Giáo trình Công nghệ sản xuất đường mía

Làm sạch bằng phương pháp vôi được sử dụng lâu đời ở Ấn Độ, nhưng phương pháp vôi bộc lộ nhiều nhược điểm : lượng vôi dư trong nước mía làm tăng sự phân huỷ đường, khó kết tính, làm tăng

¿ sae sacwemnebcss say

TRẤN MẠNH HÙNG - LƯƠNG VĂN BÌNH - BÙI THỊ LẺ

PHAM THANH SƠN Chủ biên : TRẤN MẠNH HÙNG

LOI NOI DAU

Ap dụng thành tự khoa học kỹ thuật về công nghệ cũng như thiết bị, ngành đường ngày càng đạt trình độ hiện đại hoá và tự động hoá cao do đó cần có một đội ngũ cán bộ kỹ thuật giỏi về lý luận, vững vàng trong thực tế sản xuất

Để đáp ứng một phần yêu cầu trên, chúng tôi biên soạn tài liệu "CÔNG NGHỆ

SAN XUAT ĐƯỜNG MÍA" giới thiệu một cách hệ thống quá trình sản xuất đường từ

mía

Để biên soạn tài liệu này, chúng tôi đã tham khảo nhiều tài liệu ngành đường trên thể giới, tài liệu hiện có trong nước cùng với kinh nghiệm nhiều năm giảng day

và thực tiễn sản xuất ở các nhà máy đường ,

Từ trình bày lý luận cơ bản sau đó đi sâu vào các thao tác cụ thể, chúng tôi hy vọng cuốn sách sẽ giúp học viên tiếp thu nhanh và chắc chắn những kiến thức cần thiết và với nội dung trên cuốn sách còn làm tài liệu thara khảo tốt cho cán bộ kỹ thuật và cán bộ quản lý ngành đường

Lần đầu tiên ra mắt bạn đọc, với trình độ và thời gian có hạn chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Chúng tôi mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp chân thành của các bạn

CÁC TÁC GIẢ

BÀI MỞ ĐẦU

1 SU PHAT TRIEN CUA NGANH SAN XUAT DUONG MIA TREN THE GIGI

Vào những năm gần cuối thế kỷ thứ 4 (năm 398) người Ấn Độ và người Trung Quốc đã chế biến mía thành tỉnh thể đường Từ đó kỹ thuật sản xuất đường chuyển sang các nước châu Âu như Ba Tư, Italia, Bồ Đào Nha, đồng thời chuyển việc sản xuất đường trở thành một ngành công nghiệp Đến thế ky thứ l6, nhiều nhà máy được xây dựng ở Anh, Pháp, Đức Vào thế kỷ 19, nhà máy đường hiện đại đầu tiên được xây dựng ở Anh

Thuở sơ khai công nghiệp đường còn thô sơ, dùng trâu bò kéo máy ép hai trục bằng gỗ, làm sạch chỉ dùng vôi, nấu đường bằng chảo dưới áp suất khí quyển, thực hiện kết tinh tự nhiên

Đến khoảng năm 1867 ở đảo Ricuniông thuộc Pháp đã sử dụng máy ép 3 trục bằng gang, kéo bằng máy hơi nước Sau đó máy ép được cải tiến dùng nhiều trục ép, nhiều máy ép và dùng nước thẩm thấu để nâng cao hiệu suất ép

Làm sạch bằng phương pháp vôi được sử dụng lâu đời ở Ấn Độ, nhưng phương pháp vôi bộc lộ nhiều nhược điểm : lượng vôi dư trong nước mía làm tăng sự phân huỷ đường, khó kết tính, làm tăng ton thất đường Năm 1812, ông Berrnel (người Pháp) đã dùng CO, để trung hoà lượng vôi dư và lọc để loại kết tủa Cũng ở thế kỷ

19, kỹ sư Tratani người Italia dùng khí SO; để trung hoà lượng vôi dư và tẩy mầu nước mía Nhờ có sự phát hiện đó, công nghiệp sản xuất đường đã tiến một bước đài, đưa phương pháp CO; đến hoàn chỉnh,

Ngành công nghiệp đường đã có l6 thế ký, nhưng gần đây mới được cơ khí hoá, nhiều thiết bị quan trọng được phát minh vào thế ký 19 Năm 1813, Howard phát minh ra nổi bốc hơi chân không, nhưng mới chỉ dùng một nồi nên hiệu quả bốc hơi còn thấp Đến năm 1943, Rillicux phát minh ra hệ bốc hơi nhiều nồi, hiệu quả bốc hơi cao hơn, tiết kiệm hơn Năm 1837, Pouzolat phát minh ra máy ly tâm truyền động ở đáy lấy đường ở trên, kiểu kết cấu này không thuận lợi Sau đó Bossener phát minh ra máy ly tâm kiểu thùng quay Năm 1867, Weston đã cải tiến truyền động ở trên, lấy đường ở dưới, nguyên lý này đang được dùng phổ biến ở các nhà máy đường hiện nay Năm 1892, máy ép ba trục hiện đại được dùng ở Mỹ; năm 1820 - máy lọc ép khung bản ra đời; năm 1884 - thiết bị kết tỉnh làm lạnh; năm 1878 - máy sấy thùng quay Những thiết bị đó ngày càng được dùng nhiều trong các nhà máy thực phẩm và hoá học

Công nghiệp đường mấy chục năm gần đây phát triển rất nhanh, đã cơ khí hoá toàn bộ dây truyền và việc tự động hoá đã được áp dụng khá rộng rãi ở nhiều khâu ;

cơ khí hoá việc chặt mía, dùng thiết bị khuếch tán liên tục, phương pháp trao đổi ion, nấu đường liên tục và tự động, ly tâm liên tục, ly tâm tự động „ các thiết bị

Trong những năm 1958-1960 ở miền Bắc đã xây dựng 3 nhà máy đường hiện đại : Sông Lam và Việt Trì có công suất 350 tấn/ngày, nhà máy đường Vạn Điểm có công suất 1000 tấn mía/ngày, đồng thời đầu tư xây dựng nhiều nhà máy dường thủ công, nhờ thế lượng đường mật thủ công chiếm tỷ lệ khá cao trong tổng sản lượng đường của nước ta

Sau năm 1975 tiếp thu thêm một số nhà máy đường hiện đại ở miền Nam như : đường Quảng Ngãi (1.500 tấn mía/ngày), Hiệp Hoà (1500 tấn mía/ngày), Bình Duong (1500 tấn mía/ngày) và 2 nhà máy luyện đường : Biên Hoà (200 tấn đường thô/ngày) và Khánh Hội (150 tấn đường thô/ngày) Và xây dựng thêm 2 nhà máy :

La Nga (2000 tấn mía/ngày), Lam Sơn (1500 tấn mía/ngày)

Năm 1995, theo nghị định của Thủ tướng chính phủ xây dựng chương trình đến năm 2000 tổng sản lượng đường trong cả nước đạt Ì triệu tấn đường, từ đó đến nay trong cả nước đã xây dựng thêm hơn 40 nhà máy đường được phân bố tương đối đều ở cả 3 miền, với tổng công suất thiết kế của các nhà máy đường trong cả nước

đủ để thực hiện mục tiêu trên

Với số lượng nhà máy đường như hiện nay cùng với sự quan tâm của Đảng, Nhà nước và các bộ, ngành thì ngành đường Việt Nam sẽ phát triển không ngừng, đảm bảo đáp ứng nhu cầu trong nước và tiến tới xuất khẩu đường

2 CÁC THUẬT NGỮ THƯỜNG SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG

1 Nguyên liệu mía : Là lượng mía đưa xuống băng tải, bao gồm cây mía thuần 'khiết và các tạp vật

2 Tạp vật : Bao gồm lá mía và các tạp chất khác dính trên cây mía

3 Xơ: Là chất không hoà tan trong nước, nằm trong tổ chức của cây mía

4 Nông độ chất khô (chất rắn hoà tan) (n°«„) : Là thành phần chất rắn hoà tan trong dung dịch được biểu diễn theo đơn vị phần trăm (%) so với trọng lượng cuả

% phi đường = (% chat kho) — (% Sacc)

8 Do tinh khiét cba dung dịch đường : Là độ thuần khiết hay gọi là thuần độ.

a) wy tinh khiét don gian (AP) :

P

Hệ b) Độ tỉnh khiết trọng lực (GP) :

13 Các loại đường :

a) Đường thô : là đường nguyên liệu để sản xuất đường tĩnh luyện Theo tiêu chuẩn quốc tế thì đường thô có Pol> 96%, tỉnh thể đường thô còn một lớp mật bao bọc bên ngoài

b) Đường vàng tỉnh khiết : đường vàng tỉnh khiết là đường thô đã dùng công nghệ làm sạch để nâng cao chất lượng : có Pol > 97%, màu sắc vàng sáng và hầu như không có tạp chất lơ lửng

c) Đường trắng : là đường được sản xuất từ dung dịch đường qua xử lý làm sạch và chế luyện thu được tinh thể màu trắng Tiêu chuẩn chất lượng của đường trắng theo tiêu chuẩn chất lượng Việt Nam như sau :

d) Đường tỉnh luyện + là sản phẩm chất lượng cao thường dùng làm nguyên liệu cho các sản phẩm cao cấp cúa công nghiệp thực phẩm Ở nước ta có 2 nhà máy

là Biên Hoà và Khánh Hội sản xuất loại đường này

14 Nước mía đầu : là nước mía lấy ra ở máy ép đầu tiên, là nước mía nguyên

15 Nước mía cuối : là nước mía lấy ra ở máy ép cuối cùng

16 Nước mía hồn hụp : là nước mía thu được từ công đoạn ép đưa đi chế luyện

17 Năng suất ép : là lượng mía được ép trong một đơn vị thời gian (tấn/ngày

tấn/giờ )

18-a Hiệu suất ép (E¿p) : là hiệu quả thu hồi đường sau khi qua giàn ép

E Lượng đường có trong nước mía hỗn hợp 100

“P Lượng đường có trong mía 18-b Hiệu suất ép hiệu chỉnh (E, ›;)

Hàm lượng xơ trong mía cao hay thấp có ảnh hưởng lớn đến E¿ạ, để đánh giá hiệu quả làm việc của công đoạn ép của các nhà máy khác nhau, hiệp hội Mía đường quốc tế qui định thành phần xơ trong mía là 12,5% để so sánh Lúc đó gọi là hiệu suất ép hiệu chính

100 ~ (100 — F)(100 - F) Eas Sn 7F

Trong đó : E- hiệu suất ép;

F - thành phần xơ có trong mía, 19.pH

22 Đường non : Là hỏn hợp nhận được sau khi nấu gồm có các tỉnh thể đường

và mẫu dịch bao quanh Dựa theo chế độ nấu ta có các loại đường non : đường non

A, đường non B, đường non €

23, Mat A, (mat nguyên) : Là mật nhận được khi ly tâm đường À, chưa rửa

nước và rửa hơi,

24 Mat A; (mật loãng) : Là mật nhận được Khi ly tâm đường A lúc tiến hành rửa nước và rửa hơi

25 Mật B : Là mật nhận được Khi ly tâm đường non B (thông thường mật B chỉ có một loal)

26 Mật cuối (mật rí : trong nấu đường 3 hệ A, B, € là mật C) : Là mật nhận được khi ly tâm đường non cấp cuối, là bán chế phẩm của nhà máy đường thường đi

29 Hiệu suất kết tỉnh (X) : Là tỷ lệ lượng đường tỉnh thể trong đường non

(AP=100') so với lượng chất khô của đường non, tính theo % ,

30 Hiệu suất thu hôi đường từ đường non : Là (%) đường thu được so với chất khô đường non Đối với các đường non khác nhau thì hiệu suất thu hồi khác nhau

31-a Hiệu suất thu hỏi chế luyện (Euc¡) : Là tỷ số giữa trọng lượng đường thành phẩm bao gồm cả bán chế phẩm có thể sản xuất ra đường thành phẩm so với lượng đường có trong nước mía hỗn hợp, tính theo %

31-b Hiệu suất thu hồi hiệu chính (R„;) : Dùng để tiện so sánh hiệu suất thu hồi của nhà máy, vì độ tỉnh khiết của (%) nước mía hỗn hợp có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu suất thu hồi chế luyện Để so sánh, hiệp hội Mía đường quốc tế đưa ra qui định về độ tỉnh khiết của nước mía hỗn hợp là 85% làm cơ sở để tính toán và có hiệu suất thu hồi hiệu chỉnh :

100(85 — M,) Regs = 5” g5(100-M,) —*2 x 100 (%)

Trong đó : Mv - do tinh khiét của mật rí theo lý thuyết

32-a Hiệu suất tổng thu hồi (E;x„) : Là đại lượng xác định bằng ty số giữa khối lượng đường thành phẩm bao gồm cả bán chế phẩm có thể sản xuất ra đường thành phẩm so với khối lượng đường trong mía, tính theo %

Khor lượng đường thành phẩm

Khối lượng đường trong mía

Esty = Egp x Enyce

32-b Hiệu suất tổng thu hỏi hiệu chỉnh

Es+„ hiệu chỉnh = Eép2.5 x Rgs

33 Chữ đường (CCS) : Là lượng đường có thể thu được trong 100% mía

CCS= al! _ ae |- ti _ ‘a |

100 2

Trong dé: P - Pol cla nude mia dau tinh theo %:

B - nồng độ của nước mía đầu tính theo %;

F - xơ mía

Công thức tính chữ đường đơn giản

Chất phi đườn 0

CCS = Pol~ — ea =Pol_ BCR —

34 Ton that thoi gian :

a) Ton that thời gian đo sự cố thiết bị : là tổng khoảng thời gian do hỏng hóc thiết bị mà ngừng xuống mía 1 phút trở lên,

b) Các tốn thất thời gian khác : là do sự cố nhân sự về thao tác mà phải ngừng xuống mía

c) Tổn thất thời gian khách quan : là do động đất hoá hoạn, bão lụt mà ngừng ép mía

35 Hiệu suất an toàn sản xuất (E tArsxi)

Thời gian ép mía thực tế

10

Chuong I

LAY NUGC MIA

L1 LẤY NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN

Phương pháp khuếch tán đã được sử dụng nhiều năm trong tất cả các nhà máy đường củ cải để trích ly đường từ lát củ cải

Hiện nay nhiều nhà máy đường mía của nhiều nước trên thế giới đã dùng phương pháp khuếch tán với các thiết bị khuếch tán khác nhau để lấy đường từ mía

Ở nước ta, phương pháp khuếch tán đã được sử dụng ở Nhà máy đường La Ngà với thiết bị khuếch tán Dols của Đan Mạch

Tuy gọi là phương pháp khuếch tán, nhưng không phải dựa hoàn toàn vào nguyên lý khuếch tán để lấy đường như nhà máy đường củ cải;đối với mía, thời gian khuếch tán đường lớn gấp 3 lần so với củ cải đường Vì vậy, nếu chỉ dùng khuếch tán để lấy đường trong mía, thời gian lấy đường sẽ kéo dài, gây ảnh hưởng tới chất lượng nước mía

Để lấy đường trong lát mía ở một thời gian nhất định, cần phá vỡ tổ chức tế

bào mía để trích ly nước mía dễ dàng Vì vậy phải có dao băm mía, máy ép giập đánh tơi để phá vỡ tế bào mía, ép ra một phần nước mía sau đó dùng thiết bị khuếch tán để lấy phần nước mía còn lại

Trên thực tế, thiết bị khuếch tán chỉ thay thế mệt số bộ trục ép giữa công đoạn

ép, nên có thể coi đó là phương pháp kết hợp giữa ép và khuếch tán

Quá trình khuếch tán mía bao gồm việc xử lý mía, khuếch tán đường, ép nước

1.1.2 KHUECH TÁN ĐƯỜNG TRONG MÍA

Có hai hệ khuếch tán đường chủ yếu là khuếch tán mía và khuếch tán bã mía a) Khuéch tan mia

Cây mía được xử lý sơ bộ, sau đó giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ lượng

Mia —-——- » May bam mia —~————- _> Thiết bị đánh tơi

c) Ép nước từ bã ướt

Bã sau khi ra khỏi thiết bị khuếch tán còn chứa 88-90% nước Cần tách bớt nước ở bã để còn lại khoảng 45-47% nước để lấy bã làm nhiên liệu đốt lò hoặc làm các việc khác Nước tách ra từ bã ướt có một lượng đường nhất định, được xử lý lại rồi đưa vào thiết bị khuếch tán

[.1.3 ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN

- Tăng nhiên liệu dùng trong bốc hơi do nước mía hỗn hợp có nồng độ thấp

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

L2 LẤY NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP

Phương pháp ép để lấy nước mía được sử dụng phổ biến ở các nhà máy hiện nay Nguyên lý chung của phương pháp này là dùng lực cơ học làm biến đổi thể tích lớp mía, phá vỡ tổ chức tế bào của mía để lấy nước mía

Lượng nước mía, hay nói chính xác hơn là lượng đường trong cây mía được lấy

ra càng nhiều càng chứng tỏ hệ thống máy ép làm việc tốt, cụ thể là máy ép và các thiết bị xử lý mía làm việc tốt

Để lấy nước mía ra khỏi cây mía bằng phương pháp ép bao gồm các công đoạn: xử lý mía, ép giập, ép kiệt

1.2.1 CAC CONG DOAN LAY NUGC MIA

b) Bam mia

Hiện nay hầu hết các nhà máy đường đều sử dụng băm mía trong hệ thống xử

lý mía Mía được băm thành từng mánh nhỏ, phá vỡ lớp vỏ cứng của cây mía làm các tế bào mía lộ ra, đồng thời san mía thành lớp ổn định trên băng tải, nâng cao mật

độ mía trên băng tải từ 150kg/m' lên tới 250-300kp/m” Vì vậy băm mía có những tác dụng sau :

- Nâng cao năng suất ép do mía được san thành lớp dày đồng đều, mía đễ được kéo vào máy ép, không bị trượt và bị nghẹn

- Nâng cao hiệu suất ép do lớp vỏ cứng bị phá vỡ, các tế bào mía lộ ra, lớp mía đồng đều vì vậy lực ép được phân bố đều, làm cho nước mía dễ dàng được lấy ra c) Đánh tơi

Mía sau khi băm, lượng mía chưa được băm nhỏ còn nhiều, cần được xé tơi dể đưa vào máy ép dễ dàng, hiệu suất ép tăng lên Các nhà máy sử dụng máy đánh tơi

để phá vỡ hơn nữa tổ chức tế bào của cây mía, làm tăng thêm mật độ mía đưa vào

ép Thường lắp thêm bộ phận đánh tơi thì hiệu suất ép tăng 1% Nhưng công suất của thiết bị đánh tơi sử dụng lớn do đó chỉ các nhà máy có công suất lớn mới sử - dụng thiết bị này

2) Ép giập

Đây là công đoạn phổ biến trong xử lý mía và cũng là bộ phận quan trọng của dàn ép Ép giập có tác dụng lấy từ 60-70% lượng nước mía có trong mía, vừa có tác dụng làm cho mía giập vụn hơn, thu nhỏ thể tích lớp mía, cung cấp mía đều đạn cho các máy ép sau, tạo điều kiện cho máy ép sau làm việc ổn định, làm tăng năng suất

và hiệu suất ép Công suất tiêu hao ít

3) Ép kiệt

Sử dụng trong hệ thống ép nhằm mục đích lấy tối đa lượng đường có ở trong mía Nâng cao hiệu suất ép trong công đoạn lấy nước mía

I.2.2 PHƯƠNG PHÁP LẤY NƯỚC MÍA

Lấy nước mía.thường được thực hiện bằng hai phương pháp ép :

- Ép khô là phương pháp ép lấy nước mía không sử dụng nước thẩm thấu

- Ép ướt là phương pháp ép lấy nước mía có sử dụng nước thẩm thấu

1 Phương pháp ép khô

Quá trình ép chỉ tạo ra áp lực làm vỡ tế bào để lấy ra một lượng nước mía, còn lại một lượng nhỏ nằm trong tế bào không thể lấy ra được Phương pháp này hiệu suất lấy đường thấp, đạt từ 92-95% Do không sử dụng nước, nên nước mía không bị pha loãng, thuận lợi cho quá trình bốc hơi, tiết kiệm được năng lượng bốc hơi

14

Phương pháp này chỉ sử dụng ở các nhà máy đường thủ công, trong các phòng thí nghiệm và hiệu chính miệng ép

Phương pháp này chỉ dùng nước nóng phun ngay vào bã khi ra khỏi miệng ép, trừ máy ép cuối cùng Khả năng lấy đường từ mía là rất cao do nông độ đường trong nước thẩm thấu không có, dẫn đến tốc độ pha loãng nhanh Nhưng ở phương pháp này có nhược điểm là lượng nước thẩm thấu đưa vào lớn làm nước mía hỗn hợp bị pha loãng, dẫn đến khó khăn cho quá trình bốc hơi vì tốn năng lượng, đồng thời thời gian bốc hơi bị kéo dài làm đường bị chuyển hoá và phân huy lớn

b) Phương pháp ép thẩm thấu kép

Đây là phương pháp thẩm thấu có sự kết hợp nước mía loãng làm nước thẩm

thấu Phương pháp này được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy đường hiện nay 7

Hình 1.2 Sơ đồ công nghệ phương pháp ép thẩm thấu kép

Thẩm thấu kép thường được áp dụng cho hệ thống ép ở các nhà máy có 4 máy

ép Phương pháp này chỉ sử dụng nước nóng phun vào bã khi vừa ra khỏi miệng ép

vào bã vừa ra khỏi miệng ép máy thứ hai Nước mía ép ra ở máy ‹ 3 bơm làm nước thẩm thấu cho bã vừa ra của máy ép thứ I Nước mía lấy ra ở máy ép ¡ và 2 được tập trung lại thành nước mía hén hep

Phương pháp này chỉ sử dụng nước nóng thẩm thấu một lần do vờ ne mia hỗn hợp ít bị pha loãng, nhưng do sử dụng nước mía loãng làm nước thâm thấu nên hiệu suất lấy đường từ mía giảm

c) Phương pháp ép thẩm thấu kết hợp

_Phương pháp này sử dụng ở các nhà máy có số bộ máy ép từ 5 may tro len,

dùng cho các nhà máy nâng công suất ép Sử dụng thấm thấu bằng hai vòng thâm

thấu kép

/¿ g(- Ø⁄—O⁄—

“Đo Q VO ĐÓ ST OO" _Tr—=

Nước mía hỗn hợp

Hình I.3 Sơ đồ công nghệ phương pháp ép thẩm thấu kết hợp

1.2.3 CAC YEU TỐ CƠ BẢN CỦA CÔNG NGHỆ ÉP MÍA

I Tốc độ máy ép

Tốc độ máy ép có thể dùng vận tốc quay (vòng/phút) hoặc tốc độ tiếp tuyến (m/giây), được tính ra từ tốc độ quay của động lực thông qua tỷ số truyền của bộ giảm tốc Tốc độ máy ép thường sử dụng tốc độ giảm dần từ máy trước đến may sau Tốc độ lớn nhất của các trục ép không được lớn quá 18 lần đường kính trục ép (tính theo tốc độ tiếp tuyến)

2 Áp lực trục đỉnh

Hiện nay có nhiều quan điểm khác nhau về sử dụng áp lực trục đỉnh, nói chung tuỳ thuộc vào tình trạng thực tế của các thiết bị tại các nhà máy và thiết kế của các nhà máy đó

- Áp lực trục đỉnh tang dan : Phương án này nâng được hiệu suất ép, nhưng bã

bị vụn khó ép

- Áp lực trục đỉnh giảm dân : Phương án này khắc phục nhược điểm của phương án trên, nhưng hiệu suất ép giảm

16

- Ap luc true dinh bang nhau : Phương án này có ưu điểm là sử dụng thiết bị tăng áp đơn giản, chỉ sử dụng ở các nhà máy có công suất ép nhỏ

3 Thâm thấu

a) Nguyên lý thẩm thấu

Tế bào mía chứa nước đường, khi bị tác động của lực ép, tế bào bị biến dạng, thể tích bị thu nhỏ lại Nước mía bên trong tế bào tạo ra áp lực lớn, phá vỡ thành tế bào và thoát ra ngoài Khi mất lực tác dụng tế bào đàn hồi, khôi phục hình dạng ban đầu Nếu sử dụng nước phun vào bã khi chưa kịp khôi phục hình dạng, thì tế bào mía

sẽ hút nước vào trong, pha loãng lượng nước đường còn sót lại trong tế bào và tiếp tục được ép ra Như vậy lần ép sau lượng đường còn sót lại trong tế bào sẽ ít đi

b) Nhiệt độ nước thẩm thấu

Khi nhiệt độ nước thẩm thấu thấp, độ hoà tan đường giảm, khả năng khuếch tán đường thấp, như vậy hiệu quả thẩm thấu không cao Nếu nhiệt độ nước thẩm thấu cao,

độ hoà tan tầng, tốc độ khuếch tán cao, nhưng ở nhiệt độ cao bã bị trương dẫn đến Việc

ép gặp khó khăn, đồng thời một số keo ở trong bã bị hoà tan vào nước mía hỗn hợp gây khó khăn cho khâu làm sạch, giảm độ tỉnh khiết của nước đường Thông thường nhiệt độ nước thẩm thấu sử dụng trong các nhà máy hiện nay từ 60-70°C,

©) Lượng nước thấm thấu

Lượng nước thẩm thấu sử dụng lớn sẽ làm tăng hiệu suất thu hồi đường, nhưng nước mía hỗn hợp bị pha loãng, gây khó khăn cho bốc hơi đồng thời bã ép ra có độ

ấm cao Nếu lượng nước thẩm thấu ít hiệu suất thu hồi đường không cao

Ngoài ra lượng nước thẩm thấu còn phụ thuộc vào điều kiện thực tế của nhà máy Nếu năng lượng dư thừa, thì lượng nước thẩm thấu có thể tăng thêm Thường các nhà máy sử dụng nước thẩm thấu nằm trong Khoảng 25+30% so với trọng lượng mía, hoặc 200% so với trọng lượng xơ

đ) Thời điểm thẩm thấu

Nước thẩm thấu được phun vào bã ngay khi bã vừa ra khỏi miệng ép sau của máy Nếu phun muộn thì bã đã hồi phục thì tế bào mía sẽ hút không khí mà không hút được nước, thẩm thấu mất tác dụng

e) Ap luc tham thấu

Nước thẩm thấu phải có ấp lực vừa đủ để di xuống đáy lớp bã Nếu yếu quá thấm thấu không hết, còn mạnh quá, làm nước bắn ra xung quanh, gây tổn thất đường Thông thường áp lực nước thẩm thấu từ 2,5+3 kG/cm”

4 Miệng ép : Là khoảng cách từ thân răng của trục nọ đến thân răng của trục kia theo đường nối tâm Một máy ép có 2 miệng ép trước và sau :

Kích thước miệng ép phụ thuộc vào các yếu tố : "2

C 2 2€ cha SN een

- Năng suất máy ép

- Cấu tạo máy ép : miệng ép có quan hệ tới các kích thước khác nhau của máy

ép như D, L, n

- Phụ thuộc vào tính chất nguyên liệu và chủ yếu là hàm lượng XƠ

1.2 4 NANG SUAT VA HIEU SUAT EP

Năng suất của hệ máy ép là số tấn mía ép được trong đơn vị thời gian với hiệu suất

ép nhất định Đơn vị của năng suất có thể dùng : tấn mía/ngày hoặc tấn mía/giờ

Có thể tính năng suất ép theo công thức sau :

60rDnLKdF.h C=— =——

f

Trong đó: C- nang sudt ép (tấn/g1ờ);

f - phần xơ trong mía (%);

h - do day lớp mía vào miệng ép trước (m);

K - kích thước miệng ép sau khi làm việc (m)

Đối với máy ép bất kỳ, F và d có trị số nhất định, giữa K và h cũng có tỷ lệ

nhất định, h và D cũng có tỷ lệ nhất định

2) Hiệu suất ép

Hiệu suất ép là số liệu quan trọng để đánh giá khả năng làm việc của phân

xưởng ép, nó đánh giá hiệu quả thu hồi đường từ mía khi đi qua đàn ép, Hiện nay

hiệu suất ép ở các nhà máy thường đạt từ 92+97%

Công thức tính hiệu suất ép (Eáp)

Lượng đường trong nước mía hỗn hợi

Hàm lượng xơ trong mía cao hay thấp có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất ép, để đánh giá hiệu quả làm việc của công đoạn ép ở các nhà máy khác nhau, hiệp hội Mía đường quốc tế qui định thành phần xơ trong mía là 12,5% để so sánh Như vậy có hiệu suất ép hiệu chỉnh sau :

18

I00- (100= E)100- F)

Ens =: 12.5 TE Trong đó : E,›, - hiệu suất ép hiệu chính;

E- hiệu suất ép;

E- phần xơ trong mía

3) Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất và hiệu suất ép

a) Xử lý mía trước khi ép

Mía sau khi xử lý mật độ mía tăng lên, lớp mía đồng đều, do vậy mía vào trục

ép dé dàng Tuy cùng độ dày như nhau, nhưng mía sau khi xử lý mật độ tăng lên, lượng mía đi qua miệng ép nhiều lên, năng suất ép tăng Đồng thời quá trình xử lý này sẽ làm vỡ lớp vỏ cứng của cây mía, phá vỡ tổ chức tế bào, làm các tế bào bị lộ

ra, nước.mía dễ đàng được tách ra Hiệu suất ép tăng

b) Kích thước miệng ép

Kích thước miệng ép không ảnh hưởng rõ rệt đến hiệu suất ép nhưng ảnh hưởng rất lớn đến năng suất Nếu kích thước miệng ép lớn, mía vào dễ năng suất tầng lên và ngược lại Khoảng cách miệng ép mở đến một mức độ nhất định nếu khoảng cách lớn hơn chiều dầy lớp mía sẽ ảnh hưởng đến việc lấy nước mía

©) Áp lực trục đỉnh

Khi áp lực trục dính tăng, khả năng lấy nước mía tăng lên, nhưng bã bị vụn nhiều khó ép, đồng thời mía khó vào miệng ép Như vậy áp lực trục đỉnh tỷ lệ thuận với hiệu suất ép, nhưng tỷ lệ nghịch với năng suất ép

đ) Số lượng trục ép

Số lượng trục ép tăng lên có nghĩa là mía được ép nhiều lần, nhưng chỉ tăng nhanh từ 2- [5 trục Số trục ép không ảnh hưởng thật rõ đến năng suất ép

©) Tốc độ trục ép

Khi tăng tốc độ trục ép, lượng mía kéo vào máy ép sẽ tăng lên vì vậy năng suất

ép tăng lên, Nhưng tốc độ ép tăng sẽ làm giảm hiệu suất ép Nói chung ảnh hưởng này rất nhỏ khi hệ máy ép sử dụng tốc độ thông thường dưới 5 vòng/phút

Khi sử dụng nước thẩm thấu hiệu suất ép tăng lên rõ rệt Nhưng khi sử dụng nước thẩm thấu quá nhiều sẽ làm bã bị trương, khó vào miệng ép, năng suất ép giảm, đồng thời nước mía hỗn hợp bị pha loãng, hàm lượng keo nhiều

8) Răng trục ép

Răng trục ép làm tăng diện tích ép của trục Hình dạng và độ sâu của răng có tác dụng đến việc kéo mía vào miệng ép Rãnh thoát nước có tác dụng thoát nước

mía nhanh, nhất là trục trước và trục sau, có lợi cho việc kéo mía vào trục, từ đó nâng cao được năng suất và hiệu suất ép

h) Hàm lượng xơ

Xơ trong mía không có ảnh hưởng rõ rệt tới hiệu suất ép Nhựng có ảnh hưởng lớn tới năng suất ép Lượng xơ nhiều, năng suất giảm, đồng thời chất lượng xơ cũng ảnh hưởng rất lớn, xơ cứng, giòn ép khó; xơ mềm đai dễ ép

1.3 VI SINH VẬT TRONG CÔNG ĐOAN LẤY NƯỚC MÍA

Từ khi chặt đến khi lấy nước mía, cây mía và nước mía phải tiếp xúc với nhiều

hệ vi sinh vật rất phức tạp

Do nước mía có nồng độ đường thấp,khoảng từ 10+14%, nhiệt độ tir 20+25°C, PH= 5+5,5 là môi trường thích hợp đối với vi sinh vật, vì vậy khi tiếp xúc với nước mía các vi sinh vật phát triển rất nhanh

Sự phát triển của các vi sinh vật gây các tác hại sau :

- Chuyển hoá và làm tổn thất đường Saccaroza Nước mía để lưu lại sau 6 giờ

sẽ tổn thất 14,3% đường Saccaroza Cây mía sau chặt 7+8 ngày độ tỉnh khiết giảm

Các vi khuẩn thường có trong nước mía :

- Loại tạo ra chất nhay : Leuconostoc

- Loai sinh bao ti hiém khi: Bacillus subtilic

Bacillus cereus Bacillus mensentericus

- Loai khong sinh bao tit hiéu khi : Micrococcus

- Nấm men có khoảng 26 loại khác nhau trong đó chủ yếu là nấm men Saccharoniyces

Để hạn chế những tác hại của sinh vật gây ra đối với nước mía hỗn hợp, trong công đoạn lấy nước mía cần chú ý làm vệ sinh thiết bị, băng tải, máng chứa và máng nạn nước mía Sau mỗi kỳ ngừng máy, phải vệ sinh sạch sẽ mọi ngõ ngách của thiết

i, đường ống, có thể dùng nước vôi loãng quét bề mặt thiết bị tiếp xúc với nước mía Nhưng khi làm việc trở lại phải vệ sinh rửa sạch nước vôi để tránh vi khuẩn tạo khối nhầy phát triển

20

Chuong II

LAM SẠCH NƯỚC MÍA

II.1.MỤC ĐÍCH LÀM SẠCH THÀNH PHẦN VÀ TÍNH CHẤT CỦA NƯỚC MÍA

1 Mục đích của quá trình làm sạch nước mía

Nước mía hỗn hợp chứa một lượng chất không đường, phần lớn lượng chất này không có lợi cho khâu chế biến đường Nên mục đích chủ yếu của làm sạch nước mía hồn hợp là :

- 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 trừ tất cá những chất rắn lơ lửng trong nước mía

2 Thành phần của nước mía

Nước mía có thành phần tương đối phức tạp Các thành phần này đều được phân tích theo đặc tính của hoá học và được quy ra tỷ lệ 100 phần nước mía theo bảng dưới đây :

Tính chất của đường Saccaréza :

- Tính chiết quang : Dung dich đường Saccarôza làm lệch đường đi của ánh sáng xuyên qua

Dung dịch đường có hàm lượng Saccarôza khác nhau thì độ chiết quang (độ lệch của ánh sáng) cũng khác nhau Dựa vào tính chất làm lệch đường đi của ánh sáng nên người ta dùng thiết bị chiết quang để xác định thành phần đường Saccarôza

- Độ hoà tan : Saccarôza hoà tan nhiều trong nước Độ hoà tan tăng khi nhiệt

Trong dung dịch nếu có đường khử (đường glucôza và đường fructôza) càng cao thì độ hoà tan của đường càng thấp

22

- Độ nhớt : Dung dịch đường có độ nhớt, nếu độ nhớt càng cao thì nồng độ dụng dịch đường càng cao và ngược lại

- Tác dụng của nhiệt : Khi đưa nhiệt độ vào dung dịch có đường Saccarôza phải hết sức chú ý Bởi vì đường Saccarôza nóng chảy ở nhiệt độ 160°C, khi nhiệt độ cao hơn 180-190°C thì đường Saccarôza bị phân giải chuyển màu caramen Màu caramen sẽ ảnh hướng tới dung dịch và ảnh hưởng tới chất lượng của đường thành phẩm

- Tác dụng của axit : Trong nước mía có thành phần của các loại axit thì sẽ tác động xúc tiến cho việc chuyển hoá của đường Saccarôza thành đường chuyển hoá đó là đường glucôza và đường fructôza Thể hiện quá trình này qua phản ứng sau :

C,;H,.O,, + H,O-PEb, C,H,,0, + CHO,

Phản ứng này gây tổn thất về đường Saccarôza trong quá trình chế biến

- Tác dụng của vi sinh vật : Trong môi trường luôn luôn tồn tại một số vi sinh vật Trong nước mía cũng tồn tại vi sinh vật, và có vi sinh vật nên làm cho đường Saccarỏza trong nước mía bị phân giải thành đường hoàn nguyên, sau đó chất men (vi sinh vật hoạt động) lại làm cho đường hoàn nguyên biến thành etanol và khí CO, làm cho đường Saccarôza bị hao tổn trong quá trình chế biến và gây khó khăn cho thao tác xử lý các công việc tiếp theo

b) Đường hoàn nguyên

Trong nước mía luôn tồn tại một lượng nhỏ 1,3+3% so với nồng độ chất khô Nhưng sự chuyển hoá phân giải trong quá trình chế biến của đường Saccarôza từ thời gian đến các điều kiện khống chế Đường hoàn nguyên lưu lâu, nhiệt độ đảm bảo thì

nó dễ đàng tạo thành chất có tính axit và chất keo mang mầu sẫm Các chất này đều làm cản trở cho quá trình chế biến đường Saccarôza

c) Các axit hữu cơ không chứa nite

Thông thường nước mía chứa các loại axit hữu cơ như (aconiic, malic, oxalic, XItơric, sucxinic, tanin) Khi mía bị sâu bệnh còn có chứa axit axêtic

Hàm lượng chất hữu cơ trong mía chín tương đối thấp (0,1+0,15%) Mía tươi mới hàm lượng ít hơn, mía bị sâu bệnh và lưu bãi lâu thì hàm lượng cao Các loại axIt này trong môi trường kiểm thường kết hợp khó tách trừ axit oxalic kết tủa và tách ra được, do vậy phải có để phòng các axit nói trên

đ) Các chất hữu cơ chứa niơ

Thành phần các chất hữu cơ chứa nitơ có trong nước mía phụ thuộc vào chế độ chăm sóc và đất đai trồng trọt mía Ngoài ra còn liên quan tới ép mía, vì bản thân các chất này nằm giữa các đốt mía nên đi vào nước mía Các chất hữu cơ chứa nito trong nước mía chủ yếu là Albumin aminoaxit, aminoaxit amic Khi chế biến đường các chất này thường tạo thành aminoaxit và nitơ, đây là nguyên nhân sản sinh ra khí

nito va doi khi lam cho nước ngưng tụ ở bốc hơi thiên về tính kiểm Nhưng các aminoaxit cùng với đường hoàn nguyên trong điều kiện kiểm và nhiệt độ cao sẽ tạo thành một loại chất keo được gọi là "hắc sắc tð”, chất này sẽ làm tăng màu sắc và độ dính của nước mía làm cho chất lượng đường thành phẩm giảm xuống

©) Các hợp chát hữu cơ dạng lơ lửng và nổi : tôn tại như chất xơ, chất keo chất nhựa và tỉnh bội

Các chất xơ phần lớn dưới dạng nổi trong nước mía, các chất này được loại ra bằng thiết bị sàng cong tại phân Xưởng ép

Chất keo và tính bột phần lớn tồn tại ở gốc mía, nên ở mía non chất keo thường nhiều hơn so với mía chín

Các hợp chất này đều ảnh hưởng tới quá trình chế biến đường nên phải loại bỏ, bảng cách cho môi trường nước mía trở thành kiểm mạnh mới có thể làm cho phần lớn chất này lắng đọng và loại ra ngoài

J) Chất béo và sáp mía

Các thành phần này đều nằm ở vỏ cây mía, thành phần này khi ép mía đã đi theo một phần vào nước mía Trong quá trình chế biến dường nó hình thành bọt và tồn tại dưới dạng phức chất

8) Các chất đường vô cơ

Như K,O, Na.O, MgO, CaO d6 1a thanh phan tro

I2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH LAM SẠCH

Nước mía hỗn hợp có nhiều thành phần hoá học phức tạp, có thể coi nước mía như một hệ keo phức tạp Do vậy quá trình làm sạch nước mía dựa vào lý thuyết của hoá học các chất keo,nó có liên quan đến các vấn đề sau :

- Tác dụng của pH;

- Tác dụng của nhiệt độ;

- Tác dụng của các chất điện ly;

- Tác dụng của chất trao đổi ion

1 Tác dụng của pH

Nước mía ép ra đã được xác định pH = 5+5,5 Mà nước mía là hỗn hợp các thành phần hoá học, trong quá trình làm sạch do sự thay đổi pH dẫn đến sự thay đổi tính chất lý, hoá học của các chất không đường trong nước mía, và có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm sạch Nếu khống chế chỉ tiêu pH tốt (theo chỉ tiêu qui định) sẽ giảm được tổn thất đường, còn khống chế không tốt đường Saccarôza sẽ bị chuyển hoá thành đường khử hoặc bị phân huỷ làm tăng tổn thất đường, tăng mầu sắc của

đường thành phẩm

24

Vậy thay đổi pH có các tác dụng sau :

- Ngưng kết chất keo

Nước mía hồn hợp tỏn tại 2 loại keo (keo ưa nước và keo không ưa nước) Dưới tác dụng của ví sinh vật trong nước mía sinh ra các loại keo có tính nhới

và ưa nước ; các loại keo tồn tại trong dung dịch nước mía ở trạng thái ổn định Nếu

vì một lý do nào đó ta làm thay đổi trạng thái, tức là đưa các chất hoá học vào làm chất điện ly thì các chất keo bị ngưng kết Đó là ta tạo ra sự thay đổi pH nên các chất tạo thành bị ngưng kết

- Lam chuyển hoá đường Saccarôza

Sự chuyển hoá đường Saccarôza phụ thuộc vào nồng độ ion H* , trong nước mía nồng độ H” càng lớn thì tốc độ chuyển hoá càng nhanh Khi đường bị chuyển hoá gay ton that thu hồi đường, và trong quá trình chế biến làm giảm độ tinh khiết của mật chè, ảnh hưởng tới tốc độ kết tỉnh đường

- Lam phân huỷ dường Saccarôza : Dutg dịch đường có pH cao (trong môi trường kiểm), dưới tác dụng của nhiệt đường Saccarôza bị phân huỷ thành đường khử (glucôza và fructôza) pH càng cao sự phân huỷ càng nhiều và sinh ra các chất phức tạp (Furfurol, 5-hidroximetyl-furfurol, axit lactic, axit axetic, axit focmic ) Các chất này có thể tiếp tục bị oxy hoá của oxy không khí

- Sự phân huỷ đường khử :

Nước mía ở môi trường axit, sự tồn tại đường khử tương đối ổn định (pH = 3 đường khử ổn định nhất) Trong nước mía có 0,3+2,5% lượng đường khử

Nếu trong dung dịch đường pH>7 thì sẽ phát sinh ra phản ứng phân huỷ thành đường khử Sự phân huỷ này phụ thuộc vào nhiệt độ và pH, tốc độ phân huỷ của đường khử tương đối chậm Sự phân huỷ đường khử chính là sự phân huỷ của đường Saccarôza được thể hiện qua đồ thị dưới đây :

Với dung dịch đường ở nhiệt độ 100°C và trong thời gian 1 giờ

- Loại các chất không đường phụ thuộc vào pH, ở mỗi trị số pH khác nhau có thể loại được các chất không đường khác nhau Khi pH = 7+10 dê tách loại các chất

muối vô cơ (AI,O;, S:O;, Fe,O,, MgO, P,O,)

Từ hiệu quả tách loại các chất không đường trong nước mía mà ta phải chọn

pH cho thích hợp để loại chất không đường nhiều nhất, không nên chọn pH không phù hợp để loại được một chất phi đường nào đó ra khỏi nước mía

2 Tác dụng của nhiệt độ

Nhiệt độ là yếu tố rất quan trọng đối với làm sạch nước mía

Nếu khống chế nhiệt độ tốt sẽ có những tác dụng :

- Có thể loại không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt

- Tăng nhanh quá trình phản ứng hoá học (tạo kết tủa nhanh)

- Diệt các vi sinh vật, để phòng hiện tượng chuyển hoá lên men dại của vi sinh Vật trong môi trường xâm nhập vào

- Nhiệt độ tăng làm chất keo ngưng tụ tăng nhanh, tốc độ lắng nhanh và làm giảm tỷ trọng của nước mía

Nếu khống chế nhiệt độ không tốt sẽ gặp các trường hợp xảy ra :

- VÌ nước mía pH thấp (pH axiU dưới tác dụng của nhiệt độ đường Saccarôza

- Cacbon dioxit (CO,)

- Photphat pentaoxit (P,O.)

- Trao đổi ion (hợp chất cao phân tử)

Các chất điện ly này đưa vào nước mía có những tác dụng sau :

8) Tác dụng của vôi (CaO)

Sản xuất đường Saccarôza đối với các phương pháp đều sử dụng vôi dưới dạng

sữa vôi [Ca(OH),]

26

Khi cho vôi vào nước mía có những tác dụng sau :

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

- Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đường đặc biệt protein, chất mầu và những chất tạo muối không tan

- Phân huỷ một số chất không đường như đường chuyển hoá, amít

- Tác dụng cơ học - Các chất kết tủa được tạo thành có tác dụng kéo theo những chất lơ lửng và những chất không đường khác

- Sát (khử) trùng nước mía

Khi cho vôi vào nước mía thì vôi tồn tại ion canxi (Ca™) và ion hydroxyt (OH ), các ion này có các tác dụng trong dung dịch khác nhau, cụ thể :

* Tác dụng của ion canxi (Ca””)

Đây là phản ứng kết tủa và đông tụ, Ca”? có thể phản ứng với những anion để

tạo ra muối can xi là những chất không tan

Ca** +2A” =CaA, (A 1a anion)

* Tác dung cia ion hydroxyl (OH ) : OH' của sữa vôi vào nước mía có tác dụng làm trung hoà axit tự đo lon OH_ tác dụng với ion kim loại tạo thành muối :

2AI** + 3Ca(OH); = 2AI(OH), + 3Ca”"

Mg” + Ca(OH), = Mg(OH), + Ca’*

Từ các phản ứng các ion ở trên nếu trong dung dịch thừa vôi, sẽ tạo thành phản ứng kiểm và sẽ dẫn đến hàng loạt phản ứng phân huỷ

b) Tác dụng của sunfuro (SO;)

Lưu huỳnh dioxit được dùng phổ biến trong sản xuất đường, SO; cho vào dung dịch đường ở đạng khí và được lấy từ lò đốt lưu huỳnh

Khí SO, cho vào nước mía hoặc mật chè có các tác dụng sau :

- Trung hoà lượng vôi dư trong nước mía Khi cho SO; vào nước mía hoặc mật chè có các phản ứng sau :

SO¿ +H;ạO = H;SO¿

H,SO; = H*+ HSO,”

HSO, «+ H*+ SO,”

Và nước mía có vôi vào thì phản ứng sẽ là :

H,SO, + Ca(OH),= CaSO, + H,O

Muối CaSO, là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đường, chất màu và chất keo trong dung dịch

- Hoà tan muối canxi sunfit kết tủa Trong dung dịch đường khi có sữa vôi và

SO, thi có muối CaSO: kết tủa không tan trong nước nhưng tan trong axit, vì vậy khi xông SO; nhiều quá sẽ lam cho CaSO, hoà tan

CaSO; + H,SO; = Ca(HSO.); (muối hoà tan)

- Giảm độ nhớt của dung dịch mật chè Mật chè sau khi bốc hơi có nồng độ cao nên độ nhớt lớn, mà xông SỐ; vào sẽ giảm độ màu, giảm độ nhớt sẽ thuận lợi cho nấu đường, đồng thời hạn chế sự phát triển của vi sinh vật

- Biến muối cacbonat thành muối sunfit Trong nước mía có hàm lượng kiềm

tự nhiên nhất định như kali, canxi, natri Sau khi xông SO: thì sẽ tạo thành muối sunfit canxi, natri, kali

c) Tac dung cia Cacbondioxit (CO,)

Khí CO; được str dung trong san xuất đường Saccarôza lấy từ khói lò hơi và khói lò vôi có hàm lượng CO; = 32+35% khí lò Khí CO, xông vào nước mía, nên trước khi phản ứng CO; được hoà tan trong nước Do đó về mặt kỹ thuật sự hấp thụ

CO, trong dung dịch kiểm có ý nghĩa quan trọng và CO, được hoà tan trong nước

Phan ting ion OH” phu thudc nhiéu vao pH cita dung dich

Khi xông CO; vào nước mía có phản ứng với vôi để tạo ra chất kết tủa :

Ca(OH), + H,CO, = CaCO, + H,O

Và CO, có khả năng phân huỷ muối canxi saccarit thành đường SaccarôZa và cacbonnatcanxi (CaCO;) kết tủa Phản ứng được xảy ra hoàn toàn khi nhiệt độ của dung dich gia nhiệt đến 70+80°C,

C;H;„O,,.CaO + CO,—> C¡;H,,O,,+ CaCO, ÿ C;H;;O,,.2CaO + CO, —› C,;H,,O,,+ 2CaCO, } CụH,;O,,.3CaO + CO, —> C;H,;O,, + 3CaCO, +

; Ket tha CaCO, cé kha nang hấp phụ các chất không đường trong nước mía cùng kết tủa theo có tác dụng làm sạch nước mía

28

Nếu xông CO; vào nước mía quá nhiều thì lượng CaCO; đã kết tủa không tan trong nước, nhưng CaCO, tan trong axit Vì vậy khi CÓ; vào quá lượng sẽ làm cho muối CaCO; hoà tan :

CaCO, + H,CO, + Ca(HCO,);

đ) Tác dụng của phốt phát pentaoxit (P;O,)

Trong thành phần của nước mía có một hàm lượng P;,O,, hàm lượng này được hình thành từ sự sinh trưởng của cây mía Hàm lượng P;O, càng nhiều thì sự làm sạch nước mía càng tốt, càng nhanh P;O, là yếu tố quan trọng đối với hiệu quả làm sạch

Qua nghiên cứu và thực tế sản xuất đã đúc rút được lượng P;O, thích hợp để

làm sạch tốt nước mía khoảng 300-400 mg/lít

Trong công đoạn làm sạch lượng P;O, trong nước mía thích hợp thì phản ứng tạo ra kết tủa Ca,(PO,);, chất kết tủa này có khả năng hấp thụ lớn các chất keo, chất màu cùng kết tủa nên nước mía thu được trong hơn, tốc độ lắng nhanh hơn và lọc đễ đàng hơn

Khi tỉnh luyện đường hiện nay dùng P,O, dưới dạng H;PO, để hấp thụ chất màu ở các thùng lắng

Phản ứng này sinh ra chậm nên đòi hỏi phải có thời gian để thực hiện, vì vậy đối với các xí nghiệp sản xuất đường hiện nay đều đưa lượng P;O; thêm ngay vào nước mía gla VÔI :

4H,PO,+ 2Ca(OH), = 2Ca(H,PO,);+ 4H,O

Ca(H,PO,), + Ca(OH), = Ca,(PO,), + 4H,O

e) Trao déiion —

Chất trao đổi ion là hợp chất cao phân tử, chất này cho vào nước không tan, làm trong sáng nước khi cho đi qua chất trao đổi ion

Chất trao đổi ion có 2 dạng :

1) Chất trao đổi ion đương có tính axit (mạnh hoặc yếu) thường chứa nhóm tiêu biểu :

+ Nhóm SO,(H) có tính axit mạnh có thể trao đổi dễ dàng H* của mình với tất

cả trị số của pH

+ Nhóm -COOH có thể trao đổi ion của mình với các ion trong môi trường

trung tính và môi trường biểu thị tính kiểm

+ Nhóm ~OH có tính axit yếu có thể trao đổi ion của mình trong dung dịch kiểm

2) Chất trao đổi ion âm có tính kiềm (mạnh hoặc yếu) thường chứa các nhóm hoạt động (nhóm trao đổi) tiêu biểu là -NH;; =NH; =N

H” của chất trao đổi ion, trao đổi với ion dương của chất điện ly và ion H* khuếch

tán vào dung dịch

Có thể biểu diễn sự trao đổi ion H* với ion dương của dung dịch :

2R,H + Ca(HCO,); = R,;Ca +2H,O + 2CO,

._ Qua biểu diễn trên, R,H là chất trao đổi ion làm việc với chu kỳ hydrô, ngoài

ra chất trao đổi ion dương có thể làm việc với chu kỳ khác

2R,Na + CaCl, + R,.Ca + 2NaCl Nhu vay R,Na là chất trao đổi ion làm việc với chu kỳ Na

Hình H.2 Chất trao đổi ion làm việc được biểu diễn qua sơ đồ a và b

a - là hạt trao đối ion với chu kỳ Na ;b - là hạt trao đổi sau khi trao đổi ion

Sử dụng chất trao đổi ion trong ngành đường để lại ion Ca" trong nước mía,

đồng thời trao đổi những ion hữu cơ và vô cơ dẫn đến sự hấp phụ những chất hữu cơ

và các chất keo

30

Chất trao đối ion qua nhiều lần sử dụng, khả năng trao đổi kém dần cần tái sinh lại có thể dùng axit mạnh

Ví dụ : Dùng H,SO, (4+8%) tái sinh chất trao đổi ion dương Nếu lớp trao đổi

có nhiều ion Ca”, trước khi tái sinh cần cho NaCl qua lớp trao đổi để loại ion Ca””

IL3 CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM SẠCH NƯỚC MÍA

1 Phương pháp vôi

Phương pháp vôi sử dụng để sản xuất mật trầm, đường phên, đường cát vàng là sản phẩm thu được qua làm sạch nước mía đưới tác dụng của nhiệt với vôi

Phương pháp vôi chia làm 3 dạng sau :

- Cho vôi vào nước mía lạnh;

- Cho vôi vào nước mía nóng;

- Cho vôi phân đoạn

a) Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh

Phương pháp này cho với vào nước mía với lượng 0,5+0,9kg vôi cho mỗi tấn mía Được thể hiện theo sơ đồ trong hình HI.3

| Thùng lắng |———* Nước bùn

b) Phương pháp cho vôi vào nước mía nong

Nước mía hỗn hợp cho đi gia nhiệt rồi mới chuyển sang cho vôi vào để kết tủa Phương pháp này theo sơ đồ công nghệ hình II.4

©) Phương pháp cho vôi phản đoạn

Nước mía hỏn hợp cho vôi nâng pH = 6,4 rồi chuyển sang gia nhiệt rỏi lại tiếp tục cho vôi vào nâng pH đến yêu cầu, xong lại tiếp tục gia nhiệt nước mía, Phương pháp này được biếu diễn theo sơ đồ công nghệ trong hình H.5

Ở Phương pháp phân đoạn tiết kiệm được 35% lượng vôi so với phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh Phương pháp này nước mía lắng nhanh, độ tỉnh khiết nước mía tăng cao, hiệu suất làm sạch tối

2 Phương pháp sunfít hoá

Phương pháp sunfit hoá thường sử dụng khí SO; xông vào nước mía và có thể

chia làm 3 dạng sau :

- Phương pháp sunfit hoá axit;

- Phương pháp sunfit hoá kiểm mạnh;

- Phương pháp sunfit hoá kiểm nhẹ

a) Phuong phap sunfit hoa axit

Đây là phương pháp được dùng phổ biến để sản xuất đường kính trắng Phuong

pháp sunfit hoá axit thể hiện trong sơ đồ công nghệ (hình H6)

Gia vôi sơ bộ pH = 6,4 + 6,6

H,PO, la vôi sơ bộ p 4+8,

1

Gia nhiét 2 t= 102 = 105°C

Gia nhiét 3 t= 110 + 115°C a mig T - Bùn ` Nước lọc trong

pH = 6,2 - 6,4 Mat che sunfit hod axit

33

b) Phương pháp sunfit hod kiềm mạnh

Phương pháp này dùng 2 điểm pH để loại các chất phi đường là pH = 7,0 và

pH = 10,5+11,0 Biéu dién theo so dé công nghệ (hinh II.7)

Ca(OH),

———> pH = 10,5 = 11,0

aoe, Nước mía trong Bun

tinh kiém Ca(H;PO,); Ỳ

ry Trung hoa 2

? ¿| =pH=74+7,.6

Ỷ

Gia nhiệt 2 t= 100 + 102°C

c) Phuong phap sunfit hod kiém nhe

Phương pháp này loại được nhiều chất không đường, thiết bị và thao tác phức tạp sản phẩm thu được là đường thô nên ít được phổ biến Sơ đồ công nghệ dược biểu diễn trong hình H.8

L > Nước bùn

Hình II.8 Sơ đồ công nghệ phương pháp sunfít hoá kiểm nhẹ

d) Điều kiện công nghệ các phương pháp sunfit hoá

d, Lượng vôi : Lượng vôi cho vào hai vị trí (gia vôi sơ bộ và trung hoà) có những tác dụng tốt, làm trung hoà axit của nước mía và ngưng tụ keo trước khi đun nóng, làm ức chế và tiêu diệt được vi sinh vật phát triển trong môi trường nước mía Trung hoà giữa axit với kiểm và loại được nhiều keo để ngưng tụ cùng Do đó phải đưa ra lượng vôi dùng thích ứng với pH từ 6,4+6,6 và 7,0+7,3 nên lượng vôi dùng khoảng 0,2+0,3% so với lượng mía ép

+}

dh Nhiệt độ : Là yếu tố quyết định sự phản ứng và tạo kết tủa nên phải chọn thông số nhiệt độ cho phù hợp từng giai đoạn để đạt được mục dich cua quá trình làm sạch nước mía Cụ thể :

- Tăng nhanh quá trình phản ứng hoá học

- Tăng nhanh quá trình ngưng tụ keo, tạo kết tủa rắn chắc

- Tăng nhanh tốc độ lãng

Vì vậy ta phải chọn nhiệt độ ở gia nhiệt lần 1 là 60:65°C, gia nhiệt 2 là 100 105°C

ch Trị vố pH : Đây là trị số khống chế theo chỉ tiêu, nó rất quan trọng vì ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch và thu hồi đường Nên chợn pH trung hoà là 7,4+7,6 d; Xông SO; ở giai đoạn đầu tạo kết tủa cùng sữa vôi để kéo theo các chất phi đường cùng kết tủa Còn xông SO,lần 2 để tẩy mầu chè đặc, làm giảm độ nhớt của chè đặc tạo điều kiện tốt cho nấu đường

dị Nông độ SỐ,

Đối với từng loại mía, từng vùng canh tác mà yêu cầu nồng độ SO, không giống nhau Các nhà máy đường thường dùng nồng độ SO, trong khoảng 8+10ml dung dịch iốt N/32 Lượng lưu huỳnh tiêu hao khoảng 0,05+0,06% so với trọng lượng mía

3 Phương pháp cacbonat hoá -

Phương pháp này sử dụng khí CO, được lấy từ khí lò vôi hoặc lò hơi có hàm lượng CO = 30+32% Khí CO, xông vào nước mía để loại các chất phi đường Phương pháp cacbonat hoá đựợc sử dụng theo 3 dạng :

- Phương pháp xông CO; một lần;

- Phương pháp xông CO, chè trung gian;

- Phương pháp xông CO, thông thường (xông CO; hai lần, xông SO, hai lần) a) Phương pháp xông CO; một lần theo sơ đô công nghệ hình II 10

Phương pháp xông CO: một lần tạo nhiều bọt, loại được ít chất không đường nên ít được áp dụng

b) Phương pháp xông CO, chè trung gian theo sơ đồ công nghệ hình II I l

Hình II.!1 Sơ đồ công nghệ phương pháp xông CO: chè trung gian

Phương pháp này nước mía được xử lý tốt hơn, phản ứng kết tủa các tạp chất phi đường thực hiện được hoàn toàn hơn, các thiết bị ít đóng cặn, tiết kiệm được hoá chất

c) Phương pháp cacbonat hoá thông thường (xông CÓ; hai lần, xéng SO, hai lần)

Phương pháp xông CO; hai lần, xông SO: hai lần được sử dụng để sản xuất đường kính trắng có chất lượng cao, công nghệ được thể hiện trong hình II.12

Xéng SO, lan 1 SO,

pH =6,8 = 7,2 Gia nhiét 2

Hình II.12 Sơ đồ công nghệ phương pháp

Mật chè

d) Điêu kiện công nghệ của phương pháp cacbonat hoá

đ1: Lượng vôi : Tổng lượng gia vôi (1,8+2,0% so với trọng lượng mía) trong đó :

- Giai đoạn ! cho vào gBla vôi sơ bộ khoảng 0,2% nhằm làm trung hoà axit hữu

cơ, và tiêu diệt vị sinh vật hoạt độn 8 trong nước mía làm đường chuyển thất đường Saccarôza ngay từ đầu hoá gây tổn

- Giai đoạn 2 cho vôi vào nước mía khi xông CO, lần 1 (1,6+1,8% so với mía)

38

đ2.Xông CO; để tạo muối kết tha CaCO,, tai vi tri bao sung | khéng ché pH=10,5+11,3 nén lugng sita voi 1én do vay ham lugng CO, phai dat 30% thì mới

Két tua CaCO, trên bề mặt của nó hấp phụ các chất màu, chất không đường cùng kết tủa Khi xông CO; vào nước mía có phản ứng xảy ra như sau :

CO, + H,O = H,CO,

H,CO,+ Ca(OH), = CaCO, Ỷ + 2H,O d3.Nhiét dé : Chon cho ting giai doan phi hop Giai đoạn có nhiệt độ thấp dé hâm nóng và tạo nhân kết tủa, hạt bé chưa đủ để kết vón, đo vậy dung dịch có nhiều bọt Giai đoạn có nhiệt độ cao kết tủa tạo được hạt to, kết vón nhanh, ít bọt, phản ứng thực hiện được hoàn toàn, tốc độ lắng các hạt kết tủa xuống đáy nhanh, lọc dễ đàng Ngoài ra khi nhiệt độ cao ở quá trình bốc hơi khi vào hệ thống bốc hơi nước mía có thể bốc hơi ngay liên tục nên không bị thất thoát nhiệt

d4.X6ng SO, tao két tha của muối axit canxi trong dung dịch tạo ra muối

CaSO, phan ứng xây ra như sau :

CaA; + H,SO, = CaSO,+ 2HA Phương pháp cacbonat hoá tạo được nhiều kết tủa, loại các chất phi đường nhiều hơn và độ chênh lệch mức độ sạch của dung dịch cao hơn Bảo quản đường được lâu hơn Nhưng hoá chất dùng nhiều hơn, vốn đầu tư cao Sơ đồ công nghệ phúc tạp Các thiết bị khâu quản lý, điều kiện khống chế cũng phức tạp nhiều

Bảng ILI So sánh các phương pháp làm sạch

1 | Phương pháp vôi |- Vốn đầu tư ít - Hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp

- Thiết Bị, quy trình công nghệ, quản lý điều |- Sản xuất ra sản phẩm đường vàng hành đơn giản

2 | Phươngpháp |- Sản xuất ra sản phẩm đường kính trắng _ |> Sản phẩm đường khó bảo quản, dễ hút

sunfit hoa - Vốn đầu tư ít âm và biến màu

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

3 Phương pháp _ |- Sản xuất ra sản phẩm đường kính trắng có |- Thiết bị, quy trình công nghệ phức tạp

cacbonat hoá chất lượng cao - Điều hành, quản lý khó khăn

- Hiệu suất thu hồi cao

4 Phương pháp |- Sản phẩm thu được là đường kính trắng có | - Tiêu hao nhiều hoá chất

taođổiion | chấtlượng cao - Mất nhiều thời gian tái sinh trao đổi ion

- Giảm lượng cặn đóng ở các tiết bị - Giá thành sản phẩm cao

11.4 LANG, LOC NUGC MIA

1 Lang trong nuéc mia

a) Muc dich lang nuéc mia

Phân biệt nước mía trong sạch và kết tủa Kết tủa được tạo ra khi cho các chất điện ly vào nước mía trong quá trình làm sạch

b) Nguyên lý lắng trong

Hướng theo lực của vật thể và trọng lượng riêng của vật thể Nước mía ở trạng thái tính khi đã có kết tủa thì sẽ chịu tác dụng hai loại lực :

- Trọng lực đi xuống của kết tủa

- Lực đẩy kết tủa đi lên (acsimet)

Khi lực đi xuống lớn hơn lực đẩy vật lên, lúc này kết tủa sẽ đi xuống (lắng xuống)

Lắng nhanh hay chậm được quyết định bởi độ chênh lệch về trọng lượng giữa chất rắn và chất lỏng

Trong quá trình làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hoá cần phải tạo ra một lượng lớn các hạt kết tủa sunfit canxi (CaSO,) và phôtphat canxi [Ca;(PO,).], lợi dụng diện tích mặt ngoài rất lớn của các hạt kết tủa này, chúng có thể hấp phụ các mảng chất keo đã ngưng tụ để cùng lắng xuống Do vậy lợi dụng tính chất này để

đạt được mục đích của lắng trong

c) Các nhân tố ảnh hưởng đến lắng

1) Khối lượng riêng của các hạt lắng : Hạt lắng là chất kết tủa có khối lượng riêng chênh lệch với khối lượng riêng của nước mía Tốc độ lắng nhanh chậm được quyết định bằng độ chênh lệch của khối lượng riêng Khối lượng riêng càng lớn tức hạt kết tủa lớn thì độ chênh lệch lớn, từ đó lắng sẽ nhanh Quá trình lắng cần phải

lợi dụng diện tích mặt ngoài của các hạt chất lắng CaSO, va Ca,(PO,), để chúng thu

hút các máng chất keo nhẹ hơn cùng lắng xuống tạo thêm khối lượng riêng cho chất kết tủa

2) Nhiệt độ : Nước mía trước khi vào bộ lắng phải qua gia nhiệt (100-102°C) Như vậy nhiệt độ của nước mía đi vào bộ lắng có ảnh hưởng rất nhiều đến quá trình

lắng Các hạt kết tủa ở nhiệt độ này có thể thoát bớt nước để tự tập lại làm tăng thêm

độ chênh lệch khối lượng riêng hạt kết với nước mía

tri s6 pH khống chế tại trung hoà quá cao, với điều kiện nhiệt độ cao trong bộ lắng thì đường hoàn nguyên bị phá huỷ và tạo nên các chất keo Nhưng nếu pH quá thấp các kết tủa tạo thành chưa hoàn toàn sẽ tạo tiếp thành các muối axit hoà tan

Sa hoặc Ca(HCO,), Sẽ làm ảnh hưởng đến tốc độ lắng gây nên bùn không rắn chắc

3) Trị số pH : Trị số pH phải ổn định, không được lên xuống thất thường Nếu

+

40

2 Loc

a) Muc dich cua loc

Tận dụng thu hồi phần nước đường còn trong bùn và loại phần kết tủa (bùn) thải ra Bởi vì sau khi lắng các chất kết tủa đọng xuống đáy máng chứa và còn lại một lượng nước bùn Muốn thu hồi được phần nước đường trong nước bùn các nhà máy đường thường sử dụng hai dạng lọc (lọc khung bản và lọc hút chân không kiểu

vành đai)

b) Nguyên lý lọc

Dùng loại môi chất có nhiều lỗ để dung dịch có thể chui qua các lỗ nhỏ, các chất huyền phù (bùn) được giữ lại trên vải Muốn tách được tốt cần tạo ra một áp lực tương đối lớn ở một phía của môi chất này, hoặc tạo nên độ chân không (tức áp suất âm) nhất định, làm cho giữa hai phía của môi chất lọc sinh ra độ chênh lệch áp lực nhất định Chỉ khi độ chênh lệch áp lực lớn hơn tổng lực cản của môi chất thì dung địch lọc mới chảy về phía có áp lực thấp hơn một cách thuận lợi

c) Các nhân tố ảnh hưởng đến chất lượng lọc

1) Chất kết tủa :

Chất kết tủa lớn rắn chắc có dạng tỉnh thể sẽ lọc được nhanh, ngược lại dạng hạt bé lơ lửng không đồng đều sẽ làm tắc các lỗ vải (môi chất) lọc sẽ chậm Đặc biệt chất kết tủa dạng keo (protein, muối cua axit pectic, axit humic) co thể làm tắc vải, làm tăng độ nhớt của dung dịch Trong trường hợp lượng P,O, chứa trong nước mía thấp thì phải cho thêm vào phù hợp hoặc cho chất trợ lọc nhằm tăng tỷ trọng các hạt kết tủa, đồng thời cũng có lợi cho các chất keo trong nước mía lắng đọng xuống làm giảm bớt độ nhớt

2) Áp lực lọc hoặc độ chân không

Độ chênh lệch áp lực giữa hai phía môi chất là một trong những yếu tế quan trọng của khả năng lọc, nên áp lực lọc và khả năng lọc có quan hệ rất mật thiết Áp lực lọc hay áp suất dư hai đầu ống mao quản là động lực của lọc

Áp lực lọc có ảnh hưởng lớn đến tốc độ dung dịch đi qua ống mao quản Nếu chất kết tủa dạng tỉnh thể không bị nén, tốc độ lọc tỷ lệ thuận với áp lực lọc Điều này được chứng minh như máy lọc ép khung bản thông thường lúc mới lọc, do lực cản lọc rất bé tốc độ lọc nhanh Vì vậy áp lực khi mới lọc khống chế rất nhỏ để không cho bùn lọc bị ép quá chắc sớm, sẽ có lợi cho tốc độ lọc và kéo dài thời gian lọc một cách hữu hiệu

Theo thời gian lọc càng tăng thì lượng bùn nén càng dày dần lên, lực cản lọc cũng tăng lên thì áp lực lọc cũng phải tăng lên

- Áp lực lọc ép khung bản 2-5 kG/cm”

- Áp lực lọc của lọc chân không 260-500mmHg