Công nghệ sản xuất đường mía

Lịch sử phát triển đường mía, nguyên liệu mía, thu hoạch mía, Quản lý kỹ thuật đối với mía nguyên liệu, Bố trí thời gian ép hợp lý, Thu hoạch mía đúng thời điểm chín và kịp thời đưa mía vào chế biến,Mía đưa vào ép có tạp chất trong không vượt quá mức

MỞ ĐẦU 1. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH ĐƯỜNG 1.1. Thế giới Việc sản xuất đường trên thế giới đã có từ rất lâu đời. Người ta cho rằng kỹ thuật cổ truyền chế biến cây mía thành vài loại chất ngọt được bắt nguồn ở Ấn Độ. Trong khi đó kỹ thuật hiện đại sản xuất đường được đưa từ châu Âu vào châu Á. Từ đời xưa, những người trồng mía ở Ấn Độ đã chế biến cây mía thành một dạng đường đơn giản nhất để tiêu dùng gọi là đường Gur (Gua) hay Jaggery (Jagơry). Người ta lấy nước mía rồi đun sôi nước mía còn chứa tạp chất đến độ đậm đặc nào đó rồi để nguội cho đông rắn lại. Dần dần, người ta biết dùng những hệ thống làm sạch nước mía và chế biến đường với qui mô thương mại. Nhờ tiếp tục cải tiến kỹ thuật của quá trình làm đường Gua hay Jagơry mà người ta đã làm ra được một dạng đường sạch hơn gọi là Khandsary (Khansary). Những từ sugar và candy có nguồn gốc từ những thuật ngữ nói trên. Nhờ sự tiến bộ của khoa học và kỹ thuật mà kỹ thuật sản xuất đường Khandsary không ngừng được cải tiến và hiện nay đã phát triển thành một kỹ thuật trung gian giữa làm đường Gua cổ truyền và kỹ thuật sản xuất đường hiện đại. Từ Ấn Độ, kỹ thuật cổ truyền sản xuất đường được phổ biến tới các khu vực khác ở châu Á, châu Âu, Bắc Phi đồng thời đã đưa việc sản xuất đường thành một ngành công nghiệp mới. Nhà máy sản xuất đường hiện đại đầu tiên trên thế giới được xây dựng ở nước Anh vào thế kỷ XIX. Nhiều thiết bị quan trọng của công nghiệp đường cũng được phát minh vào thế kỷ này. Năm 1813 Howard phát minh nồi bốc hơi chân không nhưng chỉ bốc một nồi, hiệu quả bốc hơi còn thấp. Đến năm 1843 Rillieux phát minh hệ bốc hơi nhiều nồi, tiết kiệm được nhiều lượng hơi đốt. Năm 1837 Pozolat phát minh máy li tâm truyền động ở đáy, lấy đường ở trên, thao tác không thuận tiện. Năm 1867 Weston đã cải tiến truyền động ở trên, lấy đường ở dưới, hiện đang dùng phổ biến trong các nhà máy đường. Năm 1820 máy lọc ép khung bản ra đời. Năm 1878 máy sấy thùng quay ra đời. Năm 1884 thiết bị kết tinh làm lạnh xuất hiện Năm 1892 máy ép ba trục hiện đại được dùng ở Mỹ. Những thiết bị đó dần dần được dùng trong công nghiệp thực phẩm và công nghiệp hoá học. Từ những năm 60 của thế kỷ XX, kỹ thuật sản xuất đường đã phát triển với tốc độ nhanh. Vấn đề cơ khí hoá, tự động hoá đã được ứng dụng rộng rãi trong nhà máy đường. Sản lượng đường trên thế giới đã tăng một cách nhanh chóng. Năm 1840 sản lượng đường trên thế giới mới đạt trên 1 triệu tấn nhưng 50 năm sau đã đạt 6,7 triệu tấn, trong đó đường củ cải chiếm 3,9 triệu tấn, đường mía chiếm 2,8 triệu tấn. Trong niên vụ 1995-1996 sản lượng đường thế giới ước tính đạt 117,9 triệu tấn; trong đó đường sản xuất từ mía là 81,5 triệu tấn, đường củ cải là 27,4 triệu tấn và đường thay thế chế biến từ ngô mới chiếm khoảng 9 triệu tấn 1 (HFCS: sirô ngô có hàm lượng fructose cao). Niên vụ 2002-2003 sản lượng đường thế giới ước đạt 143,4 triệu tấn; trong đó sản lượng đường mía ước tính 110,5 triệu tấn. Riêng Châu Á sản xuất được 48,9 triệu tấn đường mía chiếm 44% sản lượng đường mía của toàn cầu, Bắc và Trung Mỹ được 15 triệu tấn (14%), Nam Mỹ được 31 triệu tấn (28%), Châu Phi được 9,2 triệu tấn (8%), Châu Đại Dương được 5,8 triệu tấn (5%). Niên vụ 2002-2003, nước sản xuất đường nhiều nhất thế giới là Braxin, ước tính tổng sản lượng đường là 23,7 triệu tấn, tiếp đến Ấn Độ - 20 triệu tấn, Trung Quốc - 10,1 triệu tấn, Thái Lan - 7,6 triệu tấn, Mexico - 5,16 triệu tấn, Pakistan - 4 triệu tấn. Sản lượng đường của thế giới 2002-2003 nhiều hơn đáng kể khả năng tiêu thụ của thị trường (137,9 triệu tấn). Do vậy, một số quốc gia có khuynh hướng giảm sản lượng để cân bằng giữa cung và cầu. Braxin có thể sản xuất ít đường hơn do dùng mía để sản xuất cồn etylic. Thái Lan cũng bắt đầu đưa nhà máy sản xuất rượu etylic từ nước mía đường vào hoạt động để giải quyết vấn đề thừa cung. Theo kế hoạch của chính phủ Thái Lan, ruợu etylic sẽ được trộn với xăng và bán trong nước làm nhiên liệu sinh học gọi là gasohol. Bản đồ các nước có sản lượng đường nhiều trên thế giới 1.2. Trong nước Ở nước ta, nghề trồng mía đã có từ lâu đời. Cùng với nghề trồng mía, từ xưa nhân dân ta đã biết làm ra những loại đường truyền thống như đường miếng, đường thẻ, đường phèn, đường phổi...Tuy nhiên ngành chế biến đường mía ở nước ta chưa phát triển kịp với sự phát triển của ngành đường thế giới. Từ năm 1975 -1995 nước ta có thêm nhiều Nhà máy đường (NMĐ) mới như: NMĐ La Ngà (Đồng Nai) năng suất 2000 tấn mía/ngày (TMN); NMĐ Lam Sơn (Thanh Hoá ) 1500 TMN, Tây Ninh 500 TMN; đồng thời các NMĐ Bình Dương, Quảng Ngãi đã nâng năng suất từ 1500 TMN lên 2000 TMN. Năm 1995 Chính phủ đã đưa ra đề án phát triển mía đường Việt Nam và từ đó đến nay hàng loạt các nhà máy Đường lớn nhỏ khác nhau lần lượt ra đời. Đến nay nước ta có khoảng 44 nhà máy đường đưa tổng năng suất ép lên 50000-60000 tấn mía/ngày với sản lượng đường hơn 1 triệu tấn/năm và mức tiêu thụ bình quân 13-15 kg/người/năm. 2. SƠ LƯỢC VỀ LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG 2 3 Mía → Xử lý mía → Lấy nước mía → Làm sạch nước mía → Cô đặc nước mía → Làm sạch mật chè → Nấu đường, trợ tinh → Ly tâm tách mật → Làm khô → Phân loại → Đóng bao → Đường thành phẩm. 3. MỘT SỐ THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG: Trong công nghiệp sản xuất đường mía, danh từ Đường (sugar) dùng để chỉ đường saccharose còn những chất không phải là đường saccharose thì gọi là chất không đường hay phi đường (non sugar). 3.1. Mía: nguyên liệu dùng để sản xuất đường gồm mía thuần và các tạp chất theo mía. 3.2. Tạp chất của mía: gồm lá, ngọn mía non, rễ, đất, cát... 3.3. Bã mía: mía đã được qua ít nhất một lần ép hoặc trích ly để lấy nước mía. 3.4. Bã nhuyễn: là phần bã mía rất nhỏ sinh ra trong quá trình chặt, đánh tơi và cán ép cây mía để lấy nước mía. 3.5. Nước mía nguyên: là nước mía được ép ra từ cây mía chưa pha trộn nước vào, như nước mía ép ra của máy ép đầu tiên. 3.6. Nước mía hỗn hợp: nước mía tổng hợp lấy ra từ dàn ép, bao gồm nước mía ép ra ở máy đầu tiên và các máy ép sau đã được pha loãng bởi nước thẩm thấu. 3.7. Nước chè trong: là nước mía thu được sau khi qua công đoạn làm trong làm sạch (gồm các quá trình: gia nhiệt, gia vôi, xông SO2 hoặc CO2, lắng trong) . 3.8. Chất khô: chất rắn hoà tan không bay hơi có trong dung dịch. 3.9. Độ Brix (0Bx) : Bx viết tắt của chữ Brix. Độ Bx biểu thị phần trăm (%) khối lượng của chất rắn hoà tan so với khối lượng dung dịch, thường được đo bằng Bx kế (là một loại phù kế) hay tỉ trọng kế. Thí dụ : Nước mía 12oBx nghĩa là có 12 phần chất khô trong 100 phần nước mía. * Độ Bx đo ở nhiệt độ bất kỳ gọi là Bx quan sát hay Bx biểu kiến. * Độ Bx đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn (20oC) hoặc Bx đã được hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn gọi là Bx cải chính. Độ Beaume (0Be): Đối với một số dung dịch, người ta đo nồng độ chất khô bằng beaume kế (là một loại phù kế), đơn vị đo là 0Be. 10Be = 1,84oBx 3.10. Pol: Pol viết tắt của chữ Polarimeter, là thành phần đường saccharose có trong dung dịch tính theo phần trăm khối lượng dung dịch do kết quả đo được bằng máy Polarimet 1 lần theo phương pháp tiêu chuẩn quốc tế. Pol chính là hàm lượng đường saccharose gần đúng của dung dịch. Tuy gần đúng nhưng nhờ xác định nhanh nên được sử dụng phổ biến trong các nhà máy sản xuất đường. 3.11. Độ đường theo Sacc: Là thành phần đường saccharose có trong dung dịch tính theo phần trăm khối lượng dung dịch căn cứ vào kết quả của phương pháp đo và phân tích chính xác của phòng thí nghiệm còn gọi là phương pháp chuyển hoá. Phương pháp này loại trừ ảnh hưởng của những chất không đường gây nên trong quá trình xác định thành phần đường saccharose. 3.12. Độ tinh khiết (tinh độ): biểu thị bằng tỷ số phần trăm khối lượng đường saccharose so với khối lượng chất rắn hoà tan có trong dung dịch. 4 Độ tinh khiết có thể tính theo: * AP (Apparent Purity): biểu thị độ tinh khiết đơn giản (biểu kiến) của dung AP = Pol 100,% Bx dịch đường là tỉ lệ phần trăm khối lượng saccharose (tính theo pol) trên toàn phần khối lượng chất khô trong dung dịch đường. Pol: được xác định trực tiếp 1 lần trên máy phân cực Polarimet. Bx: được xác định bằng Bx kế hay Baume kế (1 Be=1,84 Bx) * GP (Gravity Purity) biểu thị độ tinh khiết trọng lực của dung dịch đường, là tỉ lệ phần trăm khối lượng saccharose tính theo Sacc trên toàn phần khối lượng chất khô trong dung dịch đường GP = Sacc 100,% Bx Sacc: được xác định bằng phương pháp phân cực 2 lần trên máy phân cực Polarimet. Bx: được xác định bằng chiết quang kế. * TP (viết tắt của chữ True Purity) biểu thị độ tinh khiết thực của dung dich đường, là tỷ lệ phần trăm của khối lượng saccharose tính theo Sacc trên toàn phần khối lượng chất khô trong dung dich đường xác định bằng cách sấy khô TP = Sacc 100,% Bx(saykho) Trong thực tế, người ta thường dùng độ tinh khiết đơn giản (AP), tuy độ chính xác chưa cao nhưng xác định nhanh và vẫn đáp ứng yêu cầu sản xuất. 3.13. Đường khử (Reducing Sugar viết ký hiệu là RS): chỉ những loại đường trong công thức phân tử có chứa nhóm chức -CHO (andehyt) hoặc -CO(axeton) tự do, chẳng hạn như glucose và fructose. 3.14. Đường nguyên liệu: Tất cả các loại đường đưa vào sản xuất để gia công, tinh chế lại có phẩm cấp cao hơn. 3.15. Đường thô (Raw sugar): là loại đường có tinh thể màu vàng, chưa qua sấy khô, thường có Pol= 96-98%. Đường thô là nguyên liệu đối với nhà máy đường tinh luyện. 3.16. Đường tinh luyện: Thường gọi là đường RE (viết tắt của chữ Refined Extra Quality), là đường đuợc sản xuất từ đường nguyên liệu, đường thô... với phẩm cấp cao Pol ≥ 99,8%, độ ẩm ≤ 0,04% 3.17. Đường kính (cát) trắng (đường trắng đồn điền): Thường được gọi là đường RS (viết tắt của chữ Refined Standard Quality), là đường được sản xuất trực tiếp từ nguyên liệu mía cây, có phẩm cấp thấp hơn RE, Pol ≥ 99,5%, độ ẩm ≤ 0,05%. 5 3.18. Mật chè: Còn gọi là chè đặc hay sirô, là sản phẩm thu được sau khi nước chè trong qua hệ thống bốc hơi (cô đặc) làm tăng nồng độ chất khô, thường có nồng độ từ 55- 700Bx. 3.19. Đường non: Là hỗn hợp gồm có tinh thể đường và mật cái sau khi nấu đến cỡ hạt tinh thể và nồng độ nào đó. Tuỳ theo chế độ nấu mà phân cấp các loại đường non A, B, C ... 3.20. Mật: Là chất lỏng được tách ra từ đường non bằng máy li tâm và có tên tương ứng với tên đường non như mật A, B, C... 3.21. Đường giống: Là hỗn hợp đường bụi hoặc đường tinh thể được nghiền nhỏ trộn với cồn đưa vào nồi nấu làm nhân (mầm) tinh thể hoặc đường non nấu chưa đến kích thước yêu cầu, tách ra một phần đưa vào nồi nấu khác để phát triển tinh thể và thể tích theo yêu cầu của từng loại sản phẩm. 3.22. Đường hồ: Còn gọi là magma là hỗn hợp đường, mật hoặc nước trộn đều để làm giống cho các nồi nấu đường. 3.23. Chữ đường hay CCS (viết tắt từ các chữ Commercial Cane Sugar): Chữ đường hay CCS được trình bày ở đây là theo định nghĩa và cách lập công thức của các xí nghiệp chế biến đường mía ở Australia xây dựng và áp dụng từ năm 1899 tại phòng thí nghiệm Queens Land, mang tính thương mại dùng để đánh giá chất lượng khi mua bán mía cây. Dựa vào cơ sở giá trị chữ đường xác định được, xí nghiệp thanh toán trả tiền mua nguyên liệu mía cho người trồng mía. * Định nghĩa: Chữ đường của mía là số đơn vị khối lượng saccharose mà trên lý thuyết một nhà máy đường mía có thể thu được từ một trăm đơn vị khối lượng mía sau khi đã thừa nhận một phần khối lượng đường saccharosse mất theo mật cuối. * Công thức tính chữ đường CCS: CCS = 3 5+ F 1 3+ F Pol 1(1 − ) − Bx1(1 − ) 2 100 2 100 Trong đó: Pol1: pol nước mía đầu hoặc nước mía nguyên ép bằng máy ép phân tích Bx1: Bx nước mía đầu hoặc nước mía nguyên ép bằng máy ép phân tích F: % . xơ trong mía của mẫu mía phân tích. Thông thường với một giống mía sản xuất, chữ đường thường đạt 9-13% 3.24. Hiệu suất ép (Milling Extraction): là tỉ số khối lượng đường trong nước mía hỗn hợp so với khối lượng đường trong mía, tính bằng %. 3.25. Hiệu suất chế luyện (Boiling House Recovery): là tỷ số khối lượng đường thành phẩm so với khối lượng đường trong mía, tính bằng %. 3.26. Tổng hiệu suất thu hồi (Total Recovery): là tỷ số khối lượng đường cát thu được so với khối lượng mía ép, tính bằng %. Tổng hiệu suất thu hồi = hiệu suất ép* hiệu suất chế luyện. 3.27. Hiệu suất sản xuất đường cát: là tỷ số khối lượng đường cát thu được so với khối lượng mía ép, tính bằng % 6 Chương I. NGUYÊN LIỆU MÍA Cây mía có nguồn gốc từ Ấn Độ, từ một loại cây lau sậy mọc hoang dại đã trở thành một loại cây quan trọng của công nghiệp sản xuất đường saccharose. Cây mía đuợc trồng chủ yếu ở vùng nhiệt đới và á nhiệt đới, tập trung trong phạm vi từ vĩ độ 30o nam đến 30o bắc. Cây mía được trồng nhiều ở các nước như: Braxin, Ấn Độ, Trung Quốc, Mehicô,... Ở nước ta, mía là nguyên liệu duy nhất của ngành công nghiệp sản xuất đường saccharose. Cây mía được trồng khắp từ nam chí bắc nhưng hiện nay phân thành 3 vùng mía lớn là : Miền Bắc và các tỉnh Thanh Hoá, Nghệ An; duyên hải Miền Trung và Tây nguyên; Đông Nam bộ và đồng bằng Sông Cửu Long. I. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA MÍA I.1. Giới thiệu chung Thành phần hoá học của mía thay đổi theo giống mía, đất đai, chế độ canh tác, thời tiết, thời điểm thu hoạch, v.v... Thành phần hoá học trung bình của mía khi chín như sau: - Nước :70-75% - Đường khử : 0,3-2% - Xơ : 9-14% - Các chất phi đường khác:1-3% - Saccharose : 10-16% Có thể tóm tắt thành phần hoá học của mía như sau: Mía Xơ mía Nước mía Nước Chất khô Đường saccharose Chất không đường (non sugar) Không đường hữu cơ Không đường vô cơ Không chứa N : Chứa N : Chất màu: Glucose , fructose Protein,amid, Xantophin, amioacid, NH3 ... caroten, antocyan 7 Vô cơ: SiO2, K2O, Na2O, CaO, P2O5, Cl... I.2. Tính chất lý hoá của một số thành phần quan trọng I.2.1. Đường saccharose Đường saccharose tinh khiết có công thức phân tử C12H22O11 Công thức cấu tạo CH2OH 6 H 4 OH 1 5 H H3 H H OH 1 HOH2C H 5 2 H 2 OH 3 OH OH 6CH2OH 4 H - Tính chất lý học + Tồn tai ở dạng tinh thể, trong suốt, không màu. + Khối lượng riêng 1,5879g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186 -188oC. + Khối lượng lượng phân tử 342,3 đvC. + Độ hoà tan: * Tan tốt trong nước, độ hoà tan tăng theo nhiệt độ * Trong dung dịch đường không tinh khiết độ hoà tan còn phụ thuộc vào những chất không đường. Nếu dung dịch có KCl, NaCl, ...thì độ hoà tan của đường tăng lên. Vì vậy đường không bao giờ kết tinh hoàn toàn và đó là nguyên nhân tạo thành mật rỉ. Ngược lại nếu có MgCl2, CaCl2 làm giảm độ hoà tan của đường. * Không hoà tan trong dầu hỏa, cloroform, benzen, terpen, cồn etylic và glicerin khan. Trong dung dịch ancol có nước, đường saccharose hoà tan một ít. Vì vậy độ hoà tan của đường không tinh khiết không những chỉ phụ thuộc nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào các tạp chất có trong dung dịch. + Độ ngọt: Nếu lấy độ ngọt của saccharose là 100 để so sánh thì: lactose (16) < maltose (32) < glucose (74) < saccharose < fructose (173) Như ở trên ta thấy nếu dung dịch đường chứa nhiều đường khử (glucose, fructose) thì ngọt hơn dung dịch đường saccharose tinh khiết. Vì hỗn hợp glucose và fructose có độ ngọt bằng (74+173)/2 lớn hơn độ ngọt của saccharose (100). + Độ nhớt: Dung dịch đường saccharose có tính nhớt. Độ nhớt của dung dich saccharose: * Tỷ lệ thuận với nồng độ. * Tỷ lệ nghịch với nhiệt dộ * Dung dịch đường không tinh khiết có thể có độ nhớt lớn hơn hoặc bé 8 hơn dung dịch tinh khiết phụ thuộc vào nồng độ, nhiệt độ cũng như tỉ lệ các tạp chất. + Tính chất khúc xạ của dung dịch đường: Nồng độ dung dịch đường càng lớn thì chiết xuất càng lớn. Lợi dụng tính chất này người ta chế tạo ra dụng cụ để đo nồng độ chất khô trong dung dịch đường có tên là chiết quang kế hay khúc xạ kế. + Tính chất quay cực của đường saccharose: Dung dịch đường saccharose làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng truyền sang nó theo chiều kim đồng hồ khi nhìn hướng đến nguồn sáng được gọi là dung dịch hữu triền (làm quay mặt phẳng phân cực sang phải). Độ lớn của góc quay mặt phẳng phân cực phụ thuộc trực tiếp vào độ dày và nồng độ của dung dịch mẫu mà ánh sáng truyền qua. Góc này còn phụ thuộc vào nhiệt độ và bước sóng. Dựa vào trị số góc quay mặt phẳng ánh sáng phân cực có thể xác định được nồng độ phần trăm của dung dịch đường. Loại máy đo nồng độ phần trăm hàm lượng saccharose trong dung dịch dựa vào sự làm quay mặt phẳng ánh sáng phân cực gọi là phân cực kế hay còn gọi là polarimeter. - Tính chất hoá học + Phản ứng chuyển hoá đường saccharose Dưới tác dụng xúc tác của acid, saccharose bị thuỷ phân thành glucose và fructose. Phương trình phản ứng như sau: C12H22O11 + H2O → C6H12O6 + C6H12O6 Saccharose glucose fructose 0 +66,5 +52,8 -92,8 -200 Hỗn hợp đồng lượng của glucose và fructose có góc quay trái (-20 0), nguợc với góc quay phải (+ 66,50 ) của saccharose, do đó phản ứng trên gọi là phản ứng nghịch đảo hay là phản ứng chuyển hoá saccharose. Hỗn hợp đường glucose và fructose được tạo ra do phản ứng chuyển hoá gọi là đường nghịch đảo hay chuyển hoá (còn gọi là đường hoàn nguyên). * Tốc độ chuyển hoá phụ thuộc vào pH và nhiệt độ của dung dịch. pH càng thấp, nhiệt độ càng cao thì phản ứng xảy ra càng nhanh chóng, lượng đường saccharose bị giảm càng nhiều. * Phản ứng chuyển hoá ảnh hưởng không tốt đến sản xuất đường vì: Làm tổn thất đường saccharose Tạo ra đường khử mà đường khử dễ bị phân huỷ sinh ra chất màu và các acid như lactic, formic ...Chất màu làm tăng màu sắc nước mía còn acid thì kết hợp với vôi làm tăng muối calcium hoà tan và là một trong các nguyên nhân gây đóng cặn ở bề mặt truyền nhiệt của các thiết bị bốc hơi, nấu đường. + Tác dụng với chất kiềm * Saccharose có tính chất như một acid yếu, kết hợp với chất kiềm tạo 9 thành các muối saccharat. Thí dụ : đường saccharose tác dụng với vôi tạo thành các saccharat như: monosaccharat calcium C 12H22O11.CaO.2H2O; disaccharat calcium C12H22O11.2CaO.2H2O hoà tan và trisaccharat calcium C12H22O11.3CaO.2H2O không tan. * Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao hoặc nếu kiềm đậm đặc không cần nhiệt độ cao, saccharose bị phân huỷ thành glucose, fructose, lactose, acid hữu cơ và các tạp chất có màu vàng, màu nâu. Môi trường có pH càng lớn thì đường saccharose bị phân huỷ càng nhiều. Thí nghiệm cho thấy khi đun sôi dung dịch saccharose trong 1 giờ, pH= 8- 9 thì saccharose bị phân huỷ 0,05%. pH= 12 thì saccharose bị phân huỷ 0,5%. Các phản ứng phân huỷ và tạo saccharat gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất do làm tăng tổn thất đường, tăng màu sắc và độ nhớt của dung dịch đường. + Phản ứng tạo caramen Dưới tác dụng của nhiệt độ cao (160-180 oC), saccharose mất nước tạo thành caramen còn gọi là đường mất nước có màu từ vàng đến đen. Tuỳ theo nhiệt độ khác nhau cho các loại caramen khác nhau; đường mất 10% nước gọi là caramenlan; mất 15% nước gọi là caramenlen; 25% nước gọi là caramenlin, cuối cùng tạo thành humin (C12H8O4)n. Phản ứng tạo caramen làm tăng độ màu của dung dịch đường non, đường thành phẩm và màu này khó loại. + Phản ứng chuyển hoá và oxy hoá bởi enzyme * Dưới tác dụng của enzyme invertaza, đường saccharose sẽ chuyển thành glucose và fructose * Dưới tác dụng một phức hệ enzim của vi sinh vật mà đặc biệt là nấm men, glucose và fructose sẽ bị oxy hoá khử thành các sản phẩm khác nhau như rượu, acid acetic, acid lactic... Thí dụ: Lên men rượu: C6H12O6 → C2H5OH + CO2 Lên men acetic: C6H12O6 → CH3 COOH + CO2 I.2.2. Glucose và fructose Glucose và fructose có cùng công thức phân tử là C 6H12O6 nhưng công thức cấu tạo của hai loại đường đó khác nhau cho nên tính chất lý hoá của chúng có khác nhau. - Tính chất lý học + Sự hoà tan: fructose và glucose đều hoà tan tốt trong nước. Độ hoà tan giảm dần theo thứ tự: fructose, glucose, saccharose. Khi nhiệt độ tăng thì độ hòa tan của đường tăng. + Độ ngọt: Độ ngọt giảm dần theo thứ tự: Fructose, saccharose, glucose + Độ quay cực: Glucose có góc quay phải góc quay cực của glucose là +52,5 0 ; fructose có 10 góc quay trái, góc quay cực của fructose là -92,40 - Tính chất hoá học + Dưới tác dụng của kiềm * Ở nhiệt độ thấp (60oC) trong môi trường kiềm loãng xảy ra sự đồng phân hoá: Glucose → mantose ↓ Fructose * Ở nhiệt độ cao trong môi truờng kiềm glucose và fructose có thể bị phân huỷ tạo thành một số sản phẩm như acid lactic, acid formic, lacton. Những acid này lại kết hợp với vôi tạo thành muối hoà tan. Vì vậy khi chế biến xấu thì hàm lượng muối calcium trong nước mía tăng. Trong môi trường kiềm, fructose bị phân huỷ nhiều hơn glucose. Vì vậy trong sản phẩm đường hàm lượng glucose thường nhiều hơn fructose. + Dưới tác dụng của acid Trong môi trường acid, đường khử tương đối ổn định. Khi pH = 3 thì đường khử ổn định nhất. Tuy nhiên, trong môi trường acid có đun nóng đường khử cũng bị phân huỷ tạo thành oxymethylfufurol và sau đó tạo thành acid levulic (CH3COCH2CH2COOH) và acid formic (HCOOH). + Phản ứng caramen Khi đun nóng ở nhiệt độ cao, đặc biệt ở nhiệt độ nóng chảy của đường chẳng hạn glucose ở 146-150oC và fructose ở 95-1000C, chúng bị mất một phần nước và tạo thành glucosan và fructosan là những hợp chất không màu. Nếu tiếp tục đun ở nhiệt độ cao thì cuối cùng tạo ra hợp chất có màu đen. + Ảnh hưởng của đường khử trong sản xuất đường * Đuờng khử có tác dụng có hại trong sản xuất đường saccharose vì nó giảm tốc độ kết tinh saccharose và có thể bị phân huỷ sinh màu làm giảm chất lượng thành phẩm, gây khó khăn cho quá trình làm sạch. Tuy nhiên, cũng phụ thuộc vào các điều kiện sản xuất mà ảnh hưởng của chúng khác nhau. Vì dụ: trong môi trường kiềm ở nhiệt độ < 55oC thì không có ảnh hưởng gì vì phản ứng phân huỷ glucose và fructose không tạo thành chất màu; nhưng ở nhiệt độ >55oC trong môi trường kiềm, phản ứng sẽ sinh ra chất có màu đen, gây tác dụng có hại. * Đường khử khi bị phân huỷ tạo ra các acid, acid kết hợp với vôi tạo ra muối calcium hoà tan sẽ tạo cặn bám vào bề mặt truyền nhiệt các thiết bị bốc hơi, nấu đường, gia nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệt. I.2.3. Axit hữu cơ Trong nước mía, các acid hữu cơ có thể ở dạng tự do, muối hoà tan. Trong đó dạng acid tự do chiếm 1/3 lượng acid chung. Thành phần acid tự do gồm: acid aconitic, acid citric, acid oxalic, acid malic, acid sucinic, acid fumaric...Trong số acid hữu cơ thì acid aconitic chiếm tỷ lệ nhiều nhất. Trong sản xuất đường, acid có tác dụng chuyển hoá saccharose và có thể kết hợp với vôi tạo thành các muối calcium hoà tan hoặc kết tủa 11 I.2.4. Chất béo Chất béo trong cây mía chủ yếu là sáp, tao thành lớp phấn bao bọc bên ngoài cây mía. Ngoài ra có thể có một lượng nhỏ ở dạng phức chất trong các thành phần khác nhau của cây mía. Trong sản xuất đường mía gần 60-80% sáp bị loại ra theo bã mía, phần còn lại tồn tại trong bùn lọc nên có thể xem chất béo được loại hoàn toàn. I.2.5. Chất không đường chứa nitơ Thành phần thay đổi tuỳ theo giống mía, đất đai bao gồm: anbumin, aminoacid, amid, NH3 , nitrat... Trong sản xuất đường, các hợp chất có chúa N ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm và giảm hiệu suất thu hồi do tăng hàm lượng chất keo và kết hợp với đường khử tạo ra hợp chất melanoidin có màu vàng. I.2.6. Chất màu Trong cây mía cũng chứa các chất màu như trong tất cả các loại cây khác như: chlorofil, xantofil, caroten, antocyan. Các chất màu này cũng dễ loại trong quá trình sản xuất đường. Ngoài ra, chất màu trong nước mía còn do polyphenol bị oxy hoá có xúc tác là ion sắt tạo ra hợp chất màu đen sẫm. Chất màu này khó loại ra khỏi nước mía. I.2.7. Chất không đường vô cơ (chất khoáng) Hàm lượng của chất khoáng trong mía tuỳ thuộc và giống mía, điều kiện canh tác, khí hậu. Các chất vô cơ chủ yếu là K 2O, SiO2, Na2O, CaO, P2O5, MgO...Trong đó, K2O chiếm lượng khá lớn. Trong số chất khoáng thì chỉ có P 2O5 là có lợi vì có tác dụng tốt đối với quá trình làm trong làm sạch, các chất còn lại ảnh hưởng không tốt tới quá trình sản xuất đường: + K2O và Na2O là nguyên nhân tạo mật cuối. + CaO, MgO, SiO2 tạo cặn trong các thiết bị truyền nhiệt II. THU HOẠCH MÍA II.1. Sự chín của mía II.1.1. Định nghĩa Mía chưa chín mức độ tích luỹ đường saccharose trong thân mía không nhiều. Quá trình quang hợp chủ yếu tạo ra các chất để dùng cho hô hấp và phát triển thân cây mía. Lúc này, hàm lượng đường saccharose và hàm lượng cellulose trong thân cây mía thấp, hàm lượng đường khử và hàm lượng nước cao. Mía chưa chín, hàm lượng nước trên 80%, hàm lượng đường khử trên 2%. Khi mía dần dần chín, sự phát triển của thân cây mía chậm lại và đến ngừng tăng trưởng. Khi mía chín, hàm lượng đường saccharose đạt tối đa, hàm lượng đường khử giảm xuống dưới 1% có khi chỉ còn 0,3%. Người ta phân biệt chín sinh lý và chín nguyên liệu: 12 + Chín sinh lý là cây mía đã già, hàm lượng đường saccharose trên mía đạt mức tối đa và hàm lượng đường khử còn lại ít nhất. + Chín nguyên liệu là ở một thời điểm nào đó hàm lượng đường trên mía đạt tiêu chuẩn làm nguyên liệu có thể thu hoạch để chế biến, mặc dù cây mía vẫn chưa đạt độ chín cao nhất (chín sinh lý) như bản chất của giống. Hình 1.1- Thu hoạch mía bằng cơ giới Hình 1.2- Mía đã chín II.1.2. Dấu hiệu để nhận biết mía chín + Quan sát bằng kinh nghiệm: Mía chín lá mía chuyển qua khô vàng, lá xanh còn lại khoảng 6-7 lá, độ dài của lá giảm các lá sít lại vào nhau, lá mía thẳng và cứng; các lóng mía ở phía trên ngắn lại; vỏ thân mía láng bóng, màu sắc biến đổi từ xanh sang vàng hoặc từ đỏ sang tím sẫm; ít phấn và phấn dễ rơi và khi ăn (cảm quan) mía rất ngọt ... + Đo nồng độ chất khô của mía ngay tại ruộng mía: Dùng chiết quang kế (refractometer) cầm tay đo nồng độ chất khô của nước mía lấy ra từ một ở điểm gốc mía và một điểm ở ngọn mía, nếu nồng độ giữa hai điểm đó xấp xỉ nhau thì mía chín. Điểm ở gốc mía lấy trên lóng mía thứ nhất trên mặt đất. Điểm ở ngọn mía lấy trên lóng mía có lá khô trên cùng + Phân tích trong phòng thí nghiệm: mỗi ruộng mía lấy một số cây mẫu ở các điểm khác nhau, phân tích xác định các chỉ số như độ Bx, độ Pol, độ tinh khiết, RS, tỉ lệ xơ và CCS... trước khi cho thu hoạch. Tích luỹ các số liệu thu được và xử lý, từ đó phán đoán thời điểm mía chín để bố trí lịch thu hoạch mía hợp lý, bảo đảm chất lượng nguyên liệu và hiệu quả sản xuất sẽ cao hơn rất nhiều. II.2. Sự thay đổi thành phần hoá học của mía sau khi chín Từ khi mía còn non, đường saccharose được tích luỹ dần trong khắp thân cây mía. Đến thời kỳ mía chín, đường saccharose đạt mức tối đa, đường khử giảm đến mức thấp nhất. Tuỳ giống mía và điều kiện thời tiết, lượng đường saccharose giữ ở mức độ tối đa trong khoảng 15 ngày đến 2 tháng. Sau đó, nếu không thu hoạch thì lượng đường saccharose bắt đầu giảm dần do đường saccharose phân giải thành đường khử. Đó là hiện tượng quá chín. Thời tiết càng nắng nóng thì lượng 13 đường saccharose bị chuyển hoá càng tăng. Có giống mía khi quá chín mà không thu hoạch thì sẽ trổ bông (còn gọi trổ cờ) làm ruột cây mía xốp rỗng, lượng đường saccharose trong cây mía giảm xuống. Mía sau khi đốn (chặt) thì quá trình tổng hợp saccharose bị ngừng lại, quá trình chuyển hoá saccharose thành đường hoàn nguyên xảy ra làm tổn thất đường saccharose, tăng lượng đường khử sẽ gây khó khăn cho quá trình sản xuất. Sự tổn thất này là do quá trình hô hấp của mía và tác dụng của vi sinh vật. Mía đốn xong để càng chậm đưa vào chế biến, để ngoài nắng gió, nhiệt độ cao thì tổn thất đường càng nhiều và khối lượng mía càng giảm. Vì vậy, cần thu hoạch mía đúng lúc mía chín, không đốn mía khi chưa chín và cũng không để mía quá chín. Khi đốn xong đưa vào chế biến càng sớm càng tốt. III. QUẢN LÝ KỸ THUẬT ĐỐI VỚI MÍA NGUYÊN LIỆU Các biện pháp quản lý kỹ thuật đối với nguyên liệu mía gồm:bố trí thời gian ép mía hợp lý, thu hoạch mía đúng thời điểm chín và đưa vào chế biến kịp thời, nghiệm thu chất lượng mía đúng yêu cầu qui định. III.1. Bố trí thời gian ép hợp lý Với tổng sản lượng mía, tuỳ theo giống, thời kỳ chín, tuỳ theo năng suất thiết bị, trên cơ sở không để lỡ thời vụ cần sắp xếp lịch ép mía vào thời kỳ mía có trữ lượng đường cao nhất nhằm thu được lượng đường cao nhất. III.2. Thu hoạch mía đúng thời điểm chín và kịp thời đưa mía vào chế biến Không thu hoạch mía lúc chưa chín và cũng không để mía quá chín mới thu hoạch. Mía chưa chín, hàm lượng đường saccharose thấp, chất keo và các tạp chất khác nhiều làm cho việc làm trong làm sạch khó khăn. Nếu mía quá chín thì lượng đường khử nhiều ảnh hưởng đến màu sắc sản phẩm và hiệu suất thu hồi đường. Mía thu hoạch xong thì hàm lượng đường saccharose trong mía bị giảm, lượng đường khử tăng lên do phản ứng chuyển hoá. Do vậy, thu hoạch xong cần đưa mía vào chế biến kịp thời. III.3. Mía đưa vào ép có tạp chất trong không vượt quá mức qui định Những tạp chất trong mía như: lá mía, rễ ở thân mía, bùn đất dính vào thân mía, mầm, dây dùng bó mía v.v...có ảnh hưởng không tốt đến quá trình sản xuất đường. Cụ thể như sau: - Tăng gánh nặng cho khâu ép, làm giảm lượng ép thực tế. Thí dụ: một nhà máy ép 1000 TMN nếu tạp chất tăng 1% thì lượng ép giảm 60TMN. - Hiệu suất ép giảm: Tạp chất không có đường nhưng khi ép cùng với mía thì hút đi một lượng nước mía nên làm cho hiệu suất ép giảm. Theo nhiều kết quả nghiên cứu cho thấy nếu tạp chất tăng 1% thì hiệu suất ép giảm 1-1,1%. - Ảnh hưởng không tốt đến hiệu quả làm sạch: Trong tạp chất có nhiều vi sinh vật và nhiều chất không đường nên làm giảm độ tinh khiết của nước mía. Các tạp chất vô cơ như đát cát sinh ra chất keo và ảnh hưởng đến sự lắng cặn. - Tăng khối lượng vận chuyển nên tăng chi phí vận tải. 14 15 Chương II. LẤY NƯỚC MÍA I. CÁC PHƯƠNG PHÁP LẤY NƯỚC MÍA Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp sản xuất đường, người ta sử dụng hai phương pháp là ép và khuếch tán. I.1. Lấy nước mía bằng phương pháp ép Có 2 phương pháp ép là ép ướt (ép có tưới nước thẩm thấu) và ép khô. I.1.1. Phương pháp ép ướt -Tác dụng của việc tưới nước thẩm thấu Khi mía bị ép, màng tế bào mía bị rách và bị nén chặt lại, nước mía chảy ra. Khi bã chịu lực nén rất lớn và lặp đi lặp lại nhiều lần cũng không hoàn toàn lấy hết lượng nước mía ra khỏi bã. Thông thường sau khi ép, độ ẩm của bã vào khoảng 45- 48%, trong trường hợp ép tốt thì độ ẩm của bã còn khoảng 40%. Như thế có nghĩa là trong bã vẫn còn một phần lớn lượng nước mía, tức là còn sót một phần đường trong bã. Để lấy thêm một lượng đường còn sót trong bã ra ngoài, trong điều kiện không thể làm giảm độ ẩm của bã được nữa, người ta dùng nước tưới lên bã, lượng nước này sẽ phân tán đều ra lớp bã và làm loãng nước mía chứa trong bã.. Khi bã ướt này đi qua máy ép kế tiếp, một phần nước mía loãng được lấy ra ngoài, bã trở lại giới hạn độ ẩm ban đầu. Tuy độ ẩm bã vẫn ở 45-48% nhưng lúc này lượng nước mía trong bã đã được pha loãng không còn là lượng nước mía nguyên như trước nữa, tức là ta đã trích lấy được một đường ra khỏi bã. Tiếp tục như vậy nhiều lần thì lượng đường lấy ra khỏi bã càng nhiều, lượng đường còn sót trong bã ít nhất. Nước tưới vào bã để hoà loãng nước đường còn trong bã để tận thu đường sót gọi là nước thẩm thấu. Công việc đó gọi là thẩm thấu bã. Như vậy việc tưới nước thẩm thấu nhằm tăng hiệu suất lấy đường saccharose từ cây mía khi ép. - Các phương pháp tưới nước thẩm thấu * Phương pháp thẩm thấu đơn Phương pháp này đơn giản, bã được tưới nước sau mỗi máy ép. Nếu chỉ tưới nước vào một điểm nằm trước máy ép cuối thì gọi là thẩm thấu đơn một lần. Nếu tưới thêm nước vào trước che ép áp cuối thì gọi là thẩm thấu đơn 2 lần. Tương tự ta có thẩm thấu đơn 3 lần, 4 lần... * Phương pháp thẩm thấu kép Xuất phát từ sự thẩm thấu đơn người ta chú ý thấy rằng nước mía pha loãng thu được ở máy ép cuối có hàm lượng đường rất thấp và người ta đã dùng nó để hồi lưu vào trước che ép áp cuối. Điều này được gọi là thẩm thấu kép, nghĩa là vừa phun nước lã vừa sử dụng lại các loại nước mía loãng từ các máy ép sau để làm nước phun vào bã của các máy ép trước dựa theo nguyên tắc nước mía nhiều đường phun vào bã chứa nhiều đường, nước mía ít đường phun vào bã còn chứa ít đường. Nếu dùng nước mía lấy ra từ máy ép cuối tưới cho bã khi đi vào máy ép áp cuối thì gọi là thẩm thấu kép hai lần. Bằng cách tương tự ta có thẩm thấu kép ba 16 lần, bốn lần v.v... Hình 2-1: Hệ thống thẩm thấu kép 3 lần. Hình 2-2: Hệ thống thẩm thấu kép 4 lần - Điều kiện kỹ thuật của thẩm thấu * Vị trí tưới nước Tưới vào bã ngay khi bã ra khỏi máy ép vì lúc đó bã nở ra làm cho nước dễ thấm vào bã nhất. Nếu để lâu, không khí chui vào và sẽ gây khó khăn cho nước thẩm thấu vào. * Lượng nước tưới Lượng nước thẩm thấu dùng nhiều hay ít phụ thuộc vào phương pháp thẩm thấu, hàm lượng xơ và hàm lượng đường trong bã. Nếu lượng nước tưới nhiều quá, hiệu suất ép có tăng ít nhiều (lượng đường lấy ra được nhiều hơn một ít) nhưng lượng nước nhiều quá ảnh hưởng đến quá trình ép vì gây ma sát trượt, đồng thời làm cho nước mía loãng nhiều sẽ tăng nhiệt lượng tiêu tốn trong công đoạn cô đặc nước mía. Nếu lượng nước tưới ít quá thì đường còn sót nhiều trong bã. Để tính toán lượng nước thẩm thấu người ta có thể dựa vào hệ số tưới λ λ= Khäúilæåüngnæåïctæåïi Khäúilæåüngxå λ = 0÷1: hiệu suất ép tăng nhanh λ = 1÷2: hiệu suất ép tăng chậm hơn λ = 2: hiệu suất ép tăng rất chậm λ > 3 : hiệu suất ép hầu như không tăng 17 Thông thường khi nhà máy mới hoạt động hoặc thiết bị mới tu bổ thì ta dùng λ=3 sau đó sẽ giảm dần đến khi λ=1,5 thì ngừng để làm vệ sinh hệ thống bốc hơi. Lượng nước tưới cần dùng ứng với λ=2 - 2,2 là tốt, khoảng 25-30% khối lượng mía ép (thông thường độ xơ của mía 13 - 14%). * Nhiệt độ nước tưới: nhiệt độ nước tưới thường 60-70oC + Nhiệt độ nước tưới thấp ( 85%; MgO < 2%; SiO 2 < 0,6%; Fe2O3, Al2O3 < 1%; CaCO3 2% sẽ gây những tác hại sau đây: • Giảm độ hoà tan của vôi • Thời gian lắng kéo dài • Tác dụng với đường khử làm tăng màu sắc nước mía • MgO có độ hoà tan lớn là thành phần đóng cặn ở các thiết bị truyền nhiệt. • Làm cho đường có vị đắng + Các thành phần khác như Al2O3, Fe2O3, SiO2 cũng gây tác hại như: làm tăng chất keo, tăng màu sắc nước mía và đóng cặn trong thiết bị. - Các dạng vôi cho vào nước mía Vôi được cho vào nước mía theo các dạng sữa vôi, vôi bột, calciumsaccharat. + Trước đây dạng vôi bột thường dùng ở các nhà máy đường thủ công. Vôi bôt phản ứng chậm, khó khống chế lượng chính xác, khi phản ứng toả nhiệt nên dễ làm nước mía quá nhiệt, gây tác dụng phân huỷ đường khử, màu sắc nước mía đậm, hiện nay không sử dụng vôi bột. + Vôi ở dạng sữa vôi có tác dụng làm hỗn hợp đồng đều, khống chế nồng độ dễ dàng. Nhưng bản thân sữa vôi có chứa một lượng nước nhất định, tăng lượng nhiệt bốc hơi. Hiện nay dạng sữa vôi được dùng rộng rãi trong các nhà máy đường. Nồng độ sữa vôi thường là 8-10oBe. + Calcisaccharat: được điều chế bằng cách trộn sữa vôi với chè trong hoặc sirô, giữ tiếp xúc tối thiểu trong 5 phút. Dạng vôi này dùng tốt tuy nhiên do điều chế phức tạp nên ít phổ biến. - Nồng độ sữa vôi Nồng độ sữa vôi thích hợp khoảng 8 - 10oBe + Nếu nồng độ sữa vôi cao quá: • Gây hiện tượng kiềm hóa cục bộ làm phân hủy đường khử, đường saccharose • Làm tắc đường ống dẫn sữa vôi. • Phản ứng giữa vôi và nước mía xảy ra khó khăn. 40 + Nếu nồng độ sữa vôi thấp quá sẽ khắc phục được các nhược điểm trên nhưng sẽ tốn nhiệt, kéo dài thời gian khi bốc hơi. - Lượng vôi sử dụng + Lượng vôi dùng phụ thuộc vào thành phần nước mía, nhưng thành phần nước mía thay đổi theo giống mía, đất đai, sự canh tác,...nên lượng vôi cho vào cũng không thể cố định. Đối với phương pháp vôi mỗi tấn mía dùng khoảng 0,5-0,9 kg CaO + Trong thực tế sản xuất thường dùng pH để biểu thị lượng vôi cho vào nước mía. Mặc khác, sau khi lắng trong trị số pH nước chè trong thường giảm từ 0,2- 0,5; tối đa có thể giảm đến 1,0 nên khi xác định pH cần chú ý đến các yếu tố làm giảm trị số pH. Các yếu tố làm giảm trị số pH: • Trong trường hợp cho vôi vào nước mía lạnh, tác dụng giữa vôi và nước mía không hoàn toàn, khi đun nóng sẽ tác dụng hoàn toàn hơn do đó làm giảm pH. • Nước mía thường có chứa H3PO4, do H3PO4 phản ứng với Ca(OH)2 tạo Ca3(PO4)2 tương đối chậm (nhất là khi nhiệt độ thấp và pH thấp thì phản ứng càng chậm), có một phần tồn tại dưới dạng CaHPO4. Nước mía vào thiết bị lắng có nhiệt độ tương đối cao và ở trong thiết bị này tương đối dài thì CaHPO 4 phản ứng với vôi tạo thành Ca3(PO4)2 kết tủa và H2O theo phản ứng: 2 CaHPO4 + Ca(OH)2 → Ca3(PO4)2 + 2 H2O • Lúc nước mía sôi một phần Ca3(PO4)2 có thể phân ly thành Ca(OH)2.Ca3(PO4)2 không tan, một muối acid hòa tan Ca(H 2PO4)2 và acid phosphoric nên làm giảm trị số pH. • Khi nhiệt độ cao và môi trường kiềm, đường khử bị phân hủy tạo thành các chất màu và các acid, chính các acid này làm giảm pH. Thông thưòng khống chế pH nước mía lắng trong khoảng 6,9 - 7,1 - Hàm lượng P2O5 trong nước mía + Trong phương pháp vôi hiệu quả làm sạch chủ yếu dựa vào phản ứng giữa vôi và phosphat hòa tan hoặc H 3PO4 tạo ra kết tủa Ca3(PO4)2 . Kết tủa này trong nước mía thường tồn tại 2 dạng: dạng keo và dạng tinh thể. Dạng tinh thể làm sạch nước mía, ngược lại dạng keo gây trở ngại cho lắng lọc và kết tinh đường. + Sự hình thành kết tủa Ca 3(PO4)2 nhiều hay ít phụ thuộc vào nồng độ 2+ Ca và PO43-. Trong phương pháp vôi khi cho vôi đến pH = 7 nồng độ Ca 2+ có thể để phản ứng tạo đủ kết tuả nhưng thường hàm lượng PO 43- trong nước mía rất thấp. Theo kết quả nghiên cứu, hàm lượng P2O5 cần thiết vào khoảng 300-350mg P2O5/ lít nước mía. Nếu hàm lượng này không đủ có thể cho thêm vào nước mía H 3PO4 hoặc muối phosphat hòa tan Ca(H2PO4)2 để nâng cao hiệu quả làm sạch. - Khuấy trộn nước mía khi cho vôi: Khuấy trộn có tác dụng: • Làm cho vôi phân bố đều trong nước mía, tránh hiện tượng kiềm hóa cục bộ • Làm cho phản ứng giữa vôi và nước mía xảy ra nhanh và hoàn toàn. 41 • Khuấy trộn có thể tăng độ tinh khiết của nước mía từ 0,3-1,32%, dung tích bùn giảm. - Gia nhiệt Gia nhiệt nước mía đến nhiệt độ sôi sau đó cho vôi thì có tác dụng tốt nhờ: + Phản ứng xảy ra n hanh hoàn toàn + Kết tủa Ca3(PO4)2 tạo thành ở dạng tinh thể, thể tích bùn nhỏ, quá trình lắng dễ dàng. Nếu nhiệt độ thấp quá thì sẽ không đạt được những kết quả trên. Nếu nhiệt độ cao qua thì không có lợi vì: Tăng nhanh quá trình phân huỷ đường khử, đường saccharose làm tăng màu sắc, tăng lượng chất không đường trong nước mía. Lắng trong sẽ khó khăn. II.1.3. Ưu điểm và nhược điểm của các phương pháp vôi hóa - Phương pháp vôi hóa nguội + Ưu điểm: • Quản lý thao tác giản đơn • Cho vôi vào nước mía khi chưa đun nóng do đó tránh được sự chuyển hóa đường saccharose. Nếu cho vôi đều đặn có thể tránh được sự phân hủy đường khử. +Nhược điểm: • Tác dụng giữa vôi và nước mía xảy ra chậm, không hoàn toàn • Lượng vôi dùng nhiều • Độ hòa tan của vôi trong nước mía lạnh tăng do đó nếu vôi quá thừa thì sau khi đun nóng, vôi sẽ đóng cặn ở thiết bị. • Quá trình lắng chậm, hiệu suất làm sạch thấp. - Phương pháp vôi hóa nóng + Ưu điểm: • Loại được nhiều chất keo. • Do nhiệt độ cao nên kết tủa Ca3(PO4)2 tạo thành ở dạng tinh thể, thể tích nước bùn nhỏ, tốc độ quá trình lắng nhanh. • Hiệu quả làm sạch tốt; chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau khi làm sạch cao. • Tiết kiệm vôi khoảng 15-20% so với phương pháp vôi hóa nguội. + Nhược điểm: • Sự chuyển hóa đường sacc tương đối lớn • Khó khống chế, màu sắc nước mía đậm - Phương pháp vôi hóa phân đoạn + Ưu điểm: • Hiệu suất làm sạch tốt; loại được các chất không đường nhiều (các chất keo có chứa N bị loại trừ khoảng 80% so với 50% vôi hóa lạnh, sáp mía cũng bị loại trừ tới 90% ). Độ tinh khiết nước mía tăng cao, chè trong trong suốt và óng ánh hơn, bùn lọc dễ hơn các bánh bùn xốp và khô hơn→ dung tích bùn nhỏ. 42 • Tiết kiệm khoảng 30-35% vôi so với phương pháp vôi hoá lạnh + Nhươc điểm: • Sơ đồ công nghệ phức tạp • Nếu khống chế không tốt sẽ làm tăng sự chuyển hóa và phân hủy saccharose tương đối lớn. Thường chỉ dùng phương pháp này để xử lý mía xấu khó làm sạch. II.2. Phương pháp sulfit hóa Phương pháp sulfit hóa còn gọi là phương pháp SO 2 vì trong phương pháp này ngoài vôi người ta dùng khí SO2 để làm sạch nước mía. Tùy theo thứ tự cho khí SO2 và vôi vào nước mía mà ta có thể chia phương pháp sulfit hóa ra làm 3 loại: - Phương pháp sulfit hóa acid tính. - Phương pháp sulfit hóa kiềm tính. - Phương pháp sulfit hóa trung tính. Đặc điểm của phương pháp sulfit hóa acid tính là xông khí SO 2 vào nước mía trước và gia vôi sau. Đây là phương pháp được dùng rộng rãi nhất trong sản xuất đường ở nước ta. Trong giáo trình chỉ trình bày rõ phương pháp sulfit hóa acid tính. Đặc điểm của phương pháp sulfit hóa kiềm tính là gia vôi vào nước mía trước và xông SO2 vào sau. Trong phương pháp này người ta chia ra: sulfit hóa kiềm nhẹ và sulfit hóa kiềm mạnh. Phương pháp sulfit hoá kiềm mạnh: quá trình làm sạch nước mía có một giai đoạn tiến hành ở pH=10,5-11,0. Hiệu quả làm sạch tương đối tốt, đặc biệt đối với loại mía xấu và bị sâu bệnh. Nhưng do sự phân hủy đường tương đối lớn, màu sắc nước mía đậm, tổn thất đường nhiều nên hiện nay không sử dụng. Phương pháp sulfit hóa kiềm nhẹ: chỉ gia vôi vào nước mía đến pH=8-9. Đặc điểm của phương pháp sulfit hoá trung tính là xông SO 2 và gia vôi vào nước mía đồng thời. II.2.1. Lưu trình công nghệ II.2.1.1. Phương pháp sulfit hóa axit tính Ca(OH)2 SO2 Ca(OH)2 Nước mía hỗn hợp ↓ Gia vôi sơ bộ → ↓ Gia nhiệt 1 ↓ Sulfit lần 1 → → ↓ Trung hòa (pH=5,0 - 5,5) (pH=6,2 - 6,4) H3PO4 (to=70 - 75oC) (pH=3,4 - 3,8) (Lượng SO2 hoà tan 8,0 - 1,2g/l nước mía) (pH=7,0 - 7,2) 43 ↓ Gia nhiệt 2 ↓ Lắng ↓ Nước lắng trong ↓ Gia nhiệt 3 ↓ Cô đặc SO2 → ↓ Lắng nổi ↓ Sulfit lần 2 ↓ Mật chè tinh (to=100 - 105oC) →Nước bùn Lọc ↓ Nước lọc trong (to = 110 - 115oC) (pH=5,8 - 6,2) (55 - 650Bx) II.2.1.2. Phương pháp sulfit hóa kiềm nhẹ Ca(OH)2 SO2 Nước mía hỗn hợp ↓ → Gia nhiệt 1 ↓ Gia vôi ↓ → Trung hòa (xông SO2 lần 1) ↓ Gia nhiệt 2 ↓ Lắng ↓ Nước lắng trong ↓ Cô đặc ↓ Lắng nổi ↓ Xông SO2 lần 2 ↓ Mật chè tinh (pH = 5,0 - 5,5) (to = 70 - 75oC) (pH = 8 - 9) (pH = 7,0 - 7,2) (to = 100 - 105oC) →Nước bùn (pH = 5,8 - 6,2) (55 - 650Bx) 44 → Lọc → Bã bùn ↓ Nước lọc trong →Bã II.2.1.3. Phương pháp sulfit hoá trung tính Nước mía hỗn hợp SO2, Ca(OH)2 SO2 ↓ Gia nhiệt 1 ↓ Trung hòa ↓ Gia nhiệt 2 ↓ Lắng ↓ Nước lắng trong ↓ Cô đặc ↓ Lắng nổi ↓ →Xông SO2 lần 2 ↓ Mật chè tinh (pH = 5,0 - 5,5) (to =70 - 75oC) (pH = 7,0 - 7,2) (to = 100 - 105oC) Nước bùn Bã bùn ↓ Nước lọc trong (pH = 5,8 - 6,2) (55 - 650Bx) II.2.2. Điều kiện công nghệ của phương pháp sulfit hóa axit tính II.2.2.1. Gia vôi sơ bộ - Tác dụng: + Trung hòa được một phần acid tự do có trong nước mía nên hạn chế được sự chuyển hóa đường saccharose. + Tạo điểm đẳng điện để ngưng kết được một số thể keo trước khi đun nóng. + Ức chế sự phát triển của VSV do tác dụng của ion Ca 2+ đối với nguyên sinh chất của tế bào VSV. - Điều kiện kỹ thuật: thường khóng chế ở pH từ 6,2 đến 6,6. Trị số pH cụ thể là bao nhiêu tùy thuộc vào việc nghiên cứu thực nghiệm của từng giống mía tại từng vùng canh tác sao cho ở trị số pH đó loại được nhiều chất phi đường nhất. II.2.2.2. Gia nhiệt lần 1 - Tác dụng: + Làm cho các thể keo ưa nước như albumin bị ngưng kết do tác dụng mất nước tạo nên. Keo bị ngưng kết do tác dụng nhiệt thì dù pH có biến thiên thì keo cũng không trở lại chất keo ở trạng thái phân tán nữa. + Tăng tốc độ phản ứng hóa học đặc biệt là phản ứng tạo kết tủa CaSO3. + Làm thoát nước của các chất kết tủa, biến chất kết tủa trở nên rắn chắc có lợi cho việc lắng trong. (Một số chất kết tủa, chẳng hạn kết tủa CaSO 3 thường hấp phụ một lượng nước, sau khi gia nhiệt làm cho nước trong chất kết tủa thoát ra, 45 kết tủa bị co thể tích, cứng chắc hơn và tỷ trọng tăng lên sẽ lắng nhanh). - Điều kiện kỹ thuật: nhiêt độ cần khống chế là 70-75 oC. Nhiệt độ cao hơn thì độ hoà tan của khí SO2 trong nước mía giảm, không bảo đảm cho sự hấp thụ SO2 để tạo kết tủa khi trung hoà sau này. Nhiệt độ thấp hơn thì hiệu quả tác dụng không cao. II.2.2.3. Xông SO2 lần 1 - Tác dụng: + Hoà tan SO2 vào nước mía tạo thành H 2SO3 để khi dùng vôi trung hòa tạo ra lượng kết tủa CaSO3 có tác dụng làm sạch. Khi hoà tan SO 2 vào nước mía sẽ làm giảm pH nước mía. + Ngưng kết được một số chất keo nhờ tạo được các điểm đẳng điện khi pH thay đổi. + Tác dụng với vôi dư tạo kết tủa CaSO3. Lượng kết tủa CaSO3 tạo thành trong giai đoạn này không nhiều nhưng cũng hấp phụ được một số chất màu, chất keo. - Điều kiện công nghệ: + pH = 3,4 - 3,8 Nếu pH < 3,4: tăng lượng vôi dùng để trung hòa do đó tăng lượng tạp chất do vôi đưa vào và lượng hoá chất tiêu tốn tăng lên. Đồng thời sự chuyển hóa đường saccharose tăng mạnh khi pH thấp Nếu pH > 3,8: khi trung hòa không tạo đủ lượng CaSO3 để làm sạch. II.2.2.4. Trung hòa - Tác dụng: + Nhằm tạo kết tủa CaSO3. Phản ứng trunh hòa xảy ra như sau: H2SO3 + Ca(OH)2 CaSO3 + H2O Kết tủa CaSO3 có khối lượng riêng lớn hơn nước mía và có khả năng hấp phụ mạnh chất keo, chất màu và các chất không đường vô cơ khác nên nâng cao độ tinh khiết của nước mía. + Làm pH nước mía thay đổi từ 3,4-3,8 đến trung tính (7,0- 7,2) nên ngưng kết được một số chất keo có pI trong khoảng này. - Điều kiện công nghệ : + Nước mía sau khi trung hoà cần có pH = 7,0-7,2 Nếu pH cao hơn sẽ làm tăng sự phân hủy đường khử, đường saccharose trong môi trường kiềm. Sản phẩm của sự phân huỷ là các loại acid hữu cơ và các chất màu sẽ làm tăng lượng muối calcium hoà tan trong nước mía, có thể tăng màu sắc của đường thành phẩm. Mặt khác, trong môi trường kiềm kết tủa CaSO3 sẽ bị ngậm nước (thuỷ hoá), làm cho thể tích tăng lên, khối lượng riêng của nó giảm xuống ảnh hưởng không tốt tới tốc độ lắng và khối lượng bùn lọc sẽ tăng. Nếu pH thấp hơn qui định thì tăng sự chuyển hóa đường saccharose, giảm lượng kết tủa CaSO3 (do thiếu vôi nên CaSO3 tạo thành không đủ), một phần CaSO3 biến thành muối Ca(HSO3)2 hoà tan khi gia nhiệt sẽ phân hủy lại tạo thành CaSO3 gây đóng cặn trong thiết bị bốc hơi. II.2.2.5. Gia nhiệt lần 2 - Tác dụng: 46 + Giảm độ nhớt làm cho quá trình lắng trong diễn ra nhanh. + Tiếp tục hoàn thiện các phản ứng tạo kết tủa CaSO3, Ca3(PO4)2. + Làm cho một số keo như keo loại pentose, keo có chứa silic bị mất nước, ngưng kết. + Làm các loại kết tủa Ca3(PO4)2, CaSO3 bị mất nước trở nên rắn chắc, giảm thể tích làm cho bùn đặc và dễ lọc hơn. - Điều kiện công nghệ: Nhiệt độ nước mía cần khống chế trong khoảng 100-105 oC và duy trì ổn định không để lúc quá cao, lúc quá thấp. + Nếu nhiệt nước mía độ thấp hơn 100 0C thì những tác dụng trên sẽ không đạt được hiệu quả cao. Nếu nhiệt độ nước mía cao hơn 105 0C, khi vào thiết bị lắng nước mía sôi mạnh làm cho quá trình lắng diễn ra khó khăn, đôi khi làm cho một số chất keo đã ngưng kết sẽ chuyển trở lại trạng thái keo, kết quả là nước mía bị vẩn đục. + Nếu nhiệt độ nước mía không ổn định khi vào thiết bị lắng sẽ có chỗ nóng, chỗ lạnh gây ra hiện tượng đối lưu của nước mía, làm cho kết tủa không lắng theo chiều thẳng đứng mà theo những hướng hỗn loạn; điều này làm cho tốc độ lắng bị chậm lại. Để tránh hiện tượng này thì ngoài việc bảo đảm sự gia nhiệt lần 2 ổn định, thiết bị lắng cần phải bọc lớp vật liệu cách nhiệt (bảo ôn) để giữ nhiệt đều. II.2.2.6. Lắng trong - Mục đích: nhằm loại các kết tủa, các hạt keo đã ngưng tụ và các phần tử chất rắn lơ lửng khác ra khỏi nước mía để thu được nước chè trong (là sản phẩm chính của quá trình làm trong làm sạch). - Nguyên lý lắng trong: Dựa vào sự chênh lệch khối lượng riêng giữa các chất rắn và nước mía: Nước mía nồng độ 13-15 0Bx có khối lượng riêng 1,05-1,10 kg/dm3; các hạt kết tủa vô cơ và bùn cát có khối lượng riêng khoảng 2-3 kg/dm 3 nên lắng xuống; các hạt sáp có khối lượng riêng nhỏ hơn nước mía thì cùng với bọt nổi lên trên mặt lớp nước mía. - Phương pháp thực hiện: sử dụng các thiết bị lắng để tách riêng pha rắn và pha lỏng tạo nên nước chè trong và nước bùn. - Khi lắng trong cần bảo đảm nước chè trong lúc ra khỏi thiết bị lắng có pH= 7,0 - 7,2 II.2.2.7. Lọc nước bùn - Mục đích: Nước bùn thu được ở thiết bị lắng thường chứa khoảng 95% nước đường. Vì vậy cần phải tiến hành lọc nước bùn để thu hồi phần đường. - Nguyên lý lọc: lọc nước bùn cũng tuân theo nguyên lý lọc cơ bản là cho nước bùn đi qua lớp vật liệu lọc (vải, lưới kim loại), nước đường chui qua từ các mao quản của vật liệu lọc, còn các chất huyền phù thì giữ lại trên bề mặt vật liệu lọc. Để quá trình lọc được thực hiện hoàn hảo, cần phải tạo ra một chênh lệch áp suất đủ lớn ở hai phía của lớp vật liệu lọc. Đối với việc lọc nước bùn, người ta tạo nên độ chân không nhất định giữa hai phía của vật liệu lọc để tạo ra độ chênh lệch áp suất. Chỉ khi độ chênh lệch áp suất lớn hơn trở lực của lớp vật liệu lọc và của lớp bã thì dung dịch lọc mới chảy về phía áp lực thấp hơn một cách thuận lợi. - Phương pháp thực hiện: sử dụng các máy lọc chân không thùng quay 47 (trống lọc chân không) để phân ly nước bùn thành nước lọc trong (chứa đường) và bã bùn. - Điều kiện công nghệ: + Nhiệt độ nước bùn lọc và nước rửa cần duy trì 85-900C. + Pol bã bùn không lớn hơn 2%. + pH nước bùn khống chế 7,5-8,0 (cho sữa vôi vào nước bùn đi lọc) + Chất khô trong bùn lọc không nên dưới 4,5%, tỷ lệ tốt nhất là 5,5-6%. Cho thêm vụ bã mía vào bùn loãng khoảng 0,5-0,8% so với khối lượng mía để dễ lọc. + Tốc độ lọc: khoảng 250 đến 400 lít nước bùn/ m2 bề mặt lọc/giờ. II.2.2.8. Gia nhiệt 3 - Tác dụng: Nâng nhiệt độ nước chè trong lên đến điểm sôi trước khi cho vào nồi bốc hơi. Khi vào nồi bốc hơi thì nước chè trong đã sôi và bốc hơi ngay nên giảm được thời gian bốc hơi. - Điều kiện công nghệ: gia nhiệt đến 110-115 oC đạt nhiệt độ sôi của nước mía. II.2.2.9. Cô đặc Nhằm nâng cao nồng độ nước chè trong từ 13-15Bx đến 55-65 0Bx để chuẩn bị cho công đoạn nấu đường. II.2.2.10. Xông SO2 lần 2 - Tác dụng: + Biến chất có màu thành chất không màu hoặc có màu nhạt hơn + Nếu trong nước mía còn muối calcium hoà tan thì tiếp tục tạo kết tủa, phản ứng như sau: CaA2 + SO2 + H2O CaSO3 + 2HA Trong đó: A ký hiệu cho gốc acid Do muối kết tủa tiếp tục loại trừ các chất keo nên giảm bớt độ nhớt mật chè tạo thuận lợi cho quá trình kết tinh. - Điều kiện công nghệ: + Khống chế pH mật chè trong khoảng 5,8-6,2. Nếu pH khi xông SO 2 lần 2 thấp hơn 5,8 thì hiệu quả tẩy màu cao hơn nhưng tổn thất đường saccharose nhiều hơn. Nếu pH lớn hơn 6,2 thì ngược lại. + Thời gian xông SO2 càng nhanh càng tốt để hạn chế sự chuyển hóa đường. II.2.2.11. Lắng nổi - Tác dụng: trong quá trình lắng còn một số chất lơ lửng hoặc một số kết tủa tạo ra khi xông SO2 lần 2 cho nên cần loại bỏ các thành phần này ra khỏi mật chè. Việc loại trừ các tạp chất trong mật chè sẽ giảm độ nhớt 20-35%, loại chất màu 1217%, giảm độ tro đường thành phẩm 15-20% và giúp quá trình kết tinh diễn ra tốt. Hiện nay một số nhà máy sản xuất đường đã dùng phương pháp lắng nổi để thực hiện mục đích này. - Nguyên lý chung của lắng nổi: bổ sung vào mật chè một số hoá chất như Na3PO4, H3 PO4, chất tạo bọt, chất trợ lắng và kết hợp gia nhiệt, sục không khí để làm cho các tạp chất có trong mật chèbị hấp phụ vào chất kết tủa và cùng nổi lên trên bề mặt dung dịch dưới dạng bọt. 48 - Điều kiện công nghệ: Nhiệt độ mật chè cần đạt: 80-850C Thời gian phản ứng: > 15 phút pH = 7,0 ± 0,5 Lượng Na3PO4: 200 - 300ppm (so với khối lượng chất khô mật chè). H3 PO4 :200 - 300 ppm (so với khối lượng chất khô mật chè). Chất tạo bọt : 10-12ppm (so với khối lượng chất khô mật chè) Chất trợ lắng:10-15 ppm (so với khối lượng chất khô mật chè). - Lưu trình lắng nổi: Trước hết gia nhiệt mật chè đến nhiệt độ 80-85 0C, cho H3 PO4 (liều lượng 200-300ppm) và sữa vôi (hoặc calcisaccharat) đến pH=7,0 ± 0,5 sau đó sục khí tạo bọt (có thể dùng bơm sục khí hoặc máy tạo bọt khí), cho chất trợ lắng 10-15 ppm rồi cho vào thiết bị lắng nổi để tiến hành phân ly chất rắn nổi và mật chè trong. Để tăng cường sự tạo bọt, bảo đảm cho bọt khí bền vững về mặt cơ học, không bị phá vỡ khi nổi lên bề mặt và tiếp xúc với cánh khuấy, người ta bổ sung vào mật chè chất tạo bọt. Có thể dùng detergent làm chất tạo bọt. Để duy trì pH ổn định có thể dùng muối Na3PO4 II.2.3.Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp sulfit hóa axit tính II.2.3.1. Ưu điểm - Lượng vôi và lưu huỳnh tiêu hao tương đối ít và sản xuất ra được đường trắng. - Lưu trình công nghệ và thiết bị tương đối đơn giản. - Chất kết tủa tương đối rắn chắc, tốc độ lắng tương đối nhanh, thể tích nước bùn nhỏ, lọc tương đối nhanh. II.2.3.2. Nhược điểm - Chưa loại được nhiều chất không đường vô cơ vì phương pháp này được tiến hành trong môi trường trung tính và acid mà chất phi đường vô cơ như Al 2O3, Fe2O3 , MgO, SiO2 ... bị loại ra trong môi trường kiềm (pH = 8-11,0) - Nếu khống chế pH không tốt thì chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau khi làm sạch ít. - Đường sản xuất bằng phương pháp sulfit hóa bảo quản trong thời gian dài sẽ có màu trở lại. - Hàm lượng Ca2+ còn lại trong nước mía tương đối nhiều làm ảnh hưởng đến việc đóng cặn trong thiết bị truyền nhiệt và bốc hơi. - Hàm lượng SO2 trong đường trắng có lúc còn cao nên gây tâm lý lo ngại cho người tiêu dùng. II.2.4. Một số điểm cần chú ý khi xông SO2 và trung hoà II.2.4.1. Cường độ xông lưu huỳnh Cường độ xông lưu huỳnh là trị số biểu thị lượng SO 2 được nước mía hấp thụ. Cường độ xông lưu huỳnh là số ml NaOH có nồng độ N/28 hoặc số ml I 2 có 49 nồng độ N/32 để chuẩn độ 10ml dung dich nước mía đã xông SO2 . Phản ứng khi dùng iod để chuẩn độ nước mía đã xông SO2 như sau: H2SO3 + I2 + H2O H2SO4 + 2HI Theo tính toán 1ml dung dịch I2 N/32 phản ứng với 1mg SO2. Theo qui định thì cường độ xông lưu huỳnh được tính trên 10 ml nước mía trung hòa, do đó khi cường độ xông lưu huỳnh là 10 ml dung dịch I 2 N/32 có nghĩa trong 10 ml nước mía có lượng SO2 hoà tan là 10 mg hay 1lít nước mía có 1gam SO 2 hoà tan. Khi cường độ xông SO2 là 12ml thì hàm lượng SO2 đã hoà tan là 1,2 gam/ lít. Cường độ xông lưu huỳnh có tác dụng quan trọng đối với việc làm sạch nước mía: - Cường độ xông lưu huỳnh trong nước mía càng lớn thì sẽ tạo thành kết tủa CaSO3 càng nhiều, các tạp chất phi đường bị hấp phụ và loại ra càng nhiều. - Nhưng nếu hàm lượng SO2 hoà tan quá nhiều thì sẽ gây ảnh hưởng không tốt: + Tăng lượng lưu huỳnh và lượng vôi dùng sẽ không có lợi về mặt kinh tế. + Trị số pH quá thấp, nước mía có tính acid mạnh, đường saccharose bị chuyển hóa + Phải tăng thêm lượng vôi dùng tức là tăng tạp chất vào nước mía, làm giảm hiệu quả làm sạch. Nếu cho vôi không đủ thì sẽ tạo thành Ca(HSO3)2. Đối với mỗi loại mía khác nhau, yêu cầu cường độ lưu huỳnh không giống nhau. Ơ các nhà máy đường làm sạch theo phương pháp sulfit hóa acid tính, cường độ lưu huỳnh của nước mía trung hòa là 8-12ml, còn tỉ lệ lưu huỳnh đối với mía vào khoảng 0,05-0,08% so với khối lượng mía ép. Đối với nguyên liệu mía ở các vùng đất lấn biển hoặc vùng đồi núi khô hạn chứa hàm lượng chất keo rất nhiều và hàm lượng P2O5 ít thì cường độ xông lưu huỳnh phải đạt 14-15ml mới bảo đảm yêu cầu làm sạch. II.2.4.2. pH nước mía sau khi trung hoà - Khi trung hoà mà pH nước mía trong đạt tới 7,0-7,2 các chất không đường bị khử tương đối nhiều, lượng đường saccharose bị chuyển hoá cũng ít hơn, có lợi cho việc hạ thấp lượng mật và chất lượng đường trắng cũng tốt hơn. Tuy nhiên, với mía nguyên liệu tương đối tươi mới, chu kỳ vận chuyển ngắn, mía có độ chín tốt tức là hàm lượng đường khử không cao (khoảng 20-30% tổng lượng chất không đường), GP = 84-86% thì nên trung hoà tới mức này. - Khi mía nguyên liệu không được tươi mới thường hàm lượng đường khử cao (khoảng 40-50% tổng lượng chất không đường), GP=81-83% thì nên trung hoà để nước mía trong thấp hơn trung tính một ít (đạt khoảng 6,9) để hạn chế sự tạo màu do đường khử bị phân huỷ ở pH cao. 50 Chương IV. BỐC HƠI NƯỚC MÍA I. Ý NGHĨA CỦA VIỆC BỐC HƠI NƯỚC MÍA - Quá trình lắng nước mía cho ta chè trong có nồng độ chất khô 13-15 0Bx. Tuỳ theo độ tinh khiết của nước chè trong, muốn đường saccharose kết tinh, ta phải nâng nồng độ nước chè trong lên cao hơn 78 0Bx. Trong sản xuất người ta thực hiện việc nâng nồng độ này qua hai giai đoạn: + Bốc hơi: là giai đoạn bốc hơi nước của chè trong để nâng nồng độ từ 130 15 Bx đến nồng độ 55-650 Bx, sản phẩm quá trình bốc hơi là mật chè (sirô). Đường kết tinh trong dung dịch có nồng độ 78-80 0Bx. Về lý thuyết có thể bốc hơi đến 75oBx. Trong thực tế, nấu đường cần loại mật chè có khả năng hòa tan các tinh thể để có thể hòa tan các ngụy tinh sinh ra từ lúc bắt đầu nấu, đó là điều kiện cần thiết để đạt được nấu đường tốt. Do đó ở giai đoạn bốc hơi chỉ cần đến nồng độ 60-70oBx cho sản xuất đường thô và khoảng 60oBx cho sản xuất đường trắng. + Nấu đường: là giai đoạn bốc hơi nước của mật chè để kết tinh đường saccharose trong mật chè và nâng tới nồng độ cực đại. - Nguyên nhân thực hiện hai giai đoạn bốc hơi và nấu đường: + Ở giai đoạn bốc hơi, đường saccharose chưa kết tinh nên không cần quan tâm đến hiện tượng kết tinh và hình dạng hạt đường mà chỉ cần bốc hơi nhanh để đường saccharose khỏi bị chuyển hóa, vì vận tốc bốc hơi ở giàn bốc hơi cao. + Ở giàn bốc hơi, thông qua việc sử dụng hơi thứ (trích), nên có lợi về mặt sử dụng nhiệt lượng. Ngoài ra còn sử dụng được nước ngưng để cấp cho lò hơi và dùng cho các mục đích công nghệ khác. + Bốc hơi tạo ra mật chè có nồng độ gần điểm kết tinh và chứa trong thùng bảo đảm cung cấp đều đặn và liên tục để ổn định quá trình nấu đường, bảo đảm chất lượng đường ít thay đổi. II. NHIỆM VỤ CỦA CÔNG ĐOẠN BỐC HƠI II.1. Cô đặc dung dịch nước chè trong Cô đặc nước chè từ 13-15oBx lên 55-65oBx và phải đảm bảo nồng độ ổn định để đáp ứng yêu cầu nấu đường. Nếu nồng độ loãng quá sẽ tốn hơi và tăng thời gian nấu. Nếu đặc quá sẽ khó điều khiển thao tác kết tinh, xông SO 2 khó và tăng đóng cặn ở nồi bốc hơi, ngoài ra có nguy cơ kết tinh trong các thùng chứa và đường ống. II.2. Sử dụng hơi thứ Nhiệm vụ của công đoạn bốc hơi không chỉ là cô đặc nước đường mà còn tận dụng hơi bay ra trong lúc bốc hơi để cấp nhiệt cho gia nhiệt, bốc hơi và nấu đường, nhằm giảm chi phí lượng hơi nước sử dụng. Hệ thống bốc hơi được xem là một nơi cung cấp hơi áp suất thấp cho nhà máy (hơi thứ) nhằm giảm chi phí lượng hơi sử dụng do tận dụng hơi bốc lên để gia nhiệt và nấu đường. Tuy nhiên việc sử dụng hơi thứ cho nấu đường và gia nhiệt phải được tính toán sao cho cân bằng hơi trong nhà máy được đảm bảo. Đồng thời đây cũng là nơi tiêu thụ hơi áp suất thấp: dùng hơi thải turbin để bốc hơi nước mía, 51 hơi thứ của hiệu trước làm hơi đốt cho hiệu sau. II.3. Sử dụng nước ngưng tụ Nước ngưng tụ từ các nồi bốc bao gồm nước ngưng tụ của hơi thải turbin hoặc hơi từ lò hơi đã giảm áp và hơi nước bốc hơi từ nước mía. Thông thường có 2 loại nước ngưng là: nước ngưng tụ từ hơi thải turbin (hoặc hơi từ lò hơi đã giảm áp) và nước ngưng tụ từ hơi thứ. Tùy theo nguồn hơi cấp mà tách lấy các loại nước ngưng tụ vào các thùng khác nhau. Việc sử dụng các loại nước ngưng tụ như sau: - Nước ngưng tụ của nồi bốc hơi1: cấp cho nồi hơi - Nước ngưng tu của các các nồi bốc hơi khác: dùng để thẩm thấu mía, hòa loảng mật, hoà tan đường thành mật chè hồi dung, dùng nấu đường, li tâm, lọc bùn ...Khi cần thiết nước ngưng tụ của nồi bốc hơi 2 có thể cấp cho nồi hơi nếu như không bị nhiễm đưòng quá mức cho phép. II.4. Giảm tổn thất đường saccharose và đảm bảo chất lượng mật chè Khi cô đặc nước chè trong, bằng các biện pháp thao tác hợp lý và công nghệ thích hợp, giảm thời gian lưu của mật chè trong thiết bị bốc hơi, giảm thấp nhiệt độ bốc hơi nhằm giảm sự phân hủy đường khử, sự cháy đường và sự tổn thất đường saccharose do chuyển hoá cũng như mất đường theo hơi thứ. III. NGUYÊN LÝ BỐC HƠI NHIỀU NỒI Hệ thống thiết bị mà sự bốc hơi trong một nồi duy nhất gọi là bốc hơi một nồi (đơn hiệu). Hệ thống thiết bị bốc hơi tạo nên bởi một số nồi bốc hơi mà khi làm việc nếu lấy hơi thứ bốc từ nước mía của nồi đầu để làm hơi đốt đun nóng một nồi thứ hai ta có hệ thống bốc hơi 2 hiệu, nếu lấy hơi thứ bốc lên từ nồi thứ hai làm hơi đốt nồi ba thì ta có hệ thống bốc hơi 3 nồi (hiệu); tương tự như thế ta có hệ thống bốc hơi 4 nồi, 5 nồi, 6 nồi. Có bao nhiêu nồi là có bấy nhiêu hiệu. Thường gặp nhất là hệ thống bốc hơi 3,4,5 hiệu làm việc trong điều kiện áp suất chân không. Bốc hơi nhiều nồi được ông Rillieux người Mỹ gốc Pháp phát minh vào năm 1843. III.1. Sơ đồ hệ thống bốc hơi nhiều nồi Hình 4-1: Sơ đồ hệ thống bốc hơi nhiều nồi Trên nguyên lý bốc hơi nhiều nồi thì tiết kiệm được hơi sử dụng, ngoài ra 52 nước mía sôi dưới áp lực chân không, có ưu điểm lớn: - Làm tăng khoảng cách nhiệt độ giữa hơi nước hiệu 1 và hơi bốc hiệu cuối do đó cho phép tiếp tục bốc hơi ở những nhiệt độ ít nguy hiểm hơn theo quan điểm chuyển hóa và màu sắc của nước mía khi nước mía trở nên đậm đặc hơn và có độ nhớt cao hơn. III.2. Nguyên lý làm việc - Chỉ cần cung cấp hơi đốt cho hiệu 1, hơi thứ hiệu 1 làm hơi đốt cho hiệu 2, hơi thứ hiệu 2 làm hơi đốt cho hiệu 3 và cứ như thế hơi thứ hiệu cuối đi vào thiết bị ngưng tụ. - Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt ở các hiệu là phải có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường tức là sự chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các hiệu. Áp suất trong các hiệu giảm dần từ hiệu đầu đến hiệu cuối. - Nước chè trong sau khi được gia nhiệt lần 3 được đưa vào nồi bốc hơi 1. Nguồn nhiệt cấp cho nồi bốc hơi 1 thường là hơi nước thải từ turbin (gọi tắt là hơi thải), khi không đủ hơi thải có thể dùng hơi nước đã giảm áp của nồi hơi để bổ sung. Ở nồi 1, nước chè nhận nhiệt của hơi đốt qua bề mặt truyền nhiệt và một phần nước của nước chè bốc hơi thành hơi thứ, hơi nước sau khi cấp ẩn nhiệt cho bề mặt truyền nhiệt thì ngưng tụ thành nước ngưng. Tiếp đó hơi thứ của nồi bốc hơi 1 đi vào buồng đốt của nồi bốc hơi thú 2 để cấp nhiệt cho nước chè từ nồi bốc hơi 1 chảy vào nồi bốc hơi 2. Tương tự như vậy cho đến các nồi bốc hơi tiếp theo. Ở nồi bốc hơi cuối cùng, hơi thứ đi vào thiết bị ngưng tụ tạo thành nước ngưng, khí không ngưng được bơm chân không hút ra ngoài (nếu dung thiết bị ngưng tụ kiểu phun nước thì không cần dùng bơm chân không) và nhờ đó thiết bị ngưng tụ tạo ra độ chân không cho nồi bốc hơi cuối. Nước chè lần lượt đi qua các nồi và khi qua mỗi nồi đều bốc hơi một phần nước nhờ đó nồng độ tăng dần lên, cuối cùng mật chè có nồng độ yêu cầu được lấy ra ở nồi cuối cùng nhờ bơm ly tâm và bộ phận tháo mật chè. Nước chè tự chảy từ nồi trước sang nồi sau nhờ chênh lệch áp suất giữa các nồi. Nước ngưng tụ được lấy ra liên tục từ buồng đốt của các nồi được chứa ở các thùng chứa khác nhau và dùng cho các mục đích khác nhau. Khí không ngưng cũng được lấy ra gần như liên tục nhất là các nồi dùng hơi thứ của hiệu trước làm hơi đốt. Trong quá trình bốc hơi, người ta thường chiết một phần hơi thứ ở các nồi đầu sử dụng cho gia nhiệt và nấu đường nhằm tiết kiệm hơi đốt.. IV. CƯỜNG ĐỘ BỐC HƠI IV.1. Định nghĩa Cường độ bốc hơi là lượng nước bốc hơi trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị diện tích bề mặt trao đổi nhiệt; đó cũng là năng suất bốc hơi trên một đơn vị diện tích bề mặt trao đổi nhiệt. Cường độ bốc hơi được thể hiện bằng công thức: 53 U= W F Trong đó : U: cường độ bốc hơi, kg/m2.giờ W: lượng nước bốc hơi, kg/giờ F: diện tích trao đổi nhiệt, m2. Dựa vào Q = K.F.∆t = W.(i-c.t) = W.r Ta có: U= W K .∆t K .∆t = = F i − c.t r Trong đó: K: hệ số truyền nhiệt, kCal/m2.giờ.oC ∆t: hiệu số nhiệt độ có ích, oC i: nhiệt lượng riêng của hơi thứ , kCal/kg c: nhiệt dung riêng của nước, c = 1 kCal/kg.oC r: ẩn nhiệt hoá hơi của hơi thứ, kCal/kg IV.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến cướng độ bốc hơi IV.2.1. Hệ số truyền nhiệt: Hệ số truyền nhiệt càng lớn thì cường độ bốc hơi càng lớn. Vì vậy nâng cao hệ số truyền nhiệt thì có thể nâng cao cường độ bốc hơi và đây là biện pháp cơ bản. Muốn tăng hệ số truyền nhiệt thì dựa vào các yếu tố ảnh hưởng tới nó như đã trình bày ở V.3. IV.2.2. Hiệu số nhiệt độ có ích Hiệu số nhiệt độ có ích càng lớn thì cường độ bốc hơi càng lớn. Để tăng hiệu số nhiệt độ có ích thì cần: - Tăng áp suất hơi đốt vào nồi đầu và tăng độ chân không ở nồi cuối. Tuy nhiên việc tăng đó cũng có giới hạn nhất định. - Giảm tổn thất nhiệt độ do áp suất tĩnh. Trong hệ thống bốc hơi nhiều hiệu, cường độ bốc hơi của hiệu trước cao hơn hiệu sau vì hệ số truyền nhiệt giảm dần từ nồi đầu đến nồi cuối. V. NHỮNG BIẾN ĐỔI LÝ HÓA CỦA NƯỚC CHÈ TRONG QUÁ TRÌNH BỐC HƠI V.1. Sự chuyển hóa đường saccharose Trong quá trình bốc hơi do một số chất không đường trong nước chè bị phân huỷ tạo ra acid hoặc do nước chè có tính acid thì đường saccharose bị chuyển hóa tạo ra đường khử và gây hao hụt đường saccharose. Sự tổn thất đường đường saccharose tỷ lệ thuận với độ acid, nhiệt độ và thời gian lưu nước chè trong nồi bốc hơi. - Ảnh hưởng của độ acid: Trong điều kiện nhiệt độ nhất định, độ acid càng thấp, chuyển hóa đường saccharose càng nhiều. Sự chuyển hoá saccharose phụ thuộc vào độ acid được cho ở bảng 4-1 54 Bảng 4-1: Trị số % đường saccharose chuyển hóa trong 1 giờ tại các trị số pH khác nhau ở 100oC. pH Saccharose chuyển hoá, % pH Saccharose chuyển hoá, % pH=4,8 3,37 pH= 6,3 0,117 pH=5,3 1,02 pH=6,8 0,034 pH=5,8 0,31 pH= 7,0 0,021 Như vậy ở cùng một nhiệt độ, trong 1 giờ, % saccharose chuyển hóa tỉ lệ nghịch với pH; khi trị số pH giảm đi 1,0 thì % saccharose chuyển hoá tăng 10 lần. - Ảnh hưởng của nhiệt độ: Ở độ acid nhất định, nhiệt độ càng cao, đường saccharose chuyển hóa càng nhiều. Quan hệ giữa nhiệt độ và tốc độ chuyển hoá saccharose cho ở bảng 5-4. Bảng 4-2: Tốc độ chuyển hoá saccharose ở các nhiệt độ khác nhau (lấy tốc độ chuyển hóa ở 100oC là 100 làm cơ sở) Nhiệt độ, 0C 120 110 107 105 100 98 96 94 Tốc độ chuyển hoá 523 257 200 167 100 85 72 60,5 Nhiệt độ, 0C 92 90 85 75 70 65 60 55 Tốc độ chuyển hoá 50,6 41,5 24,5 8,5 4,9 2,9 1,7 1,0 Từ bảng 4-2 ta thấy khi nhiệt độ tăng lên hoặc giảm đi 10 0C thì tốc độ chuyển hoá tăng lên hoặc giảm đi 2,5 - 3 lần. Từ 100 oC trở lên, sự chuyển hóa trở nên trầm trọng, do đó cần giới hạn nhiệt độ bốc là khoảng 125-130oC. - Ảnh hưởng của thời gian lưu: Trong điều kiện dung dịch đường bốc hơi ở nhiệt độ và pH nhất định, thời gian lưu của nước chè trong hệ thống bốc hơi càng lâu thì chuyển hóa đường saccharose càng nhiều. - Cách hạn chế sự chuyển hóa + Phải đảm bảo ổn định dung dịch đường vào nồi bốc hơi trong phạm vi trung tính để tránh saccharose bị chuyển hóa và đường hoàn nguyên phân hủy khi có tính kiềm, gây ra tổn thất một phần đường hoặc giảm thấp chất lượng sản phẩm. Để giảm bớt màu sắc sirô tăng lên thì cần ổn định mức dung dịch trong nồi của các hiệu và nồng độ sirô là rất cần thiết. + Nâng cao cường độ bốc hơi để rút ngắn thời gian lưu của chè trong nồi bốc hơi. Muốn vậy cần phải bảo đảm bề mặt gia nhiệt sạch sẽ và duy trì nhiệt độ có ích ở mức cao. 55 V.2. Sự thay đổi độ pH Tuy chè trong vào nồi bốc hơi là trung tính nhưng trong quá trình bốc hơi sẽ xảy ra các phản ứng hóa học làm thay đổi độ pH của nước chè. - Thông thường pH nước chè giảm trong quá trình bốc hơi.Nguyên nhân làm giảm độ pH: + Do sự thủy phân chất không đường chứa nhóm amin tạo các acid CH2 - CONH2 CH2COOH  + HOH →  + NH3 CHNH2-COOH CHNH2-COOH (Asparagin) (Acid asparagic) Các acid tạo thành sẽ trung hòa độ kiềm tự nhiên trong nước chè (K 2CO3, Na2CO3) làm trị số pH của nước chè giảm xuống. CH2 - COOH CH2COOK  + K2CO3 →  + H2O + CO2 CHNH2-COOH CHNH2-COOK (Aspartate kali) + Đường khử phân hủy tạo ra các acid hữu cơ như acid lactic, acid gluconic, acid formic, acid acetic và acid humic.. làm cho trị số pH của nước chè giảm thấp. - Nguyên nhân làm cho pH tăng Hiện tượng tăng pH trong quá trình bốc hơi rất ít thấy. Nếu thao tác bình thường khi xông SO2 thì không xảy ra hiện tượng tăng độ pH. Còn thi xông SO 2 quá lượng thì làm cho muối sulfit biến thành bisulfit và khi bốc hơi muối này bị phân giải tạo thành muối trung tính và khí SO2 thoát ra ngoài, nhờ đó pH tăng lên: Ca(HSO3)2 → CaSO3 + H2O + SO2 KHSO3 → K2SO3 + H2O + SO2 Trong quá trình bốc hơi có những nguyên nhân làm giảm độ pH và cũng có những nguyên nhân làm tăng độ pH nhưng cuối cùng pH của mật chè thấp hơn pH của chè trong là do độ giảm pH là chính. Độ tinh khiết của của chè trong thấp thì độ pH giảm xuống càng nhiều, độ tinh khiết cao thì độ pH giảm xuống càng ít. Độ sụt pH bình thường giữa chè trong và mật chè theo Honig là 0,3- 0,5. Thí dụ chè trong có pH = 6,9 thì mật chè có pH = 6,5. V.3. Sự gia tăng màu sắc Khi bốc hơi màu sắc của mật chè tăng do: - Khi bốc hơi nếu nước chè tuần hoàn không tốt, bị quá nhiệt cục bộ, trên thành ống gia nhiệt đường saccharose bị caramen hóa sinh ra chất màu. Lượng caramen tạo thành phụ thuộc vào thời gian truyền nhiệt, nhiệt độ và pH, chỉ cần một lượng caramen nhỏ cũng làm cho nước mía có màu đậm. - Đường khử bị phân hủy tạo ra các chất có màu sẫm. - Phản ứng kết hợp giữa đường khử và acid amin tạo thành melanoidin làm tăng màu sắc nước chè. Sự tăng màu sắc của nước chè trong quá trình bốc hơi phụ thuộc vào hiệu quả 56 làm trong làm sạch nước mía, thời gian và nhiệt độ bốc hơi. V.4. Sự thay đổi độ tinh khiết Chè trong sau khi bốc hơi thu được mật chè có độ tinh khiết cao hơn, đây là hiện tượng bình thường. Độ tinh khiết tăng trong quá trình bốc hơi phụ thuộc vào phương pháp làm sạch. Ví du: Phương pháp vôi hoá độ tinh khiết tăng 0,7 - 1,0% Phương pháp sulfit hoá độ tinh khiết tăng 0,8 - 1,0% Phương pháp carbonat hoá độ tinh khiết tăng 0,2 - 0,5% Độ tinh khiết tăng do các nguyên nhân sau đây: + Chất không đường bị phân hủy thí dụ như acid amin bị phân hủy sinh ra NH3, muối carbonat bị phân huỷ sinh ra CO 2 đều theo hơi thứ thoát ra ngoài do đó giảm một phần chất không đường, tương ứng làm cho độ tinh khiết của mật chè tăng. + Một phần chất không đường kết tủa sinh ra cáu cặn làm cho độ tinh khiết mật chè tăng lên. Cứ 2000 tấn mía 150Bx khi cô đặc có khoảng 1 tấn cặn tạo thành. Một số nhà máy đường sau khi bốc hơi thành mật chè độ tinh khiết không tăng lên mà lại giảm đi. Nguyên nhân là do trong khi bốc hơi một lượng lớn saccharose bị chuyển hóa, làm tổn thất saccharose dẫn tới độ tinh khiết bị giảm thấp mà không bù lại được bởi phần chất không đường bị phân hủy và kết tủa. Trong trường hợp này cần phải tìm nguyên nhân cụ thể trong sản xuất mà có biện pháp xử lý. V.5. Sự mất đường theo hơi thứ - Trong nồi bốc hơi nhiều hiệu, qui luật mất đường theo hơi thứ ở hiệu sau nhiều hơn hiệu trước, tức là mất đường tăng dần theo số hiệu về cuối. + Ở các nồi cuối chân không càng cao nên sự kéo theo hơi bốc nhiều hơn. + Ở các hiệu sau độ tinh khiết dung dịch tăng lên, độ nhớt tăng tương ứng thì các bọt khí vỡ chậm hơn. Ngoài ra nhiệt dung riêng của hơi thứ hiệu sau tương đối nhỏ, trở lực trở nên tương đối nhỏ, do đó tốc độ văng lên của giọt dịch đường tăng lên. V.5.1. Hiện tượng mất đường theo hơi thứ Trong khi bốc hơi, nước chè sôi ở trong lòng dung dịch tạo ra những bọt hơi nước được bao quanh bởi một màng mỏng nước mía và bị đẩy lên khỏi bề mặt dung dịch. Khi lên khỏi mặt dung dịch các bọt hơi nước bị vỡ, hơi nước bay lên. Bọt hơi nước sau khi rời khỏi mặt dung dịch, nếu như chậm vỡ thi do các bọt đó rất nhẹ nên sẽ có một phần bọt bị dòng hơi thứ bốc lên kéo chúng sang buồng đốt của nồi bốc kế tiếp hoặc bị hút vào thiết bị ngưng tụ. Khi tốc độ bốc hơi mãnh liệt, nước chè từ ống truyền nhiệt phun thành những hạt nhỏ vào buồng bốc hơi tràn ra ngoài nồi. Đó là hai hiện tượng mất đường theo hơi thứ. V.5.2. Nguyên nhân và những nhân tố ảnh hưởng đến sự mất đường theo hơi thứ + Tốc độ bốc hơi quá nhanh 57 + Mức dung dịch trong nồi không ổn định + Tác dụng tự bốc hơi quá mạnh + Độ chân không mất ổn định + Tuần hoàn dung dịch đường không bình thường + Độ nhớt dung dịch đường lớn, bọt nhiều. V.5.3. Qui luật mất đường theo hơi thứ Trong hệ thống bốc hơi nhiều hiệu, ở hiệu sau mất đường nhiều hơn hiệu trước, tức là mất đường tăng dần theo thứ tự số hiệu về cuối. Sỡ dĩ như vậy là vì: + Ở các nồi cuối, độ chân không càng cao nên sự kéo theo hơi bốc nhiều hơn. + Ở các hiệu sau nồng độ dung dịch tăng lên, độ nhớt tăng tương ứng thì các bọt khí vỡ chậm hơn. V.5.4.Anh hưởng của sự mất đường đến sản xuất và các biện pháp giảm sự mất đường theo hơi thứ - Mất đường theo hơi thứ không những tăng tổn thất không xác định làm giảm thu hồi đường mà còn làm cho nước ngưng tụ bị nhiễm đường có thể ảnh hưởng tới sự vận hành an toàn nồi hơi. Biên pháp ngăn ngừa mất đường theo hơi thứ: - Nâng cao chất lượng nước chè trong: + Trong quá trình làm trong làm sạch nước mía phải cố gắng loại càng nhiều chất keo càng tốt đồng thời đề phòng sinh ra chất keo mới bởi vì nước chè có nhiều chất keo thì độ nhớt cao và bọt nhiều, trong nồi bốc hơi bọt trào ra rất khó vỡ, dễ mất nhiều đường. + Không để trị số pH nước chè trong quá cao vì pH cao thì đường khử dễ bị phân huỷ tạo thành một phần chất keo làm tăng độ nhớt , tăng bọt. - Ổn định thao tác bốc hơi: + Ổn định độ chân không. Độ chân không trong nồi đột nhiên tăng cao sẽ làm cho dung dịch sinh ra rất nhiều bọt nhỏ và bị hơi thứ kéo ra ngoài gây mất đường. Duy trì độ chân không ở nồi bốc hơi cuối khoảng 63-66 cmHg là tốt nhất. + Tránh thúc đẩy dàn bốc hơi làm việc vượt quá năng suất bình thường. + Tránh để mực nước mía lên cao quá mức hoặc giảm thấp quá mức. Nếu mức dung dịch thấp quá đẽ gây ra bắn tung toé trực tiếp vào buồng bốc hơi, tăng sự mất đường. Nếu mực dung dịch trong nồi bốc hơi cao quá thì độ cao khoảng không gian bốc hơi thu ngắn lại, thời gian để bọt dừng lại trong nồi không đủ, bọt chưa kịp vỡ đã bị hơi thứ kéo ra ngoài. - Chọn thiết bị bốc hơi hợp lý: + Chiều cao buồng bốc hơi phải hơn chiều cao ống truyền nhiệt từ 2,0 đến 2,5 lần để bảo đảm khoảng không gian tương đối rộng cho một số hạt nước đường lớn đi qua đoạn dài giảm tốc độ và bị tác dụng của trọng lực mà rơi xuống. + Trang bị các bộ thu hồi cho các nồi bốc hơi. Bộ thu hồi đường phải có không gian cho hơi thứ lưu động vừa bảo đảm hiiêụ quả phân ly hơi-lỏng vừa có trở lực nhỏ để hơi thứ dễ thoát ra. Theo Noendier, trong một dàn bốc hơi đa hiệu 58 nếu không có thiết bị thu hồi thì tổn thất đường do nước chè bị kéo theo hơi thứ có thể lên tới 3% lượng đường trong nước chè, tổn thất đó có thể giảm xuống dưới 0,1% nếu các thiết bị thu hồi được lắp đặt đúng cách. V.6. Sự tạo cặn Trong quá trình làm việc, các ống truyền nhiệt của bốc hơi đa hiệu thường bị đóng cặn bẩn theo hai cách: - Ở ngoài ống tạo thành một lớp gỉ dầu do hơi thải từ turbin mang tới. Lớp dầu bám ngoài ống do hơi thải đem đến dĩ nhiên chỉ có ở nồi 1. Lớp dầu bẩn đóng bám đó có màu đen hoặc nâu xỉn. Lớp này gây hại cho sự truyền nhiệt trong nồi, có thể loại bỏ trong thời gian ngừng sản xuất bằng cách đưa vào chùm ống đó một dung dịch acid rất loãng, thí dụ dung dịch HCl 0,5% hoặc NaOH 2,0%. - Ở trong ống tạo thành một lớp cặn cứng do từ nước mía. Lớp cặn đóng bám bên trong ống gây nhiều trở ngại nhất. Ở đây ta chỉ xét loại cáu cặn này. V.6.1. Nguyên nhân tạo cặn - Trong khi bốc hơi, nước mía được cô đặc do một lượng lớn nước bốc hơi, cùng với sự tăng nồng độ của đường thì nồng độ các chất không đường cũng tăng lên. Khi nồng độ các chất không đường vượt quá độ hoà tan của chúng thì sẽ đạt trạng thái quá bão hoà, một phần các chất không đường kết tinh bám vào bề mặt truyền nhiệt tạo thành cáu cặn. + Cặn thường phát sinh ở những chỗ dung dịch tiếp xúc trực tiếp với bề mặt truyền nhiệt. Vì vậy trong thiết bị bốc hơi ống chùm, cặn ở phần dưới ống nhiều hơn ở phần trên ống. + Nồng độ dung dịch càng đậm đặc thì thì cặn hình thành càng nhiều. Do đó: Cặn ở nồi đầu ít hơn ở nồi sau. Muối Calcium của các acid hữu cơ và acid phosphoric có độ hoà tan nhỏ nhất thì tách thành cặn đầu tiên, bám ở nồi bốc hơi 1. Loại cặn này mềm, xốp, do vậy cặn ở nồi đầu dễ tẩy rửa. Các muối CaSO 3, CaSO4, CaSiO3, CaC2O4, ...có độ hoà tan lớn thì tạo thành cáu cặn ở các nồi bốc hơi sau và các loại cặn sulfat, silic, oxalat lại cứng chắc nên cặn ở những bình cuối khó loại trừ. - Các muối calcium hòa tan sau khi phản ứng thay thế với các muối carbonat hòa tan tạo thành carbonat calcium kết tủa gây cáu cặn. CaA2 + K2CO3 → CaCO3 + 2KA CaA2 + Na2CO3 → CaCO3 + 2NaA - Trong quá trình làm trong làm sạch, nếu khống chế pH không tốt chẳng hạn xông SO2 quá nhiều, gia vôi trung hoà để pH thấp thì muối calcium sulfit bị biến đổi thành calcium bisulfit hòa tan, khi bốc hơi calcium bisulfit bị phân hủy thành muối calcium sulfit kết tủa. Phản ứng như sau: Ca(HSO3)2 → CaSO3 + H2O + SO2 V.6.2. Ảnh hưởng của cặn tới bốc hơi 59 - Cáu cặn là một chất dẫn nhiệt kém, hệ số dẫn nhiệt cao nhất của cặn trong các nồi bốc hơi không quá 1,0 kCal/m.oC.h, nếu so sánh với hệ số dẫn nhiệt của thép là 39 kCal/m.oC.h thì cách nhau rất xa. Vì vậy,khi cặn bám trên bề mặt ống truyền nhiệt sẽ làm giảm khả năng truyền nhiệt ở bình bốc hơi, giảm cường độ bốc hơi. Khi thấy cường độ bốc hơi giảm thì có thể là do cáu cặn đóng ở bề mặt truyền nhiệt. Mức độ giảm cường độ bốc hơi nhiều hay ít phụ thuộc vào chiều dày lớp cặn. Cặn đóng càng nhiều thì cường độ bốc hơi càng chậm. Trong hệ bốc hơi nhiều bình, bình cuối có chiều dày lớp cặn lớn nhất nên làm giảm hệ số truyền nhiệt nhiều nhất, cường độ bốc hơi giảm nhiều nhất. V.6.3. Biện pháp phòng ngừa và loại trừ cáu cặn Biện pháp phòng ngừa - Cải tiến thao tác, tăng cườngbiện pháp quản lý kỹ thuật + Vôi dùng trong sản xuất đường phải bảo đảm đúng phẩm chất qui định. Nếu vôi có chất lượng không tốt sẽ mang theo nhiều tạp chất như muối silicat, sulfat, oxid sắt, oxid Magie, ... vào trong nước mía. Những tạp chất này có ảnh hưởng đối với sự tạo cặn. + Trong nhà máy đường sulfit hoá, đề phòng sự xông SO 2 quá nhiều và khi trung hoà để pH dưới mức qui định (7,0-7,2); khi đốt cháy lưu huỳnh giảm bớt sự tạo ra SO3. + Khi bốc hơi cần tăng tốc độ đối lưu của dung dịch, không nên cô mật chè quá đặc. - Dùng hoá chất ức chế sự đóng cặn: dùng hoá chất Busperse 2139LC của Công ty BEHN MEYER với liều lượng 30ppm tức 30 kg cho 1000 tấn mía cho vào nước chè trong trước khi đưa vào hệ thống bốc hơi. Biện pháp tẩy cặn - Biện pháp cơ học: được thực hiện bằng máy thông ống hoặc dùng tay với dụng cụ là que sắt có gắn chổi sắt để thụt và rửa ống truyền nhệt. Nếu chỉ dùng đơn thuần biện pháp này chỉ áp dụng đối với nồi 1 có cặn mềm, xốp còn đối với các nồi có cặn cứng thì không hiệu quả vì tốn kém về nhân công, có thể cào xước gây hư hỏng ống truyền nhiệt. - Biện pháp hóa học: dùng các hoá chất như NaOH, Na 2CO3, NaCl, HCl, v.v... để xử lý cặn rồi sau đó dùng biện pháp cơ học để thông rửa. + Tẩy cặn bằng kiềm: các chất kiềm dùng để nấu tẩy rửa cặn thường dùng là NaOH, Na2CO3 và có lúc còn dùng thêm NaCl. Tác dụng của chất kiềm: làm thay đổi thành phần của cặn, biến cặn rắn chắc trở thành mềm xốp, muối khó tan thành dễ tan, tạo điều kiện cho việc thông rửa bằng cơ học hoặc xử lý bằng acid tiếp theo. Phản ứng hoá học: CaSiO3 + 2 NaOH → Na2SiO3 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2 NaOH → Na2SO4 + Ca(OH)2 CaC2O4 + 2NaOH → Na2C2O4 + Ca(OH)2 CaSO4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO4 60 CaSO3 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2SO3 CaC2O4 + Na2CO3 → CaCO3 + Na2C2O4 Muối NaCl làm tăng độ hòa tan của SiO 2 trong dung dịch kiềm, làm cho một số chất CaSiO3 và CaC2O4 không hòa tan chuyển thành CaCl2 hòa tan, làm cho cáu cặn xốp. Cách thực hiện: Pha dung dịch kiềm nồng độ 4-6%, có khi cho thêm 30% muối ăn so với kiềm rồi bơm vào nồi bốc hơi và nấu sôi ở nhiệt độ 105-110 0C, thời gian nấu từ vài giờ đến có khi mười giờ tuỳ điều kiện cụ thể. Sau khi nấu xong, xả dung dịch kiềm về thùng chứa để dùng cho các lần sau, có thể sử dụng từ 6-8 lần, mỗi lần nấu thì bổ sung một ít kiềm cho đủ nồng độ. Xả kiềm xong thì dùng nước sạch rửa lại cho hết kiềm mới tiến hành thông rửa cặn bằng cơ học. + Tẩy cặn bằng acid: thường dùng HCl Tác dụng của acid: Acid HCl có tác dụng hoà tan một số muối carbonat, phosphat và sulfat Phản ứng như sau: CaCO3 + 2 HCl → CaCl2 + H2O + CO2 Ca3(PO4)2 + 2 HCl → 2 CaHPO4 + CaCl2 Thực hiện: pha dung dịch acid HCl nồng độ từ 1-2%; rồi cho vào nồi bốc hơi nấu trong thời gian 3-5giờ sau đó xả acid ra ngoài rồi xả lại bằng nước cho đến khi sạch acid thì tiến hành thông rửa cặn bằng biện pháp cơ học. Đôi khi sử dụng thêm một số hóa chất khác như muối ăn (2%) + Tẩy cặn bằng acid và kiềm. Phương pháp này dùng để xử lý cặn khó tan. Thường nấu kiềm trước làm cho cặn tơi ra rồi nấu với dung dịch acid để hoà tan một bộ phận căn. Thực hiện: tỷ lệ dung dịch kiềm NaOH 3%; Na 2CO3 2,5%; NaCl 2,5%. Nấu dung dịch kiềm trong 4 giờ dưới áp suất 0,5 - 1,0 kG/cm 2. Lúc đầu nấu trong 3 giờ, nhiệt độ 65-700C, 1 giờ sau nấu ở nhiệt độ 60-650C. Sau khi nấu kiềm phải dùng nước rửa sạch trong nồi để tháo cặn đã hoà tan và kiềm dư. Sau đó cho dung dịch acid HCl 2% vào nấu. Nấu acid xong thì rửa nước. Mở hơi vào chùm ống để làm cặn khô, nứt vỡ và được lấy ra dễ dàng bằng cách thông chổi sắt. - Biện pháp vật lý: dựa trên sự khác nhau về độ dãn nở của lớp cặn và của ống truyền nhiệt khi nhiệt độ thay đổi đột ngột làm cho lớp cặn bị rạn nứt sau đó dùng biện pháp cơ học để tẩy cặn. Có hai cách thực hiện là: + Làm lạnh nồi đột ngột: sau khi ngừng nồi bốc hơi, cho ngay nước lạnh vào nồi đang nóng tới độ cao gần mặt sàng trên, do thành ống bằng kim loại co rút nhiều hơn làm cho lớp cặn bị rạn nứt nhờ đó mà thông ống bằng biện pháp cơ học. + Làm nóng nồi bằng hơi nước: nồi đang nguội, cho hơi nước vào buồng hơi làm cho lớp cặn và thành ống dãn nở nhưng thành ống dãn nở nhiều hơn làm cho lớp cặn tách khỏi ống truyền nhiệt, sau đó thông ống bằng biện pháp cơ học. - Biện pháp sinh hoá: hoà loàng mật cuối đến nồng độ 180Bx rồi cho lên men ở nhiệt độ thường cho đến khi pH giảm xuống dưới 4,0 thì cho vào nồi bốc hơi đun sôi trong 16 giờ sau đó xả ra ngoài rồi tẩy cặn bằng biện pháp cơ học. 61 Chương V. NẤU ĐƯỜNG I. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ KẾT TINH ĐƯỜNG I.1. Mục đích nấu đường Mục đích của nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa, từ đó làm xuất hiện những tinh thể đường và nuôi cho những tinh thể đường lớn lên đến kích thước theo yêu cầu. Sản phẩm của quá trình nấu đường gọi là đường non, nó gồm có tinh thể đường và mật cái. Hình 5.1 Sơ đồ nồi nấu đường I.2. Một số khái niệm thường dùng trong nấu đường I.2.1. Dung dịch bão hoà và dung dịch quá bão hoà I.2.1.1. Độ hoà tan của đường saccharose Độ hòa tan của đường saccharose ở một nhiệt độ nhất định là lượng đường tối đa hòa tan được trong một đơn vị nước ở nhiệt độ đó. Độ hòa tan thường được biểu diễn bằng số kg đường hòa tan trong 1 kg nước ở một nhiệt độ nhất định. Độ hoà tan của đường saccharose phụ thuộc vào - Nhiệt độ:khi nhiệt độ tăng thì độ hoà tan tăng, khi nhiệt độ giảm thì độ hoà tan giảm. - Đối với dung dịch đường không tinh khiết, ngoài yếu tố nhiệt độ, độ hòa tan của saccharose còn phụ thuộc vào các chất không đường. Đa số chất không đường là các muối khoáng làm tăng độ hòa tan của saccharose như KCl, NaCl ... Một số khác làm giảm độ hòa tan của saccharose như K 2SO4, đường khử . Thành phần và số lượng chất không đường là tác nhân rất quan trọng ảnh hưởng lớn đến độ tinh khiết và sự tạo mật cuối. I.2.1.2. Dung dịch bão hoà Dung dịch bão hòa ở một nhiệt độ nhất định là dung dịch chứa lượng chất hoà tan cao nhất ở nhiệt độ đó hoặc là dung dịch có nồng độ bằng độ hòa tan ở nhiệt độ đó. I.2.1.3. Dung dịch quá bão hoà 62 Dung dịch quá bão hòa là dung dịch chứa nhiều đường hơn dung dịch bão hòa ở cùng nhiệt độ; nghĩa là lượng đường hòa tan trong mỗi phần nước của dung dịch quá bão hòa vượt quá lượng đường hòa tan trong mỗi phần nước của dung dịch bảo hòa ở cùng nhiệt độ. Đường saccharose chỉ có thể kết tinh được từ dung dịch quá bão hoà. Để đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hoà, người ta dùng các phương pháp như: bốc hơi nước hoặc hạ nhiệt độ dung dịch I.2. 2. Hệ số bão hòa (α') I.2.2.1. Định nghĩa Hệ số bão hoà là tỷ số giữa độ hoà tan của đường saccharose trong dung dịch đường không tinh khiết (H1) và độ hòa tan của đường saccharose trong dung dịch tinh khiết (Ho) ở cùng một nhiệt độ. α= H1 H0 (6-1) I.2.2.2. Ý nghĩa của hệ số bão hòa Khi α' > 1 : độ hòa tan của saccharose trong dung dịch không tinh khiết lớn hơn trong dung dịch tinh khiết → các chất không đường trong dung dịch làm tăng độ hòa tan của đường saccharose. Khi α' = 1 : độ hòa tan của saccharose trong dung dịch không tinh khiết bằng trong dung dịch tinh khiết → các chất không đường không ảnh hưởng đến độ hòa tan saccharose. Khi α' < 1 : độ hòa tan của saccharose trong dung dịch không tinh khiết nhỏ hơn trong dung dịch tinh khiết → các chất không đường trong dung dịch làm giảm độ hòa tan của đường saccharose. Do đó, hệ số bão hòa phụ thuộc vào độ tinh khiết dung dịch và chất lượng của các chất không đường có trong dung dịch. Hệ số bão hoà thể hiện ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đối với quá trình sản xuất. Đối với sản xuất đường từ mía α' < 1 , sản xuất đường từ củ cải α' > 1 I.2.3. Hệ số quá bão hòa (α ) I.2.3.1. Định nghĩa Hệ số quá bão hòa α là tỷ số giữa lượng đường hòa tan trong một đơn vị nước của dung dịch nghiên cứu (H) với lượng đường hòa tan trong một đơn vị nước của dung dịch bão hòa ( H1) ở cùng nhiệt độ. H: lượng đường trong một đơn vị nước của dung dịch nghiên cứu H1: lượng đường trong một đơn vị nước của dung dịch bão hòa. α= H H1 I.2.3.2. Ý nghĩa α >1 → α =1 → α H1 : dung dịch quá bão hòa H = H1 : dung dịch bão hòa H < H1 : dung dịch chưa bão hòa. 63 + Đối với dung dịch đường saccharose tinh khiết thì H 1 = Ho . Đối với dung dịch đường không tinh khiết việc xác định lượng đường hòa tan trong một đơn vị nước của dung dịch bảo hòa H 1 khá phức tạp vì thế nên người ta coi như H 1 ≈ Ho và hệ số quá bảo hòa lúc này được gọi là hệ số quá bão hòa biểu kiến ký hiệu α1. α1 = H H0 + Mối liên hệ giữa hệ số quá bão hoà thực α, hệ số quá bão hoà biểu kiến α1 và hệ số bão hoà α’: α’ = H1/H0; α1=H/H0 mà α =H/H1= α1.Ho/α’. Ho => α=α1/α’ * Khi dung dịch đường có độ tinh khiết cao H1 ≈ Ho nên α1 ≈ α * Dung dịch đường độ tinh khiết không cao thì α1 và α khác nhau nhiều. Ghi chú: Khối lượng đường hòa tan trong một đơn vị khối lượng nước gọi là hệ số tan. Dựa vào hệ số tan ta có thể định nghĩa hệ số bão hoà và hệ số quá bão hoà: Hệ số bão hoà là tỷ số giữa hệ số tan của dung dịch đường không tinh khiết bão hoà và hệ số tan của dung dịch đường tinh khiết bão hoà ở cùng nhiệt độ. Hệ số quá bão hoà là tỷ số giữa hệ số tan của dung dịch nghiên cứu và hệ số tan của dung dịch bão hoà ở cùng nhiệt độ. Ví dụ 1: Ở nhiệt độ 65oC, mật B có nồng độ chất khô là 85,750Bx, hàm lượng đường là 38.63%; hệ số bão hoà α’ = 0,8. Xác định hệ số quá bão hòa của mật B đó. Giải: Hàm lượng nước trong mật B là: 100% - 85,75% = 14,25% Khối lượng đường hòa tan trong một đơn vị khối lượng nước (hệ số tan) của mật là: H = 3,63/14,25 = 2,71 Độ hoà hòa tan của đường ở 65OC là Ho65 = 3,08 Hệ số quá bão hòa biểu kiến α1 = 2,71/3,08 = 0,879 Hệ số quá bão hòa thực α = 0879/0,8 = 1,10 Ví dụ 2: Có một dung dịch đường tinh khiết nồng độ chất khô là 800Bx, nhiệt độ 78oC. Xác định hệ số quá bão hòa (α78t)? Nếu hạ nhiệt độ dung dịch trên xuống còn 70oC thì hệ số quá bão hòa là bao nhiêu (α70t)? Nếu nhiệt độ không đổi nhưng nồng độ chất khô là 82 0Bx thì hệ số quá bão hòa là bao nhiêu (α82c)? Cho biết: Độ hòa tan của đường trong dung dịch tinh khiết ở 78 0C là Ho78= 3,61 Độ hòa tan của đường trong dung dịch tinh khiết ở 700C là Ho70 = 3,271 Giải:  Hàm lượng nước trong dung dịch đường tinh khiết 80 0Bx là : 100% - 80% = 20% Vì đây là dung dịch tinh khiết nên lượng chất khô chính bằng lượng 64 đường .Lượng đường hoà tan trong một đơn vị khối lượng nước (hệ số tan) của dung dịch nghiên cứu là H=80/(100-20) = 4. Vì dung dịch là tinh khiết nên H1 = Ho α78t = H/H178 = H/Ho78 = 4/3,61 = 1,108  α70t = H /H170 = H/Ho70 = 4/3,271 = 1,223  Hàm lượng nước trong dung dịch đường tinh khiết 82 0Bx là : 100% - 82% = 18% H82 = 82/18 = 4,556 α82c = H82/H178 = H82 /Ho78 = 4,556/3,61 = 1,262 Nhận xét: - Dung dịch đường sau khi hạ nhiệt độ thì hệ số quá bão hòa cao hơn, do đó có thể tăng độ quá bão hoà bằng cách hạ nhiệt độ. Hai dung dịch có cùng nồng độ, dung dịch nào có nhiệt độ thấp hơn thì độ quá bão hoà lớn hơn. - Nhiệt độ không đổi, bốc hơi một phần nước nghĩa là làm nồng độ tăng cao hơn thì độ quá bão hòa cũng cao hơn. Hai dung dịch có cùng nhiệt độ, dung dịch nào có nồng độ cao hơn thì độ quá bão hoà lớn hơn. I.3. Quá trình kết tinh đường Quá trình kết tinh đường chia làm 2 giai đoạn: - Sự tạo thành mầm tinh thể - Sự lớn lên của mầm tinh thể I.3.1. Sự tạo thành mầm tinh thể hay sự tạo nhân tinh thể Khi đường hòa tan trong nước tạo thành dung dịch đường thì các phân tử đường phân bố đều trong không gian của phân tử nước và chuyển động không ngừng tạo thành một dung dịch đồng nhất. Ơ nhiệt độ nhất định, khi dung dịch đường đạt đến trạng thái bão hòa thì các phân tử đường sẽ điền đầy ổn định vào khắp không gian của các phân tử nước, kết hợp với các phân tử nước tạo thành trạng thái cân bằng. Khi số lượng phân tử đường tăng lên vượt quá số lượng phân tử lúc bão hoà tạo thành trạng thái quá bão hòa thì sự cân bằng bị phá vỡ. Khi số phân tử đường nhiều đến một số lượng nhất định (nồng độ đạt tới độ quá bão hoà khởi tinh) thì khoảng cách giữa chúng ngắn lại, cơ hội va chạm tăng lên, vận tốc giảm đi tương ứng và cho tới lúc lực hút giữa các phân tử lớn hơn lực đẩy thì một số phân tử đường kết hợp với nhau hình thành thể kết tinh rất nhỏ tách khỏi dung dịch. Như vậy, đường từ trạng thái hòa tan thành đường ở thể rắn, đó là các tinh thể đường hình thành đầu tiên; người ta gọi các tinh thể nhỏ mới xuất hiện đó là các nhân tinh thể hay là mầm tinh thể. Nếu tiếp tục duy trì mức quá bão hòa để tinh thể tiếp tục tách ra thì nhân tinh thể tiếp tục xuất hiện. I.3.2. Sự lớn lên của mầm tinh thể Khi nhân tinh thể xuất hiện mà dung dịch đường vẫn ở trạng thái quá bão hoà (thấp hơn yêu cầu khởi tinh) thì những phân tử đường ở gần mầm tinh thể không ngừng bị bề mặt của nhân tinh thể hút vào, lắng chìm vào bề mặt tinh thể , đồng thời xếp từng lớp, từng lớp ngay ngắn theo hình dạng tinh thể làm cho tinh 65 thể lớn lên dần. Khi đó, do số lượng phân tử đường dư gần bề mặt tinh thể đường giảm xuống và số lượng phân tử đường ở xa tinh thể đường tăng lên tương đối làm xuất hiện hai khu vực nồng độ: + Khu vực nồng độ thấp là lớp dung dịch không chuyển động xung quanh bề mặt tinh thể có bề dày là d, có nồng độ là C 0. Đó là lớp dung dịch bão hòa hoặc chưa quá bão hòa + Khu vực nồng độ cao là lớp dung dịch cách bề mặt tinh thể đường một khoảng cách d, có nồng độ cao C. Đó là lớp dung dịch quá bão hòa cao. C0 d C Do chênh lệch nồng độ C > C0 nên các phân tử đường sẽ không ngừng khuếch tán từ lớp dung dịch nồng độ cao C qua lớp dung dịch thấp, đến bề mặt tinh thể bị tinh thể hút và lắng đọng lên bề mặt tinh thể đã có và làm cho tinh thể lớn lên. Khi đó lớp dung dịch sát bề mặt tinh thể lại có nồng độ C 0 như cũ và quá trình cứ tiếp diễn như vậy làm cho tinh thể không ngừng lớn lên. Như vậy tinh thể lớn lên là nhờ tác dụng của hai quá trình khuếch tán và lắng chìm (trầm tích). I.4. Tốc độ kết tinh I.4.1. Định nghĩa và công thức tính tốc độ kết tinh - Định nghĩa Tốc độ kết tinh của đường là lượng đường kết tinh (tính bằng mg) trong thời gian 1 phút trên 1 m2 bề mặt tinh thể. - Công thức K= S F .τ (5-1) Trong đó: K - tốc độ kết tinh, mg/m2.phút S - lượng đường kết tinh, mg F - diện tích bề mặt tinh thể, m2 τ - thời gian kết tinh, phút Theo Silin, sự lớn lên của tinh thể đường chủ yếu là do quá trình khuếch tán phân tử đường từ khu vực nồng độ quá bão hòa đến bề mặt tinh thể. Do đó tốc độ kết tinh chính là tốc độ khuếch tán. Theo định luật khuếch tán Fick thì lượng đường khuếch tán (S) tỷ lệ thuận với hiệu số nồng độ (C - C 0) , tỷ lệ nghịch với khoảng đường khuếch tán (d) và tỷ lệ thuận với bề mặt khuếch tán (F) và thời gian (τ) S= k1 .(C − C 0 ) .F .τ d (5-2) Trong đó: 66 S - lượng đường kết tinh F - diện tích bề mặt khuếch tán k1 - hệ số khuếch tán τ - thời gian khuyếch tán (C- C0) - nồng độ dư so với bão hoà Theo Einstein, hệ số khuếch tán k1 phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối (T) và độ nhớt môi trường (η): k1 = k.T/η (5-3) Trong đó: k là hằng số tỷ lệ Từ (5-3), (5-2) và (5-1), ta được: K = k .(C − C 0 )T d .η (5-4) I.4.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình kết tinh đường I.4.2.1. Ảnh hưởng của mức độ quá bão hòa Theo công thức (6-4) ta thấy tốc độ kết tinh tỷ lệ thuận với nồng độ dư so với bão hoà (C - C0), hay tỉ lệ với hệ số bão hòa dư (α-1). Như vậy khi độ quá bão hòa dư (α-1) tăng, tốc độ kết tinh tăng, nhưng nếu độ quá bão hòa dư tăng lên quá cao sẽ làm giảm tốc độ đối lưu, dễ sinh ra tinh thể giả. Vì vậy, trong quá trình sản xuất thường khống chế độ quá bão hòa ở mức độ thích hợp sao cho duy trì được tốc độ đối lưu cần thiết, không làm sinh ra tinh thể giả mà tốc độ kết tinh cao. Để thấy rõ ảnh hưởng của độ quá bão hoà đến tốc độ kết tinh, ta xét đặc tính của dung dich đường saccharose ở các vùng quá bão hoà: - Vùng ổn định α=1,05-1,20 : trong vùng này dung dịch không sinh ra tinh thể giả (nguỵ tinh), nếu trong dung dịch đã có mầm tinh thể thì mầm tiếp tục lớn lên. - Vùng trung gian α=1,20-1,30 : trong vùng này nếu không bị tác động của các yếu tố bên ngoài thì không sinh ra tinh thể giả (nguỵ tinh), nhưng nếu có kích thích như khuấy trộn, cho ít tinh thể vào, ... thì sẽ sinh ra nguỵ tinh; mầm tinh thể tiếp tục lớn lên. - Vùng biến động α>1,30 : trong vùng này tinh thể đường tự xuất hiện mà không cần kích thích. Như vậy mỗi vùng có ảnh hưởng tới quá trình kết tinh với mức độ khác nhau. Trong quá trình nấu, tuỳ yêu cầu cụ thể mà khống chế độ quá bão hoà thích hợp. Ví dụ khi cố định tinh thể thì khống chế α=1,05-1,1 còn khi nuôi tinh thể nên khống chế α=1,15-1,18 để tốc độ kết tinh cao mà không sinh tinh thể giả. Trong dung dịch đường không tinh khiết, cũng phân ra các vùng như vậy nhưng các số liệu ở từng vùng bão hòa có khác nhau đôi chút, thí dụ có loại dung dịch đường độ tinh khiết thấp, độ quá bão hòa trong nồi đạt tới 1,6 mà vẫn chưa thấy xuất hiện tinh thể mới. I.4.2.2. Nhiệt độ Theo công thức (6-4) ta thấy khi nhiệt độ tăng thì tốc độ kết tinh tăng. Mặt khác khi nhiệt độ tăng độ nhớt dung dịch bão hòa giảm do đó tốc độ kết tinh tăng. Thực nghiệm chứng minh rằng khi nhiệt độ tăng lên 10 0C, tốc độ kết tinh tăng lên 67 hai lần. Nhưng nhiệt độ quá cao sẽ làm tăng sự chuyển hoá saccharose,tăng sự phân huỷ đường khử, tăng màu sắc dung dịch đường làm giảm hiệu suất thu hồi đường và giảm chất lượng của đườn. Vì vậy không nên nấu đường ở nhiệt độ quá cao, người ta thường nấu đường trong điều kiện áp suất chân không, nhiệt độ trong khoảng 70-800C. I.4.2.3. Độ tinh khiết của dung dịch Đây là nhân tố quan trọng ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh. Độ tinh khiết giảm tốc độ kết tinh giảm rất nhiều, dung dịch có AP=100% có tốc độ kết tinh K lớn gấp 2 lần tốc độ kết tinh của dung dịch có AP= 92%, lớn gấp 5-10 lần tốc độ kết tinh của dung dịch có AP= 88% . Khi độ tinh khiết thấp thì hàm lượng chất không đường cao mà phần lớn chất không đường làm độ nhớt dung dich tăngcao sẽ làm cản trở tốc độ khuếch tán đồng thời tạp chất này lại chiếm chỗ các phân tử đường phân bố trong dung dịch và bị hấp phụ trên bề mặt của các tinh thể cản trở giai đoạn hấp phụ tinh thể đường và lớn lên của quá trình kết tinh. Ngoài ra còn làm tăng tạp chất trong đường thành phẩm. Đây là nguyên nhân vì sao nấu đường cấp thấp tốn nhiều thời gian hơn. Vì vậy, nâng cao độ sạch của nước mía, loại bỏ tối đa những tạp chất dạng keo có độ nhớt cao thì có tác dụng rất tốt đến quá trình nấu đường và giảm sự tổn thất đường theo mật cuối. I.4.2.4. Độ nhớt Theo công thức (6-4), độ nhớt tăng tốc độ kết tinh giảm. Nhưng độ nhớt không phải là một yếu tố độc lập, để giảm nó cần quan tâm đến các yếu tố khác như nhiệt độ và độ tinh khiết, các loại chất không đường: các chất keo làm cho độ nhớt tăng lên. I.4.2.5. Sự đối lưu của đường non Sự đối lưu của đường non trong quá trình kết tinh bao gồm đối lưu tự nhiên (trong nồi nấu) và đối lưu cưỡng bức (trong thùng trợ tinh). Sự đối lưu có ảnh hưởng tốt đối với quá trình kết tinh, tạo thuận lợi cho giai đoạn lớn lên của tinh thể. Vì vậy sự đối lưu có ý nghĩa lớn. Đối lưu có tác dụng làm cho tinh thể đường chuyển động tương đối so với mật trong khối đường non nên có cơ hội đi vào khu vực nồng độ cao hoặc làm cho dung dịch và tinh thể thường xuyên thay đổi vị trí, thay đổi lớp dung dịch bao quanh tinh thể, thu hẹp lớp dung dịch nồng độ thấp (tức là giảm bề dày d) để tiếp nhận được nhiều phân tử đường trong mật tức là tăng tốc độ kết tinh. Đối lưu làm cho tinh thể đường không bị lắng xuống đáy thiết bị mà phân bố đồng đều trong mật cái nên có điều kiện hấp thu các phân tử đường mà lớn lên. Ngoài ra, quá trình kết tinh có toả nhiệt làm nhiệt độ lớp dung dịch bao quanh tinh thể tăng lên làm giảm độ quá bão hoà ảnh hưởng tốc độ kết tinh. Nếu tinh thể thường xuyên chuyển động sẽ tránh được ảnh hưởng không tốt do nhiệt kết tinh gây ra. Đối với đường non có độ tinh khiết thấp, độ nhớt lớn nên sự chuyển động của những tinh thể đường trong đường non khó khăn, cần chú ý các điều kiện công 68 nghệ để bảo đảm đối lưu trong nồi nấu tốt, trong thùng trợ tinh cần khuấy thích hợp cho tinh thể chuyển động. Trong thùng trợ tinh không cần khuấy nhanh vì khuấy nhanh chẳng những không tăng tốc độ kết tinh mà còn bào mòn tinh thể, tốc độ cánh khuấy chỉ nên khống chế từ 0,5-1,5 vòng/phút. II. QUÁ TRÌNH NẤU ĐƯỜNG II.1. Nấu đường trong điều kiện áp suất chân không Nấu đường trong điều kiện hạ thấp áp suất trong không gian bốc hơi xuống thấp hơn áp suất khí quyển, tức là nấu đường ở áp suất chân không sẽ giảm được điểm sôi của đường non, điều này mang lại nhiều ưu điểm: - Nếu nhiệt độ hơi nước dùng để nấu đường không đổi mà nhiệt độ sôi của đường non thấp thì hiệu số nhiệt độ có ích càng cao, hiệu suất truyền nhiệt càng cao, nước bốc hơi càng nhanh, đối lưu tốt, tốc độ kết tinh nhanh. Như vậy có thể rút ngắn thời gian nấu đường hoặc có thể giảm tương đối diện tích truyền nhiệt nồi nấu đường. Ngược lại, nếu độ chênh lệch nhiệt độ giữa đường non và hơi nước không đổi, nhiệt độ sôi của đường non thấp thì nhiệt độ hơi nước không cần quá cao. Như vậy có thể dùng hơi nước áp lực thấp để nấu đường, chẳng hạn có thể dùng hơi thải của turbin hoặc hơi thứ của các nồi bốc hơi. - Nhiệt độ sôi của đường non thấp, tổng nhiệt lượng trong hơi ít, có nghĩa là nhiệt lượng dùng để làm bốc hơi số hơi đó ít, tức là có thể tiết kiệm hơi nước nấu đường, cũng như vậy có thể giảm lượng nước làm lạnh cho tháp ngưng tụ. - Nguyên liệu nấu đường mang tính acid, do đó nhiệt độ nấu đường thấp có thể giảm được tổn thất đường do chuyển hóa. - Giảm được sự phân huỷ một số chất không đường nhờ đó giảm được sự tạo thành các chất màu, chất keo, acid hữu cơ... trong nước đường. - Nhiệt độ sôi của đường non thấp thì độ hoà tan của saccharose trong mật thấp nên đường kết tinh nhiều. Điều này sẽ có giá trị thực tế rất lớn đối với việc giảm lượng mật phải nấu lại và giảm tổn thất đường trong mật cuối của hệ thống nấu đường nhiều giai đoạn. II.2. Sự đối lưu của đường non trong nồi nấu đường II.2.1. Tác dụng của sự đối lưu đường non Đường non đối lưu tốt, tốc độ bốc hơi của nước nhanh, có thể rút ngắn thời gian nấu đường, như vậy có thể tăng năng lực sản xuất, giảm chuyển hóa đường saccharose và giảm sự gia tăng màu sắc. Nhờ có sự đối lưu của đường non làm tinh thể di chuyển vị trí trong mật cái giúp cho tinh thể có cơ hội đi vào khu vực nồng độ cao có nhiều phân tử đường dư nên quá trình khuếch tán và trầm tích của các phân tử đường đường diễn ra nhanh, có lợi cho việc lớn lên của tinh thể . Do đó đối lưu tốt của đường non làm cho tốc độ kết tinh nhanh hơn. Đối lưu tốt có thể giảm đi sự khác biệt về phân bố nhiệt độ trong khối đường non, chống hòa tan tinh thể cục bộ, sinh ra tinh thể giả và sinh ra hiện tượng cháy đường cục bộ (cốc hóa) trên ống gia nhiệt. 69 Đường non đối lưu không tốt thường sinh ra hiện tượng dính tinh thể, tụ tinh thể, một bộ phận đường non ở ống gia nhiệt có thể vì quá nhiệt mà sinh ra hòa tan tinh thể cục bộ, bị cháy... Đối lưu đường non mạnh quá dễ dẫn đến mất đường theo hơi thứ. Ngoài ra, đối lưu mạnh quá làm cho nước bốc hơi nhanh quá làm cho độ quá bão hoà tăng nhanh hơn tốc độ kết tinh là nguyên nhân sinh ra tinh thể giả. II.2.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến đối lưu của đường non II.2.2.1. Hiệu suất truyền nhiệt Sự trao đổi nhiệt giữa hơi nước và đường non có ảnh hưởng lớn đến sự đối lưu của đường non. Sự trao đổi nhiệt diễn ra tốt thì sự đối lưu của đường non tốt. Sự trao đổi nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Độ chân không: độ chân không trong nồi nấu đường càng cao, điểm sôi của đường non càng thấp, hiệu số nhiệt độ coá ích càng lớn, hiệu suất truyền nhiệt càng cao, đường non đối lưu càng nhanh. Độ chân không cao quá dễ gây mất đường theo hơi thứ. Vì vậy khi nấu đường cần khống chế độ chân không 620 - 660 mmHg. - Lượng hơi đốt: lượng hơi đốt cung cấp vào không đủ, đường non thiếu lượng nhiệt cần thiết để sôi và bốc hơi thì đối lưu sẽ chậm, thậm chí ngừng hẳn. Vì vậy cần cung cấp hơi đốt đúng áp lực và đủ lượng theo yêu cầu từng loại đường non để đường non đối lưu tốt. -Thải khí không ngưng không triệt để: khí không ngưng một mặt hạ thấp hệ số cấp nhiệt nhiệt của hơi nước, mặt khác khí không ngưng chiếm chỗ của hơi nước tức làm giảm nguồn nhiệt của đường non. Trong quá trình nấu đường phải thường xuyên tháo khí không ngưng. - Thải nước ngưng tụ: nước ngưng tụ thải ra không tốt, bị tồn đọng trong buồng chứa hơi đốt thì nó làm giảm diện tích trao đổi nhiệt giữa hơi đốt và đường non sẽ làm cho nhiệt lượng trao đổi giảm đi một phần hoặc toàn bộ. - Kết cấu của nồi kết tinh: hình thức cấu tạo, vật liệu bề mặt truyền nhiệt và tình trạng cáu cặn bám vào nó đều ảnh hưởng đến sự truyền nhiệt và ảnh hưởng tới sự đối lưu.. II.2.2.2. Đặc tính của đường non Đường non lưu động kém thì tốc độ đối lưu chậm. Tính lưu động phụ thuộc vào các yếu tố sau: - Độ tinh khiết của đường non: độ tinh khiết kém, chứa tạp chất không đường nhiều, đặc biệt chất keo nhiều làm cho độ nhớt của đườốtnn tăng lênlàm giảm sự đối lưu của đường non. Đường non cấp thấp có độ tinh khiết thấp như đường non C thì tốc độ đối lưu kém hơn đường non A. - Nồng độ đường non: nồng độ cao quá thì đối lưu không tốt, vậy khi thao tác khống chế nồng độ thích hợp là rất quan trọng. Khi nấu đường non cần chú ý nồng độ đường non lúc xả đường, nếu cao quá thì không thể tháo đường non ra ngoài nồi. - Tỷ lệ tinh thể và mật cái của đường non: hạt tinh thể nhiều thì lượng mật cái giảm đi tương đối, độ lưu động của đường non giảm, đối lưu kém. Vì vậy khi nấu đường chú ý vừa bảo đảm số lượng tinh thể để đủ diện tích kết tinh vừa duy trì 70 độ lưu động cần thiết của đường non. II.2.2.3. Mức đường non trong nồi Đường non chứa trong nồi nấu ở mức cao, áp lực tĩnh lớn, tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh tăng, hiệu suất truyền nhiệt giảm đồng thời lưu động của đường non lên phía trên gặp sức cản lớn nên đối lưu kém. Khi nấu đường non đến mức thể tích đã lớn phải nâng cao áp lực để tăng chênh lệch nhiệt độ, giúp đối lưu tốt. Trong quá trình nấu, nếu do một số nguyên nhân làm đường non đối lưu kém thì có thể giảm thể tích nấu cuối cùng. Nồi nấu đường non nên có kết cấu đường kính lớn, chiều cao thấp. II.3. Sự tao thành mật cuối (mật rỉ) II.3.1. Nguyên nhân tạo ra mật cuối Sự tạo thành mật cuối là do trong nguyên liệu nấu đường có chứa chất không đường, qua nhiều lần nấu tách tinh thể đường saccharose ra, chất không đường tập trung vào đường non giai đoạn cuối, ở giai đoạn này độ tinh khiết thấp, độ nhớt của đường non cao nhất cản trở các phân tử đường saccharose khuếch tán và kết tinh lên bề mặt tinh thể. Mặt khác, khi nấu đường non phải có tỷ lệ nhất định giữa tinh thể và mật cái, nếu vượt quá tỷ lệ đó thì đường non không đối lưu tốt, tốc độ kết tinh kém, không tách đường saccharose ra tiếp được. II.3.2. Tổn thất đường trong mật cuối Lượng đường tổn thất trong mật cuối chiếm tới 70% tổng lượng đường tổn thất của nhà máy. Chính vì vậy việc giảm tổn thất đường trong mật cuối sẽ có hiệu quả lớn trong việc giảm tổn thất đường của nhà máy. Lượng đường tổn thất trong mật cuối nhiều hay ít phụ thuộc vào độ tinh khiết của mật cuối và sản lượng mật cuối. - Độ tinh khiết của mật cuối: mật cuối có độ tinh khiết càng thấp thì tổn thất đường càng ít và ngược lại. Thông thường độ tinh khiết của mật cuối nằm trong khoảng 28-35%. Độ tinh khiết của mật cuối phụ thuộc vào nguyên liệu, thao tác, thiết bị và phương pháp nấu đường; trong đó chủ yếu là nguyên liệu - Sản lượng mật cuối: lượng mật cuối ít thì tổn thất đường ít và ngược lại, lượng mật cuối ít thì tổn thất đường nhiều. Độ tinh khiết của nguyên liệu đưa vào nấu đường càng thấp thì sản lượng mật cuối càng nhiều và ngược lại. II.3.3. Biện pháp giảm tổn thất đường trong mật cuối - Quản lý chất lượng nguyên liệu mía cho thật tốt. - Trong quá trình làm sạch phải giảm tối đa lượng chất không đường, đặc biệt là chất keo. - Tính toán phối liệu nấu đường phù hợp. - Bảo đảm trợ tinh và ly tâm đường non, đặc biệt là đường non C đúng yêu cầu kỹ thuật qui định. II.4. Các giai đoạn của quá trình nấu đường Có thể chia quá trình nấu đường ra thành 5 giai đoạn: cô đặc đầu, tạo mầm tinh thể, cố định tinh thể, nuôi tinh thể lớn lên và cô đặc cuối. II.4.1. Cô đặc đầu 71 - Mục đích : Cô đặc các nguyên liệu đưa vào nấu như mật chè, mật... đến độ quá bão hoà cần thiết chuẩn bị cho sự tạo mầm tinh thể. Tùy theo phương pháp tạo mầm mà khống chế độ quá bão hoà khác nhau. - Điều kiện kỹ thuật: + Giai đoạn này cô ở độ chân không thấp nhất (600-620 mmHg). Với độ chân không thấp này vừa có thể bảo đảm dung dịch có tốc độ đối lưu phù hợp với yêu cầu, vừa có thể nâng cao nhiệt độ dung dịch đẻ giảm bớt độ nhớt dung dịch, hạn chế hiện tượng kết dính tinh thể. Chú ý cần khống chế độ chân không thật ổn định, biên độ dao động chỉ trong phạm vi 1mmHg + Lượng nguyên liệu gốc (mật chè hoặc đường hồ) cần phải phủ kín bề mặt truyền nhiệt của nồi nấu tránh hiện tượng cháy đường. + Nguyên liệu phải được gia nhiệt và làm loãng, làm tan các hạt nhỏ trước khi nạp vào nồi. Tốc độ cho nguyên liệu vào nồi chậm, nếu cho nhanh quá dễ dẫn đến mất đường. + Ap lực hơi cấp phải thích hợp, nếu cao quá sẽ làm tăng quá tình đối lưu (do nồng độ lúc đầu còn thấp) dễ xảy ra hiện tượng thoát đường theo hơi thứ. II.4.2. Tạo mầm tinh thể - Mục đích: Tạo đủ số lượng mầm tinh thể cần thiết để nấu đường. - Điều kiện kỹ thuật: + Đây là thời điểm quan trọng của quá trình nấu đường. Dùng kinh nghiệm hoặc các dụng cụ kiểm tra để tìm thời điểm tạo mầm tinh thể. + Có thể quan sát sự thay đổi của dung dịch đường trong nồi nấu như sau: đầu tiên dung dịch sôi mạnh, các bọt hơi chuyển động nhanh trên kính quan sát. Khi cô đặc độ nhớt dung dịch tăng lên, sự truyền nhiệt và sự sôi giảm, các bọt khí chuyển động rất chậm, đồng thời các giọt mật rơi chậm trên kính và để lại nhiều vết. + Độ chân không phải ổn định, trong giai đoạn này độ chân không khống chế như giai đoạn trên. - Các phương pháp tạo mầm tinh thể: + Tạo mầm tự nhiên: Cô dung dịch đường đến trạng thái quá bão hòa vùng biến động (hệ số quá bão hòa khoảng α = 1,4), các mầm tinh thể đường tự xuất hiện. Nếu tiếp tục cô đặc thì tinh thể tiếp tục xuất hiện. Lấy mẫu quan sát, khi thấy số lượng tinh thể đạt yêu cầu thì cho nước hoặc nguyên liệu vào khống chế độ quá bão hoà và ngừng xuất hiện mầm, chuyển sang giai đoạn cố định tinh thể. Phương pháp tạo mầm tự nhiên là phương pháp tạo mầm lâu đời nhất, có nhược điểm là: kéo dài thời gian nấu đường, vì saccharose rất khó tự kết tinh; thời gian nấu kéo dài; khó khống chế số lượng mầm; độ đồng đều của tinh thể thấp. Phương pháp này hiện nay không còn dùng trong các nhà máy đường. + Phương pháp tạo mầm kích thích: Cô dung dịch đường đến trạng thái quá bão hòa thuộc vùng trung gian (hệ số quá bão hòa α = 1,2 - 1,3), thay đổi độ chân không đột ngột, hút không khí lạnh vào nồi hoặc cho một lượng mầm rất ít để kích thích sự xuất hiện tinh thể 72 mới. So với phương pháp tạo mầm tự nhiên thì phương pháp này có ưu điểm hơn là: rút ngắn thời gian nấu đường; nếu nồng độ lên mầm được khống chế chính xác thì kích thích một lần là đủ sinh ra một số lượng nhất định các tinh thể với độ đồng đều cao. Nhược điểm: vẫn khó khống chế lượng mầm tinh thể theo ý muốn Phương pháp này hiện nay ít dùng trong các nhà máy đường. + Phương pháp tinh chủng: * Phương pháp bỏ bột đường: Cô dung dịch đường đến trạng thái bão hòa thuộc vùng ổn định ở trị số quá bão hòa thấp (α =1,05-1,10) thêm lượng bột đường, lượng bột đường cho và chính là lượng nhân tinh thể và khống chế không để xuất hiện tinh thể mới. Chuẩn bị bột đường : Bột đường nghiền nhỏ (20µm-150µm) có thể cho vào dạng khô sau khi nghiền nhưng như vậy khó trộn đều. Tốt nhất là bột đường sau khi nghiền cho vào cồn etylic với tỉ lệ 1:0,8. Dựa vào tính chất dễ bay hơi và nhiệt độ sôi thấp của cồn etylic làm cho các mầm tinh thể được trộn đều. Một số chú ý: Thời gian cho bột đường vào không quá 30 giây; khống chế độ bảo hòa ở vùng ổn định nếu không sẽ trở thành phương pháp kích thích. Ưu điểm: phương pháp này rút ngắn được thời gian nấu đường; có thể khống chế được số lượng mầm tinh thể; mầm tinh thể đồng đều. Đây là phương pháp được dùng nhiều trong các nhà máy đường. * Nấu giống (phương pháp phân cắt): nấu một nồi đường non có độ tinh khiết nhất định đến nồng độ nhất định, tinh thể đường có kích thước nhất định, sau đó chia làm ra 2 hoặc 3 phần để làm giống để nấu các nồi đường non khác.Phần làm giống chính là phần chứa mầm tinh thể, ta gọi là nguyên liệu gốc. Quá trình nấu đường tiếp theo là cho nguyên liệu vào nuôi mầm tinh thể lớn lên. Phương pháp này đơn giản, dễ khống chế. Thường áp dụng nấu các loại đường non có độ tinh khiết thấp như đường non B,C. + Lượng giống nấu đường non B là 6-8%, C là 22-23 % so với khối lượng chất khô đường non hoặc lớn hơn. + Phương pháp này đòi hỏi thời gian lâu, do phải qua công đoạn nấu giống sau đó mới gieo được, nhưng qua công đoạn này thời gian nấu sẽ nhanh hơn. * Phương pháp đường hồ: Dùng đường cát lấy từ đường non cấp sau, cho thêm mật chè vào để tạo thành hỗn hợp giống (mầm) để nấu đường non. Thường dùng đường B trộn với mật chè thành hỗn hợp giống (nguyên liệu gốc) để nấu đuờng non A (đường thành phẩm). Mật dùng để hòa tan có thể là dung dịch chưa bão hòa, cho nên khi hòa tan với đường cát nó sẽ hòa tan một phần đường cát, đồng thời lớp mật bám trên đường cát cũng bị rửa sạch, nồng độ mật đường dùng khoảng 55-65Bx, nhiệt độ 50-65oC. Để giảm màu sắc của mật đường, có thể sử dụng nước nóng thay cho mật đường, tuy đường cát có thể bị hòa tan nhiều hơn một ít nhưng chất lượng tốt hơn. Phương pháp này có ưu điểm là thời gian nấu ngắn và dễ nấu nhưng có nhược điểm là giảm chất lượng đường do mầm tinh thể là tinh thể đường cấp thấp hơn tạo nên. 73 II.4.3. Chỉnh lý tinh thể (cố định tinh thể) - Mục đích: + Ổn định số lượng tinh thể thu được, không cho các tinh thể đã có không bị hòa tan và cũng không để tinh thể mới xuất hiện. + Làm cho mầm tinh thể với số lượng đã có hấp thu đường trong mật cái mà lớn lên và chắc hơn. - Điều kiện kỹ thuật: Khống chế độ quá bão hòa thuộc vùng ổn định (độ quá bão hòa 1,05-1,15) bằng các nấu nước 2-3 lần. Nhiệt độ nước nạp vào để nấu tốt nhất có điều chỉnh nhiệt độ, cao hơn nhiệt độ trong nồi từ 3-50C. II.4.4. Nuôi tinh thê - Mục đích : làm cho tinh thể lớn lên nhanh chóng và đều, cứng bảo đảm chất lượng đường bằng cách nấu với các nguyên liệu đã được tính toán trong phối liệu. - Nguyên tắc nạp liệu chung là : + Nguyên liệu cho vào nấu phải có nhiệt độ lớn hơn nhiệt độ trong nồi từ 30 5 C để giữ nhiệt độ sôi trong nồi, tăng khả năng truyền nhiệt và trộn đều với đường non trong nồi. + Nguyên liệu có độ tinh khiết cao cho vào trước, nguyên liệu có độ tinh khiết thấp cho vào sau để không ảnh hưởng đến chất lượng đường thành phẩm. + Thực hiện nấu nước khi thay nguyên liệu (thường dùng đối với các loại đường cấp thấp) - Một số điểm cần chú ý: + Trong giai đoạn nuôi tinh thể có 2 phương pháp nạp liệu: gián đoạn và liên tục. Cho nguyên liệu vào nuôi tinh thể gián đoạn nghĩa là cô đặc dung dịch trong nồi đến một nồng độ nhất định nào đó thì cho mật vào làm loãng, giảm hệ số quá bão hoà, độ nhớt đường non giảm, hệ số truyền nhiệt tăng lên, nước bay hơi nhanh, dung dịch tăng độ quá bão hòa , đường bắt đầu kết tinh nhanh, lượng mật giảm. Sau đó nồng độ tăng lên, độ nhớt tăng, lượng đường trong mật cái giảm dần làm cho tốc độ kết tinh giảm. Do đó tốc độ kết tinh khi cao khi thấp, không ổn định. Nấu liên tục cho hiệu quả cao vì độ quá bão hòa luôn luôn được giữ cố định , sự truyền nhiệt, sự bay hơi và sự kết tinh không bị đứt đoạn, do đó tốc độ kết tinh tăng, ít tạo thành các tinh thể giả. Khi nuôi tinh thể bằng phương pháp này phải đặc biệt chú ý giai đoạn đầu vì lúc này bề mặt các tinh thể còn bé, đường kết tinh chậm sự bay hơi nước lại nhanh, dễ tăng độ quá bão hòa đột ngột Còn cho nguyên liệu vào liên tục yêu cầu thao tác phải nghiêm ngặt, chất lượng nguyên liệu, độ chân không, lượng hơi phải ổn định. + Khi nuôi tinh thể do nồng độ dung dịch đặc, nên độ nhớt tăng lên, tốc độ kết tinh chậm. Để giảm độ nhớt trong giai đoạn này, tăng tốc độ kết tinh giảm bớt đường trong mật cái thì cần phân đoạn nấu nước. Thao tác nấu nước là trong một khoảng thời gian nhất định, ngừng cấp liệu mà cho nước vào để cân bằng lượng nước bốc hơi nhằm bảo đảm nồng độ nuôi tinh thể thích hợp, tinh thể đường hấp thu đường trong mật cái. Thường nấu 2-3 lần nước. Đối với nguyên liệu có độ tinh khiết thấp nấu nước nhiều lần hơn, đặc biệt là dung dịch đường nhiều keo. Nhiệt độ nước cho vào lớn hơn nhiệt độ trong nồi là 10 oC, nhưng không nên nấu nước 74 nhiều lần và lượng nước quá nhiều vì như vậy thời gian nấu kéo dài, tốn nhiên liệu và làm tăng độ màu của tinh thể. + Trong giai đoạn nuôi tinh thể khống chế ở độ quá bão hòa ở vùng ổn định có độ quá bão hoà cao nhất ((α =1,15-1,18).để tăng tốc độ kết tinh. II.4.5. Cô đặc cuối - Mục đích: Khi nấu đường đến một mức độ nào đó tinh thể đạt kích thước nhất định thì ngừng cho nguyên liệu và tiếp tục cô đến nồng độ ra đường nhằm bốc hơi thêm một phần nước và để kết tinh thêm một phần đường còn lại trong mật. - Yêu cầu: + Khống chế tốc độ bốc hơi chậm tránh cô đặc nhanh vì có thể tạo thành tinh thể dại. + Cô đặc đến nồng độ yêu cầu của từng loại đường non. Đường non có độ tinh khiết cao thì nồng độ cô đặc cuối thấp và ngược lại. Trên nguyên tắc, cần cô đặc đường non đến nồng độ cao nhất mà vẫn đảm bảo đối lưu tốt, bảo đảm tháo được đường non khỏi nồi để tổn thất đường trong mật sẽ ít nhất. + Trước khi xả đường non thường cho nước nóng để giảm sự hình thành tinh thể dại do giảm nhiệt độ đột ngột. Khi đường non đi từ nồi nấu ra ngoài, giảm độ nhớt mật tạo điều kiện ly tâm. II.5. Chế độ nấu đường Trong hệ thống nấu đường, chủng loại vật liệu nhiều, các loại vật liệu được nấu đi nấu lại nhiều lần, giữa chúng có quan hệ mật thiết với nhau. Nếu như khống chế không đúng độ tinh khiết đường non thì sẽ gặp khó khăn trong sản xuất nấu luyện đường, chất lượng sản phẩm giảm, tổn thất đường thành phẩm tăng lên. Trong hệ thống nấu đường phải có một phương án điều phối khả thi đối với việc khống chế độ tinh khiết của các loại vật liệu, phương pháp và tỷ lệ phối hợp, trình tự nấu luyện v.v... để chỉ đạo thao tác nấu đường. Phương án đó được gọi là chế độ nấu đường. Thiết lập chế độ nấu đường là một việc làm rất phức tạp, đòi hỏi tỉ mĩ, công phu và có nhiều kinh nghiệm. Do điều kiện các nhà máy đường không giống nhau, nguyên liệu đầu mùa khác cuối mùa nên không thể có một chế độ nấu đường cố định được. Do đó thường dự kiến trước một số chế độ nấu đường có thể dùng cho những điều kiện khác nhau, có thể thay đổi thích hợp với tình hình thực tế. II.5.1.Mục đích định chế độ nấu đường Để cho sản xuất được bình thường nhằm xử lý cân bằng vật liệu, phát huy đầy đủ năng suất thiết bị Bảo đảm chất lượng đường thành phẩm. Tăng hiệu suất thu hồi đường, giảm tổn thất đường. II.5.2. Cơ chế nấu đường và nấu đường phân đoạn Mật chè dùng làm nguyên liệu nấu đường, sau khi nấu trong nồi kết tinh, phần lớn các phân tử đường trong dung dịch trầm tích vào bề mặt tinh thể nhưng trong mật vẫn còn lượng đường rất nhiều. Muốn lấy được nhiều đường trong mật ra thì phải nấu nhiều lần, tức là nấu đường phân đoạn. Phương pháp này đưa mật 75 chè vào nấu thành nhiều lần, nhiều cấp để lấy đường khỏi mật đến khi chỉ còn lượng mật cuối tối thiểu. Thí dụ: Hệ thống nấu đường trắng ba giai đoạn như sau: Đầu tiên dùng mật chè làm nguyên liệu nấu đường non giai đoạn đầu, loại đường non này gọi là đường non A. Đường non A sau khi qua máy ly tâm được phân thành 3 loại: loại 1 là tinh thể đường trắng, sấy khô và đóng gói thành sản phẩm; loại 2 là mật cái của đường non A, gọi là mật nguyên A; loại 3 là trong quá trình tách mật có dùng nước và hơi nước rửa sạch lớp mật ở bề mặt tinh thể cho hạt đường trắng gọi là mật loãng A. Độ tinh khiết của mật nguyên A thấp hơn độ tinh khiết đường non A từ 18-22%, độ tinh khiết mật loãng A lớn hơn độ tinh khiết mật nguyên A từ 7- 12%. Các loại mật này còn chứa nhiều đường nên cần phải nấu lần thứ hai, tức là lấy mật nguyên A và mật loãng A nấu đường non giai đoạn 2 gọi là đường non B. Đường non B sau khi được trợ tinh, ly tâm , ta thu được tinh thể đường gọi là đường B, mật tách ra gọi là mật B. Độ tinh khiết mật B thường thấp hơn độ tinh khiết đường non B khoảng 27% trở lên. Đường trong mật B còn nhiều, cần tiến hành nấu đường non giai đoạn 3, gọi là đường non C. Nấu đường non C xong đem trợ tinh, ly tâm tách mật thu được tinh thể đường, gọi là đường C; mật tách ra gọi là mật C. Độ tinh khiết mật C thấp hơn độ tinh khiết đường non C từ 25 - 30%. Độ tinh khiết mật C rất thấp, độ nhớt cao, nấu khó khăn nên không dùng nấu lại nữa. Mật C được gọi là mật cuối hay còn gọi là mật rỉ, rỉ đường. Lúc này nấu đường kết thúc gọi là nấu đường 3 giai đoạn. Nếu mất chè có độ tinh khiết cao, sau 3 giai đoạn nấu mà độ tinh khiết của mật vẫn còn cao thì có thể nấu tiếp. Do đó có phương pháp nấu đường 4, 5 giai đoạn, đường non có tên tương ứng là đường non E, đường non F. Nếu độ tinh khiết mật chè thấp, sau 2 lần nấu mật đã có độ tinh khiết rất thấp thì không nấu tiếp nữa, ta có nấu đường 2 giai đoạn. Nấu đường nhiều giai đoạn có loại gọi là nửa giai đoạn. Đó là loại đường non xuất phát từ nhu cầu khống chế độ tinh khiết của đường non ở giai đoạn cuuoí hoặc từ yêu cầu nâng cao chất lượng sản phẩm, cần phải tăng lần nấu lên. Về sử dụng nguyên liệu cũng không cần nhiều như các giai đoạn đường non khác nên không tính là một giai đoạn đường non mà thường gọi là nửa giai đoạn. Thí dụ: trong quá trình nấu đường 3 giai đoạn, gặp trường hợp độ tinh khiết của mật chè cao dẫn đến độ tinh khiết của mật B cao tới mức khó khống chế độ tinh khiết của đường non C nhưng chưa cần đến nấu 4 giai đoạn, lúc đó lấy một ít mật B nấu một loại đường non có độ tinh khiết thấp hơn đường non B để lấy được mật có độ tinh khiết thấp hơn mật B nên có thể thoả mãn yêu cầu phối liệu đường non C. Loại đường non này số lượng không nhiều, tính là nửa giai đoạn, quen gọi là đường non C cao, mật của nó gọi là mật C cao, tinh thể đường gọi là đường C cao. Thí dụ khác về nấu đường nửa giai đoạn: độ tinh khiết mật chè thấp, đáng lẽ nấu 2 giai đoạn nhưng để nâng cao chất lượng đường trắng, lấy một ít mật chè và một phần mật nguyên A, mật loãng A nấu một loại đường non có độ tinh khiết cao hơn đường non C và thấp hơn đường non a, tinh thể của nó gọi là đường nguyên giống A, mật của nó gọi là mật nguyên giống A. Do số lượng loại đường non này không nhiều, lại không cần nhiều mật nguyên A, mật loãng A làm nguyên liệu, nên tính là nửa giai đoạn, gọi là nấu đường 2 giai đoạn rưỡi. II.5.3. Cơ sở định chế độ nấu đường 76 Dựa vào độ tinh khiết của mật chè sau khi làm sạch. Theo lý thuyết nếu độ tinh khiết mật chè nhỏ hơn 80% nấu hai hệ; lớn hơn 80% nấu ba hệ; lớn hơn 85% nấu bốn hệ hoặc hơn ba hệ. Nhưng trong thực tế việc ứng dụng cơ sở này hết sức linh hoạt; Dựa vào yêu cầu chất lượng sản phẩm. Nếu yêu cầu chất lượng thành phẩm cao cần nấu đường non có chất lượng cao. Dựa vào trình độ thao tác của công nhân và tình hình thiết bị của nhà máy. Trình độ công nhân cao, thiết bị tốt có thể nấu được nhiều hệ hơn. II.5.4. Nguyên tắc định chế độ nấu đường Lượng mật đường nấu lại ít nhất nhờ đó có thể giảm bớt tổn thất đường do nấu đi nấu lại gây nên. Biện pháp: tinh giản số giai đoạn nấu đường, nâng cao độ tinh khiết đường non A để tranh thủ lấy ra nhiều đường thành phẩm, giảm một cách thích hợp độ tinh khiết đường non giai đoạn sau. Giảm tổn thất đường: giảm bớt độ tinh khiết của đường non giai đoạn cuối, cố gắng để thời gian nấu ngắn, giảm bớt lượng nấu lại. Độ tinh khiết đường non cuối cao thì thường độ tinh khiết mật cuối cao, nhưng nếu độ tinh khiết đường non cuối qúa thấp thì khó nấu, đường khó kết tinh cũng làm tăng tổn thất đường. Bảo đảm chất lượng đường thành phẩm: chọn nguyên liệu độ tinh khiết cao nấu đường non A như dùng mật chè và đường hồi dung, khi cần khống chế độ tinh khiết đường non A nên dùng mật loãng A mà không dùng mật nguyên A. Cân bằng và phối hợp các loại đường non. Trong chế độ nấu đường, chú ý nhiệm vụ và đặc điểm của đường non, cần chú ý cân bằng thiết bị. Dùng phương pháp sàng lại đường độ tinh khiết thấp và phương pháp phân cắt là biện pháp lợi dụng thiết bị tốt nhất trên cơ sở đảm bảo yêu cầu chất lượng II.5. 5. Một số chế độ nấu đường thông thường Chế độ nấu đường có thể phân làm 2 loại lớn: chế độ nấu trực tiếp và chế độ nấu hỗn hợp. - Chế độ nấu đường trực tiếp: Đây là chế độ nấu đường đơn giản nhất. Đem mật chè nấu thành đường non A, mật A nấu thành đường non B và mật B nấu thành đường non C. Chế độ nấu đường này không lấy qui cách sản phẩm quyết định phối liệu mà chủ yếu dùng mật chè lần lượt nấu theo độ tinh khiết giảm dần. Do độ tinh khiết giảm dần nên thời gian nấu dài, đường B và đường C nấu được tinh thể nhỏ, không đều. Phương pháp nấu đường này không hợp nguyên tắc sản xuất đường phẩm chất cao và tính chất kinh tế thấp nên hiện nay không dùng. - Chế độ nấu đường hỗn hợp: Chế độ nấu đường này dựa vào yêu cầu qui cách sản phẩm quyết định lượng và loại nguyên liệu phối liệu đường non. Chế độ nấu đường có thể phân 2,3,4 giai đoạn (cấp) do đó đường non các giai đoạn (cấp) không phải là một loại. Thí dụ đường non A dùng nguyên liệu mật chè, mật loãng A và đường hồ B, đường C để nấu thành. Nấu C có thể dùng mật nguyên A, mật B, mật chè...Do đó phân cấp nấu đường là do độ tinh khiết của nguyên liệu quyết định chứ không phải tuần tự nấu. Ngoài chế độ nấu đường phân thành 2,3,4 giai đoạn còn dùng chế độ 2 giai đoạn rưỡi, 3 giai đoạn rưỡi... để không ngừng nâng cao hiệu suất thu hồi đường, giảm 77 tổn thất trong mật cuối.. II.5.6. Nấu luyện các loại đường non thông thường Ngày nay các nhà máy đường ứng dụng phổ biến phương pháp nấu đường 3 giai đoạn, căn bản đạt được các yêu cầu, sản xuất nhiều đường, sản xuất đường tốt; các loại đường non được phân thành ba loại có độ tinh khiết cao, trung bình và thấp, tức là đường non A,B,C. II.5.6.1. Nấu luyện đường non A - Đặc điểm: Đường non A là đường non giai đoạn thứ nhất, là loại đường non dùng để trực tiếp sản xuất ra đường thành phẩm (đường A). Đường A phải đạt các yêu cầu: tinh thể phải đồng đều, sắc cạnh, trắng, sạch có màu sáng óng ánh phù hợp với tiêu chuẩn qui định. - Nguyên liệu dùng cho sản xuất đường A: đường hồ B, mật chè, mật chè hồi dung, mật loãng A - Khống chế kích thước tinh thể: phải bảo đảm kích thước hạt đường thành phẩm phù hợp vớiđiều kiện từng vùng, với nguyên liệu, thiết bị, trình độ thao tác đồng thời bảo đảm đủ diện tích kết tinh. Đối với các nhà máy sản xuất đường theo phương pháp sulfit hoá, kích thước hạt đường trong khoảng 0,9 - 1,3 mm là phù hợp. - Tạo mầm tinh thể (khởi tinh): Có thể dùng tất cả các phương pháp khởi tinh để nấu đường A: phương pháp phân cắt, đường hồ và cho bột. Thông thường, trong hệ thống nấu đưiờng nhiều giai đoạn, người ta dùng phương pháp đường hồ và chia cắt. Trong phương pháp đường hồ, một nồi đường non B có thể cung cấp mầm cho 3-4 nồi đường non A. Khi cho đường giống vào nồi thì giống phải ngập buồng gia nhiệt, sau khi bơm mầm thì mở hơi nấu đường. Trong trường hợp giống không ngập buồng gia nhiệt thì có thể thực hiện một trong hai cách sau: + Phương pháp tiếp mầm: trước khi hút giống (mầm) vào nồi thì hút mật chè vào nồi sao cho khi sôi thì có thể ngập buồng gia nhiệt. Tiến hành cô đặc mật chè cho đến độ quá bão hoà thuộc vùng ổn định rồi cho giống vào. + Phương pháp tiếp mầm phân cắt: hút vào nồi lượng giống gấp 2 lần, khi có thể ngập buồng gia nhiệt thì mở hơi nấu. Sau khi chỉnh lý tinh thể, cấp liệu nuôi tinh thể , nấu mầm đến thể tích gấp đôi lượng giống hút vào. Sau đó tiến hành chia cắt, hoặc cắt vào thùng chứa giống hoặc cắt vào một nồi nấu đường A khác đang chờ nấu. Phương pháp nàycó nhiều ưu điểm, hiện đang được dùng rộng rãi. - Chỉnh lý tinh thể: Dùng nước hoặc có thể dùng mật chè pha loãng (để tiết kiệm hơi đốt) để chỉnh lý tinh thể. Cố gắng chỉnh lý một lần là xong. - Nuôi tinh thể: sử dụng phương pháp nạp liệu liên tục, khống chế nồng độ mật cái tăng dần lên theo sự tăng thể tích đường non trong nồi. Lấy thể tích đường non lúc dở đường là 100%, nồng độ khống chế như sau: Bảng 7-2:Nồng độ mật cái cần khống chế khi nấu Thể tích (%) < 60 60-75 Nồng độ mật cái (0Bx) 79-80,5 80-81,5 78 >75 81,5-82,5 Khi nuôi tinh thể trong đường non A không nên nấu nước nhiều lần bởi vì nấu nước nhiều lần làm cho màu sắc đường thành phẩm sẫm hơn. - Cô đặc cuối: Đường non A nấu đến nồng độ 93-95oBx thì xả xuống. Thường nấu non A mất 2-3 giờ đồng hồ. II.5.6.2. Nấu luyện đường non B - Đặc điểm: là đường non cấp trung gian trong hệ thống nấu 3 giai đoạn. Độ tinh khiết thấp hơn đường non A, tốc độ kết tinh chậm hơn đường non A. Đường B được dùng làm mầm để nấu đường non A. Do đó chất lượng đường B ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nấu đường non A. Mật B là nguyên liệu để nấu đường non C nên ảnh hưởng đến độ tinh khiết của non C. AP của đường non B thường 68-72%; mật nguyên B có độ tinh khiết AP=45-50%. Nếu độ tinh khiết của mật nguyên B nhỏ hơn 45% thì khó khăn cho nấu C. - Nguyên liệu: Mật nguyên A là nguyên liệu chủ yếu để nấu đường non B. Mật chè và mật loãng A dùng để nấu giống. - Tạo mầm tinh thể, chỉnh lý tinh thể: tương tự như khi nấu đường non A. - Kích thước tinh thể: Kích thước tinh thể đường B ngoài yêu cầu phải bảo đảm đủ diện tích kết tinh còn phải đủ số lượng làm giống nấu đường non A. - Độ đồng đều của tinh thể: muốn tinh thể đồng đều, khi nấu đường non B cần bảo đảm tinh thể hấp thu đường tốt, không để nồng độ tăng nhanh để tránh sinh tinh thể giả; nguyên liệu nấu non B cần gia nhiệt nhằm hoà tan tinh thể nhỏ. - Nuôi tinh thể: Nạp liệu có thể liên tục hoặc gián đoạn, khống chế nồng độ mật cái đường non B như sau: Bảng 7-3: Nồng độ mật cái đường non B cần khống chế Thể tích đường non khi dở đường là 100% Nồng độ (0Bx) 79,5-80 80-80,5 80,5-81,5 83 Thể tích (%) 85 Dở đường - Cô đặc cuối: Đường non B nấu đến nồng độ 96-98 0Bx thì xả xuống thùng trợ tinh; thời gian nấu non B khoảng từ 4 - 6 giờ đồng hồ. II.5.6.3. Nấu luyện đường non C Đường non C là đường non cấp cuối cùng của quá trình sản xuất đường vì vậy cần phải chú ý, nấu không tốt sẽ tăng thành phần đường trong mật rỉ. Độ nguyên chất của đường non C thấp, độ nhớt cao nên kết tinh khó, thời gian nấu kéo dài. AP non C thường 52-58%. Thường nấu mật nguyên B bằng cách pha loãng từ Bx=80% xuống Bx=65-70%. Bx đường non C sau khi nấu 99%. Thời gian nấu non C trong khoảng 8-10 79 giờ đồng hồ. III. TÍNH TOÁN NẤU ĐƯỜNG III.1. Cơ sở tính toán III.1.1. Tính đổi trọng lượng và thể tích nước đường Trong sản xuất thường dùng thể tích (m3) để cân đong vật liệu, nhưng khi tính toán lại thường dùng đơn vị khối lượng (tấn), do vậy cần tính chuyển đổi khối lượng và thể tích theo công thức sau: . Trong đó: d= M M − >V = V d d : Tỷ trọng V: Thể tích; m3 M: Khối lượng; tấn Tỷ trọng của nước đường thay đổi theo nồng độ, tra bảng để lấy số liệu. Tính toán chính xác cần phải lấy nhiệt độ lúc đó rồi hiệu chỉnh thành tỷ trọng ở 200C, nhưng trong sản xuất, để giản tiện có thể trực tiếp tra bảng không tính hiệu chỉnh nhiệt độ. Thí dụ: Có 5m3 mật nguyên A nồng độ 85%, tính khối lượng của nó. Tra bảng ta có tỷ trọng ở nồng độ 85 là 1,45 tấn/m3 khối lượng mật nguyên A = 5 x 1,45 = 7,25 tấn. III.1.2. Tính khối lượng chất khô trong nước đường m= Bx .M 100 và M= V. d nên m = v.d . Bx 100 Trong đó: m: khối lượng chất rắn hòa tan; tấn M: khối lượng dung dịch; tấn Bx: nồng đô dung dịch, 0Bx V: thể tích dung dịch, m3 Thí dụ : Có 12 tấn mật chè nồng độ 60%. Hỏi trọng lượng chất khô mật chè là bao nhiêu? Trọng lượng chất khô bằng: 12 x 60/100 = 7,2 tấn. Thí dụ : Tính trọng lượng chất khô và trọng lượng nước có trong 8 m3đường hồ có nồng độ 90%. Tra bảng ta có tỷ trọng của dung dịch đường ở nồng độ 90% là 1,48 Khối lượng đường hồ = thể tích x tỷ trọng = 8x1,48 = 11,84 tấn Khối lượng chất khô = khối lượng dung dịch x nồng độ/100 = 11,84x90/100 = 10,66 tấn. Khối lượng nước=Khối lượng đường hồ - khối lượng chất khô=11,8410,66=1,18 tấn. 80 III.1.3 Tính toán lượng đường trong nước đường Độ tinh khiết của nước đường là số phần trăm khối lượng đường trong chất rắn hòa tan. AP = Pol Bx  Pol=Bx.AP Trong đó: Pol: hàm lượng đường, % AP: độ tinh khiết, % Khi tính toán phối liệu hoặc cân bằng vật liệu thường dùng độ tinh khiết đơn giản là cơ sở tính toán, tuy không chính xác lắm nhưng đáp ứng được nhu cầu. Cần chú ý trong một lần tính phải dùng cùng một đơn vị. Thí dụ: Tính lượng đường có trong 15 m 3 mật chè nồng độ 58%, độ tinh khiết 82% ? Tỷ trọng của dung dịch đường ở nồng độ 58% = 1,28 khối lượng chất khô của mật chè= 15 x 1,28 x 58/100 = 11,14 tấn. Lượng đường của mật chè = 11,14 x 82/100 = 9,13 tấn. III.2. Tính toán phối liệu III.2.1. Phương pháp đại số - Tính chất rắn hòa tan nguyên liệu có độ tinh khiết cao (X%) so với chất rắn hòa tan nguyên liệu có độ tinh khiết trung Trong khi nấu đường thường dùng những cặp: một nguyên liệu có độ tinh khiết cao và một nguyên liệu có độ tinh khiết thấp để nấu đường non có độ tinh khiết trung. Gọi Q1- độ tinh khiết nguyên liệu có độ tinh khiết cao Gọi Q2- độ tinh khiết nguyên liệu có độ tinh khiết thấp Gọi Q0- độ tinh khiết của đường non cần nấu có độ tinh khiết trung Gọi MK - khối lượng chất khô đường non cần nấu. Muốn có một phần khối lượng chất khô đường non cần X phần khối lượng chất khô nguyên liệu có độ tinh khiết cao và (1-X) phần khối lượng chất khô nguyên liệu có độ tinh khiết thấp. Cân bằng khối lượng đường ta có: 1.Q0 = X.Q1 + (1-X).Q2  X= Q0 − Q2 Q1 − Q 2 Khối lượng chất khô của nguyên liệu có độ tinh khiết cao là : M1 = X.MK Phần trăm khối lượng chất khô của nguyên liệu có độ tinh khiết cao so với khối lượng chất khô đường non là: x= Q0 − Q 2 100,% Q1 − Q 2 81 Phần khối lượng chất khô của nguyên liệu có độ tinh khiết thấp là: X/ = 1-X Phần trăm khối lượng chất khô của nguyên liệu có độ tinh khiết thấp so với khối lượng chất khô đường non là x/ = =1− Q − Q0 Q0 − Q2 .100 = 1 100,% Q1 − Q 2 Q1 − Q2 Thí dụ: Muốn nấu 10 tấn chất khô đường non B có độ tinh khiết 73% từ mật A có độ tinh khiết 70% và giống B có độ tinh khiết 78% thì lượng chất khô giống và của mật A cần là bao nhiêu? Giải: Khối lượng chất khô của giống B cần: = 73 − 70 .10 = 3,7 78 − 70 Khối lượng chất khô mật A là = 10 - 3,7=6,3 tấn. Hay = 78 − 70 .10 = 6,3 78 − 70 - Tỷ lệ phần trăm khối lượng chất khô nguyên liệu có độ tinh khiết thấp so với khối lượng chất khô nguyên liệu có độ tinh khiết cao: Giả thiết chất khô nguyên liệu có độ tinh khiết cao là 1, khối lượng chất khô của nhuyên liệu độ tinh khiết thấp là x. Ta có: 1. Q1 + x.Q2 = (1+x). Q0.  x= Q1 − Q 0 .100 Q0 − Q 2 Theo ví dụ trên , lượng mật A so với 1 tấn giống là = 78 − 73 .100 = 170% 73 − 70 III.2.2. Phương pháp nhân chéo Phương pháp này đơn giản, ngắn gọn được dùng phổ biến nhất để tính cân bằng ở công đoạn nấu đường. Các ký hiệu được sử dụng như trên. Tính lượng nguyên liệu có độ tinh khiết cao và lượng nguyên liệu có độ tinh khiết thấp so với lượng đường non cần nấu có độ tinh khiết trung Cách tính toán là: Đầu tiên sắp xếp độ tinh khiết của 3 loại nguyên liệu có độ tinh khiết cao, thấp, trung theo vị trí sau: . Q1 Qo Q2 Sau đó lần lượt lấy hai số trên cùng một đường chéo trừ nhau (số lớn trừ số nhỏ) lấy hiệu số đó làm tử số ở bên phải, còn mẫu số đều là Q 1 - Q2 (hoặc tổng của 2 tử số), tức là: Q1 Q0-Q2 .100% (Tỷ lệ % nguyên liệu có độ tinh khiết cao) 82 Q1-Q2 Q0 Q1-Q0 .100% (Tỷ lệ % nguyên liệu có độ tinh khiết cao) Q1-Q2 Q2 Cũng lấy thí dụ trên để nấu 20 tấn đường non B Giống 78 20.(73-70)/(78-70) = 7.4 tấn giống 73 Mật A 70 20.(78-73)/(78-70)=13.6 tấn mật A III.3. Tính hiệu suất kết tinh và hiệu suất thu hồi Các phép tính này chủ yếu dùng để tính tổng lượng đường thu được từ bán sản phẩm và đánh giá hiệu suất giai đoạn kết tinh. Hiệu suất kết tinh là phần trăm lượng đường kết tinh so với chất rắn trong đường non x. Gọi Qo - độ tinh khiết đường non. 100 - độ tinh khiết đường kết tinh Qm - độ tinh khiết của mật. ta có : 1.Qo = x.100 + (1-x). Qm  x= Q 0 − Qm .100 100 − Qm Hiệu suất thu hồi đường là phần trăm chất rắn của thành phẩm so với chất rắn trong đường non. Gọi Qt - độ tinh khiết thành phẩm; các ký hiệu khác được sử dụng như trên. ta có : 1.Qo = Qt. x + (1-x). Qm  x= Q 0 − Qm .100 Qt − Qm III.4. Tính cân bằng vật liệu cho nấu đường III.4.1.Tính chế độ nấu đường 2 hệ * Các thông số ban đầu: AP mật chè 75% AP mật C 31% AP mật loãng A 60% AP đường C 80% AP mật nguyên A 50% AP đường A 99,7% AP đường non C 55% AP giống C 63% * Lấy 100 tấn chất khô mật chè để làm cơ sở tính toán: III.4.1.1.Tính lượng đường A và mật C hình thành Hiệu suất thu hồi đường A từ mật chè: x= APmáût cheì - APmáût C 75 − 31 x100 = x100 = 64.05% APâæåìng A - APmáût C 99.7 − 31 Khối lượng chất khô đường A thu được từ 100 tấn chất khô mật chè bằng 83 64,05% x100 = 64,05 tấn. Khối lượng chất khô mật cuối C có được từ 100 tấn chất khô mật chè bằng : 100 - 64,05 = 35,95tấn III.4.1.2.Tính đường non C Hiệu suất thu hồi đưòng C từ đường non C: x= APnon Cì - APmáût C 55 − 31 x100 = x100 = 48.98% APâæåìng C - APmáût C 80 − 31 Phần trăm mật cuối C thu được : 100% - 48,98% = 51,02% Khối lượng chất khô đường non C cần nấu:35,95 x 100 /51,02 =70,46 tấn. Khối lượng chất khô đường C thu được: 70,46 - 35,95 = 34,51 tấn III.4.1.3. Phối liệu nấu đường non C Dùng mật chè và mật loãng A phối liệu nấu nồi giống C. Sau đó dùng mật nguyên A và mật loãng A phối với giống C để nấu đường non C. Lượng giống cần nấu: Giả sử khối lượng chất khô của giống chiếm 30% khối lượng chất khô đường non C. Vậy khối lượng giống cần nấu là: 70,46 x 30% = 21,138 tấn Khối lượng chất khô mật chè và mật loãng cần thiết để nấu 21,138 tấn giống là: ì 75.................... 63 − 60 x 21.138 = 4.2276 táún Máût cheì 75 − 60 .........63........ 60.................... 75 − 63 x 21.138 = 16.9104 táún Máût loaîng A 75 − 60 Khối lượng chất khô mật nguyên A cần thiết để phối với giống C nấu đường non C là: 21,138 + 33,8208 = 54,9588 tấn Tổng khối lượng chất khô mật loãng A và mật nguyên A cho thêm vào để nấu đủ lượng đường non C là: 70,46-(21,138-33,8208) = 15,5 tấn Khối lượng chất khô mật nguyên A và mật loãng A bổ sung thêm là ì 60.................... 55 − 50 x15.5 = 7.75táún Máût loaîng A 60 − 50 .........55........ 50.................... 60 − 55 x15.5 = 7.75táún Máût nguyãn A 60 − 50 Thử lại tính toán đường non C: Loại nguyên liệu Khối lượng chất khô Mật chè 4,2276 Mật loãng A (16,9104+7,75)=24,66 Mật nguyên A (33,8208+7,75)=41.57 Đường non C 70.4584 84 x x x AP 75% 60% 50% Khối lượng đường 3,1707 14,796 20,785 38.7517 APâæåìng non C = 38,7517 = 54,999% ≈ 55% phuì håüp våïi thäng säú ban âáöu 70,4584 III.4.1.4. Tính đường non A Giả thiết hiệu suất thu hồi đường A từ non A là 49,2%. Theo hiệu suất thu hồi: 100 tấn chất khô mật chè sản xuất được 64,05 tấn đường A, vậy lượng đường non A cần nấu là: 64,05 x 100/49=130,71 tấn. Tổng số lượng mật nguyên A và mật loãng A: 130,71 - 64,05 = 66,66 tấn Mật nguyên A dùng nấu non C là 41,57 tấn; lượng mật loãng A là: 66,6641,57 = 25,09tấn Lượng mật lõang A còn thừa để nấu non A: 25.09-24.66=0.43 tấn Tính độ tinh khiết đường non A: Loai nguyên liệu Mật chè Khối lượng chất khô (1004,2276)=95,7724 0,43 34,51 130,71 Mật loãng A Đường C Đường non A APâæåìng non A = AP Khối lượng đường x 75% 71,8293 x x 60% 80% 0,258 27,608 99,6953 AP 99,7 % 60% 50% Khối lượng đường 63,85785 99.6953 = 76.27% 130.71 Kiểm tra độ tinh khiết đường non A Loai sản phẩm Đường A Khối lượng chất khô 64,05 Mật loãng A Mật nguyên A Đường non A 25,09 41,57 130,71 APâæåìng non A = x x x 99.69685 = 76.27% nhæ âaî tênh toaïn 130.71 III.4.1.5. Hình vẽ bảng cân bằng vật liệu 85 15,054 20,785 99,69685 MÁÛT CHEÌ 100 T AP=75 95.7724 4.2276 LÁÚY 100 T CHÁÚT KHÄ MÁÛT CHEÌ LAÌM CÅ SÅÍ TÊNH TOAÏN 16.9104 0.43 35.51 ÂÆÅÌNG A 64.05 T AP=99.7 7.75 Â. NON A 130.71 T AP=76.27 M. NGUYÃN A 41.57 T AP=50 41.57 M. LOAÎNG A 25.09 T AP=60 GIÄÚNG C 21.138 T AP=63 Â. NON C 70.4584 T AP=55 ÂÆÅÌNG C 34.51 T AP=80 MÁÛT C 35.95 T AP=31 HÄÖI DUNG III.4.2. Tính chế độ nấu đường 3 hệ Số liệu: Nguyên liệu Độ tinh khiết (%) Mật chè 83 Đường non A 82,5 Đường A 99,62 Mật nguyên A (A1) 63 Mật loãng A (A2) Đường non B 70 Đường B 91 Mật B 49 Đường non C 57 Đường C 83 Mật C (mật cuối) 31 Giống B,C 73 Đường hồ B Hồi dung C Cơ sở tính toán theo 100 tấn chất khô mật chè. III.4.2.1.Tính lượng đường A và mật C hình thành Hiệu suất thu hồi đường A từ mật chè: x= APmáût cheì - APmáût C 83 − 31 x100 = x100 = 75,78% APâæåìng A - APmáût C 99.,62 − 31 86 Nồng độ (0Bx) 60 93 99 96 70 65 99 75 88 99 80 85 85 60 Khối lượng chất khô đường A thu được từ 100 tấn chất khô mật chè bằng 75,78% x100 = 75,78 tấn. Khối lượng chất khô mật cuối C có được từ 100 tấn chất khô mật chè bằng : 100 - 75,78 = 24,22tấn III.4.2.2.Tính đường non C Hiệu suất thu hồi đưòng C từ đường non C: x= APnon Cì - APmáût C 57 − 31 x100 = x100 = 50% APâæåìng C - APmáût C 83 − 31 Phần trăm mật cuối C thu được : 100% - 50% = 50% Khối lượng chất khô đường non C cần nấu:24,22 x 100 /50 =48,44 tấn. Khối lượng chất khô đường C thu được: 48,44 - 24,22 = 24,22 tấn III.4.2.3. Phối liệu nấu đường non C: Dùng mật chè và mật nguyên A phối liệu nấu nồi giống C. Sau đó dùng mật nguyên A và mật B phối với giống C để nấu đường non C. Lượng giống cần nấu: Giả sử khối lượng chất khô của giống chiếm 23,0% khối lượng chất khô đường non C. Vậy khối lượng giống cần nấu là: 48,44 x 23,0% = 11,14 tấn Khối lượng chất khô mật chè và mật nguyên A cần thiết để nấu 11,14 tấn 83.................... 73 − 63 x11,14 = 5,57 táún Máût cheì 83 − 63 .........73........ 63.................... 83 − 73 x11,14 = 5,57 táún Máût nguyãn A 83 − 63 giống : Lượng mật B cần dùng để phối liệu với giống để nấu đường non C - Khối lượng chất khô mật B phối với giống C nấu thành đường non C là: 22,28 73 − 57 x11,14 = 22,28táún máût B 57 − 49 + 11,14 = 33,42 tấn - Khối lượng chất khô đường non C còn thiếu là: 48,44-33,42= 15,02 tấn - Khối lượng đường non C còn thiếu được phốiliệu từ mật chè và mật B: Khối lượng chất khô mật chè và mật B cần dùng là: - Thử lại tính toán đường non C: Loai nguyên liệu Khối lượng chất khô AP Khối lượng đường Mật chè 5,57+3,53 = 9,10 x 83% 7,553 Mật nguyên A 5,57 x 63% 3,509 Mật B 22,28 + 11,49 = 33,77 x 49% 15,547 Đường non C 48,44 27,609 APâæåìng non C = 27,609 .100 = 56,996% ≈ 57% phuì håüp våïi thäng säú ban âáöu 48,44 87 III.4.2.4. Tính đường non B - Hiệu suất thu hồi đường B từ non B: - Hiệu suất thu hồi mật B từ non B: 100% - 50% = 50%. HSTH(B) = APnonBì - APmáût B 70 − 49 x100 = x100 = 50% APâæåìng B - APmáût B 91 − 49 - Tổng lượng mật B để nấu non C là 33,77 tấn. - Khối lượng đường non B là: 33,77 x 100/50 = 67,54 tấn - Phối liệu để nấu đường non B: +Lượng giống để nấu đường non B giả thiết là 7% so với đường non B, khối lượng giống là: 67,54 x 7/100 = 4,72 tấn. + Giống B được nấu từ mật chè và mật nguyên A. Khối lượng từng loại như sau: 83.................... 73 − 63 x 4,72 = 2,36táún Máût cheì 83 − 63 .........73........ 63.................... 83 − 73 x 4,72 = 2,36táún Máût nguyãn A 83 − 63 + Lượng mật nguyên A để nấu đường non B từ giống = 4,72.(73-70)/(70-63) = 2,02 tấn. Khối lượng đường non B nấu được = 4,72 + 2,02 = 6,74 tấn. Khối lựng đường non B còn thiếu = 67,54 -6,74 = 60,8 tấn. Dùng mật chè và mật nguyên A phối liệu nấu đường non B còn thiếu. Khối lượng từng loại được tính như sau: 83.................... 70 − 63 x60,8 = 21,28táún Máût cheì 83 − 63 .........70........ 63.................... 83 − 70 x60,8 = 39,52 táún Máût nguyãn A 83 − 63 Tổng lượng mật chè để nấu đường non B = 2,36 + 21,28 = 23,64 tấn. Tổng lượng mật nguyên A để nấu đường non B = 2,36 + 39,52 = 43,9 tấn. Thử lại độ tinh khiết đường non B Loai nguyên liệu Mật chè Mật nguyên A Đường non B Khối lượng chất khô 2,36 + 21,28 = 23,64 2,36 + 39,52 = 43,9 tấn 67,54 x x AP 83% 63% Khối lượng đường 19,62 27,65 47,27 APnon A = (47,27/67,54).100 = 69,988% Như vậy độ tinh khiết đường non A phù hợp. III.4.2.5. Tính đường non A: - Giả thiết hiệu suất thu hồi đường A từ non A là 50%. Theo hiệu suất thu hồi: 88 - 100 tấn chất khô mật chè sản xuất được 75,78 tấn đường A, vậy lượng đường non A cần nấu là: 75,78 x 100/50=151,56 tấn. Tổng số lượng mật nguyên A và mật loãng A= 151,56 - 75,78 = 75,78 tấn Mật nguyên A dùng nấu non C là 5,57 tấn và nấu đường non B là 43,9 tấn như vậy tổng lượng mật nguyên A la: 5,57 + 43,9 = 49,47 tấn. Lượng mật loãng A là: 75,78 - 49,47 = 26,31tấn. Lượng mật lõang A này dùng để nấu đường non A Tính độ tinh khiết của mật loãng A: + Gọi độ tinh khiết của hỗn hợp mật nguyên A và loãng A là P, ta có: 50 x 99,62 + 50 x P = 100 x 82,5. P = 65,38 %. + Gọi độ tinh khiết của mật loãng A là Pl, ta có: 49,47 x 63 + 26.31 x Pl = 75,78 x 65,38 Ta tìm được Pl = 70% - Tính độ tinh khiết đường non A: Loai nguyên liệu Mật chè Mật loãng A Đường C Đường B Đường non A APâæåìng non A = Khối lượng chất khô (100-23,64-9,1) = 67,26 26,31 24,22 33,77 151,56 x x x x AP 83% 70% 83% 91% Khối lượng đường 55,82 18,6 20,10 30,73 125,25 125,25 = 82,64% ≈ 82,5% 151,56 - Kiểm tra độ tinh khiết đường non A Loai sản phẩm Đường A Mật loãng A Mật nguyên A Đường non A APâæåìng non A = Khối lượng chất khô 75,78 26,31 49,47 151,56 x x x AP 99,62% 70% 63% Khối lượng đường 75,49 18,417 31,166 125,073 125,073 = 82,52% 151,56 Kết quả tính toán này cũng phù hợp với yêu cầu. III.4.2.6. Tính theo năng suất nhà máy. Giả thiết năng suất nhà máy là 1500 tấn mía/ngày Khối lượng mật chè tinh so với mía xấp xỉ 20%. Khối lượng mật chè tinh là: 1500 x 20/100 = 300 tấn/ngày. Khối lượng chất khô trong mật chè tinh là: 300 x 60/100 = 180 tấn/ngày. 89 Hệ số K = Khối lượng chất khô mâtỵ chè tinh/100 = 180/100 = 1,8 Bảng tổng kết nấu đường theo năng suất nhà máy: Nguyên liệu AP (%) Nồng Tính cho Tính theo năng suất nhà máy 0 đô ( Bx) 100 tấn chất khô KL chất KL (tấn) Thể tích khô(tấn) (m3) Mật chè - Dùng nấu đường non A - Dùng nấu đường non B - Dùng nấu đường non C Đường non A Đường A Mật nguyên A - Dùng nấu đường non B - Dùng nấu đường non C Đường non B Đường B Đường hồ B 83 83 83 83 82,5 99,62 63 63 63 70 91 60 60 60 60 93 99,96 70 70 70 95,5 99 85 100 67,26 23,64 9,1 151,56 75,78 49,47 43,9 5,57 67,54 33,77 180 121,06 42,55 16,38 272,80 136,40 89,04 79,02 10,02 121,57 60,78 49 57 83 75 98 99 60 33,77 48,44 24,22 60,78 87,19 43,59 31 73 73 70 80 85 85 65 24,22 4,72 11,14 26,31 43,59 8,49 20,05 47,35 Lượng nước trộn đường B Mật B Đường non C Đường C Hồi dung C Lượng nước hồi dung C Mật C Giống B Giống C Mật loãng A 300 201,78 70,92 27,30 293,32 136,45 127,2 112,87 14,31 127,29 61,39 72,23 10,84 81,03 88,95 54,50 73,36 29,35 54,50 9,99 23,59 72,84 230,92 156,51 55,00 21,16 197,65 94,21 83,61 10,6 84,58 58,33 49,86 58,33 57,51 38,50 56,91 28,50 6,89 16,29 55,22 IV. TRỢ TINH IV.1. Mục đích của trợ tinh Tổn thất đường trong mật cuối chiếm khoảng 70% tổng tổn thất của toàn nhà máy. Vì vậy cần tìm mọi biện pháp giảm tổn thất đó nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi đường. Trong quá trình nấu đường ta không thể kết thúc quá trình kết tinh trong nồi nấu. Bởi vì trong giai đoạn cuối của một nồi đường, tinh thể tuy đã lớn lên nhất định nhưng đường trong mật cái còn nhiều, do điều kiện độ chân không, thiết bị, độ tinh khiết của đường non thấp, độ nhớt càng tăng nên nấu tiếp tục ở nồi nấu thì tốc độ kết tinh sẽ rất chậm, thời gian sẽ kéo dài, ảnh hưởng đến màu sắc đường thành phẩm. Để cho tinh thể đường được hoàn chỉnh hơn và để cho các phần tử đường còn trong mật cáitiếp tục trầm tích trên bề mặt tinh thể, nhằm giảm tổn thất thì cần tiếp tục kết tinh đường ở một bộ phận khác là trợ tinh. Vì vậy mục đích chung của trợ tinh là tiếp tục thực hiện quá trình kết tinh các 90 phần tử đường trong đường non ở thiết bị trợ tinh đồng thời làm cho đường non thích ứng với điều kiện ly tâm.( điều khiển độ nhớt và nhiệt độ của đường non). Thiết bị trợ tinh có tác dụng như thùng trữ đường non trước khi ly tâm (đối với đường non A, B tác dụng này là chủ yếu). • Đối với đường non A,B có độ tinh khiết tương đối cao nên độ nhớt thấp, vì vậy trong quá trình nấu đường đã kết tinh được một lượng đường lớn trong mật. Ngoài ra nếu mật của nó còn nhiều đường thì có thể nấu đường non B,C nên không nhất thiết phải kéo dài thời gian trợ tinh A, B. • Đối với đường non C là đường non cấp cuối, độ tinh khiết thấp, độ nhớt lớn, tốc độ kết tinh chậm. Khi nấu đường lượng đường kết tinh được không nhiều. Mật của đường non C là mật cuối nếu có độ tinh khiết cao sẽ làm tăng tổn thất đường do đó sẽ làm giảm hiệu suất thu hồi. Cần chú trọng đến trợ tinh đường non C. IV.2. Nguyên lý của trợ tinh Trợ tinh tiếp tục làm cho tinh thể kết tinh nhưng khác nấu đường là không phải dùng phương pháp đun nóng để bốc hơi phần nước trong đường non làm cho đường non đạt hệ số quá bão hòa và kết tinh mà dùng phương pháp giảm nhiệt độ bằng cách làm lạnh đường non. Trợ tinh dựa vào nguyên lý: khi giảm nhiệt độ, độ hòa tan của đường saccharose trong mật cái giảm xuống, độ quá bão hoà của mật cái tăng lên cao thành phần đường trong mật cái tiếp tục kết tinh lắng đọng trên bề mặt tinh thể đường làm cho các tinh thể tiếp tục lớn lên. Trong quá trình trợ tinh cần phải khuấy trộn đường non để những tinh thể đường luôn chuyển động trong đường non, không bị lắng xuống nên có cơ hội tiếp xúc các phần tử đường trong mật cái mà thực hiện quá trình kết tinh, tinh thể tiếp tục lớn lên. Ngoài ra lợi dụng sự khuấy trộn làm cho nồng độ, nhiệt độ đồng đều trong toàn khối đường non giúp cho các hạt tinh thể lớn lên đồng đều. IV.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trợ tinh IV.3.1. Thời gian trợ tinh Hiệu quả của quá trình trợ tinh được đánh giá bằng độ giảm độ tinh khiết của mật cái trước và sau khi trợ tinh. Về thời gian trợ tinh người ta thấy rằng: trong khoảng 16 giờ đầu, độ tinh khiết mật cái giảm nhanh (giảm 70-80% của tổng số độ tinh khiết của mật có thể giảm), sau đó độ tinh khiết mật cái giảm chậm. Vì: + Lúc đầu độ tinh khiết mật cái cao, nhiệt độ cao, độ nhớt thấp nên tốc độ kết tinh nhanh => kết tinh được nhiều đường trong mật nên độ tinh khiết giảm nhanh. + Về sau do độ tinh khiết mật cái giảm, nhiệt độ giảm, độ nhớt tăng, tốc độ kết tinh giảm => đường trong mật kết tinh chậm, nên độ tinh khiết mật giảm chậm, thậm chí không giảm nữa. Thời gian trợ tinh còn phụ thuộc vào loại đường non và tốc độ giảm nhiệt 91 độ: đường non có tạp chất ít, tốc độ giảm nhiệt độ nhanh thì thời gian trợ tinh ngắn. Tốt nhất là thời gian trợ tinh ngắn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất thu hồi cao là tốt nhất. IV.3.2. Sự khuấy trộn Tác dụng của khuấy trộn: - Làm giảm nhiệt độ => tăng hệ số quá bão hoà. - Làm cho đường non tiếp xúc đều với nước làm lạnh, nhiệt độ giảm đều trong toàn khối đường non, tinh thể hấp thụ tốt thành phần đường trong mẫu dịch - Không để cho tinh thể lắng xuống đáy ảnh hưởng đến sự lớn lên của tinh thể và gây trở ngại cho khuấy. Tốc độ khuấy nhanh thì làm nguội nhanh nhưng khuấy nhanh quá thì: - Làm cho tinh thể bị mài mòn. - Làm cho nhiệt độ giảm nhanh => tăng hệ số quá bão hoà nhanh dễ sinh ra nguỵ tinh. - Tiêu hao năng lượng nhiều và có thể sinh ra gãy trục cánh khuấy. Thường khống chế tốc độ khuấy 0,5 - 0,7 vòng/phút, tối đa 1 vòng /phút và phải đảm bảo khuấy liên tục. IV.3.3. Tốc độ giảm nhiệt độ Cần chú ý khống chế tốc độ giảm nhiệt độ vì tốc độ giảm nhiệt liên quan mật thiết với tốc độ kết tinh. Tốc độ giảm nhiệt độ phải đảm bảo theo một chế độ thích hợp để tốc độ kết tinh tốt. Tốc độ giảm nhiệt độ nhanh thì có lợi nhưng nhanh quá sẽ làm tăng đô quá bão hòa đột ngột dễ sinh ra ngụy tinh. Tốc độ giảm nhiệt độ tốt nhất là trong 1 giờ giảm 1 độ có khi giảm từ 1 đến 1,5 độ để rút ngắn thời gian trợ tinh và giữ độ quá bão hoà ở mức thấp 1,1-1,2 Tốc độ làm nguội phụ thuộc vào: + Nhiệt độ của không khí: nếu nhiệt độ cao thì tốc độ làm nguội chậm + Cấu tạo của thiết bị trợ tinh: thiết bị trợ tinh có hệ thống nước làm mát thì tốc độ hạ nhiệt nhanh. + Nhiệt độ của nước làm nguội và nhiệt độ của đường non càng thấp thì làm nguội càng nhanh IV.3.4. Đặc tính của đường non: Độ nhớt đường non ảnh hưởng lớn đến trợ tinh. Độ nhớt phụ thuộc vào hàm lượng tinh thể và độ nhớt mật cái. + Độ nhớt mật cái cao, hàm lượng tinh thể nhiều thì độ nhớt đường non càng lớn, tốc độ kết tinh càng chậm, khuấy đường non khó khăn ..=> tốc dộ kết tinh giảm, giảm hiệu quả trợ tinh. Vì vậy cần khống chế nồng độ đường non thích hợp + Nếu tinh thể nhỏ và nhiều, diện tích hấp phụ đường lớn, trợ tinh dễ. ==> Hàm lượng tinh thể, kích thước tinh thể phải bảo đảm tính đồng đều để tốc độ kết tinh nhanh. IV.4. Điều kiện kỹ thuật của trợ tinh IV.4.1. Nhiệt độ làm nguội đường non Đường non ra khỏi nồi nấu có nhiệt độ khoảng 70-75oC. Ở thiết bị trợ tinh, 92 đường non được làm nguội đến nhiệt độ 41-43 oC. Nếu xuống dưới điểm đó thì mật cái trở thành quá nhớt dính, các phần tử đường bám vào tinh thể sẽ bị nước rửa ở máy phân mật cuốn đi mất. Nếu đường non được hâm nóng trước khi phân mật thì có thể hạ xuống 360C. Đối với đường non có đô tinh khiết cao thì giới hạn hạ nhiệt độ sẽ thấp hơn vì độ nhớt của chúng nhỏ hơn IV.4.2. Thời gian trợ tinh Theo các nhà nghiên cưú ngành đường, khi dự kiến dùng thùng trợ tinh bình thường để trợ tinh thì thời gian trợ tinh: + Đường non A: 12 giờ + Đường non B: 24 giờ + Đường non C : 72 giờ Tuy nhiên trong thực tế phần lớn các nhà máy đường đều rút ngắn thời gian trợ tinh đặc biệt đối với đường non A, thời gian trợ tinh tối thiểu : + Đường non A : 3-6 giờ + Đường non B : 6-12 giờ + Đường non C :20-22 giờ IV.4.3. Tốc độ quay của cánh khuấy Đối với đường non A, B: Tốc độ quay 0,5 đến 0,7 vòng/phút Đối với đường non C: Tốc độ quay 1,0 đến 1,5 vòng/phút IV.4.4. Dung tích thùng trợ tinh Dung tích đơn vị của thùng trợ tinh được xác định tùy theo dung tích của nồi nấu. Không được trộn lẫn vào trong một trợ tinh những tinh thể của hai nồi nấu và cũng không được nhả đường non nóng vào trong trợ tinh còn một nửa đường non đã nguội. Dùng những thùng trợ tinh có dung tích đơn vị bằng dung tích nồi nấu cộng thêm 15 đến 20% hoặc có thể dùng 2 trợ tinh để chứa đường non của một nồi nấu thí dụ 2 thùng 30 m3 cho nồi nấu 50m3. IV.4.5. Pha loãng đường non Để sự lưu chuyểnvà sự kết tinh được dễ dàng, có thể pha loãng đường non trong thùng trợ tinh nhằm: - Khống chế độ quá bão hòa ở mức thích hợp cho tinh thể đường hấp thu thành phần đường trong mật cái và - Làm cho mật cái đường non đạt nồng độ tách mật thích ứng Yêu cầu: - Thường dùng một loại mật gần giống với mật cái của đường non để pha loãng. - Việc pha loãng nhất là pha bằng nước nóng làm chậm sự hấp thu đường trong mẫu dịch, nên tránh. Trong trường hợp bắt buộc phải pha loãng để phân mật thì phải thực hiện pha trước khi phân mật từ 1 đến 2 giờ . - Thêm mật hay nước đều phải qua điều tra, tính toán mà định lượng cho thêm, chú ý đến nhiệt độ. Phương phức cho thêm nên liên tục và nhiều lần. - Vị trí cho thêm là ở đáy và bề mặt đường non sao cho nó nhanh chóng thấm vào đường non là được. IV.4.6. Hâm nóng đường non 93 Thường hâm nóng đường non trước khi phân mật nhằm làm cho độ nhớt đường non giảm, phù hợp với khả năng cơ giới của máy tách mật. Hâm nóng bằng cách cho nước nóng đi trong ống xoắn hoặc cho trực tiếp vào máng phân phối đường non, nhiệt độ nước nóng cho vào cao hơn nhiệt độ đường non từ 3 đến 50C để tránh tinh thể đường hòa tan. Thường hâm nóng đường non C đến 50-55oC IV.5. Đặc tính đường non cấp cuối liên quan đến trợ tinh IV.5.1. Mật cuối tiêu chuẩn và độ tinh khiết tiêu chuẩn của mật cuối Để giảm tổn thất đường, cố gắng thực hiện quá trình kết tinh đường non cấp cuối tốt để có độ tinh khiết mật cuối nhỏ nhất. Độ tinh khiết mật cuối được tính theo công thức thực nghiệm, chủ yếu dựa vào tỷ lệ đường khử và chất tro. Silin đưa ra khái niệm độ tinh khiết mật cuối tiêu chuẩn và dùng khái niệm này để kiểm tra tổn thất đường trong mật cuối. Công thức tính độ tinh khiết mật cuối: Gọi : ck là nồng độ chất khô mật cuối; thì thành phần nước là (100-cK) Ht0 là độ hòa tan của đường saccharose trong dung dịch tinh khiết ở nhiệt độ máy ly tâm (t) α’ : hệ số bão hòa của dung dịch mật cuối 100 (100-cK).Ht0. α’ ck 0 (100 -cK).Ht .α’ : chính là thành phần đường saccharose Như vậy để giảm q cần tăng c k. Nhưng không cho phép nồng độ chất khô quá cao vì độ nhớt dung dịch sẽ tăng lên. Do đó cần có một giá trị nồng độ chất khô làm chuẩn để tổn thất đường trong mật cuối nhỏ nhất, đồng thời có lợi nhất cho quá trình kết tinh và ly tâm. Nồng độ chất khô ứng với độ nhớt cao nhất mà máy ly tâm làm việc được gọi là nồng độ chất khô tiêu chuẩn, nồng độ này phụ thuộc vào nhiệt độ. Đường non trước khi ly tâm là dung dịch bão hòa; vì vậy mật cuối tiêu chuẩn là một dung dịch đường bão hòa có nồng độ chất khô bằng nồng độ chất khô tiêu chuẩn tương ứng với nhiệt độ ly tâm. Nếu mật cuối của nhà máy đường có độ tinh khiết cao hơn độ tinh khiết tiêu chuẩn tức là nhà máy làm việc chưa đạt yêu cầu. Ngược lại nếu nhà máy làm việc tốt thì độ tinh khiết mật cuối bằng hoặc nhỏ hơn độ tinh khiết tiêu chuẩn. Để xác định độ tinh khiết mật cuối tiêu chuẩn cần thực hiện quá trình kết tinh trong phòng thí nghiệm, tìm liên hệ giữa nồng độ chất khô và độ tinh khiết ở trạng thái bão hoà. Sau đó dựa vào biểu đồ độ nhớt tìm nồng độ chất khô ứng với độ nhớt lớn nhất mà máy ly tâm có thể tách mật được, đó chính là nồng độ tiêu chuẩn, từ nồng độ chất khô tiêu chuẩn ta lại xác định được độ tinh khiết mật cuối tiêu chuẩn. Độ tinh khiết mật cuối: q= 94 Thí dụ: Máy ly tâm có số vòng quay 1460 vòng/ phút có thể tách được mật có độ nhớt 71,10-1N.s/m2 ở 400C. Nồng độ chất khô của mật ứng với độ nhớt đó gọi là nồng độ chất khô tiêu chuẩn. Máy ly tâm có số vòng quay 860 vòng/ phút có thể tách được mật có độ nhớt 44,10-1N.s/m2 ở 400C. Nồng độ chất khô của mật ứng với độ nhớt đó gọi là nồng độ chất khô tiêu chuẩn. Như vậy, ứng với một máy ly tâm nhất định thì có giá trị nồng độ chất khô tiêu chuẩn nhất định. IV.5.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt mật cuối: IV.5.2.1. Các chất không đường Độ nhớt phụ thuộc rất nhiều vào nguồn gốc và thành phần các chất không đường trong dung dịch. Nếu thay thế tất cả các cation trong mật cuối bằng ion K + thì độ nhớt giảm 1.5 lần. Ngược lại nếu thay thế tất cả bằng ion Na + độ nhớt tăng lên 2 lần, thay bằng Ca 2+ độ nhớt tăng lên 5 lần. Các chất không đường khác cũng ảnh hưởng đến độ nhớt, đặc biệt là các chất không đường hữu có như pectin, keo, v.v.. IV.5.2.2. Nồng độ chất khô và nhiệt độ Tăng nồng độ chất khô, độ nhớt mật cuối tăng nhanh. Ngược lại, nhiệt độ tăng, độ nhớt mật cuối giảm nhanh. Anh hưởng này khác nhau đối với các loại mật cuối. Đặc biệt đối với mật cuối bão hòa , ứng với mỗi giá trị, độ tinh khiết, độ nhớt sẽ là cực tiểu ở một nhiệt độ nhất định. Giá trị cực tiểu ở khoảng 55 oC. Nhiệt độ đó có ý nghĩa lớn trong quá trình phân mật. IV.5.2.3. Độ nhớt đường non cuối Độ nhớt cho phép lớn nhất của đường non là độ nhớt mà thiết bị khuấy trong thùng trợ tinh còn có thể làm việc được. Độ nhớt đó tức là độ nhớt cho phép lúc kết thúc trợ tinh đường non hoặc trước khi pha loãng hay gia nhiệt cuối cùng. Độ nhớt đường non quyết định bởi độ nhớt của mật cái trong đường non và lượng tinh thể kết tinh, theo phương trình thực nghiệm: ηân = ηmc 1 − 3,8047ϕ + 3,658ϕ 2 Trong đó: ηđn: độ nhớt đường non ηmc: độ nhớt mật cái ϕ: lượng tinh thể trong đường non tính theo thể tích % Hàm lượng tinh thể trong đường non sản phẩm cuối (đường non C) là 43-46%, độ nhớt đường non cấp cuối thường rất lớn. Nếu biết độ nhớt cho phép lớn nhất của đường non có thể từ công thức trên tính được lượng đường kết tinh. Do đó nếu biết cấu tạo của thùng trợ tinh có thể có độ nhớt cho phép lớn nhất và từ đó có thể biết được hàm lượng đường kết tinh cho phép lớn nhất. 95 Chương VI: LY TÂM VÀ HOÀN TẤT SẢN PHẨM I. LY TÂM ĐƯỜNG NON I.1. Mục đích Mục đích chính của ly tâm là tách tinh thể đường ra khỏi mật cái bằng lực ly tâm trong các thùng quay với tốc độ cao. Đối với đường non A sau khi ly tâm nhận được đường A, mật nâu (mật nguyên A) và mật trắng (mật loãng A). Ly tâm còn có nhiệm vụ phải đảm bảo chất lượng đường thành phẩm và độ tinh khiết của mật theo yêu cầu sản xuất I.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình ly tâm Trong quá trình ly tâm thiết bị ly tâm là yếu tố cơ bản quyết định hiệu quả tách mật, ngoài ra còn có một số yếu tố khác I.2.1.Chất lượng đường non Chất lượng đường non là nhân tố quan trọng ảnh hưởng tốc độ tách mật. Tốc độ tách mật tỷ lệ thuận với cỡ hạt tinh thể và độ nhớt của đường non hoặc độ dính của mật đường. I.2.2. Cở hạt và chất lượng hạt - Hạt tinh thể của đường non vừa phải và xếp đều đặn, khe hở giữa tinh thể lớn, tách mật dễ dàng. - Nếu kích thước hạt không đồng đều, đặc biệt có nhiều ngụy tinh, khi phân mật dễ làm nghẹt lỗ lưới. - Nếu có hiện tượng dính chùm thì khó có thể tách được lớp mật giữa các tinh thể - Đối với đường A: kích thước tinh thể 1 mm, đường C: 0,3-0,35 mm. Là thích hợp. I.2.3. Độ nhớt của đường non Thời gian tách mật tỷ lệ thuận với độ nhớt của mật đường. Nếu đường non có độ nhớt quá lớn thì ly tâm rất khó. Do đó cần phải thực hiện tốt việc hâm nóng đường non đặc biệt đối với đường non C. Hâm nóng bằng cách cho nước nóng đi trong ống xoắn của các máng phân phối đường non trước khi ly tâm hoặc thực hiện việc gia nhiệt bổ sung đường non sau trợ tinh. Hoặc dùng lượng nước và lượng hơi nhiều, rửa lâu do đó độ tinh khiết mật ly tâm cao, tăng tổn thất đường. Trong trường hợp độ nhớt quá lớn, khó ly tâm có thể giảm giảm thời gian rửa hơi, tăng lượng nước, đồng thời cho hơi vào vỏ thùng quay để tăng tốc độ chảy của mật. Có trường hợp còn cho không khí nóng vào vỏ thùng đậy kín để tránh đường bị nguội và tăng tốc độ chảy của mật. I.2.4. Kỹ thuật thao tác của công nhân Phải nắm vững chất lượng đường non để dùng thao tác tách mật phù hợp để khống chế. Phán đoán mức độ tách mật: Trong khi tách mật nhìn qua kính quan sát người thao tác có thể phán đoán mức độ tách mật của đường. Tùy theo mức độ 96 tách mật của từng loại đường non, bằng sự phán đoán của mình người thao tác kéo dài hay rút ngắn thời gian rửa nước hoặc hơi; hãm máy để tháo đường khi cần thiết (ví dụ như đường non B dùng để làm giống, không cần ly tâm thật khô để tránh khó dỡ đường). Đối với đường non C vì màu mật thường đậm và nồng độ lại cao, độ lưu động kém khó phán đoán qua kính quan sát, chủ yếu dựa vào sàng thử để phán đoán. Phán đoán độ ẩm của đường cát: đường non sau khi tách mật phải thành đường cát có hàm lượng nước nhất định, trước khi dỡ đường phải khống chế độ ẩm của đường cát. Độ ẩm của đường phụ thuộc vào cở hạt tinh thể của đường non. Biết phát huy đầy đủ năng lực của máy ly tâm: Trong điều kiện chất lượng đường non bình thường, cần tính lượng đổ đầy đường non vào mỗi mâm trên nguyên tắc không trào ra ngoài mâm. Khi thao tác tách mật cần tranh thủ rút ngắn thời gian các thao tác phụ trợ. I.3. Chu kỳ ly tâm I.3.1. Khởi động Đầu tiên kiểm tra mâm quay bằng cách dùng tay xoay mâm quay vài lần, nếu không có vấn đề gì thì hạ chụp xuống, mở nhánh mật nguyên, ấn nút điện cho máy ly tâm quay từ từ, khi tốc độ máy đạt 200-300 vòng/phút, thì tiến hành nạp liệu. I.3.2. Nạp liệu Nâng dần cửa xả đường non, cho đường non vào phân phối đều trong thùng. Thời gian nạp liệu phụ thuộc vào nồng độ đường non. Tốc độ máy khi nạp liệu: - Đối với đường non C: do nồng độ cao, độ nhớt lớn, nạp liệu khi tốc độ máy 150-200 vòng/phút. Nếu nạp ở tốc độ cao thì đường non khó ăn đều trên thành rổ. - Đối với đường non A: độ nhớt thấp hơn nên thường nạp liệu ở tốc độ khoảng 250-300 vòng/phút - Lượng nạp liệu: Thường cho đường non vào đầy thùng quay để nâng cao năng suất thiết bị nhưng không nên quá đầy, tránh hiện tượng đường non văng ra ngoài tăng tổn thất. Tuy nhiên lượng nạp liệu cũng phụ thuộc vào đặc tính của đường non: - Đối với đường non có kích thước tinh thể lớn , đồng đều, độ nhớt thấp nên có thể tăng lượng nạp liệu. Đường non A có thể nạp đầy mâm quay - Đối với đường non có kích thước nhỏ, không đồng đều, có ngụy tinh, độ nhớt lớn nên lượng nạp liệu giảm xuống. Đường non B,C thì khống chế lớp mật đường mỏng hơn đường non A để dễ tách mật đường. - Sau khi nạp liệu xong thường cào hết đường non ở máng cửa xả vào mâm quay. I.3.3. Phân mật Sau khi nạp liệu xong, tăng dần tốc độ lên cực đại, dưới tác dụng của lực ly tâm phần lớn mật trong đường non được tách ra ngoài đi vào nhánh mật nguyên mật này gọi là mật nâu hay mật nguyên. 97 Thời gian tách mật phụ thuộc vào : + Chiều dày lớp đường non lớn nên thời gian tách mật kéo dài + Độ nhớt mật lớn nên thời gian tách mật tăng. + Cở hạt và chất lượng hạt: nếu hạt có kích thước lớn, đồng đều thì thời gian tách mật giảm + Kích thước thùng quay: lớn, diện tích lưới máy tăng nên thời gian tách mật giảm. I.3.4. Rửa đường Dưới tác dụng của lực ly tâm, mật đường ở giữa những hạt tinh thể tách ra. Mật đường dính ở bề mặt tinh thể đặc biệt là ở chổ tinh thể tiếp xúc trực tiếp với nhau lực ly tâm không thể tách triệt để lớp mật đường này. Như vậy khi phân mật nếu chỉ dùng lực ly tâm thì vẫn còn một lớp màng mật mỏng bám trên bề mặt tinh thể. Để khử hết lớp mật đường dính ở bề mặt tinh thể, thường phải sử dụng nước tưới lên bề mặt để rửa đường nhằm tách hết lớp mật nâu đó. Quá trình rửa đường , thực tế là sử dụng nước để lấy mật đi và đồng thời cũng là quá trình khuếch tán đường. Đầu tiên, nước sẽ hòa tan một phần bên ngoài tinh thể tạo thành nước đường. Sau đó dưới tác dụng của lực ly tâm nước đường chui qua các lớp tinh thể, cùng lúc với quá trình đó thì sự khuếch tán xảy ra, cuối cùng nước đường đó thoát ra ở lỗ sàng, tạo thành mật rửa. Ở những nơi các tinh thể tập trung cục bộ và rất dày đặc, lượng nước không thể hòa tan đủ, do đó phải rửa thêm bằng hơi nước. Việc rửa đường thường thực hiện đối với đường thành phẩm. Đối với đường cấp thấp như đường B, đường C thì có thể không cần rửa, vì chúng được xử lý lại trong quá trình sản xuất. Đường thành phẩm được rửa nước nóng và hơi. Mật thu được sau khi rửa đường gọi là mật trắng, mật rửa hay mật loãng. Rửa nước: + Dùng nước nóng có nhiệt độ > 60oC hoặc nước nóng quá nhiệt >110oC + Lượng nước rửa dùng khoảng 2-3% so với khối lượng đường non. Lượng nước thay đổi tùy thuộc kích thước hạt tinh thể. Hạt lớn, đều sử dụng nước ít. Nếu sử dụng nước nhiều có thể làm góc cạnh tinh thể bị biến dạng, ảnh hưởng độ lấp lánh của đường và tăng lượng mật cần nấu lại. + Chất lượng nước: không bị vẩn đục, không có tạp chất hoặc mùi, thường sử dụng nước ngưng tụ để rửa. Rửa hơi: + Sau khi rửa nước dùng hơi bão hòa có áp suất 3-4 at để rửa. + Lượng hơi dùng khoảng 2-3% so với khối lượng đường non. + Mục đích của quá trình phun hơi nước:  Hơi nước dễ dàng đi qua các khe hở nhỏ giữa các tinh thể, làm tăng nhiệt độ, giảm độ nhớt giúp quá trình ly tâm xãy ra tốt hơn.  Khi bị mất nhiệt sẽ ngưng tụ lại thành nước và có tác dụng rửa tinh thể đường thêm một lần nữa.  Nhiệt độ cao sẽ làm cho tinh thể khô hơn, có tác dụng sấy sơ bộ, làm hạt đường bóng sáng hơn, giảm khả năng tạo cục đường. 98 Đối với đường non A để đảm bảo chất lượng đường thành phẩm thì bắt buộc phải rửa nước và rửa hơi. Đối với đường non B,C khi cần thiết chỉ nên rửa hơi. Phân riêng mật nguyên và mật loãng: Do việc rửa đường không chỉ rửa đi mật đường bám trên bề mặt tinh thể mà còn hòa tan một bộ phận đường của tinh thể, làm độ tinh khiết của mật rửa tăng cao hơn độ tinh khiết của mật nguyên. Khi bắt đầu giai đoạn rửa đường, mở nhánh phân mật loãng kịp thời, đúng lúc, để mật nguyên và mật loãng không lẫn vào nhau, tránh làm biến động độ tinh khiết. Do đó, việc tách riêng mật rất quan trọng trong việc khống chế độ tinh khiết ở công đoạn nấu đường. I.3.5. Ngừng máy và xả đường Sau khi rửa hơi xong đóng van hơi lại, hãm máy và xả đường. Toàn bộ thời gian hoàn thành quá trình ly tâm gọi là chu kỳ ly tâm I.4 . Phân loại quá trình ly tâm Chia làm 2 loại: ly tâm đơn và ly tâm kép I.4.1. Ly tâm đơn : Là ly tâm 1 lần tuần tự theo các giai đoạn của chu kỳ phân mật. Khởi động  nạp liệu  phân mật  rửa đường  ngừng máy  xả đường. I.4.2. Ly tâm kép : ly tâm 2 lần Đường được tách mật trong lần ly tâm đầu không cần rửa nước, rửa hơi. Đường sau khi đã tách mật được cho vào máy hòa trộn với mật có độ tinh khiết cao hơn mật cái của nó hoặc trộn với nước nóng đến nồng độ thích hợp cho quá trình ly tâm. Đem hổn hợp đường hồ này đi phân mật lần 2, trong ly tâm lần 2 có thể rửa nước hoặc rửa hơi. Thực hiện ly tâm kép khi: - Năng lực của máy ly tâm không đủ để có thể ly tâm một lần mà đạt yêu cầu công nghệ. - Khi đường non có độ nhớt quá lớn không thể tách mật một lần triệt để. - Đối với đường non C, khi độ tinh khiết non C quá cao và nguyên liệu để phối liệu nấu non C quá cao ly tâm kép để giảm độ tinh khiết mật rỉ và để lấy mật C2 để phối liệu nấu non C. Sơ đồ phân mật kép đối với đường non C như sau: Đường non C Ly tâm Đường C1 Mật C1 (Mật cuối) Tạo đường hồ Ly tâm lần 2 Đường C2 Mật C2 99 Hồi dung Phối liệu nấu đường non C II. SẤY ĐƯỜNG II.1. Mục đích sấy khô đường Đường cát sau khi li tâm nếu rửa nước có độ ẩm là 1,5-2%, nhiệt độ khoảng o 60 C, trong trường hợp rửa hơi độ ẩm là 0,5-0,75% và nhiệt độ khoảng chừng 800C. Với độ ẩm và nhiệt độ như vậy không thể đóng bao và bảo quản. Để tránh đường cát kết thành cục, biến chất, đồng thời để làm cho màu sắc đường thành phẩm được bóng sáng và đường khô cần thực hiện việc sấy đường để đưa nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ môi trường và độ ẩm chỉ còn 0,05% nhằm đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm và an toàn trong bảo quản. Ý nghĩa của việc làm khô đường cát: Nếu hàm lượng nước trong đường khoảng 1%, thì đường dễ bị biến chất, ảnh hưởng rất lớn đến việc bảo quản. Tính chất bảo quản của đường phụ thuộc nhiều vào quá trình làm khô, nghĩa là có liên quan đến hàm lượng nước, đồng thời độ đường (pol) cũng có liên quan đến bảo quản. Có thể dùng một hệ số để biểu thị giới hạn bảo quản của đường - hệ số an toàn f Hàm lượng nước Hệ số an toàn (f) = 100 - % Pol (độ chiết quang) Khi f > 0,3333 : đường cát đã bị biến chất Khi 0,25 [...]... NGHỆ CỦA CƠNG ĐOẠN ÉP MÍA Ở NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG SÅ ÂÄƯ CÄNG ÂOẢN ẸP MÊA B Mêa Nỉåïc mêa häøn håüp 1- Bàng chuưn; 2- Mạy san bàòng; 3- Mạy bàm; 4 - Mạy ẹp dáûp; 5- Mạy ẹp kiãût Hình 2-3: Sơ đồ lưu trình cơng nghệ cơng đoạn ép mía Cơng đoạn ép mía gồm các cơng đoạn nhỏ như sau: Tiếp nhận và xuống mía 20 Cấp mía vào máy ép Xử lý mía trước khi ép Ép mía II.1 Tiếp nhận và xuống mía - Việc tiếp nhận mía. .. cao Sự phân huỷ đường saccharose trong q trình sản xuất làm tăng tổn thất đường, tăng độ nhớt, độ màu nên làm giảm hiệu suất thu hồi đường và giảm chất lượng đường I.2.1.4 Làm phân huỷ đường khử Trong nước mía hỗn hợp có chừng 0,3-2,4% đường khử Khi nước mía ở mơi trường acid sự tồn tại của đường khử tương đối ổn định Ở pH =3 đường khử ổn định nhất Nếu pH của nước mía hay dung dịch đường vượt q 7 sẽ... thời điểm mía chín để bố trí lịch thu hoạch mía hợp lý, bảo đảm chất lượng ngun liệu và hiệu quả sản xuất sẽ cao hơn rất nhiều II.2 Sự thay đổi thành phần hố học của mía sau khi chín Từ khi mía còn non, đường saccharose được tích luỹ dần trong khắp thân cây mía Đến thời kỳ mía chín, đường saccharose đạt mức tối đa, đường khử giảm đến mức thấp nhất Tuỳ giống mía và điều kiện thời tiết, lượng đường saccharose... hưởng đến màu sắc sản phẩm và hiệu suất thu hồi đường Mía thu hoạch xong thì hàm lượng đường saccharose trong mía bị giảm, lượng đường khử tăng lên do phản ứng chuyển hố Do vậy, thu hoạch xong cần đưa mía vào chế biến kịp thời III.3 Mía đưa vào ép có tạp chất trong khơng vượt q mức qui định Những tạp chất trong mía như: lá mía, rễ ở thân mía, bùn đất dính vào thân mía, mầm, dây dùng bó mía v.v có ảnh... xếp lịch ép mía vào thời kỳ mía có trữ lượng đường cao nhất nhằm thu được lượng đường cao nhất III.2 Thu hoạch mía đúng thời điểm chín và kịp thời đưa mía vào chế biến Khơng thu hoạch mía lúc chưa chín và cũng khơng để mía q chín mới thu hoạch Mía chưa chín, hàm lượng đường saccharose thấp, chất keo và các tạp chất khác nhiều làm cho việc làm trong làm sạch khó khăn Nếu mía q chín thì lượng đường khử... lý mía Cây mía thường khơng thẳng, khi đổ xuống băng chuyền thường nằm lộn xộn Mặt khác, mía có vỏ cứng, bên ngồi vỏ cứng có lớp sáp nên làm cho mía khó vào máy ép Vì vậy cần san phẳng và băm, nghiền nhỏ mía để máy ép hoạt động thuận lợi và nước mía thốt ra khỏi tế bào mía dễ dàng - Các máy xử lý mía + Máy băm mía: * Tác dụng của máy băm mía: chặt cây mía thành những miếng nhỏ và ngắn, tăng mật độ mía. .. LÀM SẠCH NƯỚC MÍA I NGUN LÝ LÀM SẠCH NƯỚC MÍA I.1 Khái niệm chung I.1.1 Thành phần của nước mía hỗn hợp Thơng thường nước mía hỗn hợp chứa từ 13% đến 15% chất khơ Ngồi đường saccharose, trong nước mía còn những chất khơng đường có tính chất hóa học, lý học khác nhau Nước mía gồm : - Nước - Chất khơ (Đường và Chất khơng đường) Thành phần hóa học của nước mía: + Nước 77-88% + Chất khơ: - Đường saccharose... saccharose thành đường hồn ngun xảy ra làm tổn thất đường saccharose, tăng lượng đường khử sẽ gây khó khăn cho q trình sản xuất Sự tổn thất này là do q trình hơ hấp của mía và tác dụng của vi sinh vật Mía đốn xong để càng chậm đưa vào chế biến, để ngồi nắng gió, nhiệt độ cao thì tổn thất đường càng nhiều và khối lượng mía càng giảm Vì vậy, cần thu hoạch mía đúng lúc mía chín, khơng đốn mía khi chưa chín... lượng mía Việc xác đinh chất lượng thơng qua việc lấy mẫu cây mía (tại bàn cân nhà máy, tại xe vận chuyển mía, tại bãi chứa mía) hoặc khoan lấy mẫu bằng hệ thống dàn khoan sau đó bộ phận phân tích xác định chữ đường - Việc đưa mía xuống bãi chứa thường sử dụng các máy móc bốc dỡ mía là cần cẩu hoặc cầu cẩu II.2 Cấp mía vào máy ép - Bàn lùa mía: có nhiệm vụ tiếp nhận bó mía và và điều hồ việc cho mía. .. nhất Trong sản xuất đường, acid có tác dụng chuyển hố saccharose và có thể kết hợp với vơi tạo thành các muối calcium hồ tan hoặc kết tủa 11 I.2.4 Chất béo Chất béo trong cây mía chủ yếu là sáp, tao thành lớp phấn bao bọc bên ngồi cây mía Ngồi ra có thể có một lượng nhỏ ở dạng phức chất trong các thành phần khác nhau của cây mía Trong sản xuất đường mía gần 60-80% sáp bị loại ra theo bã mía, phần còn ... nghiệp sản xuất đường mía, danh từ Đường (sugar) dùng để đường saccharose chất khơng phải đường saccharose gọi chất khơng đường hay phi đường (non sugar) 3.1 Mía: ngun liệu dùng để sản xuất đường. .. Niên vụ 2002-2003 sản lượng đường giới ước đạt 143,4 triệu tấn; sản lượng đường mía ước tính 110,5 triệu Riêng Châu Á sản xuất 48,9 triệu đường mía chiếm 44% sản lượng đường mía tồn cầu, Bắc Trung... TRÌNH CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG Mía → Xử lý mía → Lấy nước mía → Làm nước mía → Cơ đặc nước mía → Làm mật chè → Nấu đường, trợ tinh → Ly tâm tách mật → Làm khơ → Phân loại → Đóng bao → Đường thành