Bài tiểu luận: Quy trình công nghệ sản xuất đường Saccharose từ mía

Chia sẻ: Trần Lệ Hằng | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:24

Thêm vào BST

Báo xấu

323
lượt xem 49
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đường có ý nghĩa rất quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể người. Đường là hợp phần chính không thể thiếu được trong thức ăn của người. Đường còn là hợp phần quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác như:đồ hộp, bánh kẹo, dược, hoá học. Nhằm giúp các bạn hiểu hơn về vấn đề vấn đề này, mời các bạn cùng tham khảo nội dung bài tiểu luận "Quy trình công nghệ sản xuất đường Saccharose từ mía". Hy vọng đây là tài liệu tham khảo hữu ích cho các bạn.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài tiểu luận: Quy trình công nghệ sản xuất đường Saccharose từ mía

MỞ ĐẦU Đường có ý nghĩa rất quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể người. Đường là hợp phần chính không thể thiếu được trong thức ăn của người. Đường còn là hợp phần quan trọng của nhiều ngành công nghiệp khác như:đồ hộp, bánh kẹo, dược, hoá học... Chính vì vậy mà công nghiệp đường trên thế giới và nước ta không ngừng phát triển. Ở nước ta thuộc khu vực nhiệt đới gió mùa nên thích nghi cho việc trồng và phát triển cây mía. Đây là tiềm năng về mía, thuận lợi cho việc sản xuất đường. Nhưng trong những năm gần đây, ngành mía đường đang gặp tình trạng mất ổn định về việc quy hoạch vùng nguyên liệu , về đầu tư chưa đúng mức và về thị trường của đường.Vì thế sản phấm đường bị tồn đọng, sản xuất thì cầm chừng làm cho nông dân trồng mía không bán được phái chuyến giống cây trồng khác làm thu hẹp dần nguồn nguyên liệu mía. Nhưng ngành công nghiệp mía đường vẫn là một ngành quan trọng. Bởi đường không thể thiếu được trong cuộc sống con người. Mặc khác, nhu cầu về đường cũng ngày càng tăng bởi một số ngành công nghiệp thực phẩm khác như : bánh kẹo, đồ hộp, nước giải khát, sữa...y học ngày càng mở rộng hơn nên nhu cầu lại tăng. Vì vậy nên việc thiết kế một nhà máy đường hiện đại là rất cần thiết. Nó giải quyết được nhu cầu tiêu dùng của con người, giải quyết được vùng nguyên liệu, tạo công ăn việc làm cho người nông dân trồng mía, góp phần phát triển nền kinh tế nước nhà. Chương 1. TỔNG QUAN 1.1. Lịch sử của nghành mía đường 1.1.1. Lịch sử của nghành mía đường thế giới Chính những người đi khai phá thuộc địa của Anh là những người đầu tiên tìm ra đường và gọi nó là “vàng trắng”.
Đường trắng tinh luyện  Phát hiện tình cờ và khởi nguồn của nạn buôn nô lệ Năm 1492, trong chuyến du ngoạn đến nước cộng hòa Dominica, nhà thám hiểm Christopher Columbus đã vô tình phát hiện ra một loài cây có thân mập, đặc biệt có vị rất ngọt và mát. Columbus chưa từng thấy giống cây này trong các chuyến thám hiểm trước đây của ông nên cảm thấy rất tò mò về loại cây này. Người dân nơi đây gọi loại cây này là mía. Chính môi trường nhiệt đới ấm áp của Dominica là điều kiện rất tốt giúp mía phát triển mạnh. Thực tế, Columbus không phải là người đầu tiên phát hiện ra cây mía. Những ghi chép lịch sử về mía cho biết, mía được phát hiện từ năm 510 trước Công nguyên. Thời đó, dưới triều vị vua vĩ đại Darius I, Đế quốc Ba Tư rất hùng mạnh. Khi chinh phạt Ấn Độ, ông đã thấy mía mọc um tùm, người dân Ấn Độ thường ép lấy nước của mía để tạo vị ngọt cho các món ăn. Sau khi được nếm thử nước mía, vua Darius I ghi lại: "Đúng là loại cây kỳ lạ. Nó có thể cho mật ong mà không cần một con ong nào". Vua Darius I đã ra lệnh cho quân lính mang số mía dại về tìm hiểu.
Tuy nhiên, do mía chỉ sinh trưởng ở những vùng có điều kiện thời tiết ấm ở những vùng nhiệt đới nên không có vị ngọt khi được trồng ở khu vực khác. Vua Darius I không biết điều này nên không trồng được giống cây "ngọt như mật ong", ông cho rằng loại cây này không thể trồng nên đã bỏ giống lại cộng hòa Dominica, nơi ông từng đi qua. Nhưng người dân ở nước cộng hòa Dominica không hề biết giống cây này là gì nên bỏ mặc cho mọc hoang, cho đến khi Columbus phát hiện ra giá trị thực sự của cây mía. Sau này, Columbus đã mang giống mía về trồng trên các nước thuộc địa thuộc vùng biển Caribbean. Bắt đầu từ đây, mía được trồng rộng rãi trong các đồn điền trên vùng biển Caribbean, Nam Mỹ và các nước miền nam Châu Mỹ. Vào đầu thế kỷ 16, mía đã trở thành loài cây biểu trưng của các siêu cường quốc châu Âu. Người Bồ Đào Nha đã mua một ít giống cây mía đến Brazil và ngay sau đó, mía đường được trồng rộng rãi ở Anh, Hà Lan và các nước thuộc địa của Pháp như Barbados và Haiti. Giữa thế kỷ 16, người Ấn Độ khám phá ra cách tạo ra tinh thể đường và từ đây, một cuộc cách mạng mới bắt đầu nổ ra. Các nhà khai phá nước Anh gọi đường là "vàng trắng" không chỉ bởi tính chất đặc biệt của nó mà còn vì lợi nhuận do đường mang lại. Lợi nhuận từ việc buôn bán đường lớn đến mức nạn buôn nô lệ ngày càng lan rộng. Hàng triệu nô lệ châu Phi đã bị bán vào Mỹ để làm việc trong các đồn điền mía, phục vụ cho các xưởng sản xuất đường. Do lượng nô lệ châu Phi quá lớn nên các chủ đồn điền ở Anh liên tục sống trong lo lắng, sợ các cuộc nổi dậy của người nô lệ nên đã phải nhờ cậy đến sự bảo vệ của lực lượng vệ binh triều đình. Thậm chí, các cuộc chiến cũng bắt đầu nổ ra tranh giành kỹ thuật chế tạo thứ "vàng trắng" quý giá này. Không chỉ vậy, đường còn đưa các nước thuộc địa đi lên và có nền kinh tế độc lập. Trong cuộc cách mạng nông nghiệp Hồi giáo, các công ty Ả Rập đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ và sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn. Ả Rập đã thành lập nhà máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên trên thế giới.
Vào những năm 1540, sản lượng mía thu được tăng gấp đôi, đẩy ngành sản xuất đường trở thành ngành công nghiệp chính tại các nước châu Mỹ. Các cơ sở và nhà máy sản xuất đường liên tiếp mọc lên như đảo Santa Catarina có 800 xưởng sản xuất đường và bờ biển phía bắc Brazil, Demarara và Surinam có 2000 cái nữa. Ước chừng có 3000 xưởng nhỏ được xây dựng trước năm 1550 ở Tân Thế Giới, tạo ra một nhu cầu lớn chưa từng có về bánh răng gang, đòn bẩy, trục xe và các thiết bị khác. Các nghề chuyên về chế tạo khuôn và luyện gang được phát triển ở châu Âu do sự bùng nổ về sản xuất đường. Như vậy, các nhà máy đường phát triển chính là giai đoạn mở đầu cần thiết cho cuộc cách mạng công nghiệp vào đầu thế kỷ 17 sau này. 1.1.2. Lịch sử phát triển nghành mía đường Việt Nam Mía đường ở Việt Nam đã có từ xa xưa, nhưng nghành công nghiệp mía đường mới được bắt đầu từ thế kỷ thứ XX. Đến năm 1994, cả nước mới có 9 nhà máy đường mía, với tổng công suất gần 11.000 tấn mía/ ngày và 2 nhà máy đường tinh luyện công suất nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu. Hàng năm phải nhập khẩu từ 300.000 đền 500.000 tấn đường. Năm 1995. Ở những vùng nguyên liệu tập trung lớn, xây dựng các nhà máy có thiết bị công nghệ tiên tiến hiện đại, kể cả liên doanh với nước ngoài, sản lượng năm 2000 đạt khoảng một triệu tấn. Sau 5 năm (19952000) đã có bước tiến đột phát. Đầu tư mở rộng công suất 9 nhà máy cũ, xây dựng mới 33 nhà máy, tổng số nhà máy đường của cả nước là 44, tổng công suất là 81,500 tấn (so với năm 1994 tăng thêm 33 nhà máy và trên 760.000 tấn công suất), năm 2000 đã đạt mục tiêu 1 triệu tấn đường. Miền Nam: 14 nhà máy, Miền Trung và Tây Nguyên: 15 nhà máy, và Miền Bắc : 13 nhà máy. Tóm lại, hơn một thập kỷ qua (19952006) tuy thời gian chưa nhiều, được sự hỗ trợ và bằng sự tác động có hiệu quả bởi các chính sách của Chính phủ, ngành mía đường non trẻ của Việt Nam đã góp một phần vào tăng trưởng nền kinh tế quốc dân, và phần quan trọng hơn là góp phần lớn về mặt xã hội, giải quyết việc làm ổn định hàng triệu nông dân trồng mía và hơn 2 vạn công nhân ổn định làm việc trong các nhà máy, có đời sống vật chất tinh thần ổn định ngày một cải thiện, góp phần chuyển dịch cơ
cấu kinh tế tạo nên các vùng sản xuất hàng hóa lớn, bộ mặt nông thôn các vùng mía được đổi mới… Theo Quy hoạch phát triển mía đường năm 2010, định hướng năm 2020, chỉ tiêu về diện tích mía là 300.000 ha, năng suất đạt 65 tấn/năm. 1.2. Nguồn gốc và phân loại cây mía 1.2.1. Nguồn gốc Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các Hoa thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm. Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 26 m. Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai ghép nội chi phức tạp. 1.2.2. Phân loại Cây mía có nguồn gốc từ ấn Độ.Các nước trồng nhiều mía như: Cuba, Braxin, Ấn độ, Mehico, Trung Quốc, Australia, Hawaii, Philippin, Nam Phi, Indonesiavà Dominica. Ở nước ta mía được trồng nhiều ở Miền Nam đến miền Bắc.Vùng trồng mía chủ yếu hiện nay là Miền Bắc bao gồm các tỉnh Hà Sơn Bình, Hà Nam Ninh, Hải Hưng, một phần Hà Bắc và Vĩnh Phú. Mía được trồng tập trung ven các con sông chính như hạ lưu sông Hồng, sông Châu Giang, sông Đáy, sông Thái Bình v.v…ở miền trung mía được trồng nhiều ở tỉnh Nghĩa Bình, Phú Khánh, Tây Nguyên.ở miền Nam, mía tập trung chủ yếu ở Tây Ninh, Sông Bé, Đồng Nai, Bến Tre, Long An, Hậu Giang, Cửu Long, An Giang, v.v… Cây mía thuộc họ hòa thảo (Graminée) giống saccharum. Theo Denhin giống saccharum có thể chia làm ba nhóm chính: Nhóm Saccharum officinarum là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các chủng đang trồng phổ biến trên thế giới . Nhóm Saccharum violaceum: lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ. Nhóm Saccharum simense: cây nhỏ, cứng, thân màu vàng pha nâu nhạt, trồng từ lâu ở Trung Quốc.
Chương 2 QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG SACCHAROSE TỪ MÍA
1. 1.1. Giai đoạn khai thác nước mía Mục đích công nghệ: mục đích công nghệ của giai đoạn khai thác nước mía nhằm lấy kiệt nước mía trong cây mía. Giai đoạn khai thác nước mía là giai đọan đầu tiên và
quan trọng của dây chuyền sản xuất đường. Chỉ tiêu quan trọng của giai đoạn này là năng suất ép mía và hiệu suất ép mía. Năng suất ép mía: năng suất của hệ máy ép là số tấn mía ép được trong một đơn vị thời gian với hiệu suất ép nhất định. Đơn vị của năng suất thường dùng là tấn mía/ngày hoặc tấn mía/giờ. Hiệu suất ép mía: hiệu suất ép là số liệu quan trọng để đánh giá khả năng làm việc của phân xưởng ép. Hiện nay hiệu suất ép thường đạt từ 9296%. Công thức tính hiệu suất ép (H): H = Nguyên tắc thực hiện Để lấy nước mía, cần phá vỡ các tế bào của cây mía bằng cách dùng lực cơ học xé tơi và ép dập thân cây. Giai đoạn khai thác nước mía chia làm hai bước: xử lý và ép mía. Cây mía vừa dài vừa cong, vỏ mía lại có một lớp sáp trơn nên gây khó khăn cho việc ép lấy nước. Vì vây để năng cao năng suất ép và hiệu suất ép, đầu tiên mía cần chặt băm nhỏ. Cây mía sau khi đổ vào băng tải sẽ được san bằng, đi qua các dao chặt hai lần. Ở lần thứ nhất: mía được chặt thành từng khúc nhỏ 2025 mm. Sau đó mía được chuyển đến máy ép dập hay vào búa đập để xé mía thành từng sợi nhỏ có đường kính từ 12 mm. Mía xé tơi sẽ được băng chuyền chuyển đến hệ máy ép hay còn gọi là hệ các che ép mía. Mục đích chủ yếu của quá trình ép là chiết rút tới mức tối đa cho phép lượng đường saccharose có trong cây mía. Vì nước mía nằm trong các tế bào, do đó nếu chỉ sử dụng lực ép cơ học thuần tuý thì sẽ không tách triệt để lượng đường có trong cây mía. Bổ sung thêm một lượng nước vào trong quá trình ép sẽ giúp tăng hiệu suất tách đường. Dựa vào phương thức bổ sung nước mà quá trình ép mía được chia làm hai nhóm: ép thẩm thấu và ép khuếch tán.  Phương pháp ép thẩm thấu Trong phương pháp ép thẩm thấu, nước (hay dung dịch nước đường) có nhiệt độ xấp xỉ 600C được tưới vào bã trước khi bã vào che ép tiếp theo. Nước dùng để thẩm thấu có thể sử dụng “nước ngọt” lấy từ nước ngưng tụ của các thiết bị đun nóng và cô đặc. Lượng nước được sử dụng khoảng 200% so với lượng sơ mía. Có nhiều phương án để bổ sung nước vào các trục ép mía như ép thẩm thấu đơn, ép thẩm thấu lặp lại hay ép thẩm thấu hỗn hợp. Phương pháp thẩm thấu đơn: sử dụng nước ấm phun vào bã sau mỗi che ép, không dùng nước mía loãng để tưới cho bã, nước mía hỗn hợp được thu từ các máy ép sẽ được gộp chung lại.
Phương pháp thẩm thấu lặp lại: trong phương pháp này, nước ấm mới sẽ được phun vào bã mía của che ép áp cuối. Còn bã mía của các che ép trước đó sẽ được phun ẩm bằng nước mía của các che ép phía sau. Trong các phương pháp thẩm thấu trên, phương pháp thẩm thấu thẩm thấu lặp lại hai lần đạt hiệu suất trích ly cao nhất.  Phương pháp ép khuếch tán
Trong công nghiệp sản xuất đường, khuếch tán có hai dạng: khuếch tán mía và khuếch tán bã. Trong phương pháp khuếch tán mía, cây mía được xử lý sơ bộ, sau đó toàn bộ mía được đưa vào thiết bị khuếch tán. Nước mía hỗn hợp bao gồm nước thu từ thiết bị khuếch tán và nước mía sau quá trình ép kiệt bã. Còn trong phương pháp khuếch tán bã mía thì mía sau khi xử lý được đưa qua máy ép sơ bộ để thu được khoảng 6065% lượng nước mía có trong cây mía. Bã mía sau quá trình ép sơ bộ được đưa vào ngâm trong thiết bị khuếch tán. Sau đó sẽ qua máy ép kiệt để thu lượng đường còn sót trong bã. Lượng nước cho khuếch tán khoảng 260280% so với sơ có trong cây mía. Thông thường, nước vào máy khuếch tán có nồng độ loãng, nhiệt độ 65700C và thời gian lưu trong thiết bị khuếch tán khoảng 2530 phút. Nếu nhiệt độ cao hơn, lượng đường saccharose trích ly ra được nhiều hơn nhưng đồng thời tạp chất không đường tan ra cũng nhiều, mặt khác sự chuyển hoá đường cũng tăng lên đáng kể. Các biến đổi xảy ra trong quá trình khai thác nước mía Từ khi đốn chặt đến khi ép lấy nước mía, cây mía và nước mía phải tiếp xúc với nhiều hệ vi sinh vật rất phức tạp. Với độ đường 1014%, pH = 5,05,5, nhiệt độ 20 230C thì nước mía là môi trường thích hợp cho vi sinh vật sinh trưởng. Một số vi sinh vật thường gặp trong nước mía như giống Leuconostoc, Micrococcus, loài Leuconostoc mesenteroides, Bacillus subtilis, B.cereus, B. mensentericus… và nhiều loại nấm men sẽ sinh ra khối nhầy bẩn, sinh ra dextran, phân huỷ đường… Dưới tác dụng của nhiệt độ, phản ứng thuỷ phân đường cũng diễn ra làm giảm hàm lượng đường saccharose có trong nước mía. Thiết bị chính sử dụng trong giai đoạn khai thác nước mía Máy ép mía có cấu tạo bốn trục, trong đó có ba trục làm việc chính, một trục dùng để tiếp mía cưỡng bức và chống nghẹt mía. Trên mỗi trục đều có rãnh răng để bã mí được xé nát hơn. Ở trục dưới có thêm các đường rãnh để nước mía thoát ra dễ dàng hơn. Răng của các trục cần phải khớp với nhau. Máy ép có hệ thống “lược chải”bã và được gắn ở sau các trục ép để tránh nghẹt bã mía trong các rãnh. Các vành chắn nước mía, chắn bã được lắp ở hai đầu trục. 2.2. Giai đoạn hoà đường thô Mục đích công nghệ: chuẩn bị cho quá trình tinh sạch nước mía trong công nghệ tinh luyện đường. Phương pháp thực hiện: đường thô có lớp mật bên ngoài chứa nhiều tạp chất, vì vậy, trước khi hoà tan đường thô để thực hiện quá trình tinh lọc, cần rửa lớp mật này. Quá trình rửa mật được thực hiện bằng cách trộn đường thô với nước đường tạo thành một hỗn hợp sệt và hỗn hợp được gọi là magma. Ly tâm tách bỏ lớp mật rửa sẽ thu được đường sạch lớp mật. Đường này sẽ được hoà tan với nước thành dung dịch
nước đường 600Bx để bắt đầu vào quá trình tinh lọc các chất keo và các chất không đường hoà tan. 2.3. Giai đoạn làm sạch nước mía Mục đích công nghệ chung Hoàn thiện: loại bỏ các chất không đường Chuẩn bị cho quá trình kết tinh đường Tùy thuộc vào quy trình sản xuất đường thô hay tinh lọc đường mà nguyên liệu đầu vào của giai đoạn làm sạch nước mía có thể là nước mía hỗn hợp hay dung dịch nước đương 60%Bx. Nước mía sau khi ra khỏi cây mía có tính axitd với pH = 4,05,5 và chứa nhiều tạp chất không đường khác. Các tạp chất trong nuocs mía hỗn hợp có thể chia thành ba nhóm là các tạp chất thô không hòa tan, các chất keo và các chất không đường hòa tan. Do đó, làm sạch nước mía nhằm trung hòa nước mía hỗn hợp và loại bỏ tối đa chất không đường, đặc biệt là những chất hoạt động bề mặt và chất keo. Nguyên tắc thực hiện Để loại bỏ những tạp chất thô không hòa tan, đơn giản là có thể sử dụng các loại rây có kích cỡ khác nhau. Để loại bỏ chất keo, cần tạo các điều kiện để keo tụ hay sử dụng các chất hấp phụ lôi kéo các chất keo đồng kết tủa sau đó lắng, lọc để loại các kết tủa này để các chất tan kết tụ và phân riêng tủa bằng các biện pháp lắng hoặc lọc. để loại các chất màu hòa tan, phương pháp hữu hiệu nhất là hấp thụ bằng than và đât hoạt tính. Cuối cùng, để loại các chất hòa tan không keo tụ như cation kim loại kiềm hay các anion dễ tan thì sử dụng các cột trao đổi ion. 2.3.1. Các quá trình hóa chế Mục đích công nghệ Chuẩn bị cho các quá trình lắng hoặc lọc tiếp theo. Hoàn thiện: nâng cao chất lượng đường thành phẩm Nguyên lý tạo tủa: keo trong nước mía hỗn hợp chủ yếu mang điện tích âm, tồn tại ở hai dạng: keo ưa nước ( protein, potesan, pectin,…) và keo không tan trong nước( chất màu, chất béo, sáp mía…). Ở trạng thái ổn định, keo mang điện tích hay có lớp bao bọc bên ngoài, nếu mất các tính chất trên thì keo sẽ bị ngưng kết. Do đó, gia nhiệt và cho vào nước mía những chất điện ly để thay đổi pH của môi trường sẽ làm ngưng kết chất keo có sẵn trong nước mía. Hơn nữa, khi pH thay đổi cũng làm một số ion trong nước mía kết tủa nên sẽ tách được phần lớn các ion này.
Chất điện ly truyền thống sử dụng trong ngành sản xuất mía đường là vôi sữa[Ca(OH)2] có nồng độ trong khoảng 810oBe. Trong nước, sữa vôi sẽ phân ly thành dạng ion Ca2+ và ion OH. Ion OH có hai tác dụng chính là trung hòa acid tự do, ngăn ngừa sự chuyển hóa đường saccharose và tạo môi trường thích hợp cho một số chất tan có khả năng kếp hợp với một số các anion tạo ra kết tủa như sulfur dioxide (SO 2), carbon dioxide (CO2), photphate pentaoxyde (P2O5) nên có thể tách loại dễ dàng. Sulfur dioxide (SO2) được lấy từ lò đốt lưu huỳnh và bổ sung vào dung dịch đường ở dạng khí. Khí SO2 cho vào nước mía hoặc “mật chè” sẽ tạo thành acid sulfurous có tác dụng trung hòa lượng vôi dư trong nước mía theo phản ứng: H2SO3 + Ca(OH)2 = CaSO3 + H2O Muối CaSO3 là chất kết tủa có khả năng hấp phụ các chất không đường, chất màu và chất keo trong dung dịch. Tuy nhiên, muối CaSO3 kết tủa trong môi trường trung tính nhưng tan trong acid, vì vậy khi xông SO2 nhiều quá sẽ là cho CaSO3 hòa tan theo phương trình: CaSO3 + H2SO3 Ca(HSO3)2 ( muối tan) Khí CO2 được sử dụng trong sản xuất đường saccharose lấy từ khói lò hơi và khói lò vôi có hàm lượng CO2 trong khoảng 3235%. Khi xông CO2 vào nước mía sẽ phản ứng tạo vôi để tạo ra chất kết tủa: Ca(OH)2 + H2CO3 = CaCO3 + H2O Khí CO2 có khả năng phân hủy muối calcium carbonate (CaCO 3) kết tủa. Phản ứng được xảy ra hoàn toàn khi nhiệt độ của dung dịch trong khoảng 7080oC C12H22O11.CaO + CO2 = C12H22O11 + CaCO3 C12H22O11.2CaO + 2CO2 = C12H22O11 + 2CaCO3 C12H22O11.3CaO + 3CO2 = C12H22O11 + 3CaCO3 Cũng như muối CaSO3, kết tủa CaCO3 có khả hấp phụ các chất không đường, chất keo và cặn lơ lửng để làm sạch nước mía. Kết tủa CaCO3 cũng tan trong môi trường acid. Vì vậy khi xông CO2 quá lượng sẽ làm cho muối CaCO3 hòa tan theo phản ứng CaCO3 + H2CO3 Ca(HCO3)2 P2O5 giữ vai trò quan trọng trong giai đoạn làm sạch nước mía. Trong nước mía đã vôi hóa, P2O5 phản ứng tạo ra kết tủa Ca3(PO4)2. 4H3PO4 + 2Ca(OH)2 = 1Ca(H2PO4)2 + 4H2O Ca(H2PO4)2 + 2Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + 4H2O
Chất kết tủa này có khả năng hấp phụ rất lớn các chất keo, chất màu và các cặn lơ lửng nên nước mía thu được trong hơn. Khi kết hợp với chất hoạt động bề mặt và sục khí thì kết tủa Ca3(PO4) không lắng xuống mà nổi lên và được gạt bỏ trong thiết bị long trong. Bản thân nước mía nguyên liệu đã chứa một hàm lượng P2O5 nhất định. Hàm lượng đó phụ thuộc vào điều kiện canh tác, đất đai, phân bón… Muốn đạt hiệu quả làm trong tốt hơn thì nên bổ sung photphate dưới dạng acid photphoric hay các muối photphate. Lượng P2O5 thích hợp để làm sạch nước mía khoảng 300400mg/lít. Phương pháp phosphate có nhược điểm là tăng lượng bùn, tốn nhiều vôi, giá thành cao, tốn nhiều thời gian do các phản ứng tạo kết tủa xảy ra chậm. Chính và lý do đó, phương pháp này hiện nay chỉ còn dùng làm sạch sơ bộ, sau đó sẽ kết hợp với một trong hai phương pháp sulfite hay carbonat để tinh lọc nước mía. 2.3.2. Quá trình lắng – lóng Mục đích công nghệ Chuẩn bị cho các quá trình lọc Hoàn thiện: tách loại các kết tủa và keo ngưng tụ phân tán lơ lửng sinh ra trong các giai đoạn tạo tủa. Cuối quá trình này, khoảng 8085% nước mía trong được lấy ra và 1520% nước bùn được đưa vào máy lọc. Nguyên tắc của lắnglóng là dựa vào độ chênh lệch khối lượng riêng của các hạt kết tủa và nước mía để phân lớp. Vận tốc lắng hay nổi của các chất kết tủa phụ thuộc vào độ nhớt, kích thước của tủa và độ chênh lệch khối lượng riêng giữa tủa và dịch nước mía hỗn hợp. Để làm giảm độ nhớt, nước mía được gia nhiệt tới 100105oC. Để làm tăng kích thước của các hạt kết tủa, ngay từ giai đoạn tạo tủa, cấu tạo điều kiện thích hợp để bông tủa kết tụ lớn. Trong giai đoạn lắng, cần bổ sung một số chất trợ lắng có khả năng tạo dạng keo và quện các chất tủa lơ lửng thành khối lớn. Hai dạng thiết bị chính trong quá trình tách tủa là bàn lóng và các dạng máy lắng. Bàn lóng có cấu tạo dạng hình hộp chữ nhật, đáy nghiêng một góc 30o, được gia nhiệt thông qua vách truyền nhiệt. Phía trên của hộp có hệ thống gạt bọt gồm những tay bằng thép, mắc trên dây xích. Vận tốc quay chậm để hạn chế xáo trộn. Phương pháp hoạt động cho bàn lóng như sau: thổi không khí vào trong đường ống dẫn dung dịch đường đến bể lóng, tạo áp suất khí cao hơn áp suất khí trời. khi ra khỏi đường ống, dưới tác dụng của áp suất sẽ tạo thành các bọt khí nhỏ li ti phân tán đều trong dung dịch. Các bọt khí này sẽ bị hấp thụ lên bề mặt các kết tủa rắn và cặn bẩn.
trong quá trình nổi lên mặt thoáng, các bọt khí sẽ kéo theo các trầm hiện và được tay gạt bọt gạt ra ngoài. Phần kết tủa có trọng lượng riêng nặng hơn sẽ chìm xuống đáy bàn lóng, sau đó được đưa qua bàn lọc bùn bắng đường ống xả bùn ở đáy bàn lóng. Các thiết bị lắng đều có dạng thân hình trụ, và đáy hình nón. Để tăng diện tích mặt thoáng, phần thân có thể được chia thành nhiều ngăn. Nước mía sau khi tạo kết tủa và trung hòa đến pH trung tính sẽ được gia nhiệt rồi đi vào đỉnh thiết bị lắng. Nước mía từ đỉnh thiết bị theo ống trung tâm phân phối đến các ngăn. Tại mỗi ngăn, quá trình lắng sẽ xảy ra. Nước bùn đặc lắng ở đáy sẽ chảy vào đường ống chứa bùn và thoát ra ở đáy thiết bị. Để bùn dễ chảy vào ống thoát, cấu tạo của đáy ngăn lắng cần có độ dốc lớn hay gắn thêm các cánh cào bã. Phần nước mía trong ở phía trên cùng của mỗi ngăn sẽ chảy tràn vào đường ống gắn ở vành ngăn đến bể chứa nước mía trong. Riêng ngăn ở đỉnh, do nước mía chảy vào làm xáo trộn nên quá trình lắng xảy ra chưa tốt, vì vậy ngăn này được xem là ngăn dự bị, chỉ có tác dụng tập chung chất kết tủa và không lấy nước mía trong. Để tăng năng suất lắng, có thể sử dụng thùng lắng nhanh. Thùng lắng có thân hình trụ tròn, đáy hình nón. Nước mía được nhập vào máng tròn có bán kính bắng 2/3 bán kính thùng, chảy tràn qua một máng có mép hình răng cưa vào ống tròn trung tâm, đến nửa chiều cao thùng gặp tấm chuyển hướng có hai mặt dốc phân phối nước mía sang hai bên thiết bị. Bùn lắng tích tụ lại ở đáy thùng được gom vào giêngs bùn và được đưa ra khỏi thùng và được đưa ra khỏi thùng. Các thanh được bắt chặt và chuyển động theo các tay quay. Nước mía trong chảy tràn qua hai máng thoát hình trụ tròn đồng tâm, có mép cắt răng cưa. Máng thứ nhất nằm phía trong có bán kính khoảng giữa máng thứ nhất nói trên và vách ngoài thùng. Do thời gian nước mía lưu lại trong thiết bị ngắn, nên giảm nguy cơ nước mía bị biến đổi về thành phần hóa học và vi sinh vật.
2.3.3. Quá trình lọc Mục đích: khai thác, tận thu phần đường còn sót trong nước bùn. Trong quá trình lọc nước bùn, cần bổ sung một phần các xơ mịn dể làm chất trợ lọc. các dạng thiết bị lọc thường được sử dụng trong sản xuất đường mía là thiết bị lọc khung bản và lọc chân không thùng quay. Ngoài ra còn sử dụng thiết bị lọc dĩa và thiết bị lọc ống 2.3.4. Các quá trình loại bỏ chất hòa tan không tạo tủa Các chất hòa tan không tạo tủa trong nước bao gồm các chất màu, cation kim loại kiềm và một số anion của muối tan. Các chất gây màu được loại bỏ bằng một trong hai cách: tẩy màu hóa học và hóa lý. Các ion tan được loại bằng cách cho dung dịch vào nước mía đi qua các cột trao đổi ion. Để tiết kiệm hóa chất và giảm thể tích thiết bị, trước khi vào giai đoạn loại bỏ các chất hòa tan, cần cô đặc nước mía loãng đến nồng độ 60 – 640 Bx  Tẩy màu Mục đích công nghệ: hoàn thiện, loại bỏ chất màu trong dung dịch. Các chất màu này có sẵn trong nguyên liệu hay sinh ra trong quá trình chế biến. tẩy màu còn chuẩn bị để dung dịch nước đường được trong suốt và quá trình kết tinh tiếp theo diễn ra dễ dàng hơn. Phương pháp thực hiện:  Tẩy màu bằng phương pháp hóa lý: nước đường được bổ sung than hoạt tính. Than sẽ hấp thụ chất màu phân tán trong dung dịch ở dạng keo. Lượng than hoạt tính được pha sẵn ở dạng huyền phù rồi cho vào thùng khuấy trộn theo tỷ lệ khoảng 1 3% khối lượng nước đường. nhiệt độ thích hợp là 800C, pH của nước mía là 7,0 – 7,2. Thời gian hấp thụ 30 40 phút.  Tẩy màu bằng phương pháp hóa học: dựa vào khả năng oxy hóa các chất mang màu của khí SO2. Bằng cách sục khí vào dung dịch nước mía cô đặc, các gốc mang màu sẽ bị oxy hóa làm cho nước mía trở nên mất màu. Khuyết điểm của phương pháp này là đường thành phẩm có khả năng bị vàng trở lại sau một thời gian bảo quản
 Trao đổi ion Mục đích công nghệ: hoàn thiện, thay thế ion không có lợi cho quá trình kết tinh đường bằng ion khác không hay ít ảnh hưởng hơn. Phương pháp thực hiện: nhựa trao đổi ion là hợp chất cao phân tử, không tan trong nước, có khả năng trao đổi các ion trong dung dịch. Chất trao đổi ion có hai dạng: + Chất trao đổi ion dương có tính axit thường chứa nhóm: Nhóm – SO3 có tính acid mạnh có thể trao đổi dễ dàng H+ của mình ở tất cả các giá trị pH Nhóm – COOH có thể trao đổi ion của mình với các ion trong môi trường trung tính và môi trường kiềm Nhóm – OH có tính acid yếu có thể trao đổi ion của mình trong dung dịch kiềm + Chất trao đổi ion có tính kiềm thường chứa các nhóm hoạt động tiêu biểu là –NH2, =NH, .. 2.3. Quá trình cô đặc Mục đích công nghệ: làm bốc hơi nước mía có nồng độ từ 13 150Bx đến nồng độ mật chè 60 650Bx. Mục đích nhằm loại nước, giảm khối lượng thành phẩm trước khi tẩy màu, và là quá trình chuẩn bị kết tinh đường . Các biến đổi nguyên liệu: ở nhiệt độ cao và nước bốc hơi saccharose sẽ bị biến đổi thành glucose và fructose. Quá trình diễn ra nhanh chóng nếu trong dung dịch đường có tính acid. Khi nước mía bốc hơi, một phần khoáng chưa loại bỏ hết sẽ tạo cặn gây hạn chế khả năng truyền nhiệt Phương pháp thực hiện: quá trình cô đặc được thực hiện ngay sau qúa trình lắng – lọc và trước khi qua quá trình loại các chất không đường hòa tan. Do nồng độ đương trước và sau khi cô đặc khác nhau nhiều nên để giảm bớt các biến đổi của đườngcũng như tiết kiệm năng lượng cần sử dụng hệ thống cô đặc nhiều nồi liên tiếp nhau. Hơi
thứ củ nồi trước sẽ được tận thu làm hơi đốt cho nồi sau. Dung dịch nước đường đi qua mỗi nồi được tách đi một phần nước, do đó nồng độ đường tăng dần Trong quá trinh cô đặc nước mía, nhiệt độ sôi của dung dịch đường thay đổi phụ thuộc vào áp suất, nồng độ đường saccharose và tinh độ của nước mía hỗn hợp. ngoài ra trong các nhà máy công nghiệp, cần lưu ý đến tổn thất do áp suất thủy tĩnh gây ra bởi chiều cao cột nước. điều này dẫn đến sự chênh lệch về điểm sôi giữa bề mặt và dưới đáy cột nước Điều kiện cần thiết để truyền nhiệt ở các hiệu là có sự chênh lệch nhiệt độ giữa hơi đốt và dung dịch đường. thông thường, các nhà máy ở nước ta thường sử dụng hệ cô đặc cùng chiều để bốc hơi. Chênh lệch áp suất giữa các nồi được tính toán sao cho nước mía có thể dễ dàng di chuyển từ nồi trước ra nồi sau. Thêm nữa, để đảm bảo cho nồi cuối nước vẫn bốc hơi, trong công nghiệp thường sử dụng hệ nồi bốc hơi áp lực chân không 2.4. Giai đoạn kết tinh đường Mục đích công nghệ: khai thác Tạo điều kiện thuận lợi để đường saccharose từ mật chè kết tinh lại thành các tih thể đường. yêu cầu các tinh thể đường tạo ra phải đồng đều về mặt kích thước và hàm lượng đường còn lại trong dung dịch càng ít càng tốt Cơ sở lý thuyết Tại một nhiệt độ, lượng đường tôi đa có thể hòa tan trong một đơn vị thể tích nước được gọi là nồng độ bão hòa. Nếu nồng độ lớn hơn nồng độ bão hòa sẽ xuất hiện quá trình kết tinh. Vậy để đường có thể kết tinh, nồng độ củ dung dịch đường cần lớn hơn nồng độ bão hòa ở cùng một nhiệt độ. Dung dịch như vậy còn gọi là dung dịch quá bão hòa. Tỷ số giữa lượng đường hòa tan trong dung dịch quá bão hòa với lượng đường hòa tan trong dung dịch bão hòa ở cùng nhiệt độ gọi là hệ số quá bão hòa, kí hiệu là α. Trong sản xuất đường saccharose, quá báo hòa được hia làm 3 vùng: - Vùng quá bão hòa thấp khi α = 1,10 – 1,15. Trong vùng này tinh thể không tự xuất hiện được nhưng khi mầm tinh thể đường trong dung dịch thì xảy ra úa trình kết tinh. Như vậy tại vùng này, mầm tinh thể sẽ lớn lên và không sinh hạt mới - Vùng quá bão hòa trung bình khi α = 1,20 – 1,25. Trong vùng này tinh thể có thể tự xuất hiện nếu có sự kích thích. Như vậy tại vùng này khi có một biến động nhỏ sẽ làm phát sinh ra nhiều tinh thể khác, đồng thời những tinh thể đã có sẽ lớn lên với tốc độ nhanh - Vùng quá bão hòa cao khi α > 1,3. Trong vùng này tinh thể tự xuất hiện không cần kích thích và lớn lên rất nhanh
Các giai doạn của quá trình nấu đường Mật chè sau khi bốc hơi đạt đến nồng độ 60 650 B. với nồng độ này, dung dịch chưa bão hòa, mầm tinh thể chưa xuất hiện, do đó cần tiếp tục bốc hơi trong thiết bị nấu đường chân không để dung dịch đạt đến nồng độ quá bão hòa và tạo tinh thể. Sản phẩm thu được sau khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể đường và mật cái. Quá trình nấu đường – kết tinh gồm 4 giai đoạn chủ yếu: cô đặc đầu, hình thành tinh thể, phát triển tinh thể và cô đặc cuối Cô đặc đầu: giai đọa cấp nhiệt làm bay hơi nước để đưa dung dịch đạt đến trạng thái quá bão hòa, chuẩn bị cho sự tạo mầm tinh thể. Tùy theo phương pháp gây mầm mà khống chế nồng độ quá bão hòa thấ, trung bình hay cao. Sự tạo mầm tinh thể: để tạo tinh thể, có thể sử dụng một số phương pháp sau: - Phương pháp tạo mầm tự nhiên: dung dịch đường được cô đặc đến vùng quá bão hoà cao để các tinh thể đường tự xuất hiện trong dung dịch. Khó khan của phương pháp này là cách nhận biết thời điểm tinh thể để ngưng quá trình cô đặc đầu. Thông thường các nhà máy đều dựa vào kinh nghiệm của công nhân tham gia sản xuất. - Phương pháp kích thích: cô dặc dung dịch đường đến vùng quá bão hoà trung bình, làm lạnh đột ngột để kích thích tạo mầm, sau đó chuyển về vùng quá bão hoà thấp để nuôi tinh thể. Cũng giống như phương pháp tạo mầm tự nhiên, việc xác định thời điểm kích thích hợp lý phụ thuộc nhiều vào kinh nghiệm của công nhân vận hành. - Phương pháp gieo mầm: cô đặc dung dịch đường đến vùng quá bão hoà thấp và bổ sung mầm. Có 3 cách tạo mầm là: + Phương pháp tinh chủng: mầm là đường bột. Lượng bột đường cho vào chính là lượng tinh thể cần thiết. Để các hạt bột đường không dính vào nhau và dễ phân tán trong nồi đường, bột đường được phân tán trong ethanol. + Phương pháp nấu giống (hay phân cắt): “giống” được tạo ra bằng cách nấu 1 nồi đường nhỏ và tạo mầm bằng phương pháp tự nhiên hay kích thích. + Phương pháp đường hồ (magma): mầm được tạo ra bằng cách trộn đường hạ phẩm đã li tâm với “mật chè”.
Nuôi tinh thể: khi đã đủ lượng tinh thể cần thiết, đưa dung dịch triwr về vùng quá bão hoà thấp và duy trì liên tục ở vùng này để tinh thể lớn lên và tránh hiện tượng nguỵ tinh. Ở gia đoạ này có 2 phương pháp nấu:nấu gián đoạn và nấu liên tục. Nấu gián đoạn: khi vừa cho nguyên liệu vào, độ quá bão hoà của “đường non” giảm, độ nhớt giảm, một số tinh thể tạo thành bị hoà tan. Lúc này hệ số truyền nhiệt tăng lên làm nước bay hơi nhanh, dung dịch tăng độ quá bão hoà, đường bắt đầu kết tinh nhanh. Khi đó, lượng mật giảm, lượng đường trong mật tăng lên, độ hớt tăng, hệ số truyền nhiệt giảm và quá trình bay hơi nước cũng giảm. Song tốc độ quá trình bay hơi nước nhanh hơn tốc độ kết tinh, do đó đọ quá bão hoà tăng. Nếu thời điểm này không cho nguyên liệu vào kịp thời sẽ sinh ra tinh thể mới. Phải mất thời gian và nhiệt lượng để chỉnh tinh thể lại. Trong quá trình chỉnh lí, cố gắng duy trì hàm lượng tinh thể trong nồi nấu cố định. Nấu liên tục: nấu liên tục cho hiệu quả cao vì độ quá bão hoà luôn luôn được giữ cố định, các quá trình truyền nhiệt, bay hơi, kết tinh không bị đứt đoạn, do đó hạn chế sự tạo thành các tinh thể dại. Cô đặc cuối: khi tinh thể đường đạt kích thước nhất định thì ngừng cho nguyên liệu vào, duy trì và theo dõi đọ quá bão hoà thấp của dung dịch để đường tiếp tục kết tinh. Đến khi kích thước hạt gần đạt yêu cầu thì tiến hành cô đặc “đường non” đến độ Bx quy định cho mỗi loại đường. Tránh cô dặc quá nhanh có thể tao tinh thể dại. Nêuú thấy lượng nước bốc hơi ít dần thì nên đóng từ từ van cung cấp hơi lại, tránh nhiệt độ trong nồi nấu quá cao. Khi “đường non” trong nồi nấu đạt yêu cầu về nồng độ và kích thước hạt đường, “đường non” sẽ được tháo khỏi nồi nấu đường để đến thiết bị li tâm hay đến các máng bồi tinh. Tại máng bồi tinh, quá trình kết tinh đường sẽ tiếp tục nhằm nâng cao hiệu suất kết tinh, hạ thấp AP mật. Các biến đổi nguyên liệu Sau khi được tạo thành, tinh thể saccharose rất bền, ở nhiệt độ dưới 70 0C hầu như không có sự thay đổi nào về cấu trúc cũng như các thay đổi đặc biệt khác nên những thay đổi của “đương non” trong quá trình kết tinh chủ yếu phụ thuộc vào thành phần mật. Nếu mật có pH acid thì nhiệt độ nấu đường cao là điều kiện thích hợp cho sự chuyển hoá đường saccharose, do đó cần phải khống chế pH và ổn định nhiệt độ thích hợp (pH= 5,76,8; nhiệt độ từ 60650C). Trong trường hợp quá trình tinh sạch đường diễn ra không hoàn toàn, các chất không đường có nồng độ cao sẽ có khả năng đồng kết tinh với đường saccharose làm tinh thể đường có màu. Khi độ kiềm cao sẽ làm tăng độ nhớt dẫn đến bốc hơi chậm, mật bị dẻo khó kết tinh. Chế độ nấu đường Do hàm lượng đường saccharose ban đầu trong mật chè khá cao, nếu chỉ kết tinh 1 lần sẽ kéo dài thời gian và lượng đường còn sót lại trong mật sau quá trình kết tinh cao. Vì vậy cần phải nấu – kết tinh đường nhiều lần. Chế độ nấu đường là thứ tự của các
loại dung dịch đường tham gia vào quá trình nấu đường – kết tinh. Lựa chọn chế độ nấu đường nào tuỳ thuộc vào độ tinh khiết của “mật chè” sau khi tinh sạch và tiêu chuẩn chất lượng của đường thành phẩm. Nếu tinh độ của mật chè thấp, lượng đường saccharose trong mật không cao và tạp chất nhiều thì số lần nấu sẽ ít. Ngược lại, tinh độ càng cao thì số lần nấu càng nhiều. Thông thường, nếu tinh độ mật chè nhỏ hơn 80% thì sẽ chỉ nấu 2 lần, hệ nấu A – C (H.3.2.1.12a). Đường thành phẩm là đường kết tinh từ lần nấu đầu tiên, còn đường kết tinh từ lần nấu thứ 2 sẽ được hoà tan để tái kết tinh lại. Nếu tinh độ mật chè cao hơn 80% và dưới 90% sẽ nấu đường 3 lần, hệ nấu A – B – C (H.3.2.1.12b). Nếu tinh độ mật chè cao hơn thì sẽ nấu nhiều nồi hơn nữa. Thí dụ khi tinh độ mật chè lên đến 99% thì có thể sử dụng hệ nấu 7 nồi như trong bảng 3.2.1.2 a)