CHƯƠNG 3: NGUYÍN LÝ LĂM SẠCH NƯỚC MÍA
http://www.ebook.edu.vn
1. Nước mía:
Nước mía thu được từ khđu ĩp gọi lă nước mía hổn hợp. Thông thường nước mía hổn hợp chứa từ 13% đến 15% chất tan. Ngoăi đường sacarôza, trong nước mía còn những chất không đường có tính chất hóa lý khâc nhau.
Xĩt về thănh phần hóa học: Nước mía gồm : Nước
Chất khô - đường
- chất không đường Thănh phần hóa học:
+ Nước 77-88%
+ Chất khô: - Đường sacarôza: 8-21% - Đường khử : 0,3-3%
- Tạp chất hữu cơ: 0,5-1% - Tạp chất vô cơ: 0,2-0,8% Ngoăi ra còn đất, cât, VSV...
Thănh phần tạp chất có trong nước mía hổn hợp được phđn loại như sau: Axít hữu cơ 13%
Carbonhydrate 10%
Hợp chất vô cơ có ni tơ 34% Câc chất mău sắc tố 17% Sâp mía 17%
Muối vô cơ 7% Silic 2%
Tổng cộng 100%
2. Anh hưởng của câc tạp chất (chất dơ)
- Câc acid hữu cơ lăm cho đường sacarôza chuyển hóa
- Câc huyền phù lơ lửng lăm nước mía đục, khó lọc khó kết tinh. - Câc sắc tố (chất mău) lăm giảm phẩm chất đường.
- Câc chất dơ khâc nhất lă muối vô cơ gđy trở ngại cho quâ trình kết tinh, tạo ra nhiều mật cặn vă thu hồi thấp.
Câc tạp chất nói trín tuy số lượng không nhiều lắm nhưng có ảnh hưởng xấu đến mọi giai đoạn chế biến: lọc, phđn mật, vă kết tinh đường khó khăn, lăm nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu quả tẩy mău vă góp phần lăm tăng tổn thất đường trong mật cuối. Ngoăi ra còn có bê nhuyễn khi đun nóng chúng kết tụ lại . Do đó cần phải loại tất cả câc chất không đường ra khỏi nước mía căng nhiều căng tốt.
3. Mục đích của việc lăm trong, lăm sạch nước mía:
- Trung hòa acid trong nước mía hổn hợp để hạn chế đường sacarôza chuyển hóa .
- Loại tối đa câc chất không đường ra khỏi nước mía hổn hợp đặc biệt câc chất có hoạt tính bề mặt vă chất keo để nđng cao hiệu suất thu hồi đường.
- Loại bỏ những chất rắn dạng lơ lửng câc chất mău để nđng cao phẩm chất đường thănh phẩm.
II. NGUYÍN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỆC LĂM SẠCH NƯỚC MÍA
Nguyín lý cơ bản của lăm sạch nước mía dựa trín câc cơ sở sau:
- Dùng phản ứng hóa học để kết tủa câc tạp chất hoặc lợi dụng tâc dụng hấp phụ, kĩo theo câc chất bẩn khâc của câc chất kết tủa hay có thể lăm ngưng kết câc thể keo trong nước mía để câc chất đó nằm ở trạng thâi rắn hay có tỉ trọng khâc với nước miâ rồi sau năy loại đi bằng câch lắng, lọc ...
http://www.ebook.edu.vn
- Dùng câc dụng cụ thiết bị thích hợp để hóa chế vă tâch rời câc tạp chất ra khỏi nước mía như thiết bị lắng, lọc, thiết bị gia vôi, sunphít hoâ,(carbonat hoâ, phosphat hoâ), gia nhiệt ...
III. TÂC DỤNG CỦA CÂC YẾU TỐ ĐẾN QUÂ TRÌNH LĂM TRONG SẠCH NƯỚC
MÍA (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
1. Tâc dụng của pH :
a. Ngưng kết chất keo:
Trong nước mía có nhiều tạp chất tồn tại dưới dạng keo, phần lớn lă keo thuận nghịch, một phần keo không thuận nghịch, keo ưa nước vă keo không ưa nước vă hầu hết câc keo đó mang điện đm (-). Câc chất mău cũng tồn tại dưới dạng keo, do đó loại trừ được keo thì loại trừ được câc sắc tố. Để keo tụ câc chất keo, trong sản xuất đường thường lợi dụng tâc dụng của điểm đẳng điện, có thể giải thích sơ qua tâc dụng keo tụ của keo bằng tâc dụng đẳng điện như sau: - Trong dung dịch keo có khả năng hấp phụ câc ion lưỡng cực của nước tạo thănh vỏ hydrat
bền vững vă nó tồn tại trong dung dịch. Ở dạng năy keo không hút nhau vă không kết tủa. Nhưng nếu cho văo dung dịch một chất điện ly, nó phđn ly thănh ion kết hợp với ion keo đưa keo đến trạng thâi trung hoă điện chúng hút nhau vă cùng kết tủa xuống. Như vậy cho chất điện ly văo tức lă thay đổi pH của dung dịch, giâ trị pH mă tại đó hệ keo ngưng kết gọi lă pH đẳng điện
- Đối với mỗi loại keo thì trị số của điểm đẳng điện khâc nhau, song cũng tuỳ từng loại mía, khí hậu vă câch canh tâc mă chúng khâc nhau. Trong kỹ nghệ sản xuất đường lợi dụng câc điểm đẳng điện đó bằng câch khống chế câc điều kiện kỹ thuật để có pH thích hợp. Căn cứ văo kết quả nghiín cứu của câc nhă khoa học thì trong nước mía có hai điểm pH lăm ngưng tụ chất keo:
+ pH trín dưới 7 lă điểm đẳng điện của nhiều loại keo trong nước mía.
+ pH =11 lă điểm ngưng kết của prôtíin trong môi trường kiềm mạnh. Điểm năy không gọi lă điểm đẳng điện, vì lúc đó trong nước mía có đường saccaroza vă hăm lượng vôi nhiều sẽ hạo thănh hợp chất có tính hấp phụ prôtíin tạo thănh chất kết tủa.
- Những yếu tố ảnh hưởng đến điểm đẳng điện:
+ Thời gian: rất quan trọng; thời gian ngừng lại của điểm đẳng điện căng dăi thì tâc dụng keo tụ của keo căng hoăn toăn.
+ Nhiệt độ: tăng nhiệt độ thích đâng có thể xúc tiến quâ trình keo tụ của chất dơ, vì nhiệt độ cao sự va chạm phđn tử lớn nín keo tụ tốt. Mặt khâc nhiệt độ tăng măng hydrat hoâ bị phâ vỡ keo dễ kết tủa.
b. Lăm chuyển hoâ đường saccaroza :
- Trong môi trường acid đường saccaroza bị chuyển hoâ tạo thănh glucoza vă fructoza C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6
+66,5o + 52,8o - 92,8o
.
- Tốc độ chuyển hoâ của phản ứng trín phụ thuộc văo nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ vă thời gian:
- Trong sản xuất việc chuyển hoâ đường saccaroza lă một điều bất lợi bởi vì không những gđy tổn thất đường mă còn lăm giảm độ tinh khiết của mật chỉ, tăng dộ nhớt, gđy khó khăn cho việc kết tinh đường.
c. Lăm phđn giải đường saccaroza:
- Trong môi trường kiềm , dưới tâc dụng của nhiệt saccaroza bị phđn huỷ. Sản phẩm phđn huỷ của saccaroza rất phức tạp: fucfurol, 5- hydrômítyl fucfurol, mítylglioxan, glixeandehit, dioxiaxeton, acid lactic, acid trioxiglutaric, acid trioxibuteric, acid axetic, acid focmic... vă những sản phẩm đó có thể tiếp tục bị oxi hoâ dưới tâc dụng của oxi không khí.
http://www.ebook.edu.vn
- Phản ứng phđn giải xêy ra căng mạnh ở pH căng cao vă nhiệt độ căng cao.
- Sự phđn giải đường saccaroza trong quâ trình sản xuất lăm tăng tổn thất đường, tăng độ nhớt, độ mău giảm hiệu suất thu hồi đường.
d. Lăm phđn giải đường khử
- Trong nước mía hổn hợp có chừng 0,3-2,4% đường khử. Khi nước mía ở môi trường acid sự tồn tại của đường khử tương đối ổn định. Ở pH =3 đường khử ổn định nhất. Nếu pH của nước mía hay dung dịch đường vượt quâ 7 sẽ phât sinh câc phản ứng phđn huỷ đường khử. Sản phẩm phđn huỷ của đường khử tương tự sản phẩm phđn huỷ của saccaroza.
- Nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng; số lượng sản phẩm tạo thănh phụ thuộc văo thời gian tiến hănh phản ứng. (to< 55oC sản phẩm phđn huỷ không mău, to> 55oC sản phẩm phđn huỷ có nhiều acid hữu cơ vă chất mău).
- Sự phđn giải của đường khử trong quâ trình sản xuất lăm giảm độ tinh khiết của mật chỉ, tăng độ mău, giảm tốc độ kết tinh đường.
e. Tâch loại chất không đường
Ở câc pH khâc nhau có thể loại đuợc câc chất không đường khâc nhau.
- pH =7-10 câc muối vô cơ Al2O3, P2O5, Fe2O3, SiO2, MgO dễ bị loại; trong số đó Al2O3, P2O5, SiO2 bị loại 95% còn MgO vă Fe2O3 chỉ bị loại đến 60%.
- Ở pH = 7 tâch loại được khoảng 50-60% chất keo (pentosan.)
- Khi pH khoảng 5-6, trín 98% prôtíin có thể bị tâch loại, nếu vượt quâ trị số pH đó hiệu quả tâch loại rất thấp. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Khi chọn pH thích hợp để loại chất không đường không nín tâch loại đơn độc từng chất mă phải xĩt một câch toăn diện để tâch loại nhiều chất không đường.
2. Tâc dụng của nhiệt độ:
Nếu khống chế nhiệt tốt sẽ thu được những tâc dụng chính sau: - Có thể loại không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt.
- Tăng nhanh câc quâ trình phản ứng hoâ học, ví dụ sự tạo thănh nhanh chóng vă hoăn toăn kết tủa CaSO3 trong phương phâp sunphít hoâ vă CaCO3 trong phương phâp cabônat hoâ. - Có tâc dụng diệt trùng, đề phòng hiện tượng lín men acid vă sự xđm nhập của VSV văo
nước mía.
- Do nhiệt dộ tăng cao lăm cho tỉ trọng nước mía giảm, đồng thời lăm chất keo ngưng tụ, tăng nhanh tốc độ lắng của những chất kết tủa. Ví dụ ở 82oC anbumin bị ngưng tụ, ở 102-104oC pentosan bị ngưng tụ ...
Nếu khống chế nhiệt độ không tốt thường gặp câc trường hợp không tốt dưới đđy:
- khi nước mía có tính acid (pH =5-5,5) dưới tâc dụng của nhiệt, đường saccaroza bị chuyển hoâ tăng tổn thất đường.
- Nếu thời gian tâc dụng của nhiệt kĩo dăi vă ở nhiệt độ cao thường sinh hiện tượng caramen hoâ ảnh hưởng đến mău sắc của nước mía, lăm nước mía có mău sẫm.
- Trong nước mía hỗn hợp có chứa hăm lượng đường khử nhất định, dưới tâc dụng của nhiệt, đặc biệt ỏ nhiệt độ cao, đường khử bị phđn huỷ tạo ra câc chất mău vă câc acid hữu cơ;
- Đun nóng nước mía có khả năng thúc đẩy sự thuỷ phđn vụn mía, sản sinh chất keo.
Một số mốc nhiệt độ đânh dấu câc công đoạn chuyển hóa của tạp chất: - > 38oC, ở pH kiềm: đường khử bắt đầu phđn hủy.
- > 41oC giảm dần hoạt động của vi khuẩn
- > 55oC: thúc đẩy phđn hủy đường khử sinh chất keo, chất mău vă tạo ra axít hữu cơ. - > 61oC: hoạt động của một số men vă vi khuẩn bị đình chỉ
http://www.ebook.edu.vn
- >81oC: nhiệt độ cao nhất có thể chịu đựng của vi khuẩn có vỏ bọc, toăn bộ vi khuẩn ngừng hoạt động.
- 82oC lă nhiệt độ cần thiết của qúa trình lắng trong, albumin bắt đầu ngưng kết vă thể keo mất tính chất hoên xung do đó mă pH cũng có thể giảm
- 95oC những kết tủa thì rắn chắc lại do sự thoât nước, độ nhớt của nước mía giảm xuống rõ rệt vă tốc độ kết tủa căng nhanh.
- 100oC một phần Ca3PO4 trở thănh muối phôt phat kiềm không tan [Ca(OH)2. Ca3(PO4)2] vă muối phôt phât acid calôit Ca(H2PO4)2 vă acid phôtphoric điện ly (H3PO4 ) vă kết quả lă pH giảm xuống.
- >100oC nước mía bắt đầu sôi, tâc dụng thoât nước nhanh có thể tạo thănh một bộ phận thể keo thuận nghịch do đó ảnh hưởng đến tinh độ của nước chỉ trong.
3. Tâc dụng của vôi:
a. Vôi:
- Vôi lă hoâ chất quan trọng được dùng phổ biến từ những ngăy khởi đầu sản xuất đường. - Vôi lă một chất vô định hình, có độ phđn tân cao, khi hoă tan trong nước có tính keo.
- Độ hoă tan của vôi phụ thuộc văo hăm lượng chất khô trong dung dịch: nồng độ đường saccaroza vă chất không đường. Độ hòa tan của vôi tăng khi nhiệt độ giảm vă nồng độ của đường vă chất không đường tăng