Trong công nghiệp sản xuất đường, thông thường thì khi cây mía được đưa vào sản xuấtkhông hề qua công đoạn rửa sơ bộ nào nên nước mía hổn hợp thu được sau khi ép luôn cómặt các chất khôn
Trang 1QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO
ĐỔI ION
Trang 2CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI
1 1.1 Tình hình sản xuất Mía đường trên thế giới1
1.2 Tình hình sản xuất đường ở Việt Nam 1
1.3 Phân tích swot ngành mía đường Việt Nam 2
1.4 Các phương pháp tẩy màu đường hiện nay 3
1.4.1 Khả năng sử dụng H2O2 để xử lý dung dịch mía đường 3
1.4.2.Phương pháp sunfat hóa 3
1.4.3 Phương pháp than hoạt tính 7
1.4.4 Phương pháp trao đổi ion 7
CHƯƠNG II: PHƯƠNG PHÁP TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION 9 2.1 Cơ sở của phương pháp 9 2.2.Một vài thuật ngữ sử dụng trong kỹ thuật trao đổi ion 9 2.3 Khái quát về chất trao đổi ion 10 2.4.Các loại vật liệu trao đổi ion 10 2.4.1.Vật liệu tự nhiên 10
2.4.2.Vật liệu tổng hợp 11
2.5 Cấu tạo và phân loại chất trao đổi ion 12 2.5.1 Cấu tạo 12
2.5.2 Phân loại: có 4 loại Resin 12
2.6 Tính chất của chất trao đổi ion 13 2.7.Cơ chế hoạt động 14 2.8 Vai trò của phương pháp trao đổi ion trong tẩy màu đường 15 2.9 Trao đổi với chất màu trong nước mía 15 2.10.Quá trình rửa ngược: (quá trình tái chế ) 17 2.10.1.Tái sinh Sau rửa ngược 17
2.10.2.Lượng tác nhân tái sinh TNTS sử dụng 17
3.1 Thiết bị trao đổi ion 18
Trang 3Với những điều kiện tự nhiên thuận lợi ở nước ta, ngành Mía đường là một trong nhữngngành có thuận lợi để phát triển và ưu tiên đầu tư hàng đầu Đầu tư vào Mía đường, thứ nhất
để đáp ứng trước mắt nhu cầu tiêu thụ đường trong nước đang dẫn được nâng cao theo điềukiện mức sống của người dân ngày càng được nâng lên.Thứ hai là để phục vụ cho xuất khẩuđường ra thế giới thu hút thêm lợi nhuận cho Quốc gia
Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con ngườicũng ngày càng được cải thiện và nâng cao, kéo theo đó sự tăng lên về nhu cầu sử dụngđường mía, các sản phẩm từ đường mía Tuy nhiên phần đông người tiêu dùng hiện naythường rất ít các thông tin về cách sản xuất đường, cũng như những hướng dẫn về cách làmsao có thể chọn một sản phẩm đường tốt, an toàn
Trong công nghiệp sản xuất đường, thông thường thì khi cây mía được đưa vào sản xuấtkhông hề qua công đoạn rửa sơ bộ nào nên nước mía hổn hợp thu được sau khi ép luôn cómặt các chất không đường Các chất này ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất cũng như chấtlượng của sản phẩm, phần lớn lượng chất này không có lợi cho khâu chế biến đường, nó làmtăng độ hoà tan của saccaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đường trong quá trình chế biến.Ngoài ra, nếu có acide thì sẽ gây chuyển hoá đường saccharoza Vì vậy, trong công nghệ sảnxuất đường thì quá trình làm sạch và tẩy màu nước mía hổn hợp sau khi ép là công đoạn hếtsức quan trọng không thể bỏ qua Nước mía hổn hợp có nhiều thành phần hoá học phức tạp,
có thể coi nước mía là một hệ keo phức tạp Do đó, quá trình làm sạch và tẩy màu nước míadựa vào lý thuyết hoá học của các chất keo chủ yếu dựa vào các yếu tố như: pH, nhiệt độ,chất điện ly, chất trao đổi ion Trong đó, các chất trao đổi ion là một trong những yếu tố quantrọng tác động đến quá trình làm sạch
Vì vậy, trong bài tiểu luận này chúng em sẽ chú trọng tìm hiểu về vai trò của các chất traođổi ion trong quá trình làm sạch và tẩy màu nước mía Ngoài ra, kỹ thuật này còn ứng dụngcho việc thay thế các ion tạo mật lớn bằng các ion tạo mật ít hơn, tăng hiệu suất thu hồi
Trang 5CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tình hình sản xuất Mía đường trên thế giới
Hiện nay, trên thế giới sản xuất đường đạt khoảng 160 triệu tấn/năm Các nước sản xuấtđường lớn trên thế giới là Brazil, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc chiếm 50% sản lượng và 56%xuất khẩu của thế giới
Theo báo cáo mới nhất từ Hiệp hội mía đường thế giới ISO, sau 2 năm nhu cầu tiêu thụ vượt tổng cung thế giới lên đến 15 triệu tấn, lượng đường tồn kho đang ở mức rất thấp và phải cần
ít nhất 2 năm để phục hồi lại mức tồn kho trước đây Trong vụ mùa mới 2011-2012 bắt đầu từtháng 10 sắp tới, lượng đường thặng dư được dự báo chỉ đạt khoảng 779,000 tấn đường, sụt giảmmạnh so với dự báo sẽ thặng dư khoảng 3 triệu tấn đường, nguyên nhân xuất phát từ sự sụt giảmsản lượng bất ngờ tại Brazil
Nguồn cung đường trên thị trường thế giới dự báo tiếp tục giảm trong năm 2011 do thời tiếtxấu làm giảm sản lượng mía và củ cải đường Công ty tư vấn Kingmsan SA đã dự báo thị trườngđường thế giới niên vụ 2010/11 sẽ thiếu hụt 370.000 tấn khi sản lượng chỉ ở 165,14 triệu tấn còntiêu thụ 165,51 triệu tấn Ấn Độ, nước sản xuất đường lớn thứ hai và tiêu thụ lớn nhất thế giới,được dự báo tăng sản lượng lên 24,5 triệu trong năm nay và sẽ có lần đầu tiên trong vòng 3 nămnguồn cung vượt cầu Ấn Độ cũng là nước sản xuất đường lớn duy nhất đựơc dự báo sản lượngtăng
1.2 Tình hình sản xuất đường ở Việt Nam
Ngành sản xuất đường tại Việt Nam đã có từ lâu đời, từ khi người dân chúng ta biết làmnên mật mía từ cây mía, nhưng ngành công nghiệp mía đường tại Việt Nam chỉ mới bắt đầuphát triển vào đầu những năm 1990, vẫn còn rất non trẻ và khá lạc hậu Cho đến giai đoạnhiện nay ngành mía đường tại Việt Nam vẫn chưa phát triển mạnh để có thể trở thànhngành công nghiệp chủ lực của nền kinh tế Nước ta sản xuất 3 loại đường chính:
- Đường tinh luyện RE hay còn gọi là đường cát trắng
- Đường vàng RS
- Đường xay (hay đường thô)
Đặc trưng của ngành mía đường Việt Nam là có tính thời vụ, thường chủ yếu thuhoạch,vận chuyển và sản xuất trong thời gian khoảng 5 tháng (tháng 11 đến tháng 4 nămsau),sau đó tồn kho thành phẩm để bán cho các tháng còn lại trong năm Vì vậy nên chi phítồn trữ hàng hóa này rất cao và giá thành sản phẩm khá cao
Hiện tại, sản xuất đường trong nước mới chỉ đáp ứng được khoảng 70% nhu cầu tiêu thụ,phần còn lại chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc và Thái Lan Thị phần tiêu thụ hiện nayngoài SBT, LSS, BHS và NHS, trên thị trường đường còn có Công ty đường Quảng Ngãi vàCông ty đường Cần Thơ là các công ty lớn có sức cạnh tranh cao Phần còn lại của thịtrường là các công ty đường nhỏ chiếm dưới 2% thị phần và các doanh nghiệp nhập khẩuđường để kinh doanh chiếm dưới 2% thị phần Nhìn chung qua các năm, tình trạng cạnhtranh không diễn ra dữ dội do nguồn cung yếu hơn cầu
Tuy nhiên trong năm 2011, sản lượng đường trong nước đã đáp ứng được nhu cầu tiêuthụ, Bộ Công Thương lại cho nhập 250.000 tấn đường gây tình trạng dư thừa
Sản lượng sản xuất trong nước các năm gần đây chỉ dao động quanh mức 900.000 tấn –1,1 triệu tấn/năm; trong khi nhu cầu khoảng 1,4 – 1,5 triệu tấn Loại trừ các khoản nhập khẩulậu qua biên giới, mỗi năm Việt Nam cần nhập khẩu trong hạn ngạch khoảng 300.000 tấnđường Quota nhập khẩu đường: kể từ năm 2010, khi thuế nhập khẩu chính ngạch giảm về5% và áp dụng chính sách quota nhập khẩu linh hoạt, thay đổi theo hướng lăng lên tùy thuộc
Trang 6trong khi sự cạnh tranh của các doanh nghiệp nội địa còn thấp, do vậy giá đường trong nước
bị tác động lớn bởi giá đường thế giới
Hình 1 Hình cây mía đường1.3 Phân tích swot ngành mía đường Việt Nam
Điểm mạnh
- Ngành mía đường đóng vai trò rất
quan trọng cung cấp nguyên liệu cho
ngành thực phẩm và nhu cầu tiêu thụ
của người dân Điều này cho thấy đầu ra
của ngành mía đường rất ổn định
- Việt Nam có điều kiện tự nhiên
thuận lợi cho phát triển của cây mía do
đó có thể mở rộng vùng nguyên liệu
- Chi phí nhân công rẻ, thị trường tiêu
thụ lớn Nhu cầu tiêu thụ nội địa của
Việt Nam ngày càng tăng cao ( năm
2011 khoảng 1,4 triệu tấn)
- Được sự ưu đãi về thuế và các chính
sách của chính phủ nên hoạt động của
ngành ít chịu rủi ro do biến cố của thị
trường
Điểm yếu
- Giá thành đường cao do máy móc công nghệ lạc hậu, công suất thấp, hiệu suất thu hồi đường của các nhà máy thấp, đồng thờiViệt Nam là nước mới tham gia vào thịtrường này
- Giá đường trong nước chịu ảnh hưởnglớn bởi giá nguyên vật liệu và giá đườngthế giới
- Diện tích trồng mía nhỏ lẻ, năng suấtmía thấp Các doanh nghiệp sản xuấtđường chưa phát triển vùng nguyên liệutập trung dẫn đến cạnh tranh nguyên liệuđầu vào gay gắt
- Vốn đầu tư cho công nghệ sản xuất lớn,
do đó các doanh nghiệp khó mở rộng sảnxuất và nâng cao chất lượng
Cơ hội
- Tốc độ tăng trưởng GDP cao, nền kinh
tế nhận được sự quan tâm của nhà đầu tư
nước ngoài Điều này được chứng minh
từ thự tế là dòng vốn FDI và Việt Nam
ngày càng cao, đây chính là yếu tố thu
hút đầu tư mới vào ngành mía đường
- Ngành mía đường thế giới đang trên
đà phục hồi đồng thời nhu cầu về
ethanol tăng cao
Trong thời gian tới giá đường thế giới có
khả năng tăng nhẹ
- Mức tiêu thụ đường bình quân đầu
người của Việt Nam tăng trưởng khá
cao Trong khi đó sản xuất đường trong
- Với chính sách bảo hộ của nhà nướcmột mặt thúc đẩy các doanh nghiệp mởrộng phát triển sản xuất đồng thời cũng sẽảnh hưởng đến tính hoạt động liên tục của ngành khi thuế nhập khẩu đường cao
- Chịu rủi ro lớn bởi thay đổi khí hậu và
có tính thời vụ cao
- Các nhà máy đường trong nước có quy
Trang 7nước chỉ đáp ứng 70% nhu cầu do đó
tiềm năng từ nội địa còn rất lớn mô vừa và nhỏ, thiết bị và công nghệ lạchậu, hiệu quả và chất lượng sản phẩm
thấp
1.4 Các phương pháp tẩy màu đường hiện nay
1.4.1 Khả năng sử dụng H 2 O 2 để xử lý dung dịch mía đường
Các số liệu thu được trong phòng thí nghiệm cho thấy dùng H2O2 có kết quả tốt hơn so vớiphương pháp sulfit hóa về mặt khử màu, khử polyphenol, axit amin và tinh bột cho dung dịchmía đường ảnh hưởng đối với các tính chất khác như: độ tinh khiết, hàm lượng tro khi xử lý bằng
H2O2 cũng đang được thử nghiệm
Nước mía ép là dung dịch chứa nhiều thành phần gồm đường saccharozo, đường khử, các axithữu cơ và các chất màu Trong quá trình chế biến, các sản phẩm như melanoidin, melanin vàcaramen được hình thành làm dung dịch mía ép biến màu Khử các chất màu trong nước mía ép
là vấn đề khó mà ngành sản xuất đường phải giải quyết Tại Ấn Độ, người ta thường sử dụng SO2
để làm trong và tẩy nước mía ép để sản xuất đường trắng
Mặt hạn chế của quá trình sulfit hóa là đưa thêm thành phần SO2 vào đường Vì H2O2 có mộtvài ưu điểm hơn SO2 như chi phí thấp, sẵn có, không độc hại và là chất tẩy sạch nên nó đã đượcngười ta thử dùng làm chất tẩy màu cho nước mía mới ép H2O2 không những khử được màu củanước mía ép mà còn tiếp tục khử các chất còn lại có khả năng tạo màu trong suốt quá trình sảnxuất
Các thực nghiệm đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm một nhà máy đường địa phương
ở ấn Độ Người ta đã lấy 5kg nước mía cô đặc từ quy trình sản xuất thông thường đem xử lý ởnhiệt độ 50oC với H2O2 50% và nồng độ H2O2 trong nước mía cô đặc là 10-50 phần triệu (ppm).Những hạn chế trong quá trình sử dụng SO2 làm trong nươc mía ép và tẩy màu nước mía côđặc cũng được khắc phục khi người ta bổ sung thêm H2O2 đã được sử dụng thử nghiệm trongquá trình tẩy màu nước mía ép, nước mía cô đặc, đường tinh luyện nóng chảy và rượu màu H2O2oxy hóa các chất màu thành loại không còn khả năng tạo ra màu và chúng sẽ dễ bị loại bỏ nhờcác chất hấp phụ Trong các thử nghiệm ở nước đường mía cô đặc được sulfit hóa, xử lý thêmbằng H2O với liều lượng 20-50 ppm người ta thấy màu của nước đường mía cô đặc còn giảm tiếp
3 -5% nữa
Xử lý nước đường mía cô đặc bằng H2O2 không chỉ làm chất màu bị khử, mà còn làm chochất lượng nói chung của đường tốt hơn vì đã giảm được cả các polyphenol, axit amin và tinhbột, Hàm lượng polyphenol có thể giảm 8-9% H2O2 có thể phân hủy axit amin thành amoniac vàhợp chất cacbonyl, đạt tỷ lệ khử 4%
Tinh bột là thành phần có vai trò chính làm tăng độ nhớt và làm chậm quá trình kết tinhđường Tỷ lệ khử tinh bột đạt 20% khi xử lý bằng H2O2, H2O2 là chất thân môi trường, khôngđộc, có tác dụng tẩy, đáng được ngành mía đường quan tâm
1.4.2.Phương pháp sunfat hóa
Kỹ thuật sunfit hoá là phương pháp bảo quản rau quả hoặc loại bỏ màu trong công nghệ sảnxuất đường bằng SO2 hoặc H2SO3
Có hai phương pháp sunfit hoá là khô và ướt
- Đối với phương pháp ướt: người ta dùng dung dịch SO2 đã được chuẩn bị sẵn trong nướclạnh với nồng độ thích hợp để hoà dần vào sản phẩm
- Đối với phương pháp khô: thì có thể nạp trực tiếp khí SO2 từ các bình chứa vào trongphòng, hoặc đơn giản hơn là đốt lưu huỳnh trong phòng cũng sinh ra khí SO2 Dùng SO2 và
Trang 8H2SO3 có hại đến sức khoẻ, vì thế việc sunfit hoá chỉ được dùng cho những quy trình công nghệnhằm xử lý bán thành phẩm chế biến có đun sôi (vì khi đun sôi khí SO2 sẽ bay lên) Trong côngnghệ sản xuất đường là một ví dụ điển hình
Để khử khí SO2 ra khỏi thành phẩm, người ta có thể dùng nhiệt độ của hơi nước để xử lý trực tiếpbằng cách cho bán thành phẩm vào nồi, đáy nồi có hệ thống ống phun hơi nước Phương phápnày khử rất nhanh và sạch nhưng có nhược điểm là do hơi nước phun trực tiếp cho nên hàmlượng nước tăng lên và khi cô đặc thì tốn thời gian cũng như năng lượng và có khi làm cho phẩmchất thành phẩm bị giảm về hiệu suất thu hồi
Còn gọi là phương pháp SO2, vì ta sử dụng lưu huỳnh dưới dạnh khí SO2 để làm sạch nướcmía Có thể chia làm 3 loại:
1.4.2.1 Phương pháp sunfit hoá axit (thông SO 2 vào nước mía đến pH axit)
Dùng phổ biến trong sản suất đường kính trắng
Trang 9Gia nhiệt 1(t = 60 – 65oC)
Gia vôi(pH = 6,4–6,6)
Hỗn hợp nước míaSữa vôi
H3PO4
Xông SO2 (lần 1)(pH = 3,4 – 3,8)Trung hoà(pH = 7,0 – 7,3)Sữa vôi
Nước lắng trong
Gia nhiệt 2(t = 102 – 105oC)
Gia nhiệt 3(t = 110 – 115oC)
Cô đặc
Xông SO2 (lần 2)(pH = 6,2 – 6,4)
Mật chè
SO2
Trang 101.4.2.2 Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ (Chỉ xông SO 2 vào nước mía, không thông SO 2 vào mật chè và sản phẩm đường thô)
Dùng để sản xuất đường thô, nếu so với phương pháp vôi thì hiệu quả loại chất không đường tốthơn, tuy nhiên thiết bị phức tạp và tiêu hao nhiều hoá chất nên hiện nay ít phổ biến
Nước lắng trong
Cô đặc
Gia nhiệt 2(t = 100 – 105oC)
Gia vôi kiềm nhẹ(pH = 8,0 – 9,0)
Gia nhiệt 1(t = 60 – 65oC) Hỗn hợp nước mía
Ca(OH)2
Trang 111.4.2.3 Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh
Đặc điểm của phương pháp này là dùng 2 điểm pH (pH trung tính và pH kiềm mạnh), do đó
có thể loại được P2O5, SiO2, Al2O3, FeO3, MgO Nhưng điều kiện công nghệ của phương phápnày còn chưa ổn định
1.4.3 Phương pháp than hoạt tính
Than hoạt tính được dùng trong công nghiệp đường chủ yếu để khử màu cho đường có màutốt hơn và cải tiến đáng kể những đặc tính của quá trình sản xuất Xử lý bằng than hoạt tính giúpcho việc tách những tác nhân trên bề mặt và chất keo (chất đực trong phân tử lớn) làm tăng sứccăng của bề mặt và giảm độ nhớt Điều này làm tăng tỷ lệ kết tinh của đường và tăng sự phântách si rô và chất kết tinh bằng phương pháp ly tâm
1.4.4 Phương pháp trao đổi ion
Phân loại nhựa trao đổi Tính chất trao đổi của nhựa T Đ ion được quyết định bởi các nhómđặc tr ưng trong sườn (khung) cao phân tử của nhựa và các ion linh động Các nhóm này mangđiện tích âm hoặc dương tạo cho nhựa có tính kiềm hoặc acid Các nhóm đặc trưng trong ionit
Trang 12nối với các ion linh động có dấu ngược lại bằng liên kết ion Các ion linh động này có khả năngtrao đổi với các ion khác trong dung dịch.
Nhựa trao đổi cation (cationit) Là những chất có đặc trưng acid Trong cấu tạo mạng lưới củanhựa có mang điện tích âm (nhóm đặc trưng mang điện tích âm) kèm theo nhóm đặc trưng cómột cation linh động có khả năng trao đổi với các cation khác trong dung dịch.Các ion linhđộng của cationit thường là H, thường được gọi là nhựa TĐ cation dạng H Nếu thay H bằng
Na, nhựa được gọi là Na-cationit Các nhóm đặc trưng của cationit : -SO3H, -COOH, -OH(của phenol), H 2PO3- Các nhóm đặc trưng càng nhiều, khả năng trao đổi càng tăng, đồngthời, độ hoà tan trong nướ c của nhựa cũng tăng Nếu tăng độ nối ngang trong cấu trúc củanhựa aionit thì khả năng trao đổi, độ hoà tan giảm nhưng độ trương sẽ tă ng
- Có hai loại cationit:
Cationit acid mạ nh: nhóm đặc trưng là -SO3H, -PO3H.Có khả năng phân ly thành ionlinh độ ng, ít linh động trong tất cả các môi trường trung tính, kiềm, acid Do đó khảnăng trao đổi của chúng không bị ảnh hưởng bởi pH của dung dịch
Cationit acid yếu: Nhóm đặc trư ng -COOH, -OH.Phân ly yếu trong môi trường acid,khả năng trao đổi phụ thuộc vào pH của môi trường Trong môi trường kiề m, khảnăng phân ly mạnh nên khả năng trao đổi lớn Trong môi trường acid, khả năng phân
ly thấp, dẫn đến khả năng trao đổi thấp
Nhựa trao đổi anion (anioit): Các nhóm hoạt động mang điện tích dương, tạo cho anionit cótính kiềm, các anion linh động có thể trao đổi với các anion khác trong dung dịch Nhóm đặctrưng: kiềm amin bậc 1, 2, 3, 4 Các anion linh động thường là OH, Cl
Anionit kiềm mạnh: Nhóm đặc trưng là kiềm amin bậc 4 Nhóm OH đính vào nhờ lựctĩnh điện Anionit kiềm mạnh có mức độ phân ly ion tốt trong tất cả các môi trườngnên khả năng trao đổi của chúng không phụ thuộc pH của môi trường
Anionit kiềm yếu: Nhóm đặc trưng là kiềm amin bậc 1–NH 2 , bậc 2 =NH và bậc N ≡.Anionit kiềm yếu chỉ phân ly trong môi trường kiềm yếu
