CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG VÀ CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG KÈM THEO NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG TRONG CÔNG NGHỆ NÀY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNGTIỂU LUẬN MÔN HỌC Đề tài: CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG VÀ CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG KÈM THEO NGUỒN GỐC CỦA CHÚNG TRONG CÔNG

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘIVIỆN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ MÔI TRƯỜNG

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

Đề tài:

CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG VÀ CÁC CHẤT THẢI ĐẶC TRƯNG KÈM THEO NGUỒN

GỐC CỦA CHÚNG TRONG CÔNG NGHỆ NÀY

Giáo viên hướng dẫn: Thạc sĩ Đinh Bách Khoa

Nhóm 7 bao gồm các sinh viên: Phạm Xuân Điệp

Vũ Văn Hiện

Nguyễn Thu Thủy

Nguyễn Văn Trung

Nguyễn Tiến Mạnh

1 Nguyên liệu, năng lượng: Nguồn gốc, thành phần, vùng cung ứng…………Trang 5

2 Quy trình sản xuất mía đường Trang 6

3 Nhận xét chung về công nghệ Trang 16

3.1 So sánh các phương pháp làm sạch nước mía

3.2 Phương pháp sunfit hóa

3.3 Phương pháp cacbonat hóa

Phần kết luận Trang 18

Tài liệu tham khảo Trang 19

Phần mở đầu:

Sơ lược và vai trò của việc sản xuất đường trong nền kinh tế Việt Nam

Ngành đường mía đã phát triển từ rất xưa nhưng phát triển nhất là vào đầu thế kỉ XX Vào năm 1994, cả nước ta mới có 9 nhà máy sản xuất đường mía (chủ yếu là từ mía) và 2 nhà máy sản xuất đường mía tinh luyện với tổng sản lượng 11.000 tấn/ năm[1] Vì vậy, hàng năm nước ta phải nhập khẩu từ 300.000 - 500.000[1] tấn đường mía với số tiền bỏ ra hàng trăm triệu USD Năm 1995 với chủ trương là: “Đầu tư theo chiều sâu, mở rộng các nhà máy hiện có, xây dựng thêm những nhà máy có quy mô vừa và nhỏ ở những vùng nguyên liệu nhỏ” Nghị Quyết Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ 8 đã quyết định xây dựng các nhà máy có công nghệ tiên tiến, kết hợp liên doanh với nước ngoài Tại Đại hội đặt mục tiệu vào năm 2000 sản lượng đường mía là 1.000.000 tấn/ năm[1] Ngành đường mía (đặc biệt là mía đường mía) được nhà nước ta chọn làm chương trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, xóa đói, giảm nghèo và giải quyết vấn đề lao động việc làm Ngành mía đường mía được giao nhiệm vụ “Không phải là ngành với mục đích lợi nhuận mà phải tối đa là ngành kinh tế xã hội”

Thực hiện chương trình quốc gia đạt 1 triệu tấn đường từ năm 1995 – 2000, Nhà nước ta đã tăng công suất của 11 nhà máy cũ, đồng thời còn xây dựng thêm 33 nhà máy mới với tổng công suất đạt 81.500 tấn (so với năm 1994, tăng 33 nhà máy và 760.000 tấn công suất)[1] Năm 2000, sản lượng đường nước ta đạt 1 triệu tấn) Như vậy nước ta cơ bản đã đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước, chấm dứt hàng năm nước ta phải chi hàng trăm triệu USD để nhập khẩu đường

Sản xuất đường chiếm một vị trí khá quan trọng đối với ngành công nghiệp thực phẩm trên thế giới, với tổng sản lượng hàng năm khoảng 95 triệu tấn[1] Nếu tính đến trước năm 1915 thì đa số đường được sản xuất ra từ củ cải đường, sau năm 1915, chiếm đa số là đường sản xuất từ mía (60%)[1]

Mỗi tấn mía tạo ra được khoảng 100 kg đường tinh luyện Thu hoạch mía trung bình khoảng

60 tấn/ha[1] Tuy nhiên, ở các nước khá phát triển, do áp dụng tiến bộ kỹ thuật vào nông nghiệp, lượng mía thu được lên đến 80 tấn/ha[1]

Để đủ sức cạnh tranh, người ta sản xuất đường từ những nhà máy lớn, sản xuất theo dây chuyền, chế biến khoảng 0,5 - 2 triệu bao 60 kg/năm hay ít nhất 30.000 tấn đường tinh luyện/năm

3

(60 kg x 500.000 bao) Để sản xuất được sản lượng này, phải thu hoạch trên 3.750 ha mía/năm.[1]

Ngành đường phát triển đã thúc đẩy ngành trồng mía, củ cải đường phát triển Mặt khác nó giúp người nông dân tích cực khai hoang mở rộng diện tích canh tác (tăng 200.000 ha)[1], chuyển dịch cơ cấu cây trồng Do đó làm tăng sản lượng mía đường đạt 18 triệu tấn mía[1] Về cơ bản là đã giải quyết việc làm cho hơn 1 triệu lao động nông thôn Hàng năm có từ 150 - 200 ngàn hộ gia đình giao bán cho nhà máy đường, trong đó có 70% ký kết hợp đồng bao tiêu để ổn định sản xuất[1] Các nhà máy đường đã cử cán bộ kỹ thuật xuống hướng dẫn kỹ thuật chọn giống, cách thức chăm sóc, phân bón, cho vay vốn đầu tư, giúp tăng năng suất, tăng sản lượng bán cho nhà máy, tăng thu nhập ổn định cuộc sống và sản xuất cho nông dân

Trải qua hơn 10 năm phát triển với sự hỗ trợ của Nhà nước, bộ mặt nông thôn khu vực trồng mía đường có nhiều thay đổi rõ rệt như: sản xuất và đời sống của nhân dân tăng lên, nhiều trường học cho trẻ em nghèo được mở ra,…

Phần nội dung:

1 Nguyên liệu năng lượng: Nguồn gốc, thành phần, vùng cung ứng:

Nguyên liệu để sản xuất đường có từ rất nhiều loại khác nhau như chủ yếu là mía, củ cải

đường, cây thốt lốt, ngoài ra ta có thể sản xuất từ lõi ngô.( Theo www.baodatviet.vn) .

Điều kiện khí hậu một số vùng nước ta như ở Lam Sơn (Thanh Hóa), Nghệ An, Hòa Bình, Quảng Ngãi, rất thuận lợi cho cây mía phát triển nên ở những khu vực này xuất hiện nhiều nhà máy sản xuất đường như: nhà máy đường Lam Sơn, nhà máy đường Nghệ An Tatte & Lyle, nhà máy đường Bourbon Tây Ninh, nhà máy đường Phụng Hiệp, nhà máy đường Vị Thanh, nhà máy đường Sơn La, nhà máy đường Quảng Ngãi, Hầu hết các nhà máy đường mới được xây dựng ở vùng nông thôn trung du, miền núi, vùng dân tộc ít người được phân bố khắp cả 3 miền (miền Nam: 14 nhà máy, miền Trung và Tây Nguyên: 15 nhà máy, Miền Bắc: 13 nhà máy)

5

SƠ ĐỒ GIÁ TRỊ KINH TẾ CỦA CÂY MÍA

Sản phẩm chế biến công nghiệp

Rượu- cồn

Phân bón

Các sản phẩm khác

Thức ăn gia súc Sản hảm sợi, bột giấy

Sản phẩm vi sinh

CÂY MÍA

Phân bón

2 Quy trình sản xuất mía đường:

hìn anh 1.xps hìn anh 2.xps hìn anh 3.xps hìn anh4.xps hìn anh 5.xps hìn anh 6.xps hìn anh 7.xps (htt p://nghttp://www.mediafire.com/?wx2cl4mteof)

2.1 Sơ đồ công nghệ:

• Các quy trình sản xuất có thể có:

2.1.1 Lấy nước mía:

 Để tách nước mía ra khỏi thân cây ta có thể dùng phương pháp:

- Ép

- Khuếch tán

Nguyên lý chung: xé và ép dập thân cây mía để lấy nước mía

 Ép là công đoạn đầu tiên của quá trình làm đường được chia thành các công đoạn nhỏ sau:

Lấy nước

mía

Làm sạch nước mía

Cô đặc nước mía

Nấu đường

và kết tinh

Ly tâmSấy

 Xử lý cây mía trước khi ép:

Do mía có lớp sáp, phấn và hình dạng khác nhau nên cần phải xử lý sơ bộ trước khi ép

Ở đây ta chỉ sử dụng phương pháp cơ học làm thay đổi tính chất vật lý Mục đích của giai đoạn này là tạo điều kiện ép dễ dàng, nâng cao công suất và hiệu suất của công đoạn ép Các thiết bị ta thường dùng: máy san bằng, máy băm, máy đánh tơi, máy ép dập

7

NHÀ MÁY MÍA ĐƯỜNG

Đường sắt, đường thủy, đường bộ

Phương tiện: cần cẩu, xe goong, máy cào, băng chuyền

Thiết bị

Máy san bằng: san đều lớp mía vừa đổ xuống.Hiệu suất không lớn, hiện nay ít dùng

Máy băm mía: băm, phá vỡ các tế bào mía

Tác dụng: nâng cao công suất ép và hiệu suất ép

Máy đánh tơi: xé, đánh tơi để ép dễ dàng hơn, hiệu suất ép tăng

Máy ép dập: tác dụng lấy nước mía, vụn hơn, thu nhỏ thể tích giúp hệ thống máy ép sau làm việc ổn định, tăng năng suất, tăng hiệu suất và giảm công suất

máy băm mía bằng moto điện

 Lấy nước mía bằng phương pháp khuếch tán: Đây là hiện tượng trong đó hai dung dịch có nồng độ khác nhau tập trung lại sát nhau.

 Bảng so sánh hai phương pháp ép và khuếch tán:

Phương pháp ép Phương pháp khuếch tán

năng lượng lớn, công suất lớn

Không thể ép hoàn toàn

Giá tiền chế tạo, sửa chữa, bảo

dưỡng nhiều

Hiệu suất thu hồi ít

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

Tóm lại: theo bảng so sánh trên, phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm so với phương pháp ép

2.1.2 Làm sạch nước mía:

 Mục đích của làm sạch nước mía:

Máy đánh tơi kiểu đĩa máy đánh tơi kiểu búa lắc

Nước mía hỗn hợp có pH = 5-5.5[ 2] trong quá trình làm sạch độ pH biến đổi kéo theo các quá trình biến đổi về hóa lý và hóa học các hợp chất không đường trong nước mía Có ảnh hưởng rất lớn đến hiệu quả làm sạch nước mía Ngoài pH người ta còn sử dụng phương pháp nhiệt độ, vôi, CO2, SO2, P2O5 để làm sạch nước mía.

Hỗn hợp nước mía được gia vôi để pH =6.2-6.6[2] và sau đó bổ sung P2O5 (dưới dạng H3PO4 hay supe phốt phát canxi) Sau đó dung dịch đưa đến nhiệt độ 55-60oC[2] ta tiếp tục xông SO2 lần 1 và làm trung hòa nước mía đến pH= 6.8-7.2[2] ta nâng nhiệt độ đến 102-105oC và đi vào thiết bị lắng Nước mía sau khi lắng gọi là nước mía trong ,còn nước bùn đưa đi lọc chân không hoặc lọc ép được nước trong đem trộn lẫn với dung dịch trong, phần bùn chuyển ra ngoài Sau đó ta đun nóng lần 3 (110-115oC)[2] và cô đặc Tiếp tục xông SO2 lần 2 và pH= 6.2-6.6[2] sau đó lọc kiểm tra và thu được mật chè trong

9

Mục đích

Loại bỏ tối đa chất không đường đặc biệt các chất có hoạt tính bề mặt

Trung hòa nước mía hỗn hợp

Loại bỏ tối đa những chất rắn dạng lơ lửng trong nước mía

Sơ đồ công nghệ của phương pháp Sunfit hóa axit:

2.1.3 Cô đặc:

Nước mía trong đưa đi gia nhiệt lần 3 đến nhiệt độ 110 → 112ºC[2] và cho vào hệ thống cô đặc Hệ thống cô đặc gồm từ 4 - 5 nồi làm việc liên tục dưới áp chân không Nước mía sau khi cô đặc có nồng độ hoà tan 60 → 65 Bx gọi là mật chè thô Mật chè thô được đưa qua hệ thống xử lý lắng nổi để loại bỏ các tạp chất lơ lửng sau đó xông SO2 để tẩy màu được mật chè tinh

2.1.4 Nấu đường và kết tinh:

Nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến quá bão hòa Sản phẩm nhận được sau khi nấu là đường non gồm tinh thể đường và mật cái (massecuite)

Quá trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, tránh hiện tượng caramen hóa và phân hủy đường Nhiệt độ nấu đường khoảng 70-80oC Đối với các sản phẩm cao cấp, quá trình kết tinh còn tiếp tục thực hiện trong các thiết bị kết tinh làm lạnh bằng phương pháp giảm nhiệt độ

2.1.5 Ly tâm:

Là giai đoạn tách tinh thể đường ra khỏi mật bằng lực ly tâm trong các thùng quay với tốc độ cao Sau ly tâm thu được đường mật nâu và đường mật trắng (massecuite) Các sản phẩm trung gian (đường B, C) được xử lý tiếp trong quá trình sản xuất mà không được rửa và nhiệt độ nước rửa khoảng 75-80oC[3] Mật sau khi rửa gọi là mật trắng có độ tinh khiết cao hơn mật nâu Sau khi rửa nước, dùng hơi nước bão hòa ở áp suất 3-4 atm để rửa[3] Lượng hơi nước được dùng khoảng 2-3%[3]so với khối lượng đường Massecuite được phân tách trong thiết bị quay li tâm kiểu giỏ Các tinh thể đường tiếp tục ở lại trong giỏ, trong khi chất lỏng (mật rỉ) được loại qua các lỗ hổng trên giỏ bằng lực li tâm Đường này gọi là đường thô, được tiếp tục xử lý để trở thành đường tinh

2.1.6 Sấy:

Sau khi ly tâm ta thu được đường cát có độ ẩm 1,75% và nhiệt độ 70-80oC[3] Mục đích của việc sấy đường nhằm làm khô đường, làm màu sắc đẹp hơn và thuận tiện cho quá trình bảo quản.Trong quá trình sấy, ta thổi không khí nóng qua tinh thể đường, khi đó thì các hạt bụi ẩm sẽ

11

thoát nước theo không khí nóng Người ta sử dụng túi lọc để thu lại tinh thể đường Quá trình sấy tương đối dễ dàng, thiết bị sấy không quá phức tạp Nhưng một điều bắt buộc là phải làm nguội đường ở nhiệt độ phòng nhằm thuận lợi cho việc bảo quản.

2.2 Các chất thải kèm theo trong từng công đoạn:

 Chất thải rắn: gồm bã mía, tro lò hơi, bùn lọc

• Mật rỉ: là sản phẩm phụ của sản xuất đường Lượng mật thường chiếm khoảng 5%[4] lượng mía ép, mật rỉ sử dụng để sản xuất cồn, sản xuất mì chính, nấm men

• Bã: chiếm 26,8 - 32% lượng mía ép, với hàm ẩm khoảng 50% Phần chất khô chứa khoảng 46% Zenluloza và 24,6% Hemizenluloze[5]

• Tro lò hơi: chiếm 1,2% lượng bã mía Thành phần chính của tro là SiO2, chiếm 71 - 72% Ngoài ra còn các khoáng khác như Fe2O3, Al2O3, K2O, Na2O, P2O5, CaO, MnO [4]

• Bùn lọc: là cặn thải của công đoạn làm trong nước mía thô Bùn có độ

ẩm 75 - 77%, chiếm 3,82 - 5,07% lượng mía ép[4]

 Chất thải lỏng: Công nghệ sản xuất đường mía sử dụng khối lượng nước rất lớn cho các mục đích khác nhau Kết quả khảo sát ở 11 nhà máy đường cho thấy: Định mức tiêu hao nước biến động từ 13 - 15 m3/1 tấn mía ép[4] Trong đó nước Baromet chiếm tới 76 - 77%, nước rửa nhà sàn, nước làm mát trục ép, vệ sinh thiết bị và nước giặt băng tải tách bùn có hàm lượng chất hữu cơ cao cần xử lý chiếm 6 - 10% tổng lượng nước thải[4]

Kết quả khảo sát chất lượng nước thải cống chung của 9 nhà máy đường cho thấy hầu hết đều vượt quá TCVN 5945 - 1995 loại B.

 Ngoài ra chất thải còn sinh ra trong quá trình vận chuyển mía từ cách đồng vào nhà máy, trên các băng chuyền, quá trình ép mía…Và chất thải do máy móc hỏng, hóa chất dư thừa, bao bì lỗi, và chất thải sinh hoạt của công nhân,…

b Vấn đề xử lý, biện pháp giảm thiểu:

 Khí thải lò hơi được tách bụi bằng hệ thống cyclon tách bụi ẩm hoặc cyclon thủy lực có hiệu quả tách cao Các loại khí gây ô nhiễm được lọc qua màng nước dập trước tro bụi và các khí thải hòa tan trong nước trước khi đưa vào không gian

 Chất thải rắn: Vào năm 2000 - 2001 với 40 nhà máy đã ép được 7,2 triệu tấn và tổng lượng mật rỉ thu được khoảng 324.000 tấn.[6]

• Sản xuất phân hữu cơ vi sinh:

Phân hữu cơ được sản xuất từ phế liệu của sản xuất đường gồm bã thải trong tinh chế nước mía, tro bã mía sau đốt lò hơi Ở những cơ sở có hệ thống xử lý sinh học nước thải, bùn hoạt tính dư

là nguồn nguyên liệu quý cho sản xuất phân bón

Hiện cả nước có 32 nhà máy đường đã tận dụng bùn và tro để sản xuất phân bón vi sinh, trong

đó 17 nhà máy đã xây dựng được nhà xưởng, các nhà máy khác sản xuất ngoài trời Công nghệ chủ yếu còn thủ công Vụ 2000 - 2001 đã sản xuất được 100.000 tấn/140.000 tấn công suất thiết kế và

13

mới chỉ đáp ứng được 25% nhu cầu cho vùng nguyên liệu[7] Tuy nhiên sản phẩm của nhiều nhà máy giá thành còn cao, chưa hấp dẫn người trồng mía.

Ở nhiều nước trên thế giới với công nghệ cao thì rỉ đường còn được sử dụng để sản xuất men

nở bánh mì, làm thức ăn gia súc, sản xuất axit xitric, axit lactic Bã rượu từ rỉ đường được dùng sản xuất thức ăn gia súc, nấm men giàu đạm Sử dụng mật rỉ để sản xuất cồn như đã trình bày rất thông dụng tại Braxin Mật rỉ có thể được sử dụng để sản xuất ra nhiều loại sản phẩm khác, ví dụ như men thức ăn gia súc, men làm bánh mì hay dùng trực tiếp làm thức ăn gia súc hoặc sử dụng như một nguồn cacbon hydrate dùng cho nhiều sản phẩm lên men khác Chất bã thu được ngoài việc sử dụng làm chất đốt, còn có thể sử dụng làm các sản phẩm khác như bảng, bột giấy và giấy, nuôi gia súc và sản xuất gas.[8]

 Nước thải vẫn là một vấn đề cần xử lý, bởi nó là nước có độ pH cỡ 7-8 và chứa nhiều tạp chất có hại cho môi trường Nên vấn đề giải quyết chủ yếu dòng thải của nhà máy đường chính là công đoạn xử lý nước thải (đầu ra )

 Còn phần rỉ đường thì ta có thể tận thu để sản xuất cồn rượu, bột ngọt, và các chất hữu ích khác, bởi nó cũng chứa một hàm lượng đường và các chất hữu cơ

c Bảng phụ lục về chất thải [9]

Dưới đây là bảng phụ lục về chất thải của quá trình sản xuất đường

Bảng 1 Thành phần hóa học của chất thải rắn từ sản xuất đường (% Khối lượng)

15

Bảng 2 Thành phần nước thải cống chung của 9 nhà máy đường.

3 Nhận xét chung về các công nghệ sản xuất đường:

Hầu hết các công nghệ sản xuất đường đều có những nét tương đồng là giống nhau về quy trình sản xuất Ở đây ta chỉ so sánh các phương pháp làm sạch nước mía của các công nghệ sản xuất đó

3.1 So sánh các phương pháp làm sạch nước mía:

 Phương pháp vôi dùng để sản xuất đường thô, thiết bị và quy trình công nghệ tương đối đơn giản nhưng hiệu suất thu hồi đường thấp

 Phương pháp sunfit hóa cho sản phẩm đường trắng Trong quá trình bảo quản đường dễ

bị ẩm và biến màu

 Phương pháp cacbonat hóa cho sản phẩm đường trắng, chất lượng đường có thể dùng trong công nghiệp đồ hộp Hiệu suất thu hồi đường cao nhưng quy trình công nghệ thiết bị phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao

3.2 Phương pháp sunfit hóa:

 Ưu điểm:

• Tiêu hao hóa chất (vôi, lưu huỳnh) tương đố ít

• Sơ đồ công nghệ và thiết bị tương đối đơn giản, vốn đầu tư ít

• Sản xuất đường trắng

 Nhược điểm:

• Loại chất không đường ít, sau khi làm sạch thì hàm lượng chất không đường tăng

• Hàm lượng canxi tương đối nhiều gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự đóng cặn trong thiết bị bốc hơi và làm giảm hiệu suất thu hồi đường

• Khi gặp mía xấu, bị sâu bệnh thì khó làm sạch nên không tốt cho đường thành phẩm

• Trong quá trình thao tác, đường sacaroza chuyển hóa tương đối lớn, đường bị phân hủy và tổn thất đường trong bùn cao

3.3 Phương pháp Cacbonat hóa: