SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

20

Hình 3.1. Sơ đồ công nghệ của phương pháp sulfite hóa acid 3.2.1. Điều kiện công nghệ của phương pháp SO2

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

21 Nhằm mục đích:

- Trung hòa nước mía, hạn chế sự chuyển hóa. - Tạo pH đẳng điện  ngưng kết hệ keo. - Ức chế sự phát triển của vi sinh vật.

- Hình thành nhân kết tủa có lợi cho sự tạo thành chất kết tủa.

3.2.1.2. Gia nhiệt lần 1

- Làm mất nước của thể keo ưa nước, tăng nhanh quá trình ngưng kết. - Thúc đẩy phản ứng hóa học cho quá trình hấp thụ SO2 sau đó.

- Nhiệt độ cao  độ hòa tan của muối trong dung dịch nước mía giảm, sự kết tủa CaSO3, Ca3(PO4)2 hoàn toàn.

- Nếu nhiệt độ quá cao làm giảm sự hấp thụ SO2 vào nước mía, ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch.

3.2.1.3. Thông SO2 lần 1

- Tạo một phần kết tủa CaSO3 hấp phụ tạp chất phi đường. - Tẩy màu một phần nước mía.

- Tạo pH đẳng điện vùng acid để ngưng kết các chất keo có điểm đẳng điện thấp

3.2.1.4. Trung hóa nước mía

- Để giảm sự chuyển hóa đường khi đưa nước mía sang gia nhiệt 2 - Tạo nhiều kết tủa CaSO3

3.2.1.5. Tác dụng của gia nhiệt 2

- Tiếp tục làm ngưng kết hệ keo.

- Nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm  tốc độ lắng tăng.

- Nhiệt độ tăng, độ hòa tan CaSO3 giảm  kết tủa càng hoàn toàn.

3.2.1.6. Lắng & lọc

Trích các tạp chất phi đường đã kết tủa hoặc hấp phụ vào kết tủa ra khỏi dung dịch nước mía để tăng độ thuần khiết AP  từ đó tăng  tổng thu hồi giảm tổn thất.

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

22

3.2.1.7. Gia nhiệt 3

Sau lắng lọc nhiệt độ dung dịch giảm do đó cần gia nhiệt để giúp cho quá trình bốc hơi được an toàn, nâng cao hiệu quả bốc hơi (trợ giúp cho quá trình cô đặc).

3.2.1.8. Cô đặc

- Nồng độ nước mía từ 13 – 15 Bx đến 55 – 60 Bx tạo điều kiện cho nấu đường dễ dàng.

- Cung cấp hơi thứ cho gia nhiệt và nấu đường.

3.2.1.9. Thông SO2 lần hai

- Khử chất màu thành chất không màu.

- Giảm độ nhớt của mật chè (nước mía sau bốc hơi)  có lợi cho kết tinh đường.

3.2.2. Những điều cần lưu ý khi đốt lưu huỳnh 3.2.2.1. Thành phần tạp chất trong lưu huỳnh 3.2.2.1. Thành phần tạp chất trong lưu huỳnh

- Asen khi đốt  AS O2 3 là chất độc tồn tại trong thành phẩm  mật cuối.

- Hắc ín: Do tỉ trọng giảm  nổi lên trên bề mặt  trở ngại cho sự tiếp xúc S và O2 của không khí (cản trở sự cháy).

- Tính chất của lưu huỳnh cần đảm bảo như sau:

Nước Tro Hắc ín As Chất không

cháy

1% 0,1% 0,1% 0,05% 1%

Nguồn: Lý thuyết công nghệ sản xuất đường, Nguyễn Hữu Quyền, ĐH CNTP, 2010

3.2.2.2. Điều chế SO2

Bằng cách đốt lưu huỳnh, nhiệt độ nóng chảy của lưu huỳnh là 2500C. Phản ứng cháy như sau:

2 2 2

SO O SO Q (1kg S tỏa ra 22,7 Kcal). 32 32 64

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

23

Từ phương trình phản ứng công thức trên thấy rằng: 1kg S cần 1 kg O2. Nếu trong không khí óc 23,1% oxy thì lượng không khí cần đốt lưu huỳnh là: 100 4,3

23,1 lần. Cường độ lưu huỳnh: (mức độ xông SO2)

- Được xác định thông qua trị số pH.

- Các nhà máy thường dùng phương pháp chuẩn độ để xác định cường độ SO2 là số ml NaOH có nồng độ 1

28N (hoặc số ml Iode có nồng độ 1

32N ) để chuẩn độ 10ml dung dịch đã thông SO2.

Chú ý:

Nếu thông SO2 quá lượng sẽ dẫn đến các tác hại sau: - Giảm pH gây chuyển hóa đường.

- Tăng lượng vôi dùng tức là tăng thêm tạp chất. - Hao tốn lưu huỳnh

- Chuyển CaSO3 thành CaHSO3 hòa tan.

3.2.2.3. Sự có mặt của nước khi đốt S

Khi đốt lưu huỳnh nếu có nước tồn tại: 2 oxyhoa 3 SO SO

3 2 2 4

SO H OH SO

- Ăn mòn kim loại.

- Kết hợp với CaO sinh ra chất kết tủa, đóng cặn trong thiết bị bốc hơi Do đó cần làm khô không khí trước khi đưa vào đốt lưu huỳnh. - Nếu đốt S ở 0 0

440

t C C  S: thăng hoa. - Nếu nâng nhiệt độ khí SO2 lên 0

1200 C thì SO2 bị phân ly: SO2  S O2

3.2.3. Ưu nhược điểm Ưu điểm: Ưu điểm:

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

24 - Lượng tiêu hao Ca OH( )2 ; SO2 tương đối ít. - Lưu trình tương đối đơn giản, vốn đầu tư ít. - Sản xuất đường trắng.

- Tốc độ lắng lớn.

- Đường non ít dẻo hơn (so với vôi hóa), giảm CS ly tâm. - Rút ngắn thời gian nấu, dễ kết tinh.

Nhược điểm:

- Hiệu quả làm sạch không ổn định.

- Hàm lượng muối canxi hòa tan nhiều  sinh hiện tương đóng cặn. - Chất lượng đường không đảm bảo về màu sắc.

- Hàm lượng tro trong đường lớn.

3.2.4. Xử lý nước mía khó làm sạch theo phương pháp SO2 3.2.4.1. Nguyên nhân nước mía khó làm sạch 3.2.4.1. Nguyên nhân nước mía khó làm sạch

a) Do bản thân cây mía

Trong quá trình trồng trọt do điều kiện đất đai, chăm bón (kỹ thuật canh tác), thời tiết (bão lụt) không bảo đảm làm phẩm chất mía xấu. Trong nước mía có nhiều keo khó loại trừ và hàm lượng P O2 5 giảm (lượng kết tủa Ca PO3( 4 2) nhỏ), nước mía khó làm sạch.

b) Do quá trình chế biến

Dưới tác dụng của nhiệt độ, pH, áp lực ép mía: thủy phân vụn mía, caramen, phân giải RS ( màu, acid), tăng hàm lượng keo.

c) Phương pháp xử lý

Cho vôi sơ bộ:

Vì nước mía khó làm sạch, có pH thấp do đó cho vôi sơ bộ chủ yếu để ngưng kết keo, giảm chuyển hóa đường. (trung hòa).

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

25 Có tác dụng:

- Ngưng kết các thể keo ưa nước (do mất lớp vỏ bọc bao bên ngoài). - Giảm độ nhớt.

Cho nước mía hỗn hợp Na CO2 3 để trung hòa acid acetic (nước mía khó làm sạch có hàm lượng acetic cao):

2 3 2 3 3 3 2 2

Na CO  CH COOH  CH COONaH O CO 

Nâng cao cường độ thông SO2 đồng thời cho thêm P O2 5 dưới dạng Ca H PO( 2 4 2)

tăng kết tủa Ca PO3( 4 2) và tạo CaSO3 có khả năng hấp phụ.

Thêm chất trợ lọc Diatomid hoặc Separan để tăng hiệu quả lắng lọc.

3.3. CÁC CÔNG ĐOẠN CHÍNH TRONG KỸ THUẬT LÀM SẠCH NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID BẰNG PHƯƠNG PHÁP SULFITE HÓA ACID

3.3.1. Gia vôi

Trong nước mía có chứa không ít axit hữu cơ và một số loại axit vô cơ như photphoric, các loại axit này làm cho nước mía hỗn hợp có tính axit yếu, thường thì nằm trong khoảng 4.5 – 6. Các loại axit này sẽ theo nước mía sau khi ép ra, nếu không tiến hành xử lí cho vôi vào nó sẽ làm đường saccharose chuyển hóa làm tổn thất đường.

Một số tác dụng của việc gia vôi:

Trung hòa axit hữu cơ và axit vô cơ:

Sau khi cho vôi vào trong nước mía hỗn hợp có thể làm trung hòa các axit hữu cơ và axit photphoric đê tạo thành các muối: photphat canxi. Oxalate canxi, malat canxi…

Trong tất cả các loại muối được tạo thành thì chỉ có photpho canxi lắng tương đối hoàn toàn, còn các muối còn lại lắng không hoàn toàn, nên chỉ khử đi được một phần rất nhỏ.

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

26

Sau khi cho vôi vào 𝐶𝑎2+có trong 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 có tác dụng trao đổi với một số chất vô cơ không đường trong nước mía tạo nên chất lắng muối không tan.

2𝐾3𝑃𝑂4+ 3𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 → 𝐶𝑎3(𝑃𝑂4)2 ↓ + 6𝐾𝑂𝐻

𝐾2𝑆𝑂4+ 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 → 𝐶𝑎𝑆𝑂4 ↓ + 2𝐾𝑂𝐻

𝑀𝑔𝐶𝑙2 + 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 → 𝐶𝑎𝐶𝑙2 + 𝑀𝑔(𝑂𝐻)2 ↓

Tác dụng điểm đẳng điện:

Gia vối chính là ứng dụng nguyên lí này để khống chế độ axit, làm cho một số chất keo trong nước mía kết vón lại tại điểm đẳng điện hoặc tiếp cận điểm đẳng điện.

Lúc này ta lại gia nhiệt với tốc độ chậm đến một nhiệt độ thích hợp nhát định thì chất keo kết vón càng ổn định, sau đó cho dù có làm cho độ axit của nước mía biếng động thì các chất keo kết vón cũng không phân tán trở lại. Như vậy có mới có thể làm cho các chất keo trong nước mía tách ra, và hộ trở trong việc làm sạch nước mía.

Tác dụng chống hỏng:

Trong nước mía có chứa nhiều vi sinh vật, nếu không xử lí kịp thời sẽ dẫn đến phá hủy đường saccharose, sau khi gia vôi các ion canxi có tác dụng với chất nguyên sinh của một số vi khuẩn tạo thành chất anbuminat canxi sẽ kiềm chế vi sinh vật phát triển, tránh cho nước mía bị hỏng.

3.3.1.1. Thiết bị

Hầu hết hiện nay các nhà máy đường làm sạch nước mía sử dụng phương pháp sunfit hóa, vị trí gia vôi về cơ bản đều nằm cạnh máng nước hỗn hợp của của phân sưởng ép mía. Vị trí cụ thể phải đặc trước chỗ cân nước mía và sau ống lấy mẫu nước mía hỗn hợp.

Mục đích để chống hư hỏng sớm, đồng thời không ảnh hưởng đến độ chuẩn xác của mẫu nước mía hỗn hợp.

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

27

Vì cho lượng vôi gia vào trước khi cân nước mía, cho nên số lượng nhũ vôi trừ đi lượng nước mía hỗn hợp, do đó thiết bị gia vôi ngoài một cái bể chứa tương đối lớn, thùng nhũ vôi trực tiếp đổ vào nước mía cần có 2 thùng chứa nhỏ có vạch dấu dung tích.

Hình 3.2. Thiết bị gia vôi

1. ống dẫn nhũ vôi từ thùng nhũ hóa vôi tới 2. Thùng nhỏ định lượng vôi cho vào 3. vạch khắc thùng gia vôi định lượng 4. Van gia vôi

5. Van vôi đến

6. nhũ vôi nhận từ thùng trộn tới

Hai thùng chứa nước nhũ vôi nhỏ này liên tục thay đưa vôi đưa vào trong nước mía hỗn hợp để gia vôi, một mặt làm cho độ axit phù hợp yêu cầu quy định ngoài ra còn có thể ghi lại số lượng nhũ vôi mỗi ca đã cho vào.

3.3.2. Gia nhiệt 1 1 2 3 5 4 5 4 5 5

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

28

3.3.2.1. Tác dụng

Sự kết vón của chất keo:

Chất keo trong nước mía không kể thông qua điểm đẳng điện, kết vón hoặc là thông qua tác dụng hấp thụ hút vào bề mặt chất lắng, chẳng qua điều là làm thay đổi từ trạng thái nổi lơ lững thành trạng thái kết vón, không phân tan mà thôi.Đó chính là một hiện tượng biến đổi vật lí, còn tính chất hóa học của bản than hạt chất keo hề biến đổi, vì thế trong tình huống này nếu thay đổi ngay lặp tức chỉ số pH của nước mía thì các hạt của trạng thái kết vón sẽ quay lại ngay trạng thái chất keo phân tán ban đầu. Nhưng chất keo nếu sau khi chiệu nhiệt và đông cứng lại, là do phát sinh tác dụng mất nước tạo nên, thì cho dù chỉ số pH có biến động bộ phận chất keo đã bị đông cứng thì không trở lại chất keo ỏ trạng thái phân tán nữa. Vì vậy để khử sạch chất keo trong nước mía thì phải gia nhiệt (đun nóng) là môt cách làm không thể thiếu được. Đối với chất albumin với điều kiện trị số axit của nước mía ban đầu thì gia nhiệt đến khoảng 800C trở lên lên sẽ ngưng kết tương đối hoàn toàn. Nhưng đối với một số chất keo loại pentoza càn gia nhiệt đến 1000C mới bắt đầu đông cứng. Đặc điểm có một số chất keo của chất hữu cơ chứa sillic thì cần phải gia nhiệt đến 104 – 1050C mới bắt đầu đông cứng. Tuy nhiên phải nhiệt độ gia nhiệt cũng không thể nâng cao vô hạn được, bởi vì nhiệt độ quá cao ( 1050C trở lên) đôi khi còn làm cho một số chất keo có tính nghịch đã đông cứng sẽ chuyển hóa sang ngướng nghịch nghĩa là sẽ quay lại trạng thái keo, kết quả là sẽ làm cho nước mía vảy đục, để lắng xả chất lắng sẽ gặp khó khăn.

Tác dụng thoát nước của chất lắng:

Một số chất lắng thường tồn tại dưới dạng nước sau khi gia nhiệt có làm cho nó thoát nước, gia nhiệt đến điểm sôi của nó thì sẽ thoát nước hoàn toàn. Ví dụ như chất lắng chính tạo thành từ phương pháp sunfit hóa – sunfit canxi, với điều kiện tính kiềm thì tạo thanh tương đối hoàn toàn, nhưng với điều kiện này thường tồn tại dưới dạng nước, khi gia nhiệt đến độ sôi sunfit canxi sẽ bị thoát nước ngay và biến thành chất lắng tương đối rắn chắc có lợi cho phân ly chất lắng.

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

29

Gia nhiệt có tác dụng sát trùng, có thể giết chết các vi sinh vật lẫn trong nước mía, cản trở sự lên men gây tổn thất hàm lượng đường. Nhiệt độ thích hợp để vi sinh vật nảy nở 10 – 400C, khi nhiệt độ lên 410C thì vi sinh vất bắt đầu hoạt động yếu dần. Khi nhiệt độ lên đến 610C thì hoạt động của chất men và phần lớn các vi sinh chieuf nhiệt cũng sẽ dừng. Khi nhiệt độ lên đến 700C thì hầu như các vi sinh vật đều bị kiềm chế. Khi nhiệt độ lên đến 810C thì hoạt động của tất cả mọi sinh vật đều dừng hẳn. Cho nên nước mía gia nhiệt là có lợi cho việc ngăn chặc vi sinh vật lên men, giảm bớt tổn thất.

3.3.2.2 Nhiệt độ gia nhiệt

Việc sử lý nhiệt rất có ảnh hưởng đến việc làm sạch nước mía (đã giới thiệu ở trên) tuy nhiên nhiệt độ quá cao thì đường hoàng nguyên trong nước mía có tính kiềm sẽ bị phá hủy mà tạo tành tạp chất không đường có hại. Trong nước mía có tính axit ở nhiệt độ cao thì tạo nên sự chuyển hóa đường saccharose là tăng tổn thất đường, đồng thời nhiệt độ cao sự hấp thụ SO2 cũng không có lợi. Do đó để giải quyết vất đê mâu thuẫn của nhiệt độ thì thường dùng phương pháp gia nhiệt nhiều lần ( thường 2 lần).

- Gia nhiệt lần I.

Nhiệt độ thường 55 – 700C Mục đích:

 Kiềm chế lượng vi sinh vật tăng trưởng.

 Ngưng tụ so bộ các chất keo mà không hoàn nguyên hoặc phân giải hàm lượng saccharose và không ảnh hưởng lớn tới sự hấp thu khí SO2.

- Gia nhiệt lần II.

Nhiệt độ thường 98 – 1050C ( gia nhiệt lần 2 sau khi trung hòa nước mía) Mục đích;

 Chất keo tách nước ngưng tụ tốt hơn.

 Nhiệt độ cao làm độ nhớt giảm các hạt chất kết tủa vừa chắc vừa dễ lắng.

Ở nhiệt độ cao này sunfit canxi sẽ kết tủa hoàn toàn hơn, muối canxi trong nước giảm.

Chương 3. Phương pháp Sulfite hóa acid GVHD: ThS Nguyễn Hữu Quyền

30

Nhà máy đường sử dụng làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa, tùy từng nhà máy theo yêu cầu công nghệ mà sẽ gia nhiệt nước mía đến những nhiệt độ khác nhau. Nguồn nhiệt gia nhiệt phần nhiều dùng hơi thải hoặc hơi của nước mía. Phương thức gia nhiệt về cơ bản là gia nhiệt gián tiếp.

Các thiết bị gia nhiệt có các loại: loại bọc, loại ống xoắn, loại ống dãy. Trong đó loại ống dãy đa trình thường được các nhà máy đường sử dụng phổ biến nhất.

Điều kiện của bộ gia nhiệt:

- Trong một dung tích nhất định có thể sắp đặt các ống có diện tích gia nhiệt lớn nhất. - Trong bộ gia nhiệt nước mía có có thể cho phép tốc độ chảy lớn nhất.

- Có thể tháo xả nước khí ngưng và hơi nước không ngưng tụ thuận lợi. - Kết cấu tương đối đơn giản, dễ rữa sạch và bảo hành sữa chữa.