Dây chuyền công nghệ sản xuất đường mía

Các biện pháp giảm hay ngăn sự trổ cờ trước thu hoạch: tăng lượng phân bón trong thời gian thích hợp, giảm lượng nước tưới hay dùng hoá chất bThu hoạch : Ở nước ta thu hoạch mía vẫn còn

A NGUYÊN LIỆU:

I Vai trò của đường trong sản xuất và đời sống :

1) Đối với đời sống :

- Đường là nguồn cung cấp năng lượng chủ yếu trong cơ thể

- Đường là nguồn cung cấp dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể

- Đường còn có chức năng tạo vị và tăng giá trị cảm quan cho thực phẩm

2) Đối với sản xuất :

- Đường là nguồn nguyên liệu quan trọng trong ngành công nghiệp thực phẩm :

- Trong công nghệ sản xuất bánh kẹo

- Trong công nghiệp chế biến các sản phẩm từ sữa

- Nước giải khát

- Thức ăn gia súc

- Trong công nghiệp dược

II Sự phát triển công nghiệp đường mía trên thế giới và ở Việt Nam:

1) Sự phát triển trên thế giới:

- Cây mía có nguồn gốc từ Ấn Độ và ngày nay đã trở thành một trong những cây công nghiệp quan trọng trên thế giới

- Mía được trồng nhiều ở châu Mỹ và châu Á

- Các nước trồng nhiều miá là :CuBa,Brazil,Ấn Độ,Trung Quốc

- Trên thế giới có hơn 105 nước sản xuất đường

- Nhà máy đường mía lớn nhất thế giới có công suất : 30000 tấn /ngày

- Lượng tiêu thụ bình quân trên thế giới : 22kg/người /năm

3) Tại Việt Nam :

- Nước ta là nước có truyền thống sản xuất mía lâu đời Máy ép mía ban đầu là máy ép bằng đá hay bằng gỗ dùng sức trâu bò kéo Nước mía được nấu thành các dạng sản phẩm khác nhau : mật trầm, đường phèn, đường tho , đường cát vàng, đường phổi, đường miếng

- Sau khi hoà bình lập lại, chúng ta xây dựng hai nhà máy đường việt Trì và Sông Lam (350tấn /ngày), và nhà máy đường Vạn Điểm 1000 tấn /ngày

- Sau ngày thống nhất đất nước chúng ta đã tiếp nhận và quản lý một số nhà máy đường : nhà máy đường Quảng Ngãi (1500tấn /ngày), Hiệp Hoà Sau đó tiếp tục xây dựng một số nhà máy mới : Lam Sơn (1500tấn /ngày) , La Ngà (2000tấn /ngày) Số nhà máy trong giai đoạn này là 9 nhà máy

- Ngành đường mía Việt Nam thực sự bùng nổ và phát triển trong kế hoạch 5 năm 1995-2000 với số lượng tổng cộng là 44 nhà máy đường mía và 2 nhà máy đường luyện

- Ngày 2/8/2000 tại hội nghị mía đường quốc gia, chúng ta đã tuyên bố đạt được chỉ tiêu đề ra : tới năm 2000 thì đạt được 1 triệu tấn đường

- Hiện nay sản lượng đường sản xuất ra đã vượt qua con số 1 triệu tấn đủ để đáp ứng nhu cầu tiêu thụ trong nước và có dư một phần để xuất khẩu

- Hiện nay Việt Nam đã có hơn 50 nhà máy đường

- Nhà máy đường Bourbon có công suất lớn nhất 16000 tấn mía/ngày.

III.Giá trị kinh tế của cây mía :

- Sản phẩm chính của cây mía là đường

- Ngoài ra còn có các sản phẩm phụ quan trọng như : bã mía ,mật rỉ ,bùn lọc

- Bã mía :25 – 30 % so với trọng lượng cây mía Bã mía chứa trung bình 49%nước , 48.5%xơ, 2.5% chất hoà tan Bã mía có thể dùng làm nguyên liệu đốt lò ,làm ván ép , hoặc làm nguyên liệu cho công nghiệp chất dẻo, sợi tổng hợp Nhà máy đường Hiệp Hoà đã sản xuất ván đạt chất lượng cao

- Mật rỉ : 3-5% trọng lượng mía Mật rỉ là dung dịch 10% nước, 35%saccarose, 20% các loại đường khử và các chất khoáng, các chất hữu cơ khác …Mật rỉ có thể sản xuất rượu, acid acetic, acid citric, làm môi trường lên men để sản xuất bột ngọt …

- Bùn lọc : 3-3.5% trọng lượng mía đem ép Sáp mía rút từ bùn lọc có thể dùng làm sơn , xi đánh bóng, phân bón.Hiện nay công ty TNHH Thiên Sinh kết hợp cùng nhà máy đường La Ngà, Khánh Hoà sử dụng bã bùn của nhà máy để sản xuất phân Komix

IV Nguyên liệu chính trong sản xuất đường mía:

- Cây mía thuộc họ hoà thảo giống saccharum

- Những giống mía phổ biến trên thế giới là: POJ (trạm thí nghiệm mía miền đông Java), C(Cuba),E(Ai Cập), CO( Ấn Độ) , CP(trạm Canal Point bang Florida)

- Qua thực tế trồng trọt , mía có thể chia ra các giống :

• Mía chín sớm : Việt đường 54/143 và 59/264,NCO 310

• Mía chín trung bình: POJ 3016,F146

• Mía chín muộn: F134,CO419

- Những giống mía từ nước ngoài đã được trồng phổ biến ở nước ta :

•POJ : 3016,2878,2725,2883

•CO: 290, 132, 715, 419, 775

•CP: 3479

•NCO: 310

- Chúng ta đã lai tạo một số giống mía như :

•Việt đường 54/143: Năng suất khá cao, hàm lượng đường cao là 13.5-14.5% thuộc loại chín sớm

•Việt đường 59/264:năng suất khá cao ,hàm lượng đường 14-15% ,không trổ cờ

•VN 65-71: năng suất mía đạt 70-90 tấn /ha

•VN 65-48: năng suất đạt 50-95 tấn /ha

•VN 65-53: năng suất đạt 45-80 tấn /ha

- Tại nhà máy đường Bourbon Tây Ninh sử dụng chủ yếu các giống mía: R570,K84-200, VN84-4137, R59

2) Hình thái cây mía :

- Thân mía có nhiệm vụ mang lá , vận chuyển nước và thức ăn từ rễ đến lá

- Thân mía có hình trụ hay cong, có màu vàng hay tím.Thân có nhiều dóng Chiều cao mía thông thường từ 2.43-3.56 m

c) Lá mía :

- Thực hiện chức năng quang hợp tổng hợp đường ,các chất tổng hợp có chứa nitơ

- Lá có chiều dài từ 0.91 – 1.52 m, rộng từ 0.0127-0.301 m tuỳ vào giống mía

3) Thu hoạch và bảo quản mía:

a) Mía chín : là lúc hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và lượng đường khử còn lại rất ít

- Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ mía chín :

• Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau

• Hàm lượng đường khử dưới 1% , có khi chỉ còn 0.3%

• Lá chuyển vàng ,độ dài lá giảm ,các lá sít vào nhau ,dóng ngắn dần

• Hàm lượng đường cao nhất khi thu hoạch đúng thời vụ của giống đó

- Khi hàm lượng đường đạt tối đa thì tuỳ vào giống mía và điều kiện thời tiết mà lượng đường duy trì khoảng 15 ngày đến 2 tháng Sau đó lượng đường bắt đầu giảm, thường gọi là mía lứa hay mía chín Có một số giống mía, khi quá chín chưa thu hoạch kịp bị trổ cờ, làm giảm hàm lượng đường trong mía Các biện pháp giảm hay ngăn sự trổ cờ trước thu hoạch: tăng lượng phân bón trong thời gian thích hợp, giảm lượng nước tưới hay dùng hoá chất

b)Thu hoạch : Ở nước ta thu hoạch mía vẫn còn sử dụng phương pháp thủ công.Trong quá trình bảo quản các chỉ tiêu quan trọng như chất khô, thành phần đường, độ tinh khiết, hàm lượng đường khử thay đổi nhiều

Bảng :Sự thay đổi thành phần của mía trong thời gian bảo quản

Thời gian sau

19.9320.220.2519.6919.07

9493.393.390.385.5

0.30.30.40.81.6

5 22.5 18.45 82 2.1

Các biện pháp hạn chế tổn thất đường sau thu hoạch: chặt mía khi trời hơi rét, chặt mía thành đống tránh sự phân giải đường, chặt mía theo chiều luồng mía giảm lượng nước bốc hơi và chống rét, dùng lá mía có thấm nước để che mía và dùng nước tưới phun lúc vận chuyển

4) Thành phần hoá học của mía :

4.1) Đường Saccaroza

a)Tính chất hoá lý :

- là một disaccharide được cấy tạo từ hai đường đơn là α – d gluco và β- d fructo

- Saccarozalà một tinh thể trong suốt, không màu, tỷ trọng 1.55 g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186-188oC, rất dễ hoà tan trong nước và độ hoà tan tăng theo nhiệt độ

- Độ nhớt dung dịch tăng theo nồng độ, giảm theo chiều tăng nhiệt độ

- Nhiệt dung riệng C = 0.3019 kj/kg.độ

b) Tính chất hoá học :

- Trong môi trường acid saccaroza bị phân huỷ thành gluco và fructo

- Đường saccaroza không còn tính khử

- Trong môi trường kiềm saccaroza bị phân huỷ thành nhiều loại đường đơn khác

4.2) Các chất không đường :

a) Các acid hữu cơ :

- Mía chứa các loại acid như : oxalic, sucxinic, tannin…

- Hàm lượng trong mía thấp : 0.1-0.15%

d) Chất không đường chứa Nitơ

- Nó chiếm khoảng 0.4% khối lượng : amid, albumin, acid amin

e) Các hợp chất dạng lơ lửng , nổi :

- Chất xơ, chất keo, chất nhựa, tinh bột

- Các chất này ảnh hưởng nhiều đến sự biến màu của nước mía, được tách ra khởi nước mía bằng nhiều phương pháp

f) Các chất vô cơ :

- Gồm các chất: K2O, Na2O, MgO, CaO…

5) Thành phần hoá học của nước mía trong cây mía :

Đường

Axit kết hợp

Chất vô cơ

5.52.00.52.0

0.120.070.210.01vếtvết0.20.200.080.12

0.250.120.010.020.01vết0.070.02vết74.5

B.QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ:

I Quy trình công nghệ:

Xử lý sơ bộ

Ép,tách bã

Gia vôi sơ bộ

Gia nhiệt lần I

Xông CO 2

lần 1 Lọc lần 1

Gia nhiệt lần II

Xông SO 2

lần 2

Lọc kiểm tra

Cô đặc

Ly tâm Hồi dung

Bồi tinh

Nấu đường B

Ly tâm

Bồi tinh Sấy

Nước thẩm thấu

Trao đổi ion Bốc hơi

Nấu đường R1

Trợ tinh chân không

Ly tâm R1

Nấu đường R2 Trợ tinh chânkhông Ly tâmR2 đường R3Nấu

Trợ tinh chân không

Ly tâm R3

Sấy

Chứa vào cyclon Đóng bao

II Giải thích quy trình công nghệ:

1 Xử lý mía trước khi ép :

- Mục đích : Tạo điều kiện dễ dàng ,nâng cao năng suất và hiệu suất ép

- Biến đổi : + Mía được băm thành mảnh nhỏ

+ Phá vỡ lớp vỏ cứng của cây mía, khối tế bào mía lộ ra

+ San bằng lớp mía + Nâng cao mật độ mía trên băng

- Quá trình này sẽ được thực hiện qua nhiều thiết bị: hai dao băm, một búa đập

• Lực cơ học làm cho tế bào bị phá vỡ ,dịch bào tháo ra

• Phương pháp thẩm thấu bằng nước 700C giúp hoà tan đường sót lại trong lớp tế bào Tế bào sau ép, không còn lực tác dụng, tế bào mía sẽ đàn hồi khôi phục lại trạng thái ban đầu.Thẩm thấu là ta thực hiện phun nước vào bã, tế bào bã sẽ hút nước, lượng đường trong bã được hoà tan, tiếp tục ép Như vậy ở lần ép sau lượng đường trong bã sẽ ít

đi

- Thông số kỹ thuật :

• nứơc thẩm thấu : t= 700C

• Bã : W= 50% , Pol = 2.5 – 3 %

• Nước mía hỗn hợp : Bx = 11-13 , Pol = 8

- Mô tả quá trình :

+ Quá trình sử dụng nước mía loãng và nước nóng để thẫm thấu

+ Che ép 1 thực hiện ép mía khô Nước 700 C sử dụng để thẩm thấu bã sau khi ra khỏi che ép 4 Nước mía loãng ép ra ở che ép 5,4,3 sẽ được thẩm thấu cho bã sau khi đã ép ở che 3,2,1

+ Nước mía từ che ép 1 và 2 được tận thu ,tiếp tục đưa đi xử lý

+ Vòi phun nước thẩm thấu là ống khoan lỗ ,các lỗ cách nhau 25-30mm Nước phun ra dưới dạng sương mịn thì hiệu quả thấm mía tốt

+ Nước phun có áp lực để tăng khả năng thẩm thấu (p=2.5kg/cm2)

- Thiết bị: Dàn ép gồm năm che ép Mỗi bộ gồm ba trục ép ( trục trên , trục trước , trục sau ) Trên mỗi trục có răng cắt và rãnh thoát nước

3) Tách riêng bã vụn :

- Mục đích : tách bã vụn có trong nước mía sau khi ép

- Biến đổi : Nước mía khi qua sàng thì được tách bã vụn ,đồng thời một phần chất tan bị tổn thất đi theo bùn

- Thiết bị : Sàng cong

4) Làm sạch:

a) Cơ sở làm sạch:

- Trong nước mía hỗn hợp ngoài đường Saccharose còn có những chất không đường có tính chất lý hóa khác nhau Trong đó, chất keo chiếm một tỷ lệ đáng kể 0.03-0.05%và nó gây ảnh hưởng bất lợi cho quá trình sản xuất như :lọc nước mía , phân mật , kết tinh đường khó khăn Đồng thời cũng tạo cho nước mía có nhiều bọt , giảm hiệu quả tẩy màu…Do đó người ta tìm cách loại những chất không đường này và những chất rắn dạng lơ lửng ra khỏi nước mía

- Có rất nhiều phương pháp làm sạch nước mía Tuy nhiên , tất cả các phương pháp đó đều dựa trên các cơ sở dựa vào lý thuyết của hệ keo :

* Tác dụng của pH : Nước mía hỗn hợp thường có pH = 5.0-5.5.Trong quá trình

làm sạch do sự thay đổi pH dẫn đến sự thay đổi tính chất lý , hóa học của các chất không đường trong nước mía Nếu khống chế pH tốt sẽ giảm được tổn thất đường , nếu không thì đường saccharose sẽ bị chuyển hóa thành đường khử hoặc

bị phân hủy làm tăng tổn thất đường, tăng màu sắc của đường thành phẩm

Căn cứ vào kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học ngành đường thấy rằng trong nước mía có hai điểm pH làm ngưng tụ chất keo ; pH trên dưới 7 và pH trên dưới 11 Điểm pH trước là điểm pH đẳng điện Điểm pH sau là điểm ngưng kết của protein trong môi trường kiềm mạnh.Sản xuất đường theo phương pháp cacbonat hóa có thể lợi dụng hai điểm ngưng tụ chất keo , còn phương pháp sunfit hóa chỉ lợi dụng một điểm ngưng tụ

* Tác dụng của nhiệt độ : Làm tỷ trọng nước mía giảm , làm ngưng kết chất

keo,tăng nhanh tốc độ lắng của các chất kết tủa , tiêu diệt vi sinh vật Nếu khống chế không tốt thì gây ra hiện tượng caramel hóa , làm thúc đẩy sự thủy phân vụn mía làm tăng hàm lượng chất keo trong vụn mía…

* Tác dụng của các chất điện ly:

+ Vôi(Ca(OH) 2 ) : Là hóa chất được dùng nhiều trong các nhà máy đường Chất

lượng vôi có ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch Nếu vôi có nhiều tạp chất , khi cho vôi vào nước mía sẽ làm tăng tạp chất, lọc và kết tinh khó khăn Do đó, tiêu chuẩn của vôi được quy định như sau : CaO>85% ; MgO< 2%; SiO2<0.6%;Fe2O3,Al2O3< 1%; CaCO3<1% Độ hòa tan của vôi giảm khi nhiệt độ tăng Trong sản xuất thì người ta sử dụng dưới dạng sữa vôi bằng cách hòa vôi nghiền và vôi cục với nước sau đó gia vôi vào nước mía Vôi ở dạng sữa vôi có tác dụng làm hỗn hợp đồng đều,khống chế dễ dàng Nồng độ sữa vôi thường dùng trong khoảng 10-18Be Khi cho vôi vào nước mía, vôi tồn tại dạng hai ion Ca2+ và

OH-,vai trò của các ion :

-Ion Ca2+: Những phản ứng do ion này là những phản ứng kết tủa và keo tụï Ca2+

sẽ tác dụng với các ion để tạo ra muối không tan : Ca2++2A-=CaA2

-Ion OH-: tác dụng với các ion kim loại tạo thành muối :

Al3++3(Ca2+ 2 OH-) = 2Al(OH)3 +3Ca2+

Mg2+ + (Ca2+ 2 OH-) = Mg(OH)2 + Ca2+

Nếu thừa vôi sẽ dẫn đến hàng loạt các phản ứng phân hủy đường.

+SO 2 : Trung hòa lượng vôi dư , tạo kết tủa CaSO3 có khả năng hấp phụ chất không đường và chất màu , chất keo có trong dung dịch nước mía , còn tẩy màu dung dịch đường SO2 có khả năng biến chất màu của nước mía thành các chất không màu hay màu sắc nhạt hơn

SO2 + H2O = HSO3- hoặc

SO3- + H2O = OH- + HSO3

-C=C + HSO3- = ( H-C-C-SO3 )

-( H-C-C-SO3 )- + H2O = ( H-C-C-H-HSO4-)Trước hết tác nhân khử phản ứng với nước tạo thành hidro rồi hidro kết hợp với phân tử màu tạo thành chất không màu SO2 không chỉ làm mất màu mà còn ngăn ngừa sự sinh chất màu

+CO 2 : Được sản xuất từ lò vôi của các nhà máy đường.Trước khi phản ứng, CO2

được hòa tan vào trong nước , CO2 sẽ tác dụng với nước và các chất kiềm có trong dung dịch CO2 phản ứng với vôi tạo ra kết tủa CaCO3.Kết tủa CaCO3 có khả năng hấp phụ các chất không đường trong dung dịch nước mía giúp làm sạch nước mía Nếu thông quá nhiều CO2 muối canxi kết tủa sẽ bị hòa tan Dưới tác dụng của nhiệt độ cao muối acid canxi sẽ chuyển thành muối CaCO3 kết tủa tạo ra cặn trong thiết bị bốc hơi và gia nhiệt

+ Chất trao đổi ion : Là hợp chất cao phân tử không tan trong nước có khả năng

giải phóng ra ion và trao đổi ion của mình với các ion khác có trong dung dịch.Chất trao đổi ion khi tiếp xúc với nước bị trương lên,nước thâm nhập vào bên trong dẫn đến sự phân ly chất hoạt động Khi tiếp xúc với dung dịch ,chất điện ly có thể xâm nhập vào mạng lưới của hạt trao đổi ion Nếu ion của chất điện ly có ái lực lớn hơn ion của chất trao đổi thì xảy ra sự trao đổi ion : 2RdH + Ca(HCO3) (Rd)2Ca + 2H2O +2CO2

Dùng chất trao đổi ion để loại Ca2+ trong nước mía,trao đổi những ion hữu cơ và vô cơ dẫn đến sự hấp phụ các chất keo và chất hữu cơ , làm mất ion của nước mía.b) Quá trình làm sạch nước mía rất đa dạng Dưới đây chỉ là một trong các phương pháp làm sạch phổ biến trong các nhà máy đường:

Nước mía Gia vôi sơ bộ Gia nhiệt lần 1 Thông CO2 lần 1 Lọc lần 1 Gia nhiệt lần 2 Thông CO2 lần 2 Lọc lần 2 Thông SO2 lần 1 Gia nhiệt lần

3 Bốc hơi Thông SO2 lần 2 Lọc kiểm tra Mật chè trong

4.1)Gia vôi sơ bộ :Lượng vôi cho vào 0.2% so với lượng nước mía.

- Mục đích là trung hòa nước mía, làm đông tụ và kết tụ acid hữu cơ và keo , tiêu diệt vi sinh vật có trong nước mía

- Các biến đổi xảy ra : pH của dung dịch thay đổi Kết tủa CaCO3 tạo ra Đồng thời một số hydroxyt cũng kết tủa

- Lúc này pH của hỗn hợp khoảng 6.2-6.4 Nhiệt độ cho vôi khoảng 30-350C

- Thiết bị gia vôi sơ bộ là một thiết bị hình tru ï, đáy côn , có 2 lỗ nhập liệu để nhập nước mía và một lỗ thoát liệu Bộ phận ổn định lượng vôi là hai thùng nhỏû, chứa vôi chuẩn bị cho quá trình gia vôi

4.2)Gia nhiệt lần 1: là quá trình nâng nhiệt độ của nước mía lên 50-550C Nước mía nhận nhiệt do hơi cung cấp qua ống truyền nhiệt và được đun nóng đến nhiệt độ yêu cầu mà không có sự bốc hơi nước Hơi được sử dụng trong quá trình gia nhiệt có thể là hơi bão hòa từ lò hơi hay hơi thứ được tận dụng lại nhằm tiết kiệm năng lượng

- Mục đích của gia nhiệt là tăng nhanh quá trình ngưng kết keo , tăng nhanh tốc độ các phản ứng hóa học và làm giảm hoặc ngừng hẳn hoạt động của một số vi sinh vật

Ở nhiệt độ cao làm mất nước các chất keo ưa nước nên các chất keo nhanh ngưng kết Đồng thời , sự hòa tan của các muối CaSO3 , CaSO4 giảm , kết tủa càng hoàn toàn

- Thiết bị gia nhiệt dạng vỏ ống

4.3)Thông CO2 lần 1: Mục đích là để tạo kết tủa CaCO3 hấp phụ các chất màu

- Biến đổi :Trước hết CO2 hòa tan trong dung dịch tạo thành acid cacbonic Sau đó acid phản ứng với vôi tạo kết tủa CaCO3 Ở giai đoạn đầu của thông CO2 lần 1 , khi dung dịch có độ kiềm cao thì dung dịch có nhiều bọt và kết tủa CaCO3 có đặc tính keo , lọc khó khăn, chất kết tủa chứa CaO và saccharose Dần dần với quá trình thông CO2 độ kiềm giảm , sự tạo bọt giảm , kết tủa CaCO3 từ dạng keo chuyển thành dạng tinh thể CaCO3 lọc dễ dàng

Lượng vôi cho vào nước mía trong giai đoạn này khoảng 1.6-1.8% CaO so với trọng lượng nước mía Đối với mía xấu lượng đó có thể tăng một ít Nếu lượng vôi không dư lọc sẽ khó khăn do kết tủa CaCO3 dạng keo làm tắc vải lọc , làm áp lực lọc tăng.Nếu cho vôi nhiều , kết tủa CaCO3 chuyển sang dạng kết tinh , khả năng hấp phụ CaCO3 tăng nhưng không kinh tế và ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm.Nhiệt độ của giai đoạn này là 50-550C , thời gian lưu lại của nước mía trong thiết bị là 5-10 phút

Độ kiềm tốt nhất duy trì trong quá trình thông CO2 là pH = 10.5-11.3 , độ kiềm này sẽ làm giảm đóng cặn ở thiết bị bốc hơi

- Thiết bị : có thể sử dụng thiết bị thông CO2 dạng cột chêm

chiều ngược chiều vào của dịch lọc , bã được đẩy ra ngoài Thời gian lọc là từ 6-8 giờ ø, tốc độ trục quay của thiết bị là 2.5 vòng/phút

4.5)Thông CO2 lần 2 :

- Mục đích là giảm tối đa hàm lượng vôi và muối canxi trong nước mía và tiếp

tục nâng cao độ tinh khiết của nước mía Nếu vôi và muối không được tách ra thì

ở thiết bị bốc hơi sẽ đóng cặn nhanh chóng Sau lần thông CO2 lần thứ nhất thường còn 0.04-0.06% CaO ở trong nước mía

- Biến đổi : Quá trình này còn phức tạp hơn quá trình thông CO2 lần thứ nhất.Trước hết acid cacbonic phản ứng với hidroxit có trong dung dịch thành cacbonat tạo muối Muối này tiếp tục phản ứng với muối canxi hòa tan tạo kết tủa canxi cacbonat

4.6)Gia nhiệt lần 2 :

- Nước mía được nâng nhiệt độ lên 80-850C

- Mục đích là giảm độ nhớt , tăng tốc độ lọc

- Thiết bị sử dụng là thiết bị truyền nhiệt dạng vỏ ống

4.7)Lọc lần 2 :

- Mục đích là loại bỏ các kết tủa sinh ra trong quá trình thông CO2 lần thứ 2

- Ở đây cũng sử dụng lọc khung bản

4.8)Thông SO2 lần 1 :

- Mục đích tẩy màu, giảm lượng muối canxi hòa tan trong nước mía do tạo kết tủa có tính hấp phụ các chất keo , chất màu , làm giảm độ nhớt của dung dịch vì có phản ứng cho muối sunfat trung tính

H2SO3 + CaA2 CaCO3 +2HA

H2SO3 + H2SO3 H2SO3 + CO2 + H2O

pH của nước mía lúc này là 6.8-7.2

- Thiết bị : dùng tháp xông

4.9)Gia nhiệt lần 3 :

- Nâng nhiệt độ lên 100-1150C

- Mục đích là đưa nước mía lên điểm sôi để đưa vào cô đặc

- Quá trình này cũng sử dụng thiết bị gia nhiệt dạng vỏ ống

4.10)Cô đặc :

- Đây là quá trình cô đặc sơ bộ nhằm tạo ra những biến đổi trong nước mía ở điều kiện cô đặc với mục đích là hạn chế sự biến đổi màu trong quá trình bốc hơi chính

- Thiết bị sử dụng giống thiết bị cô đặc chính ( ở mục dưới )

4.11)Thông SO2 lần 2 :

- Thông SO2 lần thứ hai vào mật chè sau khi bốc hơi mục đích là ngăn ngừa sự tạo thành chất màu , khử chất màu thành chất không màu Đồng thời làm giảm độ nhớt của mật chè có lợi cho khâu nấu đường , kết tinh và phân ly Thông SO2

đến pH = 6.2-6.6, nhiệt độ thông SO2 85-900C nhưng nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt độ của nồi bốc hơi cuối Thông SO2 càng nhanh càng tốt để tránh hiện tượng chuyển hóa

- Thiết bị :sử dụng tháp xông

4.12)Lọc kiểm tra :

- Mục đích là loại hết tạp chất không đường để đi vào quá trình nấu đường

- Có thể dùng lọc khung bản

5) Bốc hơi:

- Mục đích:

+ Cô đặc nước mía từ nồng độ ban đầu khoảng 13-150Bx lên tới nồng độ khoảng 55-650Bx Nồng độ nước đường khi vào thiết bị bốc hơi thông thường là 13-150Bx

+ Đảm bảo cho nồng độ mật chè đạt yêu cầu Nếu đồng độ loãng quá sẽ tốn hơi và tăng thời gian nấu Nếu nồng độ cao quá thì dung dịch sẽ có độ nhớt lớn, có nguy cơ kết tinh đường trong thùng chứa và đường ống

+ Giảm lượng hơi nước sử dụng ( tiết kiệm năng lượng): do nhiệm vụ của công đoạn bốc hơi không chỉ là cô đặc nước đường mà còn tận dụng hơi nước bay ra trong lúc bốc hơi để cung cấp nhiệt và nấu đường, nhằm giảm chi phí lượng hơi nước sử dụng

+ Sử dụng nước ngưng: hơi nước sau khi qua hệ thống ngưng tụ có nhiệt độ tương đối cao được sử dụng cho nồi hơi hoặc cho công nghệ sản xuất khác

- Biến đổi nhiên liệu:

+ Nước mía được cô đặc ở nhiệt độ 60-1300C Kết quả là hơi nước bị bốc đi và trên cơ bản không có sự thay đổi thành phần hoặc tính chất của chất khô trong dung dịch Tuy nhiên, trong quá trình cô đặc vẫn xảy ra nhiều phản ứng hóa học và hóa lý dẫn đến sự thay đổi thành phần và đặc tính của chất tan

+ Sự chuyển hóa đường saccaroze: nếu dung dịch đường có tính acid hoặc một số chất không đường trong quá trình cô đặc bị phân hủy, tạo ra acid, thì dưới tác dụng của nhiệt sẽ dẫn đến sự chuyển hóa saccaroze Kết quả là làm giảm hàm lượng đường saccaroze và tăng lượng đường hoàn nguyên Sự phân hủy này phụ thuộc vào 3 yếu tố như: độ acid, nhiệt độ, và thời gian lưu của nước đường trong thiết bị

+ Sự phân hủy saccaroze và tăng màu sắc: dưới tác dụng của nhiệt độ cao, saccaroze sẽ bị caramen hóa Lượng caramen tạo thành phụ thuộc vào thời gian truyền nhiệt, nhiệt độ và pH Ngoài ra, đường khử bị phân hủy hoặc kết hợp với những chất chứa Nitơ tạo thành melanoidin làm tăng màu sắc của nước mía.+ Độ tinh khiết tăng cao là do những nguyên nhân sau:

o Chất không đường bị phân hủy Do sự phân hủy các hợp chất amid tạo ra

NH3, sự phân hủy muối cacbonat , muối sunfit sinh ra CO2, SO2, các hợp chất này theo hơi nước ra ngoài làm giảm chất phi đường, do đó làm tăng độ tinh khiết

o Sự tạo cặn trong các thiết bị cô đặc: do nhiệt độ khá cao nên một số chất hòa tan có phân tử lượng lớn như Protein, pectin, bị kết tủa tạo nên cặn, do đó cũng góp phần làm tăng độ tinh khiết của nước đường

+ pH giảm do những nguyên nhân sau:

o Do sự thủy phân của hợp chất amid:

Ví dụ : thủy phân asparagin

+ Tạo cặn: khi bốc hơi, cùng với sự tăng nồng độ dịch đường, nồng độc của các tạp chất hoà tan trong dịchđường cũng tăng theo đến khi nồng độ tạp chất đạt tới mức quá bão hoà thì sẽ lắng tách thành cặn Muối can xi của các acid hữu cơ, acid phosphoric có độ hoà tan bé nhất tách thành cặn đầu tiên Các muối canxi sulfit, canxi sunfat, canxi của các acid hữu cơ có độ hoà tan lớn thì phần nhiều tạo cặn ở giai đoạn sau của bốc hơi Các oxit có dạng keo như oxit Silic, oxit nhôm, oxit sắt, cũng không ngừng tách ra thành cặn

Các muối canxi có tính acid hoà tan được, nhưng ở nhiệt độ cao lại bị phân hủy tạo thành muối không tan:

Aùp lực sử dụng tối đa (kg/cm2)

Chiều cao tháp (mm)

Đường kính tháp (mm)

Chiều cao buồng gia nhiệt (mm)

2532027002940

2532027002940

1,5532025502800

1,5532025502500

Diện tích truyền nhiệt (mm)

Số ống tuýp

Đường kính ống tuýp (mm)

Đường kính ống trung tâm (mm)

800,82227236,8 hoặc 40500

600,45193236,8hoặc 40500

500,82170036,6 hoặc 40450

440,42170036,6hoặc40450

- Thiết bị:

+ Ta cần làm bay hơi phần lớn nước trong nước đường, nên cần tiêu tốn một

lượng lớn hơi nước, nếu dùng bay hơi một hiệu thì sẽ tốn kém hơi nước, tốn kém

năng lượng Vì vậy phải dùng hệ thống bay hơi nhiều hiệu để tiết kiệm hơi nước

+ Ta dùng hệ cô đặc bốc hơi chân không 5 hiệu Dung dịch sau khi cô đặc ở nồi

này sẽ tiếp tục chảy qua nồi tiếp theo cho đến nồi cuối cùng Hơi thứ sẽ được tận

dụng và đóng vai trò như là hơi đốt cho các nồi phía sau Các hiệu đều làm việc

trong điều kiện chân không, độ chân không tăng dần từ hiệu 1 đến hiệu cuối Ưu

điểm của bốc hơi ở điều kiện chân không là: nhiệt độ sôi của dung dịch đường

tương đối thấp, tránh được hiện tượng phân hủy và chuyển hóa đường, chất lượng

mật chè tốt

+ Thiết bị để bốc hơi: ta dùng thiết bị cô đặc có ống tuần hoàn trung tâm

6) Nấu đường:

- Mục đích: nhiệm vụ nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến quá

bão hòa Sản phẩm nhận được sau khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể đường

và mật cái Quá trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm

nhiệt độ sôi dung dịch, tránh hiện tượng caramen hóa và phân hủy đường Nhiệt

độ nấu đường trong khoảng 70-800 C

- Quá trình nấu đường:gồm 4 giai đoạn: cô đặc đầu, tạo mầm, nuôi tinh thể và

cô đặc cuối:

+ Cô đặc đầu: nhằm cô dung dịch đến nồng độ cần thiết để chuẩn bị cho sự tạo

tinh thể Trong giai đoạn này, ta tiến hành cô ở độ chân không thấp nhất ( 600-620

mmHg) để giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, thường nhiệt độ sôi là 60-650C

+ Sự tạo mầm tinh thể: khi sirô được cô đặc đến khi độ quá bão hoà đạt yêu cầu,

ta sẽ tiến hành tạo mầm tinh thể Để xác định thời điểm tạo mầm tinh thể, ta quan

sát dung dịch qua kính quan sát, do được cô đặc nên độ nhớt dung dịch tăng, sự sôi

giảm, các bọt khí chuyển động chậm, đồng thời các giọt mật rơi chậm trên kính và

để lại nhiều vết Trong quá trình tạo mầm tinh thể, đường giống đóng vai trò quan

trọng Khi nấu các loại đường, ta phải cho một lượng đường giống nhất định

Trong các nồi nấu đường, các tinh thể giống không ngừng hấp thụ đường của mẫu

dịch để lớn lên Vì vậy chất lượng của đường giống ảnh hưởng rất lớn đến chất

lượng và hiệu suất kết tinh của đường non

+ Nuôi tinh thể:

o Cố định tinh thể: sau khi dung dịch đã có đủ số lượng tinh thể theo yêu cầu,

cần cố định các tinh thể, không cho tinh thể mới xuất hiện, không để cho tinh thể

bị hoà tan bớt Để cố định tinh thể, người ta thường cho vào nồi nấu nước nóng có

nhiệt độ cao hơn nhiệt độ đường non trong nồi từ 3-50C để giảm độ quá bão hoà xuống và để cho quá trình đối lưu được thực hiện dễ dàng.

o Nuôi tinh thể: sau khi cố định tinh thể, ta cần nuôi tinh thể để tinh thể lớn nhanh chóng, có độ tinh khiết cao, đồng đều và cứng Sự lớn lên của tinh thể gồm

2 quá trình song song: kết tinh đường làm giảm hệt số quá bão hòa, và bay hơi nước làm tăng hệ số quá bão hoà Do đó ta cho dịch sirô vào liên tục sao cho độ quá bão hòa luôn được giữ cố định, nhờ đó sự truyền nhiệt, bay hơi và kết tinh không bị đứt đoạn Từ đó tốc độ kết tinh tăng, giảm sự tạo thành các tinh thể dại + Cô đặc cuối: khi tinh thể đạt kích thước nhất định thì ngưng cho nguyên liệu vào, ta tiếp tục cô đến nồng độ cho ra đường, tránh cô đặc nhanh vì có thể tạo thành tinh thể dại Nhiệt độ không được cao Nồng độ đạt yêu cầu của từng loại đường non: đường A là 92-940Bx, đường non B: 94-980Bx Khi thấy hạt đường đã chiếm hết không gian dành cho nó và mẫu dịch chỉ còn ít thì ta xả đường xuống thùng trợ tinh

- Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh:

o Độ quá bão hòa: tốc độ kết tinh tỉ lệ thuận với độ quá bão hoà của dung dịch đường

o Độ nhớt: độ nhớt tăng thì tốc độ kết tinh giảm

o Nhiệt độ: nhiệt độ tăng thì tốc độ kết tinh tăng Nhưng nhiệt độ không được tăng quá cao, vì nếu vậy sẽ làm giảm chất lượng đường

o Độ tinh khiết của dung dịch: tăng thì tốc độ kết tinh tăng

o Tinh thể có kích thước bé thì tổng diện tích bề mặt lớn, do đó lượng đường kết tinh trong 1 đơn vị thời gian lớn

- Biến đổi nhiên liệu:

o Chuyển hoá đường: pH acid và nhiệt độ nấu đường là điều kiện thích hợp cho sự chuyển hóa đường saccaroza, do đó phải khống chế pH và ổn định nhiệt độ thích hợp (pH =5,8-6,8; nhiệt độ= 60-650C)

o Phân hủy đường khử: trong quá trình kết tinh, đường khử phản ứng với acid amin tạo chất màu và bị phân hủy thành các sản phẩm không lên men

o Phản ứng của các chất không đường hữu cơ: một số acid hữu cơ kết tủa dưới dạng muối canxi và magiê ( canxi oxalat, magiê aconita ); tinh bột, pectin kết tinh cùng với saccaroze; phản ứng tạo caramen…

o Phản ứng của các chất không đường vô cơ: nồng độ chất không đường tăng theo dung dịch, do đó đạt đến quá bão hòa và có khả năng kết tinh với saccaroze

o Hiện tượng khó nấu: khi độ kiềm cao, độ nhớt cao, vì vậy mật bị dẻo khó kết tinh, bốc hơi chậm…

- Thông số kỹ thuật :

Thể tích có ích của nồi: 120m3

Đường kính nồi: 2300 mm

Chiều cao nồi: 2600mm

Buồng gia nhiệt: Þ=2300mm, H=1000mm

Ống truyền nhiệt: 287 ống, Þ=91 hay 95 mm

Ống trung tâm: Þ400 mm, H= 950 mm

- Chế độ nấu đường: ta chọn chế độ nấu 3 hệ Nguyên tắc đặt chế độ nấu 3 hệ: + Syrô từ nồi bốc hơi tiếp tục được cô đặc trong nồi nấu Sau giai đoạn cô đặc cuối, nó sẽ trở thành đường non Sau khi ly tâm tách mật, tinh thể đường sẽ được giữ lại gọi là đường non A và mật tách ra gọi là mật A

+ Mật A còn chứa một tỷ lệ đường khá lớn có thể kết tinh được Do vậy mật A lại được nấu và thu được đường non B và mật B

+ Đem mật B đi nấu tiếp thì ta sẽ được đường non C và mật C

+ Lượng mật càng đem nấu lại nhiều lần thì đường thu được càng ít và chất lượng càng thấp

+ Mật cuối ( mật C) được coi như là đã rút kiệt đường và vì vậy không nấu tiếp nữa Mật C được đưa đến nhà máy để sản xuất các sản phẩm khác

+ Sơ đồ nấu 3 hệ:

o Đường non A có thuần độ 80-85, được nấu hoàn toàn từ sirô Giống đưa vào là từ magma của nấu đường C

o Đường non B được nấu hoàn toàn từ mật A và giống đưa vào cũng từ magma

C Đường B có thể được hồ lại và làm giống cho nấu đường A

o Đường C thường dẻo nên thường được hồ lại bằng nước lạnh thành magma và được dùng làm giống

Sơ đồ nấu đường 3 hệ

- Thiết bị: quá trình nấu đường thực hiện trong nồi nấu chân không loại ống chùm

7) Trợ tinh:

- Mục đích: đường non nấu giai đoạn cuối ở thể tích lớn( chiều cao đường non lớn), nồng độ mẫu dịch cao, độ nhớt lớn cho nên sự đối lưu trong nồi không tốt Nếu muốn hoàn thành quá trình kết tinh trong nồi nấu thì phải trải qua một thời gian dài mà hiệu quả cũng không cao, mặt khác tiêu tốn nhiều hơi đốt Bởi vậy sau khi nấu đường đến thể tích nhất định, nồng độ của mẫu dịch đạt đến giá trị nhất định thì ta đưa đường non xuống thiết bị trợ tinh để thực hiện quá trình kết tinh tiếp tục Trong thiết bị trợ tinh người ta thao tác khống chế nồng độ và nhiệt độ thích hợp khiến cho các tinh thể tiếp tục hấp thụ thành phần đường của mẫu dịch làm giảm bớt thành phần đường trong mẫu dịch, tăng hiệu suất thu hồi đường

- Nguyên lý trợ tinh: khống chế nồng độ và nhiệt độ để khống chế độ quá bão hòa thích hợp, đồng thời duy trì một khoảng thời gian đầy đủ để thành phần đường trong nước cốt không ngừng được hấp thụ lên bề mặt tinh thể đường Nguyên lý chủ yếu là khi nhiệt độ hạ thấp thì độ hòa tan của đường giảm làm cho độ quá bão hòa tăng, cho nên khống chế được độ quá bão hòa của nước cốt, thực hiện tốt quá trình kết tinh tiếp tục, làm cho các tinh thể lớn lên Muốn lợi dụng khả năng kết tinh quan trọng của đường non sau khi nấu thì phải khuấy động khối đường non nhằm thay đổi liên tục vị trí tương quan của những phân tử mẫu dịch và tinh thể

- Thông số kỹ thuật:

o Nhiệt độ: nhiệt độ thích hợp: 15-500C

o Tốc độ hạ nhiệt độ: 0,8-1 độ/h Nhưng không nên làm nguội ngay và vội vã khi đường non vừa xả xuống thùng trợ tinh Thường để trợ tinh 1-2h trước khi cho nước vào làm nguội và tránh nguy cơ sinh ra ngụy tinh

o Lượng nước đưa vào phải thích hợp để duy trì, ổn định độ quá bão hoà của đường non

o Thời gian lưu: đường non A: 12 giờ; đường non B:24 giờ; đường non C: 72 giờ

o Tốc độ cánh khuấy: đường non A,B: 0,5 vòng/phút; đường non C: 1-1,5 vòng/phút

o Thể tích thùng trợ tinh: lớn hơn 15-20% so với thể tích đường Không nên xả đường non vừa nấu xong trộn chung với đường non đang làm nguội

- Thiết bị: dùng thùng trợ tinh có cánh khuấy

8) Ly tâm:

- Mục đích : Đây là giai đoạn tách tinh thể ra khỏi mật bằng lực ly tâm trong các thùng quay với tốc độ cao Sau khi ly tâm nhận được đường, mật nâu và mật trắng

- Quá trình ly tâm tách mật:

+ Đường non A chứa 40% mật đường, đường non B chứa 50% mật đường, đường non C chứa 60% mật đường

+ Khi ly tâm, lượng mật giữa các tinh thể bị tách ra, lượng mật giảm dần và các tinh thể di chuyển về phía thành mâm làm khoảng cách giữa các hạt tinh thể nhỏ lại, sức cản mật tăng lên, khả năng tách mật giảm Lúc đó mật đường còn dính