Giới thiệu dự án
Ngành công nghiệp mía đường giữ vai trò chiến lược trong cơ cấu kinh tế nông nghiệp và chế biến thực phẩm tại Việt Nam. Theo thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn cùng Hiệp hội Mía đường Việt Nam (VSSA), trong các niên vụ cao điểm, sản lượng đường toàn quốc đạt xấp xỉ 1,6 triệu tấn với tổng nguồn cung nội địa đạt gần 2,0 triệu tấn/năm. Trong bối cảnh hội nhập kinh tế khu vực và quốc tế, các doanh nghiệp chế biến mía đường đứng trước áp lực cạnh tranh gay gắt về chất lượng sản phẩm, giá thành sản xuất và tỷ lệ thu hồi saccharose tinh khiết từ cây mía ($C_{12}H_{22}O_{11}$).
Công ty TNHH Mía đường Việt – Đài (đặt tại thị trấn Vân Du, huyện Thạch Thành, tỉnh Thanh Hóa) vận hành dây chuyền chế biến hiện đại với công suất thiết kế 6.000 tấn mía/ngày (TCD). Nhà máy sản xuất hai dòng sản phẩm chủ lực phục vụ thị trường công nghiệp và tiêu dùng: Đường vàng (Plantation White/Raw Grade 1) và Đường tinh luyện cao cấp RE (Refined Extra Quality).
Vấn đề kỹ thuật cốt lõi (Problem Statement)
Dịch nước mía hỗn hợp thu được sau các cụm máy ép dập và ép kiệt chứa hàm lượng chất khô hòa tan từ 16 đến 18,5 $^\circ\text{Bx}$, trong đó có tới 15 – 18% là các tạp chất phi đường hòa tan và không tan:
- Hợp chất hữu cơ chứa nitơ và protein (Albumin chiếm ~34% tạp chất).
- Chất màu và sắc tố tự nhiên (Chlorophyll, Xanthophyll, Caroten) cùng hợp chất Polyphenol (~17%).
- Sáp mía, chất béo và hợp chất cao phân tử Pectin (~17%).
- Các acid hữu cơ (Acid Aconitic, Malic, Citric, Oxalic chiếm ~13%).
- Muối vô cơ hòa tan và Silic ($K^+, Ca^{2+}, Mg^{2+}, SO_4^{2-}, SiO_2^{2-}, Cl^-$ chiếm 7 – 9%).
[Nước mía hỗn hợp thô: 16 - 18.5 °Bx, pH 5.0 - 5.5]
[Môi trường Acid / Nhiệt độ cao] [Tạp chất keo & Muối vô cơ]
(Tạo hạt Melanin/Melanoidin sẫm màu)
Sự hiện diện của các acid tự do gây giảm pH (thường ở mức 5,0 – 5,5), xúc tác phản ứng nghịch đảo phân hủy saccharose thành đường khử (glucose và fructose):
$$C_{12}H_{22}O_{11} + H_2O \xrightarrow{H^+, t^\circ} C_6H_{12}O_6 (\text{Glucose}) + C_6H_{12}O_6 (\text{Fructose})$$
Cứ mỗi 1,0 đơn vị pH suy giảm, nồng độ ion $H^+$ tăng 10 lần, đẩy tốc độ nghịch đảo đường lên gấp 10 lần. Đồng thời, đường khử trong điều kiện nhiệt độ cao kết hợp với acid amin sẽ xảy ra phản ứng Maillard tạo phức màu melanoidin sẫm màu khó loại bỏ, làm tăng độ màu tổng thể (tính theo đơn vị ICUMSA - IU) và cản trở trực tiếp đến quá trình bốc hơi, nấu đường, phân mật ly tâm.
Mục tiêu của dự án
- Khảo sát toàn diện dây chuyền công nghệ khép kín công suất 6.000 tấn mía/ngày tại Công ty TNHH Mía đường Việt – Đài từ khâu chuẩn bị nguyên liệu, trích ly ép nước, bốc hơi 5 hiệu đến nấu đường và phân mật.
- Xác định các thông số công nghệ tối ưu cho công đoạn làm sạch nước mía trong sản xuất đường vàng bằng phương pháp gia vôi nóng phân đoạn (Nhiệt độ gia nhiệt lần 1, tỷ lệ vôi sữa $\text{Ca(OH)}_2$, nhiệt độ gia nhiệt lần 2 và mức pH kiểm soát).
- Xác lập chế độ vận hành tối ưu cho công đoạn làm sạch dung dịch đường hòa tan (Remelt) trong sản xuất đường tinh luyện RE bằng phương pháp Cacbonat hóa 2 cấp ($\text{CO}_2$), lọc áp lực có bột trợ lọc và khử màu qua cột trao đổi ion hạt nhựa Resin.
- Đánh giá chất lượng đường thành phẩm (đường vàng và đường tinh luyện RE) dựa trên các chỉ tiêu cảm quan, hóa lý theo tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6960:2001 và TCVN 6961:2001.
Giải pháp và phạm vi nghiên cứu
- Giải pháp công nghệ: Áp dụng quy trình gia vôi nóng kết hợp gia nhiệt sơ cấp (75 $^\circ\text{C}$) và thứ cấp (105 $^\circ\text{C}$) cho đường vàng; quy trình Cacbonat hóa kép kết hợp hấp phụ trao đổi ion 2 tầng nhựa Resin cho đường tinh luyện RE.
- Phạm vi áp dụng: Phòng Thí nghiệm Hóa nghiệm và Phân xưởng Chế biến - Làm sạch tại Công ty TNHH Mía đường Việt – Đài.
Phân tích và thiết kế giải pháp
Phân tích hiện trạng
Trong công nghiệp sản xuất đường mía, công đoạn làm sạch đóng vai trò quyết định đến hơn 80% chất lượng sản phẩm thương phẩm và hiệu suất thu hồi đường toàn nhà máy.
| Tiêu chí phân tích |
Phương pháp Vôi hóa truyền thống (Defecation) |
Phương pháp Sunfit hóa (Sulfitation - $SO_2$) |
Phương pháp Cacbonat hóa kép kết hợp Resin ($CO_2$ + IER) |
| Cơ chế hóa lý |
Trung hòa acid, kết tủa một phần muối canxi photphat. |
Tạo kết tủa $CaSO_3$ hấp phụ chất màu và chất keo. |
Tạo mầm tinh thể $CaCO_3$ diện tích bề mặt lớn hấp phụ tạp chất; tẩy màu triệt để bằng nhựa trao đổi ion. |
| Hiệu quả khử màu |
Thấp (Độ màu > 1.000 IU). |
Trung bình (Độ màu 150 – 300 IU). |
Rất cao (Độ màu dịch lọc < 180 IU, thành phẩm RE đạt 20 – 40 IU). |
| Độ tinh khiết Pol |
96,0 – 98,0% (Đường thô, đường vàng). |
99,5 – 99,6% (Đường cát trắng RS). |
$\ge 99,85%$ (Đường tinh luyện cao cấp RE). |
| Tác động môi trường |
Thấp, bùn thải vôi đơn thuần. |
Nguy cơ tồn dư lưu huỳnh ($SO_2$), ăn mòn thiết bị kim loại. |
Thân thiện môi trường, tái sử dụng khí lò nung $CO_2$, an toàn vệ sinh thực phẩm cao. |
| Chi phí đầu tư thiết bị |
Thấp. |
Trung bình. |
Cao (đòi hỏi hệ thống lọc áp lực, tháp xông khí, cột trao đổi ion). |
Phân tích yêu cầu hệ thống theo mô hình MoSCoW
- Must have (Bắt buộc):
- Vô hoạt enzyme invertase và ngừng hoàn toàn quá trình lên men vi sinh vật bằng nhiệt độ gia nhiệt $\ge 75^\circ\text{C}$.
- Trung hòa triệt để hệ acid hữu cơ tự do, đưa pH nước mía hỗn hợp từ 5,2 lên 7,4 – 7,8 trong sản xuất đường vàng để ngăn chặn tổn thất đường do chuyển hóa.
- Loại bỏ $\ge 90%$ sáp mía, chất béo và chất keo Albumin qua tạo kết tủa Canxi photphat và Canxi cacbonat.
- Should have (Cần có):
- Kiểm soát nồng độ kiềm tự nhiên ($KOH, NaOH$) và độ kiềm dư của vôi nhằm tối ưu hóa phản ứng tạo muối $CaCO_3$ ở xông $CO_2$ lần 2, hạn chế đóng cặn canxi tại các ống truyền nhiệt của dàn bốc hơi 5 hiệu.
- Sử dụng bột trợ lọc chuyên dụng nhằm rút ngắn thời gian lọc áp lực dung dịch Brown Liquor.
- Could have (Có thể mở rộng):
- Tận dụng triệt để hơi thứ của hệ bốc hơi 5 hiệu để cấp nhiệt cho các thiết bị gia nhiệt sơ cấp, thứ cấp và nồi nấu đường nhằm tối ưu hóa cân bằng nhiệt toàn xưởng.
- Won't have (Không thực hiện trong phạm vi đồ án):
- Tự động hóa hoàn toàn bằng thuật toán điều khiển mờ (Fuzzy Logic) thời gian thực trên hệ thống SCADA/DCS toàn xưởng.
[SƠ ĐỒ PHÂN TẦNG CÔNG NGHỆ LÀM SẠCH ĐƯỜNG TINH LUYỆN RE]
Thiết kế hệ thống và Cơ sở Hóa lý
-
Cơ chế phản ứng Vôi hóa (Liming Reaction):
Sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$ phân ly cung cấp ion $Ca^{2+}$ và $OH^-$:
$$\text{Ca(OH)}_2 \rightleftharpoons Ca^{2+} + 2OH^-$$
- Ion $OH^-$ thực hiện trung hòa acid tự do, đưa pH dung dịch về điểm đẳng điện của protein, giúp đông tụ albumin:
$$H^+ + OH^- \rightarrow H_2O$$
- Ion $Ca^{2+}$ tác dụng với các anion acid vô cơ và hữu cơ tạo muối canxi không tan:
$$3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-} \rightarrow Ca_3(PO_4)_2\downarrow$$
$$Ca^{2+} + C_2O_4^{2-} \rightarrow CaC_2O_4\downarrow (\text{Canxi Oxalat})$$
- Tác dụng tạo phức Saccarat Canxi:
$$C_{12}H_{22}O_{11} + \text{Ca(OH)}2 \rightarrow C{12}H_{22}O_{11}\cdot\text{CaO} + H_2O \quad (\text{Mono-saccarat canxi, tan})$$
$$C_{12}H_{22}O_{11} + 3\text{Ca(OH)}2 \rightarrow C{12}H_{22}O_{11}\cdot 3\text{CaO} + 3H_2O \quad (\text{Tri-saccarat canxi, không tan})$$
-
Cơ chế phản ứng Cacbonat hóa (Carbonatation Reaction):
Khí $CO_2$ được sục vào dịch đường phản ứng với nước và vôi dư:
$$CO_2 + H_2O \rightleftharpoons H_2CO_3$$
$$Ca(OH)_2 + H_2CO_3 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2H_2O$$
- Ở giai đoạn xông $CO_2$ lần 2, muối kiềm tự nhiên phản ứng chuyển hóa muối canxi hòa tan thành kết tủa canxi cacbonat:
$$2KOH + H_2CO_3 \rightarrow K_2CO_3 + 2H_2O$$
$$K_2CO_3 + CaA_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + 2KA \quad (\text{với } A^- \text{ là gốc acid hữu cơ})$$
Danh mục thiết bị và thiết bị phân tích tiêu chuẩn phòng thí nghiệm
- Thiết bị đo pH: Schott LAB 860 (Đài Loan), độ chính xác $\pm 0,01$ pH.
- Nhiệt kế điện tử kỹ thuật số: Tenmars (Đài Loan), dải đo $-50^\circ\text{C} \div +300^\circ\text{C}$.
- Khúc xạ kế đo nồng độ chất khô ($^\circ\text{Bx}$): GPR12-70 (Đài Loan), thang đo $0 \div 70^\circ\text{Bx}$.
- Quang phổ kế so màu hấp thụ UV-VIS: Spectrophotometer U-2001 (Hitachi - Đức), đo độ hấp thụ tại bước sóng 420 nm và 720 nm.
- Máy đo độ dẫn điện xác định tro dẫn điện: Mettler Toledo (Thụy Sĩ).
- Máy đo độ ẩm sấy hồng ngoại: Kett VN FD-720 (Nhật Bản), độ nhạy $0,01%$.
- Cân phân tích điện tử 4 số lẻ: Amput (Đài Loan), độ chính xác $0,0001\text{ g}$.
Methodology
Nghiên cứu áp dụng phương pháp thực nghiệm khoa học công nghệ thực phẩm, bố trí các công thức thí nghiệm đơn yếu tố và kiểm tra lặp lại tối thiểu 3 lần ($n=3$) trên cùng một lô nguyên liệu chuẩn để lấy giá trị trung bình toán học:
[Mẫu nước mía hỗn hợp / Dịch đường Remelt]
Implementation và kết quả
Development process
Quá trình nghiên cứu và chuẩn hóa quy trình công nghệ làm sạch được thực hiện tuần tự qua các giai đoạn thí nghiệm chuyên sâu tại phòng thí nghiệm và đối chiếu trên dây chuyền phân xưởng:
# Thuật toán mô phỏng tính toán Độ màu ICUMSA và Hàm lượng tro dẫn điện
def calculate_sugar_quality(ab420, ab720, brix, specific_gravity, conductivity, sugar_type="RE"):
"""
Tính toán độ màu dung dịch (ICUMSA IU) và hàm lượng tro sunfat (%)
theo phương pháp phân tích quang phổ và độ dẫn điện chuẩn của nhà máy.
"""
# 1. Tính toán độ màu (Color Index - IU)
# Công thức: Độ màu = [1000 * (AB420 - 2 * AB720)] / [ (R * Bx) / 100 ]
attenuation_index = ab420 - 2.0 * ab720
sugar_solids_concentration = (specific_gravity * brix) / 100.0
color_iu = (1000.0 * attenuation_index) / sugar_solids_concentration
# 2. Tính toán tỷ lệ phần trăm tro dẫn điện (Conductivity Ash %)
if sugar_type == "RE":
# Phương trình hồi quy thực nghiệm cho đường tinh luyện RE
ash_percent = 0.001357 * conductivity + 0.0013
else:
# Phương trình hồi quy thực nghiệm cho đường vàng loại 1
ash_percent = 0.001390 * conductivity + 0.0720
return {
"color_icumsa_iu": round(color_iu, 2),
"conductivity_ash_percent": round(ash_percent, 4)
}
# Ví dụ tính toán cho mẫu dịch sau tẩy màu Resin (Fine Liquor)
sample_result = calculate_sugar_quality(
ab420=0.082, ab720=0.003, brix=60.0, specific_gravity=1.288, conductivity=15.2, sugar_type="RE"
)
# sample_result -> {'color_icumsa_iu': 98.34, 'conductivity_ash_percent': 0.0219}
Testing và validation
1. Kết quả thực nghiệm làm sạch nước mía sản xuất đường vàng
- Gia nhiệt sơ bộ lần 1: Mức nhiệt độ $75^\circ\text{C}$ (CT2) cho hiệu quả tối ưu nhất. Ở nhiệt độ này, các chất keo ưa nước Albumin ngưng kết hoàn toàn, enzyme invertase bị vô hoạt triệt để mà không xảy ra hiện tượng caramel hóa đường khử.
- Nhiệt độ gia vôi: Nhiệt độ vôi hóa đạt điểm tối ưu ở $105^\circ\text{C}$ (CT5). Khi đó, các phản ứng kết tủa $Ca_3(PO_4)_2$ diễn ra tức thì, kích thước bông cặn lớn, tốc độ lắng trong thiết bị 4 ngăn đạt $7\text{ cm}^3/\text{phút}$.
- Tỷ lệ sữa vôi $\text{Ca(OH)}_2$: Tỷ lệ 0,5% vôi CaO (CT8) giúp đưa pH về vùng đẳng điện (7,4 – 7,8) tốt nhất. Tỷ lệ 0,3% không đủ để kết tủa hết acid vô cơ, trong khi tỷ lệ 0,8% làm dư thừa ion $Ca^{2+}$, gây tăng độ nhớt do tạo phức monocalcium saccarat và làm sẫm màu nước mía.
- Gia nhiệt lần 2: Đạt kết quả cao nhất tại $105^\circ\text{C}$ và $\text{pH} = 7,4 \div 7,8$ (CT11, CT14), phân hủy hoàn toàn muối hydrocacbonat $Ca(HCO_3)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + CO_2\uparrow + H_2O$, ngăn chặn đóng cặn dàn ống truyền nhiệt bốc hơi.
[ẢNH HƯỞNG CỦA TỶ LỆ SỮA VÔI CaO ĐẾN ĐỘ TINH KHIẾT AP & MÀU SẮC]
Độ tinh khiết (AP %)
0.3% 0.5% 0.8%
Tỷ lệ vôi CaO (%)
2. Kết quả thực nghiệm làm sạch dung dịch đường sản xuất đường tinh luyện RE
- Nhiệt độ và pH gia vôi: Nhiệt độ gia vôi thích hợp nhất ở $80^\circ\text{C}$ (CT17), pH điều chỉnh đạt $10,5 \div 11,0$ (CT21).
- Chế độ Cacbonat hóa 2 cấp:
- Xông $CO_2$ lần 1: Nhiệt độ $50 \div 55^\circ\text{C}$, tỷ lệ $CO_2 = 0,3%$ (CT27), duy trì pH ở mức 10,5 – 11,0. Tạo mầm tinh thể $CaCO_3$ dạng keo hấp phụ mạnh mẽ sắc tố và các hợp chất chứa nitơ. Khống chế nhiệt độ ở $50-55^\circ\text{C}$ giúp triệt tiêu hiện tượng trào bọt do phức cacbonat đường vôi.
- Xông $CO_2$ lần 2: Tỷ lệ $CO_2 = 0,5%$ (CT30), đưa pH dung dịch về mức $9,5 \div 10,0$. Tạo điều kiện cho muối kiềm tự nhiên loại bỏ hoàn toàn các ion canxi hòa tan tồn dư.
- Ảnh hưởng của bột trợ lọc: Bổ sung bột trợ lọc diatomite (CT32) giúp giảm thời gian lọc áp lực qua khung bản/áp lực đĩa tới 42% so với mẫu không có bột trợ lọc (CT33), thu được dung dịch Brown Liquor trong suốt, không còn vẩn đục.
- Tẩy màu qua cột trao đổi ion Resin: Dịch đường sau khi qua 2 tầng hạt nhựa Resin khử màu sơ cấp và tinh lọc cho ra dịch Fine Liquor có độ màu $< 180\text{ IU}$ và nồng độ chất khô ổn định ở mức $58 \div 62^\circ\text{Bx}$.
Kết quả đạt được
Chất lượng thành phẩm sau khi hoàn thiện công đoạn làm sạch, bốc hơi đa hiệu, nấu đường chân không, ly tâm phân mật và sấy thùng quay đạt và vượt các tiêu chuẩn Việt Nam:
| Chỉ tiêu chất lượng |
Tiêu chuẩn TCVN 6961:2001 (Đường vàng loại 1) |
Kết quả thực tế Đề tài (Đường vàng) |
Tiêu chuẩn TCVN 6960:2001 (Đường tinh luyện RE) |
Kết quả thực tế Đề tài (Đường RE) |
| Độ Pol ($^\circ\text{S}$) |
$\ge 98,50$ |
98,80 |
$\ge 99,80$ |
99,85 |
| Hàm lượng đường khử (%) |
$\le 0,20$ |
0,12 |
$\le 0,03$ |
0,02 |
| Độ ẩm (%) |
$\le 0,15$ |
0,08 |
$\le 0,05$ |
0,03 |
| Hàm lượng tro dẫn điện (%) |
$\le 0,15$ |
0,09 |
$\le 0,03$ |
0,018 |
| Độ màu (ICUMSA - IU) |
$\le 300$ |
180 – 220 |
$\le 30$ |
22 – 26 |
| Tạp chất không tan (ppm) |
$\le 60$ |
35 |
$\le 20$ |
8 |
Đổi mới và đóng góp
- Thiết lập chuẩn thông số đa biến cho quy trình Cacbonat hóa kép:
Nghiên cứu đã làm sáng tỏ mối quan hệ nhiệt – kiềm trong quá trình xông $CO_2$. Việc xác lập chính xác ngưỡng nhiệt độ $50 \div 55^\circ\text{C}$ tại pH $10,5 \div 11,0$ (Lần 1) và pH $9,5 \div 10,0$ (Lần 2) đã giải quyết triệt để vấn đề tổn thất đường do hiện tượng bùng trào bọt của phức chất $[(C_{12}H_{22}O_{11})\cdot(CaO)_z]$.
- Tối ưu hóa công nghệ phân đoạn nhiệt trong vôi hóa nóng:
Thay vì gia nhiệt một cấp dễ gây biến tính đường, mô hình gia nhiệt sơ cấp ($75^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Vôi hóa ($105^\circ\text{C}$) $\rightarrow$ Gia nhiệt thứ cấp ($105^\circ\text{C}$) giúp giảm 28% lượng vôi sữa tiêu hao ($CaO$), đồng thời nâng độ tinh khiết biểu kiến (AP) của nước chè trong thêm 1,85% so với quy trình cũ.
- Mô hình phối hợp Bột trợ lọc và Nhựa trao đổi ion (IER):
Giải pháp tích hợp bột trợ lọc tiền xử lý dịch Brown Liquor giúp tăng tuổi thọ và chu kỳ hoàn nguyên của hệ thống hạt Resin lên 1,5 lần, giảm chi phí hóa chất tái sinh ($NaCl, NaOH$).
Ứng dụng thực tế và triển khai
Kịch bản vận hành thực tế tại nhà máy
Quy trình nghiên cứu đã được chuyển giao và áp dụng trực tiếp trên dây chuyền ép 6.000 tấn mía/ngày của Công ty TNHH Mía đường Việt – Đài:
- Nguyên liệu mía đầu vào: Thu nhận các giống mía thâm canh cao sản (Đài Ưu 2, ROC22, Quế Đường, QD86, Viên Lâm 6) có hàm lượng đường $\ge 13^\circ\text{Bx}$, tạp chất trích ly $< 2%$.
- Cụm thiết bị ép: 4 máy ép 4 trục kết hợp tưới nước thẩm thấu ngược ($76 \div 80^\circ\text{C}$, lưu lượng 30% tại máy ép 4), ép kiệt pol bã đạt độ ẩm bã mía $45 \div 48%$.
- Hệ bốc hơi 5 hiệu: Nước mía sạch sau làm sạch được cô đặc từ $13 \div 15^\circ\text{Bx}$ lên $55 \div 65^\circ\text{Bx}$, triệt để thu hồi hơi thứ cấp cho các nồi nấu đường A, B, C và dàn gia nhiệt.
[SƠ ĐỒ PHÂN BỐ CÂN BẰNG HƠI VÀ DÒNG NHIỆT HỆ BỐC HƠI 5 HIỆU]
[Hơi thải Turbin 120 °C]
Phân tích hiệu quả kinh tế (Cost-Benefit & ROI Analysis)
- Tăng tỷ lệ thu hồi: Tăng thêm 0,25% khối lượng đường tinh chế trên một tấn mía cây nguyên liệu nhờ hạn chế hiện tượng nghịch đảo đường và phân giải đường khử.
- Tiết kiệm năng lượng: Tận dụng triệt để hơi thứ từ hệ bốc hơi 5 hiệu làm giảm 12% lượng than bùn/dầu đốt tiêu hao bổ sung tại lò hơi áp lực cao (18 – 21 atm).
- Ước tính hiệu quả tài chính: Với công suất 6.000 TCD trong chu kỳ vụ ép 120 ngày, dây chuyền thu hồi thêm xấp xỉ 1.800 tấn đường thành phẩm cao cấp, mang lại giá trị gia tăng hàng chục tỷ đồng mỗi niên vụ với thời gian hoàn vốn đầu tư nâng cấp công nghệ (ROI) dưới 1,8 năm.
Hạn chế và hướng phát triển
Hạn chế kỹ thuật
- Nghiên cứu thực nghiệm chủ yếu thực hiện gián đoạn trong phòng hóa nghiệm trước khi scale-up; một số dao động tức thời về độ chín của nguyên liệu mía cây vụ sớm và vụ muộn chưa được tự động điều chỉnh bù sai số.
- Quá trình hoàn nguyên hạt trao đổi ion Resin định kỳ phát sinh nước thải rửa có nồng độ muối cao, đòi hỏi phân khu xử lý nước thải chuyên biệt.
Hướng nghiên cứu mở rộng
- Ứng dụng công nghệ màng siêu lọc ceramic (Membrane Ultrafiltration) thay thế một phần công đoạn lắng lọc cơ học để loại bỏ triệt để 100% hạt keo phân tử lượng lớn.
- Khai thác phụ phẩm rỉ mật (Molasses) để sản xuất men thực phẩm (bột men, cao men), cồn sinh học ethanol và acid citric.
- Tận dụng bã bùn giàu photphat và chất hữu cơ phối trộn với tro lò hơi để sản xuất phân bón vi sinh chuyên dụng cho vùng trồng mía Thạch Thành.
Đối tượng hưởng lợi
[Sinh viên & [Kỹ sư vận hành [Doanh nghiệp [Cộng đồng &
Nghiên cứu sinh] & Chuyên gia CNTP] Sản xuất Mía đường] Hộ nông dân]
lý chuyên sâu chất & năng lượng nhiệt & chi phí nhập ổn định
- Sinh viên, Giảng viên chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm / Kỹ thuật Hóa học: Nguồn tài liệu tham khảo thực tế với đầy đủ công thức hóa học, phương trình tính toán và dữ liệu thực nghiệm chuẩn xác về công nghệ đường.
- Kỹ sư vận hành và Cán bộ kỹ thuật nhà máy đường: Cẩm nang thông số công nghệ chuẩn (nhiệt độ, pH, tỷ lệ vôi, áp suất xông $CO_2$) để trực tiếp cài đặt, tối ưu hóa quy trình làm sạch.
- Các doanh nghiệp chế biến mía đường: Mô hình tham chiếu tin cậy để đầu tư, nâng cấp dây chuyền đường trắng RS lên đường tinh luyện RE chất lượng cao đạt chuẩn quốc tế ICUMSA.
- Hộ nông dân trồng mía: Được bao tiêu sản phẩm mía cây ổn định nhờ nhà máy mở rộng năng lực sản xuất và tối ưu hóa chi phí vận hành.
Câu hỏi thường gặp
1. Yêu cầu kỹ thuật cốt lõi để triển khai hệ thống làm sạch Cacbonat hóa kết hợp Resin?
Dây chuyền đòi hỏi thiết bị gia vôi có cánh khuấy điều tốc, tháp phản ứng xông khí $CO_2$ chịu áp suất nhẹ, máy lọc áp lực đĩa/khung bản kín, hệ thống cột composite chứa hạt nhựa trao đổi ion (loại hạt anion base mạnh chịu nhiệt độ $60^\circ\text{C}$) và hệ thống bốc hơi đa hiệu có khả năng tự động cân bằng áp suất chân không.
2. Làm thế nào để giải quyết hiện tượng đóng cáu cặn canxi tại các ống truyền nhiệt dàn bốc hơi?
Cần kiểm soát nghiêm ngặt công đoạn gia nhiệt lần 2 ở nhiệt độ $105^\circ\text{C}$ kết hợp duy trì pH nước mía trong khoảng $7,4 \div 7,8$ trong sản xuất đường vàng; hoặc khống chế tỷ lệ $CO_2$ lần 2 ở mức 0,5% để hạ pH về $9,5 \div 10,0$ trong sản xuất đường RE nhằm nhiệt phân và kết tủa hoàn toàn $Ca(HCO_3)_2$ thành $CaCO_3$ trước khi đưa vào bốc hơi.
3. Tỷ lệ bổ sung bột trợ lọc bao nhiêu là tối ưu cho quá trình lọc dung dịch Brown Liquor?
Thực nghiệm cho thấy bổ sung bột trợ lọc diatomite với tỷ lệ $0,1 \div 0,2%$ so với khối lượng chất khô trong dịch đường giúp tạo lớp màng lọc xốp tối ưu trên bề mặt áo lọc, tăng lưu lượng lọc thêm 42% mà không làm tăng độ đục của dịch sau lọc.
4. Tại sao cần duy trì nhiệt độ xông khí $CO_2$ trong khoảng $50 \div 55^\circ\text{C}$?
Nếu nhiệt độ $< 50^\circ\text{C}$, tốc độ phản ứng tạo kết tủa $CaCO_3$ diễn ra chậm và kích thước hạt tinh thể nhỏ khó lắng. Nếu nhiệt độ $> 60^\circ\text{C}$ kết hợp với pH kiềm mạnh ($\text{pH} > 10,5$), phức chất saccarat canxi cacbonat $[(C_{12}H_{22}O_{11})\cdot(CaO)_z]$ sẽ phân hủy mạnh tạo nhiều bọt trào và gây sẫm màu dung dịch do phản ứng phân hủy đường khử.
5. Phương pháp bảo quản và thời gian lưu mía cây sau thu hoạch ảnh hưởng như thế nào đến hiệu suất làm sạch?
Mía sau khi chặt phải được vận chuyển và đưa vào ép trong vòng 24 giờ. Nếu kéo dài thời gian tồn trữ, vi sinh vật (đặc biệt là vi khuẩn Leuconostoc mesenteroides) sẽ xâm nhập chuyển hóa saccharose thành Dextran (chất keo phức tạp). Dextran làm tăng đột biến độ nhớt dung dịch, làm sai lệch góc quay cực đo Pol và làm giảm tới $40%$ tốc độ lọc và lắng của toàn bộ hệ thống.
Kết luận
Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Khảo sát quy trình sản xuất mía đường và nghiên cứu công đoạn làm sạch tại Công ty TNHH Mía đường Việt – Đài" đã hoàn thành xuất sắc các mục tiêu nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm ứng dụng:
- Khảo sát chi tiết và hệ thống hóa toàn bộ chuỗi dây chuyền sản xuất công nghiệp 6.000 TCD từ chuẩn bị nguyên liệu, trích ly thẩm thấu, làm sạch phân đoạn, bốc hơi 5 hiệu đến kết tinh và đóng gói.
- Xác định chính xác bộ thông số tối ưu cho công đoạn làm sạch đường vàng (Gia nhiệt sơ cấp $75^\circ\text{C}$, vôi hóa $105^\circ\text{C}$ với 0,5% CaO, gia nhiệt thứ cấp $105^\circ\text{C}$ tại $\text{pH} = 7,4 \div 7,8$).
- Làm chủ công nghệ Cacbonat hóa 2 cấp kết hợp trợ lọc và trao đổi ion Resin cho đường tinh luyện RE (Gia vôi $80^\circ\text{C}$ ở $\text{pH} = 10,5 \div 11,0$; Xông $CO_2$ lần 1 tỷ lệ 0,3% ở $50 \div 55^\circ\text{C}$; Xông $CO_2$ lần 2 tỷ lệ 0,5% ở $\text{pH} = 9,5 \div 10,0$; Khử màu dịch Fine Liquor đạt độ màu $< 180\text{ IU}$).
- Chất lượng đường thành phẩm RE đạt độ $\text{Pol} = 99,85%$, độ màu cực thấp ($22 \div 26\text{ IU}$), hàm lượng tro dẫn điện $0,018%$, đáp ứng đầy đủ tiêu chuẩn quốc gia TCVN 6960:2001 và sẵn sàng cạnh tranh sòng phẳng trên thị trường quốc tế.
Nghiên cứu mang giá trị khoa học thực tiễn cao, đóng góp cơ sở dữ liệu kỹ thuật tin cậy cho công tác giảng dạy, nghiên cứu chuyên ngành Công nghệ Thực phẩm cũng như cung cấp giải pháp tối ưu hóa sản xuất cho các nhà máy chế biến đường tại Việt Nam.
