CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG Đường là một hợp chất ở dạng tinh thể, có thể ăn được. Các loại đường chính là sucrose, lactose, và fructose. Vị giác của con người xem vị của nó là ngọt. Đường là một loại thức ăn cơ bản chứa carbonhydrate lấy từ đường mía hoặc củ cải đường, nhưng nó cũng có trong trái cây, mật ong và trong nhiều nguồn mía để lấy chất ngọt.1 Các loại đường trong thực phẩm Người Ấn Độ khám phá ra cách tạo tinh thể đường khoảng vào triều đại Gupta năm 350, trong cuộc cách mạng nông nghiệp hồi giáo, các công ty Ả rập đã thực hiện kỹ thuật sản xuất đường của Ấn Độ và sau đó điều chỉnh và biến nó thành một ngành công nghiệp lớn.
Ả Rập đã thành lập nhà máy đường và đồn điền lớn nhất đầu tiên. Việc sử dụng đường và sản xuất đường đã trờ nên phổ biến trên khắp thế giới bắt đầu từ Châu Á sang Châu Phi, Châu Âu và dần đến Châu Mỹ. Người ta sử dụng đường như một gia vị tạo mùi cho thức ăn khi chế biến như kẹo, mứt, các món tráng miệng và nhiều ứng dụng khác nữa. Ở nước ta việc sản xuất đường đã diễn ra khá lâu, ngành công nghiệp đường đã phát triển không ngừng từ việc tăng diện tích trồng mía đến việc tăng các nhà máy sản xuất đường, nhưng việc sản xuất đường vẫn ở qui mô nhỏ và thiết bị chưa tiên tiến nên việc cải tiến sản xuất và nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền 3 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 thiết bị công nghiệp, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết.
Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là khá quan trọng. Ngày nay một nhà máy sản xuất đường cỡ lớn khoảng 1500 tấn một ngày cần một nguồn nhân lực thường xuyên khoảng 150 người để sản xuất liên tục 24 giờ.2 ĐẶC TÍNH CỦA NGUYÊN LIỆU 1.1 Đặc điểm của nguyên liệu Nguyên liệu ở đây ta sử dụng là dung dịch đường mía gồm nước là dung môi và saccarozo hòa tan, các cấu tử này xem như khó bay hơi trong quá trình cô đặc.2 Tính chấất hóa lý của đường mía - Tính chất lý học Độ hoà tan: tan tốt trong nước, độ hoà tan tăng khi nhiệt độ tăng. Trong dung dịch đường không tinh khiết độ hoà tan còn phụ thuộc vào những chất không đường. - Độ nhớt: tỷ lệ thuận với nồng độ và tỷ lệ nghịch với nhiệt độ.
Độ nhớt của dung dịch đường ảnh hưởng lớn đến các quá trình lắng, lọc, kết tinh. Độ nhớt tăng thì tốc độ của các quá trình đó đều giảm. - Tính chất hóa học: 4 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 • Tác dụng của axit: Dưới tác dụng xúc tác của axit, đường bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza - Độ pH và nhiệt độ của dung dịch: pH càng thấp, nhiệt độ càng cao thì tốc độ chuyển hoá đường càng nhanh chóng. - Thời gian tác dụng: thời gian phản ứng càng lâu thì tạo thành đường chuyển hoá càng nhiều.
• Tác dụng của kiềm: - Môi trường có pH càng lớn thì dung dịch đường bị phân huỷ càng nhiều thành aldehyt, axeton, axit hữu cơ và các tạp chất có màu vàng nâu. Tác dụng của nhiệt độ: - Dưới tác dụng của nhiệt độ >200°C dung dịch đường mất nước tạo thành các chất caramen có màu từ vàng đến nâu đen rất khó loại ra. Ở nhiệt độ cao hơn nữa sẽ bị phân huỷ thành Carbon.3 Biêấn đổi nguyên liệu Biến đổi tính chất vật lý: Hệ số dẫn nhiệt λ trong quá trình cô đặc giảm. λ là đại lượng đặc trưng cho khả năng dẫn nhiệt của các vật liệu.
Hệ số cấp nhiệt α trong quá trình cô đặc giảm. Nhiệt dung riêng c cũng giảm trong quá trình cô đặc. c là đại lượng đo khả năng hấp thụ nhiệt của một vật. Hệ số truyền nhiệt K cũng giảm trong quá trình cô đặc.
K là đại lượng đặc trưng cho khả năng truyền nhiệt từ vật này tới vật khác. Khối lượng riêng dung dịch sẽ tăng trong quá trình cô đặc. của dung dịch là một đặc tính về mật độ của dung dịch đó. Độ nhớt cũng tăng do quá trình cô đặc làm tăng nồng độ dung dịch đường là hệ số đại diện cho ma sát trong của dung dịch đường.
Nhiệt độ sôi cũng tăng trong quá trình cô đặc.là nhiệt độ mà khi đạt tới ngưỡng đó thì chất chuyển thái từ lỏng sang hơi. Tổn thất nhiệt do nồng độ cũng tăng theo quá trình cô đặc. 5 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Biến đổi tính chất hóa học: Sự thay đổi pH môi trường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit của các cấu tử tạo thành acid. Ở đây ta sử dụng nước bình thường làm dung môi nên trong nước vẫn còn ion ít hòa tan trong quá trình cô đặc từ nồng độ thấp lên nồng độ cao làm phân hủy muối hữu cơ tạo ra kết tủa làm đóng cặn.
Saccarozo nóng chảy và phân hủy ở nhiệt độ 186 °C để tạo ra caramen hóa đường làm biến đổi màu của dung dịch tạo ra tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các aminoacid. Trong suốt quá trình cũng xảy ra sự phân hủy chất cô đặc và phân hủy một số vitamin trong dung dịch đường. Biến đổi sinh học: Ở nhiệt độ cao có khả năng tiêu diệt các vi sinh vật.4 Yêu cấầu chấất lượng sản phẩm - Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm được giữ nguyên, sản phẩm có mùi,vị đặc trưng. - Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.
- Thành phần hóa học chủ yếu không thay đổi.3 QUÁ TRÌNH CÔ ĐẶC 1.1 Định nghĩa - Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử.Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng -rắn hay 1ỏng - lỏng có chênh 1 hệ thống nhiệt độ cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung mộ tôi (cấu tử dễ bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý- hóa lý. 6 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.2 Ứng dụng của cô đặc - Người ta ứng dụng cô đặc trong sản xuất hóa chất,mỹ phẩm,dược phẩm.Mục đích để đạt được nồng độ dung dịch theo yêu cầu, hoặc đưa dung dịch đến quá bão hòa để kết tinh. - Sản xuất thực phẩm: đường,mì chính,dung dịch muối CaCO3 1.3 Các phương pháp cô đặc - Phương pháp nhiệt: dung môi chuyển từ 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.
[2] - Phương pháp làm lạnh: khi hạ nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăng nồng độ chất tan. Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngoài tác dụng lên mặt thoáng mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến thiết bị làm lạnh. - 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 gần 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 cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.
- Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyên 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 nồi cô đặc. 7 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.4 Cấấu tạo thiêất bị cô đặc Hình 1.3 Sơ đồ cô đặc 2 nồi xuôi chiều tuần hoàn trung tâm 1. Thùng chứa dung dịch, 10.Nước ngưng ra 2. Thùng cao vị, 12.Thiết bị ngưng tụ, 4.
Thiết bị gia nhiệt, 13.Bình tách lỏng, 5. Dung dịch vào, 14.Bể chứa nước ngưng tụ, 8.Thùng chứa sản phẩm. Sản phẩm ra, 8 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Nguyên tắc hoạt động: - Nguyên liệu đầu tiên là dung dịch đường được bơm lên thùng cao vị 3 và nhờ sự ổn định dòng chảy theo phương trình liên tục mà nguyên liệu được đưa từ từ vào thiết bị gia nhiệt 4 mà không cần bơm vẫn đảm bảo tốc độ không đổi và nhờ thiết bị này gia nhiệt đưa dung dịch đến nhiệt độ sôi. Thiết bị gia nhiệt 4 là thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm có thân hình trụ, đặt đứng, bên trong gồm nhiều ống nhỏ; các đầu ống được giữ chặt trên vĩ ống và vĩ ống được hàn dính vào thân.
Dung dịch được bơm vào thiết bị, đi bên trong ống từ dưới lên còn hơi đốt đi bên ngoài ống. Hơi đốt sau khi cấp nhiệt cho dung dịch nâng nhiệt độ của dung dịch lên đến nhiệt độ sôi sẽ ngưng tụ lại. Dung dịch sau khi gia nhiệt sơ bộ được đưa vào thiết bị cô đặc thực hiện quá trình bốc hơi. - Dung dịch được cô đặc ở nồi 1 tiếp tục chuyển sang nồi 2.
Hơi đốt được đưa vào phòng đốt của nồi 1 để đốt nóng dung dịch trong nồi 1. Sau khi cô đặc lượng hơi thứ thoát ra ở nồi 1 sẽ dùng làm hơi đốt cho nồi 2, hơi thứ của nồi 2 sẽ đi vào thiết bị ngưng tụ 12. Dung dịch sau khi cô đặc đến nồng độ yêu cầu sẽ tháo ra ngoài theo ống tháo sản phẩm nhờ lực trọng trường. - Hơi thứ và khí không ngưng thoát ra phía trên của thiết bị cô đặc được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet và được bơm chân không hút ra ngoài.
Khí không ngưng còn lại tiếp tục đi qua thiết bị tách bọt 13. Trong quá trình cô đặc lượng hơi đốt sẽ cấp nhiệt cho dung dịch nên ngưng tụ lại và được thu hồi ở cửa nước ngưng tụ 10. 9 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 CHƯƠNG 2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 DÂY CHUYỂN CÔNG NGHỆ 10 Downloaded by SAU SAU (saudinh1@gmail.com) lOMoARcPSD|39269578 Hình 2.1 Quy trình sản xuất đường 2.2 THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 2.1 Vận chuyển và cấấp mía vào máy ép - Mía được thu gom từ các hộ nông dân,vận chuyển vào nhà máy bằng các xe tải, qua cân xác định khối lượng (cân điện tử), rồi được đưa qua khoang mẫu kiểm tra chữ đường và sau đó được thiết bị cẩu lăn đưa lên bàn lùa để cấp nguyên liệu cho các công đoạn sản xuất tiếp theo.