Làm sạch nước mía bằng phương pháp Sunfit hóa

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG BÀI BÁO CÁO CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA CHỦ ĐỀ: LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SUNFIT HÓA GVHD: THÁI VĂN ĐỨC SVTH: NHÓM 5 LỚP : 5

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

BÀI BÁO CÁO CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA

CHỦ ĐỀ: LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG

PHƯƠNG PHÁP SUNFIT HÓA

GVHD: THÁI VĂN ĐỨC SVTH: NHÓM 5

LỚP : 52TP2

Nha Trang, tháng 4 năm 2013

MỤC LỤC

A Mở đầu 3

B Nội dung 4

I Khái quát về thành phần nước mía hỗn hợp và làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa 4

1 Thành phần nước mía hỗn hợp 4

2 Làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa 5

II Làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa axit 5

1 Sơ đồ công nghệ 5

2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ 6

3 Ưu, nhược điểm của phương pháp 13

C Kết luận 15 Tài liệu tham khảo

A Mở đầu

2

Đường là một thức ăn quen thuộc trong cuộc sống, là sản phẩm dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người Ngoài việc đường dùng làm thức ăn trực tiếp, đường còn có nhiều công dụng như làm bánh kẹo các loại, làm nước giải khát, cà phê hoặc làm tăng hương vị của các loại thực phẩm khác trong công nghệ sản xuất đồ hộp hoặc dùng trong y học để chữa bệnh Do đó, sản xuất đường là một ngành công nghiệp thực phẩm rất được coi trọng và phát triển

Trong những năm gần đây, ngành đường đã phát triển một cách nhanh chóng, vấn đề cơ khí hóa

và tự động hóa trên toàn bộ dây chuyền sản xuất được áp dụng rông rãi trong các nhà máy đường

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 Mọi công đoạn đều được tính toán và được thực hiện một cách chính xác để thu được lượng đường tối đa

và chất lượng tốt nhất 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 Một trong những phương pháp làm sạch nước mía được sử dụng khá phổ biến là làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa và đạt được hiệu quả cao

Với sự giới hạn thời gian, nhóm sẽ trình bày về phương pháp làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa axit vì đây là phương pháp được dùng phổ biến hơn so với hai phương pháp làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa kiềm mạnh và kiềm nhẹ

B Nội dung

I Khái quát về thành phần nước mía hỗn hợp và làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa.

1 Thành phần nước mía hỗn hợp.

Thành phần nước mía hỗn hợp được thể hiện qua bảng số liệu sau:

4

Thành phần Tính theo trọng lượng mía

%

Tính theo nước mía hỗn hợp %

Đường sacaroza 11,88 12,63

Đường khử 1,35 1,44

Protein 0,42 0,48

Axit tự do 0,13 0,14

Axit kết hợp 0,14 0,15

Chất keo 0,39 0,41

Chất vô cơ (tro) 0,57 0,60

Nước 59,12 78,15

Bảng 1: Thành phần của nước mía hỗn hợp

Ngoài saccaroza, trong nước mía hỗn hợp còn có những chất không đường có tính chất

lý hóa rất khác nhau Sự có mặt của các chất không đường trong nước mía dẫn đến sự bốc hơi trực tiếp, kết tinh đường khó Và đồng thời làm tăng độ hòa tan đường sacaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đường trong mật cuối, còn những tạp chất như vụn mía, khi đun nóng chúng kết tụ lại Vì thế, làm sạch nước mía là công đoạn rất quan trọng của kỹ thuật sản xuất đường Do nước mía hỗn hợp có chứa nhiều chất không đường khác nhau nên các phương pháp tách tap chất không đường ra khỏi mía cũng có nhiều như: phương pháp vôi, phương pháp sunfit hóa, phương pháp cacbonat hóa …

2 Làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa.

Phương pháp sunfit hóa còn gọi là phương pháp SO2 vì trong phương pháp này người ta dùng lưu huỳnh dưới dạng khí SO2 để làm sạch nước mía

Phương pháp sunfit hóa có thể chia làm 3 loại:

- Phương pháp sunfit hóa axit

- Phương pháp sunfit hóa kiềm mạnh

- Phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ

Đặc điểm của phương pháp sunfit hóa axit là thông SO2 vào nước mía đến pH axit và thu được sản phẩm đường trắng Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nên được dùng rộng rãi trong sản xuất đường

Đặc điểm của phương pháp sunfit hóa kiềm mạnh là trong quá trình làm sạch nước mía có giai đoạn tiến hành ở pH cao Hiệu quả làm sạch tương đối tốt, đặc biệt đối với loại mía xấu và bị sâu bệnh Nhưng do sự phân hủy đường tương đối lớn, màu sắc nước mía đậm, tổn thất đường nhiều nên hiện nay không sử dụng

Phương pháp SO2 kiềm nhẹ (pH = 8 - 9) có đặc điểm là chỉ tiến hành thông SO2 vào nước mía không thông SO2 vào mật chè và sản phẩm đường thô

II Làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa axit.

1 Sơ đồ công nghệ.

6

Nước mía hỗn hợp (pH :5,0-5,5)

Lọc

Gia nhiệt lần I (to:55 – 60oC) Thông SO2 lần I (pH : 3,4 – 3,8)

Trung hòa pH: 6,8 – 7,2

SO2 Ca(OH)2

Đun nóng lần II (to: 102 – 105oC)

Thiết bị lắng Nước bùn

Ép Bùn lọc

Lọc

Nước lọc trong

Nước mía trong

Đun nóng lần III (110 – 115oC)

Cô đặc

Thông SO

2 lần II (pH : 6,2 – 6,6) SO

2

2 Thuyết minh sơ đồ công nghệ.

a Nước mía hỗn hợp

Nước mía sau khi ép sẽ được đưa đến quá trình làm sạch tiếp theo Mục đích của quá trình làm sạch nước mía hỗn hợp là loại bỏ các chất không đường và những chất rắn lơ lửng trong nước mía Ngoài saccarose, trong thành phần nước mía hỗn hợp còn có các thành phần khác như chất keo, đặc biệt là levan và dextran gây ảnh hưởng không tốt đối với sản xuất đường: lọc nước mía, phân mật và kết tinh đường khó khăn, nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu quả tẩy màu, tinh chế đường thô khó khăn … Chất vô cơ (tro) sẽ làm nước mía không sạch và có màu cần lắng lọc lấy ra và đường khử

có hàm lượng cao thì khó mà kết tinh đường Do đó khâu làm sạch nước mía hỗn hợp là khâu rất quan trọng của kỹ thuật sản xuất đường

b Lọc

Hỗn hợp nước mía sau khi ép có thành phần tương đối phức tạp, các thành phần này thay đổi tùy theo giống mía, điều kiện canh tác, đất đai, khí hậu, phương pháp và điều kiện lấy nước mía của nhà máy Trong đó có các chất không đường mà đa số các chất này ảnh hưởng không tốt cho quá trình sản xuất Vì vậy sau khi thu nhận nước mía hỗn hợp phải lọc để:

- Loại các chất không đường ra khỏi hỗn hợp, đặc biệt là các chất keo và các chất có hoạt tính bề mặt

- Loại những chất rắn lơ lửng trong nước mía

- Tạo điều kiện thuận lợi cho những công đoạn xử lí nước mía tiếp theo.

c Gia nhiệt lần I

Nước mía sau khi được lọc loại bỏ các tạp chất lơ lửng và chất không đường sẽ được gia nhiệt đến nhiệt độ 55 - 60oC nhằm:

- Làm mất nước của thể keo ưa nước và tăng nhanh quá trình ngưng kết của keo

- Tăng tốc độ và hoàn thiện phản ứng hóa học đặc biệt là phản ứng tạo kết tủa CaSO3

- Ở nhiệt độ cao sự hòa tan của CaSO3 giảm do đó sự kết tủa được dễ dàng

d Thông SO 2 lần I

SO2 được thông vào nước mía có thể dùng ở dạng lỏng hay dạng khí nhưng hầu hết các nhà máy đường ở nước ta đều dùng SO2 ở dạng khí Mức độ thông SO2 vào nước mía có thể dùng trị số pH

để biểu thị Ở đây ta tiến hành thông SO2 cho đến khi nước mía có pH khoảng 3,4 – 3,8

Khi cho SO2 vào nước mía xảy ra phản ứng:

SO2 + H2O H2SO3

H2SO3 H+ + HSO3

HSO3- H+ + SO3

2 SO2 (H2SO3) là một axit mạnh làm cho nước mía có pH thấp có thể loại phần lớn chất không đường hữu cơ làm giảm độ nhớt của nước mía hỗn hợp

- Ion SO32- sẽ kết hợp với ion Ca2+ khi cho vôi vào ở công đoạn sau tạo kết tủa CaSO3 Kết tủa CaSO3 tạo ra trong môi trường axit chắc rắn, có tính hấp phụ các chất không đường tốt, lắng tốt, lọc dễ dàng Khi nước mía đang có môi trường axit đến công đoạn sau khi cho vôi vào đến pH gần trung tính một phần chất keo sẽ ngưng tụ

- Ngoài ra SO2 có tính khử mạnh, khống chế được vi sinh vật bảo vệ nước mía khỏi bị hư hỏng

e Trung hòa pH (pH = 6.8 – 7.2)

Lượng vôi cho vào quyết định bởi tính axit của nước mía và nồng độ SO2 trong nước mía Mặt khác khi cho vôi vào nước mía cần đảm bảo chất lượng của vôi, giảm phần tạp chất trong vôi, vôi hoà tan đều trong nước Lượng vôi cho vào khoảng 0.2 – 0.3% so với trọng lượng nước mía ép Trong phương pháp SO2, việc khống chế trị số pH trung hoà là một vấn đề rất quan trọng Nó ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch và thu hồi đường Việc gia vôi có những tác dụng đáng chú ý dưới đây:

- Để việc tạo kết tủa CaSO3 hoàn toàn, tránh hiện tượng quá axit vì sẽ tạo Ca(HSO3)2 hoà tan và sau đó nếu ở nhiệt độ cao Ca(HSO3)2 sẽ phân ly tạo chất kết tủa đóng cặn ở các thiết bị truyền nhiệt và bốc hơi Khi cho Ca(OH)2 vào xảy ra phản ứng như sau:

Ca(OH)2 + H2SO3  CaSO3  + H2O

- Trung hoà các acid hữu cơ và vô cơ:

Sau khi thông SO2 lần một, nước mía có pH = 3,4 3,8, với pH này sẽ gây chuyển hoá đường

Vì vậy phải tiến hành trung hoà ngay bằng sữa vôi để nâng pH nước mía lên 6,8 -7,2

8

Sau khi cho một ít nhũ vôi vào trong nước mía hỗn hợp có thể làm trung hoà các loại acid hữu

cơ và acid photphoric để tạo thành các loại muối như photphat canxi, oxalat canxi, aconitat canxi, succinat canxi, malat canxi

Trong các loại muối canxi này, chỉ có photphat canxi là lắng tương đối hoàn toàn, còn các muối canxi hữu cơ khác thì lắng không hoàn toàn, nên chỉ khử đi được một phần rất nhỏ

- Tác dụng trao đổi

Tạo kết tủa CaSO3, Ca3(PO4)2 có khả năng hấp thụ các chất không đường, chất màu và chất keo

có trong dung dịch cùng kết tủa

Sau khi cho vôi vào, do ion Ca2+ trong Ca(OH)2 có tác dụng trao đổi với một số chất vô cơ không đường có trong nước mía tạo nên chất lắng muối canxi không hoà tan Ví dụ:

2K3PO4 + 3Ca(OH)2  Ca3(PO4)2 + 6KOH

K2SO4 + Ca(OH)2  CaSO4 + 2KOH

MgCl2 + Ca(OH)2  Mg(OH)2  + CaCl2

Tính chất của kết tủa tạo thành từ Ca2+ và SO32-, PO43- có liên quan với nồng độ SO2 và P2O5

trước khi cho vôi Dựa vào kết quả nghiên cứu của Mailard nếu lượng P2O5 là 100 – 400mg/l trong nước mía thì:

Thứ nhất, khi lượng SO2 trong lượng nước mía nhỏ hơn 1g/l, kết tủa tạo thành hầu như hoàn toàn là Ca3(PO4)2

Thứ hai, khi lượng SO2 là 1.5 g/l, kết tủa tăng và gồm 2 loại CaSO3 và Ca3(PO4)2, nhưng tác dụng hấp phụ chủ yếu vẫn là Ca3(PO4)2

Thứ ba, nếu lượng SO2 nhỏ hơn 2g/l thì kết tủa rắn chắc, tác dụng hấp phụ chủ yếu là CaSO3 và tốt hơn hai trường hợp kia

Bản thân nước mía chứa một lượng acid photphoric nhất định, nhưng acid photphoric này phản ứng vơi nhũ vôi tạo thành photphat canxi có đặc tính hấp thụ các chất sắc tố và chất keo Theo kinh nghiệm của những nhà máy đường theo phương pháp sunffit hoá thì để đáp ứng lượng acid photphoric cần thiết trong nước mía, ta phải khống chế lượng P2O5 không được ít hơn 250 – 300 mg/ lit Nếu ít hơn lượng này cần phải cho thêm dung dịch photophat canxi để bù vào lượng thiếu vì vậy thông thường photophat canxi là chất lắng phụ trợ cho phương pháp sunfit hoá Hiện nay, photphat I canxi sử dụng trong nước, thông thường hàm lượng của P2O5 là 10-18%, thành phần của nó tương đối phức tạp, chủ yếu chứa photphat I canxi và acid phân ly

2Ca(OH)2 + Ca(H2PO4)2  Ca3(PO4)2  + 4 H2O

Nếu như trong nước mía có trị số acid photphoric quá cao, ví dụ vượt quá 500ppm thì nó biểu hiện rõ nhất là lớp bùn đáy của bể lắng giãn nở, khi xả nước trong sẽ khó khăn, lượng nước mía bùn nhiều cũng làm tăng khối lượng lọc Mặt khác, phản ứng giữa nhũ vôi với photphat I canxi để tạo thành photphat canxi kết tủa lắng xuống cũng tương đối chậm, vì khi nhũ vôi tác dụng với photphat

I canxi, đồng thời tiến hành 2 loại phản ứng sau:

2Ca(OH)2 + Ca(H2PO4)2  2CaHPO4  + 2 H2O (1)

2CaHPO4  + Ca(OH)2  Ca3(PO4)2  + 2 H2O (2)

- Tác dụng chống hỏng

Trong nước mía có chứa nhiều vi sinh vật, nếu không xử lý kịp thời sẽ dẫn đến phá huỷ đường saccarose, sau khi gia vôi ion canxi tác dụng với chất nguyên sinh của một số vi sinh vật tao albuminat canxi sẽ kiềm chế sự phát triển của vi sinh vật đạt được mục đích ngăn chặn nước mía hỗn hợp bị hỏng

Với độ kiềm khi có 0,35% CaO phần lớn vi sinh vật không sinh trưởng Tuy nhiên có trường hợp phải dùng đến lượng 0,8% CaO

- Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt đường chuyển hóa, amit

- Tạo các điểm đẳng điện để ngưng kết các chất keo

Gia vôi chính là ứng dụng nguyên lý kết vón tại điểm đẳng địên hoặc tiếp cận tại điểm đẳng điện Lúc này nếu ta gia nhiệt với tốc độ chậm tới một nhiệt độ nhất định thì chất keo kết vón càng

ổn định Sau đó, cho dù làm cho độ acid nước mía biến động thì nó sẽ không phân tán trở lại như vậy mới làm cho các chất keo trong nước mía tách ra, để đạt tới mục đích làm sạch trong

Khống chế pH trong khoảng 6.8 – 7.2 vì: Nếu nước mía có tính kiềm, đường khử sẽ bị phân hủy tăng chất màu và axit hữu cơ, tăng lượng muối canxi trong nước mía Mặt khác trong môi trường kiềm, do tính chất thủy phân của kết tủa CaSO3 nên tạo dung tích lớn, tăng lượng bùn lọc và do đó tăng diện tích ép lọc Để tránh các hiện tượng trên, cần khống chế pH lắng trong khoảng 7,0 Muốn vậy thì pH trung hoà phải lớn hơn 7.0 (7.2) vì từ giai đoạn trung hoà đến lắng thường trị số pH giảm

từ 0.2 – 0.3

f Đun nóng lần II

Tác dụng:

- Giảm độ nhớt thuận lợi cho quá trình lắng trong

- Tiếp tục hoàn thiện các phản ứng hóa học đặc biệt là các phản ứng tạo kết tủa CaSO3,

Ca3(PO4)2

10

- Làm cho một số keo bị mất nước ngưng kết.

- Làm kết tủa rắn chắc đặc biệt là CaSO3

Điều kiện công nghệ:

- Gia nhiệt đến nhiệt độ 100-105oC

- Nếu nhiệt độ thấp quá sẽ không đạt được những tác dụng trên

- Nếu nhiệt độ cao quá sẽ làm cho nước mía sôi mạnh khó lắng

g Thiết bị lắng và lọc

Nước mía sau khi đun nóng đến nhiệt độ 102-1050C được đưa qua thiết bị lắng để phân tách nước mía trong và kết tủa, đồng thời nâng cao chất lượng thành phẩm (do tách được các chất có ảnh hưởng xấu đến sản phẩm) Loại thiết bị lắng đang được sử dụng phổ biến ở nước ta hiện nay là loại Dorr: dạng có cánh khuấy và không có cánh khuấy

Nguyên tắc lắng của chất kết tủa đó là: Trong dung dịch nước mía, chất kết tủa chịu tác dụng

của 2 loại lực là trọng lực (trọng lượng của bản thân chất rắn) đẩy kết tủa đi xuống và lực đẩy Archimet đẩy kết tủa đi lên, nếu trọng lực lớn hơn lực đẩy thì chất kết tủa sẽ lắng xuống, do đó việc lắng nhanh hay chậm của các chất kết tủa phụ thuộc vào hiệu số trọng lượng riêng giữa chất kết tủa

và dung dịch nước mía Ngoài ra tốc độ lắng còn phụ thuộc vào nhiệt độ của dung dịch: khống chế nhiệt độ ở 100-1040C, có tác dụng làm giảm trọng lượng riêng của nước mía và giảm độ nhớt của dung dịch giúp quá trình lắng thuận lợi hơn (khi độ nhớt càng lớn, lúc chất kết tủa lắng cùng dịch thể sản sinh lực ma sát lớn thì chất kết tủa lắng càng khó khăn), duy trì nhiệt độ ổn định còn có tác dụng tránh nhiệt độ khác nhau trong thiết bị dẫn đến hiện tượng đối lưu làm cho nước mía lắng xuống rồi lại nổi lên, ảnh hưởng đến việc thoát nước mía trong Trong quá trình lắng cũng cần phải khống chế pH ổn định (pH trung hòa): nếu pH quá cao (pH gần bằng 8,0) không chỉ làm cho đường khử trong thiết bị phân hủy mà còn sản sinh chất keo mới, giảm tỷ trọng chất kết tủa, ảnh hưởng đến lắng; nếu pH quá thấp (ph gần bằng 6,0) thì tạo chất kết tủa Ca3(PO4)2, CaSO3 không hoàn toàn và nhiều chất có tính hòa tan Ca(HSO3)2 làm cho lượng chất kết tủa CaSO3 giảm, lắng không tốt, chuyển hóa đường

Sau quá trình lắng ta thu được nước mía trong và nước bùn Phần nước bùn sau đó được đưa đi lọc để thu hồi phần nước đường (nước lọc trong) còn lẫn trong nước bùn, phần cặn còn lại được đem

ép thành bùn Các loại thiết bị lọc nước bùn thường dùng trong nhà máy đường hiện nay là: máy lọc khung bản; máy lọc chân không; máy lọc đĩa