Bai 3 2013 lam sach nuoc mia

Một số câu hỏi phải trả lời
 Tại sao cần làm sạch nước mía?
 Thành phần của nước mía hỗn hợp?
 Trong công đoạn làm sạch nước mía cần phải làm gì?
 Nguyên tắc tách loại

Công đoạn
làm sạch nước mía

3/12/2013

Trần Thị Thu Trà

1

Tại sao phải có công đoạn làm sạch
nước mía?

Nước mía hỗn hợp chứa gì?
Theo thành phần hoá học:

 Nâng cao hiệu suất kết tinh đường: Để có thể kết tinh được tối
đa lượng đường saccharose có trong nước mía hỗn hợp
 Sản xuất đường trắng tinh luyện: Để đượng saccharose kết tinh
ra không lẫn tạp chất

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

2

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

Thành phần
Đường Saccharose
Đường khử
Protein
Acid tự do
Acid kết hợp
Chất keo
Chất tro
Nước

3

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Tính theo
Tính theo Tính theo phần
trọng lượng nước mía
trăm chất khô
mía (%)
hỗn hợp (%)
(%)
11,88
12,63
70 – 90
1,35
1,44
4–8
0,42
0,48

0,5 – 0,6
0,13
0,14
0,5 – 2,5
0,14
0,15
3–7
0,39
0,41
0,3 – 0,6
0,57
0,60
3–5
59,12
78,15
–

4

1


Cụ thể
Thành phần
Đường:
-Saccharose
-Glucose
-Fructose
Xơ:
-Xenlulose

-Pentose (xylan )
-Araban
-Lignin
Chất chứa Nitơ:
-Protein
-Amit
-Acidamin
-Acidnitric
-NH3
-Xantin

%
12,0
0,90
0,50
5,50
2,00
0,50
2,00
0,12
0,07
0,21
0,01
vết
vết

Thành phần
Chất béo vàsáp:
-Pectin
-Acid tự do (suxinic, malic)

-Acid kết hợp (suxinic, malic )
Chất vô cơ:
-SiO2
-K2O
-Na2O
-CaO
-MgO
-Fe2O3
-P2O5
-SO3
-Cl
Nước:

Chất màu trong nước mía

%

 Diệp lục tố không tan trong nước và dung dịch đường
 Caroten
 Dễ loại
 Xanthophine (màu vàng)
Loại hoàn toàn khi carbonat hoá
 Anthocyanine (xanh đến tím) Loại 1 phần khi sulphit hoá

0,20
0,08
0,12
0,25
0,12
0,01

0,02
0,01
vết
0,07
0,02
vết
74,5

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

5

Trong công đoạn làm sạch nước mía cần
phải làm gì?

Nước mía hỗn hợp chứa gì? Theo kích cỡ
 Hệ phân tán thô d> 0,1m: đất cát, hạt bã mía, sáp
 Hệ phân tán keo 0,001m < d < 0,1 m: Chiếm 0,03 – 0,5%
nước mía (khá cao)
Các chất xuất phát từ đất
Mía: sáp, chất béo, protein, pectin, tanin, chất màu không
tan
Do VSV trong quá trình bảo quản và ép mía tạo ra khối
nhầy, đặc biệt là levan và dextran
Trong quá trình thao tác nếu nhiệt độ cao, chất không tan
biến thành chất tan và như vậy tăng chất keo trong dung
dịch.
 Các chất hoà tan: d < 0,001m: đường khử, các chất vô cơ và
hữu cơ tan như một số chất màu, chất khoáng…
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

6

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

 Loại chất rắn lơ lửng có trong nước mía.
 Loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp, đặc
biệt là những chất hoạt động bề mặt và chất keo.
 Trung hòa nước mía hỗn hợp.

Nguyên tắc tách loại
 Hệ phân tán thô: Dùng rây, lọc
 Hệ phân tán keo: Dùng các chất keo tụ - lắng/lọc
 Các chất hoà tan:
Có khả năng tạo tủa: Dùng các nhân tạo tủa – lắng/lọc
Không thể tạo tủa:Dùng các chất hấp phụ hay trao đổi ion
7

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

8

2


Loại hệ phân tán thơ
 Hệ phân tán thơ d> 0,1m:
đất cát, hạt bã mía, sáp
 Loại bằng phương pháp lọc

9

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

Sàng lắc bã vụn

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

10

Thiết bò lọc hệ phân tán thô

11

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

12

3


Nguyờn tc loi h phõn tỏn keo

Heọ phaõn taựn keo

Nguyờn tc:
To iu kin
cỏc cht keo kt t

thnh bụng ta
Lng
Lc

Kớch thc: 0,001m < d < 0,1 m
Chim 0,03 0,5% nc mớa (khỏ cao)
Gm cú:
T nhiờn: protein, pentosan, sỏp
Nhõn to: ion kim loi to ta Ca2+, Mg2+, Al3+, Fe3+, Fe2+ ,
P2O5, SiO2
Cht keo trong nc mớa ch yu mang in tớch õm.
Phõn loi:
Keo thun nghch v keo khụng thun nghch
Keo a nc v keo khụng a nc.

Anion

Sa
vụi

Nc mớa
hn hp

Keo t
Lng
Lc

13

3/12/2013 Trn Th Thu Tr

Nguyờn tc to bụng ta Húa ch
Cỏc iu kin to bụng ta
pH
Nhit
Cỏc cht in ly
Cỏc cht ph tr
Yờu cu ca bụng ta:
Kớch thc
Khi lng riờng
bn
Yờu cu ca dung dch ng
ng saccharose
ng kh
Cht ho tan khỏc

Phi
hp cỏc quỏ trỡnh trong giai on hoỏ ch
3/12/2013

- Trn Th Thu Tr

3/12/2013

14

Ngng kt cht keo tỏc dng ca pH
Thay i pH mụi trng
cỏc cht keo hp ph cht
in ly trung hũa v in

keo mt trng thỏi n nh
v ngng kt.
pH lm cht keo ngng kt
gi l pH ng in.
im ng in ca cỏc cht
keo khỏc nhau:
pHalbumin = 4,6 4,9
pHasparagin = 3,0

- Trn Th Thu Tr

15

3/12/2013 Trn Th Thu Tr

16

4


Khả năng tách loại các chất khơng đường ở
các pH khác nhau

 Mỗi pH khác nhau có thể tách loại các chất không đường
khác nhau

17

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

Tác dụng của pH
10

9

8

7

Khi pH = 7 – 10: các
muối vơ cơ Al2O3, P2O5,
SiO2, Fe2O3, MgO, dễ bị
tách loại
Khi pH = 7, loại được 50%
chất keo (pentosan)

6

Khi pH = 5 – 6, trên 98% protein bị
tách loại

5

Nước mía hỗn hợp có
pH = 5-5,5

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

18

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

Thay đổi pH làm ngưng tụ chất keo

Nếu khống chế pH tốt:
tăng hiệu suất thu hồi
đường, tăng chất lượng
đường thành phẩm,
giảm tốt thất đường.
Nếu khống chế pH
khơng tốt: saccharose
bị chuyển hóa thành
đường khử hoặc bị phân
hủy,… làm tổn thất
đường và tăng màu sắc
của sản phẩm

19

 pH trên dưới 7: pH đẳng điện
 pH trên dưới 11: pH ngưng kết của protein trong mơi trường
kiềm mạnh.
pH

Loại trừ chất keo, %

7,18

18,30

Hàm lượng CaO trong nước mía,
g/100g chất khơ
0,290

7,71

22,30

0,316

8,05

25,30

0,357

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

20

5


Phân huỷ đường trong mơi trường pH > 7

Hậu quả của chuyển hố đường saccharose
khi pH < 7

 Hàm lượng đường khử trong nước mía: 0,3-2,4%.
 Tốc độ phản ứng phụ thuộc vào: pH, nhiệt độ.

 Sản phẩm: fucfurol, 5-hidroximetyl-fucfurol, metylglioxan,
glixeendehit, dioxiaceton, acid lactic, acid trioxiglutaric, acid
trioxibuteric, acid acetic, acid focmic…
 Sản phẩm có thể tiếp tục bị oxi hóa dưới tác dụng của khơng khí.

 Tổn thất đường.
 Giảm độ tinh khiết của mật chè ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh
của đường.
 Khi mới tạo thành glucose và fructose có hàm lượng tương
đương nhau, nhưng trong mật cuối glucose lại cao hơn
fructose vì trong q trình sản xuất fructose bị phân hủy nhiều
hơn.

Đường khử
phân hủy (%)
80
60
40
20

21

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Một số điểm nhiệt độ cần lưu ý
100
90

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

0

5

kết tủa Ca2(PO4)3 khơng thể tan trở lại.
95oC: thốt nướckết tủa rắn chắc, tốc độ kết tủa tăng.

Bay hơi

83oC: q trình lắng trong, albumin bắt đầu ngưng
kết, keo mất tính thuận nghịch và pH giảm.

70

tồn bộ vi khuẩn bị tiêu diệt.
74oC: một số vi khuẩn thơng thường ngừng hoạt động.

60

61oC:đình chỉ hoạt động của một số men và VSV

50

55oC: phân huỷ đường khử, tạo keo, chất màu và các
acid hữu cơ.

40

41oC: hoạt động của vi sinh vật giảm dần.

30

38oC: pH > 7, đường khử bắt đầu phân huỷ

81oC:

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

7

8

9

10

11

pH nước mía 22

Tác dụng của tăng nhiệt độ – ưu điểm

100oC:

80

6

Keo tụ chất keo tự
nhiên

• 82oC albumin bị ngưng tụ
• 102 – 104oC pentosan bị ngưng tụ

Tăng tốc phản ứng
tạo keo nhân tạo

• Kết tủa nhanh
• Hiệu suất tạo tủa tăng

Giảm nhớt
23

• Loại bớt khơng khí trong nước
mía tránh tạo bọt

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

• Tăng tốc độ lắng
24

6


Anh hưởng của pH, nhiệt độ và thời gian đến
sự phân hủy đường

Tác dụng của nhiệt độ cao – Nhược điểm

pH

Nhiệt độ
cao

Hóa học

Acid +

Vật lý

tocao

Caramel
hóa

Sẫm màu
nước mía

Maillard

Sẫm màu
nước mía

Thủy phân

Đường
Saccharose

Mất đường

Vụn mía

Tăng nhớt

Kiềm

Phân hủy
đường khử

Sẫm màu
nước mía

Độ nhớt
giảm

Chuyển
động tăng

Khó khăn
khi lắng

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

25

<7

>7

Đường khử

Không bị
phân hủy

Phân hủy chậm khi
nhiệt độ < 550C, sản
phẩm phân hủy không
màu
Phân hủy nhanh khi
nhiệt độ > 550C, sản
phẩm phân hủy có
nhiều chất có màu

Đường
saccharose

Bị chuyển
hoá tạo
thành
đường
chuyển hoá

Không bị phân huỷ

Thời
gian

Tốc độ
phản
ứng

tăng khi
nhiệt độ
tăng

Số
lượng
sản
phẩm
tạo
thành
tăng khi
thời gian
càng dài

26

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Ảnh hưởng của các chất điện ly

Cation Ca2+– Gia vôi

 Cation: Ca2+
 Anion:
 OHPhương pháp carbonate hóa: CO32Phương pháp sulphite hóa: SO32Phương pháp phosphatse hóa: PO43-

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

Nhiệt
độ

 Dạng vôi bổ sung CaO
CaO + H2O 
Ca(OH)2
Làm tăng pH dung dịch nước mía
 Cân bằng trong dung dịch
Ca(OH)2  Ca2+
+ OH Phản ứng xảy ra giữa vôi và đường:
Ca(OH)2 + 2C12H22O11  2H2O + Ca(C12H21O11)2
Canxi saccharate tan

27

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

28

7


Ảnh hưởng
vôi và nhiệt
tới kết lắng

C12H22O11 + Muoái Ca2+

Cân bằng nước + vôi + saccharate

+ acid (2e)

C12H22O11 + Ca(OH) 2 C12H20O11Ca + 2H2O

C12H22O11 .2CaO
58 - 850C

<58 0C hay thöøa C12H22O11

1/3C12H22O11 +2/3C12H22O11 .3CaO
2/3H2O

>900C hay thöøa Ca(OH)2 raén

2/3C12H22O11 .Ca + 4/3Ca(OH)2
29

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Tác dụng của anion An-

Tác dụng của ion OH-

 Tạo muối với ion Ca2+ : Ca2+ + 2An- = CanA2
 Phân loại:
Muối canxi không tan: (S ≤ 10 -3g/100g nước): carbonate,
oxalat, sunfate hoặc photphat,citrate, vinate canxi…
Muối canxi khó tan (S ≈ 10g/100g nước): muối của acid
glicolic, malonic, ađipic, sucxinic, tricarboxilic, và
hyđroxixitronic.
Muối canxi dễ tan: muối của các acid: focmic, propionic,
lactic, butiric, glutaric, saccharinic, aspastic, glutamic

 Bổ sung các anion để tạo muối tủa với ion Ca2+
Trung hòa lượng vôi dư trong nước mía
Tạo muối canxi kết tủa

 Trung hòa các acid tự do
H+ + OH- = H2O
 Tác dụng với ion kim loại tạo thành hydroxit keo tụ:
2Al3+ + 3[Ca2+2(OH)-] = 2Al(OH)3 + 3Ca2+
Mg2+ + Ca2+2(OH)- = Mg(OH)2 + Ca2+
 Nếu trong dung dịch thừa OH-, sẽ tạo môi trường kiềm dẫn
đến hàng loạt phản ứng phân huỷ đường khử.

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

30

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

31

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

32

8


Phương pháp carbonate hố: Bổ sung khí CO2

Phương pháp sulphite hố: Bổ sung khí SO2

 Phản ứng



H2CO3  H+ + HCO3HCO3- 
H+ + CO32 Ion CO32- phản ứng với vơi trong dung dịch:
Ca2+ + CO32-  CaCO3 
 Nhiệt độ tăng đến 70-800C, phản ứng tương đối hồn tồn:
C12H22O11 . CaO + CO2  C12H22O11 + CaCO3

SO2 + H2O  H2SO3
H2SO3



H+ + HSO3-

HSO3-



H+ + SO32-

Ở pH  9,5: chỉ tồn tại ion SO32- (khơng có HSO3-)
pH = 4,5  9,5: ion HSO3- nhiều hơn
pH  4,5: hầu như khơng có ion SO32-.
 Khi cho SO2 vào nước mía có vơi dư :
Ca(OH)2 + H2SO3 = CaSO3  + H2O

C12H22O11 . 2 CaO + 2 CO2  C12H22O11 + 2 CaCO3
C12H22O11 . 3 CaO + 3 CO2  C12H22O11 + 3 CaCO3

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Phản ứng xảy ra khi sục SO2 vào dung dịch nước:

33

Phương pháp phosphate hố: Bổ sung P2O5
(phatphat pentaoxit)

34

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Các chất trợ lắng
 Mục đích: giúp kết lắng tốt hơn:
Chất hoạt động bề mặt
Chất giúp kết tụ
 Bản chất:
Dung dịch phosphate
Flocculant: là một loại polymer tổng hợp tan tốt trong nước
Loạ
i flocculant thông dụng nhất làm từ polyacrylamide đã được


 Thêm P2O5 vào trong nước mía đạt 0,4%,
 Ưu điểm: thu nước mía trong hơn, loại nhiều keo hơn, muối
canxi trong nước mía ít, kết tụ nhanh, lọc nhanh, đường thành

phẩm có chất lượng tốt…
 Nhược điểm: tăng lượng bùn, tốn nhiều vơi, giá thành cao

thủy phân
CH2=CH–C–NH2

CH2=CH–C–O–Na+





O
Acrylamide

O
Sodium acylate

–CH2–CH–––––CH2–CH–––––


CONH2
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

35

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà



COONa+
X

Y
Mạch polyacylamide

36

9


Liều lượng sử dụng của flocculant 1,6 - 4,0 ppm

Bổ sung enzyme
 Dextranase: Enzyme thuỷ phân dextran
Thí dụ bổ sung 100ppm dextranase ở nhiệt độ 100 0C có thể
làm giảm 61 – 85% dextran trong nước mía thô
 Amylase: Enzyme thuỷ phân tinh bột:
Td 10 – 20% tinh bột trong nứơc mía bị thủy phân khi
thêm -amylase ở pH 6,5 , nhiệt độ 60 – 700C trong 8 phút
 Các chất khác: dịch trích lô hội (3ppm) (Ấn độ); Guazuma
hembra ở Cotarica…

37

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Phối hợp các quá trình
trong giai đoạn hoá chế
 Thay đổi tuỳ thuộc:

Loại nguyên liệu
Loại sản phẩm
Công nghệ
Quy mô nhà máy

Nước mía
hỗn hợp
Anion

Kết tụ

Sữa
vôi

Gia nhiệt
Kiềm hoá

Trung hoà
Lắng

Lọc
3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

39

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

 Mục đích
Kiềm hóa
Ngăn ngừa sự chuyển hoá đường saccharose.

Đông tụ một số chất keo tự nhiên: protein, pectin.
Kết tủa của các hydroxyde kim loại tạo keo nhân tạo kéo
theo những chất lơ lửng, và những chất không đường khác
lắng hay nổi.
Phân huỷ một số chất không đường: đường khử, amit…
Diệt VSV: với 0,3% - 0,8% CaO phần lớn vi sinh vật
không sinh trưởng
 Các yếu tố ảnh hưởng
 Vôi: Chất lượng vôi, Nồng độ vôi, Hàm lượng vôi
 Mía: Lượng P2O5 trong mía
 Nhiệt độ khi gia vôi
 Khuấy trộn
 Trật tự bổ sung vôi – nhiệt
3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

38

40

10


Yêu cầu chất lượng vôi
CaO
>85%

MgO
<2%

SiO2

<0,6%

Fe2O3
<1%

Al2O3
<1%

Nồng độ sữa vôi:10-18 0 Be.
Khi nồng độ sữa vôi tương đối cao

CaCO3
<1%

tạo tủa nhanh

giảm lượng nhiệt bốc hơi.

 Hàm lượng CaO <85%: Thêm tạp chất vào.
 Hàm lượng MgO >2% sẽ gây ra một số tác hại sau:
 Giảm thấp độ hòa tan của vôi, thời gian lắng kéo dài.
 Tác dụng với đường khử làm tăng màu sắc nước mía
 MgO có độ hòa tan lớn: đóng cặn ở các thiết bò gia nhiệt
- bốc hơi.
 Làm đường có vò đắng
 Al2O3, Fe2O3, SiO2 : tăng chất keo, tăng màu sắc nước mía
và đóng cặn dính vào thiết bò.

Nồng độ sữa vôi quá đặc:
làm tắc đường ống dẫn

gây nên hiện tượng kiềm cục bộ, làm đường khử phân hủy.

41

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Hoà tan vôi
trong nước
đường

42

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Lượng vôi

Hàm lượng P2O5 trong nước mía

Lượng sử dụng: 0,5-0,9 kg vôi/1 tấn mía. Không cố đònh phụ
thuộc vào thành phần của nước mía

Hiệu quả làm sạch của phương pháp vôi: phản ứng kết tủa
của vôi và P2O5 . Ca3(PO4)2

Dùng pH để biểu thò lượng vôi cho vào nước mía.

pH = 7: phản ứng tạo kết tủa Ca3(PO4)2

Khi đun nóng nước mía đã cho vôi sẽ làm pH (giảm từ 0,20,5).

Hàm lượng P2O5 trong nước mía rất thấp (khoảng 300 mg/l
nước mía) có thể cho vào nước mía acid photphoric hoặc
muối photphat hòa tan để nâng cao hiệu quả làm sạch.

 Một phần Ca3(PO4)2  Ca(OH)2.nCa3(PO4)2  và một muối
acid hòa tan phân ly  làm giảm trò số pH.
 Ca2HPO4 + Ca(OH)2  Ca3(PO4)2  + H3PO4
 Khi nhiệt độ cao và môi trường kiềm, đường khử phân hủy
tạo thành chất màu và các acid.
 Do có sự giảm pH sau khi đun nóng nên trò số pH trong quy
trình công nghệ là trò số pH khi đun nóng (thường khống chế
pH khoảng 7)
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

43

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

44

11


Tác dụng của khuấy sau khi cho vôi

Nhiệt độ cho vôi
Nhiệt độ cao có tác dụng
Tăng tốc độ kết tủa
Giảm dung tích nước bùn
Tăng màu sắc của nước mía (do sự phân hủy đường khử)

Một phần keo đã kết tủa hòa tan lại.
Khống chế nhiệt độ nước mía đến sôi hoặc cao hơn một
chút → khoảng 1050C.

Phân bố vôi đều trong nước mía  phản ứng được diễn ra
hoàn toàn.

Trường hợp nồng độ sữa vôi cao rất cần khuấy trộn để tránh
hiện tượng kiềm cục bộ.
Thời gian khuấy càng dài càng giảm dung tích bùn và tăng
độ tinh khiết của nước mía
45

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Cho vôi vào nước mía lạnh

Cho vôi vào nước mía nóng

 Ưu điểm
Tránh được sự chuyển
hoá đường saccharose .
Nếu cho vôi đều đặn ,
có thể tránh được sự
phân hủy đường khử .
 Nhược điểm
Nếu cho vôi thừa khi
đun nóng vôi sẽ đóng
cặn ở thiết bò.
Hiệu suất làm sạch

thấp .

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

46

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

 Ưu điểm
Tạo tủa dưới tác dụng của
nhiệt nên cần ít vôi hơn (lượng
vôi giảm chừng 15-20%)
Tốc độ lắng tương đối nhanh
Tránh hiện tượng đóng cặn.
Hiệu quả làm sạch tốt.
 Nhược điểm
 Saccharose chuyển hóa thành
glucose + fructose  mất
nhiều đường. Nhiệt độ cao,
vôi làm biến màu sản phẩm.
47

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

48

12


Cho vôi gián đoạn

Giai đoạn gia nhiệt

 Ưu điểm
Hạt kết tủa lớn
Lắng nhanh và tiết kiệm
được 35% lượng
Loại được nhiều chất không
đường
Giảm lượng bùn
Hiệu suất làm sạch cao
 Nhược điểm
Sự chuyển hoá và phân
hủy saccharose tương đối
lớn
Sơ đồ công nghệ phức tạp,
tốn thiết bò.
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

49

 Nâng nhiệt độ hỗn hợp nước
mía nhằm giảm độ nhớt của
dung dịch

Thiết bị gia nhiệt
 Mỗi cột gia nhiệt có nhiều
ngăn, mỗi ngăn có nhiều
ống truyền nhiệt.
 Nước chè đi trong ống, hơi

nước đi bên ngoài
1 - Ống gia nhiệt
2 - Tấm gắn ống
3 - Buồng phân phối (tức buồng chung)
4 -Tấm ngăn
5 - Nắp
6 - Thân bộ gia nhiệt

50

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

Thiết bị gia vơi

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

51

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

52

13


Sản xuất đường tinh luyện
kiềm hoá – trung hoà

Kết hợp vôi hoá – carbonate hoá và sulphit hoá

 Gia vôi đến pH kiềm
 Trung hoà lại bằng các anion tạo tủa
Phosphat hoá
Carbonate hoá
Sulphit hoá

53

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Thiết bị đốt lưu
huỳnh thu khí
SO2

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

54

Thiết bị sục khí
SO2

55

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

56

14

Thiết bị thông khí CO2

Hệ thống sục khí CO2

57

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Điều khiển quá trình lắng

LẮNG NƯỚC MÍA

 Mục đích
Tách loại các chất kết tụ và keo ngưng tụ phân tán lơ lửng
trong nước mía.
Làm trong nước mía.

 Độ lớn của hạt kết tủa: Tăng kích thước hạt:
Ổn định pH để tạo kết tụ tốt nhất
Bổ sung một số chất trợ lắng-lọc
 Số lượng bọt khí: Sục khí đảm bảo lượng bọt khí đủ để có thể lôi
cuốn các kết tủa lên bề mặt.
 Giảm độ nhớt dung dịch: Tăng và ổn định nhiệt độ 100-105oC
Nhiệt độ để các bọt khí nổi lên bề mặt có thể tích lớn nhất mà
không bị vỡ.
Không gây sôi dung dịch.
Nhiệt độ ổn định: Tránh đối lưu trong bồn lắng.
 Nồng độ dung dịch:

 Nồng độ dung dịch cao:  độ nhớt lớn  ngăn cản quá trình tách
pha hiệu quả lắng giảm.
 Nồng độ dung dịch thấp:  Thiết bị lớn  Tốn chi phí

Nguyên tắc thực hiện
 Dựa vào độ chênh lệch khối lượng riêng
 Vận tốc lắng phụ thuộc
 Chênh lệch khối lượng riêng
 Kích thước hạt
 Độ nhớt của dung dịch
 Số lượng bọt khí
 80-85% nước mía trong sau lắng
 15-20% nước bùn được đưa vào máy lọc.
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

58

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

59

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

60

15


Thieát bò laéng

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

61

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

62

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

63

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

64

16


Lóng

Lọc

 Gạt bọt ra ngoài
 Hộp chữ nhật bên trong có nhiều ngăn gấp khúc, đáy
nghiêng 30o
 Nhiệt độ quá trình 95-97oC

Mục đích:
Tận dụng thu hồi phần nước đường còn trong bùn

Nguyên lý lọc:
 Màng lọc lỗ nhỏ: chất kích thước lớn (bùn) bò giữ lại trên
màng
 Động lực di chuyển: chênh lệch áp suất lớn hơn tổng lực
cản của màng và bã lọc  dung dòch lọc chảy về phía có áp
suất thấp hơn
 Sử dụng máy lọc chân không hay máy lọc khung bản

65

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng lọc

Chất kết tủa

Lớn, rắn
chắc

khơng bị
nén

Lọc nhanh

Bé,khơng
đồng đều

tắc các lỗ
vải

Lọc chậm.

Tắc lỗ lọc

Lọc chậm

Dạng keo
nhày

Chênh lệch áp suất:
Lọc ép khung bản: 25 kG/cm2
Lọc của chân khơng:
260-500mmHg.

Nhiệt độ lọc tăng
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Tăng độ
nhớt

Thời gian
lọc tăng
Độ nhớt
giảm

Lọc chậm

Tăng tốc
độ lọc

Lọc nhanh

Nén ép bã
lọc

Giảm tốc
độ lọc

Lượng bùn
nén tăng

Lực cản lọc
tăng

Cao

Tốc độ lọc
tăng

 Trống lọc chia
làm 3 vùng:
 Vùng tiếp xúc
với nước bùn: Chân
không
450-500
mmHg
 Vùng rửa và làm
khô bã bùn: Chân
không
500-600

mmHg
 Vùng mất chân
không

•Bổ sung chất
trợ lọc
•Tăng tỷ trọng
các hạt kết tủa
•Keo tụ các chất
keo.

Áp lực lọc
tăng

66

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Máy lọc chân không
Eimco

Nhiệt độ đạt 90-95oC.

67

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

68

17

Yêu cầu kỹ thuật trong quá trình lọc chân không
 Nhiệt độ nước bùn lọc: 85-90oC
 Quá thấp:
 Quá cao
 Tăng thêm lượng chất trợ lọc
 Thêm lượng nước tưới rửa trên bề mặt lọc: 100-150% so với
lượng bùn lọc, nhiệt độ 80oC.

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

69

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

70

71

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

72

Lọc ép khung bản

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

18

So sánh thiết bò lọc chân không và lọc khung bản
Hạng mục
Bề mặt lọc cần thiết cho một tấn mía (m2)
Số máy

Công nhân
Diện tích nhà (m2)
Tiêu hao công suất
Lượng nước rửa trung bình cho 1 tấn mía
Phần đường còn lại trong bùn (%)
Tổn thất đường trung bình của 1 tấn mía
(%)

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Thiết bò lọc
Chân không
Khung bản
0,011 – 0,014 0,032 – 0,326
1 máy
6 máy (bề
(bề mặt lọc
mặt lọc
14m2)
46,5m2 /máy )
2
8
14
28

1
1,2
2%
4%
0,2 – 0,8
2,0 – 6,0
0,5
3

Tỷ lệ
9/2
1/6

1/4
1/2
1/1,2
1/2
1/6
1/6

73

74

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Loại các chất hoà tan
 d < 0,001m:
 Chất hữu cơ tan: chất màu, sản phẩm chuyển hóa có màu
của đường khử

 Chất vô cơ: K+, Na+, Cl-, SO42-...
 Ngun tắc tách loại:
 Hấp phụ tẩy màu
 Các phản ứng hoá học oxy hoá chất mang màu
 Trao đổi ion

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

75

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

76

19


Hấp phụ - tẩy màu bằng than hoạt tính

Tác dụng tẩy màu dung dịch đường của SO 2

 Bổ sung than hoạt tính:tỷ lệ 1 - 3% khối lượng nước đường.
 Bổ sung bột trợ lọc vào dung dòch đường cùng lúc với than
 Nồng độ dung dòch đường: 60-640Bx
 pH: 7,0-7,2: Tránh chuyển hóa đường
 Nhiệt độ dung dòch đường: 80-900 C
 Thời gian tẩy màu: 30-40 phút
 Thiết bò hấp phụ: bồn khuấy ổn nhiệt
 Lọc: Tách loại thành phần than hoạt tính đã hấp phụ
 Sản phẩm thu được sau công đoạn này gọi là nước đường

trong, gọi là siro tinh lọc.
 Thiết bò máy lọc ép khung bản

 SO2 là chất khử: tiến hành phản ứng khử chất mang màu
thành chất khơng màu hoặc màu nhạt hơn.
 Q trình khử chất màu: phá vỡ hệ cộng hưởng điện tử của
phần tử chất màu.
 Xảy ra phản ứng khử tại nối đơi bằng axit sunfurơ hoặc bằng
muối của nó

 Đối với mật chè và đường non, hiện tượng trở lại chất màu ban
đầu khơng nhiều.
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

77

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

78

79

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

80

Trao đổi ion
Chất trao đổi ion là: hợp chất cao phân tử, không tan trong
nước, có khả năng trao đổi ion của mình với các ion khác có
trong dung dòch

Phân loại:
Chất trao đổi ion dương Cationit: Có tính acid
R – SO3(H): Acid mạnh trao đổi mọi pH
R – COOH: Acid trung bình trao đổi ở pH  7
R – OH : Acid yếu trao đổi ở pH > 7
Chất trao đổi ion âm: Anionit: Có tính kiềm
– NH2 = NH hay  N
RNH2 + HCl

RNH3Cl
RNH3+ + OH- + HCl  RNH3Cl + HOH
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

20


Quá trình trao đổi ion trong nước mía
Quy trình Quentin

Thiết bò trao đổi ion

Bước 1: Làm lạnh
nước mía về khoảng
200C để ngăn ngừa sự
chuyển hóa đường
Bước 2: qua cột trao
đổi ion dương
 Bước 3: qua cột trao
đổi ion âm loại acid
tự do

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

81

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

82

Quá trình trao đổi ion trong nước mía
Quy trình Moebes
 Bước 1: Qua cột trao đổi ion âm có tính kiềm mạnh (ở 900C):
khoảng 70% ion âm được trao đổi thành cacbonat:
RnCO3 + (K, Na, Ca)A  Rn(A, CO3) + (K, Na, Ca) (A, CO3)

Một số quy
trình cụ thể

 Bước 2: Qua cột trao đổi ion dương có tính acid mạnh.
[(K, Na)CO3 + (K,Na)A] + NH4Rd  NH4(CO3, A) + (K,Na)Rd2
 Lưu ý: Muối amoni bò phân ly bởi một lượng nhỏ Ca2+:

NH4(CO3, A) + Ca(OH)2  NH4OH + CaCO3 + Ca2+ + 2A Phương pháp này loại được khoảng 50% tro và 10% chất chứa
nitơ.

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

83

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

84

21


PHƯƠNG PHÁP SULPHIT HOÁ
Tác dụng của SO2

Sulphít hoá
kiềm nhẹ

Nước mía hỗn hợp
Sữa vơi

 Trung hòa lượng vơi dư trong nước mía
 Tạo muối canxisulfite kết tủa
 Tẩy màu dung dịch đường
 Tác dụng của SO2 thay đổi từ muối K2CO3, CaCO3 thành
K2SO3, CaSO3 có ý nghĩa quan trọng.
Muối cacbonat làm giảm tạp chất trong mật nhưng có ảnh
hưởng lớn đến màu sắc của dung dịch đường.
Muối sunfit làm giảm tạp chất trong mật kém hơn nhưng lại
có khả năng làm giảm độ nhớt của mật.

SO2

Kiềm hố

pH = 8 ÷ 9

Gia nhiệt lần I

T0 = 60 – 650C

Sulfit hố lần 1

pH = 7,4 ÷ 7,6

Gia nhiệt lần 2

T0 = 100 – 1050C

Lắng

Nước bùn

Nước mía trong

Lọc

Bùn

Cơ đặc
SO2

Gia nhiệt lần I

T0 = 60 – 650C

Sữa vơi

Kiềm hố

pH = 10,5 ÷11

SO2

Sulfit hố lần 1

pH = 7,4 ÷ 7,6

Gia nhiệt lần 2

Nước bùn

Nước mía trong

Lọc

Bùn

Cơ đặc
Sulfit hố lần 2
Lọc

pH = 7,0 ÷ 7,2

Trao đổi ion

Nước đường tinh lọc

Lọc

Trao đổi ion

Nước đường tinh lọc

Lọc

86

 Gia nhiệt lần 1 : (60-65oC): Gia nhiệt nước mía thô trước khi
xông SO2 lần 1
 Làm mất nước của chất keo ưa nước, tăng nhanh quá trình
ngưng kết keo.
 Tăng nhanh tốc độ phản ứng hóa học
 Tăng khả năng hấp thụ SO2
 Gia nhiệt lần 2 : (100-105oC): gia nhiệt nước mía trước khi vào
bồn lắng
 Giảm độ nhớt, tăng nhanh tốc độ lắng
 Giảm độ hòa tan các muối CaSO3, CaSO4
 Ngưng kết các thể keo
 Gia nhiệt lần 3 : (105-115oC) Nâng nhiệt độ nước mía trước
khi đưa vào bốc hơi
 Đưa nhiệt độ nước mía lên tới điểm sôi, để khi vào thiết bò bốc
hơi nước mía ở trạng thái sôi, bốc hơi liên tục

T0 = 100 – 1050C

Lắng

pH = 7,0 ÷ 7,2

Mục đích các q trình

Sulphít hoá
kiềm mạnh

Nước mía hỗn hợp

SO2

Lọc

85

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Sulfit hố lần 2

87

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

88

22

Mục đích các q trình

 Xông SO2 lần 1:
 Trung hòa lượng vôi dư trong nước mía
 Khi cho SO2 vào nước mía có vôi dư, phản ứng xảy ra như
sau:
Ca(OH)2 + H2SO3 = CaSO3 + H2O
 CaSO3 là chất kết tủa có khả năng hấp thụ các chất không
đường, chất màu và chất keo có trong dung dòch.
 Nhiệt độ thấp lượng CaSO3.2H2O hòa tan trong dung dòch khá
nhiều. Khi nhiệt độ cao thì lượng đó nhỏ.
 Biến muối cacbonat thành muối sunfit
 Xông SO2 lần 2 :
 Giảm độ nhớt của mật chè: do một phần các chất keo bò loại.
 Tẩy màu dung dòch đường
3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

89

Sản xuất đường trắng trực tiếp
Quy trình công nghệ tương đối đơn giản, thiết bò máy móc
không phức tạp,
Hoá chất sử dụng tương đối ít,
Vốn đầu tư thấp phù hợp với khả năng kinh tế nước ta.

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

90

PHƯƠNG PHÁP CARBONAT HOÁ - Ưu điểm

PHƯƠNG PHÁP SULPHIT HOÁ – Khuyết điểm
Hiệu quả làm sạch không cao
Sự chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau
làm sạch thấp. Thậm chí đôi khi có trò số âm
Dư lượng canxi trong nước mía tương đối nhiều  đóng
cặn trong thiết bò bốc hơi, ảnh hưởng đến hiệu suất thu
hồi đường.
Phản ứng chuyển hoá đường saccharose và phân hủy
đường khử tương đối lớn  tổn thất đường trong bùn lọc
cao.
Đường thành phẩm dễ đổi màu khi bảo quản lâu.
Sử dụng S đốt để thu khí SO2 rất độc, ảnh hưởng đến sức
khoẻ con người.

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

PHƯƠNG PHÁP SULPHIT HOÁ - Ưu điểm

Hiệu quả làm sạch tốt.
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 trong ít .
Đóng cặn ở thiết bò ít do đó giảm lượng tiêu hao hoá chất
dùng thông rửa nồi bốc hơi.
Chất lượng sản phẩm tốt, bảo quản lâu. Hiệu suất thu hồi
đường cao.

91

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

92

23


PHƯƠNG PHÁP CARBONAT HOÁ Khuyết điểm

Phương pháp thông
CO2 một lần

 Cho toàn bộ sữa vôi
vào nước mía một lần
đến độ kiềm thích hợp
nhất .
 Khuyết điểm: nước mía
chỉ đi qua một điểm
đẳng điện, loại chất
không đường ít.
 Xông CO2 sau khi cho
vôi nên
tạo “phức
đường vôi” ảnh hưởng
đến hiệu suất hấp thụ
CO2 và tạo nhiều bột .

Lượng tiêu hao nguyên liệu, hoá chất nhiều. Lượng vôi
dùng gấp 20 lần so với phương pháp SO2 và 10 lần so với
phương pháp vôi, dùng nhiều khí CO2.

Sơ đồ công nghệ và thiết bò tương đối phức tạp.
Kỹ thuật thao tác yêu cầu cao. Nếu khống chế không tốt, dễ
sinh hiện tượng đường khử phân huỷ ( do khống chế pH
kiềm mạnh, thiết bò xông CO2 lần I thường xảy ra hiện
tượng tràn bọt, ở giai đoạn bốc hơi trò số pH giảm nhiều).

93

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Sơ đồ quy trình công nghệ
của phương pháp thông
CO2 thông thường

Sơ đồ quy trình công nghệ
của phương pháp thông
CO2 chè trung gian

 Xông CO2 hai lần,
xông SO2 hai lần

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

94

 Đun nóng đến nhiệt độ
100oC
 Bốc hơi đến nồng độ mật

chè 35 –40o Bx nước mía
hỗn hợp được xử lí như
phương pháp CO2 thông
thường.
 Tiết kiệm được hoá chất,
loại nhiều chất không
đường, trong thiết bò ít bò
cặn đóng.
95

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

96

24


PHƯƠNG PHÁP
PHOSPHAT HÓA

Nước đường ngun 600C, 650Bx
Sữa vơi

Kiềm hố

CO2

Carbonat hố I
Lọc

Than HT

Khử màu

pH = 10,8 ÷ 11
Cột 1: T0 = 60, pH = 9,5 ÷ 10,5
Cột 2: T0 = 65, pH = 8,5 ÷ 9,0
Cột 3: T0 = 75, pH = 7,5
Cột 4: T0 = 80, pH = 7,2 ÷ 7,4

Sữa vôi

T0 = 80 ÷ 900C, pH = 7,0 ÷ 7,2

H3PO 4
Lọc

Than
Sữa vôi

Lọc an tồn
Trao đổi ion
Lọc

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Quy trình làm
sạch nước mía ở
NM Biên Hòa

Nước đường tinh lọc

97

(1) Vôi hóa lần 1
 Ca(OH)2 + C12H22O11  H2O +C12H22O11CaO
(2) Acid hóa
 2H3PO4 + C12H22O11CaO3C12H22O11+ H2O + Ca3(PO4)2
(3) Vôi hóa lần 2
 2H3PO4 + 3Ca(OH)2  Ca3(PO4)2 + H2O

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

Hóa chất sử dụng: sữa vôi và
acid phosphoric. Lượng P2O5 trong
H3PO4 khoảng 50-55%.
 Có thể cho vôi và acid
phosphoric theo một trong nhiều
cách:
1/ Vôi một lần sau đó acid một lần
Nướ c đườ ng nguyê n
(vôi-acid)
2/ Vôi – acid – vôi – acid (vôi chia
ra 2 lần và acid 2 lần)
vôi hóa lầ n 1 pH=7,1 ± 0.1
3/ Vôi – acid – vôi.
4/ Acid – vôi – acid – vôi.
pH=5,5 ± 0.1  Cách 3 và 4 áp dụng khi dùng
axit hóa
nhiều vôi và nhiều acid.

 Dù theo cách nào, độ acid cũng
vôi hóa lầ n 2 pH=7,8 ± 0.1 phải ở pH trung hòa sau khi kết
tủa, lóng lọc hay vớt bột.
 Lượng vôi và acid phải tương
đối tỷ lệ với nhau và có thể thay
lắng trong
đổi trong khoảng P2O5 từ 0,0030,3% so với nước mía và từ 0,10,3% so với chất khô trong dòch
đường ở nồng độ cao như là
đường thùng hòa tan.

3/12/2013 Trần Thị Thu Trà

98

Cơng đoạn làm sạch
nước mía của nhà máy
đường “Nước trong”

99

3/12/2013 - Trần Thị Thu Trà

100

25