tiểu luận môn công nghệ sản xuất đường bánh kẹo vai trò của chất trao đổi ion trong quá trình làm sạch nước mía

Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG VIỆN CƠNG NGHỆ SINH HỌC THỰC PHẨM Tiểu luận: CÔNG Đề tài: NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG BÁNH KẸO VAI TRÒ CỦA CHẤT TRAO ĐỔI ION TRONG Q TRÌNH LÀM SẠCH NƯỚC MÍA GVHD:HỒ XUÂN HƯƠNG SVTH: NHÓM NGUYỄN THỊ NGOC HẰNG NGUYỄN ĐỨC HẬU 9278921 NGUYỄN ĐỨC HẬU LỮ THỊ BÉ NGỌC LỚP: ĐHTP5LT Hồ Chí Minh, tháng 3, năm 2011 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG MỤC LỤC MỤC LỤC .2 CHƯƠNG MỞ ĐẦU CHƯƠNG NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Khái quát chất trao đổi ion 2.1.1 Khái niệm phân loại 2.2 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía .6 2.2.1 Làm ion nước mía 2.2.2 Làm mềm nước mía 2.2.3 Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật 2.2.4 loại ion Ca2+ nước mía) CHƯƠNG KẾT LUẬN 11 TÀI LIỆU THAM KHẢO .12 2.2.1 Làm ion nước mía 13 2.1.1 Khái niệm phân loại .13 2.2 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía .13 2.2.3 Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật 13 2.2.4 loại ion Ca2+ nước mía .13 2.2.2 Làm mềm nước mía 13 2.2.3 Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật 13 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG CHƯƠNG MỞ ĐẦU Trong nước mía hổn hợp ln ln có mặt chất khơng đường chất ảnh hưởng lớn đến trình sản xuất chất lượng sản phẩm, chứa lượng lớn chất khơng đường làm tăng độ hồ tan saccaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đườngtrong trình chế biến, ngồi có acide gây chuyển hố đường saccaroza cơng nghệ sản xuất đường q trình làm nước mía hổn hợp công đoạn quan trọng bỏ qua nước mía hổn hợp có nhiều thành phần hố học phức tạp, coi nước mía hệ keo phức tạp.Do q trình làm nước mía dựa vào lý thuyết hoá học chất keo yếu tố như: pH, nhiệt độ, chất điện ly, chất trao đổi ion chất trao đổi ion yếu tố quan trọng tác động đến trình làm Trong tiểu luận chúng em trọng đến vai trò chất trao đổi ion trình làm nước mía.kỹ thuật trao đổi ion sử dụng nhiều sản xuất đường tinh luyện nhằm mục đích tách chất điện ly khỏi nước mía., nâng cao hiệu làm sạch, ngồi kỹ thuật cịn úng dụng cho việc thay ion tạo mật lớn ion tạo mật hơn, tăng hiệu suất thu hồi đường Do thời gian kiến thức có hạn chắn có sai sót mong bạn bỏ qua đóng góp ý kiến Vai trị chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XUÂN HƯƠNG CHƯƠNG NỘI DUNG CHÍNH 2.1 Khái quát chất trao đổi ion 2.1.1 Khái niệm phân loại Chất trao đổi ion hợp chất cao phân tử, khơng tan nước, có khả giải phóng ion trao đổi ion với ion khác có dung dịch Chất trao đổi ion dương có tính acid mạnh yếu trao đổi ion âm có tính kiềm mạnh yếu Phân loại Nhóm hoạt động P* Acid mạnh Acid sunfuric Acid yếu Acid cacboxylic 4-5 Cấu hình tiêu biểu SO3N CH2-CH-CH2COOH Acid yếu Acid photphoric 2-3 Kiềm mạnh Amin bậc bốn PO(OH)2 CH2N+(Cl3)ClKiềm yếu Amin bậc hai 6-9 CH2NH R P* logarit số phân ly cảu acid kiềm 2.1.2 Tính chât, chế hoạt động.[1] Có thể biểu diễn trao đổi ion H+ với ion dương dung dịch” 2RdH + Ca(HCO3)2 = Rd2Ca + 2H2O + 2CO2 Ở RdH chất trao đổi ion làm việc với chu kỳ hidro Chất trao đổi ion dương làm việc với chu kỳ khác Ví dụ : 2RdNa + CaCl2 = Rd2Ca + 2NaCl Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG RdNa Chất trao đổi ion làm việc với chu kỳ Na Qúa trình trao đổi biểu diễn phương trình: 2(Rd2COO-Na+) + CaCl2 2(RdCOO)-Ca2+ + 2NaCl Những nhóm họat động tiêu biểu chất trao đổi ion dương: R-SO3(H) -Nhóm sunfonic R-COOH -Nhóm cacboxylic R-OH -Nhóm phenol H- Đại diện cho ion H+ thay ion dương khác Chất trao đổi ion dương có tính acid mạnh chứa nhóm SO 3H trao đổi dễ dàng H+ với tất trị số pH Chất trao đổi ion dương có chứa nhóm COOH trao đổi mơi trường trung tính mơi trường kiềm Chất trao đổi ion dương với nhóm hoạt động OH có tính acid yếu cho ion H+ dung dịch kiềm Chất trao đổi ion âm chứa nhóm hoạt động có tính kiềm, có khả phân ly dung dịch Những nhóm hoạt động tiêu biểu chất trao đổi ion âm là: -NH2 , =NH , ≡N Những chất trao đổi ion âm kiềm mạnh có khả cho ion pH Cơ chế phản ứng chất trao đổi ion âm chưa biết rõ chất trao đổi ion dương Có thể coi HCl chất bị hấp phụ hai phản ứng sau xảy ra: RNH2 + HCl RNH3Cl (1) RNH3 + OH + Cl RNH3Cl + H2O (2) Phản ứng (1) phản ứng hấp phụ Còn phản ứng (2) phản ứng trao đổi Nhóm ion chất trao đổi có liên quan đến tính chất kiềm acid ghi bảng Chất trao đổi ion tiếp xúc với nước bị trương lên, nước thâm nhập vào bên , dẫn đến phân ly chất hoạt động : RSO3H R-SO3- + H+ SO3- gắn chặt vào lóp lưới chuyển động khơng rời vị trí mình, ngược lại ion H+ chuyển động tự bên hạt trao đổi xoay quanh nó, gắn chặt lực hút tĩnh điện Khi tiếp xúc với dung dịch, chất điện ly xâm nhập vào mạng lưới hạt trao đổi Nếu ion dương chất điện ly có lực lớn ion dương chất trao đổi xảy trao đổi ion Ion H + chất trao đổi ion, trao đổi với ion dương chất điện ly ion H+ khuếch tán vào dung dịch Có nhiều giả thuyết giải thích chế q trình trao đổi ion cịn chưa thống Trong cơng nghệ xử lý nước giả thuyết thích hợp coi chất trao đổi ion vật chất có cấu tạo dạng keo Trên quan điểm ,nguời ta cho bề mặt cao phân tử chất trao đổi ion có nhiều lớp điện tích kép giống bề mặt keo Ion lớp điện tích kép theo mức độ hoạt động lớn nhỏ phân : lớp hấp phụ lớp khuếch tán Lớp ion có tính hoạt động tương đối bị hấp phụ bám chặt vào bề mặt cao phân tử gọi lớp hấp phụ hay lớp cố định ,nó bao gồm lớp ion bên phận ion ngược dấu Cạnh lớp hấp phụ ,các ion có tính hoạt động tương đối lớn , có khả khuếch tán vào dung dịch nên gọi lớp khuếch tán Khi nhựa trao đối ion gặp dung dịch nước có chất điện giải, tác dụng sau diễn ra: Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG Tác dụng trao đổi : Các ion ngược dấu lớp khuếch tán ion ngựoc dấu khác dung dịch trao đổi vị trí lẫn Nhưnh q trình trao đổi ion không giới hạn lớp khuếch tán ,do quan hệ cân động dung dịch có số ion ngược dấu trước tiên trao đổi đến lớp khuếch tán ,sau trao đổi với ion ngược dấu lớp hấp phụ Tác dụng nén ép: Khi nồng độ muối dung dịch tăng lớn ,có thể làm cho lớp khuếch tán bị nén ép lại Từ số ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp khuếch tán biến thành ion ngược dấu lớp hấp phụ …, Pham vi hoạt động lớp khuếch tán nhỏ lại làm bất lợi cho trình trao đổi ion Do cần ý nồng độ dung dịch hồn ngun q lớn ,khơng khơng thể nâng cao mà cịn giảm thấp hiệu hồn ngun 2.2 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Hiện việc ứng dụng chất trao đổi ion ngành đường phổ biến phong phú, đặc biệt sản xuất đường tinh luyện glucoza tinh thể Ví dụ : dùng chất trao đổi ion thấp để thay chất khơng đường có tính tạo mật cao chất có tính tạo mật, làm mếm nước cho vào lò, tách chất điện ly khỏi nước mía phương pháp trao đổi ion: Là trình trao đổi ion dựa tương tác hoá học ion pha lỏng ion pha rắn Trao đổi ion trình gồm phản ứng hoá học đổi chỗ (phản ứng ) ion pha lỏng ion pha rắn (là nhựa trao đổi) Sự ưu tiên hấp thu nhựa trao đổi dành cho ion pha lỏng nhờ ion pha lỏng dễ dàng chổ ion có khung mang nhựa trao đổi Quá trình phụ thuộc vào loại nhựa trao đổi loại ion khác 2.2.1 Làm ion nước mía Chất trao đổi ion tiếp xúc với nước bị trương lên, nước thâm nhập vào bên dẫn đến phân ly chất hoạt động tiếp xúc với dung dịch, chất điện ly xâm nhập vào mạng lưới hạt trao đổi ion ion chất điện ly có lực lớn ion chất trao đổi xảy trao đổi ion Chất trao đổi ion dương: H+Rd- + K+AK+Rd- +H+A(muối bất kỳ) Chất trao đổi ion âm: Ra+OH- + H+ClRa+Cl- = Ra+Cl- + H2O Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG Qúa trình trao đổi ion nước mía xảy sau Trước mía qua cột trao đổi ion dương loại chất ion dương chất khơng đường nước mía Trước cho nước mía vào cột ion dương cần làm lạnh khoảng 20 OC để ngăn ngừa chuyển hố đường Sau nước mía qua cột ion âm loại acid tự Nước mía Rd- Ra+ Nước mía Sơ đồ trao đổi ion Chất trao đổi ion qua nhiều lần sử dụng khả trao đổi dần , cần tái sinh lại Có thể dung acid mạnh, ví dụ H2SO4 (4-8%) tái sinh chất trao đổi ion dương Nếu lớp trao đổi có nhiều ion Ca2+ trước tái sinh cần cho NaCl qua lớp trao đổi để loại ion Ca2+ Nếu khơng cho muối NaCl cho H2SO4, CaSO4 kết tủa tạo thành đọng lại bề mặt chất trao đổi Phản ứng tái sinh chất trao đổi dương : 2(K+Rd-) + 2H+SO422(H+Rd-) + 2K+SO42Tái sinh chất trao đổi ion âm thường dung kiềm mạnh NaOH (2-4 %) Có thể dung NH4OH thay cho NaOH tạo thành NaCl có vị mặn ảnh hưởng đến vị mặn nước mía Dùng NH4OH lượng tái sinh tổn thất nhiều Phản ứng tái sinh: Ra+Cl- + OHRa+OH- + Na+ClChất trao đổi ion sau qua xử lý acid kiềm, rửa nước đưa dung lại Lượng nước dung để rửa gấp lần trạng lượng chất trao đổi ion Để giảm lượng tổn thất đường chuyển hóa dung chế trao đổi ion hỗn hợp nghịch đảo dung chất trao đổi ion âm có tính kiềm mạnh để loại ion âm mơi trường trung tính kiềm yếu Vai trị chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XUÂN HƯƠNG Cơ chế loại trao đổi biểu thị theo sơ đồ Nước mía R d Nước mía Ra + H2O Loại trao đổi thong thường R + a R H2O Loại ngịch đảo Ra+ d RdH2O Loại hỗn hợp Trong trình tái sinh phải dung lượng NaCl vừa tốn tiền vừa tăng lượng mật cuối Theo nghiên cứu loại 10mg CaO/100g chất khơ lượng mật cuối tăng 0.004%, loại 130mg CaO/100g chất khơ lượng mật cuối tăng 0.05% Mặt khác lượng nước dùng để phun NaCl, để rửa trước sau tái sinh lớn làm tăng tổn thất đường theo nước rửa làm bẩn môi trường xung quanh(nước thải chứa đường NaCl) Để khắc phục nhược điểm người ta tìm phương pháp tái sinh không dung NaCl mà dung mật đường gọi phương pháp Gryllus 2.2.2 Làm mềm nước mía Làm mềm nước: nhà máy đường dung chất trao đổi để xử lý nước cho vào lò; trao đổi ion Ca2+ Mg2+bởi Na+ giải phóng từ chu kỳ Na Làm mềm nước mía: làm mếm nước mía trình phức tạp nhiều so với làm mếm nước nước mía có ion háo trị 2, chất hửu ngồi việc loại Ca 2+ nước mía Na+ đồng thời cịn trao đổi ion hữu vơ dẫn đến hấp phụ chất hữu chất keo 2.2.3 Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật ( phương pháp dùng số nước ngoài) Thường trao đổi ion theo hai quy trình sau: -Quy trình Quentin : thiết lập sở trao đổi ion K + ion Mg2+ có khả tạp mật lớn: Mg2+2(Rd)- + 2K+ 2(K+Rd-) + Mg2+ Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG -Quy trình Moebes: nước mía qua chất trao đổi ion âm có tính kiềm mạnh theo chu kỳ CO2 90OC Ở chừng 70% ion âm trao đổi thành cacbonat: RaCO3 + (K,Na, Ca)A Ra(A,CO2) + (K,Na,Ca)(A,CO2) Sau cho dung dịch qua chất trao đổi ion dương có tính acid mạnh theo chu kỳ NH4 Phản ứng sau: [(K.Na)CO3 + (K,Na)A] + NH4Rd NH4(CO3A) + (K,Na)Rd Muối amoni bị phân ly bới lượng nhỏ Ca2+: NH4(CO3,A) + Ca(OH)2 NH4OH +CaCO3 + Ca2+2APhương pháp loại chừng 50% tro 10% chất chứa nitơ 2.2.4 loại ion Ca2+ nước mía) a) 2+ Ca Ca Ca2+ 2+ Cl- Cl- Ca2+ Cl- Cl Ca2+ Ca2+ ∞ - Cl- ∞ Cl- ∞ Cl∞ Ca2+ Cl- + Na + ∞ Na Na Na+ Na+ Ca2+ ClCa2+ c ∞ + Ca2+ Cl- 2+ ∞Ca Na+ Na+ ∞ Na+ Na+ Cl ClCl2+ 2+ Ca Ca Cl- 2+ ClCa ClCa2+ Ca2+ ClCl- Ca2+ Ca2+ b) +- Na+ Cl v ∞ - Na+ Na+ Na ClCl + Cl Na ∞ ∞ ∞ ∞ - + Cl + Cl- Na - Na + ClNa Cl- + Na Cl- ∞ ∞ - Cl- Na+ Cl+ Na Cl Na+ ClCa2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Cl- Na+ Na+ Na+ Na+ ClClClNa+ ∞ Cl- + Na ∞ Ca2+ Ca2+ Ca2+ Na+ Na+ Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG Sơ đồ trao đổi ion: ∞: Đại diện nhóm hoạt động COOH a: hạt trao đổi với chu kỳ Na b: hạt sau trao đổi Dùng chất trao đổi ion loại ion Ca2+ nước mía,đồng thời trao đổi ion hữu vô dẫn đến hấp phụ chất keo chất hữu cơ.[2] 10 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong trình làm nước mía có nhiều yếu tố ảnh hưởng pH, nhiệt độ, chất điện ly, chất trao đổi ion có ảnh hưởng quan trọng đến q trình này, có vai trị lớn việc loại ion khỏi nước mía, làm mềm nước mía, thay chất có khả tạo mật lớn chất tạo mật nâng cao suất thu hồi đường nội dung tiểu luận lý giải rỏ ràng vai trị này, giải thích chế hoạt động chẩt tỷao đổi ion 11 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Kỹ nghệ sản xuất đường mía,Nguyễn Ngơ- Lê Bạch tuyết – Phan Văn Hiệp-Phạm Vĩnh Viễn- Mạnh Hùng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 1984, Trang 114 [2] giáo trình cơng nghệ sản xuất đường Trường ĐHCN TP Hồ Chí Minh [3]http://www.scribd.com/doc/17311340/Vat-Lieu-Trao-Doi-Ion 12 Vai trị chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XUÂN HƯƠNG BẢNG PHÂN CÔNG TÊN NGUYỄN THỊ NGỌC HẰNG CÔNG VIỆC Chương mở đầu bố cục chỉnh sửa 2.1.2 Tính chât, chế hoạt động 2.2.1 Làm ion nước mía NGUYỄN ĐỨC HẬU(09278921) 2.1.1 Khái niệm phân loại 2.2 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Chương kết luận NGUYỄN ĐỨC HẬU 2.2.3 Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật 2.2.4 loại ion Ca2+ nước mía LỮ THỊ BÉ NGỌC 2.2.2 Làm mềm nước mía 2.2.3 Thay ion có khả tạo mật lớn ion tạo mật 13 ... trao đổi ion chất trao đổi ion yếu tố quan trọng tác động đến trình làm Trong tiểu luận chúng em trọng đến vai trò chất trao đổi ion trình làm nước mía. kỹ thuật trao đổi ion sử dụng nhiều sản xuất. .. kỳ) Chất trao đổi ion âm: Ra+OH- + H+ClRa+Cl- = Ra+Cl- + H2O Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG Qúa trình trao đổi ion nước mía xảy sau Trước mía qua cột trao đổi ion. .. loại ion Ca2+ nước mía, đồng thời trao đổi ion hữu vô dẫn đến hấp phụ chất keo chất hữu cơ.[2] 10 Vai trò chất trao đổi ion làm nước mía Nhóm GVHD: HỒ XN HƯƠNG CHƯƠNG KẾT LUẬN Trong trình làm nước