Tính toán thiết kế hệ thống sấy theo công nghệ tầng sôi

nghiệp phục vụ chế biến, bảo quản sản phẩm. Từ lâu con người đã biết sấy khô vật ẩm bằng nhiều cách khác nhau. Ngày nay khi kỹ thuật sản xuất phát triển, vai trò của sấy càng trở lên quan trọng và ứng dụng rộng rãi. Ngày nay khi kỹ thuật sản xuất phát triển vai trò của sấy càng trở lên quan trọng và ứng dụng rộng rãi. Nhiều nhà khoa học trên thế giới đã dầy công nghiên cứu và cống hiến cho loài người những thành tựu giá trị trong lĩnh vực khoa học kỹ thuật sấy. Hầu hết ở các nước tiên tiến hàng năm đều đào tạo những cán bộ kỹ thuật cho ngành sấy. ở nước ta do yêu cầu thực tế sản xuất, ngành sấy đã phát triển mạnh mẽ trong các nhà máy hoá chất như: Supephôtphát Lâm Thao, phân lân nung chảy Văn Điển, các nhà máy xi măng, gạch ngói gốm sứ… Hiện nay trên thế giới cũng như ở Việt Nam nhu cầu sử dụng đường ngày càng lớn. Công nghệ chế biến đường phải cần không ngừng phát triển để đáp ứng nhu cầu trên. Với tình hình ở Việt Nam, các nhà may đường hầu hết chỉ sản xuất theo thời vụ do chưa đáp ứng được nhu cầu về nguyên liệu, xuất phát từ thực tế nêu trên, dựa trên các nghiên cứu về kỹ thuật tầng sôi đã công bố và thực tế tại nhà máy đường Nam Sơn, Thanh Hóa, em thực hiện đề tài “Tính toán thiết kế hệ thống sấy theo công nghệ tầng sôi”. Với yêu cầu được giao, trong đề tài này sẽ đề cập đến các vấn đề sau: Trình bày tổng quan về lý thuyết kỹ thuật tầng sôi Tính toán thiết kết thiết bị sấy đường tầng sôi với năng suất 450 kg/h Tính toán thiết kết các thiết bị kèm theo như thiết bị trao đổi nhiệt xyclon và cơ cấu tiếp liệu băng tải. Vẽ các bản vẽ lắp hệ thống dây chuyền và vẽ các bản vẽ chi tiết thiết bị để hoàn thành được đề tài này một cách hoàn thiện, đảm bảo yêu câu về năng xuất cũng như về chất lượng thì bản đồ án phải đảm bảo được những yêu cầu sau: Tăng cường độ làm việc của thiết bị Cơ giới hoá những quá trình lao động nặng nhọc Tự động hoá và sử dụng hệ thống điều khiển Thay thế những quá trình làm việc gián đoạn bằng những quá trình làm việc liên tục. Song với trình độ, kiến thức còn hạn chế và thời gian không nhiều. Cho nên, trong khuôn khổ bản đồ án này chỉ đi sâu vào hai vấn đề chính, đó là: Tính toán, thiết kế hoàn thiện quá trình công nghệ. Làm tốt hơn về cấu trúc máy móc thiết bị (thông qua các bản vẽ). Chương I Tổng quan về kỹ thuật tầng sôi 1. Sơ lược về tầng sôi. Quá trình công nghệ xảy ra đối với lớp hạt rắn ở trạng thái lơ lửng trong môi trường khí hoặc lỏng ngày càng được sử dụng rộng rãi trong công trong công nghiệp. Các hạt rắn có thể ở dạng cục hoặc dạng bụi trong thiết bị chịu tác động của ngoại lực như trọng lực, lực ly tâm. Khi thổi dòng khí vào lớp hạt theo hướng ngược chiều với hướng của ngoại lực nói trên,đến một tốc độ dòng nhất định trở lực của dòng thắng ngoại lực nói trên, lớp hạt bị dòng khí thổi tách nhau ra xa và ở trạng thái giống như sôi, chính vì vậy được gọi là lớp sôi. Khi sôi các hạt chuyển động tương đối với nhau tạo thành trạng thái khuấy trộn mãnh liệt, đẩy mạnh tốc độ quá trình công nghệ. Để tạo nên trạng thái đó có nhiều cách khác nhau, dẫn đến có nhiều kiểu thiết bị khác nhau song về nguyên lý không có gì khác biệt. Việc ứng dụng kỹ thuật tầng sôi đã có từ những năm đầu thế kỷ 20, khi được áp dụng trong ngành khí hoá than nâu.Và vào giữa thế kỷ 20, kỹ thuật tầng sôi đã phát triển và được ứng dụng nhiều trong ngành hoá chất như: Quá trình vận tải, quá trình lá mạch xúc tác trong cracking dầu mỏ. Sau nhiều quá trình sử dụng và mở rộng nghiên cứu các nhà khoa học đã tìm ra nhiều tính năng ưu việt của kỹ thuật tầng sôi.Với tiến bộ khoa học kỹ thuật, bằng nhiều dụng cụ đo đặc biệt như chụp hình, đo bằng thiết bị laze đẵ giúp các nhà khoa học hoàn chỉnh những lý thuyết ,nâng độ chính xác của các công thức thực nghiệm trong kỹ thuật tầng sôi. Từ đó việc tính toán thiết bị tầng sôi dễ dàng hơn, phạm vi sử dụng công nghệ tầng sôi đã mở rộng sang nhiều lĩnh vực khác. Cả một loạt các ngành công nghiệp hoá học khác như: phân huỷ quặng, sấy các loại vật liệu, sản xuất than hoạt tính và chất xúc tác, phân riêng hỗn hợp khí bằng phương pháp hấp thụ cũng như các quá trình trên các lớp xúc tác dị thể đều được tiến hành trên lớp sôi. Sấy là một quá trình rất phức tạp. Có rất nhiều phương pháp tiến hành quá trình sấy, song sấy tầng sôi hiện nay đang là một hướng công nghệ đáng quan tâm trong nền công nghiệp sấy chế biến bảo quản lương thực, thực phẩm dược liệu. Ưu điểm đầu tiên của phương pháp này là khả năng cơ giới hoá cao, quá trình xẳy ra trong thiết bị kín, hạn chế gây ô nhiễm môi trường.Tiếp đến là góp phần giảm thiểu thiết bị trong một dây chuyền, dễ dàng điều chỉnh các thông số công nghệ, hiệu suất của quá trình cao. Đối với lò đốt tầng sôi thì ưu điểm nổi bật là đốt nhiên liệu trong lò tạp ra nhiệt trị thấp mà các lò khác không làm được. Đối với thiết bị sấy tầng sôi thì ưu điểm là cường độ sấy lớn, năng suât cao, cấu tạo thiết bị đơn giản, sấy đồng đều, có thể cơ khí hoá và tự động hoá hoàn toàn. 2. Mô tả trạng thái sôi. Một lớp vật thệ rắn khi người ta đưa qua nó một dòng khí thì có thể lớp vật rắn vẫn nằm im (hình 1-1). Khi hơi tăng vận tốc dòng thì các hạt rắn tiếp xúc lẫn nhau. Khi tiếp tục tăng vận tốc đòng thì lớp hạt bắt đầu địch chuyển (hình1-2). Sau đó chúng bắt đầu dịch chuyển và có các hạt từ lớp dưới dịch chuyển lên trên bề mặt. Lúc này chiều cao lớp hạt bắt đầu tăng (hình 1-3). ở một vận tốc xác định wth thì lớp vật liệu được xốp hoá và do kết quả của quá trình dịch chuyển hạt vật liệu từ lớp dưới lên lớp trên và tạo thành dòng (hình 1-4). Nếu tiếp tục tăng vận tốc vượt qua giá trị tới hạn thì lớp vật liệu càng tăng thể tích (hình1-4) và lúc này DP giảm. Lúc này chỉ cần hơi tăng một chút vận tốc dòng khí thì tất cả các hạt rắn sẽ đều chuyển động, bắt dầu ở chế độ sôi (hình 1-4). Với chế độ sôi ổn định tốc độ của dòng chưa đủ cuốn hạt theo nhưng đủ duy trì chế độ sôi ở một bộ phận phía trên lớp hạt. Lớp phía dưới vẫn ở chế độ tĩnh. Vì vậy tính toán chiều cao lớp sôi, chiều cao lớp tĩmh là một trong những đặc trưng khi tính toán thiết bị tầng sôi. Đối với từng loại trong một khoảng thời gian nhất định chiều cao lớp tĩnh cũng như chiều cao lớp sôi là không đổi nên trở lực của dòng trong khoảng đó cũng không đổi. Nếu tốc độ dòng tiếp tục tăng và vượt qua một giá trị tới hạn wp nào đó thì chế độ sôi chấm dứt và các khối hạt hình thành các túi khí (hình 1-5). Đó là chế độ chuyển tiếp giữa chế độ sấy tầng sôi và chế độ sấy khí động sau đó toàn bộ khối hạt hoà lẫn hoàn toàn với dòng khí và bị cuốn theo, khi đó chế độ sấy khí động bắt đầu.Trong giai đoạn nay trở lực của hạt đầu giảm.Thực nghiệm chứng tỏ quan hệ này là tuyến tính Khi tăng vận tốc dòng khí thì trở lực thuỷ lực của lớp vật liệu tăng lên theo quy luật hàm số mũ: DP = f(wn) Trong đó: n: chỉ số phụ thuộc chuẩn số Rây nôn (Re), khi tăng Re thì n tăng từ từ Trên hình vẽ biểu diễn quan hệ : DP = f(wn) Khi vận tôc dòng w < wth thì quan hệ giữa lớp hạt tĩnh theo tốc độ dòng được biểu diễn là đoạn OB Khi wth < w < wp thì quan hệ DP = f(wn) của chế độ sôi được biểu diễn bởi đường BC Khi w > wp thì quan hệ DP=f(wn) của chế độ sôi được biểu diễn bởi đường CD 3. Một số tính toán đă được công nhận cho chế độ tầng sôi. 3.1. Tính vận tốc của hạt. Khi một hạt rắn đứng yên trong môi trường có vận tốc chuyển động ban đầu là w0=0, nó tự rơi xuống với gia tốc trọng trường cho đến khi vận tốc cân bằng với lực đẩy Acsimet và lực cản môi trường .Từ lúc này nó rơi với vận tốc w khác 0, mà ta cần phải tính. Ta gọi ρd, ρr là khối lượng riêng của dòng khí và của vật liệu, kg/m3 n: độ nhớt động của dòng, m2/s l: hệ số ma sát d: đường kính hạt (m). Khi có dòng vận tốc thổi ngược lên, theo quy luậtcủa đọng học ta có: Nhân hai vế với biểu thức ta có: Mà: Ar = Ar = Re = Hoặc cũng có thể tính Re theo công thức O.M.Tode: Từ đó tìm ra w . 3.2. Trao đổi nhiệt trong lớp sôi. Do tạo ra chế độ sôi nên cường độ trao đổi nhiệt ẩm xảy ra rất mãnh liệt. Cân bằng cho lớp hạt có chiều cao H độ xốp e ta dễ dàng thu được phương trình saugiữa tốc độ đót nóng dtv/dt và tốc độ dòng dwk/dt: Từ đó ta có tốc độ đốt nóng hạt bằng: Trong đó: rV,Cv: khối lượng riêng và nhiệt dung riêng của hạt. r: nhiệt ẩm hoá hơi L, Cpk: khối lượng và nhiệt dung riêng của không khí khô t1, t2 nhiêt độ vào và ra khỏi lớp sôi của dòng khí . *Tốc độ dòng dwk/dt được xác định: ta biết lượng ẩm tác nhân sấy nhận được bằng lượng ẩm vật liệu sấy mất đi. Do đó nếu gọi d1, d2 là lượng chứa ẩm vào và ra khỏi khối hạt có chiều cao H, với độ xốp e thì phương trình cân bằng ẩm có dạng: L(d2-d1)= 3.3. Trở lực của tầng sôi. Khi chế độ sôi ổn định có thể xem trở lực của dòng qua tầng sôi là không đổi và cân bằng trọng lượng của khối hạt trên một diện tích ghi. Do đó ta có: DP= H.(ρv - ρk).(1- e0).g. Nếu độ xốp của lớp hạt là e0, chiều cao của nó là H0, thì ta có công thức trở lực của dòng qua lớp hạt tĩnh DP0 như sau DP0= H0.( rv-rk).(1-e0).g Ngoài công thức trên còn có hai công thức thực nghiệm sau: Công thức của Phê đô rôp: DP = Trong đó: FG: Diện tích của ghi, m2 G: khối lượng hạt trên ghi, kg Công thức của Dai xi vei bat: jd Trong đó : jd: là hệ số hình dáng của hạt. x: hệ số trở kháng được xác định theo giới hạn của Re. Khi Re ta lấy Khi 70 Re 200 ta lấy 3.4. Tốc độ làm việc tối ưu. Tốc độ làm việc tối ưu là tốc độ ở đó chế đọ sôi ở đó ổn định. Nói cách khác ở đó chiều cao lớp vật liệu sôi nói chung và chièu cao lớp sôi nói riêng là ổn định. Do đó về nguyên tắc tốc độ ổn định phải thoả mãn điều kiện: wth < w < wp Theo tốc độ làm việc tối ưu thì wt phải thuộc khoảng sau: wtư=(2-3). wth Chương ii Tổng quan về công nghệ sản xuất mía đường I. Đặc tính Của đường. I.1. Đường sacacoza. Sacaroza là thành phần quan trọng của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường. Sacaroza là một đisacaritcos công thức C12H22O11. trọng lượng phân tử của Sacaroza là 342,30. Sacaroza được cấu tạo từ hai đường đơn là a, d- glucoza và b, d- fructoza. Công thức cấu tạo của Sacaroza được biểu diễn như sau: Theo công thức trên Sacaroza là a, d - glucopiranozit và b, d - fructufuranozit. 1. Tính chất lý hoá của Sacaroza. Tinh thể đường Sacaroza thuộc hệ đơn là , trong suốt không màu, có tỷ trọng 1,5879g/cm3. Nhiệt độ nóng chảy t = 186 á188oC. Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy (186 á188oC) đường biến thành một dạng sệt trong suốt. Nếu kéo dài thời gian đun hoặc đun ở nhiệt độ cao, đường sẻ mất nước, rồ bị phân huỷ và biến thành caramen. Độ hoà tan. Đường rất dễ hoà tan trong nước. độ hào tan tăng theo nhiệt độ tăng (bảng I- 4) Độ hoà tan của Sacaroza trong nước Bảng I - 4 Nhiệt độ ( oC ) Độ hoà tan g Sacaroza /100g nước Nhiệt độ ( oC ) Độ hoà tan g Sacaroza /100g nước 0 179,20 60 287,30 10 190,50 70 320,50 20 203,90 80 362,20 30 219,50 90 415,70 40 238,10 100 487,20 50 260,10 Độ hoà tan của Sacaroza còn phụ thuộc vào các chất không đường có trong dung dịch đường (Bảng I- 5). Đường Sacaroza không hào tan trong dầu hoả, Cloroform, CCL4, CS2, benzen, tecpen, ancol, và glixerin khan. Trong dung dịch ancol có nước, đường Sacaroza hào tan ít. Một gam ancol có nồng độ 95% có thể hào tan0,01g đường. Đường Sacaroza còn hào tan giới hạn trong anilin, piriđin, etyl axetat, amyl axetat, phenol và NH3. Độ hoà tan của Sacaroza trong dung dịch nước chứa các loại muối Bảng I -5 Nhiệt độ (oC) Lượng muối g/100g nước Độ hào tan, g/100g dung dịch KCL KBr KNO3 NaCL CaCL2 30 0 219,5 219,5 219,5 219,5 219,5 10 216,0 218,0 217,0 210,0 197,0 20 221,0 220,0 216,0 211,0 189,0 30 228,0 224,0 216,0 219,0 192,0 40 237,5 228,0 217,0 233,0 200,0 50 _ _ 218,0 250,0 218,0 60 _ _ _ 269,0 243,0 70 0 320,5 320,5 320,5 320,5 320,5 10 326,0 324,0 321,0 323,0 295,0 20 334,0 228,0 324,0 330,0 286,0 30 345,0 334,0 327,0 344,0 286,0 40 357,0 341,0 331,0 361,0 295,0 50 370,0 349,0 334,0 384,0 308,0 60 384,0 357,0 337,0 406,0 327,0 Độ nhớt. độ nhớt của dung dịch đường tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ (bảng I - 6) Nhiệt dung riêng. Nhiệt dung riêng của đường Sacaroza tinh theo công thức: C = 4,18(0,2387 + 0,00172t ) (kj/kg.độ) (I - 1) Trong đó: t: nhiệt độ oC Nhiệt dung riêng trung bình của Sacaroza từ 22oC đến 51oC là 0,3019 ảnh hưởng của nồng độ và nhiệt độ đến độ nhớt của dung dịch đường Bảng I - 6 Nồng độ % Độ nhớt, 10-3 N.s/m2 20oC 40oC 60oC 70oC 20 1,96 1,19 0,81 0,59 40 6,21 3,29 0,91 1,32 60 58,93 21,19 9,69 5,22 70 485,00 114,80 39,1 16,9 Nhiệt dung riêng của dung dịch Sacaroza trong nước phụ thuộc vào nồng độ Sacaroza và nhiệt độ được tính theo công thức: C = 14,18 (kj/kg.độ) (I - 2) Trong đó: t - nhiệt độ oC c - nồng độ thường % Khi hoà tan đường, nước hấp thụ lượng nhiệt chừng 0,8kcal/g.mol đường (3,346kj/g.mol đường). Ngược lại khi kết tinh đường, nhiệt toả ra. Nhiệt lượng riêng của Sacaroza 3941kcal/g (16473kj/g) Độ quay cực. Dung dịch đường có tính quay phải. Độ quay cực riêng của Sacaroza rất ít phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ. Do đó rất thuận tiện cho việc xác định đường bằng phương pháp phân cực: = 66,469 + 0,00870c-0,000235c (I - 3) Trong đó: c - nồng độ Sacaroza trong 100ml. Trị số quay cực trung bìnhcủa Sacaroza là: = + 66,5o Chất kiềm, muối của axit yếu làm giảm độ quay cực của Sacaroza. Ví dụ: nếu trong dung dịch có một phân tử đường và hai phân tử vôi thì độ quay cực của Sacaroza là 51,8o chứ không phải là 66,5o. Đó là do sự tạo thành canxi Sacarat. 2. Tính chất hoá học của Sacaroza Tác dụng của axit. Dưới tác dụng của axit, Sacaroza bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza theo phản ứng: C12H22O11 + H2O C6H12O6 + C6H12O6 Sacaroza Glucoza Fructoza + 66,5o 52,5o - 93,0o Hỗn hợp glucoza và fructoza có góc quay trái ngược với góc quay phải của Sacaroza, do đó phản ứng trên được gọi là phản ứng đảo nghịch và hỗn hợp đường được gọi là đường nghịch đảo (chuyển hoá) Tác dụng của kiềm. Phân tử đường Sacaroza không có nhóm hyđroxyl glucozit nên không có tính khử. Sacaroza có tính chất như một axit yếu, kết hợp được với kiềm (vôi) tạo thành sacarat. Với CaO tạo thành canxi monosacarat, canxi đisacarat, canxi tisacarat. Canxi monosacarat và canxi đisacarat dễ bị phân huỷ. Canxi trisacarat khó bị phân huỷ và tạo thành tinh thể. Đặc tính đó của canxi đisacarat được ứnh dụng để lấy đường Sacaroza ra lhỏi mặt cuối củ cải. Trong môi trường kiềm, Sacaroza bị phân huỷ thành lactoza , glucoza, fructoza và các đường khác. ở pH từ 8 đến 9 và đun nống trong thời gian dài, Sacaroza bị phân huỷ thành hợp chất có màu vàng và màu nâu. Trong phân tử Sacaroza có chứa nhiều nhóm hiđroxyl nên Sacaroza có thể tạo phức chất, ví dụ với sắt hiđroxit. Sacaroza tạo hợp chất kép với muối như NaCL. 2H2O, KCL. H2O, NaBr. H2O. Những đặc tính đó của Sacaroza có ý nghĩa đối với sự liên kết chất không đường vào mạng lưới tinh thể đường lúc lớn lên và đối với thuyết tạo mặt cuối. Trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao, đường bị phân huỷ tạo ra các axit và các chất màu, tốc độ phân huỷ tăng theo độ pH. ở nhiệt độ sôi (trong 1h) vag pH = 8 - 9, Sacaroza chỉ bị phân huỷ 0,05%. Nếu cùng nhiệt độ như trên nhưng với pH là 12 thì sự phân huỷ đố tăng 0,5% (h. I - 5). Sự phân huỷ tạo thành ác sản phẩn có màu thường do những phản ứng sau: C12H22O11 C22H20O10 C12H18O9 C36H50O25 Sacaroza Izosacaran Caramenlan Caramelen Ehrlich Sacaroza (Không màu) (Không màu) (màu đậm) C36H48O24 C96H102O50 (C12H8O4)n hoặc (C3H2O)x Caramelin Humin (Schiff) Chất màu caramen được coi như là hợp chất humin. đó là sự polime háo ở mức độ khác nhau của b - anhidrit. Men rượu Tác dụng của enzim. Dưới tác dụng của enzim (invertaza), Sacaroza sẽ chuyển thành glucoza và fructoza. Sau đó, dưới tác dụng của một phức hệ enzim, glucoza và fructoza sẽ chuyển thành ancol và CO2: C6H12O6 C2H5OH +CO2 (Glucoza hoặc fructoza) Quy trình sản xuất đường: Chuẩn bị nguyên liệu Lấy nước mía Làm sạch nước mía Cô đặc nước mía Nấu đường và kết tinh Ly tâm, sấy, đóng bao và bảo quản đường I.2. Lấy nước mía. Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp làm đường người tác dụng thường sử dụng hai phương pháp chính đó là phương pháp ép và phương pháp khuyết tán. I.2.1. Phương pháp ép. Phương pháp ép vẫn được sử dụng từ mấy trăm năm nay. Nguyên lý chung là xé và ép dập thân cây mía nhằm phá vỡ các tế bào để lấy nước mía. Lượng nước mía hay nói chính xác là lượng đường trong cây mía lấy ra được càng nhiều thì càng chứng tỏ rằng hệ thồng ép làm việc tốt, cụ thể là máy ép và các thiết bịphụ đều tốt , xử lý mía tốt, sử dụng lực nén , tốc độ máy ép, miệng ép, phương thức thấm thấu thích hợpvà công nhân thao tác có kỹ thuật cao. Khã năng này được thể hiện bằng một chỉ số gọi là hiệu suấtép, đó là tỷ số giữa lượng đường trong nước mía ép ra từ một trọng lượng mía nhất định đưa vào máy ép so với lượng đường có trong số mía đó. ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình làm đường được chia thành các giai đoạn nhỏ như sau: Vận chuyển, cấp mía vào máy ép Xử lý mía trước khi ép ép dập ép kiệt nhiều lần 1. Vận chuyển và cấp mía vào máy ép. Đối với các nhà máy lớn, việc vận chuyển và cấp mía cho máy ép có tầm quan trọng đặc biệt, vì nó góp phần làm giảm bớt tổn hao lượng đường trong mía, bảo đảm cho sản xuất liên tục, giữ vững công suất cho nhà máy, nâng cao hiệu suất ép và tổng lượng thu hồi đường. ở đây, chỉ đề cập tới việc vận chuyển trong nhà máy. Mía vận chuyển từ ruộng về bằng hệ thống đường sắt, đường thuỷ hoặc đường bộ được tập kết trên bãi rộng. Mía từ bãi chuyển dần vào để ép. Thông thường sử dụng các phương tiện sau đây: cần cẩu hoặc cầu cẩu, xe goòng, băng xả mía, máy cào và băng chuyền mía. a. Cần cẩu Hiện nay dùng các loại cần cẩu di động và các loại cần cẩu cố định. Phạm vi hoạt động của cần phụ thuộc vào chiều dài và góc quay cho phép của cần, thường dùng loại quay được xung quanh (360o). Khi chọn và tính cần cẩu thường chú ý đến ba đặc tính sau: - Sức nâng, sức nâng được tính bằng 1/10 năng suất ép trong 1h - Bán kính hoạt động (chiều dài cần trục) tính theo công thức R=3 Trong đó - R là bán kính hoạt động, m. - C là năng suất ép, tấn/h. - Chiều cao nâng tối đa là 8 m. b. Cầu cẩu Trước đây, người tác dụng thường dùng loại cầu cẩu nâng lên hạ xuống và chạy tới lui trong cùng một mặt phẳng đứng, nhưng tác dụng của loại cầu cẩu đó hạn chế rất nhiều, chỉ dùng để bốc mía từ xe xuống . hiện nay đã sử dụng loại cầu cẩu lớn hơn và có khã năng di chuyển không những ngang mà còn theo chiều dọc nên có thể đưa mía tới mọi vị trí. Nhà máy đường vạn điểm, việt trì cũng đã sử dụng loại cầu cẩu này. c. Xe goòng Xe goòng là phương tiện dùng phổ biến để vận chuyển mía trên bãi đến băng chuyền mía. Xe goòng này là loại goòng trống, mía xếp ngang và được chắn bằng hai thành dốc của xe . số lượng goòng cần thiết đẩm bảovận chuyển mía đủ ép tính theo công thức : N = Trong đó C - năng suất mía ép, tấn/h t - thời gian cần cho mỗi lần đi về của goòng, h m - tải trọng của goòng, tấn d. Bục xả mía Có hai loại bục nghiêng xả mía: cố định và chuyền động. Bục cố định thường dùng ở các nhà máy không lớn, độ nghiêng của mặt bục từ 28o đến 30o. Bục chuyền động có thể nghiêng mặt nhiều ít tuỳ theo yêu cầu nhờ thanh kéo. e. Băng xả mía Để đảm bảo lượng mía đổ xuống băng chuyền đều; người tác dụng thiết kế hai băng chuyền xả mía đặt thẳng góc với băng chuyền có thể điều chỉnh được tốc độ. Băng xả mía ngắn thường được bố trí trên một chiếc cân để có thể cân luôn mía f. Máy cào mía Nguyên lý máy cào mía cũng tương tự như người kéo rơm rạ bằng cào. Bộ phận chủ yếu của máy là cần cào , trên đầu ngănmột bàn cào gồm 4 đến 5 răng có thể nâng lên hạ xuống và di chuyển tới lui được (h.II - 3). Máy cào lắp vuông góc với băng chuyền và đối diện với xe goòng chở mía để cào mía từ xe goòng xuống băng chuyền chuyền mía. g. Băng chuyền mía. Mía được chuyền vào máy ép nhờ băng chuyền kiểu mắc xích. Hiện naythường dùng hai kiểu: - Chạy một băng dài, băng chia làm hai phần: phân băng và phân nghiên. Phân nghiêng có góc nghiên từ 17o đến 21o. - Chạy hai băng ngắn, mía từ băng trước đổ xuống băng sau để lật lớp mía trên băng, sau khi đã qua dao băm thứ nhất. Lớp mía tiếp tục qua dao băm thứ hai đặt trên băng sau. Như vậy, mía được băm triệt để hơn. Bề rộng của băng bằng chiieù dài của trục ép mía. Chiều dài băng chuyền mía khi dùng một băng thường chọn như sau: - Phần băng dài gấp 3 - 5 lần chiếu dai xe goòng mía; - Khi đổ vào máy ép dập hai trục phần nghêng dài từ 21 m đến 24m. khi đổ vào máy ép dập ba trục, phần nghiêng dài từ 15 m đến 18 m. Tốc độ của băng chuyền mía có thể điều chỉnh tăng giảm được. Tốc độ trung bình thường lấy bằng 1/2 tốc độ chiều dài trục ép. Nếu bố trí một máy băm mía thì ttốc độ có thể hạ thấp hơn, bằng 0,4 lần tốc độ trục ép. 2. Xử lý mía trước khi ép Mục đích của giai đoạn này là tạo điều kiện ép dễ dànghơn, nâng cao năng suất và hiệu suất ép của công đoạn ép. Cây mía thường không thẳng, đổ xuống băng lộn xộn, mía có vỏ cứng, có sức đề kháng lớn, ngoài vỏ có nhiều phấn trơn trượt khó ép. Bởi vậy, cần san bằng và băm nhỏ mía để mía dễ được kéo vào máy, mật độ mía trên băng đồng đều dễ ép làm việc ổn định và luôn đầy tải. Các thiết bị xử ký mía thường dùng là: máy san bằng, máy băm, máy đánh tơi. a. Máy san bằng Máy gồm 1 trục quay có từ 24 đến 32 cánh cong được lắp trên mặt băng ở một đoạn bằng, quay ngược chiều với chiều băng mía đi. Chiều cao mặt băng đến cánh tay máy tuỳ theo yêu ccầu của lớp mía. Máy được dùng để san bằng lớp mía vừa đổ xuống. Tốc độ quay khoảng 40 - 50 vg/ phân tử. b. Máy băm Hiện nay hầu hết ở các công đoạn ép của các nhà máy đường đều dùng máy băm mía. Máy băm cây mía thành những mảnh nhỏ, phá vỡ các tế bào mía, san mía thành các lớp dầy ổn điịnh trên băng, nâng cao mật độ mía trên băng từ 125 - 150 kg/m3. Vì vậy, khi lắp máy băm để xử lý mía, có những tác dụng chính như sau: - Nâng cao năng suất ép, do san mía thành lớp dày đồng đều, mía dễ được kéo vào máy ép không bị trượt, nghẹn. - Nâng cao hiệu suất ép, do vỏ cứng đã được xé nhỏ, tế bào mía được phá vỡ, lực ép được phân bố đều trên mọi diểm nên máy ép làm việc ổn định và luôn đầy tải, nước mía chảy ra đễ dàng. Tuy vậy, những tác dụng trên không được xem như nhau. Người tác dụng lắp thêm máy búa chủ yếu là nằm nâng cao năng suất máy ép. Khi lắp một máy băm năng suất ép tăng lên 12 - 20%, hiệu suất ép tăng khoảng 0,2%. Máy băm gồm một trục lớn cố định lồng cố điịnh vào các tấm dĩa có khe để lắp lưỡi đao đỡ trên hai đầu bằng ổ bi trên mỗi đĩa, lưỡi dao được lắp đối nhau và cân bằng trọng lượng. Khoảnh cách giữa các lưỡi dao kề nhau thường là 50 mm, tuy vậy cũng có một vài nơi giảm xuống tới dưới 30 mm, như ở nam phi khoảng cách này là 22 mm. Lưỡi dao băm có nhiều kiểu: kiểu lưỡi rìu (Goitia), kiểu lưỡi dao rọc giấy (Ramsay), kiểu lưỡi dao vuông sắc cả đầu và hai bên, kiểu răng cưa. Số lưỡi dao băm có liên quan đến khoảng cách dự kiến giữa các lưỡi kề nhau: N = - 1 (II - 3) Trong đó N - số lưỡi dao L - chiều rộng băng tải mía, mm được d - khoảng cách giữa các lưỡi, mm được Sau khi tính, người tác dụng sẻ chọn số lưỡi cắt chẵn và ít hơn kết quả tính. Máy băm quay cùng chiều với băng chuyền mía. Tốc độ của máy băm từ 400 - 600 vg/phân tử. Vị trí của máy băm có thể thay đổ theo phương năm ngang để điều chỉnh miệng cắt. Miệng cắt là khoảng cách hẹp nhất giữa đầu lưỡi dao và mặt băng chuyền. điều chỉnh miệng cắt hợp lý là vấn đề quan trọng. Nếu gọi miệng cắt là r, chiều dày lớp mía là h, lớp mía không bịbăm là i. Ta có i = .100 (II - 4) Tỷ lệ lớp mía bị băm là k: k = (II - 5) Hiện nay số lượng máy băm thường không quá hai máy. Lượng ép tăng, nhưng không tăng tỷ lệ thuận với máy băm. Dùng nhiều máy băm chỉ gây phức tạp cho sản xuất mà còn tốn thêm thiết bị và điện năng. Theo số liệu của Hugot, ở giai đoạn xử ký mía, nếu lắp một máy băm thì lượng ép mía tăng 15%, nếu lắp thêm một bộ nữa thì lượng ép mia tăng thêm 5% nữa thôi. Vị trí lắp máy băm hiện nay thường dùng như sau: - Lắp ở đầu đoạn băng nghiêng - Nếu chỉ có một băng chuyền mía mà lắp hai máy thì máy nọ cách máy kia khoảng 2m. số lưỡi dao bằng nhau thì tốc độ quay như nhau. Miệng cắt của dao máy một có thể để rộng bằng khoảng 1/3 chiều dày lớp mía, miệng cắt của máy hai bằng khoảng 1/5 của máy một. - Nếu có hai băng chuyền, thì một máy lắp ở băng chuyền trên, một máy lắp ở băng chuyền dưới. Khi mía đổ xuống băng chuyền dưới, lớp mía dưới lập lên phía trên, máy hai tiếp tực băm lại, tỷ lệ mía bị băm tăng cao. Chiều quay của dao tốt nhất vẫn là theo chiều mía đi. Công suất điện dùng cho máy băm một khoảng 9832W, cho máy băm hai khoảng 14720W cho 1 tấn xơ/h. c. Máy đánh tơi Sau khi qua máy băm thành lớp, còn nhiều cây mía chưa được băm nhỏ, cần được xé và đánh tơi ra để đưa mía vào máy ép dễ dàng hơn, hiệu suất ép tăng lên. Do đó, người ta đã sử dụng thêm đánh tơi để giải quyết vấn đề đó. Nếu dùng máy đánh tơi hiệu suất ép có thể tăng được khoảng 1%. Máy đánh tơi có những kiểu sau. Máy đánh tơi kiểu búa. Máy đánh tơi kiểu búa là một dạng máy dập bằng các búa xoay, lắp thành hàng song song trục quay bằng thép, đặt trong vỏ máy hình trụ mặt cắt ngang hình máng. Bên sườn trong của vỏ có gắn nhiều miếng sắt dọc theo thân máy và được coi là các tấm kê của búa dập. Khoảng cách giữa tấm kê và đầu búa được điều chỉnh rất thận trọng. Mía đi vào cửa trên của máy và đi ra cửa dưới (h.II - 7). Búa dập quay với tốc độ khoảng 1200 vg/ph, tử, theo chiều chuyền động của mía. Khi lắp một máy đánh tơi kiểu búa, tỷ lệ tế bào của mía bị xé là 85%. Nếu duùng hai máy này tỷ lệ tăng lên 95%. Nhưng đối với những giàn ép thường dùng một máy. Máy đánh tơi kiểu búa được sử dụng ở nhà máy đường Quảng Ngãi và Bình Dương và được dùng phổ biến nhất hiện nay. Máy đánh tơi kiểu dĩa. Kiểu này gồm hai trục gép lại bởi nhiều đĩa răng cưa hình nón lắp từng đôi một úp vào nhau (h.II - 8). Hai trục quay tốc độ khác nhau, do đó mía được xé tơi. Trục trên quay khoảng 150 - 180 vg/ph, trục dưới quay tốc độ nhanh hơn khoảng 460 vg/ph. Khoảng cách giữa hai đầu răng của hai trục được điều chỉnh theo năng suất ép và trên công thức sau: r = 10,6 Trong đó : C - năng suất ép , tấn/ h. L,D - chiều dài và đường kính trung bình của đĩa, m. d - mật độ lớp mía đến máy, kg/m3. n1, n2 - tốc độ quay của hai trục , vg/ ph Máy thường lắp trước các máy ép và sau các máy băm, hiện nay các nhà máy đều dùng các máy bămnên vai trò tác dụng của máy đánh tơi kiểu đĩa hạn chế nhiều. Mặt khác việc chế tạo máy phức tạp, vì vậy người tác dụng ít dùng. Vị trí lắp máy đánh tơi. Tất cả các máy đánh tơi đều phải lắp sau máy băm. ở đây, ta chỉ nghiên cứu vị trí của máy đánh tơi kiểu búa: Nếu trong công đoạn ép không có máy băm, thì máy đánh tơi đặt sau máy ép dập. Nếu có máy băm, không có máy ép dập thì đặt ngay sau máy băm. Nếu có máy băm, có máy ép dập thì có các bố trí sau: Máy đánh tơi đặt sau máy ép dập và trước máy ép. Cách bố trí này, tốn ít động lực, máy ép làm việc ổn định nhưng lượng ép và hiệu suất ép tăng ít đặt sau máy băm, trước máy ép dập, trường hợp này tốn công suất, mất vệ sinh, nước mía chảy ra lãng phí. Nếu máy ép dập ba trục, thì máy đánh tơi nhất thiết phải bố trí trước máy ép dập, sau máy băm đập. d. Máy ép dập ép dập vừa có tác dụng lấy nước mía ra từ cây mía vừa làm cho cây mía dập vụn hơn, thu nhỏ thể tích lớp mía để cho hệ thóng máy ép sau làm việc ổn định hơn, làm tăng năng suất ép, tăng hiệu suất ép và giảm bớt công suất tiêu hao. Máy ép dập có nhiều kiểu nhưng phổ biến hơn cả là: kiểu Krajewski và kiểu Pulton. Trục ép dập của kiểu Krajewski có những rãnh đáy cong hình chữ Z dọc theo chiều dài trục cách đều nhau 15 cm . khi lắp trục phải đặt rãnh trục ăn lệch nhau sao cho đỉnh răng trục nọ ăn với chân răng trục kia (h.II - 9) Trục ép dập kiểu Pulton có nhiều rãnh cách đều từ 50 - 75 cm vòng quanh chân trục tiết diện hình chữ V, góc mở hình chữ V bằng 60o, chiều sâu rãnh bằng của khoảng cách giữa các rãnh với nhau. để trục kéo mía dễ dàng ở trục đỉnh và trục trước người ta đục những rãnh dọc theo thân trục, góc mở của chữ nhân là 140 - 144o. Khi không có máy băm, mía vào cả cây, dùng máy ép dập kiểu Krajewski kéo mía tốt hơn kiểu Pulton. Nhưng nếu có máy băm thì nên dùng kiểu Pulton, mía vào đều, nước mía thoát ra dễ dàng, chế tạo đơn giản hơn. Máy ép dập hai trục. Trục máy chế tạo kiểu Krajewski hoặc Pulton. Giá máy có độ nghỉêng từ 60 -75o, sao cho máy vào mía làm với đường nối giữa hai tâm trục một góc khoảng 75o để mía vào máy và nước thoát ra được dễ dàng Hiện nay, một số nhà máy lắp hai bộ phận ép dập hai trục, nhằm nâng cao năng suất và hiệu suất ép. Máy ép dập ba trục. Máy gồm ba trục lắp trên một giá máy, thực hiện được hai lần ép, trục có cấu tsọ kiểu Pulton. Ngày nay kiểu này được sử dụng rất phổ biến vì có nhiều trụ điểm hơn các loại máy ép dập khác. Các chi tiết của máy đều giống các máy ép khác nên dễ chế tạo và sữa chữa. máy cùng nằm trên mặt phẳng với các máy ép khác nên đỡ tốn kém về xây dựng. Tốc độ máy ép dập. Tốc độ máy ép dập bao giờ cũng nhanh hơn các máy ép sau khoảng 25%, như vậy mới cấp đủ mía cho máy ép vì mía vào máy còn lộn xộn chưa đều. Lực nén trên trục đỉnh. Lực nén trên trục đỉnh máy ép dập hai trục bằng 50 - 75% lực nén trên máy ép sau. Mục đích ép dập là đảm bảo xử lý tốt lớp mía để các máy ép sau làm việc dễ hơn chứ không phải là ép kiệt. áp suất trên trục đỉnh chỉ nên dùng 7848.103 - 96.105 N/m2. Do đó tỷ lệ nước mía ép ra được của các loại máy ép dập chỉ đạt như sau: Máy ép dập hai trục: 45 - 55% nước mía có trong cây. Máy ép dập ba trục: 65 - 75% nước mía có trong cây. 3. ép mía Mục đích chủ yếu của giai đoạn này là lấy kiệt lượng nước mía có trong mía tới mức tối đa cho phép. Trong quá trình tiến độ kỹ thuật, phương pháp ép có thay đổi từ ép khô đến ép có phun nước thẩm thấu hoặc kết hợp ép và ngâm khuyết tán, cácloại máy ép cũng được cải tiến không ngừng. Thông thường trong giàn ép hiện nay, n._.goài bộ phận ép dập, người ta bố trí liên tiếp từ 2 tới 5 bộ máy ép ba trục. a. cấu tạo máy ép Cấu tạo một bộ phận máy ép gồm các bộ phận chính như sau: Giá máy. Các trục ép: trục đỉnh , trục trước và trục sau. Bộ gối đỡ trục và bộ điều chỉnh vi trí lắp trục. Bộ phận nén trụcđỉnh . Tấm dẫn mía (lược đáy) và các lược khác. Giá máy. giá máy là bộ khung chịu lực rất lớn, khoảng 3500 - 7000at, thường đúc bằng thép trên đó lắp tất cả các chi tiết của máy. Giá máy có nhiều kiểu :kiểu đỉnh thẳng, kiểu đỉnh nghiêng và kiểu cần cong nén. Kiểu đỉnh thẳng còn chia làm hai loại: - Kiểu đỉnh thẳng, giá máy cấu tạo cân đối, vai máy ngang bằng nhau, bộ phận nén dầu lắp thẳng đứng, hai trục dưới nằm trên cùng một mặt phẳng ngang. - Kiểu đỉnh thẳng cấu tạo như kiểu trên, nhưng hai trục dưới nằm trên hai mặt phẳng ngang công thức thấp khác nhau( kiểu Fives Lille - Cail C46). Góc tạo nên giữa hai đường nối hai tâm trục trên và dưới với đường thẳng đứng qua tâm trục đỉnh là 48o36’. Góc tạo nên giữa hai đường nối từ tâm trục trên và dưới với đường thẳng đứng qua tâm trục đỉnh là 18o36’. Kiểu nghiêng có hai vai của giá máy bên cao, bên thấp. Đỉnh nén dầu nghiêng về phía trước khoảng 15o so với đường thẳng đứng. Kiểu cầu nén trong có bộ phận nén trục đỉnh được thay bằng một cần cong, cố định một đầu bằng một then xoay vào phía sau của giá máy. Đầu kia được kéo vít xuống bởi một pittông dầu nén. Ưu điểm của kiểu này là có thể điều chỉnh được khoảng cách vào và ra hợp lý, tỷ lệ của chúng không thay đổi với bất kỳ lớp mía dày hay mỏng (h.II - 12) Trục ép. Trục ép gồm có hai lõi bằng thép, một đầu gắn một bánh xe răng cao để truyền chuyển động, lồng, chặt trong áo trục bằng gang đặc biệt. Thép làm lõi trục có thành phần: Ni = 3 - 4%, Cr = 0,5 - 1%, C = 0,2 - 0,45%. Hai cổ trục tròn nhẵm bóng, đường kính băng một nữa đường kính trục ép. Vỏ trục đúc bằng gang, khi đúc người tác dụng phải tạo ra mạng kết tinh lớn để mặt gang nhám, kéo mía dễ, thành phần gang có thêm các chất như sau: C 1,94 - 2,95% C tự do 1,06 - 1,74% Si 1,90 - 2,87% Mn 0,95- 4,61% P 0,79 - 0,32% S 0,01% Độ cứng mặt trục khoảng 250 brinel. I.2.2. Thẩm thấu. Để lấy được nhiều đường từ cây mía, biện pháp phun nước vào bã mía được coi là biện pháp hiệu quả. Mía bị ép, màng tế bào mía bị rách và tế bào bị ép lại, nước mía chảy ra. Sau khi ra khỏi máy ép các tế bào nở ravà vó khả năng hú nước mạnh nên ngưòi ta đã phun nước vào lớp bã để hòa tan đường còn lại trong tế bào và khi qua lần ép sau nước đường loãng đó được lấy ra và tiếp tục làm như vậy tới khi đường được lấy ra tới mức cao nhất. Các phương thức thẩm thấu: Có nhiều phương thức thẩm thấu - Thẩm thấu đơn: một lần, hai lần hoặc ba lần - Thẩm thấu kép (lặp lại): vừa phun nước lã vừa sử dụng lại các loại nước mía loãng để làm nước phun vào bã của các mía trước dựa theo nguyên tắc nước nhiều đường phun vào bã chứa nhiều đường, nước ít đường phun vào bã còn chứa ít đường. Các điều kiện kỹ thuật của thẩm thấu : Nhiệt độ của nước thẩm thấu vào bã mía vào khoảng 45-470C. Lượng nước thẩm thấu dùng nhiều hay ít tuỳ thuộc vào phương thức thẩm thấu dã chọn, thành phần xơ và đường trong mía. Khi lượng nước dùng nhiều thì hiệu suất được tăng lên, nhưng lại tổn hao năng lượng ở giai đọan bốc hơi. Vì vậy lượng nước thẩm thấu khoảng 25-30% trọng lượng mía là thích hợp. I.2.3. Phương pháp khuyếch tán. Phương pháp khuyếch tán đã được sử dụng nhiều năm trong tất cả các nhà máy đường củ cải để trích ly đường từ lát củ cải. Tuy gọi là phương pháp khuyếch tán nhưng không phải dựa hoàn toàn vào khuyếch tán để lấy đường như ở nhà máy đường củ cải. Qua thí nghiệm, người ta thấy rằng khi cắt mía và củ cải thành tưng lát có kích thước tương tự và ngâm trong nước ở nhiệt độ 750C, thì thời gian khuyếch tán của lát mía so với lát củ cải tăng gấp ba lần. Để lấy đường ở trong một thời gian nhất định, cần phá vỡ tổ chức tế bào mía để trích ly nước mía dễ dàng. Vì vậy, phải có dao băm mía, máy ép dập, máy đánh tơi để phá vỡ tế bào tế bào mía, ép ra một phần nước mía sau đó dùng thiết bị khuyếch tán để lấy phần nước mía còn lại. Hệ khuyếch tán mía bao gồm việc xử lý mía, khuyếch tán nước, ép nước khỏi bã mía và xử lý nước ép. Xử lý mía: Để xử lý mía có thể dùng máy ép dập hoặc thiết bị đánh tơi hoặc có nơi dùng cả hai. Khuyếch tán mía: Có hai hệ khuyếch tán mía chủ yếu: khuyếch tán mía và khuyếch tán bã mía. Khuyếch tán mía.cây mía được xử lý sơ bộ ,nhưng giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ đường trong đó và toàn bộ đường trong đó và đi vào thiết bị khuyếch tán . Khuyếch tán bã: Sau khi xử lý, mía còn qua máy máy ép để ép 65-75% đường trong mía, còn lại 30-35% đường trong trong bã mía và đi vào thiết bị khuyếch tán. Dưới đây là sơ đồ khuyếch tán bã và khuyếch tán mía với cách xử lý nước ép khác nhau. Mía Máy băm mía Thiết bị đánh tơi Máy ép khuyếch tán Tách nước Bã 3 trục từ bã ướt Nước ép Đun nóng Nước mới và cho vôi Nước mía Thiết bị hỗn hợp lắng Bốc hơi Thiết bị lọc Bùn Sơ đồ 1: Trích ly trước và xử lý nước ép Mía Máy băm mía ép dập ba trục Thiết bị Tách nước Bã khuyếch tán từ bã ướt nước mới Nước ép Nước Nước ép khuyếch tán Nước mía hỗn hợp Đun nóng và cho vôi lắng Sơ đồ 2: Trích ly trước và không xử lý nước ép Mía Máy băm mía Thiết bị đánh tơi Thiết bị Tách nước từ bã khuyếch tán bã ướt nước ép Đun nóng Nước Nước mới cho vôi khuyếch tán Thiết bị lắng Bốc hơi Thiết bị lọc Sơ đồ 3: Không trích ly trước và có xử lý nước Vấn đề tồn tại lớn nhất của kỹ thuật khuyếch tán là phải xử lý một lượng nước ép khá nhiều có hàm lượng đường thấp và nhiệt độ cao. Xử lý nước ép có hiệu quả là một trong những giai đoạn quan trọng của khuyếch tán bã.Nếu có những điều kiện thích hợp cho hoạt động của vi sinh vật, nước ép có thể dùng đủ cho một nhà máy sản xuất enzim. Trong phương pháp ép,mặc dầu dùng nước nóng để thẩm thấu nhưng nhiệt độ nước hỗn hợp vẫn thấp .Trong phương pháp khuyếch tán nước mía có nhiệt độ cao và nồng độ chất khô thấp .rất thuận lợi cho hoạt động của vi sinh vật so với nước ép cuối của phương pháp ép. II. Làm sạch nước mía. II.1. Nhiệm vụ làm sạch nước mía. Thông thường, nước mía hỗn hợp lấy ra từ cây mía (bằng phương pháp ép hoặc khuyếch tán) chứa từ 13%-15% chất tan. Ngoài đường sacaoroza, trong mía còn những chất không đường có tính chất hoá lý khác nhau. Độ tinh hiết của nước mía hỗn hợp thường trong phạm vi 82-85% tức là trong chất khô chứa 82-85% đường sacaroza và 15-18% chất không đường. Trong các chất không đường của nước mía hỗn hợp, chất keo chiếm một tỷ lệ đáng kể (0,03-0,5%). Khi thao tác không bình thường, ví dụ, ở nhiệt độ cao chất không tan biến thành chất tan và như vậy tăng hàm lượng keo trong dung dịch. Hoạt động của vi sinh vật cũng tạo nên các chất keo khác nhau, đặc biệt là levan và dextran. Chất keo cũng gây nhiều ảnh hưởng không tốt đối với sản xuất đường: lọc nước mía, phân mật và kết tinh đường khó khăn, nước mía có nhiều bọt giảm hiệu quả tẩy màu. Tinh chế đường thô khó khăn,v.v... Sự có mặt của những chất không đường trong nước mía dẫn đến sự bốc hơi trực tiếp, kết tinh đường rất khó khăn và không kết tinh. Nước mía chứa một lượng lớn chất không đường làm tăng độ hoà tan của đường sacaroza, tăng mật cuối tăng tổn thất đường trong mật cuối. Trong nước mía còn có vụn mía, khi đun nóng, chúng kết tụ lại. Tất cả những chất không đường đó cần loại ra khỏi nước mía. Nước mía hỗn hợp có tính axit gây nên sự chuyễn hoá đường sacaroza do đó cần trung hoà nước mía. Mục đích chủ yếu của làm sạch nước mía hỗn hợp : Loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp, đặc biệt là những chất có hoạt tính bề mặt và chất keo. Trung hoà nước mía hỗn hợp Loại tất cả những chất rắn dạng lơ lửng trong nước mía. Làm sạch nước mía là khâu rất quan trọng của kỹ thuật sản xuất đường. Vì thế, việc làm sạch nước mía đã được chú ý thích đáng từ khi phát sinh công nghiệp đường. Các nhà khoa học nghành đường đã và đang luôn chú ý nghiên cứu để tìm phương pháp làm sạch tốt nhất. Mặt khác, thành phần nguyên liệu mía thay đổi không chỉ từng vụ sản xuất mà ngay cả trong mỗi vụ sản xuất .Vì thế không thể có môt phương án làm sạch chung cố định mà phụ thuộc vào thành phần nguyên liệu và điều kiện thực tế sản xuất. Bảng thành phần nước mía hỗn hợp Thành phần Tính theo trọng lượng mía, % Tính theo nước mía hỗn hợp, % Đường sacaroza Đường khử Protein Axit tự do Axit kết hợp Chất keo Chất vô cơ Nước 11,8 1,35 0,42 0,13 0,14 0,39 0,57 59,12 12,63 1,44 0,48 0,14 0,15 0,31 0,60 78,15 II.2. Các phương pháp làm sạch nước mía. II.2.1. Phương pháp vôi Phương pháp vôi có từ lâu đời và là phương pháp đơn giản nhất. Làm sạch nước mía của dưới tác dụng của nhiệt và vôi và thu sản phẩm đường thô. Nhà máyđường thủ công của ta dùng phương pháp vôi để sản xuất mật trầm, đường phên, đường cát vàng v.v... Phương pháp vôi có thể chia làm mấy loại sau: - Cho vôi vào nước mía lạnh; - Cho vôi vào nước mía nóng; - Cho vôi nhiều lần đun nóng nhiều lần; Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh: Trước hết nước mía hỗn hợp được lọc bằng lưới lọc để loại cám mía cân và bơm đến thùng trung hoà và cho vôi đến pH=7,5. Mỗi tấn mía cho khoảng 0,5-0,9 kg vôi. Khuấy đều nước mía, đun nóng đến nhiệt độ 1050C rồi cho vào thùng lắng để loại bọt và chất kết tủa sẽ thu được nước lắng trong.Đem lọc nước bùn từ thiết bị lắng được nước lọc trong.hỗn hợp nước lắng trong và nước lọc được đem đi cô đặc. Sơ đồ công nghệ của phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh Nước mía hỗn hợp Thùng trung hoà (pH=7.2-7,5) Đun nóng (102-1050C) Thùng lắng Nước bùn Nước lắng trong ép lọc Nước Bùn lọc trong Cô đặc Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng: Trước hết đun nóng nước mía dến nhiệt độ 1050C. Một số keo (anbumin, silic hidroxit) bị ngưng tụ dưới tác dụng của nhiệt và pH của nước mía hỗn hợp. Cho vôi vào thùng trung hoà, khuấy trộn đều để kết tủa hoàn toàn, sau đó loại chất kết tủa ở thiết bị lắng. Ưu điểm của phương pháp này là tốc độ lắng tương đối nhanh, lượng vôi giảm chừng 15-20% so với phương pháp trên hiện tượng đóng cặn giãm. Nếu khống chế nhiệt độ và pH không tốt, ví dụ, khỉ ở 1150C, pH=8, đường khử sẽ bị phân huỷ, nếu pH thấp. Đường sacaroza bị chuyển hoá. Để tránh hiện tượng chuyễn hoá và phân hủy đường và để có thể ngưng tụ keo dưới tác dụng của nhiệt độ và pH của nước mía có thể dùng phương pháp cho vôi phân đoạn. Phương pháp cho vôi phân đoạn: Đây là phương pháp ưu việt, được dùng từ năm 1936. Trước hết cho vôi vào nước mía hỗn hợp đến pH=6,4, đun sôi nước mía, lại cho vôi đến pH=7,6 lại tiếp tục đun sôi và lắng. Ưu điểm của phương pháp là hạt kết tủa lớn lắng nhanh, tiết kiệm được 35% lượng vôi so với phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh, loại được nhiều chất không đường,giãm lượng bùn, hiệu suất làm sạch cao. Ưu khuyết điểm của các phương pháp cho vôi: Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh: - Quản lý thao tác đơn giản - Trước khi đun nóng, cho vôi vào nước mía đến trung tính do đó tránh được sự chuyển hoá đường sacaroza. Nếu cho vôi đều đặn, có thể tránh được sự phân huỷ đường khử. - Lượng vôi dùng nhiều. - Độ hoà tan của vôi ở trong nước mía lạnh tăng, do đó nếu vôi quá thừa thì sau khi đun nóng, vôi sẽ đóng cặn ở thiết bị. - Hiệu suất làm sạch thấp Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng: - Loại được protein tương đối nhiều. Do nhiệt độ cao sự kết tủa của Ca3(PO4)2 tương đối hoàn toàn. - Hiệu quả làm sạch tốt. Chênh lệch độ tinh khiết của mía cao… - Tốc độ lắng lớn ,dung tich nước bùn nhỏ. - Tiết kiệm lượng vôi khoảng 15-20% so với phương pháp lạnh. - Sự chuyển hoá đường sacaroza tương đối lớn. - Khó khống chế màu sắc nước mía đậm. Phương pháp cho vôi phân đoạn: - Hiệu suất làm sạch tốt. Loại được các chất không đường nhiều. Độ tinh khiết tăng cao, tốc độ kết tinh nhanh, dung tích nước bùn nhỏ. - Tiết kiệm khoảng 35% vôi so với phương pháp lạnh. - Sơ đồ công nghệ phức tạp. - Sự chuyển hoá và phân hủy sacaroza tương đối lớn. II.2.2. Phương pháp sunphít hoá. Phương pháp sunfit hoá cò gọi là phương pháp SO2 vì trong phương pháp này người ta dùng lưu huỳnh dưới dạng SO2 để làm sạch nước mía. Phương pháp sunfit hoá có thể chỉâ làm ba loại: - Phương pháp sunfit hoá axit. - Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh. - Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ. Đặc điểm của phương pháp sunfit hoá axit là xông SO2 vào nước mía đến pH axit và thu được sản phẩm đường trắng. Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm nên được dùng rộng rãi trong sản xuất đường. Đặc điểm của phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh là trong quá trình làm sạch nước mía có một giai đoạn tiến hành ở pH cao. Hiệu quả làm sạch tương đối tốt, đặc biệt đối với loại mía xấu và bị sâu bệnh. Nhưng do sự phân huỷ đường tương đối lớn, màu nước mía đậm, tổn thất đường nhiều nên hiện nay không sử dụng phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ (pH=8-9) có đặc điểm là chỉ tiến hành thông SO2 vào nước mía, không thông SO 2vào mật chè và sản phẩm đường thô. 1. Sơ đồ công nghệ của phương pháp sunfit hoá axit Nước mía hỗn hợp Đun nóng lần I(55-600C) Thông SO 2 lần I (pH=3,4-3,8) Trung hoà (pH=6,8-7,2) Đun nóng lần II(102-1050C) Thiết bị lắng Nước bùn Lọc ép Nước mía trong Nước lọc bùn trong Đun nóng lần III(110-1150C) Cô đặc Thông SO 2 lần II (pH=6,2-6,6) Lọc kiểm tra Mật chè trong 2. Sơ đồ công nghệ của phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh Đặc điểm của phương pháp này là dùng hai điểm pH,pH trung tính và pH kiềm mạnh (10,5-11). Do dùng pH kiềm mạnh nên có thể loại được P2O5, SiO2, Al2O3, Fe2O3, MgO v.v... nhưng điều kiện công nghệ của phương pháp này chưa ổn định. Nước mía hỗn hợp Đun nóng lần I(60-650C) SO2,Ca(OH)2 Trung hòa Cho vôi (pH=10,5-11) Máy lọc ép Nước bùn Nước mía có tính kiềm Ca(H2PO4)2,SO 2 Trung hoà (pH=7,4-7,6) Đun nóng lần II(100-1020C) Lắng Nước lắng trong Bốc hơi Thông SO 2 lần II Mật chè Sơ đồ công nghệ của phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ Đây là phương pháp sản xuất đường thô, so với phương pháp vôi thì hiệu quả loại chất không đường tốt hơn, nhưng thiết bị và thao tác phức tạp hơn, hoá chất tiêu hao nhiều hơn nên hiện nay ít dùng. Nước mía hỗn hợp Thùng cho vôi Đun nóng(50-600C) Thùng trung hoà(pH=7-7,2) Đun nóng Nước bùn Thùng lắng Lọc ép Nước mía trong Nước lọc Bùn trong Cô đặc Mật chè 3. Điều kiện công nghệ các phương pháp sunfit hoá a. Lượng vôi. Cho vôi sơ bộ. Nước mía hỗn hợp thường được cho vôi sơ bộ đên pH=6,4-6,6 Trước hết vôi có tác dụng trung hoà nước mía và ngưng tụ keo trước khi đun nóng. Trong nước mía có nhiều loại keo với những pH đẳng diện khác nhau, cần xác định trị số pH thích hợp để ngưng tụ được nhiều keo, đồng thời không ảnh hưởng đến sự chuyển hoá và phân huỷ đường. Sau nữa, do tác dụng của ion Ca2+ đối với chất nguyên sinh rế bào sinh vật nên ức chế được sự phát triển của vi sinh vật. Cho vôi trung hoà, lượng vôi cho vào quyết định bởi tính axit của nước mía và nồng độ SO2 trong nước mía. Mặt khác khi cho vôi vào nước mía cần đảm bảo chất lượng của nước v.v... lượng vôi dùng khoảng 0,2 -0,3% so với trọng lượng mía ép. Thứ tự cho vôi vào nước mía đóng vai trò quan trọng. Cho vôi trước hoặc thông SO2 trước là một vấn đề đang được nghiên cứu. Theo Honig, nếu hàm lượng P2O5 trong nước mía nhỏ hơn 150mg/l, lượng chất như Fe3+, Al3+ nhỏ hơn 120 mg/l, SiO2 nhỏ hơn 800mg/l thì tốt nhất là thông SO2 trước cho vôi sau. Thứ tự cho vôi và thông SO2 có thể tiến hành theo ba cách như sau: - Cho vôi trước thông SO2 sau; - Thông SO2 trước cho vôi sau; - Thông SO2 và cho vôi đồng thời. Cho vôi trước thông SO2 sau Ưu điểm: Sau khi đun nóng lần thứ nhất, cho vôi đến pH=6, tạo điểm ngưng tụ của keo và có thể khống chế nhiều điểm ngưng tụ của keo. Khuyết điểm: Nước mía có tính kiềm làm đường khử phân huỷ tạo muối canxi hoà tan, tăng hàm lượng muối canxi trong nước mía trong ; Trong môi trường, sự kết tủa của CaCO3 có tính xốp dễ bị thuỷ phân, có dung tich lớn, lắng chậm, lọc khó và cần nhiều diện tích lọc; Khi vôi vào một lượng nhất định, không thể nâng cao cường độ S và SO2 quá nhiều sẽ tạo thành Ca(H2SO3) hoà tan. Thông SO2 trước cho vôi sau Ưu điểm: - Trong môi trường axit sự tạo kết tủa CaSO3 rắn chắc, lắng tốt, lọc dễ dàng; - Nếu cho vôi ở nhiệt độ cao hiện tượng phân huỷ đường khử không nhiều, màu sắc nước mía tương đối tốt; Trị số pH của mía tương đối thấp, có thể loại phần lớn chất không đường hữu cơ, sau đó cho vôi vào đến pH gần trung tính, một phần chất keo có thể ngưng tụ. Khuyết điểm: - Thông SO2 trước, nước mía có tính axit mạnh, một phần sacaroza bị chuyển hoá. Cho vôi và SO2 đồng thởi Ưu điểm: - Nếu khống chế tốt, có thể tránh được hiện tượng chuyển hoá và phân huỷ đường. Khuyết điểm: - Khó khống chế trị số pH của của nước mía, dễ sinh hiện tượng quá kiềm hoặc quá axit. - Tác dụng ngưng tụ của keo không tốt bằng hai phương pháp trên. b. Trị số pH trung hoà Trong phương pháp SO2, việc khống chế trị số pH trung hoà là một vấn đề rất quan trọng. Nó ảnh hưởng lớn hiệu quả làm sạch và thu hồi đường. Để việc tạo kết tủa CaSO3 hoàn toàn, cần tránh hiện tượng quá axit vì sẽ tạo Ca(HSO3)2 hoà tan và sau đó nếu ở nhiệt độ cao Ca(HSO3)2 sẽ phân ly tạo chất kết tủa đóng cặn ở các thiết bị truyền nhiệt và bốc hơi. Nếu nước mía có tính kiềm, đường khử sẽ bị phân huỹ tăng chất màu và axit hữu cơ, tăng lượng muối canxi trong nước mía. Mặt khác, trong môi trường kiềm do tính chất thuỷ phân của kết tủa CaSO3 nên tạo dung tích lớn, tăng lượng bùn lọc và do đó tăng diện tích lọc ép. Để tránh các hiện tượng trên, cần khống chế pH lắng trong khoảng 7,0. Do tính chất và thành phần nước mía luôn thay đổi cần thí nghiệm tìm trị số pH thích hợp kiềm. Nếu có được trị số pH thích hợp thì hiệu quả làm sạch sẽ tốt CaO trong nước mía ít, màu sắc nhạt v.v... c. Nhiệt độ Nhiệt độ đun nóng lần thứ nhất là 55-750C, tác dụng của nó như sau: - Làm mất nước của chất keo ưa nước, tăng nhanh quá trình ngưng tụ keo. - Tăng nhanh tốc độ phản ứng hoá học. Theo Honig thì hiệu suất hấp thụ SO2 vào nước mía tốt nhất ở nhiệt độ 750C. - ở nhiệt độ càng cao, sự hoà tan của các muối CaSO3, CaSO3 giảm, kết tủa càng hoàn toàn. Khi thông SO2. ít tạo ra hiện tượng quá bảo hoà, giảm độ cặn ở thiết bị bốc hơi vầ truyền nhiệt. Nhiệt độ đun nóng lần thứ hai thường là 100-1050C. Nếu nhiệt độ quá cao, nước mía sôi lắng sẽ không tốt. Tác dụng của đun nóng lần thứ hai là giãm độ nhớt tăng nhanh độ lắng. d. Thông SO2 Trong phương pháp sunfit hoá, việc thông SO2 chia làm hai lần, lần thứ nhất trước khi cho vôi của phương pháp SO2axit và lần thứ hai thông SO2 mật chè sau khi bốc hơi. Thông SO2 lần thứ nhất là tạo chất kết tủa có tính hấp phụ, có thể hấp phụ các chất không đường: chất màu, kết tủa. SO2 có thể dùng ở dạng lỏng hay dạng khí. Để tạo ra SO2 các nhà máy đường ở nước ta đều dùng SO2 ở dạng khí. Đốt S sẽ được SO2. Khi đốt S nếu công thức nước và nếu SO2 bị oxi hoá thành SO3 thì SO3 kết hợp với nước tạo thành H2SO4, H2SO4 là axit mạnh ăn mòn thiết bị. Mặt khác khi trung hoà với H2SO4 sẽ kết hợp với Ca2+ tạo thành chất kết tủa đóng cặn ở thiết bị. Sự tạo thành khí SO3 sẽ làm mất đi một lượng khí SO2 như sau. Nguyên nhân tạo thành khí SO2 như sau: - Nhiệt độ cháy quá cao; - Oxi quá nhiều; - Hỗn hợp khí (SO2 ,N2,O2) tiếp xúc với nước hay sắt. Để đề phòng hiện tượng trên, cần đảm bảo lượng nước trong lưu huỳnh theo quy định, dùng vôi để hút nước trong không khí cho lò đốt lưu huỳnh và thường xuyên cạo rỉ sắt của cửa lò. Nhiệt độ cháy của lưu huỳnh khoảng 250-3000C, nếu vượt quá nhiệt độ đó (quá 4400C) sẽ sinh hiện tượng lưu huỳnh thăng hoa tạo thành khí lưu huỳnh. Khi lưu huỳnh gặp lạnh biến thành lưu huỳnh tinh thể đọng lại trong các đường ống. Do đó là đốt cần có bộ phận làm lạnh để giảm nhiệt độ. II.2.3 Phương pháp cacbonat hoá Phương pháp CO2 (còn gọi là phương pháp cacbonat hoá) là phương pháp có nhiều ưu điểm, dùng phổ biến ở nhiều nước (Đài Loan, Indonesia). ở nước ta nhà máy đường Vạn Điểm sản xuất đường theo phương pháp cacbonat hoá. Phân loại phương pháp CO2 như sau: - Phương pháp thông CO2 một lần. - Phương pháp thông CO2 chè trung gian. - Phương pháp CO2 thông thường (thông CO2 hai lần, thông SO2 hai lần). Sơ đồ công nghệ của phương pháp cacbonat hoá 1. Sơ đồ công nghệ của phương pháp thông CO2 một lần Nước mía hỗn hợp Đun nóng lần I(50-550C) Thiết bị thông CO2 (độ kiềm 300-500mg CaO/l) ép lọc SO2 Thông SO2 (pH=7,0) Đun nóng lần II (1000C) Bốc hơi Mật chè Đặc điểm của phương pháp thông CO2 một lần là cho vữa vôi vào nước mía một lần và thông CO2 một lần đến độ kiềm thích hợp nhất. Khuyết điểm chủ yếu của phương pháp thông CO2 một lần là nước mía chỉ qua một điểm đẳng diện, loại chất không đường ít. Ngoài ra vì thông CO2 sau khi cho vôi nên tạo phức đường vôi ảnh hưởng đến hiệu suất hấp phụ CO2 và tạo nhiều bọt. Sơ đồ công nghệ của phương pháp CO2 chè trung gian Đặc điểm của phương pháp là sau khi đun nóng đến nhiệt độ 1000C, bốc hơi đến nhiệt độ mật chè 35-40 Bx nước mía hỗn hợp được xử lý như phương pháp CO2 như phương pháp CO2 thông thường. Khi cô đặc nước mía đến nồng độ cao, hàm lượng chất không đường trong nước mía tăng tương đối tập trung, phản ứng tương đối hoàn toàn, tiết kiệm được hoá chất, loại nhiều chất không đường, trong thiết bị ít bị cặn đóng Nhưng còn chưa xác định được nồng độ chè trung gian thích hợp và lượng đường tổn thất trong bùn còn nhiều. Sơ đồ công nghệ của phương pháp thông CO2 thông thường Nước mía hỗn hợp Cho vôi sơ bộ (pH=6,2-6,6) Đun nóng lần I (50-550C) Thông CO2 lần I(pH=10,5-11,0) Lọc ép lần I Thông CO2 lần II(pH=7,8-8,2) CO2, Ca(OH)2 Thông CO2 lần I (pH=10,5-11,0) Lọc ép lần I CO2 Thông CO2 lần II (pH=7,8-8,5) Đun nóng lần II (75-800C) Lọc ép lần II SO2 Thông SO2 lần I (pH=6,8-7,2) Đun nóng lần II (75-800C) Bốc hơi (55-60Bx) Mật chè thô SO2 Thông SO2 lần II (pH=6,2-6,6) Lọc kiểm tra Mật chè trong Trong ba phương pháp trên, phương pháp CO2 thông thường được dùng phổ biến nhất trong sản xuất đường. Điều kiện công nghệ của phương pháp CO2 thông thường: 1. Cho vôi sơ bộ Lượng vôi phụ thuộcvào thành phần và pH của nước mía hỗn hợp, thường dùng 0,2% so với trọng lượng nước mía hỗn hợp. Tác dụng của vôi là trung hoà nước mía, làm đông tụ và kết tụ axit hữu cơ và keo, lọc ép lần I dễ dàng, giảm màu sắc. ở nhà máy đường củ cải thường cho chảy về một lượng đường nhất định đã thông CO2 lần I để tạo nhân kết tủa khi cho vôi sơ bộ .Nhưng nước mía chứa nhiều đường khử mà nước mía thông CO2 lần I có độ kiềm cao có thể làm đường khử phân huỷ nhiều nên ít A 2. Thông CO2 lần thứ hai Mục đích của thông CO2 lần hai là giảm tối đa hàm lượng vôi và muối canxi trong nước mía và tiếp tục nâng cao nâng cao độ tinh khiết của nước mía. Nếu vôi và muối không được tách ra ở thiết bị bốc hơi sẽ đóng cặn nhanh chóng. Sau thông CO2 lần I thường còn 0,04-0,06% CaO ở trong nước mía lọc trong. 3. Ưu khuyết điểm của phương pháp thông CO2 Ưu điểm: - Hiệu quả làm sạch tốt. Chênh lệch độ tinh khiết của nước mía trước và sau làm sạch đến 4-5 lần. - Loại khỏi nước mía một lượng lớn chất keo, chất màu và chất vô cơ (MgO, Fe2O3, Al2O3). Hàm lượng muối canxi trong nước mía trong ít - Đóng cặn trong thiết bị 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. Khuyết điểm: - 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 bị 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 bị thông CO2 lần I thường xẩy ra hiện tượng tràn bọt, ở gian đoạn bốc hơi trị số pH giảm nhiều). Trên đây giới thiệu các phương pháp làm sạch nước mía. Phương pháp vôi dùng để sản xuất đường thô. Thiết bị và quy trình công nghệ tương đối đơn giản nhưng hiệu suất thu hồi đường thấp. Phương pháp sunfit hoá cho sản phẩm đường trắng. Trong quá trình bảo quản đường dễ bị ẩm và biến màu. Phương pháp cacbonat hoá cho sản phẩm đường trắng, chất lượng đường có thể dùng trong công nghệ đồ hộp. Hiệu suất thu hồi đường cao nhưng quy trình công nghệ thiết bị phức tạp, yêu cầu kỹ thuật cao. Nếu dùng phương pháp trao đổi ion, chất lượng đường trắng tốt, giảm đóng cặn ở thiết bị, lượng mật cuối ít, hiệu suất thu hồi cao, thường dùng trong sản xuất đường tinh luyện và glucoza. Nhưng giá thành sản phẩm cao, mất nhiều thời gian tái sinh chất trao đổi ion và tiêu hao nhiều hoá chất… III. Cô đặc nước mía. III.1. Cơ sở lý thuyết của cô đặc. Việc lấy đường từ nước mía được tiến hành theo hai giai đoạn: cô đặc nước mía ở thiết bị công thức đựac thành mật chè và nấu mật chè ở thiết bị nấu chân không. Nhiệm vụ của hệ cô đặc là bốc hơi nước mía có nồng độ 13- 15Bx đến nồng độ 60 - 65Bx. Nếu cô đặc nước mía đến nồng độ chất khô quá cao (ví dụ lên tới 70Bx) sẽ xuất hiện tinh thể đọng lại trong đường ống và bơm. Mặt khác nồng độ mật chè quá lớn, độ nhớt lớn khiến lọc khó khăn. III.2. Thao tác và khống chế quá trình cô đặc. Để thực hiện tốt quá trình cô đặc cần thao tác và khống chế các vấn đề chủ yếu sau đây. 1. Khống chế độ chân không và áp suất hơi Nhiệt độ và áp suất trong các thiết bị cô đặc có liên quan mật thiết đến nhiệt độ sôi của dung dịch trong các thiết bị đó. Độ chân không càng cao, điểm sôi càng thấp, áp suất hơi càng lớn, dung dịch đường sôi càng mạnh. Thường độ chân không của thiết bị cuối hệ cô đặc khoảng 580 - 600 mmHg. Nếu độ chân không cao hơn nữa dẫn đến độ nhớt lớn ảnh hưởng tới đối lưu vfa truyền nhiệt. Trong trường hợp áp suất hơi hiệu Im không đủ, đọ chân không các hiệu tăng cao sẽ ảnh hưởng tới năng suất bốc hơi. Để giải quyết vấn đề đó cần mở ti van hơi hiệu I và điều chỉnh van hơi ở phòng đốt các hiệu sau, đóng nhỏ van nước mía vào đến khi trở lại trạng thái bình thường. Nếu xảy ra trường hợp ngược lại, đóng van hợi hiệu I nhỏ (giảm nguồn nhiệt), mở to van chân không, ống thoát ngưng tụ và van nước mía vào. 2. Khống chế chiều cao dung dịch Để tránh hiện tượng “chạy” đường cần khống chế tốt tốc độ bốc hơn và chiều cao dung dịch. Lúc hiệu số nhiệt độ có ích lớn, tốc độ bốc hơi và chiều cao dung dịch. Lúc hiệu số nhiệt độ có ích lớn tốc độ bốc hơi tăng, cần duy trì ổn định chiều cao dung dịch, nếu chiều cao dung dịch lớn cần mở to van để dung dịch chảy ra một ít. Trường hợp độ chân không hai hiệu liền nhau sai khác nhau nhiều, dung dịch không thể từ hiệu trước chảy ra hiệu sau, cần mở to van dung dịch ra, nếu không có kết quả thì điều chỉnh độ chân không hiệu đó nhỏ lại và tăng độ chân không hiệu sau. 3. Khống chế lượng hút hơi thứ Trong điều kiện kỹ thuật nhất định, lượng hơi thứ cần hút nhất định. Nếu lượng hơi hút dùng luôn thay đổi sẽ dẫn đến thay đổi hiệu số nhiệt độ có ích của các hiệu, ảnh hưởng đến nồng độ mật chè. Nếu dùng hơi thứ cho nấu đường thì lượng hơi đó cần lấy ở hai nguồn: hơi thải và hơi thứ vì nấu đường không liên tục. Dựa vào kinh nghiệm, lượng hơi thứ dùng cho nấu đường khoảng khoảng 60-70% tổng lượng hơi của nấu đường là thích hợp. 4. Thoát nước ngưng tụ Việc thoát nước ngưng tụ ở các hiệu có quan hệ chặt chẽ đến tốc độ bốc hơi. Nếu có một hiệu nào đó thoát nước ngưng không tốt, nước ngưng đọng lại nhiều trong phòng đốt ,giảm lượng hơi đốt vào phòng và ảnh hưởng đến tốc độ bốc hơi thì cần mở van khí không ngưng ở phòng đốt to hơn để việc thoát nước ngưng được dễ dàng. 5. Thoát khí không ngưng Khí không ngưng ở phòng đốt cần thoát ra bình thường .Sự tồn tại của khí không ngưng trong phòng đốt sẽ làm giảm hệ số cấp nhiệt của hơi và do đó giảm năng suất bốc hơi. Nếu việc thoát khí không ngưng không tốt ở một hiệu nào đó thì áp suất hiệu trước tăng cao và ở hiệu đó có hiện tượng giảm áp suất. Lúc đó cần mở to van xả khí không ngưng đến khi trở lại trạng thái ổn định. IV. Nấu và kết tinh đường. Nhiệm vụ nấu đường là tách từ mật chè, đưa dung dịch đến quá bảo hoà. Sản phẩm nhận được sau khi nấu gọi là đường non gồm tinh thể đường và mật cái. Quá trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi dung dịch, tránh hiện tượng caramen hoá và phân huỷ đường. Nhiệt độ nấu đường trong khoảng 70-800C. Đối với các sản phẩm cấp thấp quá trình kết tinh còn tiếp tục thực hiện trong các thiết bị kết tinh còn tiếp tục thực hiện trong các thiết bị kết tinh làm lạnh bằng phương pháp giảm nhiệt độ. IV.1. Quá trình nấu đường. IV.1.1. Nấu đường gián đoạn. Có thể chia quá trình nấu đường ra 4 giai đoạn: cô đặc đầu, tạo mầm, nuôi tinh thể và cô đặc cuối. 1. Cô đặc đầu Cô dung dịch đến nồng độ cần thiết để chuẩn bị cho sự tạo tinh thể. Tuỳ theo phương pháp gây mầm mà khống chế nồng độ khác nhau. Giai đoạn này cô ở chân không thấp nhất (600-620mmHg) để giảm nhiệt độ sôi dung dịch, giảm sự phân huỷ đường. Lượng nguyên liệu gốc cần phải phủ kín bề mặt truyền nhiệt của nồi nấu hiện tượng cháy đường. 2. Sự tạo mầm tinh thể Đây là thời điểm quan trọng của quá trình nấu đường. Dùng kinh nghiệm hoặc các dụng cụ kiểm tra để tìm thời điểm tạo mầm tinh thể. Có thể quan sát sự thay đổi nồi nấu như sau: đầu tiên dung dịch sôi mạnh, các bọt hơi chuyển động nhanh trên kính quan sát. Khi cô đặc độ dộ nhớt dung dịch tăng lên, sự truyền nhiệt và sự sôi giảm, các bọt khí chuyển động rất chậm, đồng thời các giọt mật rơi chậm trên kính cà để lại nhiều vết. Có các phương pháp tạo mầm tinh thể sau: - Tạo mầm tự nhiên - Phương pháp kích thích - Phương pháp tinh chúng - Nấu giống - Đường hồ 3. Nuôi tinh thể Sau khi tinh thể đã tạo đủ, nhanh chóng dùng nguyên liệu hoặc nước nấu 2-3 lần để giảm độ quá bảo hoà xuống còn 1,05-1,10 không cho tinh thể mới xuất hiện. Giai đoạn này gọi là cố định tinh thể. Nhiệm vụ của giai đoạn tiếp theo là nuôi các tinh thể lớn lên nhanh chóng và đều, cứng, bảo đảm chất lượng của đường bằng cách nấu với các nguyên liệu đã được phối liệu. Nguyên tắc chung là nguyên liệu cho vào nấ._.