Ở một số nước đang phát triển như Indonesia, Thái Lan, Ấn Độ, Việt Nam…Việc sản xuất tinh bột sắn được thực hiện với những quy mô khác nhau:
+ Sản xuất quy mô nhỏ ở hộ và liên hộ gia đình + Sản xuất quy mô vừa bằng các thiết bị bán cơ giới + Sản xuất công nghiệp.
2.3.2.1. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình.
Đây là quy mô hộ và liên hộ gia đình có công suất 0,5 - 10 tấn tinh bột/ ngày. Số lượng chiếm 70 - 74% tổng số cơ sở sản xuất tinh bột sắn. Công nghệ thủ công, thiết bị tự tạo hoặc do các cơ sở cơ khí địa phương chế tạo. Hiệu suất thu hồi và chất lượng tinh bột sắn không cao. [13]
a. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình.
Hình 2.2.Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô hộ gia đình [12]
b. Mô tả quy trình.
Củ sắn được bóc vỏ bằng tay sau đó được ngâm, rửa sạch. Tiếp theo chúng được nạo thủ công thành bột nhão trên một bàn nạo, bàn nạo này chỉ là một tấm thiếc hoặc sắt mềm được đục lỗ sao cho có các gờ sắc ở một bên. Sau đó bột nhão được cho vào một tấm vải buộc bốn góc và được rửa bằng cách xối nước trực tiếp. Cuối cùng, xơ được vắt khô còn sữa tinh bột qua lọc được thu hồi và để lắng. Sữa bột được hòa thêm nước để tách các chất hòa tan sau đó để lắng tự nhiên thu tinh
Sắn củ tƣơi Bóc vỏ Nghiền thủ công Lọc tách bã Lắng tách bột Bẻ vụn, phơi khô Sản phẩm Nƣớc Bã sắn Nƣớc thải Nƣớc Vỏ sắn Nƣớc thải Nƣớc Nƣớc Ngâm rửa Nƣớc Nƣớc thải
bột. Tinh bột trông củ sắn tươi dễ lắng, sau khoảng 8÷10 giờ hạt tinh bột có thể lắng hoàn toàn. Khi các hạt tinh bột đã lắng người ta gạn bỏ phần nước bên trên. Ở phần tinh bột đã lắng, lớp trên cùng có mầu trắng xám chứa xơ mịn, một số chất không hòa tan được gọi là bột đen. Bột đen được tách riêng, tinh bột thu được có màu trắng sáng, đồng nhất là bột có chất lượng cao. Tinh bột ẩm được bẻ vụn và phơi khô. Ở một số nơi, sữa bột được vắt để loại bỏ nước qua một tấm vải dày hoặc được treo qua đêm để loại bỏ nước nhờ vào trọng lực, sau đó bột ẩm được phơi khô tự nhiên. Quy trình đơn giản này được sử dụng nhiều ở vùng nông thôn tại các nước trong khu vực nhiệt đới.
2.3.2.2. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô vừa bằng các thiết bị bán cơ giới.
Công nghệ này được áp dụng ở các doanh nghiệp có công suất dưới 50 tấn tinh bột sản phẩm/ ngày. Số lượng chiếm 16- 20% tổng số cơ sở sản xuất tinh bột sắn. Đa phần các cơ sở đều sử dụng thiết bị chế tạo trong nước nhưng có khả năng hoạt động ổn định và chất lượng sản phẩm không thua kém các cơ sở nhập thiết bị của nước ngoài. [13]
a. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới.
Hình 2.3. Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô nhỏ bằng các thiết bị bán cơ giới [2, 12]
b. Mô tả quy trình.
- Rửa - bóc vỏ: Là công đoạn làm sạch nguyên liệu, đồng thời loại bỏ lớp vỏ.
Quá trình rửa nguyên liệu được thực hiện nhờ thiết bị rửa hình trống quay hoặc máy rửa cánh guồng. Máy rửa hình trống quay, gồm một lồng quay hình trụ mở, được bọc bằng mắt lưới thô, quay với tốc độ 10 ÷ 15 vòng/phút. Thiết bị làm việc gián đoạn theo mẻ, nguyên liệu được cho vào lồng. Khi lồng quay nước được tưới vào trong suốt quá trình nhờ bộ phận phân phối nước. Khi lồng quay các củ sắn chuyển động trong lồng va chạm vào nhau và va chạm vào thành lồng, do đó đất cát và vỏ được tách ra.
Lọc tách bã Lắng bột tách nƣớc Xay nghiền Bóc vỏ, rửa sạch Tách bột đen Sấy khô Nƣớc Nƣớc Bã sắn Nƣớc thải Bột đen Nƣớc thải Sắn củ tƣơi Vỏ và tạp chất Sản phẩm Nƣớc
Sau khi bóc vỏ, củ sắn thường được ngâm trong máng nước để loại bỏ các chất hoà tan trong nguyên liệu như: độc tố, sắc tố, tanin,…
- Nghiền: Sau khi ngâm, sắn được đưa vào thiết bị nghiền thành bột nhão
nhằm phá vỡ tế bào củ và giải phóng tinh bột. Bột nhão sau nghiền gồm tinh bột, xơ và các chất hoà tan như đường, chất khoáng, protein, enzym, các vitamin và dịch củ.
- Lọc tách bã: là công đoạn quan trọng, phải sử dụng nhiều nước có thể lọc
thủ công hoặc dùng máy lọc.
+ Lọc thủ công dùng lưới lọc: Bột nhão được trộn đều trong nước, được chà và lọc trên khung lọc, dịch bột lọc chảy qua lưới lọc vào bể chứa. Bã sắn ở trên được lọc lần 2 để tận thu tinh bột.
+ Lọc tách bã bằng máy lọc: là một thùng quay trong đó có đặt lưới lọc, làm việc gián đoạn theo mẻ. Nước và bột nhão được cấp vào thùng, khi thùng quay bột nhão được đảo đều trong nước nhờ cánh khuấy, sữa bột chảy xuống dưới qua khung lưới lọc trước khi vào bể lắng, còn phần xơ bã được xả ra ngoài qua cửa xả bã.
- Lắng tách bột đen: Đây là công đoạn đầu tiên trong tinh chế tinh bột. Tinh
bột có đặc điểm dễ lắng và dễ tách, sau 8 ÷ 15h có thể lắng hoàn toàn. Khi bột đã lắng, từ từ tháo nước tránh gây sáo trộn tạp chất (bột đen) trên bề mặt lớp bột. Lớp bột đen sẽ được loại bỏ để đảm bảo chất lượng của bột thành phẩm
- Làm khô tinh bột: Bột đen được tách riêng, còn bột trắng được lấy ra đặt lên gạch hoặc xỉ than làm giảm độ ẩm rồi được phơi khô tự nhiên, sản phẩm thu được là tinh bột sắn thô.
- Tinh chế tinh bột: Để thu được tinh bột có chất lượng cao, tinh bột sắn thô
Hình 2.4. Quy trình tinh chế tinh bột sắn kèm dòng thải
Bột thô có độ ẩm từ 55 ÷ 60% được cho vào bể, bơm nước vào với tỉ lệ bột và nước là 1/6. Dùng máy khuấy cho đồng nhất, để bột lắng lại sau 8 ÷ 15h tháo nước trong và hớt lớp bột đen trên bề mặt lớp bột. Có thể rửa 3 đến 4 lần để loại bỏ hết tạp chất, sau khi rửa xong dùng tro hoặc xỉ khô thấm nước và đem bột ra phơi hoặc bảo quản ướt. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.3.2.3. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn quy mô công nghiệp.
Công nghệ này được áp dụng ở các doanh nghiệp có công suất trên 50 tấn tinh bột sản phẩm/ ngày. Số cơ sở sản xuất tinh bột sắn quy mô lớn chiếm khoảng 10% tổng số các cơ sở chế biến cả nước với công nghệ, thiết bị nhập từ Châu Âu, Trung Quốc, Thái Lan. Đó là công nghệ tiên tiến hơn, có hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm cao, sử dụng ít nước hơn so với công nghệ trong nước. Phần lớn các nhà máy sản xuất tinh bột ở phía Nam áp dụng phương pháp công nghệ của Thái Lan.[13] Tinh bột thô Rửa (3 ÷ 4 lần) Phơi , sấy Bột khô Nƣớc Nhiệt Nƣớc thải Bột đen Hơi nƣớc
Theo đề tài “Đánh giá thực trạng ô nhiễm môi trường tại các cơ sở chế biến
tinih bột sắn quy mô công nghiệp trên phạm vi cả nước” năm 2008, điều tra 44 cơ
sở chế biến tinh bột sắn quy mô công nghiệp ở Việt Nam thì có 16/44 cơ sở có 100% công nghệ của Thái Lan, 2/44 cơ sở có 100% công nghệ của Trung Quốc, 14/44 cơ sở có công nghệ Việt Nam cải tiến từ hai công nghệ trên, còn lại là các cơ sở sử dụng dây chuyền công nghệ kết hợp của nhiều nước như Thái Lan, Trung Quốc, Đức, Ý, Hà Lan…
- Sơ đồ quy trình công nghệ.
Hình 2.5: Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Thái Lan kèm dòng thải [19] Rửa, tách tạp chất và bóc vỏ Băm nhỏ Làm nguội Nghiền mài nhỏ Trích ly, tách bã Sấy khô Sàng - Đóng bao Ly tâm tách nƣớc Tinh lọc Ép nén Bã sắn H2SO3 Sắn củ tƣơi Sản phẩm Nƣớc Nƣớc thải Nƣớc thải Nƣớc Khí nóng Bã thải Vỏ sắn, tạp chất Nƣớc Nƣớc thải Tu ần ho àn nƣ ớ c nƣ ớ c
- Thuyết minh quy trình công nghệ:
Quy trình sản xuất tinh bột sắn theo công nghệ của Thái Lan gồm các công đoạn sau:
- Nạp nguyên liệu, bóc vỏ và rửa sạch:
Sắn củ tươi được băng chuyền đưa vào thiết bị bóc vỏ và rửa. Thiết bị bóc vỏ có dạng trống quay, đường kính khoảng 40 ÷ 50 cm với các lưỡi dao kiểu răng cưa được bố trí xung quanh chu vi của trống. Các lưỡi dao có từ 8 ÷ 10 răng cưa và được cài đặt cách nhau từ 6 ÷ 10 mm. Tốc độ quay của trống khoảng 1.000 vòng/phút. Trong thiết kế, nước với áp suất cao được xịt từ các đầu phun vào củ. Việc bóc vỏ được thực hiện cùng lúc trong máy rửa. Hoạt động kết hợp của các dòng nước áp suất cao, sự cọ xát của các củ sắn với nhau và vào vách trống giúp loại bỏ hầu hết lớp vỏ và rửa sạch trước khi đi vào công đoạn sau. Đáng chú ý là nước rửa sắn chính là nước tách mủ được tuần hoàn tái sử dụng 100%.
- Nghiền mài củ sắn:
Sắn củ tươi đã được bóc vỏ và rửa sạch được băng chuyền đưa vào máy nghiền búa, dưới tác dụng của búa quay với tốc độ lớn khoảng 3.000 vòng/phút, sắn được đập nhỏ, kết hợp với nước bơm vào tạo thành hỗn hợp bã - bột - nước. Hỗn hợp này được đưa đến bể chứa, để nâng cao hiệu quả thu hồi tinh bột, sắn càng được nghiền nhỏ càng tốt, vì vậy ở công đoạn nghiền được thực hiện hai lần liên tiếp.
Đối với sắn lát khô (không cần đến công đoạn bóc vỏ, rửa), được đưa qua sàng tách tạp chất và sau đó đi vào máy nghiền hai lần. Hỗn hợp bã - bột - nước đưa vào bể ngâm trong khoảng 48h, rồi tiếp tục chế biến như sắn củ tươi.
- Tách và tinh chế:
Đây là công đoạn quan trọng nhất quyết định tỷ lệ thu hồi và chất lượng sản phẩm. Công đoạn này được tiến hành qua các giai đoạn sau:
+ Sàng tách bã.
Hỗn hợp bã - bột - nước từ bể chứa, được bơm hút với áp lực cao (3 ÷ 4 at) vào sàng cong áp lực tĩnh và máy ly tâm trục đứng, mặt sàng có dạng hình cong và có các khe hở kích thước nhỏ (0,05 ÷ 0,10 mm). Khi trượt trên mặt sàng, dưới tác dụng của lực ly tâm, sữa bột được tách ra khỏi bã. Quá trình này được tiến hành liên tục qua nhiều máy nên sữa bột thu được khá thuần khiết. Hơn nữa, đây là sàng cong áp lực tĩnh, không có bộ phận chuyển động nên hoạt động rất ổn định, hiệu suất tách tinh bột cao, bền, dễ thao tác trong sử dụng và bảo dưỡng.
+ Trích ly, chiết suất loại bỏ tạp chất.
Sữa bột lỏng thu được sau sàng cong áp lực tĩnh, chứa nhiều các chất hoà tan, xơ mịn và tạp chất vô cơ. Do vậy hỗn hợp này được bơm hút đưa vào thiết bị Cyclon để tách các tạp này, sau đó đưa vào máy ly tâm dạng đĩa, nhằm loại bỏ các bã nhỏ để thu được tinh bột đồng nhất. Để có tinh bột có chất lượng cao, công đoạn này cũng được thực hiện hai lần liên tiếp. Bã loại ra được hoà trộn với nước và đưa trở lại máy nghiền để làm nhỏ và quay trở lại thiết bị tách, chiết suất nhằm tận thu tinh bột. Sau khi qua tất cả các công đoạn trên ta thu được 84 ÷ 86% lượng tinh bột có trong sắn nguyên liệu.
Để có độ trắng theo yêu cầu thì hỗn hợp sữa bột phải qua thiết bị khử cát, bụi kết hợp tẩy bằng dung dịch H2SO3.
+ Ly tâm tách nước.
Để giúp công đoạn sấy khô nhanh hơn và tiết kiệm năng lượng sữa tinh bột được đưa qua thiết bị ly tâm tách bớt nước nhờ đó bột có độ ẩm từ 36 ÷ 38%. Thông thường thiết bị này được điều khiển tự động và hoạt động khá ổn định (để đảm bảo cho máy làm việc với hiệu suất tách nước cao nhất).
+ Sấy khô - Sàng - Đóng bao sản phẩm.
Tinh bột ẩm thu được sau ly tâm tách nước được vít tải chuyển đến thiết bị sấy phun bằng khí nóng, rồi chuyển đến Cyclon để tách hạt. Tinh bột ẩm vào khoang sấy có dạng ống thẳng đứng với thiết diện thay đổi, dưới tác dụng của dòng khí nóng với vận tốc 15 ÷ 20 m/s, ở nhiệt độ khoảng 1500C tới bộ lọc Cyclon, ở đó các hạt tinh bột đã sấy khô được tách khỏi dòng khí. Thời gian lưu trong thiết bị chỉ khoảng vài giây và tinh bột thu được từ hệ thống sấy khí động này có dạng bột mịn với độ ẩm cuối cùng từ 10 ÷ 13%. Qua thiết bị Cyclon, tinh bột được chuyển đến hệ thống sàng phân loại. Bột đủ tiêu chuẩn sẽ được đóng bao, còn những hạt tinh bột có kích thước lớn sẽ được quay trở lại máy nghiền.
Đặc trưng công nghệ của Thái Lan là định mức sử dụng nước thấp. Nước thải sau công đoạn lọc tách tinh bột được tái sử dụng trong khâu rửa tách tạp chất. Toàn bộ công nghệ chỉ có một dòng nước thải.
- Sơ đồ quy trình công nghệ.
Hình 2.6. Sơ đồ quy trình công nghệ sản xuất tinh bột sắn của Trung Quốc kèm dòng thải [8] Nghiền lần 2 Tẩy trắng Nghiền lần 1 Rửa củ Trích ly, tách bã
Sấy khô - Làm nguội
Rây mịn - Đóng bao Ly tâm tách nƣớc Ép nén Bã sắn SO2 Bã thải Tách tạp chất, bóc vỏ Tách tạp chất Sắn lát khô Sắn củ tƣơi Nƣớc Nƣớc thải Nƣớc thải Sản phẩm Nƣớc thải Vỏ sắn Nƣớc Nƣớc Nƣớc thải (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Thuyết minh quy trình công nghệ
Quy trình công nghệ của Trung Quốc khác với công nghệ của Thái Lan là bóc vỏ khô. Sắn củ tươi được đưa lên băng chuyền, vào phễu nạp liệu có hệ thống sàng rung, nhằm loại bỏ đất cát và các tạp chất khác. Sau đó củ được băng chuyền chuyển đến thiết bị bóc vỏ. Tiếp đến củ được đưa đến thiết bị rửa sạch.
Từ hai sơ đồ công nghệ trên ta thấy: Với công nghệ của Thái Lan thì bóc vỏ và rửa sạch cùng chung một công đoạn. Nước được cấp vào thiết bị bóc vỏ, tách tạp chất và được rửa sạch trước khi đi vào thiết bị nghiền. Công nghệ của Trung Quốc có hai nguồn phát sinh nước thải: công đoạn rửa củ và tách nước. Trong khi công nghệ của Thái Lan chỉ có một dòng thải do nước tách bột được tuần hoàn tái sử dụng cho quá trình rửa củ.
2.3.2.4. Nhu cầu nguyên, nhiên liệu, năng lƣợng và vật tƣ trong sản xuất tinh bột sắn.
Quá trình sản xuất tinh bột sắn sử dụng nguyên liệu chính là sắn củ tươi, nước để rửa, năng lượng để chạy máy, nhiệt nóng để sấy ( sinh ra từ thiết bị lò hơi) cũng như hóa chất để tẩy trắng. Nước sử dụng yêu cầu đạt pH trong khoảng 5 ÷ 6.
Trong quá trình sản xuất tinh bột sắn, tùy theo quy mô sản xuất và công nghệ sản xuất khác nhau sẽ có nhu cầu nguyên, nhiên liệu, năng lượng khác nhau.
Ở quy mô sản xuất nhỏ thường tiêu thụ một khối lượng nước lớn. Nước phục vụ cho sản xuất chủ yếu là nước giếng khoan và một phần là giếng đào; nhiều hộ sản xuất sử dụng nước không qua xử lý sơ bộ. Đôi khi nước sản xuất còn được lấy từ ao, giếng đào…không đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Nhu cầu sử dụng nước rất lớn: Định mức nước thải cho 1 tấn nguyên liệu khoảng 5 ÷ 5,5 m3. Trong đó nước cấp cho công đoạn rửa củ 15%, lọc tách bã 50%, rửa trắng bột 30% và 5%