Lấy nước mía bằng phương pháp khuyếch tán

Chủ đề 3: LẤY NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN, SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP ÉP I/ GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN: Phương pháp khuếch tán sử dụng nhiều năm tất nhà máy đường củ cải để trích ly đường từ lát củ cải Hiện nhiều nhà máy đường mía nước giới như: Haoai, Nam Phi, Pucrơtô, Ricô, Pêru, Ôstrây- lia dùng phương pháp khuếch tán với thiết bị khuếch tán khác như: DdS, De, Smet, BMA, FS, Huletts, Saturne Ở nước ta, phương pháp khuếch tán dùng nhà máy đường La Ngà với thiết bị khuếch tán DdS Đan Mạch Tuy gọi phương pháp khuếch tán dựa hoàn toàn vào khuếch tán để lấy đường nhà máy đường củ cải Qua thí nghiệm người ta thấy cắt mía củ cải thành lát có kích thước tương tự ngâm nước nhiệt độ 75 0C, thời gian khuếch tán lát mía so với lát củ cải tăng gấp lần Như muốn khuếch tán nhiệt độ 75 0C thiết bị khuếch tán phải thật lớn thời gian khuếch tán phải kéo dài, phân hủy xeluloza làm giảm độ tinh khiết nước mía Để lấy đường lát mía thời gian định, cần phá vỡ tổ chức tế bào mía để trích ly nước mía dễ dàng Vì phải có dao băm mía, ép phần mía sau dùng thiết bị khuếch tán để lấy phần nước mía lại Trên thực tế, thiết bị khuếch tán thay phận trục ép công đoạn ép nên coi phương pháp kết hợp ép khuếch tán II/ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN: 1/ Lý thuyết khuếch tán Cơ sở chủ yếu lý luận khuếch tán điều kiện định, phân tử đường tế bào mía chuyền dịch khỏi tế bào phân tán môi trường xung quanh Trong điều kiện khuếch tán: tốc độ khuếch tán, thời gian nhiệt độ có quan hệ trực tiếp lẫn Người ta thường ứng dụng định luật Fick trình khuếch tán Định luật khuếch tán vào vận chuyển phân tử, tổng kết đưa định luật khuếch tán vật chất dung dịch tức định luật Fick Trong công nghệ sản xuất đường thường dùng định luật Fick thích hợp với điều kiện khuếch tán mía sau: lượng đường khuếch tán S tỉ lệ với hiệu số nồng độ bình quân dung dịch khuếch tán nguyên liệu mía ΔC, diện tích diện tích mặt cắt nguyên liệu mía xé tơi F, thời gian khuếch tán Z tỷ lệ nghịch với khoảng cách phần đường chuyển từ nguyên liệu mía đến dung dịch x Trong đó: S: lượng đường khuếch tán từ mía D: hệ số khuếch tán F: diện tích mặt cắt nguyên liệu mía xé tơi ΔC: hiệu số nồng độ bình quân dung dịch khuếch tán nguyên liệu mía x: khoảng cách phần đường chuyển từ nguyên liệu mía đến dung dịch Z: thời gian khuếch tán 2/ Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới hiệu khuếch tán: a/ Độ xé tơi mía: Từ định luật khuếch tán cho thấy lượng đường khuếch tán tỉ lệ với diện tích mặt cắt mía bị xé tơi tỉ lệ nghịch với x F/x lớn nhỏ định hình thái xé tơi mía, độ xé tơi cao F lớn, x nhỏ, tức F/x có trị số lớn b/ Nhiệt độ khuếch tán: Nâng cao nhiệt độ khuếch tán có tác dụng phá vỡ thành tế bào, giảm độ nhớt nước khuếch tán, tăng nhanh phân tử đường khuếch tán ức chế hoạt động vi sinh vật Mía sau xử lý, hiệu xé tơi tương đối cao có phần nguyên liệu mía (khoảng 10%) không bị xé tơi, cần nhờ tác dụng nhiệt độ làm cho màng tế bào ngưng kết để phân tử đường khuếch tán khỏi màng tế bào Tác dụng nhiệt độ phá vỡ thành tế bào mía Hiệu phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ cao hay thấp, thời gian ngắn hay dài Nhiệt độ cao tác dụng nhanh Từ quan sát thực nghiệm, nhiệt độ vượt 62 0C, cần phút, hoạt tính tế bào mía không Nâng cao nhiệt độ có tác dụng ức chế vi sinh vật sinh trưởng, giảm tác dụng tổn thất đường, ưu điểm phương pháp khuếch tán Nhưng môi trường pH thấp, nhiệt độ cao dễ dàng tăng nhanh chuyển hóa đường sacaroza, đồng thời chất không đường khuếch tán dẫn đến giảm độ tinh khiết nước mía khuếch tán Ngoài ra, vụn bã mía chịu tác dụng nhiệt trương nở, gây nghẽn trục giai đoạn ép nước từ bã khuếch tán c/ Hiệu suất lấy đường: Hiệu số nồng độ bình quân bã mía nước vào khuếch tán tạo khuếch tán phân tử đường Cùng đơn vị số hiệu số thao tác ngược khuếch tán cao thao tác thuận chiều, dẫn đến hiệu suất khuếch tán cao Do sản xuất thường dùng thao tác ngược chiều Để nâng cao động lực trình khuếch tán, tăng lượng nước cho vào khuếch tán có tác dụng nâng cao hiệu suất lấy đường nước vào khuếch tán hiệu suất lấy đường tỉ lệ thuận với Hiệu suất lấy đường tăng dẫn đến nồng độ chất khô nước mía giảm xuống từ tăng gánh nặng cho công đoạn bốc điều cần ý vấn đề lợi dụng nhiệt Nước vào khuếch tán hợp lý trì hiệu suất lấy đường khoảng 102-103% phát huy tác dụng hỗn hợp, pha loãng, khuếch tán đảm bảo hiệu lấy đường tốt d/ Thời gian khuếch tán: Dưới điều kiện định, thời gian khuếch tán dài, lượng đường khuếch tán nhiều vượt hạn độ định không tốt Xu hướng phát triển công nghiệp sản xuất đường nên chọn lưu trình đơn giản, rút ngắn thời gian lưu nguyên liệu làm mục tiêu đạo sản xuất Nhưng thời gian ngắn, tiếp xúc nguyên liệu, dung dịch không đầy đủ chưa thể phát huy tác dụng pha loãng, lợi cho lấy đường, thời gian dài lợi cho sản xuất, không kinh tế Theo kinh nghiệm thời gian khuếch tán mía khoảng 35 phút khuếch tán bã mía khoảng 20 phút III/ CÔNG NGHỆ KHUẾCH TÁN: Công nghệ khuếch tán mía bao gồm việc xử lý mía, khuếch tán nước, ép nước khỏi bã mía xử lý nước ép 1/ Xử lý mía Để xử lý mía dùng máy ép dập thiết bị đánh tơi có nơi dùng hai Bruniche – Olsen so sánh hiệu trích ly đường mía ép dập mía đánh tơi thấy mía đánh tơi có nhiều tế bào bị phá vỡ Ở tế bào mía bị phá vỡ, trích ly đường trực tiếp Những tế bào chưa bị phá vỡ trích ly đường phương pháp khuếch tán Người ta tiến hành thí nghiệm để so sánh hiệu trích ly hai loại mía đánh tơi cắt lát Kết ghi bảng sau: Thành phần nước mía trích ly, % Số Nồng Pol Độ Tỷ số Tro/100Bx đường độ tinh glucoza chất Mía khô đánh 5,18 tơi Mía thái lát Tỷ lệ trích khiết 4,3 83,59 1,20 2,83 606,6 100 4,07 83,57 1,23 3,12 553,3 91 4,87 Bảng cho thấy hiệu trích ly độ tinh khiết mía đánh tơi tốt so với mía thái lát 2/ Khuếch tán mía Có hai hệ khuếch tán mía chủ yếu: khuếch tán mía khuếch tán bã mía a/ Khuếch tán mía: Cây mía xử lý sơ bộ, giữ nguyên trọng lượng toàn đường vào thiết bị khuếch tán Ví dụ, nhà máy đường xử lý 100 mía/h có 14% đường 100 mía với 14 đường vào thiết bị khuếch tán Sơ đồ khuếch tán mía Sơ đồ 1: Khuếch tán mía b/ Khuếch tán bã: Sau xử lý, mía qua máy ép để ép 65-70% đường mía, lại 30-35% đường bã mía vào thiết bị khuếch tán Vì trình khuếch tán rút ngắn Khuếch tán bã dùng phổ biến nhà máy đường Một trục ép hệ khuếch tán trích ly 65-70%, lúc trục máy ép ép trung bình 15-23% lượng nước mía hệ ép có từ đến trục trích ly 95-96% đường mía Mặt khác, qua trục ép hệ khuếch tán, mía chuẩn bị tốt tổn thất đường tác dụng vi sinh vật khuếch tán bã giảm so với khuếch tán mía, thời gian khuếch tán rút ngắn cần khuếch tán 4% đường (tức 30% đường mía) 14% Có thể làm phép tính đơn giản để so sánh Ví dụ hiệu suất lấy đường chung 97%, hiệu suất lấy đường phương pháp ép 65%, hiệu suất lấy đường phương pháp khuếch tán 35% Như hệ số khuếch tán đường bã mía: (97 - 65).100 = 32% Hiệu suất trích ly tương đối: 32/35*100 = 91% Như việc trích ly thực dễ dàng so với khuếch tán mía đơn (97%) Do khuếch tán bã mía dùng phổ biến nhà máy đường Sơ đồ 2: Khuếch tán bã mía 3/ Xử lý nước ép Vấn đề tồn lớn kỹ thuật khuếch tán phải xử lý lượng nhiều nước ép có hàm lượng đường thấp nhiệt độ cao Xử lý nước ép có hiệu giai đoạn quan trọng khuếch tán bã Nếu có điều kiện thích hợp cho hoạt động vi sinh vật, nước ép dùng đủ cho nhà máy sản xuất enzim Trong phương pháp ép, dùng nước nóng để thẩm thấu nhiệt độ nước hỗn hợp thấp Trong phương pháp khuếch tán, nước mía có nhiệt độ nồng độ chất khô thấp, thuận lợi cho hoạt động vi sinh vật so với nước ép cuối phương pháp ép IV/ MỘT SỐ THIẾT BỊ KHUẾCH TÁN MÍA 1/ Thiết bị khuếch tán SMET Hình 1: Thiết bị khuếch tán SMET Thiết bị khuếch tán SMET gồm bồn dài có băng tải ngang chất đầy bã mía khô với độ dày định Phía lớp bã mía tưới nhiều nước Phía băng tải, dọc theo chiều dài băng tải vĩ lưới thép không rỉ để lấy nước mía chảy từ lớp bã tưới nước Dưới vĩ lưới, phía đáy bồn có 11 hay 17 phễu hứng nước khuếch tán đặt cạnh Nước khuếch tán thu nhận từ phễu bơm trả phễu đặt trước nó, cho nước khuếch tán chảy ngược từ phía cửa bã cửa vào Nghĩa có trích ly dòng nước ngược chiều lại Cứ sau tới 15 lần dung dịch nước mía khuếch tán qua bã, nước khuếch tán cuối thu nhận phễu thứ đầu vào mang gia nhiệt trước công đoạn Còn bã ướt, sau khỏi thiết bị khuếch tán qua phận xử lý bã nước ép sau xử lý đưa trở thiết bị khuếch tán làm nước tưới bã 2/ Thiết bị khuếch tán BMA Thiết bị khuếch tán BMA sử dụng để lấy nước mía hai cách khuếch tán mía khuếch tán bã Đó máng nằm ngang hình chữ nhật đáy có lưới sàng dính liền hệ thống dây xích đặc biệt thiết kế để đảm bảo việc trích ly nước mía cách triệt để Một ưu thiết bị khuếch tán loại có lắp đặt hai hàng vít khuấy đảo để tăng cường hiệu suất trích ly nước mía Hình 2: Sơ đồ khuếch tán mía BMA Hình 3: Sơ đồ khuếch tán bã mía BMA Hình 4: Sơ đồ khuếch tán bã mía BMA V/ QUẢN LÝ SẢN XUẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN Nhiệm vụ quản lý sản xuất công đoạn khuếch tán hoàn thành ba tiêu: lượng mía xử lý, hiệu suất lấy đường an toàn sản xuất Quản lý sản xuất bao gồm: - Cung cấp mía: Cung cấp mía phải liên tục, đặn, lớp mía phải đồng - Độ xé tơi: Nâng cao độ xé tơi mía, ổn định chất lượng mía xé tơi Yêu cầu lại dạng lát, cục, vụn Hạn chế dạng cục trích ly đường khó khăn - Nhiệt độ: Duy trì nhiệt độ ổn định phân bố hợp lý - Chỉ số pH: Bản thân nước mía có pH 5,2 – 5,5 Với pH làm đường sacaroza chuyển hóa Từ thực tế sản xuất, điều chỉnh pH nước mía đến pH = 6,5 tốt cần trì ổn 10 định trình khuếch tán, giảm đường chuyển hóa giảm tăng màu đậm nước mía Cần ý phương pháp cho vôi vào nước mía trình khuếch tán, phân điểm cho vôi cho vôi tự động để khống chế pH hợp lý - Xử lý lượng nước ép từ bã: Lượng nước ép cuối thường từ 80 – 86% so với mía, nồng độ chất khô 1,5–3% độ Pol 1,0 – 2,0%, có nhiều tạp chất keo cần xử lý làm để cải thiện chất lượng nước khuếch tán - Làm tốt công tác vệ sinh: Trong thiết bị khuếch tán có nhiệt độ tương đối cao ức chế hoạt động vi sinh vật trước sau thiết bị khuếch tán thao tác nhiệt độ thường Do đó, cần nhận thức đầy đủ làm tốt vệ sinh, công tác diệt khuẩn, lập chế độ vệ sinh tương tự phương pháp ép mía VI/ SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ÉP VÀ PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN 1/ Hiệu suất lấy nước mía  Phương pháp ép: - Phương pháp ép lấy hoàn toàn nước mía mía (vì trình ép, bã mía có khả hút lại phần nước mía ép lại) - Hiệu suất đạt 97%  Phương pháp khuếch tán: - Hiệu suất lấy nước mía phương pháp khuếch tán đạt 98÷99% 2/ Tổng hiệu suất thu hồi đường Qua nghiên cứu tổng hiệu suất thu hồi đường phương pháp số nước Peru, Nam Phi,… người ta kết luận: Hiệu suất thu hồi đường phương pháp khuếch tán tốt phương pháp ép 3/ Tiêu hao lượng 11 Theo tài liệu Ai Cập, lượng tiêu hao cho hệ khuếch tán 2000 mía/ ngày 132,480W Với công suất trên, tiêu hao lượng cho máy ép phải 438,160W Do dùng phương pháp khuếch tán tiết kiệm 305,680W Theo Bairvo, phân xưởng ép có 18 trục, thay thiết bị khuếch tán giảm trục Hiệu suất lấy đường cao hơn, 100kg mía tăng 0,3kg đường thu hồi Một nhà máy đường suất 4000 mía/ ngày Nếu tăng thêm thiết bị khuếch tán xử lí 8000 mía/ ngày mà công suất cần tăng không 515,400W 4/ Vốn đầu tư Theo tài liệu công ty BMA (Đức), vốn đầu tư nhà máy đường dùng phương pháp khuếch tán với công suất 500 mía/ ngày giảm 30% vốn đầu tư so với nhà máy đường dùng phương pháp ép So sánh hiệu kinh tế phương pháp nhà máy đường 1500 mía/ngày: STT Chỉ tiêu Đơn vị Phương pháp Phương pháp Hiệu suất lấy đường Hiệu suất thu hồi nấu Tổng thu hồi Thành phần đường mía Công suất nhà máy % % % % Tấn khuếch tán 96.50 87.0 83.96 13.0 1500 ép 94.0 88.0 82.72 13.0 1500 Số ngày sản xuất vụ Tỷ lệ đường so với mía Lượng đường sản xuất vụ mía/ngày Ngày/vụ % Tấn 150 10.915 24558.75 150 10.754 24196.50 đường/vụ Chi phí vốn đầu tư ( thu nhận nguyên đôla 2591615 2721077 liệu, lấy nước đường…) Từ bảng cho thấy phương pháp khuếch tán so với phương pháp ép có:  Hiệu suất lấy đường tăng 2,5%;  Tổng hiệu suất thu hồi đường tăng 1,24%; Tỉ lệ đường thành phẩm mía tăng 0,61%; 12 Số lượng đường tăng vụ 32,635 tấn/ vụ;  Chi phí vốn đầu tư giảm 3-5% tức 129,462 đôla; Tiết kiệm điện nhiệt 30%; Tiết kiệm lao động 50%, tiết kiệm bao bì 50% Phương pháp ép - Hiệu suất trích ly 92% Phương pháp khuếch tán - Hiệu suất trích ly 97% - Tổng hiệu suất thu hồi 80% - Tổng hiệu suất thu hồi 82% - Tiêu hao lượng nhiều - Tiêu hao lượng - Vốn đầu tư cao - Vốn đầu tư thấp ( tiết kiệm khoảng 30% so với phương pháp ép) - Nhiên liệu dùng bốc - Tiêu hao nhiều nhiên liệu dùng bốc - Chất không đường nước mía - Chất không đường nước mía hơn, tổn thất đường mật cuối hỗn hợp nhiều, tăng tổn thất thấp đường mật cuối - Thời gian lấy nước mía nhanh ảnh - Thời gian lấy nước mía chậm nên hưởng đến chất lượng mía gây ảnh hưởng đến chất lượng mía  Tồn hai phương pháp:  Phương pháp khuếch tán: - Tăng nhiên liệu dùng bốc - Tăng chất không đường nước mía hỗn hợp, tăng tổn thất đường mật cuối - Thời gian lấy nước mía chậm nên gây ảnh hưởng đến chất lượng mía  Phương pháp ép: - Trục ép thiết bị thô kệch, nặng nề Lõi trục ép làm thép hợp kim đắt tiền Giá tiền chế tạo, sửa chữa, bảo dưỡng nhiều - Tiêu hao nhiều lượng - Tổng hiệu suất thu hồi Từ so sánh cho thấy phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm so với phương pháp ép 13 14 ... lát 2/ Khuếch tán mía Có hai hệ khuếch tán mía chủ yếu: khuếch tán mía khuếch tán bã mía a/ Khuếch tán mía: Cây mía xử lý sơ bộ, giữ nguyên trọng lượng toàn đường vào thiết bị khuếch tán Ví dụ,... xử lý 100 mía/ h có 14% đường 100 mía với 14 đường vào thiết bị khuếch tán Sơ đồ khuếch tán mía Sơ đồ 1: Khuếch tán mía b/ Khuếch tán bã: Sau xử lý, mía qua máy ép để ép 65-70% đường mía, lại 30-35%... khuếch tán mía khoảng 35 phút khuếch tán bã mía khoảng 20 phút III/ CÔNG NGHỆ KHUẾCH TÁN: Công nghệ khuếch tán mía bao gồm việc xử lý mía, khuếch tán nước, ép nước khỏi bã mía xử lý nước ép 1/