Bài giảng Công nghệ sản xuất đường mía (Chuẩn kiến thức)

m vị của nó là ngọt. Đường là một loại thức ăn cơ bản chứa carbohydrate lấy từ đường mía hoặc củ cải đường, nhưng nó cũng có trong trái cây, mật ong... và trong nhiều nguồn khác. II. Ứng dụng - Đường thô dùng để lên men rượu cho sản xuất cồn. - làm bánh kẹo các loại, làm nước giải khát, uống chè, cà phê hoặc làm tăng hương vị của các loại thực phẩm khác như trong kỹ nghệ sản xuất đồ hộp hoặc dùng trong y học để chữa bệnh. - Mật rỉ có thể được sử dụng để sản xuất ra men thức ăn gia súc, men làm bánh mì hay dùng trực tiếp làm thức ăn gia súc hoặc sử dụng như một nguồn cacbon hydrate dùng cho nhiều sản phẩm lên men khác. - Đường chưa kết tinh được tách ra từ đường trong các giỏ của thiết bị ly tâm được sử dụng để sản xuất cồn sau khi lên men và chưng cất. Mỗi giỏ 60 kg đường tinh luyện cho 25 - 30 kg mật rỉ, sau khi lên men và chưng cất cho 1 lít cồn có nồng độ 95 - 96 %. - Chất bã thu được ngoài việc sử dụng làm chất đốt, còn có thể sử dụng làm các sản phẩm khác như bảng, bột giấy và giấy, nuôi gia súc và sản xuất gas. - Vinasse trong sản xuất cồn từ đường thô có thể được sử dụng để làm phân bón cung cấp Nitơ, Kali, Phốt pho cho đất. III. Nguyên tắc sản xuất - Sản xuất đường là một qui trình đáp ứng những yêu cầu về năng lượng cho quá trình sản xuất. Sau khi nước mía được tách ra khỏi cây miá bằng các qui trình nghiền và rửa, miá cây trở thành bã, một loại vật liệu có chứa cellulose cho phép sử dụng làm chất đốt sinh nhiệt, nhiệt này được sử dụng để sinh hơi với áp suất cao trong nồi hơi. Hơi nước sinh ra được sử dụng cho các nồi hơi nén đặc biệt và sử dụng trong các quá trình nén, gia nhiệt, bay hơi và sấy cũng như để sinh điện. IV. Nguyên liệu - Đường chúng ta sử dụng hàng ngày được chế biến từ mía hay củ cải đường. Cây mía thường trồng ở khu vực nhiệt đới, chủ yếu là các nước đang phát triển, củ cải đường trồng ở vùng khí hậu ôn đới (phần lớn là các nước phát triển). Sản xuất đường chiếm một vị trí khá quan trọng đối với ngành công nghiệp thực phẩm trên thế giới, với tổng sản lượng hàng năm khoảng 95 triệu tấn. Nếu tính đến trước năm 1915 thì đa số đường được sản xuất ra từ củ cải đường, sau năm 1915, chiếm đa số là đường sản xuất từ mía (60%). Cây mía thuộc họ hòa thảo, giống Sacarum chia làm 3 nhóm chínhNhóm Sacarum officinarum: Là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các chủng đang trồng phổ biến trên thế giớiNhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờNhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân màu vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở Trung QuốcV. Thành phần hoá học của míaThành phần hoá họcGồm 2 phần:Phần rắn: xơ mía, cenlulosa, pentosan, areban, linhinPhần lỏng: chất khô và nước - Chất khô gồm chất không đường (CKĐ) và đường saccarozaCKĐ Khôngchứa nitơ:Glucoza ,fructozaCKĐ Chứanitơ:Prôtêin, amit,a.amin, NH3Chất màu:Xantophin,caroten,antoxianChất vô cơ:SiO2, K2O,Na2O, CaO,P2O5, Cl Thành phần hoá học trung bình khi mía chín dao động trong khoảng sau đây: - Nước : 70 - 75% - Xơ : 9 - 14% - Saccaroza : 10 - 16% - Glucoza và Fructoza : 0,32% - Các chất phi đường khác : 1 - 3% Trong đó đường saccaroza là thành phần quan trọng nhất của cây mía và là sản phẩm của quá trình sản xuất đường.2. Một số thành phần quan trọng: Đường saccaroza : - Tồn tại ở dạng tinh thể, trong suốt, không màu. -Tỷ trọng 1,5879g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186-188oC. Glucoza và fructoza Axit hữu cơ: - Trong nước mía, các axit hữu cơ có thể ở dạng tự do, muối hoà tan hoặc không tan, trong đó axit tự do chiếm 1/3 lượng axit chung. Gồm các axit sau: axit aconitic, axít citric, axít oxalic, axít glicolic, axít suxinic, axít fumaric ... - Trong sản xuất đường, axit có tác dụng chuyển hoá saccaroza Chất béo: - Chất béo trong cây mía chủ yếu là sáp. Trong sản xuất đường mía gần 60-80% sáp theo bã mía, phần còn lại tồn tại trong bùn lọc nên chất béo được loại hoàn toàn. Chất không đường chứa nitơ:- Thành phần thay đổi tuỳ theo giống mía, đất đai bao gồm: anbumin và các chất tương tự, amit, NH3, nitrat...- Trong sản xuất đường: các chất này ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm và giảm hiệu suất thu hồi do tăng hàm lượng chất keo và tham gia phản ứng tạo màu melanoidin giữa axit amin và đường khử. - Trong cây mía cũng chứa các chất màu như trong tất cả các loại cây khác. Khi ép, chất màu đi vào nước mía gây khó khăn cho sản xuất đường. - Chất màu gồm 2 loại: Chất màu có trong bản thân cây mía Chất màu sinh ra trong quá trình sản xuất: gồm chất màu caramen, chất màu melanoidin,phức chất giữa polyphênol và ion sắt ... Chất không đường vô cơ: - Các chất vô cơ chủ yếu là K2O, SiO2, Na2O, CaO, P2O5, MgO... Hàm lượng của nó tuỳ thuộc và giống mía, điều kiện canh tác, khí hậu... - Ảnh hưởng đến sản xuất:+ K2O và Na2O là nguyên nhân tạo mật cuối.+ Ca2+ , Mg2+ , SiO2 tạo cặn trong các thiết bị truyền nhiệtVI. Quy trình: - Công nghệ sản xuất đường thông thường trải qua 3 công đoạn chính: ép, làm sạch nước mía và kết tinh. Gồm 5 giai đoạn:1.Lấy nước mía (ép hoặc khuyếch tán)2.Tinh chế nước mía3. Cô đặc4. Kết tinh đường5. Phân tách6. Sấy khô – bảo quản 1. Ép: Ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình sản xuất đường được chia thành các giai đoạn nhỏ như sau: Mía Tiếp nhận và xuống mía Cấp mía vào máy ép Xử lý mía trước khi ép Ép dập Ép kiệt. Nước sau ép chứa 13 - 15% chất tan trong đó có 12 - 12,5 % là đường saccarozo. 2. Tinh chế nước mía: Mục đích là loại bỏ tối đa các chất bã có trong nước mía theo khả năng có thể. Quá trình lọc được thực hiện nhờ đưa SO2 vào, sau đó đưa vôi vào và tiến hành gia nhiệt. Độ pH đạt được là 8 - 8,5. Nước mía ép đã xử lý hóa chất sẽ để lại một chất kết tủa trong bình, chất kết tủa này được lọc qua bộ lọc chân không. Nước mía sạch thu từ bình và nước mía thu từ bộ lọc chân không được trộn chung với nhau. a. NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA VIỆC LÀM SẠCH NƯỚC MÍA. - Tác dụng của vôi: 3Ca(OH)2 + 2K3PO4 Ca3(PO4)2 + 6KOH Ca(OH)2 + K2SO4 CaSO4 + 2KOH - Tác dụng của SO2: Trung hoà lượng vôi dư trong nước mía: SO2 + H2O H2SO3 Ca(OH)2 + H2SO3 CaSO3 + H2O Hòa tan muối canxi sunphit kết tủa: CaSO3 + SO2 + H2O Ca(HSO3)2 Ca(HSO3)2 CaSO3 + SO2 + H2O Giảm độ nhớt: Khi cho SO2 vào làm thay đổi pH nên ngưng kết được số keo và giảm độ nhớtBiến muối cacbônat thành muối sunphit: Muối sunphit làm giảm độ kiềm, độ nhớt của mật chè có lợi cho việc nấu đường, kết tinh K2CO3 + H2SO3 = K2SO3 + H2O + CO2 CaCO3 + H2SO3 = CaSO3 + H2O + CO2Tẩy màu dung dịch đường: SO2 + H2O H+ + HSO3- HSO3- + H2O HSO4- + 2 [H] C=C + 2H CH – CHNgăn ngừa sự tạo màu.Tác dụng sát trùng: SO2 có tính khử mạnh, khống chế được VSV bảo vệ nước mía khỏi bị hư hỏng. b. LẮNG: - Nguyên lý lắng: Nguyên lý chính của lắng là sự chênh lệch tỷ trọng giữa vật liệu phải được lắng xuống (các kết tủa) và dung dịch chứa vật liệu phải lắng đó (khối nước mía sau khi hóa chế). Các kết tủa dưới tác dụng của trọng lực có thể lắng xuống dưới.- Tỷ trọng hạt kết tủa > tỷ trọng nước mía: kết tủa lắng xuống- Tỷ trọng hạt kết tủa < tỷ trọng nước mía: kết tủa nổi- Tỷ trọng hạt kết tủa = tỷ trọng nước mía: kết tủa lơ lửng. c. LỌC:Quá trình lắng phân chia nước mía được xử lý thành 2 phần: nước mía trong nổi lên trên và nước bùn lắng tập trung ở phía đáy.Nước bùn chứa khoảng 95% nước đường. Lọc nhằm tách các kết tủa chứa trong đó gồm các muối không hòa tan và cám mía bị kéo theo và thu hồi lượng nước đường. d. LẮNG NỔI: Về mặt cơ bản là cho thêm các tác nhân hóa lý như phôtphat natri, chất tạo bọt, axit photphoric vàmột chất trợ lắng anion. - Chất lượng đường thu được tốt hơn do loại được tạp chất và chất màu. - Công nghệ này cho phép duy trì chất lượng của đường trong trường hợp xấu nhất là bị xáo trộn từng phần của bồn lắng nước mía hoặc một lượng dư bã nhuyễn.3. Cô đặc: Tiến hành nấu đường tức là tách nước từ mật chè đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa. Dung dịch chứa nhiều đường hơn dung dịch bão hòa gọi là dung dịch quá bão hòa. Nghĩa là lượng đường hòa tan trong mỗi phần nước vượt quá lượng đường hòa tan trong mỗi phần nước của dung dịch bảo hòa ở cùng nhiệt độ gọi là dung dịch quá bão hòa. Nước mía được cô đặc trong thiết bị chưng cất chân không nhiều tầng để đạt được lượng đường là 55 - 65%. Hơi nước sử dụng được cung cấp từ lò hơi sử dụng bã mía làm chất đốt. 4. Kết tinh đường: Nước ép cô đặc hay sirô được đem cho tiếp tục chưng cất đến khi bão hòa thành đường. Quá trình này được thực hiện trong một nồi chân không. Khi nước mật trở nên bão hòa sẽ hình thành các tinh thể đường. Khi nước bay hơi, mật đường được đưa thêm vào nồi để đường tiếp tục kết tinh. Phần mật và tinh thể đường cuối cùng được gọi là massecuite 5. Phân tách: Massecuite được phân tách trong thiết bị quay li tâm kiểu giỏ. Các tinh thể đường tiếp tục ở lại trong giỏ, trong khi chất lỏng (mật rỉ) được loại qua các lỗ hổng trên giỏ bằng lực li tâm. Đường này gọi là đường thô, được tiếp tục xử lý để trở thành đường tinh luyện. Mật đường chứa đường sucro có thể kết tinh được tiếp tục trộn với mật rỉ và đưa trở về nồi chân không. Hỗn hợp massecuit mới này được phân tách và mật được đưa trở vể nồi chân không một lần nữa để xử lý. Sau khi việc xử lý tách đường thực hiện 3 lần, đường chất lượng cao loại "A" và "B" được đem đi đóng gói sau khi sấy khô và loại "C" (hàm lượng đường thấp) được đem trở về nồi chân không như một nguyên liệu để sản xuất đường "A" và "B". - Mật rỉ với độ đường sucro thấp, việc tách đường sucro không kinh tế, được sử dụng như đường thô dùng để lên men rượu cho sản xuất cồn Trợ tinh Tổn thất đường trong mật cuối chiếm khoảng 70% tổng tổn thất của toàn nhà máy. Vì vậy cần tìmmọi biện pháp giảm tổn thất đó nhằm nâng cao hiệu suất thu hồi đường. Đối với đường non C không thể kết thúc quá trình kết tinh trong nồi nấu vì độ nhớt lớn. Muốn lấyđược nhiều đường từ đường non cần thời gian dài và như vậy có thể xảy ra hiện tượng caramen hóavà hiệu quả kinh tế thấp. Vì vậy sau khi nấu đến nồng độ chất khô 98-99%, cần cho đường non vàthiết bị trợ tinh để kết tinh thêm, đồng thời làm cho đường non thích ứng với điều kiện ly tâm.6. SẤY KHÔ - BẢO QUẢN ĐƯỜNG Đường cát sau khi li tâm nếu rửa nước có độ ẩm là 1.5-2%, nhiệt độ khoảng 60oC, trong trường hợp rửa hơi độ ẩm là 0.5-0.75% và nhiệt độ khoảng chừng 800oC. Với độ ẩm và nhiệt độ như vậy không thể đóng bao và bảo quản. - Để tránh đường cát kết thành cục, biến chất, đồng thời để làm cho màu sắc đường thành phẩm được bóng sáng và đường khô cần thực hiện việc sấy đường để đưa nhiệt độ xuống bằng nhiệt độ môi trường và độ ẩm chỉ còn 0.05% nhằm đảm bảo yêu cầu chất lượng sản phẩm và an toàn trong bảo quản.VII. Dây truyền công nghệ sản xuất đường míaClickSản PhẩmVIII. Các yếu tố ảnh hưởngNhiệt độ: tuỳ từng giai đoạn mà người ta dùng nhiệt độ khác nhau.Áp suất: - Nhiệt sinh ra được sử dụng để sinh hơi với áp suất cao trong nồi hơi. Hơi nước sinh ra được sử dụng cho các nồi hơi nén đặc biệt và sử dụng trong các quá trình nén, gia nhiệt, bay hơi và sấy cũng như để sinh điện.3. Nồng độ: Người ta thu được đường có nồng độ 55 – 65%.4. Diện tích tiếp xúc: Để tăng bề mặt tiếp xúc, người ta cắt nhỏ trong quá trìng ép.5. pH: Khi đun sôi trong 1 giờ, pH = 8-9 thì saccaroza bị phân huỷ 0,05%, pH = 12 saccaroza bị phân huỷ 0,5%.IX. Các vấn đề về môi trường Lấy nước mía: chất thải rắn ( bã mía), tiếng ồn Tinh chế nước mía: chất thải rắn, bùn, bã nhuyễn, khí CO2, SO2 , cặn, Cô đặc: nhiệt, tiếng ồn, Kết tinh đường: Hơi nước, nhiệt Phân tách: nước thải (mật rỉ), Sấy khô - Bảo quản: Hơi nước, sản phẩm rơi vãi,Đề xuất công nghệ xử lýSong chắn rácHố thu gomBể lắng cátBể điều hòaBể lắng 1Bể UASBBể lắng 2Công nghệ xử lý nước a. Song chắn rác Để tách bã mía trong nước thải người ta dùng song chắn rác. Hiệu suất của quá trình tách chất rắn này phụ thuộc yếu tố sau:Đặc tính cơ học của song, lưới: kích thước mắt sàn khoảng cách giữa các thanh chắnTính chất nước thải: nồng độ chất rắn, kích thước của bã mía cần táchb. Hố thu gom Thu gom nước thải từ các dây chuyền sản xuất và nước thải sinh hoạt của nhà máy. Giúp cho hệ thống xử lý nước hoạt động ổn định và hiệu quảc. Bể lắng cát Loại bỏ cát và những mảnh vụn vô cơ khó phân hủy trong nước thải.d. Bể điều hòa Để ổn định chế độ dòng chảy cũng như chất lượng nước đầu vào cho các công trình xử lý phía saue. Bể lắng 1 Loại bỏ 1 phần SS và chất hữu cơ tạo điều kiện thuận lợi cho việc xử lý xinh học ở giai đoạn sauf.Bể UASB UASB là bể xử lý sinh học kị khí dòng chảy ngược qua lớp bùn, là phương pháp được ứng dụng để xử lý các loại chất thải có hàm lượng hữu cơ tương đối caog. Bể lắng 2 Làm trong nước ở phần trên để xả ra nguồn tiếp nhận, cô đặc bùn hoạt tính đến nồng độ nhất định ở phần dưới của bể tuần hoànSơ đồ công nghệKết LuậnĐường là một thức ăn rất quan trọng cho sự sống của con người cũng như tinh bột, prôtit, chất béo, muối vô cơ, đường là sản phẩm dinh dưỡng cần thiết cho cơ thể con người.Bã mía để đốt lò thay dầu, cứ 3 tấn bã khô cung cấp nhiệt lượng tương đương 1 tấn dầu, dùng làm ván ép, làm bột giấy, than hoạt tính hoặc là nguyên liệu của công nghiệp chất dẻo, sợi tổng hợpMật rỉ là nguyên liệu sản xuất cồn rượu hoặc sử dụng làm môi trường sản xuất men bánh mỳ và các loại men thực phẩm, là nguyên liệu sản xuất axit axetit, axit citricHình ảnh nhà máyTHE ENDCảm ơn cô và các bạn đã theo dõi