Lấy nước mía bằng phương pháp khuyếch tán

Chủ đề 3:
LẤY NƯỚC MÍA BẰNG PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN, SO
SÁNH PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP ÉP

I/ GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN:
Phương pháp khuếch tán đã được sử dụng nhiều năm trong tất cả nhà máy đường củ
cải để trích ly đường từ lát củ cải.
Hiện nay nhiều nhà máy đường mía của cả nước trên thế giới như: Haoai, Nam Phi,
Pucrơtô, Ricô, Pêru, Ôstrây- lia đã dùng phương pháp khuếch tán với các thiết bị khuếch
tán khác nhau như: DdS, De, Smet, BMA, FS, Huletts, Saturne.....Ở nước ta, phương
pháp khuếch tán được dùng đầu tiên ở nhà máy đường La Ngà với thiết bị khuếch tán
DdS của Đan Mạch.
Tuy gọi là phương pháp khuếch tán nhưng không phải dựa hoàn toàn vào khuếch tán
để lấy đường như nhà máy đường củ cải. Qua thí nghiệm người ta thấy rằng khi cắt mía
và củ cải thành lát có kích thước tương tự và ngâm trong nước ở nhiệt độ 75 0C, thì thời
gian khuếch tán của lát mía so với lát củ cải tăng gấp 3 lần.

1


Như vậy muốn khuếch tán ở nhiệt độ 75 0C thì thiết bị khuếch tán phải thật lớn và
thời gian khuếch tán phải kéo dài, như vậy sự phân hủy xeluloza sẽ làm giảm độ tinh
khiết của nước mía.
Để lấy đường ở trong lát mía trong thời gian nhất định, cần phá vỡ tổ chức tế bào mía
để trích ly nước mía dễ dàng. Vì vậy phải có dao băm mía, ép ra một phần mía sau đó
dùng thiết bị khuếch tán để lấy phần nước mía còn lại.
Trên thực tế, thiết bị khuếch tán chỉ thay thế mấy bộ phận trục ép ở giữa công đoạn ép
nên có thể coi đó là phương pháp kết hợp giữa ép và khuếch tán.
II/ NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN:
1/ Lý thuyết về khuếch tán
Cơ sở chủ yếu của lý luận khuếch tán là dưới điều kiện nhất định, các phân tử đường

trong tế bào của mía chuyền dịch ra khỏi tế bào và phân tán ra môi trường xung quanh.
Trong các điều kiện khuếch tán: tốc độ khuếch tán, thời gian và nhiệt độ có quan hệ trực
tiếp lẫn nhau. Người ta thường ứng dụng định luật Fick trong quá trình khuếch tán. Định
luật khuếch tán căn cứ vào sự vận chuyển của phân tử, tổng kết đưa ra định luật khuếch
tán vật chất trong dung dịch tức là định luật Fick.
Trong công nghệ sản xuất đường thường dùng định luật Fick thích hợp với điều kiện
khuếch tán mía như sau: lượng đường khuếch tán S tỉ lệ với hiệu số nồng độ bình quân
dung dịch khuếch tán và nguyên liệu mía ΔC, diện tích diện tích mặt cắt nguyên liệu mía
xé tơi F, thời gian khuếch tán Z và tỷ lệ nghịch với khoảng cách phần đường chuyển từ
nguyên liệu mía đến dung dịch x.

Trong đó:
S: lượng đường khuếch tán từ mía
D: hệ số khuếch tán
2


F: diện tích mặt cắt nguyên liệu mía xé tơi
ΔC: hiệu số nồng độ bình quân của dung dịch khuếch tán và nguyên liệu mía
x: khoảng cách phần đường chuyển từ nguyên liệu mía đến dung dịch
Z: thời gian khuếch tán

2/ Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới hiệu quả khuếch tán:
a/ Độ xé tơi của mía:
Từ định luật khuếch tán cho thấy lượng đường khuếch tán tỉ lệ với diện tích mặt cắt
mía bị xé tơi và tỉ lệ nghịch với x. F/x lớn nhỏ quyết định bởi hình thái xé tơi mía, độ xé
tơi càng cao thì F càng lớn, x càng nhỏ, tức F/x có trị số càng lớn.
b/ Nhiệt độ khuếch tán:
Nâng cao nhiệt độ khuếch tán có tác dụng phá vỡ thành của tế bào, giảm độ nhớt của
nước khuếch tán, tăng nhanh phân tử đường khuếch tán và ức chế sự hoạt động của vi

sinh vật.
Mía sau khi xử lý, mặc dầu hiệu quả xé tơi tương đối cao nhưng có một phần nguyên
liệu mía (khoảng 10%) vẫn không bị xé tơi, cũng cần nhờ tác dụng của nhiệt độ làm cho
màng tế bào ngưng kết để phân tử đường khuếch tán ra khỏi màng tế bào.
Tác dụng của nhiệt độ là phá vỡ thành tế bào mía. Hiệu quả của nó phụ thuộc nhiều
vào nhiệt độ cao hay thấp, thời gian ngắn hay dài. Nhiệt độ càng cao tác dụng càng
nhanh. Từ quan sát thực nghiệm, khi nhiệt độ vượt quá 62 0C, chỉ cần 1 phút, hoạt tính tế
bào mía không còn nữa.
Nâng cao nhiệt độ càng có tác dụng ức chế vi sinh vật sinh trưởng, giảm tác dụng tổn
thất đường, đó cũng là ưu điểm của phương pháp khuếch tán. Nhưng ở môi trường pH
thấp, nhiệt độ cao dễ dàng tăng nhanh chuyển hóa đường sacaroza, đồng thời chất không
đường cũng khuếch tán ra dẫn đến giảm độ tinh khiết của nước mía khuếch tán. Ngoài ra,
vụn bã mía chịu tác dụng nhiệt sẽ trương nở, gây nghẽn trục ở giai đoạn ép nước từ bã
khuếch tán.
3


c/ Hiệu suất lấy đường:
Hiệu số nồng độ bình quân giữa bã mía và nước vào khuếch tán tạo ra khuếch tán của
phân tử đường. Cùng một đơn vị số hiệu số nhưng nếu thao tác ngược thì thế khuếch tán
sẽ cao hơn khi thao tác thuận cùng chiều, dẫn đến hiệu suất khuếch tán cao hơn. Do đó
trong sản xuất thường dùng thao tác ngược chiều.
Để nâng cao động lực trong quá trình khuếch tán, tăng lượng nước cho vào khuếch
tán cũng có tác dụng nâng cao hiệu suất lấy đường vì nước vào khuếch tán và hiệu suất
lấy đường tỉ lệ thuận với nhau. Hiệu suất lấy đường tăng dẫn đến nồng độ chất khô nước
mía giảm xuống từ đó tăng gánh nặng cho công đoạn bốc hơi và điều đó cần chú ý trong
vấn đề lợi dụng nhiệt năng. Nước vào khuếch tán nếu như hợp lý có thể duy trì hiệu suất
lấy đường trong khoảng 102-103% và phát huy tác dụng hỗn hợp, pha loãng, khuếch tán
đảm bảo hiệu quả lấy đường tốt.
d/ Thời gian khuếch tán:

Dưới điều kiện nhất định, thời gian khuếch tán càng dài, lượng đường khuếch tán ra
càng nhiều nhưng vượt quá hạn độ nhất định thì không tốt. Xu hướng phát triển công
nghiệp sản xuất đường là nên chọn lưu trình đơn giản, rút ngắn thời gian lưu nguyên liệu
làm mục tiêu chỉ đạo sản xuất. Nhưng thời gian quá ngắn, tiếp xúc nguyên liệu, dung
dịch không đầy đủ chưa thể phát huy tác dụng pha loãng, không có lợi cho lấy đường,
còn thời gian dài quá thì không có lợi cho sản xuất, không kinh tế. Theo kinh nghiệm thời
gian khuếch tán mía trong khoảng 35 phút và khuếch tán bã mía khoảng 20 phút.
III/ CÔNG NGHỆ KHUẾCH TÁN:
Công nghệ 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 hoặc thiết bị đánh tơi hoặc có nơi dùng cả hai.
Bruniche – Olsen đã so sánh hiệu quả trích ly đường của mía ép dập và mía đánh tơi
và thấy rằng ở mía đánh tơi có nhiều tế bào bị phá vỡ. Ở những tế bào mía bị phá vỡ, thì
4


trích ly đường trực tiếp. Những tế bào chưa bị phá vỡ thì trích ly đường bằng phương
pháp khuếch tán.

Người ta cũng đã tiến hành thí nghiệm để so sánh hiệu quả trích ly của hai loại mía
đánh tơi và cắt lát. Kết quả ghi ở bảng sau:
Thành phần nước mía trích ly, %
Số
Nồng Pol Độ
Tỷ số Tro/100Bx
đường
độ
tinh
glucoza

chất
Mía

khô
đánh 5,18

tơi
Mía thái lát

Tỷ lệ
trích

khiết
4,3

83,59

1,20

2,83

606,6

100

4,07 83,57

1,23

3,12

553,3

91

3
4,87

Bảng trên cho thấy hiệu quả trích ly và độ tinh khiết ở mía đánh tơi đều tốt hơn so với
mía thái lát.
5


2/ Khuếch tán mía
Có hai hệ khuếch tán mía chủ yếu: khuếch tán mía và khuếch tán bã mía.
a/ Khuếch tán mía:
Cây mía được xử lý sơ bộ, nhưng giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ đường trong đó
và đi vào thiết bị khuếch tán. Ví dụ, nếu một nhà máy đường xử lý 100 tấn mía/h có 14%
đường thì 100 tấn mía với 14 tấn đường đi vào thiết bị khuếch tán.
Sơ đồ khuếch tán mía

Sơ đồ 1: Khuếch tán mía

b/ Khuếch tán bã:
Sau khi xử lý, mía còn qua máy ép để ép 65-70% đường trong mía, còn lại 30-35%
đường trong bã mía đi vào thiết bị khuếch tán. Vì vậy quá trình khuếch tán được rút

ngắn. Khuếch tán bã được dùng phổ biến trong các nhà máy đường.
Một bộ trục ép của hệ khuếch tán có thể trích ly 65-70%, trong lúc đó mỗi bộ trục
của máy ép chỉ ép ra trung bình 15-23% lượng nước mía và hệ ép có từ 4 đến 6 bộ trục

chỉ trích ly được 95-96% đường trong mía. Mặt khác, khi đi qua bộ trục ép của hệ khuếch
6


tán, mía được chuẩn bị tốt hơn và sự tổn thất đường do tác dụng của vi sinh vật trong
khuếch tán bã giảm so với khuếch tán mía, thời gian khuếch tán rút ngắn vì chỉ cần
khuếch tán 4% đường (tức 30% đường trong cây mía) chứ không phải là 14%.
Có thể làm một phép tính đơn giản để so sánh. Ví dụ hiệu suất lấy đường chung là
97%, hiệu suất lấy đường bằng phương pháp ép là 65%, hiệu suất lấy đường bằng
phương pháp khuếch tán là 35%.
Như vậy hệ số khuếch tán đường ở bã mía: (97 - 65).100 = 32%
Hiệu suất trích ly tương đối: 32/35*100 = 91%
Như vậy việc trích ly được thực hiện dễ dàng hơn so với khuếch tán mía đơn thuần
(97%). Do đó khuếch tán bã mía được dùng phổ biến ở nhà máy đường.

Sơ đồ 2: Khuếch tán bã mía

3/ Xử lý nước ép
7


Vấn đề tồn tại lớn nhất của kỹ thuật khuếch tán là phải xử lý một lượng khá nhiều
nước ép có hàm lượng đường thấp và nhiệt độ cao. Xử lý nước ép có hiệu quả là một
trong những giai đoạn quan trọng của khuếch tán bã. Nếu có những điều kiện thích hợp
cho hoạt động của vi sinh vật, nước ép có thể dùng đủ cho một nhà máy sản xuất enzim.
Trong phương pháp ép, mặc dầu dùng nước nóng để thẩm thấu nhưng nhiệt độ nước hỗn
hợp vẫn thấp. Trong phương pháp khuếch tán, nước mía có nhiệt độ và nồng độ chất khô
thấp, rất thuận lợi cho hoạt động của vi sinh vật so với nước ép cuối của phương pháp ép.

IV/ MỘT SỐ THIẾT BỊ KHUẾCH TÁN MÍA

1/ Thiết bị khuếch tán SMET

Hình 1: Thiết bị khuếch tán SMET
Thiết bị khuếch tán của SMET gồm một bồn dài trong đó có một băng tải ngang được
chất đầy bã mía khô với độ dày nhất định. Phía trên lớp bã mía được tưới rất nhiều nước.
Phía dưới băng tải, dọc theo chiều dài băng tải là một vĩ lưới bằng thép không rỉ để lấy
nước mía chảy ra từ lớp bã đã được tưới nước trên. Dưới vĩ lưới, phía dưới đáy của bồn
có 11 hay 17 phễu hứng nước khuếch tán đặt cạnh nhau. Nước khuếch tán thu nhận từ
8


mỗi phễu được bơm đi trả về phễu đặt trước nó, sao cho nước khuếch tán chảy ngược từ
phía cửa ra bã về cửa vào. Nghĩa là có sự trích ly bằng dòng nước ngược chiều lại. Cứ
như vậy sau 9 tới 15 lần dung dịch nước mía được khuếch tán qua bã, nước khuếch tán
cuối cùng được thu nhận ở phễu thứ nhất ngay đầu vào và được mang đi gia nhiệt trước
khi đi công đoạn tiếp theo
Còn bã ướt, sau khi ra khỏi thiết bị khuếch tán được qua bộ phận xử lý bã và nước ép
sau khi xử lý được đưa trở về thiết bị khuếch tán làm nước tưới bã.
2/ Thiết bị khuếch tán BMA
Thiết bị khuếch tán BMA được sử dụng để lấy nước mía bằng hai cách là khuếch tán
mía và khuếch tán bã. Đó là những máng nằm ngang hình chữ nhật đáy có lưới sàng dính
liền và một hệ thống dây xích đặc biệt được thiết kế để đảm bảo việc trích ly nước mía
một cách triệt để. Một ưu thế của thiết bị khuếch tán loại này là có lắp đặt hai hàng vít
khuấy đảo để tăng cường hiệu suất trích ly nước mía.

Hình 2: Sơ đồ khuếch tán mía BMA

9
Hình 3: Sơ đồ khuếch tán bã mía BMA

Hình 4: Sơ đồ khuếch tán bã mía BMA

V/ QUẢN LÝ SẢN XUẤT CỦA PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN
Nhiệm vụ của quản lý sản xuất ở công đoạn khuếch tán là hoàn thành ba chỉ tiêu:
lượng mía xử lý, hiệu suất lấy đường và an toàn sản xuất.
Quản lý sản xuất bao gồm:
- Cung cấp mía:
Cung cấp mía phải liên tục, đều đặn, lớp mía phải đồng đều.
- Độ xé tơi:
Nâng cao độ xé tơi mía, ổn định chất lượng mía xé tơi. Yêu cầu còn lại dạng lát, cục,
vụn. Hạn chế dạng cục vì trích ly đường khó khăn.
- Nhiệt độ:
Duy trì nhiệt độ ổn định và phân bố hợp lý.
- Chỉ số pH:
Bản thân nước mía có pH 5,2 – 5,5. Với pH đó sẽ làm đường sacaroza chuyển hóa.
Từ thực tế sản xuất, điều chỉnh pH nước mía đến pH = 6,5 là tốt nhất và cần duy trì ổn
10


định trong quá trình khuếch tán, như vậy giảm được đường chuyển hóa và giảm sự tăng
màu đậm của nước mía.
Cần chú ý phương pháp cho vôi vào nước mía trong quá trình khuếch tán, có thể phân
điểm cho vôi hoặc cho vôi tự động để khống chế pH hợp lý.
- Xử lý lượng nước ép từ bã:
Lượng nước ép cuối thường từ 80 – 86% so với mía, nồng độ chất khô 1,5–3% và độ
Pol 1,0 – 2,0%, có nhiều tạp chất và keo cần được xử lý làm sạch để cải thiện chất lượng
nước khuếch tán.
- Làm tốt công tác vệ sinh:
Trong thiết bị khuếch tán vì có nhiệt độ tương đối cao có thể ức chế sự hoạt động của

vi sinh vật nhưng trước và sau thiết bị khuếch tán đều thao tác ở nhiệt độ thường. Do đó,
cần nhận thức đầy đủ làm tốt vệ sinh, công tác diệt khuẩn, lập chế độ vệ sinh tương tự
như ở phương pháp ép mía.
VI/ SO SÁNH PHƯƠNG PHÁP ÉP VÀ PHƯƠNG PHÁP KHUẾCH TÁN
1/ Hiệu suất lấy nước mía
 Phương pháp ép:
- Phương pháp ép không thể lấy hoàn toàn nước mía trong cây mía (vì trong quá trình ép,
bã mía có khả năng hút lại những phần nước mía đã ép lại)
- Hiệu suất chỉ đạt 97%
 Phương pháp khuếch tán:
- Hiệu suất lấy nước mía bằng phương pháp khuếch tán đạt 98÷99%
2/ Tổng hiệu suất thu hồi đường
Qua nghiên cứu tổng hiệu suất thu hồi đường của 2 phương pháp trên ở một số nước
như Peru, Nam Phi,… người ta kết luận: Hiệu suất thu hồi đường bằng phương pháp
khuếch tán tốt hơn phương pháp ép.
3/ Tiêu hao năng lượng
11


Theo tài liệu Ai Cập, năng lượng tiêu hao cho 1 hệ khuếch tán 2000 tấn mía/ ngày là
132,480W. Với công suất trên, tiêu hao năng lượng cho bộ máy ép phải là 438,160W. Do
đó dùng phương pháp khuếch tán tiết kiệm được 305,680W.
Theo Bairvo, 1 phân xưởng ép có 18 trục, nếu thay một thiết bị khuếch tán có thể giảm
được 9 trục. Hiệu suất lấy đường cao hơn, cứ 100kg mía tăng được 0,3kg đường thu hồi.
Một nhà máy đường năng suất 4000 tấn mía/ ngày. Nếu tăng thêm 2 thiết bị khuếch tán
thì có thể xử lí 8000 tấn mía/ ngày mà công suất chỉ cần tăng không quá 515,400W.
4/ Vốn đầu tư
Theo tài liệu của công ty BMA (Đức), vốn đầu tư của nhà máy đường dùng phương
pháp khuếch tán với công suất 500 tấn mía/ ngày có thể giảm 30% vốn đầu tư so với nhà
máy đường dùng phương pháp ép.

So sánh hiệu quả kinh tế giữa 2 phương pháp của nhà máy đường 1500 tấn mía/ngày:

STT Chỉ tiêu

Đơn vị

Phương pháp

Phương pháp

Hiệu suất lấy đường
Hiệu suất thu hồi nấu
Tổng thu hồi
Thành phần đường trong mía
Công suất nhà máy

%
%
%
%
Tấn

khuếch tán
96.50
87.0
83.96
13.0
1500

ép

94.0
88.0
82.72
13.0
1500

6
7
8

Số ngày sản xuất một vụ
Tỷ lệ đường so với mía
Lượng đường sản xuất một vụ

mía/ngày
Ngày/vụ
%
Tấn

150
10.915
24558.75

150
10.754
24196.50

9

đường/vụ

Chi phí vốn đầu tư ( thu nhận nguyên đôla

2591615

2721077

1
2
3
4
5

liệu, lấy nước đường…)

Từ bảng trên cho thấy phương pháp khuếch tán so với phương pháp ép có:
 Hiệu suất lấy đường tăng 2,5%;
 Tổng hiệu suất thu hồi đường tăng 1,24%;
Tỉ lệ đường thành phẩm trên mía tăng 0,61%;
12


Số lượng đường tăng trong 1 vụ là 32,635 tấn/ vụ;
 Chi phí vốn đầu tư giảm 3-5% tức là 129,462 đôla;
Tiết kiệm điện và nhiệt 30%;
Tiết kiệm lao động 50%, tiết kiệm bao bì 50%.
Phương pháp ép
- Hiệu suất trích ly 92%

Phương pháp khuếch tán
- Hiệu suất trích ly 97%

- Tổng hiệu suất thu hồi 80%

- Tổng hiệu suất thu hồi 82%

- Tiêu hao năng lượng nhiều

- Tiêu hao năng lượng ít

- Vốn đầu tư cao

- Vốn đầu tư thấp ( tiết kiệm khoảng
30% so với phương pháp ép)

- Nhiên liệu dùng trong bốc hơi ít

- Tiêu hao nhiều nhiên liệu dùng
trong bốc hơi

- Chất không đường trong nước mía ít - Chất không đường trong nước mía
hơn, tổn thất đường trong mật cuối hỗn hợp nhiều, do đó tăng tổn thất
thấp

đường trong mật cuối.

- Thời gian lấy nước mía nhanh ít ảnh - Thời gian lấy nước mía chậm nên
hưởng đến chất lượng mía.

gây ảnh hưởng đến chất lượng mía.

 Tồn tại của hai phương pháp:


Phương pháp khuếch tán:

- Tăng nhiên liệu dùng trong bốc hơi.
- Tăng chất không đường trong nước mía hỗn hợp, do đó tăng tổn thất đường trong
mật cuối.
- Thời gian lấy nước mía chậm nên gây ảnh hưởng đến chất lượng mía.
 Phương pháp ép:
- Trục ép là thiết bị thô kệch, nặng nề. Lõi trục ép làm bằng thép hợp kim đắt tiền.
Giá tiền chế tạo, sửa chữa, bảo dưỡng nhiều.
- Tiêu hao nhiều năng lượng.
- Tổng hiệu suất thu hồi ít.
Từ những so sánh trên cho thấy phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm hơn so với
phương pháp ép.
13


14