CHƯƠNG 1. _ Đôi nét v`êngành công nghiệp mía đường. Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đơi ở nước ta. Do nhu c3 thị trưởng nước ta hiện nay mà các lò đường quy mô nhỏ ở nhi âi địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu c3 này.
Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển công nghiệp đường mía. Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chế với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa.
đ ng thởi tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu. Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đần tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đương sẽ giảm nhi `âi và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ và không chế biến kịp thời. Vi tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu h ä đường với hiệu suất cao.
Hiện nay, nước ta đã có rất nhi nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Biên Hòa, Tây Ninh.nhưng với sự phát triển 'ôat của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất. Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyên thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cn thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tế quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phẦn không thể xem thường.
Số liệu v`êsản lượng đường trên thế giới ( đơn vị: nghìn tấn) Năm 1945- 1952- | 1965- 1977- 1978- | 1979- 1980- 1981- 1946 1953 1966 1978 1979 1980 1981 1982 Sản 19934 | 35486 | 63097 |92280 |918S58 | 88920 |91000 |97900 lượng 1. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường 1. Đặc điểm nguyên liệu Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, g ôm: - Dung môi : nước - _ Các chất hòa tan: gân nhi âi cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc.
Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường nhí âu hay ít. N ông độ đường trước khi cô đặc khoảng từ 15-20% khối lượng. Đặc điểm sản phẩm San phẩm ở dạng dung dịch, ø ôm: - - Dung môi: nước - Cac chất hòa tan: có n ông độ cao hơn ban đ`â. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng.
3L Biến đổi tính chất vật lý Thời gian cô đặc tang lam cho n tng d6 dung dịch tang dẫn đến tính chất dung dịch thay doi: - Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiêt, hệ số truy ân nhiệt. - Cac dai lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do n ng độ, nhiệt độ sôi. 4+ Biến đổi tính chất hóa học - Thay đổi pH môi trưởng: thưởng là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid. - _ Đóng cặn bẩn: do trong dung dịch chứa một số muối Ca? ít hòa tan ở n ng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.
- Phan hay chất cô đặc. - Tăng màu do caramen hóa đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các amino acid. 4+ Biên đổi sinh học -_ Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao). - _ Hạn chế khả năng hoạt đệng của các vi sinh vật ở n ng độ cao.
Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa - Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên. -_ Đạtn Ông độ và độ tinh khiết theo yêu c 1. - _ Thành ph3n hóa học chủ yếu không thay đổi. Cô đặc và quá trình cô đặc.
Định nghĩa Cô đặc là quá trình làm tăng n ng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhi `âi cấu tử, bằng cách tách một phần dung môi ở nhiệt độ sôi, dung môi tách ra khỏi dung dịch bay lên gọi là hơi thứ. Các phương pháp cô đặc Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển tử trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thoáng chất lỏng. Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tỉnh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tính dung môi để tăng nông độ chất tan. Tùy vào tính chất của cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tỉnh xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.
Bản chất của sự cô đặc do nhiệt Dựa theo thuyết động học phân tử: Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng g3ñì mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài. Do đó, ta ca cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong n'ỗ cô đặc.
Tách không khí và lắng keo khi đun sơ bộ sẽ ngăn được sự tạo bọt khi cô đặc. Ứng dụng của sự cô đặc Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính, các dung dịch nước trái cây. Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ. Đánh giá kha năng phát triển của sự cô đặc Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hóa chất, thực phẩm đ ân sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt n ông độ sản phẩm mong muốn.
mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất c3n thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an toàn và hiệu suất cao. Đưa đến yêu c`Äi người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dang hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.
Các thiết bị cô đặc nhiệt 1. Phân loại và ứng dụng + Theo cấu tạo: Nhóm 1: dung dịch đối lưu tự nhiên (tu3n hoàn tự nhiên) dùng cô đặc dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn dễ dàng qua b`êmặt truy ề nhiệt. G ôn: - — Có bung đốt trong (đềồng trục bung bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài. - —_ Có bung đốt ngoài (không đồng trục bu ông bốc).
Nhóm 2: dung dịch đối lưu cưỡng bức, dùng bơm để tạo vận tốc dung dich tw 1,5 — 3,5 m⁄s tại b`Êmặt truy nhiệt. Có ưu điểm: tăng cường hệ số truyn nhiệt, dùng cho dung địch đặc sệt, độ nhớt cao, giảm bám cặn, kết tỉnh trên b`êmặt truy ân nhiệt. Gm: -_ Có bung đốt trong, ống tu ân hoàn ngoài. - _ Có bu ng đốt ngoài, ống tu ân hoàn ngoài.
Nhóm 3: dung dịch chảy thành màng mỏng, chảy một ln tránh tiếp xúc nhiệt lâu làm biến chất sản phẩm như dung dịch nước trái cây , hoa ép.G âm: - — Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khí khó vỡ. - — Màng dung dịch chảy xuôi, có bu ông đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ. + Theo phương pháp thưc hiên quá trình: Cô đặc áp suất thưởng (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thưởng dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để tăng năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.
Tuy nhiên n`êng độ dung dịch đạt là không cao. Cô đặc áp suất chân không: dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100°C. Dung dịch tun hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. Cô đặc áp suất dư: dùng cho các dung dịch không phân hủy ở nhiệt độ cao, sử dụng hơi thứ cho các quá trình khác.
Cô đặc gián đoạn: dung dịch cho vào thiết bị một In rổ cô đặc đến n ông độ yêu cần, hoặc cho vào liên tục trong quá trình bốc hơi để giữ mức dung dịch không đổi đến khi nng độ dung dịch trong thiết bị đã đạt yêu cân sẽ lấy ra một l Ấn sau đó lại cho dung dịch mới để tiếp tục cô đặc. Cô đặc nhi`êi n`ỗ: mục đích chính là tiết kiệm hơi đết. Số nỗ không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi.Có thể cô đặc chân không, cô đặc áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.
Cô đặc liên tục: cho kết quả tốt hơn cô đặc gián đoạn. Có thể áp dụng đi `âi khiển tự động, nhưng chưa có cảm biến tin cậy. Hệ thống cô đặc chân không liên tục Mục đích: để giữ được chất lượng của sản phẩm và thành phn quý (tính chất tự nhiên, màu, mùi, vị, đảm bảo lượng vitamin,.) nhở nhiệt độ thấp và không tiếp xúc OXY. Ưu điểm: - Nhập liệu đơn giản: nhập liệu liên tục bằng bơm hoặc bằng độ chân không trong thiết bị.
- __ Tránh phân hủy sản phẩm, thao tác, khống chế dễ dàng.