báo cáo thí nghiệm chuyên ngành công nghệ sản xuất dược phẩm bài: cô đặc dung dịch đường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA KỸ THUẬT HÓA HỌC
☼☼☼☼☼☼☼

BÁO CÁO THÍ NGHIỆM CHUYÊN NGÀNH CÔNG
NGHỆ SẢN XUẤT DƯỢC PHẨM
BÀI: CÔ ĐẶC DUNG DỊCH ĐƯỜNG

GVHD: Lê Thị Thùy Trang
Sinh viên: Võ Như Sinh
MSSV: 61002738

TPHCM, 5/2014
0


I.

Giới thiệu chung về cô đặc mía đường
Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do
nhu cầu thò trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều đòa
phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt
động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên
quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển cộng nghiệp
đường mía.
Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía
đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh
chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một
hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo
ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo,
sữa… đồng thời tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản

xuất như rượu…
Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm
đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản
phẩm. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh
chóng nếu thu hoạch trễ vàkhông chế biến kòp thời.
Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu
quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta
đã có rất nhiều nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Biên hoà, … nhưng
với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh
đó, việc cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với
công nghệ lạc hậu, thiết bò cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất.
Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy,
đổi mới dây chuyền thiết bò công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức
cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bò từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến
thiết bò cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì
đây là một thành phần không thể xem thường.
1. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường:
1) Đặc điểm nguyên liệu:
Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dòch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có)
và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay hơi
trong quá trình cô đặc.

1


Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô
đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 11 % khối lượng.
2) Đặc điểm sản phẩm:

Sản phẩm ở dạng dung dòch, gồm:
Dung môi: nước.
Các chất hoà tan: có nồng độ cao.
3) Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:
Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi
không ngừng.
a. Biến đổi tính chất vật lý:
Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dòch tăng dẫn đến tính chất dung
dòch thay đổi:
Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền
nhiệt.
Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dòch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng
độ, nhiệt độ sôi.
b. Biến đổi tính chất hoá học:
Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd:
asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid.
Đóng cặn dơ: do trong dung dòch chứa một số muối Ca2+ ít hoà tan ở nồng độ
cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.
Phân hủy chất cô đặc.
Tăng màu do caramen hoá đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa
các sản phẩm phân hủy và các amino acid.
Phân hủy một số vitamin.
c. Biến đổi sinh học:
Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao).
Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao.
4) Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trò sinh hóa:
Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:
Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vò đặc trưng được giữ nguyên.
Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
Thành phần hoá học chủ yếu không thay đổi.

II. Cô đặc và quá trình cô đặc:
1. Đònh nghóa:
Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hoà tan trong dung
dòch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dòch lỏng - rắn hay lỏng-

2


lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một
phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý - hóa lý.

2. Quá trình cô đặc:
a. Chuẩn bò mẫu: hòa tan 2Kg đường vào 18Kg nước, khấy đều cho đường tan
b. Quy trình vận hành
Gồm các bước:
 Bước 1: Bật cơng tắc tổng, kiểm tra đèn báo trên tủ điện, hiển thị đầy đủ các
thơng số về nhiệt độ, áp suất,… của hệ thống
 Bước 2: Bật cơng tắc nồi hơi, để gia nhiệt nước.
 Bước 3: Nhập liệu vào buồng bốc.
 Bước 4: Kiểm tra hệ thống van, để đảm bảo hệ thống hồn tồn kín.
 Bước 5: Bật cơng tắc bơm chân khơng, tạo áp suất chân khơng trong hệ thống,
đạt được 0,2 at
 Bước 6: Bật cơng tắc bơm nước giải nhiệt cho thiết bị ngưng tụ
 Bước 7: Ghi nhận các thơng số ban đầu của hệ thống
 Bước 8: Mở van đưa hơi đốt vào thiết bị gia nhiệt vỏ áo.
 Bước 9: Ghi nhận các thơng số trong giai đoạn gia nhiệt dung dịch đến nhiệt độ
sơi.
 Bước 10: Khi dung dịch sơi, mỗi 30 phút, ghi nhận thơng số hệ thống, đem dung
dịch cơ được đi đo nồng độ, tháo lượng nước ngưng đi đo khối lượng. Khóa van
ngay sau khi lấy sản phẩm, đảm bảo hệ thống kín, liên tục.

 Bước 11: Kết thúc q trình thí nghiệm trong 75 phút. Khóa van cấp hới đốt. Tắt
cơng tắc gia nhiệt nồi hơi.
 Bước 12: Tắt bơm chân khơng. Xả khí trong hệ thống trở về áp suất khí quyển.
 Bước 13: Tháo sản phẩm cơ đặc bằng van tháo liệu.
 Bước 14: Tắt cơng tắc tổng.
Lưu ý: Đo nồng độ dung dòch cô đặc sau những khoảng thời gian là 15 phút. Đo
nồng độ cuối cùng cô đặc
III.

BẢNG SỐ LIỆU KẾT QUẢ THU ĐƯC
phut)

0

T 0C
30,7

Vnươc nguội T0 nươc vao
31,5

C%
11
3

T0 nươc ra
31,8


15
30

45
60
1h15
IV.

43,6
67,6
66,3
70,5
73,1

11,4
13,5
17,8
22,5
30,4

1250
2190
3400
2900
1900

31,2
31,2
31,2
31,2

CÂN BẰNG VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯNG
1. Dữ kiện ban đầu:

Dung dòch đường mía
Nồng độ đầu xđ = 11 %, nhiệt độ đầu của nguyên liệu là tđ = 30oC.
Nồng độ cuối xc = 30,4%.
Năng suất Gc = 20 kg.
Gia nhiệt bằng hơi nước bão hoà áp suất hơi đốt là 4.5 bar
p suất ở thiết bò ngưng tụ: P = 0,2 at.
2. Cân bằng vật chất:
a. Suất lượng nhập liệu (Gđ):
Theo công thức 5.16, QT và TBTN T5, tr184:
Gđ*xđ = Gc*xc
 xd 

Gc = Gđ* 
 xc 
 Giai đoạn 1: 0-30 phút
 11 
 = 16,3 kg
GC= 20* 
 13,5 
 Giai đoạn 2: 30-60 phút
 13,5 
 = 9,78 kg
GC= 16,3* 
 22,5 
 Giai đoạn 3: 60-75 phút
 22,5 
 = 7,23 kg
GC= 9,78* 
 30,4 
b. Tổng lượng hơi thứ bốc lên (W):

Theo công thức 5.17, QT và TBTN T5, tr184:
W = Gđ – Gc
 Giai đoạn 1:
W= 20 – 16,33 = 3,7 kg.
4

58,3
58,3
58,3
58,3


So sánh với kết quả đo chênh lệch là:
H=
.100 = 7,02%
 Giai đoạn 2:
W= 16,3 – 9,78 = 6,52 kg.
So sánh với kết quả đo chênh lệch là:
H=
.100 = 3,49%
 Giai đoạn 3:
W= 9,78 – 7,23 = 2,55 kg.
So sánh với kết quả đo chênh lệch là:
H=
.100 = 25,5%
3. Cân bằng năng lượng:
a. Cân bằng nhiệt lượng:
Nhiệt vào:
- Do dung dòch đầu: Gđcđt’1
- Do hơi đốt: Di’’D

Nhiệt ra:
- Hơi thứ mang ra: Wi’’W
- Nước ngưng tụ: Dc
- Sản phẩm mang ra: Gccct’’1
- Nhiệt cô đặc: Qcđ
- Nhiệt tổn thất: Qtt
Thành lập phương trình cân bằng nhiệt:
Gđcđt’1 + Di’’D = Wi’’W + Dc + Gccct’’1 ± Qcđ + Qtt
Từ phương trình ta rút ra:
W(i '' w  c c t '' 1 ) G đ c đ (t ''1  t '1 )  Q cđ
Q
D

 '' tt
''
''
i D  c
i D  c
i D  c
’
’
i W – cct 1=2355,6 KJ/Kg là ẩn nhiệt hoá hơi của hơi thứ với áp suất 0,2 at.
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443.
I’’D   c =2749 KJ/Kg là ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi đốt ở áp suất 4,5 at.
Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443
Quá trình cô đặc mía đường có Qcđ=0. Đây là quá trình cô đặc liên tục nên
t’1=t’’1. Chọn tổn thất nhiệt là 5% ta tính được lượng hơi đốt
D

12,77.2355,6

 0,05D
2749

5


hay D=11,52 Kg
Lượng hơi đốt tiêu tốn riêng:
Theo công thức 4.5a, VD và BT T10, trang 182:
D 11,52
m 
 0,902 ( kg hơi đốt / kg hơi thứ ).
W 12,77
Trong đó:
D - lượng hơi đốt dùng cô đặc, D = 11,52 kg.
- lượng hơi thứ thoát ra khi cô đặc, W = 12,77 kg.
b. Chế độ nhiệt độ:
Áp suất buồng đốt là áp suất hơi bão hoà 4,5 at.Tra bảng 57, VD và BT T10,
trang 443: nhiệt độ hơi đốt là 132,9oC.
Gọi  ’’’ là tổn thất nhiệt độ hơi thứ trên đường ống dẫn từ buồng bốc đến
TBNT, theo QT và TBTN T5, tr184, chọn ’’’ = 1 oK.
Nhiệt độ hơi thứ trong buồng bốc tsdm(Po):
Tsdm(Po) - Tc = ’’’ = 1K  Tsdm(Po) = Tc +1 = 59,7 +1 = 60,7 oC
p suất hơi thứ trong buồng bốc: Tra bảng 57, VD và BT T10, trang 443: ở
nhiệt độ hơi thứ là 60,7oC là 0, 2 at.
c. Xác đònh nhiệt độ tổn thất :
 Tổn thất nhiệt do nồng độ tăng (’):
Theo công thức 5.3, QT và TBTN T5, tr174:
’ = ’o . f
Ở đây :

o’ - tổn thất nhiệt độ ở áp suất khí quyển. Tra từ đồ thò.
f - hệ số hiệu chỉnh do khác áp suất khí quyển, được tính:
(273  t' i ) 2
f  16.2
ri

t’i : nhiệt độ hơi thứ của nồi thứ I
ri : ẩn nhiệt hoá hơi của hơi ở nhiệt độ t’i .
 Tổn thất nhiệt do áp suất thuỷ tónh (’’ ):
Gọi chênh lệch áp suất từ bề mặt dung dòch đến giữa ống là P (N/m2), ta
có:
P =

1
S.g.Hop
2

N/m2

Trong đó:
s : khối lượng riêng của dung dòch khi sôi , kg/m3
s =0.5 dd
6


dd : Khối lượng riêng của dung dòch ,kg/m3
Hop: Chiều cao thích hợp tính theo kính quann sát mực chất lỏng ,m
Hop = [0.26+0.0014(dd-dm)].Ho
Tra sổ tay ta có được bảng sau:
’o (0C )

xC (%k.l)
11

t’ ( 0C )
0.25

r.10-3 (j/kg )
60.7

’ (0 C )

2355.6

Coi dd trong mỗi nồi thay đổi không đáng kể trong khoảng nhiệt độ từ bề
mặt đến độ sâu trung bình của chất lỏng.
Chọn chiều cao ống truyền nhiệt là Ho= 2 m.
Hop = [0.26+0.0014(dd-dm)].Ho=[0.26+0.0014(1061-983)]*1.5=0.554 ,m
Áp suất trung bình:
Ptb= P’+P=0.21+0,5.0,5.1061.10-4.0.554=0.225 at
Tra sổ tay tại Ptb=0.225 (at) ta có t”1=61.92 0C.
Suy ra : ”=61.92– 60.7 =1.22 0C
Hiệu số nhiệt độ hữu ích
ti1=TD – (Tc+) =132.9 – (59.7+0.19+1.22+1)=70.79 0C
Nhiệt lượng lý theo lý thuyết : Wi’’W + Dc + Gccct’’1 ± Qcđ + Qtt
= 12,77.2402,3+11,52.30,4.(58,3-31,2)+8,36.58,3=51581,88J
Nhiệt lượng thực tế nước mang ra là 2355,6.(58,3-31,2)=63836,76J
DH%=
.100=19,19%
Vậy H%=80,81%

V.

MAY ĐO NỒNG ĐỘ ĐƯỜNG BRIX
Máy đo độ Brix ( đo độ ngọt) ứng dụng đo độ Brix được dùng trong công nghiệp
thực phẩm: dầu mỡ động thực vật, sữa lỏng, rượu bia, dược phẩm,… Đặc tính của
máy được cho phép đo được các loại mẫu ở nhiệt độ cao và khoảng đo rộng.
Độ Brix (Bx) là tỷ phần trăm giữa khối lượng đường saccharose về khối lượng
dung dịch nước đường, tính bằng gam, kí hiệu %mas hay độ Brix. Độ Bx quan sát
độ Bx đo ở nhiệt độ bất kỳ bằng khúc xạ kế (máy đo độ Brix). Độ Bx hiệu chỉnh l
độ Bx đo ở nhiệt độ tiêu chuẩn 20 độ C hoặc được hiệu chỉnh về nhiệt độ tiêu
chuẩn.
7

0.19


Các dùng:
Bước 1: Bạn để nước cất tinh khiết lên bề mặt lăng kính. Sau đó thơng qua thị kính, quan
sát hệ thống vạch. Nếu nền xanh chỉ về mức 0 thì khơng cần hiệu chỉnh lại, nếu nền xanh
chưa ở mức 0 thì bạn dùng vít hiệu chỉnh chỉnh về mức 0. Thơng thường, máy đo độ
đường brix đã được hiệu chỉnh sẵn tại nơi sản xuất nên kết quả đo rất chính xác,nhưng
vẫn nên thường xun thực hiện bước này để kiểm tra hoạt động của máy.
Bước 2: Để mẫu thử lên lăng kính của máy đo độ đường brix. Mẫu thử ở thể lỏng và có
nhiệt độ nằm trong giới hạn bù nhiệt của máy để có kết quả đo chính xác nhất. Lưu ý là
phải để mẫu thử phân bố đều trên cả bề mặt lăng kính, tránh việc dung dịch chỉ nằm ở
một phần lăng kính. Vì vậy, sau khi đậy nắp lăng kính, cần di chuyển nhẹ nhàng máy để
dung dịch trãi đều lên lăng kính.
Bước 3: Đọc độ đường của dung dịch. Thơng qua thị kính,sẽ nhìn thấy hệ thống vạch
theo độ brix. Có thể chỉnh tiêu cự để quan sát rõ hơn. Phần màu trắng biểu thị độ brix của

dung dịch.
Bước 4: Vệ sinh máy đo độ đường brix. Dùng khăn lau nhẹ bề mặt lăng kính. Khơng
được dùng nước vệ sinh tồn bộ máy, hãy đảm bảo máy ln được khơ ráo.

VI.

VII.

BÀN LUẬN:
Kết quả thí nghiệm có độ leach 19,19% so với lý thuyết là do nhiều nguyên nhân:
-Thiết lập thông số của nồi cô đặc không được chuẩn xác
- khi lay mẫu thì có sự thay đổi lớn về áp suất, dẫn đến thay đổi nhiều về nhiệt độ
cô đặc, ảnh hưởng đến quá trình trao đổi nhiệt của nồi cô đặc.
-Sự chênh leach thời gian trong quá trình đo mẫu
- Thao tác thực hành đô độ Rick cũng bò ảnh hưởng nhiều.
Tài liệu tham khảo
[1] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khng ,Hồ Lê Viên, 2005. Sổ tay q trình và thiết bị
Cơng nghệ Hố chất tập 1. NXB Khoa học và Kỹ Thuật, Hà Nội, 632 trang.
8


[2] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Phạm Xuân Toản, 2006. Sổ tay quá trình và
thiết bị Công nghệ Hoá chất tập 2. NXB Khoa học và Kỹ Thuật, Hà Nội,448
trang.
[3] Phạm Văn Bôn – Nguyễn Đình Thọ, 2006. Quá trình & thiết bị công nghệ hóa
chất & thực phẩm – tập 5, quyển 1: Truyền nhiệt ổn định. NXB Đại học Quốc gia
TP. Hồ Chí Minh, 460 trang.
[4] Bộ môn Máy & Thiết bị, 2011.Bảng tra cứu quá trình cơ học – truyền nhiệt –
truyền khối. NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 68 trang.

9