báo cáo thí nghiệm chuyên ngành công nghệ sản xuất dược phẩm bài: cô đặc dung dịch đường

Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường: 1 Đặc điểm nguyên liệu: Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm: Dung môi: nước.. 3 Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC

☼☼☼☼☼☼☼

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH CÔNG

NGHỆ SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM BÀI: CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG

GVHD: Lê Thị Thùy Trang Sinh viên: Võ Như Sinh MSSV: 61002738

TPHCM, 5/2014

I Giới thiệu chung về cô đặc mía đường

Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển cộng nghiệp đường mía

Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau Mía đường vừa tạo

ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu…

Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ vàkhông chế biến kịp thời

Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao Hiện nay, nước ta đã có rất nhiều nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Biên hoà, … nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất

Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường

1 Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường:

1) Đặc điểm nguyên liệu:

Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước

Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc

Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 11 % khối lượng

2) Đặc điểm sản phẩm:

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước

Các chất hoà tan: có nồng độ cao

3) Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng

a Biến đổi tính chất vật lý:

Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:

Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt

Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi

b Biến đổi tính chất hoá học:

Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid

Đóng cặn dơ: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa

Phân hủy chất cô đặc

Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các amino acid

Phân hủy một số vitamin

c Biến đổi sinh học:

Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao)

Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao

4) Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa:

Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:

Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu

Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi

II Cô đặc và quá trình cô đặc:

1 Định nghĩa:

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng - rắn hay lỏng-

lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn) Đó là các quá trình vật lý - hóa lý

2 Quá trình cô đặc:

a Chuẩn bị mẫu: hòa tan 2Kg đường vào 18Kg nước, khấy đều cho đường tan

b Quy trình vận hành

Gồm các bước:

 Bước 1: Bật cơng tắc tổng, kiểm tra đèn báo trên tủ điện, hiển thị đầy đủ các

thơng số về nhiệt độ, áp suất,… của hệ thống

 Bước 2: Bật cơng tắc nồi hơi, để gia nhiệt nước

 Bước 3: Nhập liệu vào buồng bốc

 Bước 4: Kiểm tra hệ thống van, để đảm bảo hệ thống hồn tồn kín

 Bước 5: Bật cơng tắc bơm chân khơng, tạo áp suất chân khơng trong hệ thống,

đạt được 0,2 at

 Bước 6: Bật cơng tắc bơm nước giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ

 Bước 7: Ghi nhận các thơng số ban đầu của hệ thống

 Bước 8: Mở van đưa hơi đốt vào thiết bị gia nhiệt vỏ áo

 Bước 9: Ghi nhận các thơng số trong giai đoạn gia nhiệt dung dịch đến nhiệt độ

sơi

 Bước 10: Khi dung dịch sơi, mỗi 30 phút, ghi nhận thơng số hệ thống, đem dung

dịch cơ được đi đo nồng độ, tháo lượng nước ngưng đi đo khối lượng Khĩa van ngay sau khi lấy sản phẩm, đảm bảo hệ thống kín, liên tục

 Bước 11: Kết thúc quá trình thí nghiệm trong 75 phút Khĩa van cấp hới đốt Tắt

cơng tắc gia nhiệt nồi hơi

 Bước 12: Tắt bơm chân khơng Xả khí trong hệ thống trở về áp suất khí quyển

 Bước 13: Tháo sản phẩm cơ đặc bằng van tháo liệu

 Bước 14: Tắt cơng tắc tổng

Lưu ý: Đo nồng độ dung dịch cô đặc sau những khoảng thời gian là 15 phút Đo nồng độ cuối cùng cô đặc

III BẢNG SỐ LIỆU KẾT QUẢ THU ĐƯỢC

15 43,6 11,4 1250

IV CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG

1 Dữ kiện ban đầu:

Dung dịch đường mía

Nồng độ đầu xđ = 11 %, nhiệt độ đầu của nguyên liệu là tđ = 30oC

Nồng độ cuối xc = 30,4%

Năng suất Gc = 20 kg

Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà áp suất hơi đốt là 4.5 bar

Aùp suất ở thiết bị ngưng tụ: P = 0,2 at

2 Cân bằng vật chất:

a Suất lượng nhập liệu (Gđ):

Theo công thức 5.16, QT và TBTN T5, tr184:

Gđ*xđ = Gc*xc

Gc = Gđ* 











c

d

x

x

 Giai đoạn 1: 0-30 phút











5 , 13

11 = 16,3 kg

 Giai đoạn 2: 30-60 phút











5 , 22

5 , 13 = 9,78 kg

 Giai đoạn 3: 60-75 phút











4 , 30

5 , 22

= 7,23 kg

b Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W):

Theo công thức 5.17, QT và TBTN T5, tr184:

W = Gđ – Gc

 Giai đoạn 1:

W= 20 – 16,33 = 3,7 kg

So sánh với kết quả đo chênh lệch là:

100 = 7,02%

 Giai đoạn 2:

W= 16,3 – 9,78 = 6,52 kg

So sánh với kết quả đo chênh lệch là:

 Giai đoạn 3:

W= 9,78 – 7,23 = 2,55 kg

So sánh với kết quả đo chênh lệch là:

3 Cân bằng năng lượng:

a Cân bằng nhiệt lượng:

Nhiệt vào:

- Do dung dịch đầu: Gđcđt’

1

- Do hơi đốt: Di’’

D

Nhiệt ra:

- Hơi thứ mang ra: Wi’’

W

- Nước ngưng tụ: Dc

- Sản phẩm mang ra: Gccct’’

1

- Nhiệt cô đặc: Qcđ

- Nhiệt tổn thất: Qtt

Thành lập phương trình cân bằng nhiệt:

Gđcđt’

1 + Di’’

D = Wi’’

W + Dc + Gccct’’

1 ± Qcđ + Qtt

Từ phương trình ta rút ra:

























c i

Q c

i

Q t

t c

G c

i

t c i W D

D

tt D

cđ đ

đ D

c w

'' ''

' '' ''

''

i’

W – cct’

1=2355,6 KJ/Kg là ẩn nhiệt hoá hơi của hơi thứ với áp suất 0,2 at Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443

I’’

D  c =2749 KJ/Kg là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt ở áp suất 4,5 at Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443

Quá trình cô đặc mía đường có Qcđ=0 Đây là quá trình cô đặc liên tục nên

t’

1=t’’

1 Chọn tổn thất nhiệt là 5% ta tính được lượng hơi đốt

D

2749

6 , 2355 77 ,



hay D=11,52 Kg

Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:

Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, trang 182:

902 , 0 77 , 12

52 ,

11 





W

D

Trong đó:

D - lượng hơi đốt dùng cô đặc, D = 11,52 kg

- lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc, W = 12,77 kg

b Chế độ nhiệt độ:

Áp suất buồng đốt là áp suất hơi bão hoà 4,5 at.Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: nhiệt độ hơi đốt là 132,9oC

Gọi  ’’’ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến TBNT, theo QT và TBTN T5, tr184, chọn ’’’ = 1 oK

Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc tsdm(Po):

Tsdm(Po) - Tc = ’’’ = 1K  Tsdm(Po) = Tc +1 = 59,7 +1 = 60,7 oC

Aùp suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở nhiệt độ hơi thứ là 60,7oC là 0, 2 at

c Xác định nhiệt độ tổn thất :

 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng (’):

Theo công thức 5.3, QT và TBTN T5, tr174:

’ = ’o f

Ở đây :

o’ - tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí quyển Tra từ đồ thị

f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính:

f

i

i r

t 2 273 2

16 (  ' )



t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I

ri : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi ở nhiệt độ t’i

 Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tĩnh (’’ ):

Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dịch đến giữa ống là P (N/m2), ta có:

P =

2

1S.g.Hop N/m2

Trong đó:

s : khối lượng riêng của dung dịch khi sôi , kg/m3

s =0.5 dd

dd : Khối lượng riêng của dung dịch ,kg/m3

Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m

Hop = [0.26+0.0014(dd-dm)].Ho

Tra sổ tay ta có được bảng sau:

Coi dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề

mặt đến độ sâu trung bình của chất lỏng

Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là Ho= 2 m

Hop = [0.26+0.0014(dd-dm)].Ho=[0.26+0.0014(1061-983)]*1.5=0.554 ,m

Áp suất trung bình:

Ptb= P’+P=0.21+0,5.0,5.1061.10-4.0.554=0.225 at

Tra sổ tay tại Ptb=0.225 (at) ta có t”1=61.92 0C

Suy ra : ”=61.92– 60.7 =1.22 0C

Hiệu số nhiệt độ hữu ích

ti1=TD – (Tc+) =132.9 – (59.7+0.19+1.22+1)=70.79 0C

Nhiệt lượng lý theo lý thuyết : Wi’’

W + Dc + Gccct’’

1 ± Qcđ + Qtt

= 12,77.2402,3+11,52.30,4.(58,3-31,2)+8,36.58,3=51581,88J

Nhiệt lượng thực tế nước mang ra là 2355,6.(58,3-31,2)=63836,76J

DH%= 100=19,19%

Vậy H%=80,81%

V MAY ĐO NỒNG ĐỘ ĐƯỜNG BRIX

Máy đo độ Brix ( đo độ ngọt) ứng dụng đo độ Brix được dùng trong công nghiệp

thực phẩm: dầu mỡ động thực vật, sữa lỏng, rượu bia, dược phẩm,… Đặc tính của

máy được cho phép đo được các loại mẫu ở nhiệt độ cao và khoảng đo rộng

Độ Brix (Bx) là tỷ phần trăm giữa khối lượng đường saccharose về khối lượng

dung dịch nước đường, tính bằng gam, kí hiệu %mas hay độ Brix Độ Bx quan sát

độ Bx đo ở nhiệt độ bất kỳ bằng khúc xạ kế (máy đo độ Brix) Độ Bx hiệu chỉnh l

độ Bx đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20 độ C hoặc được hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu

chuẩn

xC (%k.l) ’o (0C ) t’ ( 0C ) r.10-3 (j/kg ) ’ (0 C )

Các dùng:

Bước 1: Bạn để nước cất tinh khiết lên bề mặt lăng kính Sau đĩ thơng qua thị kính, quan sát hệ thống vạch Nếu nền xanh chỉ về mức 0 thì khơng cần hiệu chỉnh lại, nếu nền xanh

chưa ở mức 0 thì bạn dùng vít hiệu chỉnh chỉnh về mức 0 Thơng thường, máy đo độ

đường brix đã được hiệu chỉnh sẵn tại nơi sản xuất nên kết quả đo rất chính xác,nhưng

vẫn nên thường xuyên thực hiện bước này để kiểm tra hoạt động của máy

Bước 2: Để mẫu thử lên lăng kính của máy đo độ đường brix Mẫu thử ở thể lỏng và cĩ

nhiệt độ nằm trong giới hạn bù nhiệt của máy để cĩ kết quả đo chính xác nhất Lưu ý là phải để mẫu thử phân bố đều trên cả bề mặt lăng kính, tránh việc dung dịch chỉ nằm ở một phần lăng kính Vì vậy, sau khi đậy nắp lăng kính, cần di chuyển nhẹ nhàng máy để dung dịch trãi đều lên lăng kính

Bước 3: Đọc độ đường của dung dịch Thơng qua thị kính,sẽ nhìn thấy hệ thống vạch theo độ brix Cĩ thể chỉnh tiêu cự để quan sát rõ hơn Phần màu trắng biểu thị độ brix của dung dịch

Bước 4: Vệ sinh máy đo độ đường brix Dùng khăn lau nhẹ bề mặt lăng kính Khơng

được dùng nước vệ sinh tồn bộ máy, hãy đảm bảo máy luơn được khơ ráo

VI BÀN LUẬN:

Kết quả thí nghiệm có độ leach 19,19% so với lý thuyết là do nhiều nguyên nhân: -Thiết lập thông số của nồi cô đặc không được chuẩn xác

- khi lay mẫu thì có sự thay đổi lớn về áp suất, dẫn đến thay đổi nhiều về nhiệt độ cô đặc, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt của nồi cô đặc

-Sự chênh leach thời gian trong quá trình đo mẫu

- Thao tác thực hành đô độ Rick cũng bị ảnh hưởng nhiều

VII Tài liệu tham khảo

[1] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuơng ,Hồ Lê Viên, 2005 Sổ tay quá trình và thiết bị Cơng nghệ Hố chất tập 1 NXB Khoa học và Kỹ Thuật, Hà Nội, 632 trang

[2] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản, 2006 Sổ tay quá trình và thiết bị Công nghệ Hoá chất tập 2 NXB Khoa học và Kỹ Thuật, Hà Nội,448

trang

[3] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, 2006 Quá trình & thiết bị công nghệ hóa chất & thực phẩm – tập 5, quyển 1: Truyền nhiệt ổn định NXB Đại học Quốc gia

TP Hồ Chí Minh, 460 trang

[4] Bộ môn Máy & Thiết bị, 2011.Bảng tra cứu quá trình cơ học – truyền nhiệt – truyền khối NXB Đại học Quốc gia TP Hồ Chí Minh, 68 trang