So sánh các biện pháp làm sạch nước mía

 Đường là một thức ăn quan trọng cho sự sống của con người, đường là sản phẩm dinh dưỡng chủ yếu cần thiết cho cơ thể con người.Để có lượng đường cho chúng ta sử dụng hằng ngày, thì ph

 Đường là một thức ăn quan trọng cho sự sống của con người, đường là sản phẩm dinh dưỡng chủ yếu cần thiết cho cơ thể con người.

Để có lượng đường cho chúng ta sử dụng hằng ngày, thì phải trải qua một quá trình hết sức phức tạp, từ việc trồng mía, thu hoạch mía, xử lý mía, , đến việc nấu đường, phân loại và đóng bao.Trong đó, việc làm sạch nước mía sau khi ép là công đoạn không thể thiếu trong việc sản xuất đường, giúp cho đường được sạch hơn và đạt chất lượng tốt hơn

I.Tổng quan về các phương pháp làm sạch nước mía

Hiện nay, sản xuất đường thông thường có 3 phương pháp làm sạch nước mía : Phương pháp vôi hoá,

phương pháp sunfit hoá, phương pháp cacbonat hoá.

Trong các phương pháp làm sạch đều bao gồm các công đoạn chung như gia nhiệt, trung hoà, lắng, lọc…để loại chất không đường và giảm màu sắc của nước mía hỗn hợp

Mỗi phương pháp làm sạch có yêu cầu kỹ thuật, thiết bị khác nhau nhưng đều hướng tới giảm đường sacaroza bị chuyển hóa vì nó làm giảm sản lượng đường, giảm hiệu suất thu hồi đường Đó là một sự tổn thất rất nghiêm trọng trong sản xuất đường

I.1.Giới thiệu về 3 phương pháp làm sạch.

Phương pháp vôi hoá

Dùng vôi và nhiệt để làm sạch nước mía

 Đây là phương pháp đơn giản nhất và được con người áp dụng từ rất lâu.Ở nước ta, phương pháp vôi được dùng để sản xuất đường thô

Dùng vôi và CO2 để làm sạch nước mía.

Phương pháp này sản xuất ra đường kính trắng, cho hiệu suất thu hồi đường cao nhưng vốn đầu tư cao

I.1.Giới thiệu về 3 phương pháp làm sạch.

Phương pháp sunfit hoá

Dùng vôi và khí SO2 để làm sạch nước mía.

 Phương pháp sunfit hóa trực tiếp sản xuất ra đường trắng, được dùng phổ biến ở nước ta

Phương pháp gia vôi

Phương pháp sunfit hóa

Phương pháp cacbonat hóa

-Trong nước mía có sẵn PO43- 

bổ sung Ca2+  hấp thụ chất

keo,chất màu, axit tạo muối không

tan… trong nước mía

- Hạn chế phản ứng do môi trường

axit của nước mía

 hạn chế sự phân huỷ đường

sacaroza

- Khi cho SO2 và vôi vào trong nước mía hoăăc mâăt chè sẽ xảy

ra các phản ứng mà mục tiêu cuối cùng là tạo ra CaSO3

CaSO3 là chất kết tủa có khả năng hấp thụ các chất không đường, chất màu, chất keo…

trong nước mía

CO2 tác dụng với vôi dư tạo kết tủa CaCO3 có khả năng hấp thụ các chất không đường khác trong dung dịch

 làm sạch nước mía

I.2.Nguyên lý làm sạch nước mía

II.1.Lượng vôi

 Các quá trình lý hóa của giai đoạn làm sạch nước mía phụ thuộc vào độ hòa tan của vôi

II.So sánh các phương pháp làm sạch nước mía

Độ hòa tan của các loại vôi khác nhau

Nhiệt độ 00C Độ hòa tan của vôi, CaO g/l

0.2300.2450.3050.829

0.2010.2100.2780.132

 Lượng vôi cho vào nước mía cần lớn hơn nhiều lần so với lượng vôi có thể hòa tan.

 Lượng vôi được sử dụng ở mỗi phương pháp làm sạch là khác nhau và cho hiệu quả khác nhau Nếu trong dung dịch nước mía thừa vôi sẽ tạo phản ứng kiềm và sẽ dẫn đến hàng loạt các phản ứng phân hủy.

II.1.Lượng vôi

Phương pháp vôi Phương pháp sunfit hóa Phương pháp cacbonat hóa Phương pháp

cho vôi vào nước mía lạnh

Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng

Phương pháp cho vôi phân

đoạn

Công đoạn cho

vôi vào

Trung hòa (pH = 7,2 – 7,5).

Gia vôi sơ bộ (pH = 6 – 6,4)

Cho vôi (pH = 7,6 – 8,2)

Gia vôi sơ bộ (pH = 6,4 – 6,6)

Trung hòa (pH = 6,8 – 7,2)

Gia vôi sơ bộ (pH = 6,2 – 6,6).

Dạng vôi sử dụng Sữa vôi Sữa vôi Sữa vôi

Bảng Thông số cho vôi vào trong 3 phương pháp làm sạch

Tác dụng Trung hòa nước mía.

Tạo kết tủa Ca3(PO4)2 hấp thụ các chất keo và các chất không đường.

Trung hòa nước mía và ngưng tụ keo trước khi đun nóng.

Trao đổi tạo kết tủa 2K3PO4 + 3Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 6KOH

K2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 + 2KOH MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 + Mg(OH)2

Trung hòa nước mía.

Làm đông tụ và kết tụ axit hữu cơ và keo

Nhận xét:

 Lượng vôi dùng trong phương pháp cacbonat hóa nhiều :

• Gấp 21 lần so với phương pháp vôi

• Gấp 15 lần so với phương pháp sunfit hóa

 Vôi cho vào nước mía trong cả 3 phương pháp đều ở dưới dạng sữa vôi:

• Tạo điều kiện cho sữa vôi hòa tan đồng đều trong nước mía, từ đó, nâng cao hiệu quả làm sạch

• Việc khống chế lượng vôi vào dễ dàng

II.1.Lượng vôi

Phương pháp vôi hóa

Hiệu quả xử lý thấp vì quá trình làm sạch chủ yếu dựa vào việc tạo thành Ca3(PO4)3 kết tủa Khi kết tủa này có tỷ trọng lớn thì có khả năng hấp thụ chất keo và chất màu cùng kết tủa.Hàm lượng P2O5 thấp thì kết tủa Ca3(PO4)3 thấp, nếu bổ sung với tỷ lệ > 0.4% thì có thể làm tăng lượng bùn, tốn nhiều vôi, giá thành cao hơn

II.2.Chất không đường

 Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng

- Loại được nhiều chất keo, hiệu quả làm sạch tốt hơn cho vôi vào nước mía lạnh, lượng vôi giảm 15%.

- Tốc độ lắng nhanh, dung tích nước bùn nhỏ.

 Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh

- Hiệu quả làm sạch thấp do độ hòa tan của vôi ở môi trường lạnh tăng nhưng khi gia nhiệt thì độ hòa tan của vôi giảm dần đến đóng cặn Dẫn đến, sự tương tác giữa vôi và nước mía không hoàn toàn nên kết tủa tạo ít Nên hấp thụ các chất không đường, chất keo ít.

II.2.Chất không đường

 Phương pháp sunfit hóa

Hiệu quả xử lý cao hơn phương pháp vôi vì quá trình làm ngoài bổ sung vôi còn bổ sung thêm SO2, lượng kết tủa tạo ra nhiều hơn ( CaSO3 , Ca3(PO4)2) nên loại được nhiều chất không đường, chất keo,…Nhưng thấp hơn phương pháp cacbonat vì chỉ lợi dụng được một điểm ngưng tụ.

 Phương pháp cho vôi phân đoạn

Loại nhiều chất không đường, loại chất keo chứa nitơ > 80%, loại phần sáp mía đến 90% Dẫn đến, nước mía trong, nước bùn dễ lọc.

II.2.Chất không đường

 Phương pháp cacbonat hóa

- Hiệu quả làm sạch tốt nhất Loại được nhiều chất keo, chất màu và chất vô cơ (Al2O3, Fe2O3, MgO, SiO, P2O5 ) vì phương pháp này có thể lợi dụng được hai điểm ngưng tụ keo.

- Hàm lượng muối canxi trong nước mía trong ít.

- Hiệu quả làm sạch tốt hơn do có sự tham gia của H3PO4 nên làm tăng lượng kết tủa

Ca3(PO4)2 để hấp thụ chất keo, chất không đường trong nước mía và tạo điều kiện cho

CaSO3 kết tủa hoàn toàn

- Tuy nhiên, nếu cho hàm lượng H3PO4 quá nhiều thì chất kết tủa ở dạng tương đối xốp,

thể tích tăng lên

II.2.Chất không đường

Phương pháp vôi

Phương pháp sunfit hóa

Phương pháp cacbonat hóa

Lượng vôi dùng (tấn/1000 tấn mía)

Lượng vôi trong nước mía trong (mg CaO/l)

Hiệu quả làm sạch

Chất không đường trong nước mía trong 100

chất không đường trong nước mía hỗn hợp

0.79 449

90.5

31.8 16.3 68.1 60.1 12.0 5.0 _ 40.9

1.15 540

92.4

14.5 9.3 62.8 64.2 24.3 2.1 14.4 36.4

17.1 222

29.6 21.0 70.2 39.9 24.0 1.6 4.3 18.6

Bảng so sánh hiệu quả làm sạch của các phương pháp

( Theo giáo trình Công nghệ đường mía của PGS Nguyễn Ngộ )

Nhận xét:

Qua bảng so sánh hiệu quả làm sạch của 3 phương pháp, ta thấy:

 Hiệu quả làm sạch của phương pháp cacbonat là tốt nhất Sau khi làm sạch hàm lượng chất không đường, chất vô cơ trong nước mía trong là thấp nhất

 Hiệu quả làm sạch của phương pháp vôi là thấp nhất.

 Tuy nhiên, phương pháp sunfit hóa được sử dụng rộng rãi trong các nhà máy sản xuất đường nhất.

II.2.Chất không đường

 pH ảnh hưởng đến lượng đường thu hồi.

Khi nước mía ở môi trường axit (pH< 7) sẽ làm chuyển hoá đường sacaroza và tạo thành hỗn hợp đường glucoza và fructoza gọi là phản ứng nghịch đảo:

C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6

trong nước mía càng lớn thì tốc độ chuyển hoá càng nhanh dẫn đến tổn thất đường lớn.

II.3 Tổn thất đường trong quá trình làm sạch

 Mặt khác, các axit khác nhau cũng làm chuyển hoá sacaroza với tốc độ khác nhau.

 Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao hoặc nếu kiềm đậm đặc không cần nhiệt độ cao, saccaroza cũng bị phân huỷ thành aldehyt, axeton, axit hữu cơ và các tạp chất có màu vàng nâu

Môi trường có pH càng lớn thì saccaroza bị phân huỷ càng nhiều.

Ví dụ: Khi đun sôi trong 1 giờ ,nếu dung dịch đường saccaroza có:

pH = 8 - 9 thì saccaroza bị phân huỷ 0,05%

pH = 12 thì saccaroza bị phân huỷ 0,5%

II.3 Tổn thất đường trong quá trình làm sạch

Dưới tác dụng của các kim loại kiềm thổ, dung dịch đường biến thành sacarat (muối của nó)

Vídụ: Đường saccaroza tác dụng với hydroxytcanxi sẽ tạo ra các muối saccarat canxi theo phản ứng:

C12H22O11 + Ca(OH)2 f C12H22O11.CaO + H2O(mônôsacarat canxi)

C12H22O11 + 2Ca(OH)2 f C12H22O11.2CaO + 2H2O ( disacarat canxi)

C12H22O11 + 3Ca(OH)2 f C12H22O11.3CaO + 3H2O (trisacarat canxi)

phản ứng phân huỷ và tạo sacarat gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất do làm tăng tổn thất đường và độ nhớt của dung dịch.

Nước mía lạnh

Phân đoạn

Axit Một lần Chè trung gian Thông thường

pH1=10.5-11.3 pH2 =7.8-8.2 pH3 =6.8-7.2 pH4= 6.2-6.6

Bảng số đo pH của nước mía ở một số công đoạn

trong các phương pháp làm sạch (Theo giáo trình công nghệ đường mía của PGS Nguyễn Ngộ)

 Nhiệt độ

Khi nước mía có tính acid (pH =5-5,5) dưới tác dụng của nhiệt, đường saccaroza bị

chuyển hoá tăng tổn thất đường.

Làm trơ phản ứng acid của nước mía và ngăn ngừa sự chuyển hoá đường saccaroza Tuy nhiên nếu cho quá lượng thì sẽ tác dụng với một phần đường saccaroza làm tăng tổn thất đường, tăng độ nhớt do muối canxisacarat tạo nên.

II.3 Tổn thất đường trong quá trình làm sạch

Nhận xét:

Từ các yếu tố trên, có thể nói lượng đường tổn thất nhiều ở phương pháp:

Cho vôi vào nước mía nóng, cho vôi phân đoạn (môi trường nước mía duy trì ở pH < 7 ở nhiệt

độ cao)

hưởng đến sự phân hủy saccaroza)

II.3 Tổn thất đường trong quá trình làm sạch

Phương pháp vôi Phương pháp sunfit hóa Phương pháp cacbonat hóa

-Hiệu suất thu hồi cao

-Đóng cặn ở thiết bị ít nên giảm lượng tiêu hao hoá chất rửa thiết bị

- Sản xuất ra đường kính trắng chất lượng cao

Nhược điểm -Hiệu suất thu hồi sản phẩm thấp

- Sản xuất ra sản phẩm đường vàng

- Sản phẩm đường khó bảo quản,