewski có những rãnh dày cong hình chữ Z dọc theo chiều dài trục cách đều nhau 15 cm Mỗi trục có 15 hàng, mỗi hàng 5 -7 chữ Z Góc giữa các răng 90o

▪ Trục ép dập kiểu Fulton (hình 2.5) được dùng thông dụng hơn cả Khi ta cắt trục bằng 1 mặt phẳng dọc trục thì răng trục ở vết cắt có dạng hình chữ V Góc mở hình chữ V bằng 60o

Để trục kéo mía dễ dàng, ở trục đỉnh và trục trước, người ta đục những rãnh dọc theo thân trục cách nhau 20 cm hình chữ nhân Đỉnh chữ nhân ở giữa thân trục, góc mở của chữ nhân là

140 – 144o Góc răng càng nhỏ có tác dụng kéo mía dễ nhưng nhọn quá thì dễ gãy

* So sánh giữa răng chữ nhân và chữ V:

+ Chữ V dùng 3 trục có lắp tấm dẫn mía

+ Chữ nhân dùng 2 trục không lắp tấm dẫn mía

+ Khi không có máy băm, mía vào cả cây, dùng chữ nhân kéo mía tốt hơn chữ V

+ Nếu có máy băm mía thì dùng chữ V tốt hơn, kéo và thoát mía dễ dàng

Hình 2.5 Trục ép dập kiểu Fulton

* So sánh về hiệu suất ép của 2 loại máy:

Loại máy ép dập Hiệu suất ép, (%)

2.1.3 Ép kiệt nhiều lần

Mục đích: Lấy kiệt lượng nước mía có trong mía tới mức tối đa cho phép vì ở bộ ép dập

chỉ ép ra 1 lượng nước mía như sau:

- Ép dập 2 trục : 45 - 55 % nước mía có trong cây mía

- Ép dập 3 trục : 65 - 75% nước mía trong cây mía

Trong quá trình tiến bộ kĩ thuật, phương pháp ép thay đổi từ ép khô đến ép có phun nước thẩm thấu hoặc kết hợp ép và ngâm khuếch tán Các loại máy ép cũng được cải tiến không ngừng

2.1.3.1 Cấu tạo máy ép

a Cấu tạo một bộ máy ép bao gồm các bộ phận chính:

- Giá máy

- Các trục đỉnh, trục trước, trục sau

- Bộ gối đỡ trục và bộ điều chỉnh vị trí lắp trục

- Bộ phận nén trục đỉnh

- Tấm dẫn mía (lược đáy) và các lược khác

* Giá máy: Giá máy là bộ khung chịu lực rất lớn khoảng 3500-7000 at, thường đúc bằng

thép trên đó lắp tất cả các chi tiết của máy

Giá máy có nhiều kiểu: kiểu đỉnh thẳng (hình 2.6), kiểu đỉnh nghiêng và kiểu cần nén cong (hình 2.7)

Hình 2.6 Máy ép kiểu đỉnh thẳng Hình 2.7 Máy ép kiểu cần cong

(kiểu Fives Lille- Cail C46)

* Trục ép: Trục ép gồm có lõi trục bằng thép, một đầu gắn một bánh xe răng cao chân để

truyền chuyển động, lồng chặt trong áo trục bằng gang đặc biệt

Đường kính ngoài áo trục thường bằng một nửa chiều dài trục Ở hai đầu áo trục có vành chắn nước mía khỏi bắn vào cổ trục Hình dáng và vị trí lắp của vành đó trên trục đỉnh

và hai trục trước có khác nhau

Thép làm lõi trục có thành phần: Ni= 3-4%, Cr = 0,5 - 1%, C = 0,2 - 0,45% Hai cổ trục tròn, nhẵn bóng, đường kính bằng một nửa đường kính trục ép Vỏ trục đúc bằng gang Mặt vỏ trục được kẻ nhiều rãnh quanh trục để kéo mía và phân lớp mía tốt hơn, tạo thuận lợi cho các bộ ép sau, nâng cao hiệu suất lấy đường

Trên mặt trục còn có răng trục để tăng cường khả năng xé tơi mía, thường dùng răng

có cấu tạo chữ V nhưng kích thước răng nhỏ hơn máy ép dập

Ví dụ: Răng ép dập : H x t = 40 x 52 mm

ép nát I : H x t = 20 x 26 mm

II : H x t = 20 x 26 mm

III : H x t = 10 x 18 mm

Đối với trục đỉnh và trục trước, người ta còn đục những rãnh có hình chữ nhân chồng lên nhau cách đều khoảng 20 cm để kéo mía dễ dàng

Ở trục trước và trục sau, để nước mía thoát nhanh và dễ dàng, người ta tiện thêm những rãnh sâu 25mm và rộng khoảng 5mm cách đều nhau, khoảng 4 răng tiện một rãnh sâu đối với trục trước và 6 răng đối với trục sau (đối với kích thước răng 10x13 mm), bởi vì nước mía ở trục sau ít hơn ở trục trước (hình 2.8)

Hình 2.8 Rãnh thoát nước mía

Ở hình 2.8, rãnh thoát nước mía, theo Hugot được gọi là messchaert, là những đường rãnh (hay là con kênh) được tạo chung quanh lô ép vào, nhờ đó nước mía được thoát nhanh

và thoát ra ở hai bên trục ép

Có 2 cách để tạo các messchaert:

- Bằng cách bỏ một răng và thay bằng một messchaert ngay tại tâm của răng bị bỏ (9.10)

- Hoặc giữa các răng, nhưng khoét messchaert giữa 2 răng (9.11)

Bộ gối đỡ trục và điều chỉnh vị trí trục ép: Máy ép là một thiết bị làm việc nặng, trục quay với tốc độ chậm, nên hầu hết không đỡ trục bằng bi mà dùng các gối đỡ có đường dẫn nước làm nguội và được lót bằng vòng lót bằng kim loại mềm (đồng) có rãnh dẫn đầu bôi trơn thường xuyên

* Bộ phận nén trục đỉnh: Còn gọi là bình tụ sức, tạo ra lực nén trên trục đỉnh, tăng khả năng

lấy nước mía Lực ấy có thể:

- Lực do lò xo: Thiết bị nén lò xo Ở thiết bị này, lớp mía chịu lực không đều Mặt

khác, sau khi dùng một thời gian, tính chất đàn hồi của lò xo giảm hoặc bị gãy Hệ thống này hiện nay vẫn được dùng ở các che ép bé ( hình 2.9) Hiện nay các nhà máy lớn đều thay bằng lực nén thuỷ lực

- Lực nén thủy lực: Có ưu điểm là giữ được lực nén ổn định, không phụ thuộc vào độ

nâng của che ép Lực nén thủy lực được tạo nhờ các ống dẫn dầu dưới áp lực (hình 2.10) và

“trượt” trong chóp nón của giá máy Các cút-xi-nê này tiếp nhận lực nén của pittông thủy lực, trực tiếp hay qua miếng đệm pittông trượt trong chóp nón (hình 2.11) Hiện nay có các kiểu bình tụ sức sau:

+ Bình tụ sức bằng gang (hình 2.10)

+ Bình tụ sức có bình chứa dầu hoặc khí nén

Hình 2.9 Lực nén lò xo Hình 2.10 Lực nén thủy lực

Hình 2.11 Mặt cắt một chóp nón

+ Bình tụ sức dầu khí nén một bên: Ngay bên cạnh chóp nón của che ép 1, đặt một bình

áp lực chứa một quả bóng bơm đầy khí nitơ Quả bóng này được phồng lên hay xẹp xuống khi pittông thủy lực nâng lên hay hạ xuống (hình 2.12)

Hình 2.12 Bình thủy lực dầu khí Evard có bong bóng nitơ

- Ở thiết bị nén bằng dầu và khí nén, sự chuyển dịch áp lực dầu từ thiết bị nén dầu ở trục đỉnh tuân theo định luật Pascal Dựa vào tỉ lệ giữa tiết diện của buồng dầu ở trục đỉnh và cột dầu của thiết bị nén dầu, có thể tìm được lực nén của máy ép.3z

Phạm vi áp lực 18- 30 T/dm3 dựa vào nguyên liệu, động lực

● Các phương pháp phân phối:

+ Tăng áp lực dần từ đầu đến cuối

+ Giảm áp lực dần từ đầu đến cuối

+ Áp lực giữa các bộ trục bằng nhau

Thường dùng phương pháp thứ nhất có hiệu suất tốt

Sự phân phối áp lực ở một số nhà máy:

Ép dập I II III

Van Điểm 170 195 210 235 , Kg/cm2

Việt Trì 60 68 64 72 , Kg/cm2

b Tốc độ máy ép:

Tốc độ không chỉ có tác dụng hoàn thành chỉ tiêu sản xuất mà còn có tác dụng nâng

cao năng suất và công suất máy ép

Đối với máy ép thông thường dùng n  5,73 (vòng/phút)

Đối với máy ép chế tạo không tốt n < 5,73 (vòng/phút)

Hiện nay thường bố trí các trục ép sau nhanh dần

c Năng suất của hệ máy ép:

Định nghĩa: Năng suất hệ máy ép là số tấn mía ép được trong 1 đơn vị thời gian Đơn

vị là tấn mía/ngày hoặc tấn mía/giờ

Công thức tính năng suất:

C =

f

N nLD c'

55,0

Trong đó:

0,55 : hệ số xử lí

c, : hệ số xử lí sơ bộ trước khi ép

Đối với hệ ép có 2 dao băm c, = 1,151,20

L : Chiều dài trục, (m)

D : Đường kính trục ép, (m)

N : Số trục ép

f : Thành phần xơ trong mía, (%)

Nước ta : f = 1112%; Châu Phi : f = 1517%

d Công suất của hệ máy ép:

Các yếu tố ảnh hưởng đến công suất ép:

- Trở lực ma sát giữa trục ép và mía lúc ép

- Trở lực ma sát lúc động cơ truyền lực bánh xe răng

- Trở lực ma sát giữa các gối trục (cut-xi-nê) và cổ trục lúc máy ép làm việc

- Trở lực ma sát lúc trục đỉnh lên xuống

- Trở lực ma sát lúc mía đi qua tấm dẫn mía

Để khắc phục các trở lực trên công cần ép mía phải gồm:

- Công dùng ép mía N1

- Công khắc phục ma sát giữa trục và 2 gối trục N2

- Công khắc phục ma sát của lược đáy N3

- Công khắc phục ma sát của lực truyền động N4

Công suất cần thiết của 4 bộ phận trên được tính như sau:

L: Chiều dài trục ép, (m)

P: Lực nén của ổ trục đỉnh, (N)

n: Tốc độ vòng quay, (vòng/phút)

e Hiệu suất ép: 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% Trong sản xuất tính như sau:

Lượng nước mía hỗn hợp x Pol nước mía hỗn hợp Lượng mía ép x Pol cây mía

 Các phương pháp thẩm thấu:

- Thẩm thấu đơn: Chỉ dùng nước thẩm thấu 1 lần, 2 lần, 3 lần

- Thẩm thấu kép: Vừa phun nước lã, vừa sử dụng lại các loại nước mía loãng để làm

nước phun vào bã của các máy trước dựa trên nguyên tắc: nước nhiều đường phun vào bã chứa nhiều đường, nước ít đường phun vào bã chứa ít đường (hình 2.13)

Hình 2.13 Sơ đồ thẩm thấu kép

 Các điều kiện kĩ thuật của phun nước thẩm thấu:

- Lượng nước 2030% so với mía

Nếu nước > 30%, hiệu suất ép tăng ít nhưng do tưới nước nhiều gây ma sát trượt ảnh hưởng đến sản phẩm và tưới nước nhiều tổn hao năng lượng

- Áp lực phun nước thẩm thấu: Áp lực phun càng lớn càng tốt vì nước dễ dàng thấm tận xuống đáy băng chuyền (23 kg/cm2)

- Nhiệt độ: Khoảng 4547oC

Nhiệt độ thẩm thấu càng cao, sự chuyển động của các phân tử càng nhanh, sự pha trộn giữa các phân tử đường càng tốt Nhưng nhiệt độ cao, saccaroza bị chuyển hoá, các chất không đường trong nước mía bị phân huỷ nhiều

Ở nhiệt độ cao bã mía bị trương nở nhiều, thể tích bã tăng nên lượng bã đi vào máy ép lớn

- Thời gian thẩm thấu:

Bã mía có tính đàn hồi nên sau khi tế bào mía bị phá vỡ, nước mía thoát ra tạo thành những lỗ hổng ở trạng thái không cân bằng Nếu thẩm thấu chậm, không khí lọt vào khó ép

Do đó cần thẩm thấu ngay sau khi nước mía ra khỏi máy ép

2.2 Lấy nước mía bằng phương pháp khuếch tán

Khuếch tán là một hiện tượng trong đó hai dung dịch có nồng độ khác nhau tập trung lại sát bên nhau, hoặc chỉ cách nhau bởi một màng mỏng, tự trao đổi với nhau bằng thẩm thấu xuyên qua màng mỏng ấy Nếu là hai dung dịch cùng một chất thì sự trao đổi kéo dài cho đến khi cả hai bên màng mỏng có nồng độ bằng nhau

Ở nhà máy đường, khuếch tán là hiện tượng trong đó những tế bào của củ cải hay của mía ngâm vào trong nước hay trong một dung dịch có nồng độ đường thấp hơn nồng độ đường của củ cải hay của mía, nhường lại cho nước hay cho dung dịch đó một phần hay tổng lượng đường có trong đó

Phương pháp khuếch tán được dùng nhiều năm trong tất cả các nhà máy đường củ cải

Đối với mía thì phương pháp này mới được dùng gần đây Sau thế chiến I, nhờ thành công trong việc nghiên cứu thiết bị khuếch tán liên lạc, có tác dụng thúc đẩy việc nghiên cứu hệ khuếch tán mía Từ năm 1950 trở lại đây, nhiều thiết bị khuếch tán đã được dùng cho mía

Tuy nhiên việc khuếch tán củ cải và mía không hoàn toàn giống nhau Ở nhà máy đường củ cải chỉ cần dùng thiết bị khuếch tán là đủ, nhưng mía, do tính chất của mía, cần phải dùng một số máy ép để xử lí trước và sau khi khuếch tán Qua thí nghiệm khi cắt mía và

củ cải thành từng lát có kích thước tương tự và ngâm trong nước có nhiệt độ 75oC, thì thời gian khuếch tán của lát mía so với lát củ cải tăng gấp ba lần Vì vậy, cần phải có dao băm mía, máy ép dập, máy đánh tơi v.v để phá vỡ tế bào mía, ép một phần nước mía, sau đó dùng thiết bị khuếch tán để lấy phần nước mía còn lại

Như vậy, thiết bị khuếch tán chỉ thay thế vài bộ trục ép ở giữa công đoạn ép nên có thể coi đó là phương pháp kết hợp giữa ép và khuếch tán

2.2.1 Sự tổ hợp các hệ khuếch tán ở một số nước trên thế giới

Hình 2.14 Sơ đồ tổ hợp của các loại thiết bị khuếch tán

Các hệ khuếch tán mía của các nước khác nhau trên thế giới (hình 2.14) nói chung bao gồm việc xử lý mía, khuếch tán mía, ép nước ra khỏi bã mía và xử lý nước ép

Để xử lý mía có thể dùng máy băm mía, máy ép dập hoặc thiết bị đánh tơi hoặc có nơi dùng kết hợp các thiết bị trên Còn để khuếch tán mía có hai hệ khuếch tán chủ yếu: khuếch tán mía và khuếch tán bã mía

- Khuếch tán mía: Cây mía được xử lý sơ bộ nhưng giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ

đường trong đó, đi vào thiết bị khuếch tán

- Khuếch tán bã: Sau khi xử lý, mía được qua máy ép để ép 65-70% đường trong mía,

còn lại 30-35% đường trong mía đi vào thiết bị khuếch tán Với hệ khuếch tán bã, mía được chuẩn bị tốt hơn và giảm được tổn thất đường do tác dụng của vi sinh vật hơn khuếch tán mía, thời gian khuếch tán ngắn hơn vì chỉ cân khuếch tán 30% tổng lượng đường có trong mía

2.2.2 Sơ đồ các hệ khuếch tán điển hình

Dưới đây là sơ đồ khuếch tán bã và khuếch tán mía với cách xử lý nước ép khác nhau:

2.2.2.1 Sơ đồ 1: Trích ly trước và xử lý nước ép

Hình 2.15 Trích ly trước và xử lý nước ép

2.2.2.2 Sơ đồ 2: Không trích ly trước và không xử lý nước ép

Hình 2.16 Không trích ly trước và không xử lý nước ép

Thiết bị khuếch tán

Nước khuếch tán

Nước mới Nước ép

Nước mía hỗn hợp

Thiết bị lắng

Bùn Thiết bị lọc

Khuếch tán

Nước mía hỗn hợp

Nước mới

2.2.2.3 Sơ đồ 3: Không trích ly trước và có xử lý nước ép

2.2.3.1.Thiết bị khuếch tán SMET

Hình 2.18 Thiết bị khuếch tán của SMET

Thiết bị khuếch tán của Smet (hình 2.18) gồm có một bồn dài trong đó có một băng tải ngang được chất đầy bã mía khô với độ dày nhất định Phía trên lớp bã mía được tưới rất nhiều nước Phía dưới băng tải, dọc theo chiều dài băng tải là một vĩ lưới bằng thép không rỉ

để lấy nước mía chảy ra từ lớp bã đã được tưới nước trên Dưới vĩ lưới, phía dưới đáy của bồn có 11 hay 17 phễu hứng nước khuếch tán đặt cạnh nhau Nước khuếch tán thu nhận từ mỗi phễu được bơm đi trả về phếu đặt trước nó, sao cho nước khuếch tán chảy ngược từ phía cửa ra bã về cửa vào Nghĩa là có sự trích ly bằng dòng nước ngược chiều lại Cứ như vậy sau

9 hoặc 15 lần dung dịch nước mía được khuếch tán qua bã, nước khuếch tán cuối cùng được thu nhận ở phễu thứ nhất ngay đầu vào và được mang đi gia nhiệt trước khi đi công đoạn tiếp theo

Còn bã ướt, sau khi ra khỏi thiết bị khuếch tán được qua bộ phận xử lý bã và nước ép sau khi xử lý được đưa trở về thết bị khuếch tán làm nước tưới bã

2.2.3.2 Khuếch tán BMA

Thiết bị khuếch tán BMA được sử dụng để lấy nước mía bằng 2 cách: khuếch tán mía (hình 2.19) và khuếch tán bã (hình 2.20) Đó là những máng nằm ngang hình chữ nhật đáy có lưới sàng dính liền và một hệ thống dây xích đặc biệt được thiết kế để đảm bảo việc trích ly nước mía một cách triệt để Một ưu thế của thiết bị khuếch tán loại này là có lắp đặt 2 hàng vis khuấy đảo (hình 2.21) để tăng cường hiệu suất trích ly nước mía

Hình 2.19 Sơ đồ khuếch tán mía của BMA

Hình 2.20 Sơ đồ khuếch tán bã mía của BMA

Hình 2.21 Bên trong của một thiết bị khuếch tán BMA - vis khuấy đảo

2.2.4 So sánh phương pháp ép và khuếch tán

+ Hiệu suất ép: Hệ máy ép cồng kềnh, tiêu hao năng lượng lớn và công suất lớn

Phương pháp ép không thể lấy hoàn toàn nước mía trong cây mía vì trong quá trình ép, bã mía có khả năng hút lại những phần nước mía đã ép lại

Hiệu suất ép chỉ đạt 97%

Hiệu suất lấy nước mía bằng phương pháp khuếch tán đạt 98  99%

+ Về tổng hiệu suất thu hồi đường: Qua nghiên cứu tổng hiệu suất thu hồi đường 2

phương pháp trên ở một số nước như Pêru, Nam Phi v.v… người ta kết luận: Hiệu suất thu hồi đường bằng phương pháp khuếch tán tốt hơn phương pháp ép

+ Về tiêu hao năng lượng: Theo tài liệu Ai Cập, năng lượng tiêu hao cho 1 hệ khuếch

tán 2000 tấn/mía ngày là 132.480W Với công suất trên, tiêu hao năng lượng cho bộ máy ép

phải là 438.160W Do đó dùng phương pháp khuếch tán tiết kiệm được 305.680W

Theo Bairov, 1 phân xưởng ép có 18 trục, nếu thay một thiết bị khuếch tán có thể giảm được 9 trục Hiệu suất lấy đường cao hơn: cứ 100kg mía tăng được 0,5kg đường thu hồi Một nhà máy đường năng suất 4000 tấn mía/ngày Nếu tăng thêm 2 thiết bị khuếch tán thì có thể xử lí 8000 tấn mía/ngày mà công suất chỉ cần tăng không quá 515.400 W

+ Vốn đầu tư:

Theo tài liệu của công ty BMA (Đức), vốn đầu tư của nhá máy đường dùng phương pháp khuếch tán với công suất 500 tấn mía/ngày có thể giảm 30% vốn đầu tư so với nhà máy đường dùng phương pháp ép

So sánh vốn đầu tư của nhà máy 1500 tấn/ngày theo phương pháp khuếch tán so với phương pháp ép:

▫ Hiệu suất lấy đường tăng 2,5%

▫Tổng thu hồi đường tăng 1,24%

▫ Tỉ lệ đường thành phẩm trên mía tăng 0,61%

▫ Số lượng đường tăng trong 1 vụ là 32.635tấn/vụ

▫ Chi phí vốn đầu tư giảm 3-5% tức là 129.462 đôla

▫ Tiết kiệm điện và nhiệt 30%

▫ Tiết kiệm lao động 50%, tiết kiệm bao bì 50%

+ Tồn tại của 2 phương pháp:

* Phương pháp khuếch tán:

▫ Tăng nhiên liệu dùng cho bốc hơi

▫ Tăng chất không đường trong nước mía hỗn hợp, do đó tăng tổn thất đường trong mật cuối

* Phương pháp ép:

▫ Trục ép là thiết bị thô kệch nặng nề Lõi trục ép làm bằng thép hợp kim đắt tiền Giá tiền chế tạo, sửa chữa, bảo dưỡng nhiều

▫ Tiêu hao nhiều năng lượng

▫ Tổng hiệu suất thu hồi ít

Từ những so sánh trên cho thấy phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp ép

Chương 3: LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

3.1 Mục đích của làm sạch nước mía

Thông thường nước mía hỗn hợp (NMHH) có nồng độ chất khô hoà tan Bx = 13-15%

Độ tinh khiết của nước mía hỗn hợp AP = 82-85%

- Ngoài đường saccaroza, trong NMHH còn những chất không đường có tính chất lí hoá khác nhau, trong đó chất keo chiếm 1 tỉ lệ đáng kể (0,03-0,5%) Khi thao tác không bình thường, ví dụ ở nhiệt độ cao, chất không tan biến thành chất tan, và như vậy làm tăng hàm lượng keo trong dung dịch

● Hoạt động của vi sinh vật trong nước mía cũng tạo nên các chất keo khác nhau, đặc biệt levan và dextan

● Chất keo gây nhiều ảnh hưởng không tốt đối với sản xuất đường: lọc nước mía, phân mật và kết tinh đường khó khăn, nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu suất tẩy màu, tinh chế đường thô khó khăn

- Sự có mặt của những chất không đường trong nước mía dẫn đến sự bốc hơi, kết tinh đường khó khăn và không kinh tế

- Chất không đường làm tăng độ hoà tan của đường saccaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đường trong mật cuối

- Trong nước mía còn có vụn mía, khi đun nóng chúng kết tụ lại Tất cả những chất không đường đó cần loại ra khỏi nước mía hỗn hợp

- Nước mía hỗn hợp có tính axit gây nên chuyển hoá đường saccaroza Do đó cần trung hoà nước mía

Vậy mục đích chủ yếu của làm sạch NMHH:

- Loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp đặc biệt là những chất có hoạt tính bề mặt và chất keo

- Trung hoà nước mía hỗn hợp

- Loại tất cả những chất rắn dạng lơ lửng trong nước mía

3.2 Cơ sở lí thuyết của làm sạch nước mía

3.2.1 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 hoá lí và hoá học các chất không đường trong nước mía và có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm sạch

Việc thay đổi pH có tác dụng sau:

3.2.1.1 Ngưng kết chất keo

Chất keo trong nước mía chia làm 2 loại: keo thuận nghịch và keo không thuận nghịch Keo không thuận nghịch là keo khi đã bị ngưng tụ (ví dụ dưới tác dụng của nhiệt), nếu thay đổi điều kiện của môi trường không có khả năng trở lại trạng thái keo ban đầu Keo thuận nghịch là keo khi đã bị ngưng tụ nhưng nếu thay đổi điều kiện môi trường, có khả năng trở lại trạng thái ban đầu

Trong NMHH tồn tại 2 loại keo: keo ưa nước và keo không ưa nước Đa số keo trong nước mía đều có tính ưa nước, mức độ ưa nước của chúng cũng khác nhau Dưới tác dụng của vi sinh vật, trong nước mía sản sinh các loại keo có tính nhớt và ưa nước như glucozan và levulozan

Keo tồn tại trong nước mía và ở trạng thái ổn định khi keo mang điện tích hoặc có lớp nước bao bọc bên ngoài Nếu vì một nguyên nhân nào đó, keo mất các tính chất trên sẽ bị ngưng kết

Để ngưng kết keo, thường cho vào nước mía những chất điện li để thay đổi pH của môi trường Dưới điều kiện pH nhất định, keo hấp phụ chất điện ly và dẫn đến trạng thái trung hoà điện Lúc đó, keo mất trạng thái ổn định va ngưng kết Ở trị số pH làm chất keo ngưng kết gọi là pH đẳng điện Điểm đẳng điện của các chất keo khác nhau thì khác nhau (pHanbumin = 4,6-4,9; pHasparagin = 3 )

Ở pH đẳng điện, đối với keo ưa nước và không ưa nước, sản sinh tác dụng trung hoà điện theo sơ đồ sau:

Hình 3.1 Sơ đồ tác dụng trung hoà điện của chất keo

Ở nước mía có 2 điểm pH làm ngưng tụ chất keo: pH trên dưới 7 và pH trên dưới 11 Điểm pH trước là điểm pH đẳng điện Điểm pH sau là điểm ngưng kết của protein trong môi trường kiềm mạnh, điểm này không gọi là điểm đẳng điện vì lúc đó trong nước mía có đường saccaroza và lượng vôi nhiều sẽ tạo thành hợp chất có tính hấp phụ protein tạo thành kết tủa Sản xuất đường theo phương pháp cacbonat hoá có thể lợi dụng 2 điểm ngưng tụ keo Đối với phương pháp sunfit hoá chỉ lợi dụng được một điểm ngưng tụ keo

3.2.1.2 Làm chuyển hoá đường saccaroza

Khi nước mía ở môi trường axit (pH< 7) sẽ làm chuyển hoá đường saccaroza và tạo thành hỗn hợp đường glucoza và fructoza gọi là phản ứng nghịch đảo:

[H+ ]

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

Saccaroza Glucoza Fructoza

Kết tủa Keo không

ưa nước

Mất nước Mất nước

Trung hòa điện

Tốc độ chuyển hoá tăng theo sự tăng nồng độ [H+] trong nước mía, nếu nồng độ [H+] trong nước mía càng lớn thì tốc độ chuyển hoá càng nhanh Mặt khác, các axit khác nhau sẽ làm chuyển hoá saccaroza với tốc độ khác nhau Ví dụ: nếu lấy tốc độ chuyển hoá saccaroza của HCl là 100 thì tốc độ chuyển hoá của các axit khác như ở bảng 3.1

Tên axit Tốc độ chuyển hoá Tên axit Tốc độ chuyển hoá HCl

Axit focmic Axit malic Axit lactic Axit sucxinic Axit axetic

1,53 1.27 1,07 0,55 0,40

Bảng 3.1 Tốc độ chuyển hóa saccaroza của các axit khác nhau

Tốc độ chuyển hoá saccaroza còn phụ thuộc vào nồng độ đường, nhiệt độ và thời gian Khi nồng độ đường, nhiệt độ và thời gian tăng thì tốc độ chuyển hoá tăng

70 o C

Hình 3.2 Sự phụ thuộc chuyển hoá saccaroza vào nhiệt độ và pH

Đường bị chuyển hoá không chỉ gây tổn thất đường mà còn giảm độ tinh khiết của mật chè và ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh đường Sự tồn tại của glucoza và fructoza trong mật

cuối là hậu quả của sự chuyển hoá saccaroza

3.2.1.3 Làm phân huỷ saccaroza

pH càng cao, lượng chất phân huỷ càng lớn Sản phẩm phân huỷ của saccaroza rất phức tạp: fufurol, 5-hydroxymetyl-fucfurol, metylglioxan, glixeandehyt, dioxiaxeton, axit lactic, axit trioxiglutaric, axit trioxibuteric, axit axetic, axit focmic v.v… Những sản phẩm đó có thể tiếp tục bị oxi hoá dưới tác dụng của oxi không khí

3.2.1.4 Làm phân huỷ đường khử

Trong nước mía hỗn hợp có chừng 0,3-2,4% đường khử Khi nước mía ở môi trường axit, sự tồn tại của đường khử tương đối ổn định Ở pH = 3 đường khử ổn định nhất Nếu pH của nước mía hay dung dịch đường vượt quá 7 sẽ phát sinh các phản ứng phân huỷ đường khử, sự phân huỷ này dựa vào pH hay nhiệt độ Tốc độ phân huỷ của đường khử trong nước mía tương đối chậm Hình 3.3 cho thấy sự phân huỷ đường khử phụ thuộc vào pH khác nhau, khi trị số pH càng cao, tốc độ phân huỷ càng lớn

Hình 3.3 Ảnh hưởng của pH đến sự phân huỷ đường khử

( nhiệt độ: 100 o C, thời gian: 1h)

Sản phẩm phân huỷ của đường khử tương tự sản phẩm phân huỷ của saccaroza

3.2.1.5 Tách loại các chất không đường

Đối với pH khác nhau, có thể tách loại được các chất không đường khác nhau

Hình 3.4 cho thấy quan hệ giữa hiệu suất tách loại chất không đường ở các pH khác

nhau:

- Khi pH = 7-10, các muối vô cơ của Al2O3 , P2O5, SiO2, Fe2O3, MgO dễ bị tách loại trong đó Al2O3, P2O5, SiO2 có thể bị loại hơn 95%, còn Fe2O3, MgO có thể bị loại đến 60%

- Khi pH khoảng 7,0, tách loại được 50% chất keo (pentozan)

- Khi pH khoảng 5,6 trên 98% protein có thể bị tách loại, nếu vượt quá trị số pH đó, hiệu quả tách loại rất thấp

Khi chọn pH thích hợp để loại chất không đường, không nên tách loại đơn độc từng chất mà phải xét một cách toàn diện để tách loại nhiều chất không đường

pH nước mía