Chöông 1: TOÅNG QUAN I. Giôùi thieäu nguyeân lieäu: Tính chaát cuûa dung dòch ñöôøng mía: • Thaønh phaàn: Dung moâi: nöôùc. Caùc chaát hoaø tan: chieám chuû yeáu laø ñöôøng saccaroze, khoâng bay hôi trong quaù trình coâ ñaëc. Ngoaøi ra coøn coù caùc chaát caën baõ xuaát hieän sau quaù trình eùp mía.Caùc chaát naøy aûnh höôûng khoâng nhoû ñeán quaù truyeàn nhieät cuûa dung dòch . • Tính chaát nguyeân lieäu trong cheá bieán: ¯ Dung dòch ñöôøng mía coù ñoä nhôùt cao. ¯ Nhaïy caûm vôùi nhieät ñoä cao. Trong quaù trình coâ ñaëc tính chaát cuûa nguyeân lieäu bieán ñoåi khoâng ngöøng. Cuï theå: Bieán ñoåi tính chaát vaät lyù: Thôøi gian coâ ñaëc taêng, noàng ñoä dung dòch taêng daãn ñeán tính chaát dung dòch thay ñoåi: Caùc ñaïi löôïng giaûm: heä soá daãn nhieät, nhieät dung, heä soá caáp nhieät, heä soá truyeàn nhieät. Caùc ñaïi löôïng taêng: khoái löôïng rieâng dung dòch, ñoä nhôùt, toån thaát nhieät do noàng ñoä, nhieät ñoä soâi. Bieán ñoåi tính chaát hoaù hoïc: Thay ñoåi pH moâi tröôøng: thöôøng laø giaûm pH do caùc phaûn öùng phaân huûy amit (Vd: asparagin) cuûa caùc caáu töû taïo thaønh caùc acid. Ñoùng caën dô: do trong dung dòch chöùa moät soá muoái Ca2+ ít hoaø tan ôû noàng ñoä cao, phaân huûy muoái höõu cô taïo keát tuûa. Phaân huûy chaát coâ ñaëc. Taêng maøu do caramen hoaù ñöôøng, phaân huûy ñöôøng khöû, taùc duïng töông hoã giöõa caùc saûn phaåm phaân huûy vaø caùc amino acid. Phaân huûy moät soá vitamin … • Vieäc cheá bieán, baûo quaûn: ¯ Xuaát phaùt töø tính töï nhieân cuûa caây mía: ñoä ñöôøng seõ giaûm nhieàu vaø nhanh neáu thu hoaïch treã vaø cheá bieán khoâng kòp thôøi. Cho neân vaán ñeà quan troïng ñaët ra laø hieäu quaû saûn xuaát nhaèm ñaûm baûo thu hoài ñöôøng vôùi hieäu suaát cao. ¯ Hieän nay, nöôùc ta ñaõ coù nhieàu nhaø maùy ñöôøng nhö Bình Döông, Quaûng Ngaõi, Bieân Hoøa … Nhöng vôùi söï phaùt trieån oà aït cuûa dieän tích mía coäng vôùi coâng ngheä laïc haäu, thieát bò cuõ kó thì khaû naêng ñaùp öùng yeâu caàu treân laø khoù. ¯ Do ñoù vieäc ñoåi môùi coâng ngheä vaø thieát bò laø moät trong nhöõng ñoøi hoûi caáp thieát. Trong ñoù coù thieát bò coâ ñaëc. II. Quaù trình vaø thieát bò coâ ñaëc: 1 Quaù trình coâ ñaëc: 1. Ñònh nghóa: Coâ ñaëc laø phöông phaùp duøng ñeå naâng cao noàng ñoä caùc chaát hoaø tan trong dung dòch hai hay nhieàu caáu töû. Quaù trình coâ ñaëc cuûa dung dòch loûng raén hay loûng loûng coù cheânh leäch nhieät soâi raát cao thöôøng ñöôïc tieán haønh baèng caùch taùch moät phaàn dung moâi (caáu töû deå bay hôi hôn). Ñoù laø caùc quaù trình vaät lyù hoùa lyù. 2. Caùc phöông phaùp coâ ñaëc: • Phöông phaùp nhieät (ñun noùng): dung moâi chuyeån töø traïng thaùi loûng sang traïng thaùi hôi döôùi taùc duïng cuûa nhieät khi aùp suaát rieâng phaàn cuûa noù baèng aùp suaát taùc duïng leân maët thoaùng chaát loûng. • Phöông phaùp laïnh: khi haï thaáp nhieät ñoä ñeán moät möùc naøo ñoù thì moät caáu töû seõ taùch ra daïng tinh theå ñôn chaát tinh khieát, thöôøng laø keát tinh dung moâi ñeå taêngnoàng ñoä chaát tan.Tuøy tính chaát caáu töû vaø aùp suaát beân ngoaøi taùc duïng leân maët thoaùng maø quaù trình keát tinh ñoù xaûy ra ôû nhieät ñoä cao hay thaáp vaø ñoâi khi phaûi duøng ñeán maùy laïnh. 3. Baûn chaát cuûa söï coâ ñaëc do nhieät: Döïa theo thuyeát ñoäng hoïc phaân töû: • Ñeå taïo thaønh hôi (traïng thaùi töï do) thì toác ñoä chuyeån ñoäng vì nhieät cuûa caùc phaân töû chaát loûng gaàn maët thoaùng lôùn hôn toác ñoä giôùi haïn. Phaân töû khi bay hôi seõ thu nhieät ñeå khaéc phuïc löïc lieân keát ôû traïng thaùi loûng vaø trôû löïc beân ngoaøi. Do ñoù, ta caàn cung caáp nhieät ñeå caùc phaàn töû ñuû naêng löôïng thöïc hieän quaù trình naøy. • Beân caïnh ñoù, söï bay hôi chuû yeáu laø do caùc boït khí hình thaønh trong quaù trình caáp nhieät vaø chuyeån ñoäng lieân tuïc, do cheânh leäch khoái löôïng rieâng caùc phaàn töû ôû treân beà maët vaø döôùi ñaùy taïo neân söï tuaàn hoaøn töï nhieân trong noài coâ ñaëc. Taùch khoâng khí vaø laéng keo (protit) khi ñun sô boä seõ ngaên chaën ñöôïc söï taïo boït khi coâ ñaëc. 4. ÖÙng duïng cuûa söï coâ ñaëc: Duøng trong saûn xuaát thöïc phaåm: dung dòch ñöôøng, mì chính,caùc dung dòch nöôùc traùi caây… Duøng trong saûn xuaát hoùa chaát: NaOH, NaCl, CaCl2, caùc muoái voâ cô … 5. Ñaùnh giaù khaû naêng phaùt trieån cuûa söï coâ ñaëc: Hieän nay, phaàn lôùn caùc nhaø maùy saûn xuaát hoaù chaát, thöïc phaåm ñeàu söû duïng thieát bò coâ ñaëc nhö moät thieát bò höõu hieäu ñeå ñaït noàng ñoä saûn phaåm mong muoán. Maëc duø chæ laø moät hoaït ñoäng giaùn tieáp nhöng raát caàn thieát vaø gaén lieàn vôùi söï toàn taïi cuûa nhaø maùy. Cuøng vôùi söï phaùt trieån cuûa nhaø maùy thì vieäc caûi thieän hieäu quaû cuûa thieát bò coâ ñaëc laø moät taát yeáu. Noù ñoøi hoûi phaûi coù nhöõng thieát bò hieän ñaïi, ñaûm baûo an toaøn vaø hieäu suaát cao. Ñöa ñeán yeâu caàu ngöôøi kyõ sö phaûi coù kieán thöùc chaéc chaén hôn vaø ña daïng hôn, chuû ñoäng khaùm phaù caùc nguyeân lyù môùi cuûa thieát bò coâ ñaëc. 2 Thieát bò coâ ñaëc: 1. Theo caáu taïo: Nhoùm 1: dung dòch ñoái löu töï nhieân (tuaàn hoaøn töï nhieân) duøng coâ ñaëc dung dòch khaù loaõng, ñoä nhôùt thaáp, ñaûm baûo söï tuaàn hoaøn deå daøng qua beà maët truyeàn nhieät. Goàm: Coù buoàng ñoát trong (ñoàng truïc buoàng boác), coù theå coù oáng tuaàn hoaøn trong hoaëc ngoaøi. Coù buoàng ñoát ngoaøi ( khoâng ñoàng truïc buoàng boác). Nhoùm 2: dung dòch ñoái löu cöôõng böùc, duøng bôm ñeå taïo vaän toác dung dòch töø 1,5 3,5 ms taïi beà maët truyeàn nhieät. Coù öu ñieåm: taêng cöôøng heä soá truyeàn nhieät, duøng cho dung dòch ñaëc seät, ñoä nhôùt cao, giaûm baùm caën, keát tinh treân beà maët truyeàn nhieät. Goàm: Coù buoàng ñoát trong, oáng tuaàn hoaøn ngoaøi. Coù buoàng ñoát ngoaøi, oáng tuaàn hoaøn ngoaøi. Nhoùm 3: dung dòch chaûy thaønh maøng moûng,chaûy moät laàn traùnh tieáp xuùc nhieät laâu laøm bieán chaát saûn phaåm. Ñaëc bieät thích hôïp cho caùc dung dòch thöïc phaåm nhö dung dòch nöôùc traùi caây,hoa quaû eùp…Goàm: Maøng dung dòch chaûy ngöôïc, coù buoàng ñoát trong hay ngoaøi: dung dòch soâi taïo boït khoù vôõ. Maøng dung dòch chaûy xuoâi, coù buoàng ñoát trong hay ngoaøi: dung dòch soâi ít taïo boït vaø boït deã vôõ. 2. Theo phöông phaùp thöïc hieän quaù trình: Coâ ñaëc aùp suaát thöôøng (thieát bò hôû): coù nhieät ñoä soâi, aùp suaát khoâng ñoåi. Thöôøng duøng coâ ñaëc dung dòch lieân tuïc ñeå giöõ möùc dung dòch coá ñònh ñeå ñaït naêng suaát cöïc ñaïi vaø thôøi gian coâ ñaëc laø ngaén nhaát.Tuy nhieân, noàng ñoä dung dòch ñaït ñöôïc laø khoâng cao. Coâ ñaëc aùp suaát chaân khoâng: Dung dòch coù nhieät ñoä soâi döôùi 100oC, aùp suaát chaân khoâng. Dung dòch tuaàn hoaøn toát, ít taïo caën, söï bay hôi nöôùc lieân tuïc. Coâ ñaëc nhieàu noài: Muïc ñích chính laø tieát kieäm hôi ñoát. Soá noài khoâng neân lôùn quaù vì seõ laøm giaûm hieäu quaû tieát kieäm hôi. Coù theå coâ chaân khoâng, coâ aùp löïc hay phoái hôïp caû hai phöông phaùp. Ñaëc bieät coù theå söû duïng hôi thöù cho muïc ñích khaùc ñeå naâng cao hieäu quaû kinh teá. Coâ ñaëc lieân tuïc: Cho keát quaû toát hôn coâ ñaëc giaùn ñoaïn. Coù theå aùp duïng ñieàu khieån töï ñoäng, nhöng chöa coù caûm bieán tin caäy. III. Nhieäm vuï cuûa ñoà aùn: Thieát keá heä thoáng coâ ñaëc ñöôøng mía 2 noài lieân tuïc . Choïn thieát bò loaïi oáng chuøm thaúng ñöùng ,coù buoàng ñoát trong ,tuaàn hoaøn töï nhieân. Chöông 2: THUYEÁT MINH QUI TRÌNH COÂNG NGHEÄ I. NGUYEÂN TAÉC HOAÏT ÑOÄNG CUÛA HEÄ THOÁNG COÂ ÑAËC: Dung dòch töø beå chöùa nguyeân lieäu ñöôïc bôm leân boàn cao vò, töø boàn cao vò dung dòch chaûy xuoáng qua thieát bò gia nhieät vaø ñöôïc gia nhieät ñeán nhieät ñoä soâi öùng vôùi aùp suaát laøm vieäc cuûa noài I. Dung dòch sau ñoù ñöôïc ñöa vaøo noài I. Do coù söï cheânh leäch aùp suaát giöõa noài I vaø noài II neân dung dòch tieáp tuïc chaûy qua noài II roài ñöôïc bôm huùt ra roài chuyeån vaøo beå chöùa saûn phaåm. Hôi thöù trong noài I duøng laøm hôi ñoát noài II ñeå taän duïng nhieät. Hôi thöù noài II seõ ñöôïc ñöa qua thieát bò ngöng tuï baromet vaø ñöôïc chaân khoâng huùt ra ngoaøi. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa noài coâ ñaëc : phaàn döôùi cuûa thieát bò laø buoàng ñoát goàm coù caùc oáng truyeàn nhieät vaø moät oáng tuaàn hoaøn trung taâm. Dung dòch ñi trong oáng, hôi ñoát seõ ñi trong khoaûng khoâng gian phía ngoaøi oáng. Nguyeân taéc hoaït ñoäng cuûa oáng tuaàn hoaøn trung taâm laø : do oáng tuaàn hoaøn coù ñöôøng kính lôùn hôn raát nhieàu so vôùi caùc oáng truyeàn nhieät do ñoù heä soá truyeàn nhieät nhoû, dung dòch seõ soâi ít hôn so vôùi dung dòch trong oáng truyeàn nhieät. Khi soâi dung dòch seõ coù ds = 0.5 dd do ñoù seõ taïo aùp löïc ñaåy dung dòch töø trong oáng tuaàn hoaøn sang oáng truyeàn nhieät. Keát quaû laø taïo moät doøng chuyeån ñoäng tuaàn hoaøn trong thieát bò. Ñeå oáng tuaàn hoaøn trung taâm hoaït ñoäng coù hieäu quaû dung dòch chæ neân cho vaøo khoaûng 0,4 – 0,7 chieàu cao oáng truyeàn nhieät. Phaàn phía treân thieát bò laø buoàng boác ñeå taùch hôi ra khoûi dung dòch, trong buoàng boác coøn coù boä phaän taùch boït ñeå taùch nhöõng gioït loûng ra khoûi hôi thöù. II.THUYEÁT MINH QUY TRÌNH COÂNG NGHEÄ: Nguyeân lieäu ñaàu tieân laø nöôùc mía ñaõ ñöôïc laøm saïch coù noàng ñoä 8% khoái löôïng ôû 30oC ñöôïc bôm töø boàn chöùa vaøo thieát bò gia nhieät vôùi naêng suaát 1,5 taánh. Taïi ñaây, dung dòch ñöôïc ñun noùng baèng hôi ñoát coù aùp suaát 3,5 kgcm2 ñeå ñaït nhieät ñoä baèng nhieät ñoä soâi cuûa dung dòch trong noài 1. Sau ñoù dung dòch chaûy tieáp vaøo noài 1. Trong noài 1, dung dòch chaûy thaønh maøng moûng töø treân xuoáng doïc theo beà maët trong caùc oáng truyeàn nhieät , hôi ñoát coù aùp suaát 3,5kgcm2 tuaàn hoaøn töï do beân ngoaøi oáng. Dung dòch ñöôïc boác hôi taïo thaønh 2 doøng: • Dung dòch coù noàng ñoä 10,7% khoái löôïng , nhieät ñoä 105,514oC ñöôïc bôm vaøo noài 2 • Hôi thöù cuûa noài I coù aùp suaát 1.24kgcm2 ñi qua buoàng boác noài 1 ñeå taùch caùc gioït loûng ñi vaøo phía voû cuûa buoàng ñoát noài 2 Töông töï noài 1, dung dòch noài 2 chaûy maøng phía trong oáng truyeàn nhieät, hôi ñoát cuûa noài 2 chính laø hôi thöù cuûa noài 1 ñi ngoaøi oáng. Hai doøng ra khoûi noài 2: • Dung dòch coù noàng ñoä 16% khoái löôïng , nhieät ñoä 60.7oC roài ñöôïc bôm vaøo boàn chöùa saûn phaåm ñeå chuaån bò cung caáp cho coâng ñoaïn tieáp theo . • Hôi thöù cuûa noài 2 coù aùp suaát 0.21 kgcm2 ñöôïc taùch loûng roài ñi vaøo thieát bò ngöng tuï baromet. Nöôùc ngöng töø thieát bò gia nhieät vaø caùc noài coâ ñaëc ôû traïng thaùi loûng soâi ñöôïc thaûi vaøo heä thoáng nöôùc thaûi chung cuûa nhaø maùy . Taïi thieát bò ngöng tuï, hôi thöù noài 2 ñöôïc laøm nguoäi vaø ngöng tuï bôûi doøng nöôùc saïch ôû 30oC laáy töø nguoàn nöôùc chung. Doøng nöôùc ngöng coù nhieät ñoä 39.85oC. Khí khoâng ngöng ñöôïc bôm chaân khoâng huùt sang thieát bò thu hoài nhaèm taùch heát aåm vaø thaûi ra ngoaøi.