Kiểm soát ô nhiễm môi trường từ hoạt động sản xuất mía đường

Kiểm soát ô nhiễm phát sinh trong toàn bộ quy trình sản xuất mía đường của nhà máy.

Mục lục

Chương 1: Mở Đầu 5

1.1 Đặt vấn đề 5

1.2 Mục tiêu nghiên cứu 6

1.3 Nội dung nghiên cứu 6

1.4 Đối tượng nghiên cứu 6

1.5 Ý nghĩa của đề tài 6

Chương 2: Tổng Quan 7

2.1 Tổng quan về ngành sản xuất đường 7

2.1.1 Trên thế giới 7

2.1.2 Nước ta 9

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất đường 13

2.2.1 Nguyên liệu mía đầu vào 13

2.2.1.1 Phân loại 13

2.2.1.2 Thu họach và bảo quản mía 13

2.2.2 Công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía quy mô lớn hiện đại 13

2.2.2.1 Sơ đồ công nghệ 14

2.2.2.2 Thuyết minh quy trình 15

2.2.2.2.1 Trích nước mía 15

2.2.2.2.2 Làm sạch nước mía 16

1

2.2.2.2.3 Lọc bùn 19

2.2.2.2.4 Tẩy màu 19

2.2.2.2.5 Bốc hơi nước mía 20

2.2.2.2.6 Kết tinh đường 21

2.2.2.2.7 Phương pháp nấu đường 23

2.2.2.2.8 Ly tâm 25

2.2.2.2.9 Sấy đường 25

2.2.2.2.10 Vận chuyển và bảo quản đường 26

2.2.3 Công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía quy mô nhỏ truyền thống 26

2.2.3.1 Sơ đồ công nghệ 26

2.2.3.1 Thuyết minh quy trình 27

2.2.3.2.1 Ép mía 27

2.2.3.2.2 Tinh chế nước mía 27

2.2.3.2.3 Chưng cất 27

2.2.3.2.4 Kết tinh đường 27

2.2.3.2.5 Phân tách 27

2.2.3.2.6 Chưng cất 28

Chương 3: Các Vấn Đề Ô Nhiễm Môi Trường Phát Sinh Trong Quá Trình Sản

Xuất 29

3.1 Quá trình thất thoát nguyên, vật liệu trong khâu vận chuyển,bảo quản 29

3.2 Nước thải 29

3.2.1 Các nguồn phát sinh nước thải trong quá trình sản xuất 29

3.2.2 Đặc trưng của nước thải nhà máy đường 30

3.3 Khí thải 32

3.4 Chất thải rắn 32

3.5 Ô nhiễm mùi 33

Chương 4: Kiểm Soát Ô Nhiễm Trong Toàn Bộ Quy Trình Sản Xuất Mía Đường 34

4.1 Các phương pháp xử lý nước thải 34

4.1.1 Hạn chế mất đường theo nước thải 34

4.1.2 Tồn trữ nước thải 34

4.1.3 Hồi lưu nước thải 34

4.1.4 Lọc nước thải 35

4.1.5 Xử lý nước thải bằng vi sinh 35

4.2 Áp dụng sản xuất sạch hơn trong toàn bộ quy trình sản xuất 35

4.3 Các giải pháp không tốn chi phí và chi phí thấp 36

4.3.1 Tuần hoàn nước làm mát 36

4.3.2 Giảm tiêu thụ điện 37

3

4.3.3 Giảm tiêu thụ than 37

4.4 Các giải pháp đầu tư lớn 37

4.5 Kế hoạch giám sát môi trường 39

Chương 5: Công Nghệ Xử Lí Nước Thải 40

5.1 Công nghệ xử lý nước thải quy mô nhỏ và trung bình 40

5.1.1 Sơ đồ công nghệ 40

5.1.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 40

5.2 Công nghệ xử lý nước thải quy mô lớn 42

5.2.1 Sơ đồ công nghệ 42

5.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ 43

Chương 6: Kết Luận Và Kiến Nghị 44

6.1 Kết luận 44

6.2 Kiến nghị 44

Chương 7: Tài Liệu Tham Khảo 45

Danh sách nhóm 6 46

CHƯƠNG 1: MỞ ĐẦU

1.1 Đặt vấn đề.

Ngành cơng nghiệp mía đường là một trong những ngành cơng nghiệp chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta.Trong năm 1998, cả nước đã sản xuất được 700.000 tấn đường, đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước.Trong những năm gần đây, do sự đầu tư cơng nghệ và thiết bị hiện đại, các nhà máy đường đã khơng ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm

Tuy nhiên nước thải của ngành cơng nghiệp mía đường luơn chứa một lượng lớn các chất hữu cơ bao gồm các hợp chất của cacbon, nitơ, phốtpho Các chất này dễ bị phân hủy bởi các vi sinh vật, gây mùi thối làm ô nhiễm nguồn nước tiếp nhận.Phần lớn chất rắn lơ lửng có trong nước thải ngành công nghiệp mía đường ở dạng vô cơ Khi thải ra môi trường tự nhiên, các chất này có khả năng lắng và tạo thành một lớp dày ở đáy nguồn nước, phá hủy hệ sinh vật làm thức ăn cho cá.Lớp bùn lắng này còn chứa các chất hữu cơ có thể làm cạn kiệt oxy trong nước và tạo

ra các lọai khí như H2S, CO2, CH4 Ngoài ra, trong nước thải còn chứa một lượng đường khá lớn gây ô nhiễm nguồn nước

Để hạn chế ơ nhiễm mơi trường do các nhà máy sản xuất đường gây ra, nhĩm đã đề

xuất một số biện pháp nhằm “Kiểm sốt ơ nhiễm mơi trường từ hoạt động sản xuất

mía đường”cụ thể như: cải tiến dây chuyền cơng nghệ sản xuất; thay thế nguyên, nhiên

liệu gây ơ nhiễm nặng bằng những nguyên, nhiên liệu sạch hơn; thực hiện sản xuất sạch hơn và quản lý nội vi nhà máy…

1.2 Mục tiêu nghiên cứu

 Kiểm sốt ơ nhiễm phát sinh trong tồn bộ quy trình sản xuất mía đường của nhà máy

 Đề xuất cơng nghệ xử lý nước thải phù hợp

 Đưa ra giải pháp khắc phục, giảm thiểu ơ nhiễm nhằm nâng cao lợi ích kinh

tế và mơi trường

5

1.3 Nội dung nghiên cứu

 Tổng quan về ngành công nghiệp sản xuất mía đường

 Hiện trạng ô nhiễm môi trường do nước thải, khí thải, chất thải rắn, mùi, tiếng ồn,

… từ quá trình sản xuất đường

 Áp dụng sản xuất sạch hơn trong toàn bộ quy trình sản xuất và kiểm soát các dạng

ô nhiễm phát sinh

1.4 Đối tượng nghiên cứu

 Đối tượng nghiên cứu là các loại chất thải phát sinh trong hoạt động sản xuất đường saccharose từ mía Trong đó, nước thải là đối tượng được chú trọng nghiên cứu hơn

cả Bởi đây là một trong những loại nước thải gây ô nhiễm nặng nề cho môi trường

do tải lượng ô nhiễm hữu cơ cao, nước thải có tính acid, lượng vi sinh vật trong nước thải khá lớn và có độ màu cao Khi thải ra kênh rạch không thông qua quá trình xử lý có thể gây nguy hại cho hệ động thực vật thủy sinh, gây mùi hôi thối do phân hủy kị khí

 Các dạng ô nhiễm khác như: khí thải, chất thải rắn, ô nhiễm mùi và tiếng ồn

1.5 Ý nghĩa của đề tài

Đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả kiểm soát ô nhiễm môi trường trong toàn bộ chu trình sản xuất của nhà máy,góp phần giảm thiểu nguy cơ ô nhiễm môi trường tự nhiên và ảnh hưởng đến sức khỏe con người do chất thải phát sinh từ hoạt động sản xuất mía đường gây ra

đến thế kỷ 19, khi chúng ta biết tinh lọc ra đường từ cây củ cải đường, đã mở ra một ngành công nghiệp sản xuất đường ở Châu Âu Từ đó, sản xuất đường đạt đượcnhiều đột phá: từ khoảng 820,000 tấn vào đầu những năm đầu cách mang công nghiệp,đến

18 triệu tấn trước chiến tranh thế giới I (1914 - 1918)

Hiện nay, trên thế giới, sản xuất đường đạt khoảng 160 triệu tấn/năm Các nước sản xuất đường lớn trên thế giới là Brazil, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc chiếm 50% sản lượng và 56% xuất khẩu của thế giới Theo báo cáo mới nhất từ Hiệp hội mía đường thế giới ISO, sau 2 năm nhu cầu tiêu thụ vượt tổng cung thế giới lên đến 15 triệu tấn, lượng đường tồn kho đang ở mức rất thấp và phải cần ít nhất 2 năm để phục hồi lại mức tồn kho trước đây

Trong vụ mùa mới 2011-2012 bắt đầu từ tháng 10 sắp tới, lượng đường thặng dư được dự báo chỉ đạt khoảng 779,000 tấn đường, sụt giảm mạnh so với dự báo sẽ thặng

dư khoảng 3 triệu tấn đường, nguyên nhân xuất phát từ sự sụt giảm sản lượng bất ngờ tại Brazil

Tại Braxin, quốc gia sản xuất đường lớn nhất thế giới, sản lượng đường năm tới dự kiến sẽ giảm lần đầu tiên trong vòng 1 năm qua bởi những ảnh hưởng của cuộc khủng hoảng tín dụng đối với hoạt động tái trồng mía và sử dụng phân bón Thêm vào đó, thời tiết khô hạn ở miền Nam – các khu vực sản xuất đường nhiều nhất của quốc gia - cũng làm sản lượng giảm đáng kể

Ấn Độ, nước sản xuất đường lớn thứ hai và tiêu thụ lớn nhất thế giới, được dự báo tăng sản lượng lên 24,5 triệu trong năm nay và sẽ có lần đầu tiên trong vòng 3 năm nguồn cung vượt cầu Ấn Độ cũng là nước sản xuất đường lớn duy nhất đựơc dự báo sản lượng tăng

Ở Trung Quốc, sản lượng đường năm 2011 dự kiến chỉ đạt 11 triệu tấn, trong khi tiêu thụ 14,62 triệu tấn Điều này có nghĩa Trung Quốc sẽ phải đối mặt với sự thiếu hụt đường hơn nữa sau khi nguồn dự trữ quốc gia sụt giảm mạnh khiến nước này phải tăng nhập tới hơn 60% trong năm nay Tính đến tháng 12/2010, dự trữ đường của chính phủ

7

Trung Quốc còn khoảng 1 triệu tấn, thấp hơn nhiều so với mức dự trữ được coi là an toàn cho 3 tháng như thường lệ, tương đương 4 triệu tấn.

Tại Australia, tình trạng mưa nhiều tiếp tục gây khó khăn cho công tác thu hoạch mía, sản lượng đường năm nay dự kiến sẽ giảm khoảng 21% xuống mức 3,58 triệu tấn, mức thấp nhất trong vòng 2 thập kỷ qua Australia đẩy nhanh tiến độ vụ mùa 2011-

2012 Vụ mùa ép mía tại Australia đã được bắt đầu và hiện đã thu hoạch được 25% tổng sản lượng mía, trong vụ mùa năm nay sản lượng mía tại Australia dự báo khoảng

30 triệu tấn, cao hơn so với mức 27.5 triệu tấn trong vụ mùa năm trước

Tại Philippin, sản lượng đường năm tới dự kiến giảm 5% xuống khoảng 1,87 triệu tấn do hiện tượng thời tiết El Nino đã làm chậm tiến trình trồng mía Hiện nước này đang lên kế hoạch nhập đường nhằm đáp ứng nhu cầu cho 5 tháng đầu năm 2011.Tại Inđônêxia, nhu cầu mạnh từ các ngành sản xuất thực phẩm và đồ uống khiến chính phủ nước này đã lên kế hoạch nhập khẩu 2,425 triệu tấn đường thô trong năm

2011, tăng 5% so với năm 2010

Ở Thái Lan, nước xuất khẩu đường lớn thứ hai thế giới, lượng đường dành cho xuất khẩu trong năm nay dự báo giảm 5% xuống 4,4 triệu tấn - mức thấp nhất kể từ năm 2006

2.1.2 Nước ta

Ngành sản xuất đường tại Việt Nam đã có từ lâu đời, từ khi người dân chúng ta biết làm nên mật mía từ cây mía, nhưng ngành công nghiệp mía đường tại Việt Nam chỉ mới bắt đầu phát triển vào đầu những năm 1990, vẫn còn rất non trẻ và khá lạc hậu Cho đến giai đoạn hiện nay ngành mía đường tại Việt Nam vẫn chưa phát triển mạnh

để có thể trở thành ngành công nghiệp chủ lực của nền kinh tế.Nước ta sản xuất 3 loại

− Đường tinh luyện RE hay còn gọi là đường cát trắng

− Đường vàng RS

− Đường xay (hay đường thô)

Đặc trưng của ngành mía đường Việt Nam là có tính thời vụ, thường chủ yếu thu hoạch, vận chuyển và sản xuất trong thời gian khoảng 5 tháng (tháng 11 đến tháng 4 năm sau), sau đó tồn kho thành phẩm để bán cho các tháng còn lại trong năm Vì vậy nên chi phí tồn trữ hàng hóa này rất cao và giá thành sản phẩm khá cao Hiện tại, sản xuất đường trong nước mới chỉ đáp ứng được khoảng 70% nhu cầu tiêu thụ, phần còn lại chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc và Thái Lan

Nhìn chung qua các năm, tình trạng cạnh tranh không diễn ra dữ dội do nguồn cung yếu hơn cầu Tuy nhiên trong năm 2011, sản lượng đường trong nước đã đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ, Bộ Công Thương lại cho nhập 250.000 tấn đường gây tình trạng dư thừa Sản lượng sản xuất trong nước các năm gần đây chỉ dao động quanh mức

900.000 tấn – 1,1 triệu tấn/năm; trong khi nhu cầu khoảng 1,4 – 1,5 triệu tấn Loại trừ các khoản nhập khẩu lậu qua biên giới, mỗi năm Việt Nam cần nhập khẩu trong hạn ngạch khoảng 300.000 tấn đường Việt Nam phải nhập khẩu đường gần 30% sản lượng tiêu thụ hàng năm, trong khi sự cạnh tranh của các doanh nghiệp nội địa còn thấp, do vậy giá đường trong nước bị tác động lớn bởi giá đường thế giới

Ngành công nghiệp mía đường trong nước luôn trong tình trạng thiếu hụt nguyên liệu, nguyên nhân:

− Việc trồng mía là sự thỏa thuận giữa hai bên: người trồng mía và các chủ doanh nghiệp sản xuất mía Chính vì yếu tố này mà diện tích trồng mía không được ổn định và năng suất mía chưa thực sự cao Chưa chủ động được nguồn cung mía nguyên liệu Hầu hết các nhà máy đều thu mua mía trong dân mà chưa có các vùng trồng riêng Do vậy, chất lượng mía và sản lượng đều chưa đáp ứng được

− Vùng nguyên liệu mía liên tục bị thu hẹp, người trồng mía dần chuyển hướng chọn các cây cho giá trị kinh tế cao khác do chi phí trồng và thu hoạch mía khá cao, cộng với giá mía biến động thất thường đôi khi không đủ bù đắp được tiền

9

công thu hoạch, tạo tâm lý bấp bênh cho người trồng mía Đã có những vụ mùa người trồng mía chỉ bán nhỏ lẻ cho các cơ sở làm mật, đường nhỏ lẻ thủ công thay vì bán cho nhà máy do giá mía quá rẻ.

− Diện tích mía trước thời điểm kết thúc chương trình 1 triệu tấn đường (năm 2000) đã đạt đỉnh 344.000 héc ta và sản lượng mía trên 15 tấn thì đến năm 2006 cũng vẫn ở mức 288.000 héc ta và sản lượng mía vẫn là 16,7 triệu tấn, cho nên chỉ cần sản lượng mía tăng bình quân 3,9%/năm là đã có đủ mía nguyên liệu để đạt được mục tiêu 1,5 triệu tấn đường, do công suất của các nhà máy đường đã quá lớn

− Tuy nhiên, trong khi sản lượng mía năm 2010 chỉ mới đạt xấp xỉ 16 triệu tấn, còn sản lượng đường niên vụ này được đánh giá là sẽ đạt gần 1,1 triệu tấn, tăng 100.000 tấn so với dự báo và cũng chỉ tăng khoảng 150.000-200.000 tấn so với niên vụ trước cho thấy Năng suất mía thấp Năng suất mía trung bình trên thế giới hiện ~70 tấn/ha, trong khi đó, năng suất trung bình của Việt Nam chỉ đạt

~58,6 tấn/ha (niên vụ 2010 đang chỉ đạt xấp xỉ 52 tấn/ha) với chất lượng còn kém hơn…

− Quy mô sản xuất nhỏ, năng suất thấp hơn so với thế giới Hiện quy mô sản xuất ngành mía đường nước ta rất bé, thấp hơn so khá nhiều so với mức trung bình thế giới Do công nghệ lạc hậu – phần lớn các nhà máy đều sử dụng dây chuyền công nghệ thiết bị cũ của Trung Quốc (ngoại trừ một số nhà máy liên doanh và có vốn đầu tư nước ngoài) khó khăn về nguyên liệu

Hiện nay cả nước có khoảng 40 nhà máy sản xuất mía đường đa số là nhà máy quốc doanh Các nhà máy lớn như là: nhà máy đường Nghệ An Tatte & Lyle, nhà máy đường Sơn La, nhà máy đường Biên Hòa, nhà máy đường Lam Sơn, nhà máy đường BourbonTây Ninh…

Danh mục các nhà máy sản xuất mía đường ở nước ta (Nguồn: Báo cáo thường niên của

Hiệp hội mía đường Việt Nam năm 2011)

TÊN NHÀ MÁY

CÔNG SUẤT(tấn mía/

ngày)

TÊN NHÀ MÁY

CÔNG SUẤT(tấn mía/ ngày)CAO BẰNG

ĐĂK LĂKNINH HÒADIÊN KHÁNH CAM RANHĐỨC TRỌNGNINH THUẬN - ẤN ĐỘPHAN RANG

NINH THUẬNBÌNH PHƯỚC

LA NGÀTRỊ ANBÌNH DƯƠNG NƯỚC TRONGTÂY NINH - PHÁPTHÔ TÂY NINHHIỆP HÒALONG AN - ẤN ĐỘBẾN TRE

TRÀ VINH - ẤN ĐỘ

1000125040030002500250035010002000200010002000900800025002000350010002500

11

SÓC TRĂNGPHỤNG HIỆP

VỊ THANH KIÊN GIANGTHỚI BÌNHVẠN ĐIỂM (đường luyện)BIÊN HÒA (đường luyện)KHÁNH HỘI (đường luyện)

10001250100010001000200300180

Ngành đường Việt Nam không có tính cạnh tranh cao so với các nước trong khu vực và trên thế giới, do giá thành sản xuất cao, một phần là do giá mua nguyên liệu mía cao hơn các nước trong khu vực khoảng 30%, đồng thời dây chuyền sản xuất mía nước ta chưa cao so với các nước trên thế giới Đây là một trong những khó khăn ngành đường phải đối mặt để cạnh tranh với các nước công nghiệp đường phát triển trong khu vực và trên thế giới

2.2 Quy trình công nghệ sản xuất đường từ mía

2.2.1 Nguyên liệu mía đầu vào.

2.2.1.1 Phân loại

Cây mía thuộc họ hoà thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính

 Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các

chủng đang trồng phổ biến trên thế giới

 Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ.

 Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân màu vàng nâu nhạt, trồng từ

lâu ở Trung Quốc

Do mía là cây công nghiệp và chín theo mùa vụ nên công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía được chia làm hai nhánh là “Sản xuất đường thô và Tinh luyện đường”.

Khi mía chín, các nhà máy tập trung chủ yếu vào ép mía, lọc sơ bộ và kết tinh để thu được đường thô Ngoài các vụ mía, các nhà máy sẽ hòa tan đường thô, tinh lọc để sản xuất đường tinh luyện

2.2.1.2 Thu hoạch và bảo quản mía

Dấu hiệu mía chín, mía chín là lúc hàm lượng đường saccharose trong mía đạt tối

đa và lượng đường khử còn lại ít nhất.Thu hoạch mía tốt nhất là khi mía đạt độ chín kỹ thuật, có hàm lượng đường phần gốc và phần ngọn tương đương nhau

Sau thu hoạch mía hàm lượng đường saccharose giảm nhanh, do đó mía cần được vận chuyển về nhà máy và ép càng sớm càng tốt

Để giảm suy thoái mía người ta nên đốn mía khi trời mát và cho mía ngả về một phía sao cho ngọn của hàng đốn sau phủ lên gốc của mía đốn trước để không bị phơi nắng Khi chuyên chở lấy lá mía phủ lên lớp mía, nếu trời nắng gắt thì tưới nước lên mía

2.2.2 Công nghệ sản xuất đường saccharose từ mía (quy mô lớn - sản xuất hiện đại)

2.2.2.1 Sơ đồ công nghệ.

13

Mía cây

Nước siêu nhiệt

Than hoạt tính

Anion

Đường thô

Cô đặcTẩy màu

Trao đổi IONLọc

Sấy đường

Ly tâmKết tinhLọc

Ca(OH)

2

Bã bùn

Bã mía

Đường tinh luyện

Đường thô

Mật rỉ

2.2.2.2 Thuyết minh quy trình

2.2.2.2.1 Trích nước mía

 Mục đích

Nhằm lấy kiệt lượng đường trong cây mía.Chỉ tiêu quan trọng của công đoạn này là năng suất trích và hiệu suất trích (E)

Năng suất trích là số tấn mía ép được trong một đơn vị thời gian với hiệu suất nhất định.

 Tiến hành trích nước mía

Có 2 phương pháp lấy nước mía:

 Phương pháp ép( thực chất là ép có kết hợp với thẩm thấu nước)

 Phương pháp khuếch tán( thực chất là khuếch tán kết hợp ép)

•Phương pháp ép

Ép khô: ép mía không cho nước vào (không thẩm thấu), sản phẩm thu được là nước mía nguyên Phương pháp này hiệu suất lấy đường thấp, đạt từ 92 – 95%, nhưng thuận lợi cho quá trình bốc hơi Nó chỉ áp dụng ở các xe nước mía, lò mía thủ công, hoặc trong nhà máy nhưng vào đầu vụ sản xuất và những lúc muốn kiểm tra máy ép

Ép ướt: ép mía có cho nước sạch thẩm thấu vào bã Gồm 3 phương pháp nhỏ :

Ép thẩm thấu đơn: có cho nước thẩm thấu vào bã nhưng không cho nước mía loãng hoàn lưu về giàn ép

Ép thẩm thấu kép: có cho nước thẩm thấu và có hoàn lưu nước mía loãng về giàn ép theo nguyên tắc thẩm thấu kép theo nguyên tắc : nước mía loãng đưa về bã còn ít đường, nước mía đặc hơn đưa về bã còn nhiều đường hơn

Ép thẩm thấu kết hợp : phương pháp này áp dụng ở các nhà máy có số bộ máy ép từ

5 bộ trở lên, dùng cho các nhà máy muốn nâng công suất ép Sử dụng thẩm thấu bằng hai vòng thẩm thấu kép

• Phương pháp khuếch tán

Có hai hệ khuếch tán đường chủ yếu là khuếch tán mía và khuế tán bã

Khuếch tán mía : mía được xử lý sơ bộ, sau đó toàn bộ lượng mía đi vào thiết bị khuếch tán

Khuếch tán bã : mía sau khi xử lý được qua máy ép để lấy 60 – 70% đường trong mía, phần còn lại trong bã đi vào thiết bị khuếch tán Nhờ đó, thời gian khuếch tán được rút ngắn, tăng hiệu suất trích và hạn chế sự chuyển hóa đường saccharose

15

2.2.2.2.2 Làm sạch nước mía

 Mục đích

Nước mía sau khi được trích ra khỏi cây mía có tính acid với pH = 4,0 – 5,5 và chứa nhiều tạp chất không đường khác Các tạp chất trong nước mía hỗn hợp có thể chia thành ba nhóm ( các tạp chất thô không hòa tan tồn tại dạng huyền phù làm nước mía đục, các chất màu như carotene, antoxian, clorofil…làm sẫm màu nước mía và các chất không đường hòa tan)

Trung hòa nước mía hỗn hợp và loại bỏ tối đa các chất không đường nhằm tăng thu hồi đường saccharose và tăng chất lượng thành phẩm

 Các phương pháp làm sạch nước mía

 Phương pháp vôi

Phương pháp vôi sử dụng để sản xuất đường phèn, đường cát vàng Sản phẩm thu được qua làm sạch nước mía dưới tác dụng của nhiệt và vôi

Phương pháp vôi chia thành 3 dạng sau :

− Vôi hóa lạnh ( Vôi – Nhiệt)

− Vôi hóa nóng ( Nhiệt – Vôi)

− Vôi hóa phân đoạn

• Vôi hóa lạnh

Phương pháp này cho sữa vôi vào nước mía, nâng pH nước mía từ (5,0 - 5,5) lên (7,0 – 7,2) rồi mới gia nhiệt lên 1050C nhằm giảm sự chuyển hóa đường Lượng vôi cho vào khoảng 0,5– 0,9 kg cho mỗi tấn mía

phương pháp nhiệt – vôi, lượng keo tụ, kết tủa thu được nhiều nhưng nước mía bị gia nhiệt trong điều kiện pH thấp nên đường saccharose bị chuyển hóa nhiều hơn.

• Vôi hóa phân đoạn (vôi – nhiệt – vôi – nhiệt)

Phương pháp này, pH và nhiệt độ nước mía nâng lên từ từ, xen kẽ nhau

Công đoạn gia vôi 1 nâng pH nước mía lên (6,0 – 6,5) nhằm giảm sự chuyển hóa đường do pH thấp trước công đoạn gia nhiệt 1 Đồng thời gia vôi sơ bộ tạo nhiều ion

Ca2+

Gia nhiệt 1: nâng nhiệt độ dung dịch lên 90 – 1000C để tăng tốc độ phản ứng keo tụ, kết tủa Ngay sau đó, gia vôi lần 2 nâng pH dung dịch lên 7,2 – 7,5; ở pH này xảy ra hàng loạt phản ứng keo tụ kết tủa và keo tụ

Gia nhiệt 2 : nâng nhiệt độ dung dịch lên 103 – 1050C để tiếp tục tạo kết tủa và giảm độ nhớt dung dịch, tăng tốc độ lắng

Phương pháp phân đoạn tuy phức tạp hơn nhưng có nhiều ưu điểm như : tiết kiệm được lượng vôi sử dụng, giảm được tổn thất đường saccharose, độ tinh khiết nước mía cao, hiệu suất làm sạch tốt

 Phương pháp sunfit hóa

Phương pháp sunfit hóa thường sử dụng SO2 xông vào nước mía kết hợp với vôi hóa để làm sạch Có thể chia làm 2 dạng sau :

• Phương pháp sunfit hóa acid

Nước mía hỗn hợp được gia vôi sơ bộ đến pH = (6,2 – 6,6) và nhiệt độ 50 – 600C Sau đó, SO2 được xông vào để giảm pH xuống 3,4 – 4,0 đi qua pH đại diện nên có nhiều keo ngưng kết Đồng thời, SO2 phản ứng với Ca2+ tạo ra muối CaSO3.Thời gian xông SO2 rất ngắn, vì ngay sau tạo kết tủa sữa vôi được cho vào một mặt tạo thêm muối CaSO3, đồng thời trung hòa dịch đường, tránh sự chuyển hóa đường trong điều kiện nhiệt độ cao và pH thấp

Đây là phương pháp phổ biến sản xuất đường kính trắng, đường thu được có chất lượng cao Tuy nhiên, đường bị chuyển hóa nhiều do pH thấp nên thu hồi thấp

17

• Sunfit hóa kiềm nhẹ

Nước mía hỗn hợp được gia nhiệt lên 70 – 750C, và thêm sữa vôi vào nâng pH dung dịch lên 8 – 8,3 để tạo nhiều nhân Ca2+ Sau đó tiến hành xông SO2 làm giảm pH đến 6,0 – 6,5 Trong điều kiện nhiệt độ cao và nhân Ca2+ đã hình thành trước, phản ứng tạo kết tủa CaSO3 xảy ra nhanh và mạnh mẽ

Nước mía sau khi xông SO2 sẽ được trung hòa bằng sữa vôi, nhằm tạo thêm keo ngưng kết và thêm kết tủa CaSO3.

Sản phẩm làm sạch bằng phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ yêu cầu chất lượng nguyên liệu cao hơn so với phương pháp acid Tuy nhiên, đường ít bị chuyển hóa nên thu hồi cao

 Phương pháp carbonat hóa

50 – 550C và bổ sung Ca(OH)2, CO2 nâng pH lên pH đại diện 10,5 tạo kết tủa Sau đó dung dịch được trung hòa bằng P2O5 P2O5 ngoài tác dụng trung hòa nước mía, nó còn tạo kết tủa Ca3(PO4)2 có khả năng tẩy màu rất mạnh Do đó, đường được làm sạch làm sạch bằng phương pháp carbonat hóa rất trắng

• Thiết bị

Bàn lóng : có cấu tạo hình hộp chữ nhật, đáy nghiêng một góc 300, được gia nhiệt thông qua vách truyền nhiệt Phương pháp hoạt động của bàn lóng như sau : thổi không khí vào đường ống dẫn dung dịch đường đến bể lóng, tạo áp suất cao hơn áp suất khí quyển Khi ra khỏi đường ống, dưới tác dụng của áp suất sẽ tạo thành các bọt khí nhỏ li ti phân tán đều trong dung dịch Các bọt khí này sẽ hấp phụ trên bề mặt các kết tủa và kéo theo kết tủa nổi lên trên và được gạt ra ngoài Phần kết tủa có trọng lượng riêng nặng hơn sẽ chìm xuống đáy bàn lóng, sau đó được đưa qua máy lọc bùn.Các thiết bi lắng đều có dạng thân hình trụ có nhiều ngăn và đáy hình nón.Nước mía sau khi được kết tủa và trung hòa sẽ được gia nhiệt và đưa đến các thiết bị lắng Nước mía được cho vào từ đỉnh thiết bị theo ống trung tâm phân phối vào các ngăn lắng Nước mía trong thu hồi, phần nước bùn sẽ được đưa qua thiết bị lọc bùn

2.2.2.2.3 Lọc bùn

Nhằm mục đích tận thu lượng đường sót trong bùn Thông thường người ta thường

sử dụng thiết bị lọc khung bản hoặc thiết bị lọc chân không thùng quay

2.2.2.2.4 Tẩy màu

 Mục đích

Tẩy màu nhằm mục đích hoàn thiện, loại bỏ các chất màu trong dung dịch, nhằm chuẩn bị để dung dịch nước đường được trong suốt và quá trình kết tinh diễn ra dễ dàng hơn

 Phương pháp thực hiện

Tẩy màu bằng phương pháp hóa lý : nước đường được bổ sung than hoạt tính Than

sẽ hấp phụ các chất màu phân tán trong dung dịch ở dạng keo

Tẩy màu bằng phương pháp hóa học : dựa vào khả năng ony hóa các chất màu của khí SO2, người ta sục khí SO2 vào nước mía sau cô đặc, các gốc mang màu sẽ bị oxy hóa làm cho nước mía mất màu

2.2.2.2.5 Bốc hơi nước mía

 Mục đích

19

Bốc hơi nước mía có nồng độ từ 13 – 150Bx đến nồng độ 60 – 650Bx – nồng độ thích hợp để chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường.

 Các biến đổi của nguyên liệu

Nồng độ dung dịch tăng do sự bốc hơi nước, saccharose bị caramel hóa gây sẫm màu nước đường

Ở nhiệt độ cao, saccharose dễ bị chuyển hóa thành đường glucose và fructose Các đường khử này lại bị phân hủy thành các chất màu và acid hữu cơ.Quá trình này diễn

ra nhanh hơn nếu dung dịch đường có tính acid

Một số chất không đường trong quá trình cô đặc bị thủy phân tạo thành acid

Sự tạo cặn trong thiết bị do một phần khoáng chưa được loại bỏ

Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt ở các hiệu là có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường Tức là có sự chênh lệch áp suất giữa hơi đốt và hơi thứ trong các hiệu.Thông thường, các nhà máy đường ở nước ta sử dụng thiết bị cô đặc bốn hiệu cùng chiều để bốc hơi Thêm nữa, để đảm bảo nồi cuối vẫn bốc hơi, trong công nghiệp người ta thường sử dụng hệ nồi bốc hơi áp lực – chân không Áp suất trong nồi cô đặc

giảm dần từ hiệu đầu có áp suất cao đến hiệu cuối có độ chân không đến 580 – 650 mmHg Do dó, nhiệt độ trong các nồi giảm dần từ 1200C xuống 650C

2.2.2.2.6 Kết tinh đường

 Khái niệm kết tinh

Là quá trình tách chất rắn hoà tan trong dung dịch dựa trên sự chuyển đổi trạng thái của chất tan từ hoà tan sang quá bão hoà

 Diễn biến quá trình kết tinh đường: 2 giai đoạn

 Giai đoạn 1: Hình thành nhân tinh thể

Các tinh thể đường khuếch tán trong dung dịch sẽ tập hợp lại và phân bố lên mạng tinh thề Giai đoạn 1 diễn ra nhanh

 Giai đoạn 2 : Nhân tinh thể phát triền

Các phân tử đường dạng tan trong dung dịch sẽ khuếch tán lên trên bề mặt của nhân tinh thể làm cho nhân tinh thể dần dần lớn lên Giai đoạn 2 diễn ra chậm, tốc độ kết tinh tính theo giai đoạn 2

Trạng thái quá bão hoà của đường Saccharose có thể có thể chia thành 3 vùng với những đặc tính khác nhau:

• Vùng ổn định ( quá bão hoà thấp α = 1,10 – 1,15 )

Nếu trong dung dịch có sẵn tinh thể thì tinh thể sẽ lớn lên chứ không xuất hiện tinh thể mới

21

• Vùng trung gian ( quá bão hoà trung bình α = 1,20 – 1,25 )

Nếu dung dịch có sẵn tinh thể thì tinh thể sẽ lớn lên đồng thời xuất hiện thêm tinh thể mới

Nếu dung dịch chưa có sẵn tinh thể thì có thể kích thích để dung dịch xuất hiện tinh thể Một số cách kích thích : tác động cơ học, hạ nhiệt độ đột ngột, tác động sóng siêu

âm hoặc cho vào dung dịch một ít hạt đường hoặc bất kỳ hạt gì làm nhân tinh thể

• Vùng biến động ( quá bão hoà cao, α ≥ 1,3 )

Tại vùng này tinh thể tự nhiên xuất hiện liên tục đồng thời lớn lên nhưng rất chậm

Một hạt đường bao giờ cũng có một lớp phim mỏng bao quanh có bề dày d - nồng

độ c, bên ngoài lớp phim đó là dung dịch đường đang cô đặc có nồng độ quá bão hoà

C > c Trong quá trình kết tinh thì các phân tử đường sẽ khuếch tán lên bề mặt tinh thể

có sẵn làm cho nó lớn lên khi nào còn sự chênh lệch nồng độ Sự chênh lệch nồng độ ( C – c ) – gradient nồng độ

Tốc độ kết tinh:

mặt tinh thể trong thời gian 1 phút

2.2.2.2.7 Phương pháp nấu đường

 Phương pháp nấu gián đoạn ( nấu từng mẻ )

Gồm 4 giai đoạn :

Cho nguyên liệu siro hoặc mật vào thiết bị kết tinh rồi cô đặc lên đến nồng độ quá bão hoà mong muốn

Chú ý :