GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG - BÁNH - KẸO part 5

Chia sẻ: Afsjkja Sahfhgk | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:12

Thêm vào BST

Báo xấu

279
lượt xem 117
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

3.3.2.4. Điều kiện công nghệ của các phương pháp SO2 axit tính: Các điều kiện kỹ thuật chủ yếu: pH gia vôi sơ bộ: 6,2 - 6,8 (7,0) pH thông SO2 lần 1: 3 - 4 pH trung hòa: 6,9 - 7,3 pH thông SO2 lần 2: 5,8 - 6,2 Gia nhiệt 1: 60 - 700C Gia nhiệt 2:100 -1050C Cường độ SO2: 1 - 1,5g SO2/lít nước mía Hàm lượng P2O5 trong nước mía:250 -350mg/l Điều kiện kỹ thuật cụ thể của phương pháp SO2 có thể có những phương án sau đây: Phương án 1: pH và nhiệt...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: GIÁO TRÌNH CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG - BÁNH - KẸO part 5

3.3.2.4. Điều kiện công nghệ của các phương pháp SO2 axit tính: Các điều kiện kỹ thuật chủ yếu: pH gia vôi sơ bộ: 6,2 - 6,8 (7,0) pH thông SO2 lần 1: 3 - 4 pH trung hòa: 6,9 - 7,3 pH thông SO2 lần 2: 5,8 - 6,2 Gia nhiệt 1: 60 - 700C Gia nhiệt 2:100 -1050C Cường độ SO2: 1 - 1,5g SO2/lít nước mía Hàm lượng P2O5 trong nước mía:250 -350mg/l Điều kiện kỹ thuật cụ thể của phương pháp SO2 có thể có những phương án sau đây: Phương án 1: pH và nhiệt độ tương đối thấp; - Gia nhiệt 1: 63 - 650C Nhiệt độ: - Gia nhiệt 2: 98 - 1000C pH: - Gia vôi sơ bộ: 6,2 - 6,8 - Trung hòa: 6,8 - 7,0 Với điều kiện kỹ thuật trên mục đích để loại một số chất màu và chất keo nhưng hạn chế sự phân hủy đường khử tránh hiện tượng tạo chất màu. Phương án này dùng cho nguyên liệu mía có hàm lượng đường khử cao và nước mía không tươi. Phương án 2: Trung tính hơi kiềm nhẹ. - pH gia vôi sơ bộ: 7- 7,2 - Trung hòa: 7,2 - 7,5 - Lắng 7- 7,2 Sử dụng phương án này mục đích giảm đường saccaroza bị chuyển hóa và loại được nhiều chất không đường vô cơ. Phương án này dùng cho nguyên liệu mía tươi, đường khử không cao, độ tinh khiết tương đối cao. Phương án 3: Nhiệt độ cao, độ kiềm cao và cường độ SO2 cao. Lượng P2O5 cho vào nước mía 0,2-0,3% so với mía. Cường độ SO2: 1,4 - 1,6 g SO2 so với mía Phương án này dùng cho nguyên liệu sâu bệnh, bão lụt, đường sacaroza chuyển hóa nhanh do vi sinh vật xâm nhập từ những chỗ vỏ mía bị xước, hàm lượng chất keo tăng. Công đoạn cho vôi vào nước mía: Cho vôi sơ bộ: Nước mía hỗn hợp thường được cho vôi sơ bộ đến pH = 6,4 - 6,6. Tác dụng gia vôi sơ bộ:  Trung hòa axit hữu cơ và vô cơ.  Tác dụng trao đổi tạo kết tủa: 2K3PO4 + 3 Ca(OH)2 Ca3 (PO4)2 + 6 KOH K2SO4 + Ca(OH)2 Ca SO4 + 2 KOH 49
MgCl2 + Ca(OH)2 Ca Cl2 + Mg(OH)2 nước mía và ngưng tụ keo trước khi đun nóng. Trong nước mía có nhiều loại keo, với những pH đẳng điện khác nhau, cần xác định trị số pH thích hợp để ngưng tụ được nhiều keo, đồng thời không ảnh hưởng đến sự chuyển hóa và phân hủy đường. Sau nữa do tác dụng của Ca2+ đối với chất nguyên sinh tế bào sinh vật nên ức chế được sự phát triển của vi sinh vật. Cho vôi trung hòa: Lượng vôi cho vào quyết định bởi tính axit của nước mía và nồng độ SO2 trong nước mía. Mặt khác, cho vôi vào nước mía cần đảm bão chất lượng của vôi, giảm phần tạp chất trong vôi, vôi hòa tan đều trong nước...Lượng vôi dùng khoảng 0,2 - 0,3% so với trọng lượng mía ép. Thứ tự cho vôi vào nước mía đóng một vai trò quan trọng. Thứ tư cho vôi và thông SO2 có thể tiến hành theo 3 cách sau: Cho vôi trước, thông SO2 sau Thông SO2 trước, cho vôi sau Thông SO2 và cho vôi đồng thời Trị số pH trung hòa Trong phương pháp SO2 việc khống chế trị số pH trung hòa là một vấn đề quan trọng. Nó ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch và thu hồi đường Để tạo việc kết tủa CaSO3 hoàn toàn, cần tránh hiện tượng quá axit vì sẽ tao Ca(HSO3)2 hòa tan và sau đó nếu ở nhiệt độ cao Ca(HSO3)2 sẽ phân ly tạo chất kết tủa đóng cặn ở các thiết bị truyền nhiệt và bốc hơi Nếu nước mía có tính kiềm, đường khử sẽ bị phân hủy tăng chất màu và axit hữu cơ, tăng lượng muối canxi trong nước mía. Mặt khác trong môi trường kiềm, do tính chất thủy phân của kết tủa CaSO3 nên tạo dung dịch lớn, tăng lượng bùn lọc và do đó tăng diện tích ép lọc Để tránh các hiện tượng trên, cần khống chế pH lắng trong 7,0 Nhiệt độ Đun nóng 1: Nhiệt độ đun nóng lần thứ nhất 550C có tác dụng: - Làm mất mất nước của chất keo ưa nước, tăng nhanh quá trình ngưng tụ keo -Tăng nhanh tốc độ phản ứng hóa học. Theo Honig thì hiệu suất hấp thụ SO2 vào nước mía tốt nhất là ở 750C - Ở nhiệt độ càng cao sự hòa tan của nước muối CaSO3, CaSO4 giảm, kết tủa càng hoàn toàn, khi thông SO2 ít tạo hiện tượng quá bão hòa, giảm đóng cặn ở thiết bị bốc hơi và truyền nhiệt Đun nóng 2: Nhiệt độ đun nóng lần 2 100 - 105 0C. Nếu nhiệt độ quá cao nước mía sôi, lắng sẽ không tốt. Tác dụng của đun nóng lần 2 là giảm độ nhớt, tăng nhanh tốc độ lắng Đun nóng 3: Nhiệt độ lần 3 từ 110 - 1150C. Tác dụng: tăng khả năng truyền nhiệt trước khi vào thiết bị cô đặc, để không mất thời gian đun sôi ở thiết bị cô đặc Thông SO2: Thông SO21: Tạo kết tủa CaSO3 có tính hấp phụ có thể hấp phụ các chất không đường, chất màu kết tủa. SO2 có thể dùng ở dạng lỏng hay khí Thông SO2 2: Thông SO2 lần 2 vào mật chè sao khi bốc hơi có tác dụng như sau: SO2 ngăn ngừa sự tạo thành chất màu, khử chất màu thành chất không màu. Giảm độ nhớt của mật chè có lợi cho khâu nấu đường, kết tinh vầ phân ly Thông SO2 lần 2 vào mật chè sau khi bốc hơi đến pH = 6,2 - 6,6, nhiệt độ thông SO2 85 - 900C, nhưng nhiệt độ này phụ thuộc vào nhiệt độ của nồi bốc hơi cuối. Thông SO2 càng nhanh càng tốt để tránh hiện tượng chuyển hóa đưòng. Ưu khuyết điểm của phương pháp sunfit hóa : Ưu diểm: - Tiêu hao hóa chất (vôi, lưu huỳnh ) tương đối ít - Sơ đồ công nghệ và thiết bị tương đối đơn giản, vốn đầu tư ít - Sản xuất đường trắng Khuyết điểm: 50
- Loại chất không đường ít, chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau làm sạch thấp, đôi khi có trị số âm (tức là sau khi làm sạch chất không đường tăng lên) - Hàm lượng canxi trong nước mía tương đối nhiều ảnh hưởng nghiêm trọng đến sự đóng cặn trong thiết bị bốc hơi, ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi đường - Khi gặp loại mía xấu, sâu bệnh khó làm sạch thì không thể cho hiệu quả làm sạch ổn định. Do hiệu quả làm sạch không tốt, nên phẩm chất đường thành phẩm của phuơng pháp SO2 không bằng phương pháp CO2. Trong quá trình bão quản đường dễ biến màu do oxi của không khí. - Trong quá trình thao tác, đường sacaroza chuyển hóa t ương đối lớn, đường khử bi phân hủy, tổn thất đường trong bùn lọc cao. 3.3.3. Phương pháp cacbonat hóa Phương pháp CO2 (còn gọi là phương pháp cacbonat hóa ) là phương pháp có nhiều ưu điểm dùng phổ biến ở nhiều nước (Đài Loan, Inđônêsia). Trong các phương pháp cacbonat hóa thì phương pháp cacbonat thông thường tức là phương pháp thông CO2 hai lần, thông SO2 hai lần là được dùng phổ biến hơn cả. 3.3.3.1. Sơ đồ công nghệ của phương pháp thông CO2 2 lần thông SO2 2 lần(trang 59): 3.3.3.2. Điều kiện công nghệ của phương pháp thông CO2 thông thường Cho vôi sơ bộ: Lượng vôi phụ thuộc vào thành phần và pH của nước mía hỗn hợp, thường dùng là 0,2% so với trọng lượng nước mía hỗn hợp.Tác dụng của vôilà trung hòa nước mía hỗn hợp, làm đông tụ và kết tụ axit hữu cơ và keo, lọc ép lần 1 đễ dàng, giảm màu sắc Thông CO2 lần 1: Mục đích của thông CO2 lần 1 là tạo chất kết tủa CaCO3. Tinh thể CaCO3 có tác dụng tăng tốc độ lọc nước mía. Tuy nhiên đó không phải là mục đích chủ yếu của của thông CO2 lần 1, vì để có tác dụng lọc tốt chỉ cần thêm chất trợ lọc như điatomit, separan AP 30... Nhiệm vụ chủ yếu của thông CO2 lần 1 là tạo kết tủa CaCO3 mang điện dương có tính chất hấp phụ những chất màu, sản phẩm của sự phân hủy, những chất hoạt động bề mặt mang điện âm Điều quan trọng của thông CO2 lần 1 là độ kiềm cuối cùng. Dung dịch thông CO2 lần 1 cần duy trì độ kiềm nhất định để chất kết tủa không bị hòa tan trở lại. Lượng CaO tự do chưá trong bùn đóng vai trò quan trọng khi làm sạch nước mía và bất kỳ một phương pháp cacbonat hóa nào dẫn đến trung hòa bùn lọc, giảm lượng CaO sẽ dẫn đến giảm hiệu suất làm sạch. Đun nóng lần 1: Khống chế nhiệt độ trước khi thông CO2 rất quan trọng. Nếu khống chế nhiệt độ tương đối cao, sự hình thành kết tủa lúc thông CO2 tương đối lớn, dễ lọc nhưng tăng phân giải đường khử, ảnh hưởng màu sắc dung dịch. Nếu nhiệt độ thấp, tạo thành nhiều hạt CaCO3 kết tủa nhỏ có diện tích hấp phụ lớn làm nước mía có màu nhạt, lượng muối Ca trong nước mía tương đối ít, tránh được sự phân giải đường hoàn nguyên. Nhưng nhiệt độ thấp có nhiều bọt, giảm hiệu quả hấp thụ CO2, lọc nước mía đã thông CO2 chậm Thông CO2 lần 2: Mục đích: Giảm tối đa hàm lượng vôi và muối canxi trong nước mía. Nếu vôi và muối vôi không được tách ra, thiết bị bốc hơi sẽ đóng cặn nhanh chóng. Lượng CaO còn lại trong nước mía lọc trong sau thông CO2 thường 0,04 -0.06% CaO. Thông CO2 lần 2 để giảm lượng CaO còn lại dưới 0,025% CaO. Thông SO2: Thường thông SO2 vào nước mía trước khi cho bốc hơi và thông SO2 vào mật chè sau khi bốc hơi. Tác dụng: Thông SO2 vừa có tác dụng tẩy màu vừa giảm muối Canxi hòa tan trong dung dịch: CaA2 + H2SO3 = CaSO3 + 2HA Đồng thời nước mía trong sau thông CO2 2 có độ kiềm cao (pH = 7,8), sau khi thông SO2 đến pH = 6,8 - 7,2 giảm độ kiềm nước mía trong, tránh sự phân hủy đường khử. Thông SO2 làm giảm độ nhớt của dung dịch do tạo muối trung tính K2CO3 + H2SO3 = K2SO3 + CO2 + H2O 51
Biện pháp tốt nhất giảm độ kiềm và độ nhớt là thông SO2 vì có phản ứng cho muối sunfat trung tính Nước mía hỗn hợp Gia vôi sơ bộ (pH = 6,2 - 6,6) Ca(OH)2 Đun nóng lần 1 (50 - 550C) Thông CO2 lần 1 (pH = 10,5 -11,3, độ kiềm 0,04-0,06% CaO) Ca(OH)2, CO2 Lọc ép lần 1 Ca(OH)2 Thông CO2 lần 2 (pH= 7,8 - 8,2; độ kiềm 0,025% CaO) Đun nóng lần 2 (75 - 800C) 105600C) Lọc ép lần 2 Thông SO2 lần 1 (pH=6,8 - 7,2) SO2 Đun nóng lần 3 (110 - 1150C) Cô đặc SO2 Thông SO2 lần 2 (pH = 6,2 - 6,6) Qui trình công nghệ của phương pháp thông C02 thông thường 3.3.3.3. Ưu khuyết điểm của phương pháp CO2 Lọc kiểm tra Ưu điểm: - Hiệu quả làm sạch tốt, chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau khi làm sạch đến 4 -5. - Loại khỏi nước mía một lượng lớnật chèkeo, chất màu và chất vô cơ (MgO, Fe2O3, Al2O3, P2O5). M chất trong Hàm lượng muối canxi trong nước mía ít. - Đóng cặn ở thiết bị ít, do đó giảm lượng tiêu hao hóa chất dùng thông rửa nồi bốc hơi - Chất lượng sản phẩm tốt, bão quản lâu. Hiệu suất thu hồi đường cao Khuyết điểm: - Lượng tiêu hao năng luợng hóa chất nhiều, lượng vôi dùng gấp 20 lần so với phương pháp vôi và 10 lần so với phương pháp SO2, dùng nhiều khí CO2 - Sơ đồ công nghệ và thiết bị tương đối phức tạp 52
- Kỹ thuật thao tác yêu cầu cao, nếu khống chế không tốt dễ sinh hiện t ượng đường khử phân hủy. 3.3.4. So sanh các phương pháp làm sạch nước mía Phương pháp vôi dùng để sản xuất đường thô, thiết bị và quy trình công nghệ tương đối đơn giản nhưng hiệu suất thu hồi đường thấp. Phương pháp sunfit hóa cho sản phẩm đường trắng. Trong quá trình bão quản đường dễ bị ẩm và biến màu. Phương pháp cacbonat hóa cho sản phẩm đường trắng, chất lượng đường có thể dùng trong công nghiệp đồ hộp. Hiệu suất thu hồi đường cao nhưng quy trình công nghệ thiết bị phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao. CHƯƠNG 4: CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA 1 - Mục đích: - Mục đích của quá trình cô đặc là bốc hơi nước mía có nồng độ 13 - 15Bx đến mật chè nồng độ 60 - 65 Bx. Nếu cô đặc nước mía đến Bx quá cao (>70Bx ) sẽ xuất hiện tinh thể đọng lại trong đường ống và bơm. Nồng độ lớn dẫn đến độ nhớt lớn, lọc khó khăn 2 - CƠ SỞ LÝ THIẾT 2.1 - Lượng nước bốc hơi: C1 W = G(1- ) C2 W: Luợng nước bốc hơi so với mía, % C1: Bx nước mía trong C2: Bx mật chè G: Trọng lượng nước mía trong so với mía, % 53
Nếu bốc hơi nước mía từ 15Bx đến 60Bx thì lượng mía bốc hơi 15 W = G(1- ) = 0,75.G 60 2.2 - Lượng nhiệt dùng bốc hơi Lượng nhiệt dùng để đưa nước mía đến trạng thái sôi: Q1 = G(t2 - t1) C , W Trong đó : G: Trọng lượng nước mía trong so với mía, % t2: Nhiệt độ sôi của nước mía trong, 0C. t1: nhiệt độ nước mía trong vào bốc hơi, 0C. C: Nhiệt dung riêng của nước mía trong, J/Kg.độ. Lượng nhiệt cần để bốc hơi Q2 = W.r, W Trong đó: W:Lượng nước bốc hơi so với nước % r: Nhiệt lượng riêng của hơi, J/Kg. Tổng lượng nhiệt cần dùng Q = Q1 + Q2 = G(t2 - t1)C + W2 C1 = G(t2 - t1)C + G(1 - ).r C2 C1 = G(t2 - t1)C + Gfr (f =(1 - )) C2 =[ G(t2 - t1)C +f r]. C1 Trong đó: f =(1 - ) gọi là hệ số bốc hơi. C2 Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh phụ thuộc chất lượng chất cách nhiệt thường lấy từ 3 - 10% so với lượng hơi dùng. * Trường hợp bốc hơi 1 nồi Để bốc hơi nước mía từ 15 đến 60 Bx, tức bốc 75% nước so mía, tiêu hao một lượng hơi 75% so mía, nghĩa là cứ bốc hơi 1kg nước thì tiêu hao 1kg hơi. * Trường hợp bốc hơi nhiều nồi Hơi thứ hiệu trước được dùng làm hơi đốt hiệu sau. Hơi thứ hiệu cuối dùng đun nóng nước mía hoặc trực tiếp vào thiết bị ngưng tụ. Nồng độ nước mía tăng dần lên. Hệ này mang lại hiệu quả kinh tế cao trong việc sử dụng hơi thứ. Khi cô đặc một nồi, cứ bốc hơi 1kg nước t iêu hao1kg hơi. Với hệ 4 nồi lượng hơi tiêu hao là 75%:4 = 18,75% so mía, hệ 4 nồi 75%:5 = 15%, nhưng từ hiệu I sang hiệu II lượng hơi tiết kiệm nhiều nhất khoảng 50%, từ hiệu II sang hiệu III lượng hơi chỉ giảm hơn 10%. Như vậy thêm 1 nồi cô đặc lượng hơi tiết kiệm không nhiều nhưng tăng vốn đầu tư, thao tác, quản lý phức tạp. Vì vậy thường sử dụng 3 - 5 hiệu và hệ 4 hiệu là thích hợp. * Sử dụng hơi: Việc dùng hơi trong nhà máy đường khá phong phú. Ngo ài việc dùng hơi cho hệ cô đặc còn dùng hơi cho các bộ phận khác: đun nóng, nấu đường, phân mật, sấy ... Để tiết kiệm, thường sử dụng hơi thứ của hệ cô đặc. Sơ đồ sử dụng hơi thứ của 1 hệ cô đặc E2 E4 E5 54 E1 E3 W1 W2 W3 W4 '
Trong đó: D:hơi sống E1, E2, E3, E4: hơi thứ dùng cho đun nóng và nấu đường E5: Hơi thứ hiệu 4 đi vào thiết bị ngưng tụ baromet W1', W'2, W3' : hơi thứ hiệu 1, 2, 3 làm hơi đốt cho hiệu 2, 3, 4 2.3 - Tổn thất nhiêt trong quá trình bốc hơi N guyên nhân: Do nồng độ tăng cao Do áp suất thủy tỉnh Do trở lực đường ống 2.3.1 - Tổn thất nhiệt do độ tăng nhiệt độ sôi (') Trong cùng điều kiện áp lực nhiệt độ sôi của dung dịch đường cao hơn nhiệt độ sôi của nước. Nhiệt độ cao hơn đó gọi là độ tăng nhiệt độ sôi Độ tăng nhiệt độ sôi tỷ lệ thuận với nồng độ chất khô trong dung dịch và từ biểu đồ cho sẵn, ta có thể tra nhiệt độ tăng độ sôi ' theo Bx tương ứng Khi áp lực của dung dịch khác áp lực thường, độ tăng nhiệt độ sôi có sai khác một ít và có thể tính theo công thức gần đúng của Tisenco:  ' =  af Trong đó : ': độ tăng nhiệt độ sôi ở áp lực bất kỳ a: độ tăng nhiệt độ sôi ở áp lực thường f: hệ số hiệu chỉnh 2.3.2 - Tổn thất tỉnh áp (") Tổn thất tỉnh áp là do áp suất cột dung dịch trong thiết bị gây nên. Tức là nhiệt độ sôi của dung dịch cũng phụ thuộc độ sâu, trên mặt thoáng nhiệt độ sôi thấp nhất, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng. Hiệu số giữa nhiệt độ sôi trên mặt thoáng và ở lớp dưới goi là tổn thất nhiệt độ do áp suất thủy tỉnh p= p'gh [N/m2] p: Hiệu số áp suất thủy tỉnh. ’: khối lượng r iêng của dung dịch ở dạng bọt, kg/m3. gần đúng lấy ’ =  /2 : khối lượng riêng của dung dịch , kg/m3. g: gia tốc trọng trường, m/s2. h: độ sâu kể từ mặt thoáng đến giữa ống truyền nhiệt , m 2.3.3 - Tổn thất đường ống "’. Hơi thứ từ hiệu trước qua hiệu sau, qua đường ống giữa hai hiệu, chịu ảnh hưởng của trở lực đường ống làm giảm nhiệt độ. Dựa vào thực tế tổn thất nhiệt độ đường ống giữa hai hiệu thông thường lấy từ 1 - 1,50 C. Tổng tổn thất nhiệt độ: 55
  tổng =   '+  " +   "' 2.4 - Các phương án bốc hơi của hệ cô đặc: Trạm bốc hơi là trung tâm hệ thống nhiệt của toàn nhà máy, là hệ thống tương đối phức tạp. Để chọn phương án bốc hơi tốt cần xét tới những vấn đề sau: - Yêu cầu công nghệ sản xuất đường. - Đảm bão chất lượng thành phẩm. - Nghiên cứu đầy đủ việc bố trí trạm nhiệt điện. - Sử dụng hơi thải, hơi thứ hợp lý. - Tốc độ đóng cặn trong thiết bị thao tác và khống chế ổn định. - Vốn đầu tư. * Phân loại phương án bốc hơi: có 3 loại. Phương án bốc hơi chân không: Phương án này có từ lâu. Những nhà máy đường cũ thường dùng phương án này. Hệ cô đặc thường có từ 3 - 5 hiệu thường là 4 hiệu, và không hút hơi thứ hiệu cuối vì nhiệt độ hơi thứ thấp . Ưu diểm: Thỏa mãn đầy đủ yêu cầu công nghệ vì bốc hơi ở điều kiện chân không, nhiệt độ tương đối thấp tránh được hiện tượng phân hủy đường khử và biến đường sacaroza thành caramen, phẩm chất mật chè tốt, quản lý thao tác dễ dàng. Khuyết điểm: Nhiệt độ hơi thứ thấp, không thỏa mãn đầy đủ yêu cầu công nghệ, giảm khả năng sử dụng hơi thứ, hơi thứ hiệu cuối vào thiết bị ngưng tụ tăng tổn thất hơi Phương án bốc hơi áp lực: Đặc điểm của phương án này là các hiệu cô đặc làm việc ở điều kiện áp lực. Ưu điểm: Việc sử dụng hơi tương đối triệt để, toàn bộ hơi hiệu cuối đều dùng. Nhiệt độ hơi thứ của các hiệu tương đối cao, có thể giảm diện tích truyền nhiệt của thiết bị truyền nhiệt Không cần thiết bị ngưng tụ lớn, chỉ cần một thiết bị nhỏ dùng khi khởi động hệ cô đặc. Khuyết điểm: Màu sắc nước mía tương đối đậm, pH giảm nhiều do nhiệt độ cao, đường khử bị phân hủy và tạo caramen nhiều. Khi sản xuất nếu hút hơi thứ không bình thường không những không giảm lượng hơi tiêu hao mà còn tăng lên do hiện tượng xả hơi và từ đó khó duy trì ổn định các chỉ tiêu bốc hơi, nồng độ mật chè không ổn định Phương án bốc hơi áp lực chân không Đặc điểm: Nhiệt độ sôi của dung dịch đường hiệu cuối tương đối cao có thể dùng hơi thứ hiệu đó đun nóng nước mía dẫn đến độ chân không hiệu cuối không lớn khoảng 550mmHg Phương án này được dùng phổ biến trong các nhà máy đường.Ưu khuyết điểm của phương pháp này là tổng hợp của ưu khuyết điểm của hai phương án (a) và (b) 2.5 - Thiết bị cô đặc Thiết bị cô đặc ống chùm thẳng đứng Thiết bị cô đặc tuần hoàn đơn Ở nhà máy đường thường dùng nhiều loại thiết bị cô đsặc khác nhau nhưng bất cứ loại nào cũng đều có phòng đốt, phòng bốc hơi, thiết bị thu hồi đường, ống nước mía chảy vào, ống thoát khí không ngưng, ống thoát nước ngưng tụ Những điều lưu ý ở các bộ phận chính của thiết bị: Buồng đốt: Để tăng hệ số truyền nhiệt K buồng đốt phải : H ơi vào đều, tốc độ hơi vừa phải, nước ngưng và khí không ngưng tách ra liên t ục và triệt để, thông rửa cặn tốt Khí không ngưng: Khí không ngưng do: Không khí lọt vào hơi, các chất khí tạo thành do phân giải các tạp chất trong nước mía, có trong hơi. 56
Do đó phải dẫn nó ra khỏi buồng hơi để tăng thể tích hơi trong buồng hơi và tăng hệ số truyền nhiệt. Ống thoát khí không ngựng đặt ở vị trí nào đấy phải đảm bão: Dẫn được hết khí không ngưng, hơi không dẩn ra theo. Thường đặt ống dẫn khí không ngưng ở chổ tốc độ hơi chậm nhất (cuối đường hơi). Khí không ngưng gồm nhiều loại khác nhau và chúng có tỷ trọng khác nhau. Do vậy ống thoát khí không ngưng đặc ở nhiều độ cao khác nhau. Ống thoát nước ngưng phải đạt yêu cầu: Đảm bão nước ngưng thoát ra nhanh, triệt để, xa đường hơi vào. Bộ phận thu hồi đường: Nguyên nhân sự bay đường: +Đường bay do những đường nước phụt lên mạnh. +Những giọt nước mía nhỏ hơn bọt bay lên +Tốc độ bốc hơi quá nhanh +Hơi vào buồng đốt quá mạnh +Quá trình sôi không đều do cấu tạo buồng đốt làm hơi vào không đều dẩn đến làm bay đường. +Mức nước mía cao quá +Hiện tượng tự bốc mạnh quá +Chân không thay đổi đột ngột Đề phòng: +Cố gắn hạn chế những nguyên nhân trên +Lắp bộ phận thu hồi đường ở đỉnh nồi 2.6 - Hóa học của quá trình cô đặc: Trong nhà máy đường hiện đại, nước mía cô đặc ở hệ cô đặc 4 - 5 hiệu với nhiệt độ khoảng từ 60 - 1300C. Kết quả là hơi nước bốc đi và trên cơ bản không có sự thay đổi thành phần hoặc tính chất của chất khô trong dung dịch. Tuy nhiên trong quá trình cô đặc vẫn xảy ra nhiều phản ứng hóa học và hóa lý dẫn đến sự thay đổi thành phần và đặc tính của chất tan. Nước ngưng tụ trong hệ cô đặc nhiều nồi không phải là nước nguyên chất mà chứa ít đường và chất không đường sẽ dẫn đến ăn mòn nồi hơi Sự chuyển hóa sacaroza: Nếu dung dịch đường có tính axit hoặc một số chất không đ ường trong quá trình cô đặc bị phân hủy tạo thành axit thì dưới tác dụng của nhiệt sẽ dẫn đến sự chuyển hóa sacaroza. Thông thường sự tổn thất sacaroza không vượt quá 0,01% so với nguyên liệu mía. Sự phân hủy sacaroza và tăng màu sắc: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường sacaroza bị caramen hóa. Lượng caramen tạo thành phụ thuộc thời gian truyền nhiệt, nhiệt độ và pH. Chỉ cần 1 lượng caramen rất nhỏ cũng làm cho nước mía có màu đậm. Ngoài ra đường khử bị phân hủy hoặc kết tủa với những chất chứa nitơ tạo thành melanoidin làm tăng màu sắc của nước mía. Sự tăng màu sắc của nước mía trong quá trình bốc hơi phụ thuộc vào hiệu quả làm sạch nước mía, thời gian và nhiệt độ cô đặc. Độ tinh khiết tăng cao: Độ tinh khiết tăng trong quá trrình cô đặc phu thuộc phương pháp làm sạch. Đối với phương pháp vôi độ tinh khiết tăng 0,7 - 1,0, phương pháp sunfit hóa tăng 0,8 - 1,0 và phương pháp cacbonat tăng 0,2 - 0,5. Nguyên nhân: - Chất không đường bị phân hủy do sự phân hủy axit amin và muối cacbonat sinh ra CO2, NH3 làm cho độ tinh khiết mật chè tăng 0,1. - Sự tạo cặn trong thiết bị cô đặc, cứ 2000 tấn nước mía (15Bx) tạo chừng 1 tấn cặn. 57
- Sự tăng độ tinh khiết còn gây nên do sự thay đổi góc quay riêng của chất không đường đặc biệt là đường khử. Sự thay đổi độ kiềm: Tăng: Hiện tượng tăng độ kiềm trong quá trình bốc hơi vật lý rất ít thấy. Giảm: Nguyên nhân - Sự phân hủy axit, ví dụ: asparagin - Phân hủy đường khử tạo axit hữu cơ làm giảm độ kiềm. - Sự tạo caramen của đường sacaroza tuy tác dụng rất nhỏ nhưng cũng có ảnh hưởng đến sự giảm độ kiềm Sự tạo cặn: Trong quá trình bốc hơi, có sự tạo thành cặn trong thiết bị cô đặc, làm tổn thất nhiệt. Trong dung dịch quá bão hòa, hiện tượng tạo cặn sẽ phát sinh trước hết ở những chỗ dung dịch tiếp xúc trực tiếp với diện tích đốt, tức là cặn thường xuất hiện nhiều ở phần dưới của ống truyền nhiệt.Thành phần của cặn trong các thiết bị cô đặc sản xuất bằng các phương pháp khác nhau thì khác nhau. Sự hình thành cặn trong thiết bị dẫn đến giảm hệ số truyền nhiệt và do đó làm giảm năng suất bốc hơi. Có nhiều phương pháp loại cặn nhưng hiện nay phổ biến nhất vẫn bằng phương pháp hoá học. Các hoá chất dùng để loại cặn như kiềm (NaOH, Na2CO3), axit (HCl) và muối ăn NaCl. Trong sản xuất đường thường dùng kiềm sau đó dùng axit. Lượng kiềm dùng chừng 6-12%, thời gian đun 2h. Lượng axit khoảng 0,5 - 1%, thời gian đun từ 1 - 6h. Sau khi sử dụng kiềm và axit, dùng nước rửa nồi và dùng thanh sắt loại cặn khỏi thiết bị. Hiệu quả loại cặn tốt nhưng tốn nhiều hoá chất và ăn mòn thiết bị. Để tránh ăn mòn thiết bị, trước khi đun với axit, cần cho vào thiết bị những chất kiềm hãm sự ăn mòn như DBS hoặc ryphalgen A. Ryphalgen A có tác dụng tốt, đễ hoà tan và phân bố đều trong dung dịch axit. Chương V: NẤU ĐƯỜNG VÀ KẾT TINH. Nhiệm vụ nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến quá bão hòa. Sản phẩm nhận được sau khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể đường và mật cái. Quá trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi của dung dịch, tránh hiện tượng caramen hóa và phân hủy đường. Nhiệt độ nấu đường trong khoảng 70 - 800C. Đối với các sản phẩm cấp thấp, quá trình kết tinh còn tiếp tục thực hiện trong các thiết bị kết tinh làm lạnh bằng phương pháp giảm nhiệt độ 1 - Cơ sở lý thiết của quá trình kết tinh đường: 1.1 - Độ hòa tan của sacaroza trong nước: 58
Độ hòa tan của sacaroza trong nước tăng khi nhiệt độ tăng. Độ hòa tan thường được biểu diễn bằng số gam đường trong một gam nước, gọi là hệ số hòa tan H0. 1.2 - Độ hòa tan của sacaroza trong dung dịch không tinh khiết: Trong dung dịch không tinh khiết độ hòa tan của sacaroza phụ thuộc vào các chất không đường. Chúng có ảnh hưởng khác nhau đến độ hòa tan của sacaroza. Một số làm tăng độ hòa tan của sacaroza như KCl, NaCl ... một số khác làm giảm như K2SO4. Nói chung các chất tro làm tăng độ hòa tan sacaroza, ngược lại đường khử và một số muối hữu cơ làm giảm độ hòa tan. Ảnh hưởng đến độ hòa tan của đường không chỉ số lượng chất không đường và nhiệt độ mà còn thành phẩm và chất lượng của chúng. Đó là tác nhân rất quan trọng không thể quên được vì ảnh hưởng đến độ tinh khiết và sự tạo mật cuối. 1.3 - Hệ số bão hòa : Tỷ số giữa hệ số hòa tan sacaroza trong dung dịch đường không tinh khiết (H1) và hệ số hòa tan trong dung dịch tinh khiết (H0) ở cùng một nhiệt độ gọi là hệ số bão hòa ('): H1 ' = H0 Khi ' >1 độ hòa tan của sacaroza trong dung dịch không tinh khiết lớn hơn trong dung dịch tinh khiết. Khi ' = 1 các chất không đường không ảnh hưởng đến độ hòa tan sacaroza Khi ' < 1 các chất không đường làm giảm độ hòa tan của sacaroza. Do đó hệ số bão hòa phụ thuộc vào độ tinh khiết dung dịch và chất lượng của các chất không đường có trong dung dịch. Hệ số bão hòa có ý nghĩa quan trọng trong sản xuất, nó thể hiện ảnh hưởng của nguồn nguyên liệu đối với quá trình sản xuất. 1.4 - Hệ số quá bão hòa: Dung dịch chứa nhiều đường hơn dung dịch bão hòa gọi là dung dịch quá bão hòa. Đường chỉ kết tinh từ dung dịch nầy bằng cách làm bay hơi nước hoặc làm lạnh để giảm độ hòa tan của đường ở nhiệt độ thấp . Hệ số qúa bão hòa: Mức độ quá bão hòa của dung dịch được đo bằng hệ số quá bão hòa. Đó là tỷ số giữa lượng đường hòa tan trong 1 đơn vị nước của dung dịch nghiên cứu với lượng H đường hòa tan trong 1 phần nước của dung dịch bão hòa ở cùng một nhiệt độ:  = H1 Trong đó: : Hệ số quá bão hòa H: Lượng đường trong 1 phần nước của dung dịch nghiên cứu. H1: Lượng đường trong một phần nước của dung dịch bão hoà Nếu:  > 1 dung dịch quá bão hòa  = 1 dung dịch bão hòa  < 1 dung dịch chưa bão hòa Đối với dung dịch sacaroza tinh khiết H1 = H0, có thể tra bảng. Đối với dung dịch đường không tinh khiết việc xác định H1 khá phức tạp. Vì vậy trong thực tế đối với dung dịch đường không tinh khiết người ta cũng tra theo bảng độ hòa tan đường tinh khiết được hệ số quá bão hòa biểu kiến: H 1 = H0 59
1.6 - Động học của quá trình kết tinh đường: Quá trình kết tinh đường gồm hai giai đoạn: Sự xuất hiện nhân tinh thể (mầm) và sự lớn lên của tinh thể với tốc độ nhất định. 1.6.1 - Sự xuất hiện nhân tinh thể hay sự tạo mầm: Trên đồ thị trạng thái của dung dịch sacaroza chia ra 3 vùng quá bão hòa: - Vùng ổn định: Hệ số bão hòa thấp  = 1,1 - 1,15. Trong vùng này tinh thể chỉ lớn lên mà không xuất hiện các tinh thể mới - Vùng trung gian:  = 1,2 - 1 ,25. Trong vùng này không chỉ tinh thể lớn lên mà còn xuất hiện một lượng nhỏ tinh thể mới. - Vùng biến động:  >1,3. Ở đây các tinh thể sacaroza sẽ tự xuất hiện không cần sự tạo mầm hoặc kích thích. Đối với dung dịch sacaroza không tinh khiết, giá trị hệ số quá b ão hòa giữa các vùng khác nhau phụ thuộc vào nồng độ chất không đường. Thực tế trong quá trình sản xuất người ta cố gắng khống chế  < 1,3 để tránh tạo thành các tinh thể “dại” Hình 5.1: Đồ thị quá bão hoà của sacaroza 1.6.2 - Sự lớn lên của tinh thể (tốc độ kết tinh): Định nghĩa: Tốc độ kết tinh là lượng đường kết tinh trong 1phút trên 1m2 bề mặt tinh thể (mg/m2.phút) Theo Kukharenko, lượng đường kết tinh S trong dung dịch quá bão hòa là: S = KFT , mg. Trong đo F: Bề mặt tinh thể, m2. 60