Xử lý nước mía khó làm sạch theo phương pháp SO2- 123docz.net

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

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

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

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

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

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.

Bộ gia nhiệt có vỏ ngoài là hình ống, 2 đầu ống được hàn 2 tắm gắn ống để lắp các ống gia nhiệt, 2 đầu ống lắp trên tấm gắn ống, giữa nắp và tấm gắn ống là buồng phân phối (buồng chung) trong buồng này lắp tấm ngăn nắp xép theo kiểu riêng tạo thành đường thông zíc zắc. Sau khi nước mía đi vào bộ gia nhiệt lần lượt qua các chùm đường ống này.

Trên bộ gia nhiệt có 12 chặng đường đi. Số chặng đường ống là số chẵn, còn bộ gia nhiệt sẽ dựa vào số lượng chặng đường ống tương ứng gọi là bộ gia nhiệt 10 chặng, 12 chặng…

3.3.2.4 Tính toán công nghệ bộ gia nhiệt

Năng lực sản xuất của bộ gia nhiệt ở nhà máy đường dựa vào căn bằng nhiệt để tính. Mà căn bằng nhiệt đươc tính toán thông qua công thức truyền nhiệt.

m W C t    K F t Trong đó:

- W : lượng nước mía gia nhiệt trong mỗi giờ (kg/h) – năng lực sản xuất của bộ gia nhiệt. - C : tỉ nhiệt của nước mía (kCal/kg.0C)

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

- t : nhiệt độ nâng lên của nước mía, có thể xem từ nhiệt độ vào và ra bộ gia nhiệt. - F : diện tích gia nhiệt của bộ gia nhiệt. ( có thể tra trong bảng quy phạm thiết bị)

- ∆𝑡𝑚: độ chênh nhiệt độ bình quân của dòng nóng và lạnh của 2 phía bộ gia nhiệt, và được tính bằng công thức. 1 2 1 2 2, 3log m t t t t t            Trong đó:

- (∆𝑡1 𝑣à ∆𝑡2 biểu thị độ chênh nhiệt độ 2 đầu trao đổi nhiệt).

- K : hệ số truyền nhiệt (kCal/m2.giờ.0C)

Dựa vào công thức ta có thể tính toán được năng lực sản xuất của bộ gia nhiêt hay hệ số truyền nhiệt có thiết bị, từ đó nhận thấy: Nếu các điều kiện khác không đổi năng lực sản xuất của bộ gia nhiệt sẽ tỉ lệ thuận với hệ số truyền nhiệt. Điều này có nghĩa nếu sử dụng thiết bị có kích thước như nhau, điều kiện hơi như nhau, hệ số truyền nhiệt cao thì năng lực sản xuất sẽ cao. Và ngược lại hệ số truyền nhiệt thấp thì năng lực sản xuất thấp.

3.3.3 Thông khí SO2

3.3.3.1 Giai đoạn thông CO2 lần 1

Vị trí xông lưu huỳnh là một vị trí then chốt của quá trình làm sạch bằng phương pháp sunfite hóa ở các nhà máy đường. Bởi vì ở đây cần đưa nước mía gia vôi vốn vẩn đục qua xông lưu huỳnh trung hòa sau khi gia nhiệt sản sinh ra chất lắng đọng dạng hạt. Các chất lắng đọng này có thể hấp thụ một lượng lớn chất keo huyền phù và các tạp chất sắc tố trong nước mía để khử bỏ đi làm cho nguyên công sau đó sẽ có thể phân ly thuận lợi thành nước mía thật sự trong suốt và màu nhạt.

Tất cả các phản ứng acid cùng tác dụng với kiềm để tạo thành muối và nước đều gọi là phản ứng trung hòa. Chất được tạo thành bởi nguyên tử hydro bị nguyên tử kim loại thay thế được gọi là muối. Kiềm dùng trong phản ứng trung hòa trong phương pháp

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

sunfite hóa là nhũ vôi, còn acid dùng ở đây là acid sunfuaro do khí sunfuaro tạo nên. Như vậy thì khí sunfuaro ở nhà máy đường được sản xuất như thế nào? Ở đây, khí sunfuaro ở nhà máy được sản xuất bằng cách đốt lưu huỳnh trong không khí. Khi lưu huỳnh ở nhiệt độ khoảng 3600C thì hơi của nó sẽ hóa hợp với oxi không khí tương đối hoàn toàn để tạo thành khí sunfuaro. Phản ứng của nó như sau:

2 2 2500 /

SO SO  kCal kg

Trị số 2500 kCal/kg biểu thị phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt, có nghĩa là khi đốt chất 1kg lưu huỳnh có thể tỏa ra nhiệt lượng khoảng 2500 kCal, cho nên trong phân xưởng đốt cháy lưu huỳnh, đốt lưu huỳnh không cần gia nhiệt.

3.3.3.2. Giai đoạn thông CO2 lần II

Nước đường sau khi chưng, độ acid của thường vào khoảng trên dưới 7,0. Độ acid như vậy đối với đường saccharose kết tinh không thuận lợi, thông thường cần phải đi qua đường ống xông lưu huỳnh một lần nữa, gọi là xông lưu huỳnh lần 2. Xông lưu huỳnh lần hai có một số tác dụng như sau:

Tác dụng tẩy trắng

Tác dụng tẩy trắng của SO2 chủ yếu là SO2 cùng với chất có màu tạo thành chất cộng hợp không màu. Phản ứng của nó như sau:

2 3 2 3.

H SO  A H SO A

A trong công thức đại biểu cho chất có màu. Đây là do SO2 hoàn nguyên chất có màu thành chất không màu, nhưng một khi bị không khí oxy hóa thì lại hiện màu trở lại, mà chất cộng hợp không màu tạo thành rất không ổn định, rất dễ giải phóng ra SO2. Vì vậy tác dụng tẩy trắng này chỉ có tính tạm thời, cho nên đường trắng do phương pháp sulfite hóa sản xuất ra nếu để thời gian lâu sẽ trở lại màu vàng.

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

Một phần muối canxi hòa tan khi xông lưu huỳnh thêm sẽ tạo thành CaSO3 kết tủa, phản ứng của nó như sau:

2 2 2 3 2

CaB SO H OCaSO  HB

B trong công thức đại diện cho ion âm hữu cơ, vô cơ.

Do muối của canxi sẽ kết tủa khử bớt thêm, do đó cũng giảm bớt độ dính của nước đường, đồng thời nước đường có độ acid trong khoảng 5,6 – 6,0 đối với đường