Làm sạch nước mía bằng phương pháp cacbonat

MỞ ĐẦU
Ngành đường là một ngành công nghiệp phát triển từ rất lâu đời. Đường có ý
nghĩa quan trọng đối với đời sống con người. Đường có thể được sản xuất từ
mía đường hoặc củ cải đường tùy thuộc vào điều kiện khí hậu của mỗi quốc gia.
Việt Nam là nước thuộc khí hậu nhiệt đới, nên sản xuất đường từ mía đường.
Sản xuất ban đầu là thủ công, ngành công nghiệp đường hình thành và phát triển
theo lịch sử của dân tộc, từ thời xưa, đi qua chiến tranh và phát triển mạnh khi
đất nước hòa bình. Công nghiệp đường mía đóng vai trò to lớn trong GDP quốc
gia và đang ngày càng phát triển theo chiều hướng hiện đại hóa tạo ra sản phẩm
chất lượng cao.
Trong sản xuất đường công đoạn làm sạch nước mía là một khâu rất quan trọng.
Có nhiều phương pháp làm sạch nước mía khác nhau như: phương pháp vôi là
phương pháp lâu đời nhất, phương pháp sulfit hóa và phương pháp cacbonat
hóa. Để sản xuất loại đường có độ trắng và tinh khiết cao, người ta sử dụng
phương pháp cacbonat hóa. Lần đầu tiên sử dụng phương pháp này là năm 1812,
ông Barrnel người pháp, ông dùng khí CO2 để trung hòa lượng vôi dư, cũng
trong thế kỷ 19, Tratani người Italia, dùng SO2 để trung hòa vôi dư đồng thời
tẩy màu nước mía. Nhờ đó ký thuật sản xuất đường mía đã tiến một bước dài và
đưa phương pháp cacbonat hóa đạt đến trình độ hoàn chỉnh. Ngày nay, phương
pháp này được sử dụng rộng rãi ở nhiều nước( Đài Loan, Indonxia), ở nước ta,
nhà máy đường Vạn Điền sản xuất mía theo phương pháp cacbonat hóa.


I.
1.

2.

Mục đích của công đoạn làm sạch nước mía:
Thành phần hỗn hợp sau khi ép:
Hỗn hợp nước mía sau khi ép có thành phần tương đối phức tạp, các thành

phần hóa học này thay đổi tùy theo giống mía, điều kiện canh tác, đất đai, điều
kiện khí hậu, phương pháp và điều kiện lấy nước mía của nhà máy…được thể
hiện qua bảng sau:

Mục đích của công đoạn làm sạch nước mía:
Thông thường nước mía hỗn hợp có nồng độ chất khô hòa tan Bx= 13- 15.
Độ tinh khiết của nước mía hỗn hợp AP= 8-85%.
Ngoài đường sacaroza, trong nước mía hỗn hợp còn có những chất không
đường có tính chất hóa lý khác nhau, trong đó chất keo chiếm 1 tỷ lệ đáng kể
(0,03- 0,5%). Khi thao tác không bình thường, ví dụ như ở nhiệt độ cao, chất


không tan biến thành chất tan, và như vậy làm tăng hàm lượng keo trong dung
dịch.
+ Hoạt động của vi sinh vật trong nước mía cũng tạo nên các chất keo khác
nhau, đặc biệt là levan và dexan.
+ Chất keo gây nhiều ảnh hưởng không tốt đối với sản xuất đường: lọc nước
mái, phân mật và kết tinh đường khó khăn, nước mía có nhiều bọt, giảm hiệu
suất tấy màu, tinh chế đường thô khó khăn.
+ Sự có mặt của những chất không đường làm tăng độ hòa tan của đường
sacaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đường trong mật cuối.
+ Trong nước mía còn có vụn mía, khi đun nóng chúng kết tụ lại. Tất cả những
chất không đường cần loại ra khỏi nước mía hỗn hợp.
+ Nước mía hỗn hợp có tính axit gây nên chuyển hóa đường sacaroza. Do đó
cần trung hòa nước mía.
Vì vậy mục đích của làm sạch nước mía là:
-

Loại tối đa chất không đường ra khỏi hỗn hợp, đặc biệt là chất có hoạt
tính bề mặt và các chất keo.

Trung hòa nước mía hỗn hợp, ngăn ngừa chuyển hòa đường sắc cacaroza
Loại những chất rắn lơ lửng trong nước mía.
Có nhiều phương pháp làm sạch nước mía, dưới đây là một phương pháp rất
hiệu quả đang được sử dụng rộng rãi trong thực tế: phương pháp cacbonat hóa

II .Làm sạch nước mía bằng phương pháp cacbonat hóa
1.

Tổng quan về phương pháp
Phương pháp CO2 (còn gọi là phương pháp cacbonat hóa) là phương pháp làm
sạch nước mía có nhiều ưu điểm được dùng phổ biến ở nhiều nước (Đài Loan,
Inđônêxia). ở nước ta có nhà máy đường Vạn Điền sản xuất theo phương pháp
cacbon hóa

2.

Nguyên lý chung
Động lực của các phương pháp là kết tủa các chất không đường ở dạng ion lơ
lửng trong dung dịch tạo ra các muối kết tủa CaCO 3,Ca3(PO4)2, CaSO3, đồng
thời hấp thụ các chất không đường, chất keo, chất màu.


3.

Phân loại
 Phương pháp xông CO2 một lần:
Đặc điểm của phương pháp là cho toàn bộ sữa vôi vào nước mía một lần
và thông CO2 một lần đến độ kiềm thích hợp. Do đó nước mía chỉ qua một điểm
đẳng điện, nên loại chất không đường ít. Ngoài ra, vì thông CO 2 sau khi cho vôi
nên tạo phức đường vôi ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ CO2 và tạo nhiều bọt.

 Phương pháp xông CO2 thông thường chè trung gian:
Sau khi đun nóng đến khoảng 100oC và cho bốc hơi đến nồng độ mật chè
35 – 40oBx nước mía hỗn hợp được xử lí như phương pháp xông CO 2
thông thường.
Khi cô đặc đến nồng độ cao, hàm lượng chất không đường trong mía tập
trung hơn, phản ứng triệt để hơn do đó tiết kiệm được nhiều hóa chất, loại nhiều
tạp chất không đường, thiết bị ít đóng cặn. Tuy nhiên lượng đường tổn thất trong
bùn nhiều.


 Phương pháp xông CO2 thông thường:
Kết hợp biện pháp gai vôi, thông CO2, SO2 nhằm nâng cao hiệu quả làm
sạch, tách loại tạp chất không đường và làm giảm màu săc của nước mía:


4.

-

So sánh ưu nhược điểm của các phương pháp:
Phương pháp thông CO2 một lần:
 Ưu điểm:
+ Quy trình công nghệ đơn giản, dễ thực hiện.
+ Tạo chất kết tủa có tính hấp phụ :
Ca(OH)2 + H2CO3 → CaCO3↓ + 2H2O


 Nhược điểm:
Do đó nước mía chỉ qua một điểm đẳng điện, nên loại chất không đường ít.

Ngoài ra, vì thông CO2 sau khi cho vôi nên tạo phức đường vôi có dạng
(C12H12O11).(CaCO3)y.(CaO)z ảnh hưởng đến hiệu suất hấp thụ CO2 và tạo nhiều
bọt.

- Phương pháp xông CO2 chè trung gian:
Ưu điểm:
+ Khi cô đặc nước mía đến nồng độ cao, hàm lượng chất không đường trong
nước mía tương đối tập trung, phản ứng tương đối hoàn toàn,.
+Tiết kiệm được hóa chất, loại nhiều chất không đường, trong thiết bị ít cặn
đóng.
 Nhược điểm:
+ Chưa xác định được nồng độ chè trung gian thích hợp và lượng đường tổn
thất trong bùn còn nhiều.
+ Dùng nhiều khí CO2 .
+Sơ đồ công nghệ và thiết bị tương đối phức tạp.

-

Phương pháp xông CO2 thông thường:
 Ưu điểm:
+ Hiệu suất thu hồi cao.
+ Sản xuất ra đường kính trắng chất lượng cao, bảo quản lâu.
+ Hiệu quả làm sạch tốt, chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trong và nước
mía hỗn hợp từ 4-5.
+ Loại được nhiều chất keo, chất màu và chất vô cơ (AlO 2, Fe2O3, P2O5, SiO2,
MgO). Hàm lượng muối canxi trong nước mía trong ít. Đóng cặn ở thiết bị ít,
giảm lượng tiêu hao hóa chất thông rửa thiết bị.
 Nhược điểm:
+ Quy trình công nghệ phức tạp.

+ Điều hành, quản lí khó.
+Dùng nhiều khí CO2.
+Kĩ thuật thao tác yêu cầu cao, nếu khống chế không tốt dễ sinh hiện tượng
đường khử phân hủy.
Trong ba phương pháp trên, phương pháp xông CO 2 thông thường được sử dụng
phổ biến trong sản xuất đường vì với những điểm tương ứng của nó.

III. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm sạch nước mía bằng phương
pháp cacbonat hóa
1.

Thuyết minh qui trình công nghệ của phương pháp thông CO2 thông
thường
Nước mía hỗn hợp cần được làm sạch đi vào quy trình xử lý bằng phương pháp




•

-

thông C02 thông thường như sau:
Lọc sàng:
Mục đích: lọc tách bã nhuyễn lẫn trong nước mía.
Cho vôi sơ bộ
pH = 6,2 – 6,6
Lượng vôi cho vào phụ thuộc vào thành phần và pH của nước mía
hỗn hợp, và thường dùng 0,2 % so với nước mía hỗn hợp.

Tác dụng :
- Trung hòa nước mía, đưa về pH= 6,2 – 6,6 ( nước mía hỗn
hợp có pH thấp tránh hiện tượng chuyển hóa đường và để ngưng tụ keo)
Kết tụ và đông những chất không đường đặc biệt là protein, chất màu, pectin...
Sát trùng nước mía: ức chế sự phát triển của vi sinh vật, với độ kiềm 0,03%
CaO phần lớn vi sinh vật không phát triển nhưng có trường hợp phải dùng cao



hơn.
Tạo kết tủa Ca3(PO4)2
Đun nóng lần một
Nhiệt độ : 50 đến 550C
Sau khi cho vôi sơ bộ pH tăng nhưng <7 nếu gia nhiệt ở nhiệt độ cao sẽ
chuyển hóa đường saccarose làm tăng lượng đường khử, giảm khả năng kết tinh
đường, tăng lượng đường trong mật cuối và làm tổn thất đường ảnh hưởng tới
chất lượng sản phẩm.


Mục đích:
- Tiêu diệt vi sinh vật
- Giảm độ nhớt của dung dịch nước mía, tạo thuận lợi cho công đoạn tiếp
theo
- Tăng nhiệt độ để hâm nóng nước mía, tạo nhân kết tủa, hạt bé chưa đủ
để kết vón.


•
-

Thông C02 lần một
pH = 10,5 – 11,3, độ kiềm 0,04 – 0,06 % CaO
Cho Ca(OH)2 vào làm tăng độ pH , lượng vôi cho vào dư .
Sau khi cho vôi vào nước mía hỗn hợp tiến hành thông C0 2 lần một bằng khí
C02 từ lò vôi
Sau công đoạn thông CO2 tạo thành kết tủa Ca3(PO4)2 và CaC03 ( với lượng ít)
Mục đích :
Tạo chất kết tủa CaC03, kết tủa này mang điện tích dương khi đó những chất
màu, sản phẩm của sự phân hủy như các axit lactic, fomic, glucsacaric... bị hấp

-

thụ lên bề mặt kết tủa CaC03.
Tạo kết tủa CaCO3 tăng tốc độ lọc nước mía
Dần dần với quá trình thông C02 độ kiềm giảm sự tạo bọt giảm, kết tủa CaC0 3
chuyển từ dạng keo thành dạng tinh thể CaC03 lọc dễ dàng.
Sơ đồ phản ứng xảy ra như sau:
Ca2+2(OH)- + 2H+C032-

2 H20 + Ca2+C032-

•

−
−

Ca(OH)2
CaC03 tinh thể
Quá trình thông CO2 lần một có thể chia làm 3 giai đoạn như sau :
Giai đoạn thứ nhất:

Tất cả các chất trong dung dịch đều tham gia phản ứng
Trong dung dịch kiềm mạnh tạo phức CaCO 3.CaO và sacarose như chất kết tủa


−

dạng keo: (C12H22O11)x.(CaCO3)y.(CaO)z.
Giai đoạn thứ hai:
Sau khi cho một lượng CO2 để trung hòa CaO thì giai đoạn hai bắt đầu


−

Tạo những kết tủa lớn làm tăng độ nhớt của dung dịch, sau đó độ kiềm giảm
nhanh hơn so với lượng CO2 cho vào. Độ phân cực của dung dịch giảm chứng tỏ


−

một phần sacarose liên kết ở dạng rắn.
Giai đoạn thứ ba:
Kết tủa càng nhanh khi thông CO2 càng nhanh và độ kiềm của dung dịch càng

−

lớn.
Độ kiềm của dung dịch giảm mạnh và kết tủa CaCO 3 chuyển thành dạng tinh
thể.
Lượng vôi cho vào : 1,6 đến 1,8% CaO so với trọng lượng mía. Đối với mía xấu



lương đó có thể tăng một ít.
Sau khi thông CO2 lần một: trong dung dịch còn lượng vôi hòa tan nhất định
nhưng ít hơn nhiều (0,4-0,6% CaO). Muối vôi cũng ít hơn và có sự hấp phụ xảy
ra trên bề mặt chất kết tủa CaCO3.



Lọc ép lần 1:
Sau khi thông C0 2 tiến hành lọc ép để tách tạp chất và kết tủa tạo ra, thu
được nước lọc trong .
Tiến hành lọc ép bằng vải lọc: cho nước mía đi qua các lớp vật ngăn cản (
vải..) thì các chất rắn không tan sẽ được giữ lại trên bề mặt, còn lại nước mía đi
qua, ta thu được nước mía.




Thông C02 lần hai:
pH = 7,8 – 8,2; độ kiềm 0,025% Ca0
Mục đích: giảm tối đa hàm lượng vôi và muối canxi hòa tan trong nước mía và
tiếp tục nâng cao độ tinh khiết của nước mía. Nếu vôi và muối không được tách
ra sẽ có hiện tượng đóng cặn ở thiết bị bốc hơi.
Sau thông CO2 lần 1 thường còn 0,04 – 0,06% ở trong nước mía lọc
trong.
Quá trình thông CO2 lần hai phức tạp hơn lần thứ nhất và được biểu diễn
như sau:
CO2 + OHHCO3CO32- + Ca2+
Để giảm độ pH xuống gần PH

HCO3CO32- + H+
CaCO3
trung tính nhằm giảm quá trình phân hủy

tạo thành chất màu và các sản phẩm khác của đường và đường khử khi đến giai
đoạn tăng nhiệt độ ở công đoạn sau




Lưu ý: Quá trình thông CO2 cần lưu ý tới các yếu tố ảnh hưởng tới chiều phản
ứng xảy ra. Để tạo ra kết tủa CaCO 3 nhằm loại bỏ được nhiều muối canxi hòa
tan trong nước mía, nhưng chú ý lượng cho CO2 thì kết tủa sẽ hòa tan trở lại ảnh







hưởng tới các quá trình sau này:
CaCO3 + CO2 + H2O
Ca(HCO3)2
Đun nóng lần II
Nhiệt độ: 75 – 800C.
Mục đích:
Làm tăng nhanh các phản ứng tạo kết tủa thuận lợi cho quá trình làm sạch
Nhiệt độ tăng làm giảm độ nhớt làm cho tốc độ lắng lọc tăng
phân ly muối Saccarat Canxi. Khi cho C0 2 vào nước mía C02 phân giải muối

muối Saccarat Canxi tạo thành sacarose và caxicacbonat. Khi nhiệt độ tăng lên
70÷ 80oC tác dụng phân hủy tương đối hoàn toàn.
C11H22O11.CaO + CO2
C12H22O11 + CaCO3
C11H22O11.2CaO + 2CO2
C12H22O11 + 2CaCO3
C11H22O11.3CaO + 3CO2
C12H22O11 +3 CaCO3


•

Lọc ép lần II.
Mục đích: Lọc để loại hết kết tủa được tạo thành trong giai đoạn thông CO 2 lần

•

II, thu được nước lọc trong.
Phương pháp: cho nước mía hỗn hợp đi qua lớp vật ngăn thì các chất rắn không


•

tan bị giữ lại trên lớp vật ngăn, còn nước mía trong đi qua.
Thông SO2 lần I.
pH= 6,8 – 7,2
Mục đích: tiến hành trước khi bốc hơi, với mục đích là đưa pH đến trung tính,
nâng cao hiệu quả làm sạch, tách các tạp chất không đường, tránh sự chuyển hóa
đường saccarose và phân hủy đường khử, làm giảm màu sắc của nước mía.
Kết tủa CaS03 có tính hấp phụ có thể hấp phụ chất không đường và chất màu kết

tủa
Phương trình phản ứng xảy ra :
CaA2 + H2SO3
CaSO3 + 2HA
Đồng thời nước mía sau thông CO2 lần II 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 S02 giảm độ nhớt của dung dịch do tạo muối sunfat
trung tính :
K2CO3 + H2SO3

K2SO3 + CO2 + H2O



•

S02 có thể dùng ở dạng lỏng hoặc dạng khí
Đun nóng lần III
Nhiệt độ: 100 – 1150C.
Mục đích: Tăng nhanh các quá trình phản ứng tạo kết tủa CaSO3, kết tủa này có
khả năng hấp thụ các chất không đường, chất màu trong dung dịch…có tác dụng
tẩy màu cho dịch đường. Khả năng truyền nhiệt trước khi vào thiết bị cô đặc, để


•
-

không mất thời gian ở thiết bị cô đặc và tăng chất lượng sản phẩm.
Bốc hơi
Mục đích:

bốc hơi một lượng lớn hơi nước để nồng độ chất khô đạt khoảng 65 Bx, được

•
-

gọi là mật chè từ nước ban đầu có nồng độ chất khô khoảng 12 – 15 Bx.
Công đoạn này được xem là trung tâm của hệ thống nhiệt của nhà máy.
Lưu ý:
Đảm bảo nông độ mật chè theo quy định: thường đạt 55 – 65 Bx, nếu quá loãng
thì thời gian nấu đường kéo dài và tiêu hao nhiều năng lượng, còn nếu quá đặc

-

thì đường sẽ kết tinh trong đường ống gây tắc đường ống.
Giảm tổn thất đường: cần khống chế nhiệt độ và pH thích hợp, rút ngắn thời
gian lưu của nước mía trong thiết bị đêt giảm tổn thất đường do chuyển hóa và

-

quá trình phân hủy của đường, đồng thời đề phòng mất đường theo hơi thứ.
Giảm tốc độ đóng cặn trong nồi cô đặc: sự hình thành cặn không chỉ giảm hệ số

-

truyền nhiệt mà còn hao tổn nhân lực, hóa chất và thời gian.
Nâng cao hiệu suất sử dụng nhiệt năng, giảm tổn thất nhiệt: Ngoài việc nâng cao
hiệu suất bốc hơi thích hợp, còn phải sử dụng hợp lí hơi thải và hơi thứ để giảm




tiêu hao nhiên liệu cho nhà máy.
Mật chè khô.
Thông SO2 lần II
pH=6,2 – 6,6

•

Mục đích:
Mật chè sau khi bốc hơi có độ nhớt lớn nên xông SO2 sẽ làm giảm
độ nhớt, giảm độ màu thuận lợi cho các công đoạn sau, đồng thời hạn chế sự

•

phát triển của vi sinh vật và giảm lượng muối canxi hòa tan trong dung dịch.
Tác dụng:
- SO2 được sử dụng trong công nghệ sản xuất đường mía tồn tại ở
cả 3 dạng: rắn, lỏng, khí.
- khi mật mía có độ pH= 6,8 – 7,2, sẽ tạo ra 2 ion: HSO3- và SO3


- tác dụng chính của SO2 ở công đoạn này là tẩy màu dung dịch
đường, tạo thành những chất không màu, hoặc màu nhạt hơn. Nguyên lí dựa trên
sự cộng hưởng điện tử chất màu.
Ngọn và mầm mía có chứa phenol đa nguyên, chất này tác dụng với
oxy không khí, dưới tác dụng của chất xúc tác kim loại là Fe2+, Fe3+ tạo hợp chất
có màu sẫm. nhờ SO2 khử ion kim loại thành kim loại để Fe không còn hoạt tính
xúc tác, ngăn phản ứng tạo màu.
- khử chất tro, giảm độ nhớt cho dung dịch mía. Trong nước mía có
chứa K2SO3, CaSO3 có khả năng tạo màu sắc và mật lớn, khi xông SO2 vào sẽ

xảy ra phản ứng tạo muối sunphit có khả năng tạo mật kém và giảm độ nhớt
đồng thời nâng cao hiệu suất thu hồi đường trong quá trình kết tinh.
Phản ứng:
K2CO3 + H2SO3
K2SO3 + CO2 + H2O
- Ngoài ra, SO2 còn làm giảm lượng muối Canxi hóa tan có trong dung dịch.

•


CaA2 + H2SO3 = CaSO3 + HA
Lưu ý: Thông càng nhanh càng tốt để tránh sự chuyển hóa đường
Lọc kiểm tra
Tiến hành lọc mật chè để loại các tạp chất và kiểm tra độ sạch của
mật chè, ta được mật chè trong.

2.

Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất làm sạch nước mía bằng phương pháp
thông CO2 thông thường.
Các công đoạn trong sơ đồ công nghệ, các thông số trong từng công
đoạn đều là các yếu tố quyết định đến hiệu suất làm sạch nước mía bằng phương
pháp cacbonat hóa. Ở đây chúng ta tập trung phân tích các yếu tố ảnh hưởng




đến hiệu quả của hai lần thông CO2.
Hiệu quả thông CO2 lần thứ I: lượng vôi cho vào, tốc độ thông CO2, nhiệt độ
và độ kiềm có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu quả thông CO2 lần thứ nhất.

Lượng vôi:
Lượng vôi cho vào trong giai đoạn thông lần thứ nhất khoảng 1.6 ÷ 1.8 % CaO
so với trọng lượng mía, mía xấu có thể tăng thêm một ít. Nếu cho vào lượng vôi
không dư, lọc sẽ khó khăn do kết tủa CaCO3 dạng keo làm tắc vải lọc do đó áp


lực lọc tăng. Tăng lượng vôi, kết tủa CaCO 3 từ dạng keo chuyển sang dạng kết
tinh. Lượng vôi cho vào nhiều , hiệu quả thông CO 2 sẽ tốt, khả năng hấp thụ
CaCO3 tăng, nhưng không kinh tế ảnh hưởng xấu tới chất lượng sản phẩm.
Từ hình 1cho thấy khi tăng lượng vôi lớn hơn 2% tác dụng tăng hấp thụ rất ít.

Hình 1



Tốc độ thông CO2:
Sự tạo chất kết tủa và đặc tính của nó có ảnh hưởng lớn đến hiệu suất làm sạch.
Để tăng hiệu suất làm sạch cần có diện tích hấp phụ lớn và tốc độ lắng, lọc tốt.
Khi thông CO2 nhanh kết tủa CaCO3 có độ phân tán cao, tăng khả năng hấp phụ,
dung dịch lọc có màu sáng hơn. Nếu kích thước CaCO 3 quá lớn, tổng diện tích
chất kết tủa bé, không thể hấp phụ hết các phân tử keo và do đó làm tắc ống mao
quản giữa các chất kết tủa và vải lọc, lọc khó khăn. Ngoài ra, tinh thể CaCO 3
không đồng đều cũng dẫn đến việc lọc khó khăn.










Hình dạng của chất kết tủa phụ thuộc trước hết vào độ kiềm ban đầu trước khi
thông CO2 .
Điều quan trọng của thông CO2 lần I là nồng độ kiềm cuối cùng. Dung dịch
thông CO2 lần I cần duy trì nồng độ kiềm nhất định để chất kết tủa không bị hòa
tan lại. lượng CaO tự do chứa trong bùn đóng vai trò quan trọng trong làm sạch
nước mía và bất kỳ một phương pháp cacbonat hóa nào dẫn đến trung hòa bùn
lọc, giảm lượng CO2 sẽ dẫn đến giảm hiệu suất làm sạch.
Nhiệt độ:
Nhiệt độ có ảnh hưởng tới độ phân tán CaCO3. Khi nhiệt độ thấp luôn tạo ra một
lượng tinh thể nhỏ, ở nhiệt độ thấp nước mía sẽ có màu tốt hơn, lượng canxi
trong nước mía giảm nhưng trong nước mía có nhiều bọt, lọc khó khăn. Ở nhiệt
độ cao độ nhớt dung dịch giảm, tốc độ lọc tốt hơn nhưng nước mía tiếp xúc với
chất kết tủa lâu sẽ dẫn đến các phản ứng phân hủy, tăng lượng muối canxi và
màu sắc dung dịch. Do đó quá trình thông CO2 lần I ở nhiệt độ thấp và nhanh.
Người ta thấy rằng quá trình thông CO2 lần một là “ chìa khóa” của sự thành
công. Nhiệt độ thông CO2 lần I là 50÷ 55oC. Thời gian lưu lại của nước mía là
5÷ 10 phút.
Độ kiềm:
Độ kiềm của nước mía thông CO2 lần I có ý nghĩa quan trọng. Khi nước mía có
độ kiềm cao, nước mía chứa phức đường vôi dạng keo lọc khó khăn. Khi độ
kiềm thấp nước mía quá bão hòa, có màu đậm do tạo kết tủa CaA 2 tuy nhiên lọc
sẽ tốt hơn. Để giảm lượng anion (A-) trong dung dịch và đạt kết tủa hoàn toàn,
cần tăng nồng độ Ca2+. Thực tế có nghĩa là cần một lượng vôi dư nhất định sau
thông CO2 lần I. Nếu cho vào nước mía một lượng dư Ca 2+dạng CaCl2thì kết tủa
phần không đường sẽ không hoàn toàn. Qua đó, thấy rằng không chỉ nói đến đại
lượng dư ion Ca2+mà cả lượng dư ion OH-. Độ kiềm tốt nhất duy trì pH=10.5 ÷
11.3, tương ứng với độ kiềm 0.03÷ 0.12% CaO; ở độ kiềm đó sẽ làm giảm đóng
cặn ở thiết bị bốc hơi. Trong thực tế người, người công nhân lo ngại không đạt

bão hòa và muốn dung dịch quá bão hòa đến độ kiềm thấp hơn (vd:0.03%) như
vậy trong dung dịch sẽ có nhiều muối hòa tan và nguyên nhân đóng cặn ở các
thiết bị bốc hơi. Khi đá vôi có hàm lượng MgCO 3 cao (3%) thiết bị bốc hơi sẽ
chứa nhiều Mg(OH)2. Để kết tủa Mg2+cần OH-, tức là tăng nồng độ kiềm ngăn
ngừa được sự đóng cặn ở thiết bị bốc hơi.
Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu quả thông CO2 lần 2
Độ kiềm thông CO2 lần 2
Trong quá trình thông CO2, tổng lượng acid cacbonic kết hợp CO32- và HCO3tăng, trong khi nồng độ OH- hay pH giảm. Cùng với sự giảm pH, cân bằng giữa
CO32- và HCO3- dịch chuyển theo chiều tăng HCO3- trong lúc đó tốc độ tương
tác giữa OH- và CO2 giảm. ( hình 2)


Hình 2
Cả hai hiện tượng trên đều là nguyên nhân sinh lượng CO32- cực đại trong dung
dịch ở trị số pH nhất định. Trong các điều kiện đó phản ứng
CO32- + Ca2+
CaCO3 tiến hành theo chiều phải và như vậy loại
được nhiều Ca2+ ra khỏi dung dịch. Ở trị số pH loại được nhiều ion Ca 2+ là pH
thích hợp nhất của thông CO2 lần 2

Độ kiềm tự nhiên càng lớn hiệu quả loại Ca2+ càng hoàn toàn.


Đối với nước mía bình thường sau khi kết tủa trong dung dịch còn một lượng
K2CO3 hòa tan. Lượng này gọi là độ kiềm tự nhiên.
Độ kiềm tự nhiên có thể chia làm hai loại:
-

Độ kiềm tự nhiên lý thuyết, là lượng dư K 2CO3 hoặc Na2CO3 còn trong dung
dịch sau khi loại được tối đa muối caxi theo lý thuyết.

Độ kiềm tự nhiên thực tế, là lượng dư K 2CO3 hoặc Na2CO3 còn trong dung dịch
đã thông CO2 lần 2 sau khi đạt kết tủa canxi về thực tế. độ kiềm thực tế luôn cao
hơn độ kiềm lý thuyết. Độ kiềm tự nhiên phụ thuộc vào các chất có trong dung
dịch.
Những chất làm giảm độ kiềm tự nhiên như: axit của asparagin và glutamin sau
khi tạo thành axit liên kết hợp với muối canxi hòa tan giải phóng ra NH 3, đường
khử bị phân hủy tạo thành chất màu và axit kết hợp với muối canxi (chủ yếu là
axit lactic); Ca và Mg có trong nước mía kết hợp nhóm OH; những axit amin có
muối hòa tan.
Những chất làm tăng độ kiềm tự nhiên: những chất kết tủa với muối canxi như
oxalat; phốt phát; citrat, protein, malat và sunfat, những chất kiềm cho vào nước
mía như NaOH, Na2CO3, Na3PO4.
Những chất đệm có trong dung dịch làm giảm pH , giảm độ kiềm tự nhiên và
chuyển dịch cân bằng HCO3-/CO32- , do đó dẫn đến giảm nồng độ Ca 2+ nhưng
hiệu quả loại canxi kém hơn.
Ví dụ về ảnh hưởng của saccaroza tham gia phản ứng phân ly. (hình 3)


Hình 3




Lượng CO2 :
Nếu thông CO2 đến dung dịch quá bão hòa, tức là lượng CO2 dư, thì sẽ sảy ra
các phản ứng:
Ca2+CO32- + H+HCO3Ca2+2(HCO3)K+OH- + H+HCO3K+HCO3- + H2O
Sự phát sinh ra KHCO3 sẽ làm giảm kết tủa CaCO3 cộng với sự giảm K2CO3
trong dung dịch.
Nhiệt độ thông CO2 lần 2:

Nhiệt độ thông CO2 có ý nghĩa rất quan trọng, ở nhiệt độ 100 oC canxibicacbonat
không được thành ngay cả dư khí CO2. Do đó, nhiệt độ cao > 95oC là biện pháp
ngăn ngừa tốt nhất sự tạo thành canxibicacbonat.


3.
a.

Máy móc thiết bị
. Thiết bị thông CO2 gián đoạn



Cấu tạo:

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.


Ống nước mía vào và ra.
bộ phận phân phối co2
ống khí co2
ống chảy về
bộ phận chúa bọt
thùng sữa vôi

tấm ngăn tuần hoàn.
. Nguyên lý hoạt động:
Nước mía vào thiết bị theo ống nước mía , sữa vôi chảy từ thùng sữa vôi cũng
vào thiết bị kết hợp với nước mía tạo nhiều chất kết tủa, hỗn hợp này được qua
bộ phận phân phối co2 . Hỗn hợp sau khi thông co2 từ ống khí co2 qua bộ phận
chứa bọt rồi theo ống chảy về lại rồi được đưa ra qua ống nước mía .



. Đặc điểm của thiết bị:
Bên trong của thiết bị có tấm ngăn đẻ giúp cho sự tuần hoàn của nước mía



Ưu, nhược điểm:





b.


Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, thao tác và khống chế dễ dàng và có thể tin cậy
được( vì nước mía thông co 2 đã được người công nhân kiểm tra độ kiềm), hạt
kết tủa có độ phân tán cao, tác dụng hấp phụ tốt, nước mía trong hơn.
Nhược điểm : tốc độ lắng và tốc độ lọc chậm không thuận lợi cho việc sử dụng
các thiết bị lắng và máy lọc chân không, ít được sử dụng rộng rãi .
Thiết bị thông CO2 liên tục
cấu tạo và hoạt động:

Thiết bị có thân hình trụ 1 đáy hình nón 2, phần trên thân thiết bị phình rộng
để chứa bọt 3. Nước mía vào thiết bị theo ống 4 qua bộ phận phân phối 5. Nước
mía sau khi thông CO2 chảy ra theo ống 6 qua bộ phận chứa 7 và đi đến bơm,
ống 8 dùng để tháo nước mía còn lại trong thiết bị.
Khí bão hòa ( chứa khoảng 30% CO 2 ) đi vào thiết bị theo ống 9 vào ống tròn
10 và từ đó khí CO2 vào thiết bị theo đường tiếp tuyến bằng bốn ống nhỏ 11 để
khí hỗn hợp đều với nước mía. Trong thiết bị đặt các tấm ngăn 12,13,14 để tăng
hiệu suất hấp htuj khí CO2 vào nước mía. Khí CO2 thoát ra ở đỉnh thiết bị qua bộ
phận chắn 15 và 16. Bọt chảy trở về theo thiết bị theo ống 17 và 18. Để ngăn
ngừa sự tạo bọt, thỉnh thoảng cho dầu vào thiết bị, ngoài ra còn cho hơi theo ống
19 vào thiết bị để phá bọt.




Ưu, Nhược điểm




Ưu điểm: Tốc độ lắng lọc nhanh, việc thực hiên tự động hóa dễ dàng
Nhược diểm: Thiết bị phức tạp, đắt tiền

4.

So sánh phương pháp Cacbonat hóa với các phương pháp khác
Bảng so sánh phương pháp vôi , SO2 và CO2
Phương pháp vôi
Lượng vôi dùng (tấn/1000 tấn mía)
Lượng vôi trong nước mía trong (mg CaO/l)

Hiệu quả làm sạch

0.79
449

Phương pháp
SO2
1.15
540

Phương
pháp CO2
17.1
223

90.5

92.4

77.0

*100
Chất vô cơ (kg/10000kg,
mía)
SiO2

31,8

14.5

29.4

16.3
68.1

9.3
62.8

21.0
70.2

SO3

60.1
12.0

64.2
24.3

39.9
20.0

P2O5

5.9

2.1
14.4

1.6

4.8

CaO

40.9

36.4

18.6

Tổn thất đường trong bùn

*100
Lượng bùn so với mía (%)
Tốc độ lọc ép (kg bùn khô/m2.ngày đêm)
Lượng vải lọc tiêu hao (m3/100 tấn mía)
Thời gian rửa nồi 9h/10000 tấn mía)
Phần đường trong mật cuối
(so với phần chất không đường, %)
Chất không đường trong mật cuối sản xuất 10000 đơn vị mía:
Tổng chất không đường
Đường khử
Chất vô cơ
Tổn thất đường:
Làm sạch nước mía hỗn hợp
Bốc hơi
Làm sạch mật chè
Trong mật cuối
Tổng tổn thất

0.73

0.82

0.48

0.68
22.0
2.34
10.2
50.9

0.54
26.0
1.9
104
49.4

3.41
124.0
3.27
57
50.5

21.9
8.4
4.2

22.2
8.8

4.3

17.2
6.9
4.3

1.414
6.675
0.064
6.764
8.933

0.580
0.810
0.014
5.140
6.544


Phương pháp Cacbonat hóa (CO2)
-Là phương pháp có nhiều ưu điểm,
dùng phổ biến ở nhiều nước.
-Dùng cho sản phẩm đường trắng,
chất lượng đường có thể dùng trong
công nghiệp đồ hộp.
Hiệp suất thu hồi đường cao nhưng
quy trình công nghệ, thiết bị phức
tạp, yêu cầu kỹ thuật cao
-Ưu điểm:
Hiệu quả làm sạch tốt. Chênh lệch độ

1.
tinh khiết của nước mía trước và sau
làm sạch đến 4-5
Loại khỏi nước mía một lượng lớn
chất keo , chất màu và chất vô cơ
(Mgo, Fe2O3, Al2O3, P2O5). Hàm lượng
muối canxi trong nước mía ít
Đóng cặn ở thiết bị ít do đó giảm
lượng tiêu hao hóa chất dùng thong
rửa nồi bốc hơi
Chất lượng sản phẩm tốt, bảo quản
lâu. Hiệu sauats tu hồi đường cao
-Nhược:
Lượng tiêu hao nguyên liệu,hóa chất
nhiều. lượng vôi dùng gấp 20 lần so
2.
với phương pháp SO2 và 10 lần so với
phương pháp vôi, dùng nhiều khí CO2
Sơ đồ công nghệp tương đối phức
tạp
Kỹ thuật thao tác yêu cầu cao. Nếu
không khống chế tốt sẽ sinh hiện
tượng đường khử phân hủy ( do
khống chế pH kiềm mạnh, thiết bị
thông CO2 lần I thường xảy ra hiện
tượng trào bọt, ở giai đoạn bốc hơi
trị số pH giảm nhiều).

3.

Phương pháp vôi
-Là phương pháp có từ lâu đời và là
phưpwng pháp đơn giản nhất. Làm sạch
mía chỉ dưới tác dụng của nhiệt và vôi đã
thu sản phẩm đường thô.
-Dùng để sản xuất đường thô
Thiết bị và quy trình đơn giản, nhưng hiệu
suất thu hồi đường thấp

Phương pháp sunfit hóa (SO2)
-Còn được gọi là phương pháp SO2
vì trong phương pháp này người ta
dùng lưu huỳnh dưới dạng SO2 để
làm sạch mía.
-Phương pháp sunfit hóa cho sản
phẩm đường trắng.
Trong quá trình bảo quản đường
dễ bị ẩm và biến màu

-Ưu , khuyết điểm của các phương pháp vôi
Phương pháp cho vôi vào mía lạnh
Ưu:
Dễ quản lý, thao tác giản đơn
Trước khi đu nóng, cho vôi vào nước mía
đến trung tính do đó tránh được sự chuyển
hóa đường sacaroza. Nếu cho vôi đều đặn,
có thể tránh được sự phân hủy đường khử
Nhược:
Lượng vôi dùng nhiều
Độ hòa tan của vôi trong mía lạnh tang, do

đó nếu vôi thừa thì sau khi đun nóng, vôi sẽ
đóng cặn ở thiết bị
Hiệu suất làm sạch thấp
Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng
Ưu:
Loại được protein tương đối nhiều. Do
nhiệt đọ cao, sự kết tủa Ca 3(PO4) tương đối
hoàn toàn
Hiệu quả làm sạch tốt. Chênh lệch độ tinh
khiết của mía cao
Tốc độ lắng lớn, dung tích nước bùn nhỏ
Tiết kiệm lượng vôi khoảng 15-20% so với
phương pháp lạnh
Nhược:
Sự chuyển hóa đường sacaroza tương đối
lớn
Khó khống chế, màu sắc nước mía đậm
Phương pháp vôi phân đoạn
Ưu:

-Ưu điểm
Tiêu hao hóa chất (vôi, lưu huỳnh)
tương đối thấp
Sơ đồ công nghệ và thiết bị tương
đối đơn giản, vốn đầu tự ít
Sản xuất đường trắng
-Khuyết:
Loại chất không đường ít, sự
chênh lệch độ tinh khiết trước và
sau làm sạch thấp, thậm chí đôi

khi có trị số âm ( tức là sau khi làm
sạch sạch chất không đường tăng
lên)
Hàm lượng canxi trong nước mía
tương đối nhiều, ảnh hưởng
nghiêm trọng đến sự đóng
cặntrong thiết bị bốc hơi, ảnh
hưởng đến hiệu suất thu hồi
đường
Khi gặp loại mía xấu, sâu bệnh khó
làm sạch, thì không hề cho hiệu
quả làm sạch ổn định. Do hiệu quả
làm sạch không tốt nên chất lượng
thành phẩm của phương pháp SO2
không bằng phương pháp CO2.
Trong quá trình bảo quản, đường
dễ bị biến màu do oxi của không
khí
Trong quá trình thao tác đường
sacaroza chuyển hóa tương dối


Hiệu suất làm ạch tốt. Loại được các tạp
chất không đường nhiều. Độ tinh khiết
nước mía tăng cao, tốc độ kết tinh nhanh,
dung tích nước bùn nhỏ
Tiết kiệm khoảng 35% vô so với phương
pháp lạnh
Nhược:
Sơ đồ công nghệ phức tạp

Sự chuyển hóa và phân hủy sacaroza tương
đối lớn

lớn, đường khư bị thủy phân, tồn
thất đường trong buồng lọc cao

Kết luận
Là một phương pháp làm sạch nước mía có nhiều ưu điểm so với các phương
pháp khác, nhưng phương pháp cacbonat hóa vẫn chưa được sử dụng phổ biến
tại Việt Nam.. Nhưng chúng ta nên nhìn nhận sự việc theo chiều hướng về lâu về
dài. Tốn kém chi phí, máy móc phức tạp, nhưng bù lại đường sản xuất ra có chất
lượng tốt sẽ là một ưu thế để cạnh tranh trên thị trường trong cũng như ngoài
nước. Do đó, phương pháp cacbonat hóa hứa hẹn một tương lai mới cho ngành
đường mía nước ta.