Bài giảng Công nghệ sản xuất đường

Nội dung text: Bài giảng Công nghệ sản xuất đường

1. Bài giảng Công nghệ sản xuất đường
2. PHẦN 1- NGUYÊN LIỆU MÍA VÀ CÁC BIẾN ĐỔI HÓA SINH HỌC TRONG QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG I.ĐẶC TÍNH MỘT SỐ GIỐNG MÍA ĐƯỢC TRỒNG Ở NƯỚC TA. Mía là nguyên liệu quan trọng của ngành công nghiệp sản xuất đường trên thế giới và là nguồn nguyên liệu duy nhấtđể sản xuất đường saccaroza ở nước ta. Mía có nguồn gốc từ Ấn Độ, từ một loài cây hoang dại nay đã trở thành một loại cây quan trọng của ngành công nghiệp đường. Cây mía thuộc họ hoà thảo- Graminae, giống Saccharum. Tên gọi của giống mía lai tạothường lấy tên của người nghiên cứu hay tên của địa phương thí nghiệm. Mía được trồng ở nhiều nước trên giới, phân bố ở phạm vi từ 35 độ vĩ nam đến 35 độ vĩ bắc. Các nước trồng nhiều mía như:Ấn Độ , Cuba, Brazin, Mehicô , Trung Quốc Ở nước ta hiện nay có 3 vùng mía lớn là : miền Bắc và khu bốn cũ; duyên hải Miền Trung và Tây nguyên; Đông Nam bộ và đồng bằng Sông Cửu long 1. Thế nào là một giống mía tốt? Giống mía tốt chỉ là một khái niệm tương đối. Một giống mía có thể được xem là tốt ở nơi này nhưng lại không thích hợp ở nơi khác và ngược lại. Giống mía chịu hạn tốt chưa hẳn đã chịu được ngập úng, chua phèn; lại có giống chín sớm,giống chín muộn; giống có tỉ lệ đường cao nhưng năng suất nông nhiệp lại thấp và ngược lại. Hoặc là có giống thích hợp với chế biên cơ giới nhưng lại không thích hợp với điều kiện chế biến thủ công v.v Chính vì vậy người ta đã đi đến định nghĩa: Trong từng trường hợp cụ thể của một vùng sinh thái, ở một trình độ sản xuất và chế biến nhất định, một giống mía nào đó cho năng suất cao, phẩm chất tốt (nhiều đường) và thích hợp với những điều kiện sản xuất và chế biến thì đó là giống mía tốt và ngược lại. 2. Ý nghĩa kinh tế của cơ cấu giống mía sản xuất: Trong thực tế của đời sống, rất khó có thể chọn được giống mía gọi là lý tưởng, thoả mãn tất cả những yêu cầu của con người. Thông thường một giống mía có được ưu điểm này thì lại mắc nhược điểm khác. Cây mía là nguyên liệu chế biến đường, hiệu quả kinh tế của mỗi xí nghiệp công nghiệp được tính bằng hiệu suất tổng thu hồi và thời gian mùa chế biến (dài hay ngắn). Chính vì vậy: Trong sản xuất, các giống mía bao giờ cũng được bố trí thành một cơ cấu để bổ sung cho nhau những ưu điểm và hạn chế những nhược điểm, mang lại hiệu quả kinh tế cao cho sản xuất và chế biến. Một cơ cấu giống sản xuất hợp lý ở một vùng sinh thái cụ thể tối thiểu cũng phải có từ 3 đến 5 giống mía, bao gồm: giống chín sớm, giống chín muộn, giống giàu đường, giống có năng suất nông nghiệp cao và thích hợp các điều kiện mùa vụ sản xuất, chế biến của vùng sao cho đảm bảo cung cấp đủ nguyên liệu chất lượng và rải vụ chế biến. 3. Tiêu chuẩn chung cho một giống mía sản xuất: Năng suất nông nghiệp cao (chú ý giống mía có tốc độ sinh trưởng nhanh) Tỷ lệ đường trên mía cao (chú ý giống mía chín sớm hoặc giống có tỉ lệ đường cao ở đầu vụ chế biến) Khả năng để gốc tốt (tái sinh mạnh) Kháng sâu bệnh (các loại sâu bệnh hại quan trọng) Thích hợp với điều kiện chế biến công nghiệp (cơ giới, bán cơ giới hoặc thủ công .) Không hoặc ít ra hoa Và một số yêu cầu khác tuỳ từng vùng sinh thái. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 1
3. 4. Một số giống mía được trồng ở nước ta: a. Giống chín sớm: * Giống Comus (Aramboo x Q813) Nguồn gốc Úc, nhập vào Việt Nam từ năm 1960. Hiện nay vẫn là giống mía trồng chủ yếu ở vùng mía Tây nam bộ. Ưu điểm là thích hợp với những vùng đất phèn, thấp. Nhược điểm: chịu hạn kém, dễ bị sâu đục thân tấn công Đặc điểm hình thái - Cây thân to, mọc thẳng, dóng hình trống nối nhau hình zig-zag. Vỏ màu xanh, ẩn tím, khi rọi nắng có màu tím, sáp phủ dày. Mắt mầm hình ngũ giác, cánh mầm hẹp, rãnh mầm ngắn - Lá phiến rộng, màu xanh thẩm, bẹ lá có ít lông - Ra hoa muộn, tỉ lệ hoa thấp Đặc điểm nông nghiệp - Mía mọc mầm và đẻ nhánh sớm, tỉ lệ mọc mầm khá, sức đẻ nhánh trung bình. - Năng suất có thể đạt từ 80 đến trên 100 tấn mía cây/ha Đặc điểm công nghiệp - Mía chín sớm (10-11 tháng tuổi); tỉ lệ đường trên mía khá. * Giống VN84-4137 (Ja60-5 x lai hổn hợp) Là giống mía Việt Nam do Viện nghiên cứu mía đường Bến cát lai tạo năm 1984. Năm 1991 được hội đồng khoa học và công nghệ Bộ NN&PTNT cho phép khu vực hoá ở vùng mía các tỉnh phía nam và năm 1998 được công nhận là giống mía quốc gia. Ưu điểm là chín sớm, tỉ lệ đường trên mía cao (giàu đường); mía mọc khoẻ, nhiều cây, kháng sâu bệnh. Nhược điểm: thân cây có độ lớn trung bình. Đặc điểm hình thái - cây mọc thẳng, độ lớn trung bình, dóng hình chuỳ ngược. Vỏ màu xanh vàng ẩn tím, mắt mầm hình tròn không có rãnh mầm . - lá phiến rộng trung bình, bẹ lá có nhiều lông - ra hoa ít hoặc không ra hoa Đặc điểm nông nghiệp - mía mọc mầm và đẻ nhánh sớm,tập trung ; tỉ lệ mọc mầm và sức đẻ nhánh khá; tốc độ làm nhánh vương cao nhanh, khả năng để gốc tốt. - Trong điều kiện thâm canh trên vùng đất cao năng suất có thể đạt từ 70,80 đến trên 100 tấn mía cây/ha Đặc điểm công nghiệp - mía chín sớm tỉ lệ đường trên mía rất cao (hơn các giống mía khác 1,2%) ngay ở đầu vụ chế biến chữ đường đã đạt trên 10. b. Giống chín trung bình * Giống ROC10 (ROC5 x F152) Nguồn gốc Đài loan, hiện đang trồng ở miền Bắc và một số nơi khác. Ưu điểm : trong điều kiện thâm canh năng suất nông nghiệp đạt rất cao, tỉ lệ đường trên mía khá. Nhược điểm: dễ bị sâu đục thân tấn công Đặc điểm hình thái - Cây thân to, mọc thẳng, dóng hình ống chỉ. Vỏ màu xanh, nhạt sáp phủ dày, khi rọi nắng sáp chảy tạo thành màu tro loang lổ. Mắt mầm hình ngũ giác, không có, rãnh mầm - Lá phiến trung bình màu xanh thẩm sắp theo chiều xiên, bẹ lá màu xang ôm chặt thân, không có lông và khó tự bong, không có tai lá - mía ra hoa Đặc điểm nông nghiệp GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 2
4. - Mía mọc mầm và đẻ nhánh sớm tập trung, tỉ lệ mọc mầm và sức đẻ nhánh khá - Giống mía này đòi hỏi những loại đất tốt, độ phì nhiêu cao. Trong diều kiên thâm canh và có tưới, Roc 10 cho năng suất mía cây cao Đặc điểm công nghiệp - Mía chín trung bình(11-12 tháng tuổi); tỉ lệ đường trên mía khá. Giống mía này có thể bố trí vào cơ cấu giống thu hoạch vào giữ và cuối vụ chế biến * Giống VN84-196 (VN6628 x lai hổn hợp) Là giống mía Việt Nam do viện nghiên cứu mía đường Bến cát lai tạo năm 1984. Năm 1995 được hội đồng khoa học và công nghệ Bộ NN&PTNT công nhận là giống mía mới, cho phép khu vực hoá ở vùng mía các tỉnh phía nam. Ưu điểm là tốc độ sinh trưởng nhanh, tỉ lệ đường trên mía. Nhược điểm: chịu hạn kém. Đặc điểm hình thái - Cây thân to mọc thẳng, dóng hình trụ nối nhau kiểu zig-zag. Vỏ màu xanh, mắt mầm hình tròn không có rãnh mầm . - Lá phiến rộng , bẹ lá màu xanh nhạt không có lông và dễ bong - Mía không hoặc ít ra hoa Đặc điểm nông nghiệp - Mía mọc mầm và đẻ nhánh sớm, tập trung ; tỉ lệ mọc mầm và sức đẻ nhánh khá; tốc độ sinh trưởng nhanh, để gốc tốt. - Trong điều kiện thâm canh trên vùng đất cao năng suất có thể đạt từ 70,80 đến trên 100 tấn mía cây/ha. Đặc điểm công nghiệp - Mía chín trung bình sớm tỉ lệ đường trên mía rất cao . Có thể bố trí giống này vào cơ cấu các giống thu hoạch đầu và giữa vụ chế biến. c. Giống chín muộn: * Giống My 55-14 (CP34-79 x B45-181) Nguồn gốc Cu ba, nhập vào Việt Nam 1974. Hiện nay trồng ở Đông nam bộ (Tây ninh, Đồng nai) và miền Bắc. Ưu điểm là mọc khoẻ, tốc độ sinh truởng nhanh nên có thể cho năng suất nông nghiệp rất cao. Nhược điểm: ra hoa mạnh ở Nam bộ. Đặc điểm hình thái - Cây thân to, mọc thẳng, dóng hình chuỳ ngược. Vỏ màu tím, mắt mầm hình tròn, đỉnh mầm có một chùm lông nhỏ - Lá phiến trung bình, màu xanh thẩm, bẹ lá màu xanh nhạt, có lông và khi già bẹ lá tự bong. - Ở Nam bộ ra hoa mạnh, ở miền Bắc ra hoa ít hoặc không ra hoa. Đặc điểm nông nghiệp - Mía mọc mầm và đẻ nhánh sớm tập trung, tỉ lệ mọc mầm và sức đẻ nhánh khá. - Trong điều kiện thâm canh ở vùng đất cao năng suất mía cây có thể đạt từ 80 đến trên 100 tấn /ha Đặc điểm công nghiệp - Mía chín trung bình muộn (12-14 tháng tuổi); tỉ lệ đường trên mía trung bình khá. * Giống F157 (F146 x PT51-1) Nguồn gốc Đài loan nhập vào miền Nam năm 1970 do phòng Nông vụ Nhà máy Đường Quảng Ngãi tuyển chọn, giống này được trồng phổ biến ở Quảng Ngãi. Đặc điểm hình thái - Thân to trung bình, gốc hơi nhỏ, lóng hình chóp cụt, vot màu xanh sáng, hơi tím . - Phiến lá to trung bình, bẹ không có lông - ra hoa ít GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 3
5. Đặc điểm nông nghiệp - nẩy mầm đẻ nhánh sớm, vươn cao nhanh, để gốc tốt - năng suất trung bình Đặc điểm công nghiệp - chín trung bình muộn, tỉ lệ đường khá Cùng với những giống mía giới thiệu ở trên trong sản xuất mía của ta hiện nay ở một số nơi còn trồng những giống mía khác như: VĐ79-177, R570, ROC9, ROC17, Quế đường, Quế dẫn tuyển II. THÀNH PHẦN HOÁ HỌC CỦA MÍA: 1. Bảng thành phần hoá học của mía: Mía Phần rắn Phần lỏng Xơ mía Nước mía cenlulosa, pentosan, areban, linhin Chất khô Nước Chất không Đường saccaroza đường (CKĐ) CKĐ Không CKĐ Chứa Chất màu: Chất vô cơ: chứa nitơ: nitơ: Xantophin, SiO2, K2O, Glucoza , Prôtêin, amit, caroten, Na2O, CaO, fructoza a.amin, NH3 antoxian P2O5, Cl Thành phần hoá học trung bình khi mía chín dao động trong khoảng sau đây: Nước : 70-75% Xơ : 9 -14% Saccaroza : 10 -16% Glucoza và Fructoza : 0,3 2% Các chất phi đường khác : 1 - 3% Trong đó đường saccaroza là thành phần quan trọng nhấtcủa cây mía và là sản phẩm của quá trình sản xuất đường. 2. Tính chất lý hoá của một số thành phần quan trọng: 2.1. Đường saccaroza : Công thức phân tử C12H22O11 , cấu tạo từ hai loại đường đơn là glucoza và fructoza. Trọng lượng phân tử 342,3 đvC. - Tính chất lý học: + Tồn tại ở dạng tinh thể, trong suốt, không màu. +Tỷ trọng 1,5879g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186-188oC + Độ hoà tan: * Tan tốt trong nước, độ hoà tan tăng khi nhiệt độ tăng. Ví dụ: Nhiệt độ(0C) Độ hoà tan (g/100g) 0 179,2 50 260,1 100 487,2 Trong dung dịch đường không tinh khiết độ hoà tan còn phụ thuộc vào những chất không đường. Nếu dung dịch có KCl, NaCl, thì độ hoà tan của đường tăng lên. Vì vậy đường không bao giờ kết tinh hoàn toàn và đó là nguyên nhân tạo thành mật rỉ. Ngược lại nếu có đường glucoza, fructoza, MgCl2, CaCl2 làm giảm độ hoà tan của đường. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 4
6. Không hoà tan trong dầu hoả, cloroform, CCl4, CS2, benzen, tecpen, ancol và glixerin khan. Trong dung dịch ancol có nước, đường saccaroza hoà tan một ít. Đường saccaroza còn hoà tan giới hạn trong anilin, piridn, etyl axetat, amyl axetat, phenol và NH3.Vì vậy độ hoà tan của đường không tinh khiết được xác định không những chỉ có nhiệt độ mà còn phụ thuộc vào các tạp chất có trong dung dịch. + Độ ngọt: độ ngọt của đường do gốc OH tạo nên. Nếu lấy độ ngọt của saccaroza là 100 để so sánh thì : lactose (16) 100 (độ ngọt của saccaroza). + Độ nhớt: Tỷ lệ thuận với nồng độ; nghĩa là khi nồng độ tăng thì độ nhớt tăng ( đầu tiên tăng chậm sau tăng lên rất nhanh); Tỷ lệ nghịch với nhiệt độ; nghĩa là khi tăng nhiệt độ thì độ nhớt giảm. Độ nhớt của dung dịch đường ảnh hưởng lớn đến các quá trình lắng, lọc,kết tinh. Độ nhớt tăng thì tốc độ của các quá trình đó đều giảm. + Tính chất khúc xạ của dung dịch đường: Nồng độ dung dịch đường càng lớn thì chiết xuất càng lớn. Lợi dụng tính chất này người ta chế tạo ra dụng cụ để đo nồng độ chất khô trong dung dịch đường có tên là chiết quang kế. + Tính chất quay cực của đường saccaroza : Đường saccaroza làm quay mặt phẳng phân cực ánh sáng sang phải Độ quay cực riêng của saccaroza rất ít phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ. Do đó rất thuận tiện cho việc xác định đường bằng phương pháp phân cực. Lợi dụng tính chất này chế tạo ra một loại máy đo là kính chuyển quang có thể đo được tỷ lệ phần trăm hàm lượng saccaroza trong dung dịch. Còn gọi là dụng cụ phân cực kế hay còn gọi là đường kế. Trị số độ quay cực trung bình của saccaroza là +66,50 Dung dich có tính kiềm sẽ làm giảm khả năng quay cực của đường saccaroza. - Tính chất hoá học: + Tác dụng của axit: Dưới tác dụng xúc tác của axit, đường saccaroza bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza theo phản ứng: + C12H22O11 + H2O H C6H12O6 + C6H12O6 Saccaroza glucoza fructoza +66,50 +52,80 -92,80 -200 Hỗn hợp glucoza và fructoza tạo thành có góc quay trái nguợc với góc quay phải của saccaroza do đó hổn hợp đường đó được gọi là đường nghịch đảo hay đường chuyển hoá. Phản ứng trên gọi là phản ứng nghịch đảo đường hoặc phản ứng chuyển hoá đường Tốc độ chuyển hoá phụ thuộc vào : - pH và nhiệt độ của dung dịch: pH càng thấp, nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển hoá đường càng nhanh chóng. - Thời gian tác dụng: thời gian phản ứng càng lâu thì tạo thành đường chuyển hoá càng nhiều. Quá trình chuyển hoá ảnh hưởng không tốt đến sản xuất đường vì nó làm tổn thất đường saccaroza và gây khó khăn cho quá trình kết tinh đường. + Tác dụng của kiềm: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 5
7. Saccaroza có tính chất như một axit yếu Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao hoặc nếu kiềm đậm đặc không cần nhiệt độ cao, saccaroza bị phân huỷ thành aldehyt, axeton, axit hữu cơ và các tạp chất có màu vàng nâu. Môi trường có pH càng lớn thì saccaroza bị phân huỷ càng nhiều. Ví dụ: Khi đun sôi trong 1 giờ ,nếu dung dịch đường saccaroza có: pH = 8 - 9 thì saccaroza bị phân huỷ 0,05% pH = 12 thì saccaroza bị phân huỷ 0,5% Dưới tác dụng của các kim loại kiềm thổ, dung dịch đường biến thành sacarat (muối của nó) Vídụ: Đường saccaroza tác dụng với hydroxytcanxi sẽ tạo ra các muối saccarat canxi theo phản ứng: C12H22O11 + Ca(OH)2 C12H22O11.CaO + H2O (mônôsacarat canxi) C12H22O11 + 2Ca(OH)2 C12H22O11.2CaO + 2H2O ( disacarat canxi) C12H22O11 + 3Ca(OH)2 C12H22O11.3CaO + 3H2O (trisacarat canxi) Trong đó monosaccat và disaccarat hoà tan còn trisacarat canxi thì không tan. Các phản ứng phân huỷ và tạo sacarat gây ảnh hưởng xấu đến sản xuất do làm tăng tổn thất đường và độ nhớt của dung dịch. + Tác dụng của nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ >200oC saccaroza mất nước tạo thành các chất caramen có màu từ vàng đến nâu đen. Tuỳ theo nhiệt độ khác nhau cho các loại caramen khác nhau; khi đường bị mất 10% nước gọi là caramenlan; mất 15% nước gọi là caramenlen; 25% lượng nước gọi là caramenlin. Ở nhiệt độ cao hơn nữa saccaroza bị phân huỷ thành axeton và cuối cùng là C. Phản ứng tạo caramen làm tăng độ màu của dung dịch đường non, đường thành phẩm và màu này khó loại. + Tác dụng của emzim: Dưới tác dụng của enzim invertaza, saccaroza sẽ chuyển thành glucoza và fructoza Dưới tác dụng một phức hệ enzim khác, glucoza và fructoza sẽ chuyển hành alcol và CO2: C6H12O6 2 C2H5OH + 2CO2 Hoặc chuyển hoá thành axít và CO2 như: C6H12O6 CH3CHOH COOH + CO2 2.2. Glucoza và fructoza: - Tính chất lý học: + Độ hoà tan: Độ hoà tan của glucoza và fructoza tỷ lệ thuận theo nhiệt độ. Độ hoà tan của fructoza lớn hơn saccaroza và độ hoà tan của glucoza kém hơn saccaroza + Độ ngọt: fructoza > saccaroza > glucoza + Độ quay cực: glucoza có góc quay phải, góc quay cực của glucoza là +52,80; fructoza có góc quay trái, góc quay cực của fructoza là -92,80. - Tính chất hoá học: + Tác dụng của kiềm: Ở nhiệt độ thấp (60oC) trong môi trường kiềm loãng xãy ra sự đồng phân hoá Glucoza maltoza  Fructoza GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 6
8. Ở nhiệt độ cao, trong môi truờng kiềm glucoza và fructoza có thể bị phân huỷ tạo thành một số sản phẩm như : axít lactic, axít glucosacaric, axít formic, lacton. Những axit này lại kết hợp với vôi tạo thanh muối hoà tan. Vì vậy khi dùng mía xấu thì hàm lưọng muối canxi trong nước mía tăng. Trong môi trường kiềm, fructoza bị phân huỷ nhiều hơn glucoza. Vì vậy trong sản phẩm đường lượng glucoza thường nhiều hơn fructoza. + Tác dụng của axit: Trong môi trường axit, đường khử ổn định, nhất là ở pH =3 chứ không phải pH=7. Nhưng trong môi trường axit và đun nóng, đường khử cũng bị phân huỷ sẽ tạo thành oximetylfufurol và sau đó tạo thành axit levulic và axit focmic. + Tác dụng của nhiệt độ: Khi đun nóng ở nhiệt độ 160-170oC, glucoza và fructoza bị mất một phần nước và tạo thành glucozan và fructozan. Nếu tiếp tục đun ở nhiệt độ cao thì sẽ tạo ra hợp chất có màu đen. Đối với fructoza ở nhiệt độ 100oC đã bị phân huỷ nên nhiệt độ mất nước của fructoza thấp hơn glucoza + Ảnh hưởng của đường khử trong sản xuất đường: Nói chung hổn hợp đuờng khử có tác dụng có hại trong sản xuất đường saccaroza vì nó làm tăng tổn thất đường làm trở ngại cho sự kết tinh, có thể bị phân huỷ sinh màu làm giảm chất lượng thành phẩm, gây khó khăn cho quá trình làm sạch. Tuy vậy cũng phụ thuộc vào các điều kiện sản xuất mà ảnh hưởng của chúng khác nhau. Vì dụ ở nhiệt độ 55oC trong môi trường kiềm phản ứng sẽ sinh thành chất có màu đen, gây tác dụng có hại. 2.3. Axit hữu cơ: - Trong nước mía, các axit hữu cơ có thể ở dạng tự do, muối hoà tan hoặc không tan, trong đó axit tự do chiếm 1/3 lượng axit chung. Gồm các axit sau: axit aconitic, axít citric, axít oxalic, axít glicolic, axít suxinic, axít fumaric - Trong sản xuất đường, axit có tác dụng chuyển hoá saccaroza 2.4. Chất béo: - Chất béo trong cây mía chủ yếu là sáp. Trong sản xuất đường mía gần 60-80% sáp theo bã mía, phần còn lại tồn tại trong bùn lọc nên chất béo được loại hoàn toàn. 2.5. Chất không đường chứa nitơ: - Thành phần thay đổi tuỳ theo giống mía, đất đai bao gồm: anbumin và các chất tương tự, amit, NH3 ,nitrat - Trong sản xuất đường: các chất này ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm và giảm hiệu suất thu hồi do tăng hàm lượng chất keo và tham gia phản ứng tạo màu melanoidin giữa axit amin và đường khử. 2.6. Chất màu: - Trong cây mía cũng chứa các chất màu như trong tất cả các loại cây khác. Khi ép, chất màu đi vào nước mía gây khó khăn cho sản xuất đường. - Gồm 2 loại: Chất màu có trong bản thân cây mía: như diệp lục tố a,b. Diệp lục tố không tan trong nước và trong dung dịch đường nhưng tan trong alcol và kiềm do đó dễ loại ra khi làm sạch nước mía. Còn các chất khác : xantophin, caroten, antoxian cũng dễ loại trong quá trình sản xuất đường. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 7
9. Chất màu sinh ra trong quá trình sản xuất: gồm chất màu caramen, chất màu melanoidin, phức chất giữa polyphênol và ion sắt , những chất màu này khó loại 2.7. Chất không đường vô cơ: - Các chất vô cơ chủ yếu là K2O, SiO2, Na2O, CaO, P2O5, MgO Hàm lượng của nó tuỳ thuộc và giống mía, điều kiện canh tác, khí hậu. - Ảnh hưởng đến sản xuất: + K2O và Na2O là nguyên nhân tạo mật cuối. + + + Ca , Mg , SiO2 tạo cặn trong các thiết bị truyền nhiệt + P2O5 có tác dụng tốt đối với quá trình lắng, lọc III. THU HOẠCH MÍA: 1. Sự chín của mía: mía chín và mía chưa chín có thành phần hoá học khác nhau nhiều .Khi mía chưa chín,mức độ tích luỹ đường saccaroza trong thân cây mía không nhiều. Quá trình quang hợp của cây mía lúc chưa chín chủ yếu tạo ra các chất dùng cho hô hấp và phát triển thân cây mía. Lúc đó, hàm lượng đường saccaroza và tỷ lệ xơ thấp, hàm lượng đường khử và tỷ lệ nước cao. Mía chưa chín, nước chiếm trên 80%. Khi mía dần dần chín, sự phát triển của thân cây giảm và đến ngừng tăng trưởng. Khi mía chín, hàm lượng đường saccaroza trong thân cây mía đạt tối đa, hàm lượng đường khử giảm xuống còn dưới 1% có khi chỉ còn 0,3%; hàm lượng nước dưới 75%. Phân biệt độ chín của mía: Độ chín của cây mía có hai khái niệm: chín sinh lý và chín nguyên liệu. - Chín sinh lý là cây mía đã già, hàm lượng đường trên mía đạt mức tối đa như bản chất của giống. - Chín nguyên liệu là ở một thời điểm nào đó hàm lượng đường trên mía đạt tiêu chuẩn làm nguyên liệu có thể thu hoạch để chế biến, mặc dù cây mía vẫn chưa đạt độ chín cao nhất (chín sinh lý) như bản chất của giống. 2. Những căn cứ để nhận biết ruộng mía đã chín hay chưa: Đánh giá độ chín của ruộng mía người ta thường dựa vào những căn cứ sau: - Dựa vào ngoại quan của cây mía: + Độ lớn của cây mía chậm dần, các lóng mía phía trên nhặt lại. +Lá mía khô vàng , lá xanh còn lại khoảng 6-7 lá ( bình thường có 8 - 10 lá) , độ dài của lá mía giảm, lá tương đối thẳng và cứng. +Bề mặt lóng mía nhẵn, ít bột phấn và bột phấn dễ rơi. + Mặt cắt lóng mỉatong ,sángcòn khi mía chưa chín thì mặt cắt có màu đục. - Phương pháp xác định hàm lượng chất khô của mía tại ruộng: Đo độ Bx trực tiếp: sử dụng máy khúc xạ kế cầm tay (Refractomet), một dụng cụ đo đơn gián, đo độ Bx mía ngay tại ruộng. Nếu số đọc độ Bx giữa gốc và ngọn (phần làm nguyên liệu) chênh lệch khoảng 1 độ (Bx gốc - Bx ngọn = 1 độ) là mía đã đạt độ chín. Ngọn được tính từ lá khô trên cùng trở lên. Gốc được tíng là lóng mía thứ nhất trên mặt đất. - Phương pháp phân tích trong phòng thí nghiệm: mỗi ruộng mía lấy một số cây mẫu ở các điểm khác nhau, phân tích xác định các chỉ số công nghiệp như độ Bx, độ pol, độ tinh khiết, RS, tỉ lệ xơ và CCS trước khi cho thu hoạch. Nếu thực hiện được như vậy chất lượng nguyên liệu sẽ được đảm bảo và hiệu quả chế biến sẽ cao hơn rất nhiều.Đây là phương pháp chuẩn xácúac định độ chín của cây mía. 3. Một số điểm cần chú ý trong khâu thu hoạch: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 8
10. Ở nước ta cho đến nay công việc thu hoạch mía vẫn là lao động thủ công với các công cụ thô sơ như con dao và chiếc búa. Trong khâu thu hoạch cần chú ý một số điểm: - Dụng cụ thu hoạch phải sắc bén; khi chặt phải chặt sát mặt đất, tránh làm dập gốc, chặt một lượt tất cả các cây kể cả nhưng cây chết và cây mầm để ruộng mía sạch, tái sinh đồng đều (nếu để lưu gốc). - Không thu hoạch các ruộng mía sẽ để gốc vào những thời điểm không thuận lợi cho mầm gốc tái sinh như giá rét (miền Bắc), khô hạn (đồng bằng Nam bộ), úng ngập (Tây nam bộ) - Mía thu hoạch tới đâu vận chuyển chế biến ngay tới đó. Không để mía đã thu hoạch quá lâu trên đồng ruộng, sân bãi, vừa làm giảm năng suất mía, vừa làm giảm đường trên mía. - Ruộng mía thu hoạch vào ngày mưa không để xe máy chạy qua làm hư gốc và nén đất gây trở ngại cho công việc xử lý và chăm sóc mía gốc về sau. 4.Sự biến đổi thành phần hoá học của mía sau khi chín: Khi mía chín, hàm lượng đường trong thân cây mía đạt tối đa và giữ ở mức độ cao này trong thời gian khoảng 1 - 2 tháng tuỳ theo giống mía và thời tiết sau đó giảm đần. Nếu không thu hoạch kịp thời, đường saccaroza sẽ chuyển hoá thành đường khử Đó là hiện tượng quá chín. Thời tiết càng nắng nóng, đường bị chuyển hoá càng tăng lên. Có giống mía khi quá chín mà không thu hoạch thì sẽ bị trổ bông (trổ cờ). Trổ bông là hiện tượng sinh lý bình thường của cây mía. Khi mía trổ bông thì hàm lượng đường saaccaroza trong mía giảm xuống, năng suất mía cây cũng bị giảm làm cho đường bị tổn thất nhiều. Mía sau khi thu hoạch thì hàm lượng đường trong cây mía giảm, hàm lượng đường khử tăng lên. Hiện tượng hao hụt đường này là do quá trình hô hấp và do tác dụng của vi sinh vật gây ra. ( Khi mía chưa thu hoạch cũng có một lượng đường hao hụt do hô hấp nhưng lúc đó do còn bộ rễ hút chất dinh dưỡng và nhờ quá trình tổng hợp nên bù đắp được lượng đường hao hụt). Mía càng để lâu sau khi thu hoạch thì lượng đường bị mất càng nhiều.Sự tổn thất càng tăng nhanh khi nhiệt độ cao và để mía ngoài nắng gió. Do đó mía sau khi đốn xong thì đưa vào chế biến càng nhanh càng tốt. IV.QUảN LÝ Kỹ THUậT ĐốI VớI NGUYÊN LIệU MÍA Thực hiện các biện pháp quản lý kỹ thuật đối với nguyên liệu mía nhằmđể tận thu đường và giảm giá thành. Các biện pháp quản lý kỹ thuật đối với nguyên liệu mía gồm: 1. Bố trí thời gian ép mía hợp lý: Tuỳ theo giống mía, thời kỳ chín, tổng sản lượng mía, năng suất thiết bị mà chọn thời gian ép sao cho đúng thời kỳ mía có trữ lượng đường cao nhất để thu hồi lượng đườnglớn nhất. 2. Mía chín trước đốn trước, đốn xong vận chuyển ngay đưa vào ép ngay. 3. Mía đưa vào ép phải bảo đảm tỷ lệ tạp chất không vượt quá mức cho phép. Tạp chất trong nguyên liệu mía có ảnh hưởng không tốt tới quá trình sản xuất đường, bởi vì: - Tạp chất không có đường nhưng khi ép lại đi vào máy ép cùng với mía làm tăng trọng tải máy ép và lại hút đi một lượng nước mía nên làm giảm hiêụ suất thu hồi đường. - Trong tạp chất có nhiều vi sinh vật và nhiều chất phi đường nên làm giảm độ tinh khiết của nước mía. Theo kinh nghiệm , người ta thấy rằng khi tạp chất tăng lên 1% thì độ tinh khiết nước mía giảm 0,32% ; hiệu suất thu hồi giảm 0,2% - Tăng chi phí vận tải. CÂU HỎI ÔN TẬP GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 9
11. 1. Thế nào là một giống mía tốt? Tiêu chuẩn chung cho một giống mía sản xuất? 2. Tính chất lý hoá của một số thành phần hoá học của mía và ảnh hưởng của chúng đến sản xuất đường? 3. Thế nào là sự chín của mía? Căn cứ vào những đặc điểm nào để nhận biết ruộng mía đã chín hay chưa? 4. Khi thu hoạch mía cần chú ý những điểm gì? 5. Quản lý kỹ thuật đối với nguyên liệu mía gồm những biện pháp gì và giải thích tại sao phải thực hiện những biện pháp đó ? PHẦN 2- CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG BÀI MỞ ĐẦU I. Ý NGHĨA CỦA NGÀNH CÔNG NGHIỆP CHẾ BIẾN ĐƯỜNG: - Đường là một thức ăn rất quan trọng cho sự sống của con người: Cũng như tinh bột, prôtit, chất béo, muối vô cơ, đường là sản phẩm dinh dưỡng chủ yếu cần thiết cho cơ thể con người. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 10
12. Chúng ta đều biết năng lượng chủ yếu cần cho cơ thể con người do gluxit cung cấp Đường là một loại gluxi.t. Đường có khả năng biến thành năng lượng dễ và nhanh chóng ,là tính ưu việt của đường so với các thực phẩm khác. Ngoài ra đường còn có vị ngọt và ngon. - Đóng góp lớn đối với ngành kinh tế quốc dân: Ngoài việc dùng làm thức ăn trực tiếp đường là một loại thực phẩm có nhiều công dụng như làm bánh kẹo các loại, làm nước giải khát, uống chè, cà phê hoặc làm tăng hương vị của các loại thực phẩm khác như trong kỹ nghệ sản xuất đồ hộp hoặc dùng trong y học để chữa bệnh. - Ngoài đường là sản phẩm chính của công nghiệp đường ra còn có những phụ phẩm quan trọng phục vụ cho nông nghiệp và các ngành công nghiệp nhẹ khác. Bã mía để đốt lò thay dầu, cứ 3 tấn bã khô cung cấp nhiệt lượng tương đương một tấn dầu; dùng làm ván ép, làm bột giấy, than hoạt tính hoặc là nguyên liệu của công nghiệp chất dẻo, sợi tổng hợp. Mật rỉ là nguyên liệu sản xuất cồn rượu hoặc sử dụng làm môi trường sản xuất men bánh mỳ và các loại men thực phẩm, là nguyên liệu sản xuất axit axetit, axit citric làm môi trường lên men để sản xuất bột ngọt Còn bã bùn dùng sản xuất phân bón cho mía, cà phê, cao su đạt hiệu quả cao. Vì vậy sản xuất đường là một ngành công nghiệp thực phẩm rất được coi trọng và phát triển. II. LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN CỦA NGÀNH ĐƯỜNG: 1. Thế giới: Việc chế biến đường trên thế giới đã có từ rất lâu đời. Người ta cho rằng kỹ thuật cổ truyền chế biến cây mía thành vài loại chất ngọt được bắt nguồn ở Ấn độ, kỹ thuật cổ truyền chế biến đường được phổ biến tới các khu vực ở châu Á, châu Âu, Bắc phi; trong khi đó kỹ thuật chế biến hiện đại được đưa từ châu Âu vào châu Á. Công nghiệp đường tuy có rất lâu đời nhưng hơn 100 năm gần đây mới được cơ khí hoá. Nhiều thiết bị quan trọng được phát minh vào thế kỹ 19. 2. Trong nước: Ở nước ta nghề trồng mía đã có từ lâu đời. Cùng với nghề trồng mía từ xưa ông cha ta đã biết làm ra những loại đường truyền thống như đường miếng, đường thẻ, đường phèn, đường phổi Tuy nhiên ngành chế biến đường mía ở nước ta chưa phát triển kịp với sự phát triển của ngành đường thế giới. Từ năm 1975 -1995 nước ta có thêm nhiều NMĐ mới như La Ngà (Đông nai) 2000 TMN ; NMĐ Lam Sơn (Thanh hoá ) 1500 TMN, Tây ninh 500 TMN; đồng thời các nhà máy Đường Bình dương, Quảng Ngãi đã nâng công suất lên 2000 TMN. Năm 1995 Chính phủ đã đưa ra đề án phát triển mía đường Việt Nam và từ đó đến nay hàng loạt các nhà máy Đường lớn nhỏ khác nhau lần lượt ra đời.Đến nay nước ta có khoảng 44 nhà máy đường đưa tổng năng suất ép lên 50000-60000 tấn mía/ngày với sản lượng đường hơn 1 triệu tấn/năm và mức tiêu thụ bình quân 13-15 kg/người/năm. III. SƠ LƯỢC VỀ LƯU TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG: Mía Xử lý mía Lấy nước mía Làm sạch nước mía Cô đặc nước mía Làm sạch mật chè Nấu đường, trợ tinh Ly tâm tách mật Làm khô Phân loại Đóng bao IV. MỘT SỐ THUẬT NGỮ THƯỜNG DÙNG: 1. Mía: Nguyên liệu dùng để sản xuất đường, mía đưa vào để trích, ép gồm có mía thuần và các tạp chất theo mía. 2. Tạp chất của mía: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 11
13. Gồm lá, ngọn mía non, rễ, dất, cát 3. Bã mía: Là phần chất khô không tan trong nước sau khi trích ép lấy nước mía trong cây mía 4. Bã nhuyễn: Là những hạt rất nhỏ gồm những sơi celluloze rất ngắn sinh ra trong quá trình chặt, đánh tơi và cán ép nước mía trong cây mía. 5. Nước mía nguyên: Là nước mía được ép ra từ cây mía chưa pha trộn nước vào, như nước mía ép ra của máy ép đầu tiên. 6. Nước mía hổn hợp: Nước mía tổng hợp rút ra từ dàn ép, bao gồm nước mía ép ra ở máy đầu tiên và các máy ép sau đã được pha loãng để bơm vào khâu sau xử lý chế luyện. 7. Nước chè trong: Là nước mía đã được xử lý nhiệt và hoá chất qua thiết bị lắng, lọc, gạn lượt được nước mía trong suốt. 8. Chất khô: Chất rắn hoà tan không bay hơi (như đường) được xác định bằng Bx kế hoặc chiết quang kế. 9. Độ Bx: Bx viết tắt của chữ Brix. Độ Bx biểu thị phần khối lượng của chất rắn hoà tan trong 100 phần khối lượng dung dịch thường được đo bằng phù kế (Bx kế) hay tỉ trọng kế. Ví dụ : Nước mía 12oBx nghĩa là có 12 phần chất khô trong 100 phần nước mía. * Độ Bx đo ở nhiệt độ bất kỳ gọi là Bx quan sát. * Độ Bx đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn (20oC) hoặc Bx đã được hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu chuẩn gọi là Bx cải chính 10. Độ đường theo Pol : Pol viết tắt của chữ Polarimet, là thành phần đường saccaroza có trong dung dịch tính theo phần trăm khối lượng dung dịch do kết quả đo được bằng máy Polarimet 1 lần theo phương pháp tiêu chuẩn quốc tế. 11. Độ đường theo Sacc: Là thành phần đường saccaroza có trong dung dịch tính theo phần trăm khối lượng dung dịch căn cứ vào kết quả của phương pháp đo và phân tích chính xác của phòng thí nghiệm còn gọi là phương pháp chuyển hoá vì nó loại trừ ảnh hưởng của những chất không đường gây nên trong quá trình xác định thành phần đường saccaroza. 12. Độ tinh khiết: Chỉ mức độ trong sạch của dung dịch đường; được biểu thị bằng phần trăm khối lượng đường saccaroza nguyên chất so với khối lượng chất rắn hoà tan có trong dung dịch. AP ( viết tắt của chữ Apparent Purity): biểu thị độ tinh khiết đơn giản của dung dịch đường là tỉ lệ phần trăm khối lượng saccaroza (tính theo pol) trên toàn phần khối lượng chất khô trong dung dịch đường. Pol AP 100,% Bx Pol: được xác định trực tiếp 1 lần trên máy phân cực Polarimet. Bx: được xác định bằng Bx kế hay Baume kế (1 Be=1,84 Bx) GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 12
14. GP (viết tắt của chữ Gravity Purity) biểu thị độ tinh khiết trọng lực của dung dịch đường, là tỉ lệ phần trăm khối lượng saccaroza tính theo Sacc trên toàn phần khối lượng chất khô trong Sacc GP 100,% Bx dung dịch đường Sacc: được xác định bằng phương pháp phân cực 2 lần trên máy phân cực Polarimet. Bx: được xác định bằng chiết quang kế. TP (viết tắt của chữ True Purity) biểu thị độ tinh khiết thực của dung dich đường, là tỷ lệ phần trăm của khối lượng saccaroza tính theo Sacc trên toàn phần khối lượng chất khô xác định bằng cách sấy khô trong dung dich đường Sacc TP 100,% Bx(saykho) Trong thực tế ,người ta thường dùng độ tinh khiết đơn giản ( AP ), tuy độ chính xác chưa cao nhưng xác định nhanh và vẫn đáp ứng yêu cầu sản xuất. 13. Đường khử còn viết ký hiệu là RS: Viết tắt của chữ Reducing Sugar, chỉ những loại đường trong công thức phân tử có chứa nhóm chức CHO (andehyt) hoặc CO (axeton) ,chẳng hạn như glucoza và fructoza. 14. Đường nguyên liệu: Tất cả các loại đường đưa vào sản xuất để gia công, tinh chế lại có phẩm cấp cao hơn. 15. Đường thô: Có tên gọi tiếng Anh là raw sugar, là loại đường nguyên liệu đối với nhà máy Đường tinh luyện là đường có tinh thể màu vàng, chưa qua sấy khô, thường có pol =96-98%. 16. Đường tinh luyện: Thường gọi là RE - viết tắt của chữ Refined Extra Quality, là đường đuợc sản xuất từ đường nguyên liệu, đường thô với phẩm cấp cao Pol 99,8% , độ ẩm 0,04% 17. Đường kính trắng (đường trắng đồn điền): Thường được gọi là RS viết tắt của chữ Refined Standard Quality, là đường được sản xuất trực tiếp từ nguyên liệu mía cây, thường có phẩm cấp thấp hơn RE , Pol 99,5% ,độ ẩm 0,05%, còn gọi là đường cát trắng. 18. Mật chè: Còn gọi là chè đặc hay sirô, là nước chè trong sau khi qua hệ thống bốc hơi (cô đặc) làm nồng độ chè trong được nâng lên (thường có nồng độ từ 55- 700Bx ) 19. Đường non: Là hỗn hợp gồm có tinh thể đường và mật cái sau khi nấu đến cở hạt tinh thể và nồng độ nào đó rồi nhả xuống trợ tinh. Tuỳ theo chế độ nấu mà phân cấp các loại đường non A,B,C 20. Mật: Là chất lỏng được tách ra từ đường non bằng máy li tâm và có tên tương ứng với tên đường non như mật A,B,C 21. Đường giống: Là hổn hợp đường bụi hoặc đường tinh thể được nghiền nhỏ trộn với cồn đưa vào nồi nấu làm nhân (mầm) tinh thể hoặc đường non nấu chưa đến kích thước yêu cầu, tách ra một phần đưa vào nồi nấu khác để phát triển tinh thể và thể tích theo yêu cầu của từng loại sản phẩm. 22. Đường hồ: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 13
15. Còn gọi là magma là hỗn hợp đường, mật hoặc nước trộn đều để cung cấp làm chân (giống) cho các nồi nấu đường. 23. Chữ đường: Là khái niệm về năng suất công nghiệp, chỉ lượng đường thương phẩm có thể lấy ra từ cây mía ở các xí nghiệp chế biến đường mía và dựa vào cơ sở giá trị chữ đường xác định được, xí nghiệp thanh toán trả tiền mua nguyên liệu mía cho người trồng mía. Khái niệm này do các xí nghiệp chế biến đường mía ở Uc xây dựng và áp dụng thường ký hiệu là CCS ( viết tắt từ các chữ Commercial Cane Sugar) từ năm 1899 tại phòng thí nghiện Queens Land Thông thường với một giống mía sản xuất, năng suất công nghiệp đạt từ 9-13% Công thức tính chữ đường CCS: 3 5 F 1 3 F CCS Pol1(1 ) Bx1(1 ) 2 100 2 100 Trong đó: Pol1: pol nước mía ép đầu hoặc nước mía nguyên ép bằng máy ép phân tích Bx1: Bx nước mía ép đầu hoặc nước mía nguyên ép bằng máy ép phân tích F: % xơ trong mía của mẫu phân tích. PHẦN A: LẤY NƯỚC MÍA CHƯƠNG 1 : LẤY NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP ÉP. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 14
16. Nguyên lý chung của phương pháp ép là xé và ép dập thân cây mía nhằm phá vỡ các tế bào để lấy nước mía. I. SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ CỦA CÔNG ĐOẠN ÉP MÍA: Ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình sản xuất đường được chia thành các giai đoạn nhỏ như sau: Mía Tiếp nhận và xuống mía Cấp mía vào máy ép Xử lý mía trước khi ép Ép dập Ép kiệt. SÅ Â Ä Ö CÄ N G Â OA ÛN EÏP MÊA N æåïc mêa häøn håüp 1- B àng chuyãön; 2- M aïy san bàòng; 3- M aïy bàm; 4 - M aïy eïp dáûp; 5- M aïy eïp kiãût 1. Tiếp nhận và xuống mía: - Việc tiếp nhận mía được thực hiện tại bàn cân của nhà máy. Tại đây mía được xác định trọng lượng và đánh giá chất lượng thông qua việc rút mẫu đại diện hoặc khoan lấy mẫu xác định chữ đường. - Dụng cụ bốc dỡ mía ở các nhà máy đường thường dùng là cần cẩu mía hoặc cầu cẩu mía. - Để không gây trở ngại cho việc tiếp tế mía cho các băng tải chính chuyển mía vào máy ép cần có các băng tải phụ. Băng tải phụ có hai dạng: Bàn lùa ngang: đây là băng tải rất rộng và rất ngắn, hình chữ nhật hay gần hình vuông, hoạt động nhờ một mô tơ độc lập. Mặt phẳng trên của nó nằm cao hơn 2 mét và vuông góc so với băng tải chính. Mía được cẩu bỏ xuống bàn lùa và chuyển xuống băng tải chính dần dần. Bàn lùa ngang sẽ thêm thuận lợi khi có đặt thêm trục điều chỉnh mía, trục này giúp mía xuống băng tải đều đặn tránh không cho các bó mía lớn rơi xuống làm nghẽn dao chặt. Băng tải phụ: Đây là băng tải có chiều ngang bằng băng tải chính, nhưng tâm của nó nằm vuông góc và trên băng chính. Nó có nhiệm vụ tiếp tế mía giống như một nhánh sông điều hoà vừa tiếp tế vừa điều chỉnh lưu lượng. 2. Cấp mía vào máy ép: - Việc vận chuyển mía từ bãi mía đến các che ép dập được băng tải mía chính đảm nhận. Vì yêu cầu việc tiếp tế mía cho che ép dập đuợc tốt băng tải cần có phểu đổ cao và phải vượt qua mặt bằng của bãi mía nên băng tải thường đặt dưới hố nên thường có 3 phần: Phần nằm ngang, phần nghiêng dốc lên và đầu đổ mía phía trên che ép dập hoặc che ép. - Việc điều khiển băng tải mía thường là loại độc lập và tiến hành bằng mô tơ điện. 3. Xử lý mía trước khi ép: - Việc xử lý mía được thực hiện nhờ các dao băm (chặt) - Nhiệm vụ của dao băm hay mục đích của việc xử lý mia: làm tăng năng lực che ép bằng cách biến mía thành một khối chặt chẽ và đồng đều giúp cho che ép dập dễ tiếp nạp. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 15
17. làm tăng hiệu suất của che ép vì đã phá vỡ lớp vỏ mía và giúp việc ép và trích lấy nước mía được dễ dàng. - Phương cách lắp đặt các dao băm: thông thường chia ra hai loại: + loại dao băm san bằng san bằng lớp mía là chính. + loại dao băm phá vỡ: băm nát mía. + đôi khi các nhà máy còn sử dụng thêm dao băm thứ 3 hoặc búa đập nhằm cho phép đạt đến chỉ số xử lý mía tốt nhất. Tuy nhiên búa đập có lợi thế nhiều hơn dao băm. 4. Ép dập Che ép dập thường có hai hay ba lô ( trục ép) Mục đích: bảo đảm việc cung cấp mía cho cả dàn ép, làm tăng năng suất ép, tăng hiệu suất ép và giảm bớt công suất tiêu hao. Nhiệm vụ chính là:Làm cho mía dập vụn hơn, thu nhỏ thể tích lớp mía và giúp che ép trích lấy nước mía Đặc tính của che ép dập: Bề mặt lô ép này phải được cấu tạo đặc biệt để cùng một lúc nghiền và băm nát cây mía, để giúp cho các che ép làm việc hiệu quả với mía đã được nghiền nhỏ và sẽ trở thành bã mía. Che ép dập phải có tốc độ vòng cao hơn các che ép kiệt vì nó có nhiệm vụ đưa vào che ép mía chưa phải ở dạng bã mía nên che ép khó tiếp thu. Nếu có cùng tốc độ với che ép thì sẽ không cung cấp đủ lượng nguyên liệu mà che ép kiệt yêu cầu. Thông thường các che ép dập có kích thước lớn hơn che ép kiệt. 5. Ép kiệt: Mục đích: lấy kiệt nước mía có trong mía tới mức tối đa cho phép Thông thường trong dàn ép hiện nay ngoài che ép dập, bố trí liên tiếp từ 2-5 bộ ép 3 trục . II. CÁC PHƯƠNG PHÁP ÉP MÍA: Có 2 phương pháp ép là ép ướt (ép có tưới nước thẩm thấu) và ép khô. 1. Phương pháp ép ướt: a/ Mục đích của việc tưới nước thẩm thấu: Khi bã mía bị nén ngay cả với các lực nén rất lớn và lặp đi lặp lại nhiều lần, cũng không bao giờ trích hết lượng nước mía mà nó có. Bã mía này chỉ hướng đến một giới hạn độ ẩm tối thiểu, thông thường từ 45-48% và đến 40% ở các trường hợp có nhiều thuận lợi, có nghĩa là nó vẫn giữ một phần lớn lượng nước mía của nó. Nếu lúc này ta dùng nước tưới lên bã, lượng nước này sẽ phân tán đều ra lớp bã và làm loãng nước mía chứa trong bã. Che ép tiếp theo sẽ đem lượng bã trở lại giới hạn độ ẩm ban đầu. Nhưng độ ẩm này được cấu thành không phải bằng lượng nước mía tuyệt đối mà bằng lượng nước mía đã được pha loãng như vậy ta đã trích lấy được đường và độ ẩm bã vẫn ở 45-48%. Như vậy việc tưới nước thẩm thấu nhằm tăng hiệu suất lấy đường sacc từ cây mía, nhờ khả năng hút nước mạnh của lớp bã ra khỏi máy ép nên khi phun nước thẩm thấu vào, nước này sẽ ngấm nhanh vào bã và hoà tan phần đường còn sót lại, sau đó qua các máy ép kế tiếp nước đường loảng được lấy ra và cứ như thế tới khi đường được lấy ra ở mức cao nhất. b/ Các phương pháp thẩm thấu: * Phương pháp thẩm thấu đơn: Phương pháp này đơn giản, bã được tưới nước sau mỗi che ép. Nếu chỉ tưới nước vào một điểm nằm trước che ép cuối thì gọi là thẩm thấu đơn một lần. Nếu tưới thêm nước vào trước che ép áp cuối thì gọi là thẩm thấu đơn 2 lần và tương tự có thẩm thấu đơn 3 lần, 4 lần. - Sơ đồ phương pháp thẩm thấu đơn 3 lần: * Phương pháp thẩm thấu kép (phức) Xuất phát từ sự thẩm thấu đơn người ta chú ý thấy rằng nước mía pha loãng ở che ép cuối chỉ toàn là nuớc và người ta đã dùng nó để hồi lưu vào trước che ép áp cuối. Điều này được gọi là thẩm thấu GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 16
18. kép. Nghĩa là vừa phun nước lã vừa sử dụng lại các loại nước mía loãng để làm nước phun vào bã của các máy ép trước dựa theo nguyên tắc nước nhiều đường phun vào bã chứa nhiều đường, nước ít đường phun vào bã còn chứa ít đường - Sơ đồ phương pháp thẩm thấu phức c/ Những điều kiện kỹ thuật của thẩm thấu: * Vị trí tưới nước: Tưới vào bã sau khi vừa ra khỏi máy ép vì lúc đó bã nở ra làm cho nước dễ thấm vào bã nhất. Nếu để lâu không khí chui vào và sẽ gây khó khăn cho thẩm thấu. * Lượng nước tưới: Dùng nhiều hay ít phụ thuộc vào phương pháp thẩm thấu, thành phần xơ và hàm lượng đường. Nếu nhiều quá hiệu suất ép có tăng ít nhiều (lượng đường lấy ra được thêm một ít) nhưng lượng nước nhiều quá ảnh hưởng đến quá trình ép vì gây ma sát trượt, đồng thời nước nhiều sẽ tăng nhiệt lượng trong công đoạn cô đặc nước mía, ít quá thì đường lấy ra chưa hết. Để tính toán lượng nước thẩm thấu người ta có thể dứa vào hệ số tưới  Khäúilæåüngnæåïctæåïi  Khäúilæåüngxå =01; hiệu suất ép tăng nhanh =12: hiệu suất ép tăng chậm hơn =2: hiệu suất ép tăng rất chậm  >3 hiệu suất ép hầu như không tăng Thông thường khi nhà máy mới hoạt động hoặc thiết bị mới tu bổ thì ta dùng =3 sau đó sẽ giảm dần đến khi =1,5 thì ngừng để làm vệ sinh hệ thống bốc hơi. Lượng nước tưới cần dùng ứng với =2 là tốt khoảng 25-30% khối lượng mía ép. * Nhiệt độ nước tưới: + nhiệt độ nước tưới thường 55-65oC + nguồn nước tưới thường lấy nước ngưng tụ ở các nồi bốc hơi cuối + nhiệt độ nước tưới thấp <50oC hiệu suất ép giảm do tác dụng thẩm thấu ít vi sinh vật phát triển mạnh ở 40-50oC. + nhiệt độ nước tưới cao: hiệu suất ép tăng do tác dụng thẩm thấu tốt năng suất ép giảm do bã bị trương nở quá lớn đi vào trục ép khó khăn nếu nhiệt độ cao quá: vì nước mía ép thường ở trong môi trường axit do đó nhiệt độ cao sẽ làm đường chuyển hoá đồng thời thành phần phi đường trong bã dễ bị theo nước ép hoà vào nước mía do đó làm giảm độ thuần khiết của nước mía. * Áp suất nước thẩm thấu: Áp suất càng cao càng tốt, nước thẩm thấu sẽ ngấm xuống đến lớp bã dưới cùng. Nhưng cũng tuỳ theo độ dày mỏng của lớp mía, nếu lớp mía dày dùng áp suất cao, lớp mía mỏng dùng áp suất thấp; thương áp suất thẩm thấu 2-3kg/cm2 * Thời gian thẩm thấu: Thời gian thẩm thấu càng dài thì tác dụng thẩm thấu càng tốt (tuỳ thuộc vào chiều dài của băng chuyền trung gian) 2. Phương pháp ép khô: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 17
19. Ep khô là ép không có nước thẩm thấu, bao gồm tất cả các lần ép liên tiếp lên trên lớp bã ở trong dàn ép mà không bổ sung thêm vào dung dịch lỏng nào. Do không có tưới nước nên hiệu suất ép thấp. Chỉ ép khô trong các trường hợp sau đây: - Ep thủ công: không có bốc hơi chân không do đó tiêu hao chất đốt nhiều vì vậy không thể tưới thấm thêm nước. - Để kiểm tra việc tính toán các thông số và lắp đặt máy của dàn ép có hoàn hảo không. III. VI SINH VẬT TRONG CÔNG ĐOẠN ÉP MÍA: 1. Tác động phá hoại của VSV: Nước mía - có độ đường khoảng 10-14%, pH=5-5.5 khi mía xấu, sâu bệnh, gặp bão lụt pH này có thể giảm xuống ở mức 4-5, nhiệt độ khoảng 25oC - là môi trường thích hợp cho sự sinh trưởng của VS V. a. Chuyển hoá và làm mất đường trong nước mía: Kết quả của quá trình chuyển hoá đó làm cho hàm lượng đường sacaroza bị giảm và độ tinh khiết của nước mía cũng giảm . b. Sự hình thành các chất keo: Các VSV tạo ra các khối nhầy, dẽo bám trên thành ống, cánh bơm, van có thể làm cho đường ống bị nghẹt, tắt van, bơm ảnh hưởng không tốt tới qúa trình sản xuất; hoặc làm sai kết quả phân tích đường khi dùng máy phân cực. 2. Vệ sinh khu ép: Khi vệ sinh những che ép không đầy đủ, tổng những tổn thất saccaroza có thể lên tới 2,5kg/tấn mía. Trong một nhà máy sạch sẽ và khử trùng tốt có thể giảm đi đáng kể những tổn thất do vi khuẩn gây nên. Mục đích việc vệ sinh khu ép để hạn chế những tác hại của VSV có thể gây ra. Trong phạm vi khu ép phải cố gắng bảo đảm vệ sinh thật tốt để không nơi nào có mùi hôi chua hoặc thấy nấm mốc phát triển, hoặc có sự hiện diện của bùn hoặc kiểm tra thấy sụt thuần độ bất thường giữa nước mía đầu và nước mía hổn hợp. Do đó trong qúa trình ép phải chú ý đến vấn đề vệ sinh sát trùng. Phương pháp vệ sinh: Để thực hiện vệ sinh tốt cần phải kết hợp giữa lau chùi về vật lý có hiệu quả với dùng nước nóng hoặc sử dụng một chất sát trùng thích hợp: dùng vôi; dùng hoá chất formol, hypochlorit, busan 881, 885 Dưới tác dụng của kiềm mạnh và nhiệt độ cao sự hoạt động của VSV bị ngừng trệ. Trong qúa trình sản xuất phải định kỳ sát trùng ở các bộ phận như băng chuyền trung gian, băng chuyền mía ép lại, máy ép, thùng chứa nước mía hổn hợp Khi ngừng hoạt động phải vệ sinh sạch sẽ rồi dùng sữa vôi phun vào các thiết bị nói trên để đề phòng sự phát triển của VSV, khi cho máy chạy lại cần phải rửa sạch nước vôi. IV. VẬN TỐC ÉP: 1. Định nghiã: a. Vận tốc ép của một máy ép: là tốc độ của bã mía khi đi qua máy ép mía b. Vận tốc ép của một dàn ép: là vận tốc trung bình của các máy ép trong dàn ép. Vận tốc ép có ký hiệu là v thường có đơn vị là m/phút. v1 v2 vN v(daìneïp) N v1, v2 vN: vận tốc ép của máy ép 1,2 N N: số máy ép trong dàn Vận tốc ép nói chung chỉ tốc độ di chuyển của mía trên băng chuyền mía và của bã mía trên các băng chuyền trung gian và ở ngay trên các máy ép. 2. Công thức tính vận tốc của máy ép GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 18
20. v= .D.n v: vận tốc ép (mét/phút) D: đường kính trung bình của máy ép (mét) D 1 D 2 D 3 D 3 D1, D2, D3: đường kính trung bình của trục đỉnh, trục trước, trục sau (mét) n: tốc độ quay của trục ép, là số lượng vòng mà trục ép quay trong một đơn vị thời gian (vòng/phút). 3. Vận tốc ép tối đa: - Nếu xét về phương diện năng suất ép: khi tăng vận tốc máy ép thì năng suất ép tăng, tuy nhiên khi vận tốc ép vượt quá một trị số giới hạn nào đó thì năng suất ép lại giảm xuống. Hiện tượng này được giải thích là do hệ số ma sát giữa bã và bề mặt kim loại làm trục ép giảm nhanh chóng khi vận tốc tương đối giữa bã và bề mặt kim loại tăng lên. Theo ông Hugot, đối với các dàn ép thông thường, vận tốc ép giới hạn là 26,18 m/phút. Vượt quá giới hạn này năng suất ép sẽ giảm xuống. - Các nhà chế tạo không thống nhất nhau về vận tốc ép tối đa mà dàn ép nên có để có hiệu quả kinh tế nhất. Tuy nhiên tất cả đều thống nhất vận tốc ép kinh tế tỉ lệ với đường kính trục ép. V. NĂNG SUẤT ÉP 1. Định nghĩa: Năng suất ép của một dàn ép là lượng mía mà nó có khả năng ép được trong một đơn vị thời gian. Năng suất ép ký hiệu là A, đơn vị tính là lượng tấn mía /giờ hoặc lượng tấn mía/ ngày. Người ta thường ký hiệu:TMG -tấn mía/giờ ; TMN- tấn mía/ngày. Nếu tính trên trị số trung bình người ta có thể chuyển TMG sang TMN bằng cách nhân với 23,75. A= xTMN= x.23,75TMG 2. Các yếu tố ảnh hưởng đến năng suất ép: Có nhiều yếu tố mà các yếu tố chính là như sau: - Lượng xơ trong mía: + Mía có hàm lượng xơ cao sẽ làm giảm năng suất ép + Xơ không cứng, không dòn dễ vào máy ép, năng suất ép tăng lên. - Kích thước và tốc độ của các trục ép: + Trục ép có kích thước lớn thì năng suất ép sẽ lớn. + Tốc độ quay của trục ép tăng, năng suất ép tăng. Khi các yếu tố khác không thay đổi (áp lực nén trục đỉnh, kích thước trục ép, chất lượng và số lượng xơ ) tốc độ quay của trục ép tăng tức là vận tốc ép tăng, lượng mía đi qua máy ép nhanh nên tăng năng suất ép) - Số lượng của trục ép: + Trong trường hợp hiệu suất ép không thay đổi, mục đích tăng số trục ép chỉ để tăng lượng ép thì năng suất tỉ lệ thuận với số trục ép hay số lần ép. + Trong trường hợp không xét đến yếu tố lượng ép, tăng số trục ép cốt để tăng hiệu suất ép thì ngược lại năng suất tăng rất ít. - Xử lý mía trước khi ép: Mía được xử lý tốt năng suất ép sẽ tăng Mía sau khi qua xử lý, mật độ mía tăng lên, mía vào trục ép dễ dàng, tuy cùng một độ dày miệng ép như nhau có thể có nhiều mía đi qua, do đó năng suất ép tăng. - Vấn đề sự thẩm thấu: Lượng nước thẩm thấu tăng, nhiệt độ nước thẩm thấu cao, năng suất ép giảm. Thẩm thấu có tác dụng lớn đến năng suất ép. Nếu lượng nước thẩm thấu quá nhiều thì hiệu suất ép tăng lên không nhiều nhưng mía vào máy ép khó khăn vì gây ra ma sát trượt. Nhiệt độ thẩm thấu cao bã mía trương GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 19
21. lên nên dễ xãy ra hiện tượng nghẹn bã; Từ ngữ nghẹn được mô tả trong điều kiện khi máy ép không ngoạm hết mía được đưa tới và vì thế dồn đống ở máy ép trước. - Rãnh (răng) của trục ép: Răng trục ép làm tăng diện tích ép của trục. Hình dạng và độ sâu của răng có tác dụng kéo mía vào máy ép. Rãnh thoát nước có tác dụng thoát nước nhanh, nhất là đối với trục trước có lợi cho việc kéo mía vào trục do làm giảm sự trượt của mía hay bã ở trục ép và cải thiện khá rõ năng lực của dàn ép. - Lực nén thuỷ lực: Áp lực ở trục đỉnh đối với năng suất không có ảnh hưởng rõ rệt. Chủ yếu tác dụng đến hiệu suất ép. Nhưng khi trục đỉnh chịu áp lực tương đối nhỏ, mía vào máy ép dễ dàng. - Việc sử dụng các thiết bị tiếp nạp cưỡng chế: Các trục ép tiếp nạp cưỡng chế phía trên và nhất là ở phía dưới là các cần đẩy và cần tiếp nạp với áp suất liên tục có thể làm tăng lượng mía ép với tỉ lệ nhiều khi rất rõ. Dàn ép có hệ thống cung cấp và kiểm soát mía tự động sẽ làm tăng năng suất ép - Việc quan niệm về tình trạng thiết bị: Các máy ép hiện đại gồm các cải tiến có thể làm tăng năng suất ép. Mặt khác sự mòn của rãnh răng, hao mòn trục ép, các bề mặt ma sát, đặc biệt ở bộ phận áp lực nén trục đỉnh có thể gây trở ngại cho máy ép làm việc tốt. Máy ép hay hư hỏng lặt vặt làm giảm năng suất ép. - Nhân lực: Giá trị của nhân sự bảo đảm việc điều chỉnh và bão dưỡng che ép là một yếu tố khó lường được nhưng hậu quả của nó có thể rất lớn. Công nhân có kinh nghiệm vận hành và sữa chữa sẽ giúp năng suất ép gia tăng. 3. Hệ số sử dụng - Bao giờ cũng lắp đặt dàn ép có năng suất lắp đặt (theo tính toán) cao hơn năng suất thiết kế (năng suất hoạt động), cho nên mỗi dàn ép đều có hệ số sử dụng Athiãútkãúsæíduûng Atênhtoaïn - Hệ số sử dụng phản ảnh mức độ an toàn về mặt năng suất ép của dàn ép được lắp đặt. Hệ số sử dụng càng nhỏ càng an toàn nhưng chi phí lắp đặt cao. Thường = 0,6 VI. HIỆU SUẤT ÉP 1. Định nghĩa: Hiệu suất ép là tỉ lệ phần trăm lượng đường sacaroza lấy ra được khỏi cây mía so với lượng đường sacarôza có trong cây mía. Ký hiệu E; Đơn vị tính % 2. Công thức tính hiệu suất ép: Q Pol E nmhh 100,% M Polmia Trong đó: E: hiệu suất ép, % Q: khối lượng nước mía hổn hợp, tấn M: khối lượng mía ép, tấn GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 20
22. Tuy nhiên không thể căn cứ đơn thuần trên hiệu suất ép tính theo công thức nói trên để đánh giá hiệu quả làm việc của một dàn máy ép, bởi vì thực tế cho thấy hiệu quả làm việc của một dàn ép mía còn bị ảnh hưởng bởi thông số xơ mía, trong khi đó trong công thức tính hiệu suất ép không có xơ mía. Vì vậy ông Noel Deerr đã êr nghị một thông số khác để phản ảnh hiệu quả làm việc cỏa dàn ép một cách trung thực và công bằng hơn, đó là hiệu suất ép hiệu chỉnh. 3. Hiệu suất ép hiệu chỉnh: a. Khái niệm: Một dàn máy ép bất kỳ: - Khi ép mía có %xơ là f thì đạt được hiệu suất ép là E. - Nay giả sử chuyển sang ép mía tiêu chuẩn có % xơ là 12,5 mà tỷ lệ nước mía tuyệt đối mất trong xơ như cũ thì hiệu suất ép lúc này được gọi là hiệu suất ép hiệu chỉnh. Ký hiệu E12,5; Đơn vị tính % Hiệu suất ép hiệu chỉnh là hiệu suất ép mới của một dàn máy ép, mà trước đây khi ép mía có hàm lượng % xơ là f thì đạt được hiệu suất ép là E, nay giả sử chuyển sang ép mía tiêu chuẩn với hàm lượng % xơ là 12,5 mà không điều chỉnh gì khác để vẫn đạt tỷ lệ nước mía tuyệt đối mất trong xơ như cũ. b. Công thức tính hiệu suất ép hiệu chỉnh: (100 f ) E12,5 100 (100 E) 7 f c. Ý nghĩa: Ví dụ 1 Hiệu suất ép của dàn ép A là 94% khi ép mía có hàm lượng xơ là 11,%5. Xác định hiệu suất ép hiệu chỉnh: Ví dụ 2: Hiệu suất ép của dàn ép B là 92% khi ép mía có hàm lượng xơ 16%. Xác định hiệu suất ép hiệu chỉnh: So sánh hiệu quả làm việc của 2 dàn ép trên? Hiệu suất ép hiệu chỉnh được sử dụng để so sánh và đánh giá hiệu quả làm việc của các dàn máy ép khác nhau hoặc của cùng một dàn ép với các loại mía khác nhau. 4. Các yếu tố ảnh hưởng tới hiệu suất ép: - Xử lý mía trước khi ép: + Mía xé nhỏ, độ xé tơi cao, hiệu suất ép tăng hay nói cách khác hệ số xử lý mía cao, hiệu suất ép tăng. Tuy nhiên hình dạng mảnh vụn mía sau khi xé cũng ảnh hưởng lớn tới hiệu suất ép. Nếu ở dạng bột thì khi ép độ thoát nước mía kém, nước mía khó thoát ra khỏi lớp mía, nên làm giảm khả năng lấy hết đường ra khỏi mía. Tốt nhất là xé mía thành dạng sợi, ở dạng này độ thông thoáng cao, nước mía thoát ra dễ dàng, cũng có lợi cho việc phát huy hiệu quả thẩm thấu. + Mảnh vụn mía ở dạng sợi nâng cao hiệu suất ép hơn ở dạng bột. - Ap lực nén trục đỉnh: + Ap lực nén trục đỉnh tăng, hiệu suất ép tăng + Ap lực nén trục đỉnh tăng từ 0 148.105 N/m2, hiệu suất ép tăng nhanh. Ap lực nén trục đỉnh > 148.105 N/m2, hiệu suất ép tăng chậm. Ap lực nén trong khoảng từ 196.105  245.105 có lợi về knh tế, an toàn trong sản xuất. o Khi hàm lượng xơ trong mía cao, có thể tăng áp lực nén để đạt hiệu suất ép cao. - Thẩm thấu: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 21
23. + Ep có sử dụng nước thẩm thấu thì hiệu suất ép tăng lên rất nhiều so với ép khô + lượng nước thẩm thấu nhiều, hiệu suất ép tăng. + Nhiệt độ nước thẩm thấu cao, hiệu suất ép tăng. . Thực nghiệm đã cho thấy: lượng nước gấp đôi khối lượng xơ là hiệu quả, nhiệt độ tối ưu 55-65oC - Số lượng trục ép: Số lượng trục ép tăng thì số máy ép sẽ nhiều nghĩa là mía sẽ được ép nhiều lần, mức trích nước mía càng triệt để hiệu suất ép tăng. Tuy nhiên nếu số lượng trục ép nhiều quá thì sẽ không hiệu quả. Số lượng trục ép tăng, hiệu suất ép tăng. Số lượng trục ép/dàn ép thông thường là 12-15 trục (4-5 máy ép) hiệu quả nhất. - Tốc độ ép: + Khi tăng tốc độ ép, năng suất ép không đổi thì hiệu suất ép sẽ tăng + Khi tăng tốc độ ép, năng suất ép tăng thì hiệu suất ép giảm + Mức độ tác động đến hiệu suất ép rất nhỏ khi tốc độ ép < 5 vòng/phút - Độ tải xơ: Sức tải xơ là trọng lượng xơ trên một đơn vị diện tích vẽ bởi một trong các lô ép khi quay. Sức tải xơ tỉ lệ thuận với chiều dày của lớp bã, từ đó để so sánh năng lực làm việc của hai máy ép có đuờng kính khác nhau ta phải qui ra sức tải xơ so với đường kính. Từ đó sinh ra khái niệm độ tải xơ. Độ tải xơ = q/D kg/m2/m kg/m3 + Khi độ tải xơ tăng sẽ làm cho hiệu suất ép giảm + Nếu độ tải xơ tăng lên 10% thì hiệu suất ép giảm 0,17% - Tình trạng máy ép: + Máy ép hay hư hỏng, hiệu suất ép giảm + Vỏ trục ép bị mòn, hiệu suất ép giảm - Công nhân vận hành: Công nhân có trình độ kỹ thuật và kinh nghiệm sẽ góp phần nâng cao hiệu suất ép. CHƯƠNG 2 LẤY NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 22
24. Phương pháp khuếch tán đã được sử dụng trong tất cả các nhà máy đường củ cải để trích ly đường từ lát củ cải. Nhiều nhà máy đường mía của nhiều nước trên thế giới đã dùng phương pháp kh/tán với các thiết bị kh/tán khác nhau. Ở nước ta phương pháp kh/tán được dùng đầu tiên ở nhà máy đường La ngà với thiết bị khtán DdS của Đan mạch. Sự khuếch tán: Khuếch tán là một hiện tượng trong dó hai dung dịch có nồng độ khác nhau tập trung lại sát bên nhau, hoặc chẳng hạn chỉ cách nhau bởi một màng mỏng, tự trao đổi với nhau bằng thẩm thấu xuyên qua màng mỏng ấy. Nếu cả hai dung dịch cùng một chất thì sự trao đổi sẽ kéo dài cho đến khi cả hai bên màng mỏng nồng độ bằng nhau. Điều này phải giả định rằng màng mỏng phải thẩm thấu đối với chất hoà tan. Nếu có hai hoặc nhiều chất hoà tan, màmg mỏng có thể thấm đối với dung môi hoặc với một số chất nhất định và không thấm đối với các chất khác. Người ta nói đó là bán thấm. I. Đặc điểm của phương pháp khuếch tán đối với mía: Qua nhiều thí nghiệm người ta thấy rằng khi cắt mía và củ cải thành từng lát có kích thước tương tự và ngâm trong nước nóng 75oC thì thời gian khuếch tán ở lát mía dài gấp ba lần so với ở lát củ cải. Ở lát củ cải nồng độ đường giảm rất nhanh và sau một thời gian nhất định toàn bộ đường đã trích ly. Đối với mía ở nhiệt độ của nước là 75oC, nồng độ đường trong lát mía giảm rất chậm và sau một thời gian khá dài, một ít đường vẫn còn trong lát mía. Muốn lấy được đường ra khỏi lát mía triệt để hơn cần phải tiến hành ngâm trong nước nóng 100oC nhưng như thế này lại bất lợi bởi vì ngâm ở nhiệt độ cao đường sacarôza bị chuyển hóa, chất không đường hòa tan vào nước sẽ nhiều lên. Như vậy đối với mía muốn khuếch tán ở 75oC thì đòi hỏi thiết bị khuếch tán phải lớn, thời gian khuếch tán dài. Muốn lấy đường hết ra khỏi lát mía trong thời gian ngắn hơn thì cần phải phá vỡ tổ chức tế bào mía. Vì vậy phải có dao băm mía, máy đánh tơi, máy ép dập, máy ép để phá vỡ tế bào mía và lấy ra một phần nước mía, sau đó dùng thiết bị khuếch tán để lấy một phần nước mía còn lại. Đối với mía do tính chất của mía không thể dựa vào phương pháp khuếch tán đơn thuần để lấy đường ra khỏi mía như đối với củ cải mà phải dùng một số thiết bị trước và sau khuếch tán nên có thể nói phương pháp khuếch tán mía là phương pháp kết hợp giữa khuếch tán và ép. Thiết bị khuếch tán thay thế vào bộ trục ép ở giữa dàn ép. Mặt khác trong khi ở củ cải sự khuếch tán cho phép nâng cao hơn thuần độ nhờ tính thẩm thấu cao của saccaroza so với những tạp chất, còn ở mía thì lợi về thuần độ rất kém, sự ngâm chiết mang theo không phân biệt saccaroza và tạp chất vào trong nước mía thu được. II. Lưu trình công nghệ của phương pháp khuếch tán: Hệ khuếch tán mía bao gồm việc xử lý mía, khuếch tán nước, ép nước khỏi bã mía và xử lý nước ép. 1. Xử lý mía : Để xử lý mía có thể dùng máy ép dập, máy đánh tơi hoặc cả hai. Ở mía bị đánh tơi có nhiều tế bào bị phá vỡ hơn so với ở mía bị ép dập, lượng đường trích ly được ở mía đánh tơi nhiều hơn. So sánh hiệu quả trích ly đường và độ tinh khiết ở mía đánh tơi và mía cắt lát thì cũng thấy ở mía đánh tơi cho kết quả tốt hơn. 2. Khuếch tán: có hai hệ khuếch tán, chủ yếu là khuếch tán mía và khuếch tán bã. Khuếch tán mía: phương pháp này giống như phương pháp đối với củ cải: xử lý mía, có dao chặt ra từng đốt, qua búa đập hoặc đánh tơi rồi đưa vào thiết bị khuếch tán. Như vậy mía còn nguyên trọng lượng và còn giữ nguyên phần đuờng. Khuếch tán sau che ép hay là khuếch tán bã mía: Mía được xử lý như phương pháp ép , đi qua một máy ép, đặc biệt qua hai máy để lấy ra nhiều nước càng tốt, khoảng 65-70% đường, còn bã thì cung cấp cho khuếch tán 3. Ép nước từ bã ướt: Trong cả ha trường hợp khuếch tán mía hay khuếch tán bã, ta không thể để bã khuếch tán ở trạng thái chứa 88-90% nước như thế được: nhà máy đường mía cần nhiên liệu nhưng bã mía khuếch tán GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 23
25. không dùng được vì độ ẩm quá cao. Bằng mọi cách ta phải ép nó lấy bớt lượng nước thừa, đơn giản nhất là cho bã ướt đi qua mộ hay hai máy ép để đưa ẩm bã xuống < 50% 4. Xử lý nước ép: Nước ép thu được ở phương pháp khuếch tán khá nhiều nhưng lại có nhiệt độ cao, hàm lượng đuờng thấp. Thông thường nước mía ép lại được sàng và gia nhiệt đến 103oC, sau đó gia vôi đến pH 7,5- 8,2 lắng cặn và làm nguội đến 75oC để đi vào khuếch tán. Hoặc nước ép có thể xử lý dùng làm môi trường nuôi cấy để sản xuất chế phẩm enzime. * Các thiết bị dùng trong phương pháp khuếch tán: Để khuếch tán mía người ta thường cần dùng: 2 dao chặt + 1 búa đập + thiết bị khuếch tán dài + 2 bộ máy ép Còn khuếch tán bã thì cần: 2 dao chặt mía + 1 búa đập + 1 bộ máy ép + 1 thiết bị khtán ngắn + 2 bộ máy ép III. SO SÁNH HAI PHƯƠNG PHÁP LẤY NƯỚC MÍA: ÉP VÀ KHUẾCH TÁN - Hiệu suất lấy nước mía: + Ép : (hệ thống phức tạp) Hiêụ Suất cao nhất = 97% + Khuếch tán: Hiệu suất 98-99% - Tổng thu hồi: + Tổng hiệu suất thu hồi đường của phương pháp khuếch tán(82%) lớn hơn phương pháp ép (80%) - Tiêu hao năng lượng: của hệ khuếch tán ít hơn hệ ép. - Vốn đầu tư của nhà máy đường bằng phương pháp khuếch tán ít hơn nhà máy đường bằng phương pháp ép. - Tồn tại của hai phương pháp: * Khuếch tán: + Tăng nhiên liệu dùng trong bốc hơi. + Tăng chất không đường trong nước mía hổn hợp do đó tăng tổn thất đường trong mật cuối. * Ép: + Trục ép là thiết bị thô kệch nặng nề, lõi trục ép làm bằng thép hợp kim đắt tiền, giá tiền chế tạo, sữa chữa bảo dưỡng cao. + tiêu hao năng lượng nhiều + tổng hiệu suất thu hồi ít phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm hơn so với phương pháp ép PHẦN B : LÀM TRONG, LÀM SẠCH NƯỚC MÍA CHƯƠNG 3: NGUYÊN LÝ LÀM SẠCH NƯỚC MÍA I. KHÁI QUÁT CHUNG: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 24
26. 1. Nước mía: Nước mía thu được từ khâu ép gọi là nước mía hổn hợp. Thông thường nước mía hổn hợp chứa từ 13% đến 15% chất tan. Ngoài đường sacarôza, trong nước mía còn những chất không đường có tính chất hóa lý khác nhau. Xét về thành phần hóa học: Nước mía gồm : Nước Chất khô - đường - chất không đường Thành 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% Ngoài ra còn đất, cát, VSV Thành phần tạp chất có trong nước mía hổn hợp được phân loại như sau: . Axít hữu cơ 13% . Carbonhydrate 10% . Hợp chất vô cơ có ni tơ 34% . Các chất màu sắc tố 17% . Sáp mía 17% . Muối vô cơ 7% . Silic 2% Tổng cộng 100% 2. Anh hưởng của các tạp chất (chất dơ) - Các acid hữu cơ làm cho đường sacarôza chuyển hóa - Các huyền phù lơ lửng làm nước mía đục, khó lọc khó kết tinh. - Các sắc tố (chất màu) làm giảm phẩm chất đường. - Các chất dơ khác nhất là muối vô cơ gây trở ngại cho quá trình kết tinh, tạo ra nhiều mật cặn và thu hồi thấp. Các tạp chất nói trên tuy số lượng không nhiều lắm nhưng có ảnh hưởng xấu đến mọi giai đoạn chế biến: lọc, phân mật, và kết tinh đường khó khăn, làm nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu quả tẩy màu và góp phần làm tăng tổn thất đường trong mật cuối. Ngoài ra còn có bã nhuyễn khi đun nóng chúng kết tụ lại . Do đó cần phải loại tất cả các chất không đường ra khỏi nước mía càng nhiều càng tốt. 3. Mục đích của việc làm trong, làm sạch nước mía: - Trung hòa acid trong nước mía hổn hợp để hạn chế đường sacarôza chuyển hóa . - Loại tối đa các chất không đường ra khỏi nước mía hổn hợp đặc biệt các chất có hoạt tính bề mặt và chất keo để nâng cao hiệu suất thu hồi đường. - Loại bỏ những chất rắn dạng lơ lửng các chất màu để nâng cao phẩm chất đường thành phẩm. II. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỆC LÀM SẠCH NƯỚC MÍA Nguyên lý cơ bản của làm sạch nước mía dựa trên các cơ sở sau: - Dùng phản ứng hóa học để kết tủa các tạp chất hoặc lợi dụng tác dụng hấp phụ, kéo theo các chất bẩn khác của các chất kết tủa hay có thể làm ngưng kết các thể keo trong nước mía để các chất đó nằm ở trạng thái rắn hay có tỉ trọng khác với nước miá rồi sau này loại đi bằng cách lắng, lọc GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 25
27. - Dùng các dụng cụ thiết bị thích hợp để hóa chế và tách rời các tạp chất ra khỏi nước mía như thiết bị lắng, lọc, thiết bị gia vôi, sunphít hoá,(carbonat hoá, phosphat hoá), gia nhiệt III. TÁC DỤNG CỦA CÁC YẾU TỐ ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM TRONG SẠCH NƯỚC MÍA 1. Tác dụng của pH : a. Ngưng kết chất keo: Trong nước mía có nhiều tạp chất tồn tại dưới dạng keo, phần lớn là keo thuận nghịch, một phần keo không thuận nghịch, keo ưa nước và keo không ưa nước và hầu hết các keo đó mang điện âm (-). Các chất màu cũng tồn tại dưới dạng keo, do đó loại trừ được keo thì loại trừ được các sắc tố. Để keo tụ các chất keo, trong sản xuất đường thường lợi dụng tác dụng của điểm đẳng điện, có thể giải thích sơ qua tác dụng keo tụ của keo bằng tác dụng đẳng điện như sau: - Trong dung dịch keo có khả năng hấp phụ các ion lưỡng cực của nước tạo thành vỏ hydrat bền vững và nó tồn tại trong dung dịch. Ở dạng này keo không hút nhau và không kết tủa. Nhưng nếu cho vào dung dịch một chất điện ly, nó phân ly thành ion kết hợp với ion keo đưa keo đến trạng thái trung hoà điện chúng hút nhau và cùng kết tủa xuống. Như vậy cho chất điện ly vào tức là thay đổi pH của dung dịch, giá trị pH mà tại đó hệ keo ngưng kết gọi là pH đẳng điện - Đối với mỗi loại keo thì trị số của điểm đẳng điện khác nhau, song cũng tuỳ từng loại mía, khí hậu và cách canh tác mà chúng khác nhau. Trong kỹ nghệ sản xuất đường lợi dụng các điểm đẳng điện đó bằng cách khống chế các điều kiện kỹ thuật để có pH thích hợp. Căn cứ vào kết quả nghiên cứu của các nhà khoa học thì trong nước mía có hai điểm pH làm ngưng tụ chất keo: + pH trên dưới 7 là điểm đẳng điện của nhiều loại keo trong nước mía. + pH =11 là điểm ngưng kết của prôtêin trong môi trường kiềm mạnh. Điểm này không gọi là điểm đẳng điện, vì lúc đó trong nước mía có đường saccaroza và hàm lượng vôi nhiều sẽ hạo thành hợp chất có tính hấp phụ prôtêin tạo thành 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 càng dài thì tác dụng keo tụ của keo càng hoàn toàn. + Nhiệt độ: tăng nhiệt độ thích đáng có thể xúc tiến quá trình keo tụ của chất dơ, vì nhiệt độ cao sự va chạm phân tử lớn nên keo tụ tốt. Mặt khác nhiệt độ tăng màng hydrat hoá bị phá vỡ keo dễ kết tủa. b. Làm chuyển hoá đường saccaroza : - Trong môi trường acid đường saccaroza bị chuyển hoá tạo thành glucoza và fructoza C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 +66,5o + 52,8o - 92,8o . - Tốc độ chuyển hoá của phản ứng trên phụ thuộc vào nhiều yếu tố như pH, nhiệt độ và thời gian: - Trong sản xuất việc chuyển hoá đường saccaroza là một điều bất lợi bởi vì không những gây tổn thất đường mà còn làm giảm độ tinh khiết của mật chè, tăng dộ nhớt, gây khó khăn cho việc kết tinh đường. c. Làm phân giải đường saccaroza: - Trong môi trường kiềm , dưới tác dụng của nhiệt saccaroza bị phân huỷ. Sản phẩm phân huỷ của saccaroza rất phức tạp: fucfurol, 5- hydrômêtyl fucfurol, mêtylglioxan, glixeandehit, dioxiaxeton, acid lactic, acid trioxiglutaric, acid trioxibuteric, acid axetic, acid focmic và những sản phẩm đó có thể tiếp tục bị oxi hoá dưới tác dụng của oxi không khí. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 26
28. - Phản ứng phân giải xãy ra càng mạnh ở pH càng cao và nhiệt độ càng cao. - Sự phân giải đường saccaroza trong quá trình sản xuất làm tăng tổn thất đường, tăng độ nhớt, độ màu giảm hiệu suất thu hồi đường. d. Làm phân 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 quá 7 sẽ phát sinh các phản ứng phân huỷ đường khử. Sản phẩm phân huỷ của đường khử tương tự sản phẩm phân huỷ của saccaroza. - Nhiệt độ tăng tốc độ phản ứng tăng; số lượng sản phẩm tạo thành phụ thuộc vào thời gian tiến hành phản ứng. (to 55oC sản phẩm phân huỷ có nhiều acid hữu cơ và chất màu). - Sự phân giải của đường khử trong quá trình sản xuất làm giảm độ tinh khiết của mật chè, tăng độ màu, giảm tốc độ kết tinh đường. e. Tách loại chất không đường Ở các pH khác nhau có thể loại đuợc các chất không đường khác nhau. - pH =7-10 các muối vô cơ Al2O3, P2O5, Fe2O3, SiO2, MgO dễ bị loại; trong số đó Al2O3, P2O5, SiO2 bị loại 95% còn MgO và Fe2O3 chỉ bị loại đến 60%. - Ở pH = 7 tách loại được khoảng 50-60% chất keo (pentosan.) - Khi pH khoảng 5-6, trên 98% prôtêin có thể bị tách loại, nếu vượt quá trị số pH đó hiệu quả tách loại rất thấp. Khi chọn pH thích hợp để loại chất không đường không nên tách loại đơn độc từng chất mà phải xét một cách toàn diện để tách loại nhiều chất không đường. 2. Tác dụng của nhiệt độ: Nếu khống chế nhiệt tốt sẽ thu được những tác dụng chính sau: - Có thể loại không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt. - Tăng nhanh các quá trình phản ứng hoá học, ví dụ sự tạo thành nhanh chóng và hoàn toàn kết tủa CaSO3 trong phương pháp sunphít hoá và CaCO3 trong phương pháp cabônat hoá. - Có tác dụng diệt trùng, đề phòng hiện tượng lên men acid và sự xâm nhập của VSV vào nước mía. - Do nhiệt dộ tăng cao làm cho tỉ trọng nước mía giảm, đồng thời làm 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 các trường hợp không tốt dưới đây: - khi nước mía có tính acid (pH =5-5,5) dưới tác dụng của nhiệt, đường saccaroza bị chuyển hoá tăng tổn thất đường. - Nếu thời gian tác dụng của nhiệt kéo dài và ở nhiệt độ cao thường sinh hiện tượng caramen hoá ảnh hưởng đến màu sắc của nước mía, làm nước mía có màu sẫm. - Trong nước mía hỗn hợp có chứa hàm lượng đường khử nhất định, dưới tác dụng của nhiệt, đặc biệt ỏ nhiệt độ cao, đường khử bị phân huỷ tạo ra các chất màu và các acid hữu cơ; - Đun nóng nước mía có khả năng thúc đẩy sự thuỷ phân vụn mía, sản sinh chất keo. Một số mốc nhiệt độ đánh dấu các công đoạn chuyển hóa của tạp chất: - > 38oC, ở pH kiềm: đường khử bắt đầu phân hủy. - > 41oC giảm dần hoạt động của vi khuẩn - > 55oC: thúc đẩy phân hủy đường khử sinh chất keo, chất màu và tạo ra axít hữu cơ. - > 61oC: hoạt động của một số men và vi khuẩn bị đình chỉ - >74oC: ngưng hoạt động của một số vi khuẩn thông thường GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 27
29. - >81oC: nhiệt độ cao nhất có thể chịu đựng của vi khuẩn có vỏ bọc, toàn bộ vi khuẩn ngừng hoạt động. - 82oC là nhiệt độ cần thiết của qúa trình lắng trong, albumin bắt đầu ngưng kết và thể keo mất tính chất hoãn xung do đó mà pH cũng có thể giảm - 95oC những kết tủa thì rắn chắc lại do sự thoát nước, độ nhớt của nước mía giảm xuống rõ rệt và tốc độ kết tủa càng nhanh. o - 100 C một phần Ca3PO4 trở thành muối phôt phat kiềm không tan [Ca(OH)2. Ca3(PO4)2] và muối phôt phát acid calôit Ca(H2PO4)2 và acid phôtphoric điện ly (H3PO4 ) và kết quả là pH giảm xuống. - >100oC nước mía bắt đầu sôi, tác dụng thoát nước nhanh có thể tạo thành một bộ phận thể keo thuận nghịch do đó ảnh hưởng đến tinh độ của nước chè trong. 3. Tác dụng của vôi: a. Vôi: - Vôi là hoá chất quan trọng được dùng phổ biến từ những ngày khởi đầu sản xuất đường. - Vôi là một chất vô định hình, có độ phân tán cao, khi hoà tan trong nước có tính keo. - Độ hoà tan của vôi phụ thuộc vào hàm lượng chất khô trong dung dịch: nồng độ đường saccaroza và chất không đường. Độ hòa tan của vôi tăng khi nhiệt độ giảm và nồng độ của đường và chất không đường tăng b. Yêu cầu chất lượng của vôi: - Chất lượng vôi có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch. Nếu vôi có nhiều tạp chất, khi cho vôi vào nước mía sẽ làm tăng tạp chất, lắng, lọc và kết tinh khó khăn. - Vôi cần đạt các tiêu chuẩn sau: CaO > 85%; MgO 2% sẽ gây những tác hại sau đây: + Giảm thấp độ hoà tan của vôi; + Thời gian lắng kéo dài; + Tác dụng với đường khử làm tăng màu sắc nước mía + MgO có độ hoà tan lớn là thành phần đóng cặn ở các thiết bị truyên nhiệt. + Làm cho đường có vị đắng - Các thành phần khác như Al2O3, Fe2O3, SiO2 làm tăng chất keo, tăng màu sắc nước mía và đóng cặn trong thiết bị. c. Các dạng vôi cho vào nước mía: Vôi được cho vào nước mía theo các dạng sữa vôi, vôi bột, canxisacarat. - Trước đây dạng vôi bột thường dùng ở các nhà máy đương thủ công; vôi bôt phản ứng chậm, khó khống chế lượng chính xác, khi phản ứng toả nhiệt nên dễ làm nước mía quá nhiệt, gây tác dụng phân huỷ đường khử, màu sắc nước mía đậm, hiện nay không sử dụng vôi bột. - Vôi ở dạng sữa vôi có tác dụng làm hổn hợp đồng đều, khống chế dễ dàng. Nhưng bản thân sữa vôi có chứa một lượng nước nhất định, tăng lượng nhiệt bốc hơi. Hiện nay dạng sữa vôi được dùng rộng rãi trong các nhà máy đường.Nồng độ sữa vôi thường là 8-10oBe. - Canxisacarat: trộn sữa vôi với chè trong hoặc sirô, giữ tiếp xúc tối thiểu trong 5 phút để có thời gian tạo thành sacarat và thực hiện gia vôi cho nước mía với hổn hợp này.Điều chế phức tạp, ít phổ biến. d. Tác dụng của vôi: Tác dụng chính + Làm trơ phản ứng acid của nước mía và ngăn ngừa sự chuyển hoá đường saccaroza. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 28
30. + Các muối canxi tạo thành ở dạng kết tủa có tác dụng kéo theo những chất lơ lửng và những chất không đường khác + Kết tủa, đông tụ các chất không đường. -Tác dụng kết tủa chất hữu cơ: Các chất không đường hữu cơ: prôtêin, pectin, sáp và các chất hữu cơ khác khi tác dụng với vôi tạo thành các muối canxi mà phần lớn bị kết tủa hoặc nổi bọt dễ loại được. Một phần vẫn tồn tại trong nước mía, qua quá trình kết tinh phân mật, vẫn nằm lại trong mật rỉ. Ngoài ra còn các chất khác, nếu là môi trường kiềm yếu thì vôi không kết tủa nó được, mà có thể bị các chất kết tủa khác hấp phụ kéo đi, có thể lắng xuống hoặc nổi lên. -Tác dụng kết tủa chất vô cơ: Vôi có thể tác dụng với các loại muối vô cơ lẫn trong nước mía tạo kết tủa. Tất cả những muối canxi này khi kết tủa có tác dụng hấp phụ những chất thể keo albumin và sắc tố. 3Ca(OH)2 + 2K3PO4 Ca3(PO4)2 + 6KOH Ca(OH)2 + K2SO4 CaSO4 + 2KOH +Làm phân giải chất không đường Đặc biệt là đường khử và các chất không đường chứa nhóm amin (-NH2) - Phân huỷ đường khử: khi cho vôi vào thì pH nước mía tăng, trong môi trường kiềm đường khử bị phân huỷ, tạo các chất màu, các acid hữu cơ các acid này lại tác dụng với Ca tạo ra muối hoà tan hoặc không tan. - Các chất không đường chứa nhóm amin như albumin, acid amin, amít khi tác dụng với vôi có thể sinh ra các muối canxi hoà tan và thoát ra khí NH3. - Ảnh hưởng: + Muối canxi hoà tan làm tăng lượng ion Ca2+ trong nước mía , khó loại trừ. + NH3 tạo thành thoát đi loại được một phần chất không đường Ví dụ: CH2-CONH2 CH2-COO CH2 + Ca(OH)2 CH2 Ca + H2O + NH3 CH - COOH CH - COO NH2 NH2 Glutamin glutamatcanxi +Tác dụng với đường saccaroza - Nếu cho vôi vào nước mía quá lượng thì ngoài các acid bị trung hoà còn một phần đường saccaroza tác dụng với lượng vôi dư tạo thành các muối sacarat canxi - ảnh hưởng : làm tăng tổn thất đường, tăng độ nhớt do muối canxisacarat tạo nên. Tác dung cơ học: - Những chất kết tủa từ vôi sẽ kéo theo những chất không đường khác cũng kết tủa ví dụ như các kết tủa CaCO3, CaSO4, Ca3PO4 Tác dụng sát trùng: - Vôi có tác dụng tiêu diệt VSV làm cho nước mía được tiệt trùng.Với độ kiềm khi có 0,3% CaO phần lớn VSV không sinh trưởng, tuy nhiên có trường hợp phải dùng đến 0,8% CaO. 4. Tác dụng của SO2: SO2 được dụng phổ biến trong sản xuất đường. SO2 có thể cho vào dung dịch đường ở dạng khí, lỏng hoặc muối. Trong sản xuất đường hiện nay thường ùng SO2 ở dạng khí.Ở trị số pH thấp hiệu GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 29
31. quả tẩy màu tốt hơn. Vì có khả năng giảm pH nên khí SO2 tác dụng mạnh hơn NaHSO3 và Na2SO3. Thương cho Na2S2O4 vào đường non. a. Khí SO2: - Sự tạo thành SO2 : SO2 được tạo thành khi đốt cháy lưu huỳnh trong không khí S + 02 SO2 32 32 64 Theo phản ưng 1 kg S khi cháy cần có 1 kg oxy, phản ứng cháy toả nhiệt 2217 kcal/kg lưu huỳnh. Nhiệt độ cháy của lưu huỳnh là 363oC Thể tích tối đa của SO2 trong khí cháy là 21% Tuy nhiên không thể đạt đuợc sự đốt cháy 100% lượng ôxy trong không khí và cần phải cho phép có một lượng không khí dư cao hơn lý thuyết gấp 8 hoặc 9 lần trọng lượng lưu huỳnh cho nên chỉ có khoảng 10% SO2 trong khí đốt lưu huỳnh (có thể đạt được từ 12% đến 16% trung bình là 14%). - Những điểm cần chú ý khi đốt S: + Bảo đảm độ ẩm lưu huỳnh ở mức tối thiểu theo qui định và tuyệt đối tránh ẩm, sắt Nếu trong lưu huỳnh có lượng ẩm cao hoặc với sự hiện diện của nước, sắt lưu huỳnh khi cháy cho anhydric sulphuric SO3 thay vì anhydric sulphurơ. Khi phản ứng với nước, SO3 ngay lập tức thành acid sunphuaric. Do vậy bằng mọi cách phải tránh đưa nước vào lò đốt lưu huỳnh. Phải luôn luôn làm khô không khí đốt lưu huỳnh bằng cách cho đi qua vôi cục sống có đặc tính rất háo nước và sẽ hút ẩm trong không khí. + Nhiệt độ đốt lưu huỳnh không được quá cao. Thông thường nhiệt độ trong lò ở khoảng 320- 350oC và khi ra khỏi lò là khoảng 250-300oC. @ Nếu nhiệt độ thấp thì S cháy không hoàn toàn . @ Nếu nhiệt độ cao quá gây ra nhiều ảnh hưởng xấu: # tránh đưa nhiệt độ khí lên quá 300oC vì ở điểm này sẽ xảy ra sự thăng hoa làm cho hiệu suất tạo thành SO2 giảm và khí S sẽ bay ra ngoài theo đường ống dẫn, gặp lạnh biến thành S tinh thể đọng lại trong các đường ống làm tắt ống. # nhiệt độ cháy cao, ôxi nhiều, tạo thành SO3 làm giảm hiệu suất tạo SO2 và nếu có nước hoặc sắt thì tạo thành H2SO4 o # Phân ly SO2 : ở 1200 C, SO2 S + O2 và ôxi mới sinh ra tác dụng ngay lập tức với SO2 bao o quanh tạo thành SO3. Phản ứng này được nhận thấy bắt đầu từ nhiệt độ khoảng 900 C b. Yêu cầu của lưu huỳnh: Để đảm bảo phảm chất SO2 tiêu chuẩn thì lưu huỳnh đốt cần có các thành phần như sau: S 98% , Nước<1%; Tro<0,1%; Hắc ín<0,1%; As< 0,05%; chất không cháy <1%. Lưu ý: - hàm lượng As nếu nhiều quá sẽ gây tác dụng xấu bởi vì khi đốt S, As cháy tạo thành As2O3 là một chất độc, trong quá trình sản xuất, cuối cùng nó sẽ tồn tại trong đường thành phẩm và mật cuối - Hắc ín và chất lỏng không cháy sẽ gây trở ngại cho việc đốt S do nằm trên bề mặt nên dễ làm tắt lửa. c. Tác dụng của SO2 Tác dụng của SO2 đối với nước mía và mật chè tuỳ thuộc vào tính chất trung tính hoặc kiềm của chúng bao gồm các tác dụng sau: - Trung hoà lượng vôi dư trong nước mía: Khi cho SO2 vào nước mía có vôi dư phản ứng xãy ra như sau: SO2 + H2O H2SO3 Ca(OH)2 + H2SO3 CaSO3 + H2O GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 30
32. + kết tủa CaSO3 có đặc tính là khi nhiệt độ cao độ hòa tan giảm, còn ở nhiệt độ thấp lượng đó nhiều nên để tạo thành kết tủa này hoàn toàn thì nhiệt độ phải >=75oC + Tác dụng: làm giảm pH, hạn chế sự phân hủy đường sac và đường khử trong môi trường kiềm khi gia nhiệt. CaSO3 là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đường, chất màu và chất keo có trong dung dịch. Ngưng kết được một số chất keo. - Hòa tan muối canxi sunphit kết tủa: Canxi sunphít không tan trong nước nhưng tan trong acid sunphurơ, do đó khi thông SO2 quá lượng có thể làm cho canxi sunphit kết tủa biến thành bisunphit hòa tan CaSO3 + SO2 + H2O Ca(HSO3)2 ; tương tự như vậy kalisunphit biến thành kali bisunphit Anh hưởng: Giảm hiệu quả làm sạch do muối canxi sunphit kết tủa bị giảm. Khi gia nhiệt thì muối bisunphit canxi bị phân giải tạo thành muối sunphit canxi kết tủa đóng cặn trên bề mặt ống truyền nhiệt : Ca(HSO3)2 CaSO3 + SO2 + H2O - Giảm độ nhớt: + Khi xông SO2 vào nước mía hoặc mật chè, tạo thành một số muối kết tủa có tác dụng hấp phụ các chất màu, chất keo độ nhớt giảm. + Khi cho SO2 vào làm thay đổi pH nên ngưng kết được số keo giảm độ nhớt. +Tạo môi trường axit nên độ nhớt thấp. Ảnh hưởng: Làm giảm độ nhớt mật chè, có lợi cho thao tác nấu đường và kết tinh, đồng thời hạn chế sự phát triển của VSV. - Biến muối cacbônat thành muối sunphit: Trong nước mía có hàm lượng muối cacbônat của kali, canxi nhất định khi thông SO2 tạo thành canxi sunphit và kali sunphit. K2CO3 + H2SO3 = K2SO3 + H2O + CO2 CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + H2O + CO2 Tác dụng: + Muối cacbônat có khả năng tạo mật lớn hơn muối sunphit nên sự thay đổi từ muối cacbônat thành muối sunphit sẽ làm giảm khả năng tạo mật. + Muối sunphit làm giảm độ kiềm, độ nhớt của mật chè có lợi cho việc nấu đường, kết tinh, phân mật. - Tẩy màu dung dịch đường: + Phần lớn những chất màu là những hợp chất hữu cơ cao phân tử và trong phân tử có nối đôi, có tính oxi hóa. Khi cho SO2 vào sẽ tác dụng với chúng để tạo thành chất không màu hay có màu nhạt hơn. Tác dụng tẩy màu xảy ra trong môi trường axít - SO2 + H2O H+ + HSO3 - - HSO3 + H2O HSO4 + 2 [H] hydrô nguyên sinh C=C + 2H CH-CH + Tác dụng tẩy màu không bền bởi vì chất không màu này sẽ bị oxi hóa dưới tác dụng của oxi không khí lại trở thành chất màu như cũ. Điều nầy giải thích tại sao khi đường sản xuất bằng phương pháp SO2 trong thời gian bảo quản nó bị chuyển màu trở lại. Đối với mật chè và đường non, hiện tượng trở lại màu như trên không nhiều. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 31
33. + SO2 làm giảm nhiều độ pH của dung dịch tiếp theo là NaHSO3 còn Na2SO3 không có tác dụng thay đổi pH của dung dịch hoặc làm tăng pH của dung dịch rất ít. + Tác dụng tẩy màu của H2SO3 và muối của nó (NaHSO3, Na2SO3) kém hơn so với hydrosunphit vì H2SO3 khi tác dụng với nước chỉ sản sinh ra hai nguyên tử hydrô trong lúc đó từ hydrô sunphit sinh ra 6 nguyên tử hydrô. 2- - S2O4 + 4H2O 2HSO4 +3H2 * Chú ý: + Thường dùng SO2 xông trực tiếp vào nước mía và mật chè. Na2S2O4 cho trực tiếp vào đường non với lượng dùng không nhiều. Cứ 10 tấn đường non chỉ dùng 100-200 gam Na2S2O4 . Tăng thêm lượng Na2S2O4 hiệu quả tẩy màu không tăng thêm nhưng tăng chi phí sản xuất do giá thành Na2S2O4 đắt, đồng thời không thể loại tạp chất của Na2S2O4 ra khỏi đường non tuy lượng đó không nhiều. - Ngăn ngừa sự tạo màu. SO2 không chỉ làm mất màu mà còn ngăn ngừa sự sinh chất màu, tác dụng còn quan trọng hơn cả sự khử màu + SO2 ngăn ngừa ảnh hưởng không tốt của oxi không khí. Oxi không khí chỉ phát huy tác dụng khi có chất xúc tác, trước hết khi có mặt các ion Fe2+, Fe3+, Cu2+ nó giúp oxi không khí oxi hóa các chất không màu thành chất màu. + SO2 có tác dụng khử các ion sắt gây màu đậm hơn so với kim loại sắt + SO2 có tác dụng bao vây nhóm cacbônyl có khả năng tạo chất màu, ngăn ngừa sự tạo thành phức chất sắt và phản ứng ngưng tụ với những chất không đường hữu cơ khác Chú ý: SO2 không thể ngăn ngừa sự tạo thành chất màu một cách hoàn toàn, khoảng một phần chất màu do sự phân hủy của đường khử trong môi trường kiềm không bị mất màu bởi tác dụng của SO2. Thông SO2 không ngăn ngừa được sự phân hủy sacarôza và đường khử, tuy nhiên ngăn ngừa được sản phẩm có màu của sự phân hủy và kiềm hảm khả năng oxi hóa và tác dụng xúc tác của ion kim loại. + SO2 phá hủy được các chất muối của polyphênol biến màu đen thành không màu và không kết tinh theo đường như muối tanin sắt. - Tác dụng sát trùng: SO2 có tính khử mạnh, khống chế được VSV bảo vệ nước mía khỏi bị hư hỏng. 5. Tác dụng của P2O5 Bản thân cây mía và nước mía hỗn hợp cũng đã có sẳn một lượng nhất định P2O5. Lượng này tồn tại trong mía dưới hai dạng chính: Dạng phốt phát hòa tan của nước mía và dạng kết hợp trong prôtein các tế bào mía. Các dạng kết hợp không hòa tan nên chỉ riêng các phốt phát hòa tan có vai trò trong vôi hóa. Các phốt phát hòa tan này phản ứng với vôi tạo ra kết tủa, hợp thành một phần quan trọng của các sản phẩm kết tủa trong nước mía bởi vôi. Thực nghiệm đã cho thấy rằng nước mía càng nhiều phốt phát hòa tan thì việc làm sạch càng dễ dàng. Theo kết quả thực nghiệm nếu lượng P2O5 thấp hơn 350ppm thì kết quả lắng trong không đạt kết quả tốt được. Để nâng cao hàm lượng P2O5 ta có thể cho thêm vào nước mía một lượng phốtphátacid canxi ( Ca(H2PO4)2 ) hoặc acid phốt pho ric hoặc supephotphat, đicanxi photphat, đi và monoamoniphotphat thông thường cho vào nước mía dưới dạng Ca(H2PO4)2 và H3PO4 Ca(H2PO4)2 + Ca(OH)2 Ca3 (PO4)2 + H3PO4 + H2O 2H3PO4 + 3Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 + 6H2O Một số tác dụng: - Các chất này kết hợp với vôi tạo thành tricanxiphốt phát kết tủa - Ca3(PO4)2. Kết tủa này có tỷ trọng lớn, có khả năng hấp phụ rất mạnh do đó hấp phụ chất keo. Như vây sẽ giúp cho việc loại trừ chất keo được dễ dàng, lắng lọc nhanh hơn, nước chè trong có phẩm chất cao , GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 32
34. lượng muối canxi trong nước chè ít, giảm được đóng cặn ở nồi bốc hơi. Tuy nhiên nếu khống chế không tốt tạo kết tủa ở dạng keo thì gây khó khăn cho quá trình lọc, tăng thể tích bùn - Có thể hấp phụ chất màu của hợp chất phênol và sắt và làm kết tủa một phần keo colloides nên làm cho màu sắc đường thành phẩm tốt. Các ưu điểm: Dùng phốt phát acid canxi hoặc acid phốt phoric cải thiện được quá trình làm sạch các loại mía khó xử lý. 6. Các hóa chất được dùng khác: Ngoài vôi, SO2, CO2, P2O5 người ta còn dùng các hóa chất khác khá quan trọng để đảm bảo cho việc làm trong sạch nước mía Sodium cacbonat : Có thể có lợi nếu thay thế một phần vôi bằng sodium cacbonat khi cần xử lý mía bị sương giá hay để lâu ngày trên đồng ruộng sau khi đốn chặt, hoặc mía thu hoạch bằng cách đốt hoặc chậm vận chuyển về nhà máy hoặc nói chung nước mía không bình thường. Tuy nhiên cần tránh dùng thường xuyên vì tốn kém, gây thêm màu sắc chè và đường thành phẩm, có chiều hướng gây khó lọc và ảnh hưởng đến chất lượng đường tinh luyện Bentonite: Là một silicat nhôm-magiê được cho thêm vào khâu lắng và được nhiều nhà máy đường cho biết là hoàn toàn thỏa đáng trong làm sạch nước mía. Separan AP 30 - là chất bông tụ được cho vào nước mía trước khi lắng hoặc cho vào nước bùn trước khi lọc. AP30 đắt tiền nhưng cải thiện được độ trong và độ lắng của nước mía, là một phần không thể thiếu của quá trình lọc nhanh bằng máy lọc Rapifloc. Trong thực tế vận hành hiện nay, tỉ lệ dùng từ 1-3ppm theo các liều lượng sau đây: - Nước mía bình thường 0,1-0,2 ppm (để cải thiện năng suất) - Nước mía xấu khó xử lý 1-1,5 ppm - Liều lượng tối đa 3ppm Nhiều hóa chất bông tụ khác cũng đạt kết quả như vậy như polyacrylamid,floculant GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 33
35. CHƯƠNG 4: CÁC PHƯƠNG PHÁP LÀM TRONG LÀM SẠCH NƯỚC MÍA Hiện nay có các phương pháp thường dùng là: phương pháp vôi, pp sunphít hóa, pp cacbônát hóa, pp phôtphat hóa.Trong tài liệu này chỉ trình bày phương pháp sunphít hoá. - I. PHƯƠNG PHÁP SUNPHÍT HÓA: Phương pháp sunphít hóa còn gọi là phương pháp SO2 vì trong phương pháp này người ta dùng lưu huỳnh dưới dạng khí SO2 để làm sạch nước mía Tùy theo mốc pH cần khống chế mà ta có thể chai phương pháp sunphít hóa ra làm 3 loại: - Phương pháp sunphít hóa acid - Phương pháp sunphít hóa kiềm mạnh - Phương pháp sunphít hóa kiềm nhẹ. Đặc điểm của phương pháp sunphit hóa acid là thông SO2 vào nước mía đến pH acid và thu được sản phẩm đường trắng. Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nên được dùng rộng rãi trong sản xuất đường. Đặc điểm của phương pháp sunphit hóa kiềm mạnh là trong quá trình làm sạch nước mía có một giai đoạn tiến hành ở pH cao. Hiệu quả làm sạch tương đối tốt, đặc biệt đối với loại mía xấu và bị sâu bệnh. Nhưng do sự phân hủy đường tương đối lớn, màu sắc nước mía đậm, tổn thất đường nhiều nên hiện nay không sử dụng. Phương pháp sunphít hóa kiềm nhẹ pH 8-9có đặc điểm là chỉ tiến hành thông SO2 vào nước mía, không thông SO2 vào mật chè và sản phẩm đường thô. 1. Sơ đồ công nghệ: a. phương pháp sunphít hóa acid: Nước mía hh pH= 5-5.5  Ca(OH)2 Gia vôi sơ bộ pH= 6.2-6.4  Gia nhiệt 1 to= 60-70oC  SO2 Sunphít lần 1 pH= 3.4-.38  Ca(OH)2 Trung hòa pH= 7-7.2  Gia nhiệt 2 to= 100-105oC  Lắng Nước bùn Lọc Bã   Nước lắng trong  Nước lọc trg  Gia nhiệt 3 to= 105-115oC  Cô đặc GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 34
36.  SO2 Sunphít lần 2 pH= 5.8-6.2  Lọc kiểm tra  Mật chè tinh b. phương pháp sunphít hóa kiềm mạnh Nước mía hh pH= 5-5.5  Gia nhiệt 1 to= 60-70oC  SO2, Ca(OH)2 Trung hòa  Ca(OH)2 Gia vôi pH= 10.5-11  Máy lọc ép Nước bùn Nước mía hổn hợp  Nước mía có tính kiềm  Ca(H2 PO4)2, Trung hòa pH= 7.4-7.6 SO2  Gia nhiệt 2 to= 100-105oC  Lắng Nước bùn Nước mía hh  Nước lắng trong  Cô đặc  SO2 Sunphít lần 2 pH= 5.8-6.2  Mật chè tinh Đặc điểm của phương pháp này là dùng hai điểm pH , pH trung tính 7 và pH kiềm mạnh 10.5-11 Do dùng pH kiềm mạnh nên có thể loại được P2O5, SiO2, Al2O3, Fe2O3 , MgO nhưng điều kiện công nghệ của phương pháp này còn chưa ổn định. c. phương pháp sunphít hóa kiềm nhẹ Nước mía hh pH= 5-5.5  Ca(OH)2 Gia vôi pH= 8-9  Gia nhiệt 1 to= 50-60oC GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 35
37.  SO2 Trung hòa pH= 7-7.2  Gia nhiệt 2 to= 100-105oC  Lắng Nước bùn Lọc Bã   Nước lắng trong  Nước lọc trg  Cô đặc Đây là phương pháp sản xuất đường thô, so với phương pháp vôi thì hiệu quả loại chất không đường tốt hơn nhưng thiết bị và thao tác phức tạp hơn, hóa chất tiêu hao nhiều nên hiện nay ít dùng. 2. Các điều kiện công nghệ của phương pháp sunphít hóa acid tính: a. Gia vôi sơ bộ: Tác dụng: - trung hòa được một phần acid điện ly có trong nước mía nên hạn chế được sự chuyển hóa đường. - Tạo điểm đẳng điện để ngưng kết được một số thể keo trước khi đun nóng. Các điểm ngưng kết của các loại keo khác nhau trong nước mía không giống nhau, mỗi thể keo có pH ngưng kết riêng, cho nên cần khống chế nhiều điểm pH để tạo ra nhiều điểm đẳng điện để loại được nhiều chất keo. - Ức chế sự phát triển của VSV do tác dụng của ion Ca2+ đối với nguyên sinh chất của tế bào VSV. Điều kiện kỹ thuật: - thường khóng chế ở pH từ 6.2 đến 6.6, cụ thể trị số pH chính xác là bao nhiêu tùy thuộc vào việc nghiên cứu thực nghiệm của từng giống mía tại từng vùng canh tác khác nhau mà điều chỉnh sao cho ở trị số pH đó loại được nhiều chất phi đường nhất. b. Gia nhiệt 1: Tác dụng: - làm mất nước của thể keo ưa nước và tăng nhanh quá trình ngưng kết của keo. - Tăng tốc độ và hoàn thiện phản ứng hóa học đặc biệt là phản ứng tạo kết tủa CaSO3 - Ở nhiệt độ cao sự hòa tan của CaSO3 giảm do đó sự kết tủa được dễ dàng. Điều kiện kỹ thuật: - nhiêt độ 60-70oC c. Sunphít hóa lần 1: Tác dụng: - ngưng kết được một số chất keo - tác dụng với vôi dư tạo kết tủa CaSO3. Lượng kết tủa CaSO3 tạo thành trong giai đoạn này không nhiều nhưng cũng hấp phụ được một số chất màu, chất keo. - Để khi trung hòa tạo đủ lượng kết tủa CaSO3 có tác dụng làm sạch. Điều kiện công nghệ: - pH = 3.4-3.8 - nếu pH thấp hơn: tăng lượng vôi dùng để trung hòa do đó tăng lượng tạp chất do vôi đưa vào.Đồng thời sự chuyển hóa đường sacc tăng mạnh - nếu pH cao hơn: khi trung hòa không tạo đủ lượng CaSO3 để làm sạch. d. Trung hòa: Tác dụng: GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 36
38. - Nhằm tạo kết tủa CaSO3 - Ngưng kết được một số chất keo Điều kiện công nghệ : - pH 7-7.2 - nếu pH cao sẽ làm tăng sự phân hủy đường khử, đường sacc trong môi trường kiềm - nếu pH thấp thì tăng sự chuyển hóa đường sacc.Giảm lượng kết tủa CaSO3 . Do thiếu vôi nên CaSO3 tạo thành không đủ, do SO2 dư nên sẽ hòa tan một phần CaSO3 thành Ca(HSO3)2 khi gia nhiệt sẽ phân hủy trở lại gây đóng cặn trong thiết bị. e. Gia nhiệt lần 2 Tác dụng: - giảm độ nhớt thuận lợi cho quá trình lắng trong - tiếp tục hoàn thiện các pư hóa học đặc biệt là các phản ứng tạo kết tủa CaSO3, Ca3(PO4)2. - Làm cho một số keo bị mất nước ngưng kết - Làm kết tủa rắn chắc đặc biệt là CaSO3 Điều kiện công nghệ: - to 100-105oC - nếu nhiệt độ thấp quá sẽ không đạt được những tác dụng trên - nếu nhiệt độ cao quá sẽ làm cho nước mía sôi mạnh khó lắng. f. Lắng trong Nhằm loại các kết tủa ra khỏi nước mía để thu được nước chè trong g. Gia nhiệt 3 - Làm cho nước mía sôi mạnh trước khi vào nồi bốc hơi. Khi đưa vào nồi bốc thì nước chè đã sôi và bắt đầu bay hơi giảm được thời gian bốc hơi. - T= 110-115oC đạt nhiệt độ sôi của nước mía. h. Cô đặc: Nhằm nâng cao nồng độ nước chè từ 13-15Bx đến 55-60Bx để chuẩn bị cho công đoạn nấu đường. i. Sunphít hóa lần 2: Tác dụng: - biến chất có màu thành chất không màu hoặc có màu nhạt hơn - nếu trong nước mía còn những ion Ca nào thì tiếp tục tạo kết tủa - giảm độ nhớt mật chè thuận lợi cho quá trình kết tinh. Điều kiện công nghệ: - pH 5.8-6.2 nhiệt độ phụ thuộc vào nhiệt độ mật chè sa khi ra khỏi nồi bốc hơi thông thường 60oC - thời gian xông SO2 càng nhanh càng tốt để hạn chế sự chuyển hóa đường. j. Lọc kiểm tra Trong quá trình lắng còn một số chất lơ lửng hoặc một số kết tủa tạo ra khi sunphít lần 2 cho nên cần phải lọc để loại bỏ các thành phần này Thiết bị lọc thường ở dạng túi, ống 3. Ưu nhược điểm của phương pháp sunphít hóa acid tính: a. Ưu điểm: - lượng vôi và lưu huỳnh tiêu hao tương đối ít và sản xuất ra được đường trắng. - Lưu trình công nghệ tương đối đơn giản. b. Nhược điểm: - chưa loại được nhiều chất không đường vô cơ vì phương pháp này được tiến hành trong môi trường trung tính và acid mà chất phi đường vô cơ loại ra trong môi trường kiềm GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 37
39. - nếu khống chế không tốt thì chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau khi làm sạch ít. - Đường sản xuất bằng phương pháp sunphít hóa bảo quản trong thời gian dài sẽ có màu trở lại. - Hàm lượng can xi còn lại trong nước mía tương đối nhiều làm ảnh hưởng đến việc đóng cặn trong thiết bị truyền nhiệt 4. Một số điểm cần chú ý trong phương pháp sunphít hóa: a. Chất lượng lưu huỳnh b. Nhiệt độ lò đốt c. Cường độ xông lưu huỳnh: Cường độ xông lưu huỳnh dùng để biểu thị mức độ thông SO2 vào nước mía, có thể dùng trị số pH để biểu thị. - Cường độ lưu huỳnh là số mililít NaOH có nồng độ N/28 hoặc số ml I2 có nồng độ N/32 để chuẩn độ 10ml dung dich nước mía đã thông SO2 . - Cường độ lưu huỳnh có tác dụng quan trọng đối với việc làm sạch nước mía: + nồng độ SO2 trong nước mía là một trong những yếu tố quyết định sự tạo thành kết tủa CaSO3, nếu nồng độ SO2 càng cao thì sự kết tủa càng hoàn toàn, nhưng nếu cao quá sẽ tạo thành Ca(HSO3)2 hòa tan. 2+ 2- 3- + tính chất của chất kết tủa tạo thành từ Ca và SO3 , PO4 có liên quan với nồng độ của SO2 và P2O5. Đối với một loại nước mía nhất định, hàm lượng P2O5 không thay đổi như vậy chỉ có nồng độ SO2 có ảnh hưởng đến tính chất của kết tủa mà thôi. Dựa vào kết quả nghiên cứu của Maillar, nếu hàm lượng P2O5 là 100-400mg/lít nước mía: @ khi lượng SO2 trong nước mía nhỏ hơn 1gam/lít, kết tủa tạo thành hầu như hoàn toàn là Ca3(PO4)2 @ khi lượng SO2 là 1,5 g/l lượng kết tủa tăng và bao gồm 2 loại CaSO3 và Ca3(PO4)2 nhưng tác dụng hấp phụ chủ yếu vẫn là Ca3(PO4)2. @ khi SO2 là 2 g/lít thì tác dụng hấp phụ chủ yếu là CaSO3 - nâng cao cường độ lưu huỳnh thích hợp có thể đạt hiệu quả làm sạch tốt và nâng cao hiệu suất thu hồi đường nhưng nảy sinh các vấn đề sau: + tăng lượng lưu huỳnh dùng sẽ không có lợi về mặt kinh tế. + trị số pH quá thấp, nước mía có tính acid mạnh, đường sacarôza bị chuyển hóa + phải tăng thêm lượng vôi dùng tức là tăng tạp chất vào nước mía, làm giảm hiệu quả làm sạch. Nếu cho vôi không đủ thì sẽ tạo thành Ca(HSO3)2. Đối với mỗi loại mía khác nhau, yêu cầu cường độ lưu huỳnh không giống nhau. Ơ các nhà máy đường làm sạch theo phương pháp sunphít hóa acid tính cường độ lưu huỳnh của nước mía trung hòa là 8-12ml, còn tỉ lệ lưu huỳnh đối với mía vào khoảng 0.05-0.08% so với khối lượng mía ép d. Thứ tự cho vôi và SO2 : - Có thể đạt kết quả sunphít hóa tương đương với cách xông SO2 trước khi gia vôi, hoặc gia vôi trước khi xông SO2 , điều quan trọng là phải đạt được pH kết thúc như nhau. - Tuy nhiên không phải là hoàn toàn không có gì khác nhau giữa cách này và cách kia. Tốc độ lắng nhanh và khối lượng bùn lọc tùy thuộc và phản ứng của môi trường trong đó sự kết tủa được hình thành: + nếu hình thành trong môi trường kiềm, kết tủa sẽ ngậm nước, khối lượng bùn lọc sẽ tăng. + nếu hình thành trong môi trường acid, tốc độ lắng sẽ cao hơn và bùn lọc sẽ được gom gọn hơn. - gia vôi trước khi xông SO2: lắng chậm hơn, khối lượng bùn lớn hơn nên đòi hỏi công suất lọc cao hơn. Thực hiện gia vôi sơ bộ nóng sẽ giảm bớt được các trở ngại này. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 38
40. - Xông SO2 trước khi gia vôi: nói chung tốt hơn đặc biệt thấy rõ khi xử lý mía non. Và sự bông tụ tốt đòi hỏi trước khi gia vôi phải thực hiện xông SO2 như sau: + hoặc dưới dạng có tính acid mạnh 3.4-3.8 nhiệt độ thấp 30-40oC + hoặc dưới dạng có tính acid yếu 5.1-5.3 nhiệt độ cao 70-75oC - về mặt loại trừ tạp chất biểu hiện bởi sự tăng độ tinh khiết giữa nước mía thô và chè trong thì phụ thuộc vào từng hoàn cảnh mà việc gia vôi trước hay xông SO2 trước sẽ loại trừ được tạp chất nhiều hơn. - Các nhà công nghệ đường cho rằng hai thao tác gia vôi và xông lưu huỳnh phải được thực hiện càng đồng thời càng tốt. Các thao tác đó được thực hiện trong cùng một thiết bị và bảo đảm là kết quả xông SO2 trước đạt hiệu quả cao hơn so với gia vôi trước. - Điều quan trọng là không được duy trì nước mía ở trạng thái kiềm mạnh đồng thời với nhiệt độ cao vì đường khử sẽ bị phân hủy làm tăng màu sắc nước mía. e. Thuận lợi và không thuận lợi của phương pháp sunphít hóa : So sánh kết quả thực hành của sunphít hóa với phương pháp vôi thông thường, các thuận lợi và không thuận lợi được ghi nhận như sau: Thuận lợi: - nước mía lắng nhanh hơn (có lợi về công suất của thùng lắng) - các loại đường non ít nhớt hơn và nấu nhanh hơn - do đó kết tinh đường tốt hơn - cải thiện rõ màu sắc đường - có lợi một phần về công suất của máy li tâm đường. - Loại trừ tốt các muối phốt phát và sáp mía dẫn tới lọc tốt hơn và chất lượng đường thành phẩm tốt hơn cho tinh luyện lại. Bất lợi: - cặn đóng bám lớn hơn rất nhiều trong các gia nhiệt, tuy có thể tránh được bằng cách sunphít hóa nóng như lại phải tăng diện tích gia nhiệt - hàm lượng tro trong đường thành phẩm cao hơn - chi phí tốn kém hơn nhiều (lò đốt, tháp xông, bơm, vôi, lưu huỳnh, sự ăn mòn thiết bị, đường ống ) GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 39
41. CHƯƠNG 5 MỘT SỐ QUÁ TRÌNH CÔNG NGHỆ CƠ BẢN TRONG CÔNG ĐOẠN LÀM SẠCH NƯỚC MÍA. I. LẮNG: 1. Mục đích và nguyên lý lắng: Mục đích: Nước mía hổn hợp sau khi qua các giai đoạn gia công như gia vôi, gia nhiệt, xông SO2, trung hòa sẽ sản sinh ra rất nhiều chất kết tủa. Đồng thời một số chất keo bị phá hủy tạo thành rất nhiều đám ngưng tụ. Những hạt kết tủa này cùng với các hạt rời to nhỏ khác phân tán lơ lửng trong nước mía vì thế cần phải tiến hành xử lý phân ly chất rắn khỏi chất lỏng mới có thể thu được nước mía trong sạch. Và các nhà máy đường thường nhờ các thiết bị lắng để thực hiện việc này. Đó chính là mục đích của lắng trong. Quá trình lắng đó được thực hiện trong các thùng lắng liên tục. Nguyên lý lắng: - Nguyên lý chính của lắng là sự chênh lệch tỷ trọng giữa vật liệu phải được lắng xuống (các kết tủa) và dung dịch chứa vật liệu phải lắng đó (khối nước mía sau khi hóa chế). Các kết tủa dưới tác dụng của trọng lực có thể lắng xuống dưới. - Diện tích, hình thể của các phần tử lắng cũng như độ nhớt của dung dịch đóng vai trò quan trọng trong quá trình lắng. Kết quả là thời gian cần thiết để lắng phụ thuộc chính vào sự chênh lệch giữa tỷ trọng nước mía và các phần tử của kết tủa chứa trong nước mía. - Tỷ trọng hạt kết tủa > tỷ trọng nước mía: kết tủa lắng xuống - Tỷ trọng hạt kết tủa < tỷ trọng nước mía: kết tủa nổi - Tỷ trọng hạt kết tủa = tỷ trọng nước mía: kết tủa lơ lửng. 2. Các yếu tố ảnh hưởng tới tốc độ lắng: Tốc độ lắng tỉ lệ thuận với kích thước hạt kết tủa, độ chênh lệch về tỷ trọng giữa hạt kết tủa và chất lỏng, tỉ lệ nghịch với độ nhớt của nước mía. a. Độ lớn của hạt kết tủa: - Độ lớn của hạt kết tủa không đều nhau, hạt lớn thì lắng nhanh, lắng xuống trước; hạt nhỏ li ti tạo với nước mía thành dung dịch đục, lắng rất chậm. - Nếu trong nước mía có nhiều hạt nổi nhỏ, thường xảy ra hiện tượng hấp phụ bề mặt giữa các hạt đó với nhau thành hạt lớn hoặc thành những hạt to kéo theo những hạt nhỏ rồi lắng xuống. b. Nồng độ nước mía: Nồng độ càng cao , độ nhớt càng lớn thì tốc độ lắng sẽ giảm. c. Nhiệt độ: Khi lắng một bộ phận tạp chất nổi lên trên bề mặt gọi là bọt, trong đó có nhiều cám mía nhỏ li ti tỷ trọng thấp và một số tạp chất khác có tỷ trọng lớn hơn nhưng vì rất nhỏ nên bị bọt khí hút lại rồi mang theo lên mặt nước. GV Lã Thë Thaío Tiãn Baìi Giaíng Cäng nghãû Saín Xuáút Âæåìng Mêa Trang 40