Chương 1 CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA

1.1. Nguyên liệu mía

1.1.1. Phân loại

Cây mía thuộc họ hoà thảo, giống sacarum, được chia làm 3 nhóm chính:

● Nhóm Sacarum officinarum: là giống thường gặp và bao gồm phần lớn các chủng đang

trồng phổ biến trên thế giới

● Nhóm Sacarum violaceum: Lá màu tím, cây ngắn cứng và không trổ cờ

● Nhóm Sacarum simense: Cây nhỏ cứng, thân vàng nâu nhạt, trồng từ lâu ở Trung Quốc

Giống mía đóng một vai trò rất quan trọng trong việc sản xuất nguyên liệu cho công nghiệp

chế biến đường. Các giống mía có thời gian sinh trưởng khác nhau (chín sớm, chín trung bình,

chín muộn) góp phần hình thành cơ cấu giống mía, nhằm rải vụ trồng và kéo dài thời gian chế

biến cho các nhà máy đường.

Trong sản xuất thường chú ý phát triển mạnh các giống sau:

● Giống ROC1-Tân Đại Đường1 (Đài Loan): chín sớm, thích ứng rộng, hàm lượng

đường cao, năng suất cao, chịu đất xấu, chịu hạn, gốc nẩy mầm chậm, thu hoạch vào đầu vụ.

● Giống ROC10-Tân Đại Đường10 (Đài Loan): có đặc tính chung giồng ROC1 như

thích ứng rộng, chịu được đất chua mân, chụ thâm canh, chín trung bình, thu hoạch vào giữa và

cuối vụ.

● Giống Quế đường 11 (Quảng Tây- Trung Quốc): chin sớm, thu hoạch vào đầu vụ, sinh

trưởng mạnh, khả năng lưu gốc tột, t1inh thịch ứng rộng, chịu hạn, chịu đất xấu, chịu ẩm ướt,

năng suất cao và có hàm lượng đường cao.

Ngoài ra chúng ta đã lai tạo được một số giống mía cho năng suất cao như: Việt đường

54/143 (hàm lượng đường 13,5 – 14,5%, loại chín sớm), Việt đường 59/264 (hàm lượng đường

14 – 15%, không trổ cờ), VN 65 – 71 (năng suất 70 – 90 tấn/ ha), VN 65 – 48 (năng suất 50 – 95

tấn/ ha), VN 65 – 53 (năng suất 45 – 80 tấn/ ha).

1.1.2. Hình thái

Cây mía gồm 3 phần chủ yếu: rễ, thân và lá.

● Rễ mía: thuộc loại rễ chùm, có tác dụng giữ cho mía đứng, hút nước và các chất dinh

dưỡng từ đất để nuôi cây mía. Một khóm mía có thể có 500-2000 rễ, trọng lượng chiếm 0.855%

trọng lượng cây mía, thường tập trung ở độ sâu 0.3-0.4m, cá biệt tới 1-1.5m.

● Thân mía: hình trụ đứng hoặc hơi cong, tuỳ theo giống mà màu sắc khác nhau như:

vàng nhạt, màu tím đậm… Trên vỏ mía có một lớp phấn trắng bao bọc. Thân mía chia làm nhiều

dóng, mỗi dóng mía dài khoảng 0,05-0,304 m (tuỳ theo giống mía và thời kỳ sinh trưởng). Giữa

2 dóng mía là đốt mía, đốt mía bao gồm đai sinh trưởng, đai rễ, đai phấn mầm, và sẹo lá.

Thông thường, mía phát triển theo chiều cao từ 2.43-2.35m/năm hay 2-3 dóng/tháng.

● Lá mía: làm nhiệm vụ quang hợp nước, CO2 và các chất dinh dưỡng để biến thành gluxit,

các chất tổng hợp có chuỗi nitơ và là bộ phận thở và thoát ẩm của cây mía Lá mọc từ chân đốt

mía thành hàng so le hoặc theo đường vòng trên thân cây. Lá mía màu xanh (với một số giống cá

biệt có thêm màu vàng hoặc tím), mép lá có hình răng cưa, mặt ngoài phần lớn có lớp phấn mỏng

và lông bám. Tuỳ thuộc vào giống mía, lá có chiều dài 0,91–1,52m, chiều rộng 0,01 – 0,30m.

1.1.3. Thu hoạch và bảo quản

Mía được xem là chín khi hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và lượng đường khử

còn lại ít nhất.

Các biểu hiện đặc trưng của thời kỳ mía chín:

● Lá chuyển sang màu vàng, độ dày của lá giảm, các lá sít vào nhau, dóng ngắn dần

● Hàm lượng đường giữa gốc và ngọn xấp xỉ nhau

● Hàm lượng đường khử dưới 1%, (có khi chỉ còn 0,3%).

Khi mía chín, tuỳ theo giống mía và điều kiện thời tiết mà lượng đường này duy trì

khoảng 15 – 60 ngày. Sau đó, lượng đường bắt đầu giảm dần (giai đoạn này gọi là mía quá lứa,

hay mía quá chín).

Ở các nước phát triển (Mỹ, Đức,…) thu hoạch mía bằng cơ giới là chủ yếu, nhiều loại máy

liên hợp vừa đốn mía, chặt ngọn và cắt khúc được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên ở nước ta hiện

nay, việc thu hoạch mía vẫn còn bằng phương pháp thủ công, dùng dao chặt sát gốc và bỏ ngọn.

Sau thu hoạch hàm lượng đường giảm nhanh, do đó mía cần được vận chuyển ngay về nhà

máy và tiến hành ép càng sớm càng tốt. Để hạn chế tổn thất đường sau khi thu hoạch, có thể áp

dụng các biện pháp sau:

● Chặt mía khi trời rét hoặc hơi rét

● Khi chặt cho mía ngã theo chiều của luống, các cây mía gối lên nhau (ngọn cây này

phủ trên gốc cây kia)

● Chất mía thành đống có thể giảm sự phân giải đường

● Dùng lá mía thấm nước che trong lúc vận chuyển, có thể dùng nước tưới phun vào mía.

1.1.4. Tính chất và thành phần nước mía

Mía là nguyện liệu chế biến đường, do đó quá trình gia công và điều kiện kỹ thuật chế biến

đường đều căn cứ vào mía, đặc biệt là tính chất và thành phần của nước mía.Thành phần hóa học

của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín, sâu bệnh,…

Bảng.1.1: Thành phần hóa học của mía và nước mía

Nguyên liệu Thành phần Hàm lượng (%)

Mía

Nước 70-75

Đường 9-15

Xơ 10-16

Đường khử 0.01-2

Chất không đường khác 1-3

Nước mía

Chất rắn hòa tan 100

Phần đường 75-92

Sacaroza 70-88

Glucoza 2-4

Fructoza 2-4

Các loại muối 3.0-7.5

Muối axit vô cơ 1.5-4.5

Muối axit hữu cơ 1-3

Axit hữu cơ tự do 0.5-2.5

Chất không đường hữu cơ khác

Anbumin 0.5-0.6

Tinh bột 0.001-0.050

Chất keo 0.3-0.6

Chất béo, sáp mía 0.05-0.15

Chất không đường chưa xác định 3-5

Lúc mía chín, phần đường cao, chất không đường thấp, do đó độ tinh khiết tương đối cao,

đồng thời phần nước giảm, phần xơ cũng tăng lên.

���� Đường sacaroza (C12H22O11): là 1 disacarit

Tính chất hóa học của sacaroza tương đối ổn định, nhưng dưới tác dụng của axit, kiềm và

nhiệt độ cao phát sinh các phản ứng hóa học.

● Dưới tác dụng của axit: sacaroza bị thủy phân thành glucoza và fructoza.

C12H22O11 + H2O ⇒ C6H12O6 + C6H12O6

Đường glucoza có tính quay cực phải còn fructoza quay trái. Đường sacaroza có tính quay

cực phải, tuy nhiên sau khi thủy phân biến thành quay trái, do đó, có tên gọi là sự chuyển hóa

đường, còn hỗn hợp glucoza và fructoza được tạo thành từ sự thủy phân sacaroza gọi là đường

chuyển hóa.

Tốc độ chuyển hóa sacaroza chịu ảnh hưởng của:

♦ pH dung dịch: giảm 1.0 thì nồng độ ion H+ dung dich tăng lên 10 lần và tốc độ chuyển

hóa cũng tăng lên 10 lần.

♦ Nhiệt độ: tăng 10oC thì tốc độ chuyển hóa tăng lên 3 lần.

♦ Vi sinh vật tạo enzyme chuyển hóa, mía không tươi và những góc chết của thiết bị

(máy ép) hoặc những nơi vệ sinh không sạch dẫn đến quá trình chuyển hóa đường tăng rất mạnh.

Đường sacaroza bị chuyển hóa làm giảm sản lượng đường, giảm hiệu suất thu hồi đường. Đó

là một sự tổn thất rất nghiêm trọng trong sản xuất đường, cần cố gắng tránh hoặc giảm thiều.

● Dưới tác dụng của kiềm:

Sacaroza trong môi trường kiềm tương đối ổn định. Tuy nhiên, khi nồng độ ion H+ và OH-

trong dung dich rất thấp ( pH khoảng 9), dưới tác dụng của nhiệt, đường sacarozabị phân hủy.

sản phẩm cuối cùng của sự phân hủy là chất màu và axit hữu cơ, trong đó axit lactic chiếm

khoảng 60%. Chất màu sẽ làm giảm chất lượng của đường còn axit hữu cơ làm chuyển hóa

đường sacaroza gây tổn thất cho sản xuất đường.

Lúc pH=9, ở áp lực thường và đun sôi trong một giờ, tổn thất đường 0.05%,. Trong dung

dich kiềm mạnh và gia nhiệt, sacaroza bị phân hủy nghiêm trọng.

● Tác dụng của nhiệt độ cao: sacaroza bị mất nước tạo thành caramen - sản phầm có màu

như caramenlan, caramenlen, caramenlin. Chất màu caramen được coi như hợp chất humin

(C12H8O4)n. Đó là sự polyme hóa ở mức độ khác nhau của β-anhidrit.

���� Đường khử (C6H12O6): chủ yếu là glucoza và fructoza.

Khi mía còn non hàm lượng glucoza và fructoza trong mía tương đối cao, nhưng khi mía

chin hàm lượng đó giảm đến mức thấp nhất. Tính chất hóa học của đường khử tương đối ổn định

ở pH=3. Dưới các điều kiện khác nhau, có thể sản sinh các loại phản ứng hóa học khác nhau tạo

thành nhiều loại sản phẩm khác nhau. Trong sản xuất đường, phản ứng quan trọng nhất có 2 loại.

● Phân hủy đường khử: trong môi trường đặc biệt và ở nhiết độ cao, glucoza và fructoza

sẽ phát sinh một loạt phản ứng hóa học và sản phẩm của sự phân hủy bao gồm: a.lactic,

a.glucosacarit, a.focmic, lacton.

Những axit này lại kết hợp với vôi (CaO) tạo thành muối hòa tan, tồn tại trong dung dịch

đường, vì vậy khi dung vôi xấu, hàm lượng muối canxi trong nước mía tăng.

● Phản ứng Maillard: tác dụng của đường khử và axit amin tạo thành những phản ứng

phức tạp, sản phẩm tạo thành melanoidin có màu nâu đậm, thường gọi là phản ứng màu nâu

(browning reaction).

Phản ứng này thường hay gặp trong tự nhiên hay trong công nghiệp thực phẩm và là nguyên

nhân làm nhiều loại thực phầm biến màu nâu đậm.

Ngoài axit amin, nhiều loại axit hữu cơ và một số muối vô cơ thúc đẩy tốc độ phân hủy

đường khử và tao thành phản ứng có màu như muối của axit cacbonit hay axit sunfurơ.

Trong dung dịch có tính axit:

♦ Đường khử glucoza và fructoza ổn định nhất ở pH=3.

♦ Axit hữu cơ mạnh hay yếu đều không có tác dụng đối với glucoza và fructoza.

♦ Axit vô cơ yếu và nhiệt độ thấp không có ảnh hưởng nhưng trong môi trường axit và

nhiệt độ cao, đường khử sẽ tạo thành oximetyfufuron và sau đó thành axit levulic và axit focmic.

���� Chất keo: gồm pectin và anbumin (do bản thân cây mía mang vào nước mía)

● Pectin

Tùy thuộc giống mía khác nhau mà hàm lượng pectin không giống nhau. Mía chưa thuần

thục so với chất khô có hàm lượng pectin tương đối nhiều, thường trong nước mía hàm lượng

khoảng 0.1%. Đặc tính của pectin là trong nước mía biến thành keo ngưng tụ, lúc có canxi tồn tại

rất rõ ràng, lúc gia vôi nước mía đến pH = 8.8 có thể làm đại bộ phận pectin kết lắng. Do pectin

tồn tại trong thành tế bào, nên hàm lượng pectin trong nước mía quyết định chủ yếu mức độ ép

mía. Trong môi trường axit mạnh hoặc môi trường kiềm, đặc biệt lúc nhiệt độ cao, pectin phân

hủy và hòa tan trong nước. Pectin co thể làm cho độ hòa tan của đường sacaroza tăng lên và nâng

cao độ nhớt của nước mía và mật chè.

● Anbumin: là hợp chất hữu cơ cao phân tử có chứa nitơ, hàm lượng nitơ chiếm khoảng

16% khối lượng của anbumin, có tính háo nước tương đối cao.

Anbumin trong nước mía tồn tại ở trạng thái keo, hàm lượng khoảng 9% so với chất không

đường của mía. Trong làm sạch nước mía, gia vôi và gia nhiệt có thể làm một bộ phận anbumin

ngưng kết, đồng thời hấp phụ các tạp chất khác cùng kết tủa nhưng còn một phần vẫn lưu lại

trong dung dịch keo.

���� Axit hữu cơ

Axit hữu cơ trong nước mía chủ yếu là a.aconitic, a.citric, a.malic, a.oxalic, a.glicolic,

a.sucinic, a.fumaric, trong đó hàm lượng a.aconitic chiếm nhiều hơn cả. Trong nước mía, các axit

hữu cơ có thể ở dạng tự do (chiếm 1/3 lượng axit chung), muối hòa tan hoặc không tan.

Ngoài a.oxalic có khả năng tạo thành muối kết tủa, các axit khác và muối của chúng hòa tan

trong nước. Axit hữu cơ trong mía càng nhiều càng hình thành nhiều muối canxi hòa tan, kéo

theo hệ số phân ly muối canxi hòa tan tăng lên. Hệ số phân ly muối canxi của axit hữu cơ tương

đối thấp không có lợi cho sự hình thành chất kết tủa canxi.

���� Chất béo và sáp mía

Hàm lượng chất béo và sáp trong nước mía và cây mía biến đổi nhiều phụ thuộc vào giống

mía, điều kiện sinh trưởng và điều kiện ép mía. Tổng lượng chất béo (lipid) có trong cây mía từ

0.2-0.3%. Sáp mía tồn tại bề ngoài của thân cây mía. Ở nhiệt độ thường sáp dễ tan trong các

dung môi như: hidrocacbua thơm, este dầu hỏa, ancol và aceton. Trong sản xuất đường mía, gần

60-80% lượng sáp theo bã mía, phần còn lại tồn tại trong bùn lọc.

Chất béo tồn tại trong tổ chức tế bào bên trong thân cây mía.

Qua nhiều lần ép, chất béo và sáp trong mía gần một nửa đi vào trong nước mía. Thành phần

chủ yếu chất béo và sáp không hòa tan trong nước nhưng có một phần có khả năng hình thành

dung dịch đục mà phân bố trong dung dịch, đặc biệt lúc khuấy trộn mãnh liệt hoặc nhiệt độ dung

dịch vượt qua điểm nóng chảy, có thể hình thành dung dịch “sữa’ đục tương đối ổn định.

Lúc làm sạch nước mía, đại bộ phận chất béo và sáp tùy thuộc sự ngưng kết của anbumin mà

hình thành chất kết tủa. Theo nghiên cứu của Bardorf, chất béo và sáp qua làm sạch bằng vôi có

thể loại khoảng 90% nhưng vẫn còn một ít tồn tại trong nước mía trong. Chất béo có thể dính

trên bề mặt vải lọc, gây trở ngại lọc nước mía.

���� Chất vô cơ

Trong nước mía có nhiều loại chất vô cơ với số lượng tương đối lớn. Thành phần cụ thể chủ

yếu quyết định bởi thổ nhưỡng, giống mía, phân bón, điều kiện canh tác,…

Chất vô cơ trong nước mía, ngoài a.photphoric (H3PO4) có lợi cho quá trình làm sạch, còn

lại đều là thành phần có hại. Canxi, Magiê, SO3, a.xilic,…là thành phần chủ yếu đóng cặn ở thiết

bị. k, Cl là nguyên nhân chủ yếu hình thành mật cuối.

Bảng 1.2: Thành phần vô cơ trong nước mía, mật chè và mật đường (Cane Sugar handbook 12th)

Thành phần Nồng độ chất khô

Nước mía thô Nước mía trong Mật chè Mật đường

K2O 0.4-2.0 0.3-1.0 0.7-1.0 2.3-6.5

Na2O

SO2

Cl2

CaO

MgO

SiO2

P2O5

Fe2O3

Tro sunfat

Tro dẫn điện 3.4-4.4 3.7-4.5 3.9-4.7 14.2-17.7

Theo số liệu phân tích của Viện nghiên cứu mía; ở ion dương, hàm lượng lớn nhất là K, kế

đến là Ca, Mg, còn lại như Na, Cu, Zn, Pb hàm lượng không nhiều, không đến 30 mg/KgBx. Ở

ion âm, nhiều nhất là gốc sunfat, silic và Cl.

Bảng : Thành phần vô cơ của nước mía nguyên (mg/KgBx)

Giống mía K Ca Mg Fe SiO2 SO4 Cl

Quế đường 57/423 1546 585 655 137 850 3460 795

Quế đường 63/237 1079 816 874 114 1180 4420 670

● Trong nước mía có một lượng lớn gốc a.sunfuric - thành phần chủ yếu của sự đóng cặn, vì

sunfat canxi hòa tan trong dung dịch nhưng về sau bốc hơi và nấu đường nồng độ đặc thì trích ra

làm đục mật chè và đóng cặn ở thiết bị.

● K2O, Na2O hầu như hòa tan trong nước, do đó lúc làm sạch nước mía khó loại đi ảnh

hưởng đến sản xuất đường và nguyên nhân tạo mật cuối.

● A.xilic: có tương đối nhiều trong nước mía và tồn tại ở trạng thái keo. Trong sản xuất

đường nó được coi là một loại chất không đường chủ yếu có hại. Trong thiết bị bốc hơi, a.xilic

tạo cặn rất khó loại trừ. Trong nấu đường, a.xilic tích tụ trên bề mặt tinh thể đường ảnh hưởng

đến chất lượng sản phẩm.

● P2O5: hàm lượng P2O5 trong nước mía rất có ý nghĩa trong làm sạch nước mía. Chất kết

tủa Ca3(PO4)2 có thể hấp phụ a.xilic, muối sắt hòa tan, chất không đường chứa nitơ, chất

béo,…Thường hàm lượng P2O5 trong nước mía đạt 350-450 ppm cho hiệu quả làm sạch tốt. Lúc

hàm lượng P2O5 quá thấp có thể tạo muối photphat có tính hòa tan.

���� Chất màu

Trong cây mía đã chứa sẵn các nhân tố có màu. Khi ép mía những nhân tố này hòa lẫn vào

nước mía. ngoài ra, trong quá trình sản xuất, sản sinh một số chất màu mới do kết quả phản ứng

hóa học giữa các chất không đường và tuy hàm lượng rất nhỏ nhưng cường độ màu ảnh hưởng

rất nhiều đến chất lượng nước mía và ngoại hình của đường cát trắng.

● Chất màu có trong cây mía

Diệp lục tố có trong bản thân cây mía gồm diệp lục tố a (C55H72O5N4Mg) và diệp lục tố b

(C55H70O4N4Mg), xantophin (C40H55O2) và carotene (C40H56),…Trong nước mía chúng hỗn hợp

với các loại chất béo mà tồn tại phân tán thành những hạt huyền phù. Khi gia nhiệt nước mía

cùng ngưng kết với anbumin. Chúng cùng với các loại vật chất nổi khác ngưng kết. Trong sản

xuất đường, nếu xử lý làm sạch tốt, phần lớn bị loại và đi vào nước bùn. Nếu làm sạch không tốt,

nước mía trong bị đục, có một phần cùng các loại chất béo khác phân tán trong nước mía, ảnh

hưởng không tốt đến sản xuất.

● Chất màu mới sinh ra trong quá trình sản xuất đường

Trong tổ chức tế bào mía, có rất nhiều vật chất nguyên là không màu, nhưng cùng các hợp

chất khác kết hợp, sau khi phản ứng hoặc phân hủy tạo thành chất màu, chủ yếu là poliphenon,

hợp chất amin và caramen đường.

Poliphenon kết hợp sắt tạo thành hợp chất màu nâu đậm. Axit amin kết hợp với đường khử

theo phản ứng Maillard tạo thành chất màu melanoidin có màu nâu xẩm. Ở nhiệt độ cao khoảng

200oC đường mất nước tạo thành dạng keo. Chúng là những chất có hại cho sản xuất đường.

1.1.5. Quản lý nguyên liệu mía

Nhiệm vụ của sản xuất đường là lấy được nhiều đường trong cây mía. Để làm tốt công việc

chế biến đường, cần cung cấp đầy đủ nguyên liệu mía có chất lượng tốt để nhà máy đường trong

một phạm vi lương xử lý thích hợp nhất làm giảm thấp giá thành, tiêu hao ít, thu hồi cao, có

được nhiều đường đạt chất lượng tốt và có hiệu quả kinh tế cao. Do đó, làm tốt công tác quản lý

nguyên liệu mía là một mắc xích quan trọng đảm bảo sản xuất tiến hành thuận lợi và phải coi

công tác đó là nhiệm vụ quan trọng nhất của sản xuất. Nội dung của công tác quản lý mía là cần

tìm hiểu và nắm vững tình hình phân bố vùng nguyên liệu, giống mía, số lượng và thời gian chin

của mía, đặc điểm công tác nông nghiệp vùng mía và tình hình sắp xếp lực lượng lao động, lực

lượng vận chuyển mía, thời vụ ép và thời gian xuống mía. Cuối cùng, khảo sát lượng mía xử lý

trong từng ngày, từng tháng 1 cách kinh tế nhất.

● Bố trí thời gian ép hợp lý.

● T/ hiện chín trước chặt trước, chặt xong vận chuyển ngay, mía về xưởng trước xử lý trước.

● Nâng cao chất lượng nguyên liệu mía: giảm thiểu tạp vật mía; đánh giá đúng chất lượng,

thực hiện chế độ nghiệm thu chất lượng mía.

1.2. Thu nhận và xử lý dịch nước mía

1.2.1. Xử lý sơ bộ mía – xé tơi mía

1.2.1.1. Mục đích

● Nâng cao lượng xử lý mía:

● Nâng cao hiệu suất ép:

1.2.1.2. Thiết bị xử lý mía

Quá trình xử lí mía trước khi ép bao gồm:

● San bằng mía: Do đưa xuống băng tải, mía ở trạng thái lộn xộn, không đồng đều, do dó

cần phải san bằng lớp mía trên băng tải, đảm bảo độ đồng đều của lớp mía, tăng mật độ mía.

● Băm mía: Mía được băm thành từng mảnh nhỏ nhằm phá vỡ lớp vỏ cứng của cây mía

làm tế bào mía lộ ra, đồng thời san mía thành lớp ổn định trên băng tải và nâng cao mật độ mía

trên băng tải. Nhờ vậy, nâng cao năng suất ép, nâng cao hiệu suất ép mía

● Đánh tơi: Sau khi qua máy băm, lượng mía chưa được băm nhỏ còn nhiều nên chúng

cần phải qua máy đánh tơi để phá vỡ hơn nữa tổ chức tế bào của cây mía, tạo tah2nh những sợi

dài là chủ yếu để thoát nước mía và thẩm thấu dễ dàng và làm tăng mật độ mía đưa vào máy ép.

Nếu dùng máy đánh tơi, hiệu suất ép có thể tăng khoảng 1%.

Thiết bị xử lý mía bao gồm: máy chặt mía, máy cắt xé mía, máy đập tơi mía.

1.2.2. Phương pháp lấy nước mía

1.2.2.1. Thu nhận nước mía bằng phương pháp ép

Đây là phương pháp được sử dụng phổ biến ở các nhà máy đường hiện nay. Nguyên lí của

phương pháp này là dùng lực cơ học làm biến đổi thể tích cây mía, từ đó phá vở tổ chức tế bào

để lấy nước mía. Lấy nước mía bằng phương pháp hiện đại là mía qua nhiều lần ép và nhiều lần

thầm thấu nhằm nâng cao hiệu suất ép.

���� Phương pháp ép khô

Đây là phương pháp ép lấy nước mía mà không sử dụng nước thẩm thấu, chỉ dùng áp lực làm

vở tế bào để lấy nước mía, do đó hiệu suất lấy đường thấp (khoảng 92 – 95%) và một lượng nhỏ

đường còn nằm trong tế bào không thể lấy ra được. Nước mía lấy được do không bị pha loãng

nên thuận lợi cho quá trình bốc hơi, tiết kiệm được năng lượng bốc hơi.

Phương pháp ép khô chỉ sử dụng ở các nhà máy đường thủ công, trong phòng thí nghiệm…

���� Phương pháp ép ướt (có sử dụng nước thẩm thấu)

Để lấy được nhiều đường ra từ cây mía, thì việc phun nước thấm vào bã mía được xem là

biện pháp hiệu quả. Khi mía bị ép, màng tế bào bị rách và co lại, đồng thời nước mía chảy ra.

Sau khi ra khỏi máy ép, các tế bào nở ra và có khả năng hút nước mạnh. Chính vì vậy, người ta

phun nước vào lớp bã để hoà tan một lượng đường còn lại trong tế bào, qua lần ép sau nước

đường pha loãng được lấy ra, và tiếp tục như vậy đến khi đường được lấy ra với mức cao nhất.

Thường có 3 phương pháp ép ướt:

● Phương pháp ép thẩm thấu đơn: chỉ dùng nước thẩm thấu vào bã mía mà không dùng nước

mía loãng. Dùng nước nóng phun ngay vào bã khi ra khỏi miệng ép (trừ máy ép cuối cùng), do

đó khả năng lấy đường từ mía là rất cao.

Tuy nhiên lượng nước thẩm thấu đưa vào lớn, nước mía hỗn hợp bị pha loãng, dẫn đến

khó khăn cho quá trình bốc hơi như: tiêu hao nhiều năng lượng, thời gian bốc hơi kéo dài, đồng

thời làm một lượng lớn đường bị chuyển hoá và phân hủy. Do đó, thường không được sử dụng.

nước mía hỗn hợp

bã nước nước nước

mía

Sơ đồ phương pháp ép thẩm thấu đơn

● Phương pháp ép thẩm thấu kép: đây là phương pháp có dùng nước mía pha loãng làm nước

thẩm thấu, thường được áp dụng cho hệ thống ép ở các nhà máy có 4 máy ép. Phương thức thẩm

thấu này cho hiệu quả tốt và được dùng phổ biến trong các nhà máy đường.

Theo phương thức này, thẩm thấu nước nóng ở máy cuối còn các máy trung gian thẩm

thấu bằng nước mía loãng. Nước nóng được phun vào bã khi ra khỏi miệng ép của máy ép thứ 3,

nước mía loãng ép ra từ máy 4 được bơm trở lại làm nước thẩm thấu cho bã ra khỏi máy ép thứ

2, nước mía loãng ép ra từ máy ép thứ 3 được bơm trở lại làm nước thẩm thấu cho bã ra ở máy

ép thứ nhất. Nước mía lấy ra từ máy 1 và máy 2 được tập trung lại thành nước mía hỗn hợp.

● Phương pháp ép thẩm thấu kết hợp: theo phương thức này, dùng nước nóng để thẩm thấu 2

máy cuối, các máy trung gian còn lại thẩm thấu bằng nước mía loãng. Áp dụng ở các nhà máy có

từ 5 máy ép trở lên và nâng công suất ép.

Phương thức thẩm thấu kết hợp cũng được dùng trong nhà máy đường tuy hiệu quả thẩm

thấu không bằng phương pháp thẩm thấu kép.

���� Thiết bị ép mía: thường có các loại sau: máy ép phổ thong 3 trục, máy ép kiểu nghiêng và

máy ép tỉ số hằng.

���� Sự hạn chế của phương pháp ép

● Trục ép là thiết bị thô kệch, nặng nề. lõi trục ép làm bằng thép hợp kim đắt tiền. giá

tiền chế tạo, chi phí sữa chữa, bão dưỡng nhiều.

● Những máy ép tiêu thụ một công suất đáng kể vượt mức so với kết quả đạt được.

mía nước bã

nước mía hỗn hợp Sơ đồ phương pháp ép thẩm thấu kép

mía nước bã

nước mía hỗn hợp

nước

Sơ đồ phương pháp ép thẩm thấu kết hợp

● Tổng hiệu suất thu hồi thấp. tuy tiêu thụ một công suất đáng ể nhưng trong bã mía vẫn

còn một lượng mía nhất định không khai thác được bằng phương pháp ép. Do đó, hiệu suất ép

chỉ đạt tối đa 97%, trong khi đó hiệu suất khuếch tán có thể đạt 98-98.5%.

1.2.2.2. Thu nhận nước mía bằng phương pháp khuếch tán

Trên thực tế, thiết bị khuếch tán chỉ có thể thay thế một số bộ trục ép (ở giữa công đoạn ép)

nên có thể coi đây là phương pháp kết hợp giữa ép và khuếch tán.

Cơ sở lý luận chủ yếu của khuếch tán là dưới điều kiện nhất định, các phân tử đường

trong tế bào của mía chuyển dịch ra khỏi tế bào và phân tán ra môi trường xung quanh. Trong

các điều kiện khuếch tán; tốc độ khuếch tán, thời gian và nhiệt độ có quan hệ trực tiếp lẫn nhau.

���� Công nghệ khuếch tán: bao gồm việc xử lý mía, khuếch tán nước, ép nước khỏi bã mía và xử

lý nước ép.

Để xử lý mía có thể dùng máy ép dập hoặc thiết bị đánh tơi hoặc có nơi dùng cả hai.

Có 2 phương pháp khuếch tán mía chủ yếu là:

● Khuếch tán mía

Cây mía sau khi xử lí sơ bộ, giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ lượng mía và đường trong đó

được đi vào thiết bị khuếch tán. Ví dụ, nếu 1 nhà máy đường xử lý 100 tấn mía/ngày có 14%

đường thì 100 tấn mía với 14 tấn đường đi vào thiết bị khuếch tán.

● Khuếch tán bã mía

Sau khi xử lí, mía được đưa qua máy ép để lấy khoảng 65-70% đường trong mía, còn lại

khoảng 30-35% đường trong bã đi vào thiết bị khuếch tán, vì vậy quá trình khuếch tán được rút

ngắn. Một bộ trục ép của hệ khuếch tán có thể trích ly 65-70% trong lúc đó mỗi bộ trục của máy

ép chỉ ép ra trung bình 15-23% lượng nước mía và hệ ép có từ 4-6 bộ trục trích ly được 95-96%

đường trong mía. Mặt khác, khi đi qua bộ trục ép của hệ khếch tán, mía được chuẩn bị tốt hơn và

sự tổn thất đường do tác dụng của vi sinh vật trong khuếch tán bã giảm so với khuếch tán mía,

thời gian khuếch tán rút ngắn vì chỉ cần khuếch tán 4% đường (tức 30% đường trong cây mía)

chứ không phải 14%. Do đó, khuếch tán bã mía được dùng phổ biến trong nhà máy đường.

Bã sau khi ra khỏi thiết bị khuếch tán còn chứa 88-90% nước. Cần tách bớt nước ở bã để

còn khoảng 45-47% nước làm nhiên liệu đốt lò hoặc các việc khác. Để tách nước, dùng máy ép

ba trục. Từ kết quả thí nghiệm của nhiều quốc gia khác nhau cho thấy, để tách nước ở bã ướt

dùng một bộ trục không đủ còn hai bộ lại hơi thừa. Hiện nay các nhà máy đường đều dùng hai bộ

trục ép.

Vấn đề tồn tại lớn nhất của kỹ thuật khuếch tán là phải xử lý một lượng khá nhiều nước

ép có hàm lượng đường thấp và nhiệt độ cao. Xử lý nước ép hiệu quả là một trong những giai

đoạn quan trọng của khuếch 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 enzyme. Trong phương pháp ép mặc dù

dùng nước nóng để thẩm thấu nhưng nhiệt độ nước hỗn hợp vẫn thấp. Trong phương pháp

Thiết bị khuếch tán Nước mới

Nước khuếch tán

Bốc hơi sơ bộ

Tách nước từ bã ướt

Nước ép

Đun nóng và gia vôi

Lắng

Bã

Nước lắng trong Lọc

Cặn lọc

Mía

Máy băm mía

Thiết bị đánh tơi

Máy ép

khuếch tán, nước mía có nhiệt độ 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.

���� Những yếu tố chủ yếu ảnh hưởng hiệu quả khuếch tán

● Độ xé tơi của mía:

● Nhiệt độ khuếch tán:

● Hiệu suất lấy đường:

● Thời gian khuếch tán:

1.2.2.3. So sánh phương pháp ép và phương pháp khuyếch tán

Phương pháp ép Phương pháp khuếch tán

- Hiệu suất trích li 92%

- Tổng hiệu suất thu hồi 80%

- Tiêu hao năng lượng nhiều

- Vốn đầu tư cao

- Nhiên liệu dùng trong bốc hơi ít

- Chất không đường trong nước mía

hỗn hợp ít hơn, ít tổn thất đường trong

mật cuối thấp.

- Hiệu suất trích li 97%

- Tổng hiệu suất thu hồi 82%

- Tiêu hao năng lượng ít

- Vốn đầu tư thấp (tiết kiệm khoảng 30% so với ép)

- Tiêu hao nhiều nhiên liệu dùng trong bốc hơi

- Chất không đường trong nước mía hỗn hợp nhiều,

do dó tăng tổn thất đường trong mật cuối.

1.2.2.4. Tác dụng của hóa học và vi sinh vật trong quá trình thu nhận nước mía

Sự biến đổi hóa học và vi sinh vật làm xấu chất lượng nước mía, gây tổn thất đường và làm

trở ngại đến thao tác lắng lọc.

���� Biến đổi hóa học của nước mía

Thành phần nước mía gồm có đường và các chất không đường. Nước mía vừa ép ra có

tính axit, trị số pH axit của nước mía phụ thuộc độ tươi của mía và tình hình sâu bệnh, thông

thường pH=5-5.5. Mía sau khi đốn chặt, thời gian lưu trữ càng dài, chịu tác dụng sâu bệnh càng

lớn, pH càng giảm. pH axit làm chuyển hóa đường. Thời gian càng dài, nhiệt độ càng cao, tốc độ

chuyển hóa đường càng lớn, đường mất càng nhiều.

Biện pháp: giữ pH nước mía không quá thấp trong quá trình ép, nguyên liệu không để lâu. Để

giảm tổn thất đường do chuyển hóa cần tiến hành gia vôi sơ bộ đưa pH nước mía gần trung tính.

���� Tác dụng của vi sinh vật

Từ khi chặt đến khi ép lấy nước, cây mía và nước mía tiếp xúc với nhiều hệ vi sinh vật

phức tạp. Vi sinh vật do sâu bệnh, bùn, đất bám vào mía mang vào nước mía. Nước mía có độ

đường khoảng 10 – 14%, pH = 5 – 5,5, nhiệt độ 25oC, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật

sinh trưởng nhanh chóng, hoạt động của chúng gây ra những tác hại chủ yếu sau:

- Chuyển hoá và làm mất đường trong nước mía đồng thời sinh ra các tạp chất khác.

- Sinh ra các khối nhầy, dẻo gây mất cân bằng trong sản xuất như: nghẹt đường ống,

van… làm tăng độ nhớt của dung dịch gây khó khăn cho công đoạn nấu đường và kết tinh.

Các vi sinh vật thường gặp trong nước mía là

- Leuconostoc: là loại sản sinh các khối nhầy bẩn

- Bacillus subtilis, Bacillus cereus, Bacillus mesentericus,…: tạo ra bào tử hiếu khí

- Micrococcus: loại không sinh bào tử hiếu khí

- Ngoài ra có khoảng 26 loại nấm men khác nhau, trong đó chủ yếu là Saccharomyces.

Thông thường trong điều kiện hoàn cảnh thích hợp, ví dụ: nhiệt độ, độ ẩm, chất dinh

dưỡng,...vi sinh vật mới tạo thành hậu quả nghiêm trọng. Tác hại của vi sinh vật > 20 lần so với

tác dụng chuyển hóa hóa học đồng thời tạo ra các chất có hại. Dựa vào tài liệu, hoạt động của vi

sinh vật có thể làm cho AP nước mía đầu và nước mía hỗn hợp giảm 1%, có lúc đến 3.07%. Mía

sau khi chặt, nếu để 7 hay 8 ngày mới ép, AP có thể giảm 4.16% và 5.9%.

Biện pháp: vệ sinh sạch sẽ, biện pháp thuận tiện và kinh tế nhất là dùng hơi, sữa vôi hoặc bột

tẩy giả tổn thất đường. Để hạn chế những tác hại của vi sinh vật gây ra trong công đoạn lấy nước

mía ta cần vệ sinh thường xuyên máy ép, băng chuyền, máng chứa…Thông thường sau mỗi kỳ

ngừng máy phải vệ sinh sạch sẽ các thiết bị, có thể dùng nước vôi loãng phun quét các bề mặt

thiết bị tiếp xúc với mía, nhưng phải rửa sạch vôi trước khi cho máy làm việc trở lại.

1.3. Làm sạch nước mía

Nước mía hỗn hợp sau khi ép có thành phần tương đối phức tạp. Thành phần này thay đổi

tùy thuộc vào giống mía, thổ nhưỡng, khí hậu, điều kiện canh tác, phương pháp và điều kiện lấy

nước mía của nhà máy…. Do nước mía hỗn hợp có chứa nhiều chất không đường khác nhau, mà

đa số những chất này gây ảnh hưởng không tốt cho quá trình sản xuất nên các phương pháp tách

chất không đường ra khỏi nước mía cũng có nhiều. Vì vậy, mục đích chủ yếu của việc làm sạch

nước mía là:

● Loại tối đa các chất không đường ra khỏi hỗn hợp, đặc biệt là các chất có hoạt tính bề

mặt và các chất keo.

● Trung hoà nước mía hỗn hợp.

● Loại những chất rắn lơ lửng trong nước mía.

Bảng: Thành phần chủ yếu của nước mía hỗn hợp

Thành phần Hàm lượng (%)

Đường sacaroza 10-16

Đường khử 0.3-3.0

Chất không đường hữu cơ 0.5-1.0

Chất không đường vô cơ 0.3-0.5

Nước 80-85

1.3.1. Các phương pháp làm sạch nước mía

Hiện nay, các phương pháp làm sạch dùng phổ biến trong nhà máy đường bao gồm:

phương pháp vôi hóa, phương pháp cacbonat hóa (phương pháp CO2), phương pháp sunfit hóa

(phương pháp SO2) và phương pháp Blanco-directo.

1.3.1.1. Phương pháp vôi hóa

Đây là phương pháp đơn giản nhất và được con người áp dụng từ rất lâu (hơn 300 năm

nay). Dùng phương pháp vôi có ưu điểm là vôi có ở khắp mọi nơi, giá rẻ. Hơn 100 năm nay,

người ta nghiên cứu tìm chất làm sạch mới nhưng rồi vôi vẫn là chất phổ biến nhất.

Nước mía được làm sạch dưới tác dụng của nhiệt và vôi, thu được sản phẩm đường thô.

Ở nước ta, phương pháp vôi được dùng để sản xuất đường thủ công: đường phèn, đường thùng,

đường cát vàng, đường thẻ, đường tán, đường hoa mơ,...Trong các nhà máy hiện đại như nhà

máy đương La Ngà, nhà máy đường lam Sơn, nhà máy đường Việt Đài (Thanh Hóa), phương

pháp này được dùng để sản xuất đường thô là nguyên liệu sản xuất đường tinh luyện.

Khi cho vôi vào nước mía sẽ có những tác dụng sau đây:

● Làm trơ phản ứng axit của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hóa đường sacaroza.

Ca(OH)2 + 2C12H22O11 ⇔ 2H2O + Ca(C12H22O11)2 canxi sacarit

● Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đường, đặc biệt protein, pectin, chất màu và những

axit tạo muối không tan.

● Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt đường chuyển hóa, amit. Do đó, để hạn chế

sự phân hủy đường, cần có những phương án cho vôi thích hợp.

● Tác dụng cơ học: những chất kết tủa được tạo thành có tác dụng kéo theo những chất lơ

lửng và những chất không đường khác.

● Sát trùng nước mía: với độ kiềm khi có 0.3% CaO, phần lớn vi sinh vật không sinh trưởng,

tuy nhiên có trường hợp phải dùng đến 0.8% CaO.

Dựa vào điều kiện công nghệ và thứ tự khác nhau, có thể chia thành 3 dạng sau:

���� Phương pháp gia vôi vào nước mía lạnh

Nước mía hỗn hợp từ công đoạn ép chứa nhiều vụn bã mía, đất cát, chất huyền phù cần

được lọc bằng lưới lọc, cân và bơm trực tiếp đến thùng trung hoà, rồi cho vôi vào (khoảng 0.5-

0.9 kg vôi/tấn mía). Khống chế pH nước mía gia vôi trong khoảng 7.8-8.3 (thông thường khoảng

8.0), đối với nước mía xấu có thể nâng pH đến 8.3. Khuấy đều nước mía, sau đó bơm đến thiết bị

gia nhiệt, đun nóng đến nhiệt độ sôi (101oC), để lắng tốt có thể gia nhiệt đến 102-104oC. Nước

mía đã gia nhiệt vào bộ phận tản hơi để trở lại áp suất thường (101oC). hơi và khí không ngưng

thoát đi, sau đó đi vào thùng lắng và chất kết tủa từ từ lắng xuống phân thành nước mía trong và

nước bùn. Đem lọc nước bùn thu được nước mía lọc trong, hỗn hợp với nước mía trong (nếu chất

lượng tốt) hoặc đưa trở lại thùng trung hòa. Bã bùn làm phân bón ruộng.

���� Phương pháp gia vôi vào nước mía nóng

Tương tự như phương pháp gia vôi nước mía lạnh, nhưng công đoạn gia nhiệt được thực

hiện trước khi cho vôi vào. Trước khi trung hoà, một số chất keo như (anbumin, silic hidroxit…)

bị ngưng tụ dưới tác dụng của nhiệt độ và pH. Nhờ vậy, tốc độ lắng nhanh, lượng vôi trung hoà

giảm (khoảng 15-20%), hiện tượng đóng cặn giảm…

���� Phương pháp gia vôi phân đoạn

Đây là phương pháp tối ưu nhất của việc làm sạch nước mía bằng vôi. Trước tiên, hỗn

hợp nước mía sau khi lọc được gia vôi đến pH=6.4-6.6 (thường pH = 6.4), lượng vôi dùng bằng

1/3 tổng lượng vôi. Gia nhiệt lần thứ nhất (90oC) có thể gia nhiệt đến nước mía sôi. Sau đó, gia

vôi đến pH=7.6-8.2 (thường pH=7.8, nếu pH>8.4 nước mía trong sẽ là kiềm tính, pH=7.2-7.4

không tốt), lượng vôi dùng bằng 2/3 tổng lượng vôi. Tiếp tục gia nhiệt nước mía đến sôi hoặc

cao hơn một ít giúp việc kết tủa được hoàn toàn. Các giai đoạn tiếp theo giống phương pháp trên.

Ưu điểm Nhược điểm

Gia

vôi

lạnh

Lưu trình công nghệ đơn giản. Tổn

thất đường do chuyển hóa tương

đối ít. Chất kêt tủa tương đối rắn,

chắc. Quản lý thao tác thuận lợi

Hiệu quả làm sạch thấp. Độ hòa tan của vôi ở

môi trường lạnh tăng, khi gia nhiệt, độ hòa tan

của vôi giảm dần đến đóng cặn trong thiết bị gia

nhiệt và bốc hơi. Ngoài ra, các loại vi khuẩn dễ

sinh trưởng. Vôi kết hợp với đường biến thành

loại keo đường quay phải, ngoài tổn thất đường

còn làm tắc đường ống thiết bị.

Gia

vôi

nóng

Loại được nhiều chất keo, hiệu quả

làm sạch tốt hơn gia vôi lạnh, tốc

độ tăng tương đối nhanh, lượng vôi

giảm 15% so với phương pháp trên,

hiện tượng đóng cặn giảm.

Chất kết tủa không được rắn chắc, thể tích nước

bùn so với gia vôi lạnh lớn hơn, thậm chí có lúc

nước mía trong chảy khó khăn. Để khắc phục, có

thể cho chat tro755 lắng (1-2ppm) để rút ngắn

thời gian lắng và giảm thề tích nước bùn.

Gia

vôi

phân

đoạn

Qua 2 lần gia vôi có thể lợi dụng

được 2 điểm ngưng tụ khác nhau để

loại nhiều chất không đường nên

nước mía trong, nước bùn dễ lọc.

loại chất keo chứa nitơ >80%, loại

phần lớn sáp mía đến 90%.

Lưu trình công nghệ phức tạp nên chỉ dùng để

xử lý nước mía khó làm sạch.

1.3.1.2. Phương pháp sunfit hóa

Phương pháp sunfit hóa trực tiếp sản xuất ra đường trắng.Tuy chất lượng đường trắng

không bằng phương pháp cacbonat hóa nhưng phương pháp này có lưu trình công nghệ tương

đối ngắn, không đòi hỏi kỹ thuật cao, dễ dàng khống chế, thiết bị tương đối tốt, tiêu hao chất ít

và vốn đầu tư ít hơn phương pháp cacbonat hóa nên được dùng khá phổ biến ở nước ta.

Phương pháp này còn gọi là phương pháp SO2. SO2 được dùng phổ biến trong công

nghiệp sản xuất đường, có thể cho vào dung dịch đường ở dạng khí, lỏng hoặc muối. Trong sản

xuất đường hiện nay, khí SO2 (thường dùng ở dạng Na2S2O4) có khả năng giảm pH mạnh hơn

nên thường được dùng hơn NaHSO3 và Na2SO3.

Tác dụng của SO2 tùy thuộc tính chất trung tính hay kiềm của nước mía và mật chè, bao gồm

● Trung hòa lượng vôi dư trong nước mía: Ca(OH)2 + H2SO3 ⇒ CaSO3↓ + H2O

● Hòa tan muối canxi sunfit kết tủa

Canxi sunfit không tan trong nước nhưng tan trong axit sunfurơ. Do đó, khi thông SO2

quá lượng có thể làm canxi sunfit kết tủa thành canxi bisunfit hòa tan, tương tự với kali sunfit.

CaSO3 + SO2 + H2O ⇒ Ca(SO3)2 K2SO3 + SO2 + H2O ⇒ 2 KHSO3

● Giảm độ nhớt của mật chè

Nước mía sau khi trung hòa một phần chat keo bị loại, làm giảm độ nhớt của mật chè, có

lợi cho thao tác nấu đường và kết tinh, đồng thời hạn chế sự phát triển của vi sinh vật.

● Biến muối cacbonat thành muối sunfit

Trong nước mía có hàm lượng canxi, kali nhất định, sau khi thong khí SO2 thì tạo thành

canxi sunfit và kali sunfit. Sự thay đổi từ muối CaCO3, K2CO3 thành CaSO3, K2SO3 có ý nghĩa

quan trọng. Muối cacbonat có khả năng tạo mật lớn và ảnh hưởng lớn đến màu sắc của dung dịch

đường. muối sunfit khả năng tạo mật kém hơn nhưng lại có khả năng làm giảm độ nhớt của mật.

● Tẩy màu dung dịch đường

SO2 là chất khử có khả năng biến chất màu của nước mía hoặc mật chè thành chất không

màu hoặc màu sắc nhạt hơn. Thông SO2 không ngăn ngừa được sự phân hủy sacaroza và đường

khử, tuy nhiên ngăn ngừa được sản phẩm có màu của sự phân hủy và kìm hãm khả năng oxi hóa

và tác dụng xúc tác của ion kim loại. Đây là tác dụng còn quan trọng hơn cả sự khử màu.

Phương pháp này có thể chia ra làm các phương pháp chính sau đây:

���� Phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ (cho vôi trước, xông khí SO2 sau)

Nước mía hỗn hợp qua lọc vụn bã mía, cân, sau khi gia nhiệt lần thứ nhất (60-70oC), gia

vôi bằng Ca(OH)2 đến pH =8-9, sau đó xông khí SO2 đến trung tính (pH=6.9-7.1) , tiến hành gia

nhiệt lần thứ 2 (100-104oC) và lắng lọc. Trong một thời gian nag81n, nước mía và sữa vôi tiến

hành phản ứng làm cho một số ch6a1t keo kết tủa, từ đó hấp thụ được chất không đường kết tủa

theo, loại bỏ chúng ra ngoài.

Ưu điểm của phương pháp là sự kết tủa chất không đường tương đối hoàn toàn, hiệu quả

làm sạch tương đối cao, đóng cặn trong nồi bốc hơi tương đối ít. Tuy nhiên, ở môi trường kiềm

tính, chất kết tủa không rắn chắc, thể tích nước bùn lớn, lắng, lọc tương đối chậm. Ngoài ra, do

tác dụng của kiềm, đường khử dễ dàng bị phân hủy, tăng màu sắc và hàm lượng muối canxi của

nước mía. Do đó, phương pháp này ít được dùng.

���� Phương pháp sunfit hóa axit tính (xông khí SO2 trước, cho vôi sau)

Sau khi hỗn hợp nước mía qua lọc và cân, tiến hành gia nhiệt lần thứ nhất (55-60oC),

xông SO2 đến pH=3-4 để đông tụ chất keo, trung hòa nước mía với Ca(OH)2 đến pH=7-7.2, gia

nhiệt lần thứ hai (100-104oC), tản hơi và vào thiết bị lắng thu được nước mía trong, còn nước

bùn đi lọc chân không để tận thu dịch lọc. Dịch lọc trong được phối trộn với nước mía trong ban

đầu thu được nước mía trong hỗn hợp. Bùn mía sau khi lọc thì dùng để sản xuất phân bón. Nước

mía trong đưa đi gia nhiệt lần thứ ba (115-120oC) và vào hệ thống bốc hơi.

���� Phương pháp sunfit hóa trung tính

Phương pháp sunfit hóa axit tính dễ dàng tạo thành đường sacaroza chuyển hóa, phương

pháp kiềm tính dễ dàng làm đường khử phân hủy. Do đó, xuất hiện phương pháp làm sạch nước

mía bằng phương pháp trung tính. Đặc điểm của là gia vôi và xông SO2 đồng thời và duy trì pH

trung hòa ở môi trường trung tính (pH=7.0) để tránh sự chuyển hóa và phân hủy đường.

Tuy nhiên phương pháp này khó khống chế trị số pH trung hòa, dễ sinh hiện tượng quá

kiềm hoặc quá axit. Do đó, phương pháp này không được dùng ờ nước ta.

1.3.1.3. Phương pháp cacbonat hóa

Phương pháp này sử dụng khí CO2 xông vào nước mía để loại các chất không đường, có

thể chia làm nhiều phương pháp.

���� Phương pháp xông CO2 một lần

Đặc điểm của phương pháp là cho toàn bộ sữa vôi vào nước mía một lần và thông CO2

một lần đến độ kiềm thích hợp. Do đó nước mía chỉ qua một điểm đẳng điện, nên 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 thụ CO2 và tạo nhiều bọt.

���� Phương pháp xông CO2 hai lần (phương pháp xông CO2 thông dụng) sử dụng trong sản xuất

đường kính trắng chất lượng cao.

Nước mía hỗn hợp �

Gia vôi sơ bộ (pH=6.2-6.6) �

Gia nhiệt lần 1 (50-55oC) �

Xông CO2 lần 1 (pH=10.5-11.3, độ kiềm 0.04-0.06%CaO) �

Lọc ép lần 1

� Xông CO2 lần 2 (pH=8.2-8.4, độ kiềm 0.025%CaO)

� Gia nhiệt lần 2 (75-80oC)

� Lọc ép lần 2

� Xông SO2 lần 1 (pH=6.8-7.2)

� Gia nhiệt lần 3 (115-120oC)

� Bốc hơi

� Mật chè khô

� Xông SO2 lần 2 (pH=5.8-6.2)

� Mật chè tinh

● Xông CO2 lần 1: là để tạo chất kết tủa có tính hấp phụ - CaCO3. Trong môi trường kiềm mạnh

tạo phức CaCO3.CaO và sacaroza như chất kết tủa dạng keo, phức cacbonat đường vôi có dạng:

(C12H22O11)x.(CaCO3)y.(CaO)z, phức này tạo nhiều bọt và rất nhớt. Trong quá trình xông CO2 lần

1cần duy trì nhiệt độ 50-55oC và pH= 11 để tránh tồn thất đường do trào bọt.

Ca(OH)2 + H2CO3 ⇒ CaCO3↓ + 2H2O

● Xông CO2 lần 2: làm giảm tối đa hàm lượng vôi và muối canxi trong nước mía và tiếp tục

nâng cao độ tinh khiết của nước mía.

Ca(OH)2 + H2CO3 ⇒ CaCO3↓ + 2H2O

Trong nước mía còn tồn tại KOH và NaOH gọi là độ kiềm tự nhiên. Các chất này phản ứng

với H2CO3, rồi tiếp tục phản ứng với muối canxi hòa tan tạo kết tủa cacbonat.

KOH + H2CO3 ⇒ K2CO3 + 2 H2O

K2CO3 + CaA2 ⇒ CaCO3↓ + 2KA

Độ kiềm tự nhiên càng lớn, hiệu quả loại canxi càng nhiều. Như vậy độ kiềm tự nhiên có tác

dụng giảm lương muối canxi hòa tan trong dung dịch. Đây cũng là tác dụng quan trọng của xông

CO2 lần 2.

● Xông SO2 lần 1: được tiến hành trước bốc hơi, mục đích đưa pH đến trung tính, tránh sự

chuyển hóa sacaroza và phân hủy đường.

● Xông SO2 lần 2: có tác dụng tẩy màu, ngăn ngừa sự tạo màu và giảm độ nhớt của mật chè.

Ngoài ra, còn có tác dụng giảm lượng muối canxi hòa tan trong dung dịch, tạo muối trung tính.

CaA2 + H2SO3 ⇒ CaSO3↓ + 2HA

K2CO3 + H2SO3 ⇒ K2SO3 + CO2 + H2O

Phương pháp này có hiệu quả làm sạch tốt. Chênh lệch độ tinh khiết cùa bước mía trong và

nước mía hỗn hợp từ 4-5. Loại được nhiều chất keo, chất màu và cah61t vô cơ (Al2O3, Fe2O3,

P2O5, SiO2, MgO). Ngoài ra, hàm lượng muối canxi trong nước mía trong ít , do đó sự đóng cặn

ở thiết bị ít, giảm lượng tiêu hao hóa chất thông qua rửa thiết bị. Chất lượng sản phẩm tốt, bảo

quản lâu, hiệu suất thu hồi cao.

Tuy nhiên, phương pháp này tiêu hoa hóa 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 thau5t thao tác yêu cầu cao. Nếu khống chế không tốt dễ sinh

hiện tượng đường khử phân hủy.

1.3.1.4. Phương pháp Blanco-Directo: sản xuất đường trắng trực tiếp

Dùng khí SO2 để làm sạch nước mía (khoảng 0.03-0.05% so với mía). Mật chè sau khi bốc

hơi xử lý lắng nổi. Bã nổi của lắng nổi mật chè hỗn hợp với nước lọc cùa nước bùn lại xử lý lắng

nổi một lần nữa và đưa đi bốc hơi, bã nổi lần thứ 2 hỗn hợp với nước bùn đưa đi lọc chân không.

Máy lọc chân không dùng lưới lọc kim loại, nước lọc đục nên đưa xử lý lắng nổi cho nước lọc

trong có chất lượng tốt, hỗn hợp với nước mía lắng trong đi bốc hơi.

Ưu điểm chủ yếu của phương pháp trên bao gồm:

Xông SO2 nước mía thấp, giảm chất màu tạo lại do bị oxi hóa.

● Xử lý nước lọc có tác dụng loại chất không đường và nâng cao chất lượng.

● Nước lọc không hồi lưu, giảm sự tuần hoàn của chất không đường và tổn thất đường do

chuyển hóa.

● Tổng lượng gia vôi giảm, qua 2 lần lắng nổi có lợi giảm tro trong thành phẩm và tạp

chất không tan.

● Xử lý bã nổi tương đối tốt.

1.3.1.5. So sánh các phương pháp làm sạch nước mía

Phương pháp vôi Phương pháp sunfit hoá Phương pháp cacbonat hoá

Ưu

điểm

●Vốn đầu tư ít

●Thiết bị, quy trình

công nghệ, quản lí

điều hành đơn giản

●Vốn đầu tư ít

●Thiết bị, quy trình, quản lí

điều hành đơn giản

●Sản xuất đường kính trắng

●Hiệu suất thu hồi cao

●Sản xuất ra đường kính trắng

chất lượng cao

Khuyết

điểm

●HSTH thấp

●SX đường vàng

●Sản phẩm khó bảo quản, dễ

hút ẩm, và biến màu

●Quy trình công nghệ phức tạp

●Điều hành, quản lí khó

1.3.2. Lắng nước mía

Lắng là quá trình cơ học nhằm phân riêng một hỗn hợp không đồng nhất bằng trọng lực hoặc

bằng li tâm.

1.3.2.1. Mục đích

● Phân ly nước mía trong và kết tủa (tạo ra khi cho các chất điện li vào nước mía trong

quá trình làm sạch) làm nước mía trong lên.

● Nâng cao chất lượng sản phẩm (do tách các chất có ảnh hưởng xấu đến sản phẩm).

1.3.2.2. Nguyên lý

Các chất rắn trong dung dịch chịu tác dụng của 2 loại lực gồm: trọng lực hướng xuống

dưới (bằng trọng lượng bản thân chất rắn) và lực đẩy archimet hướng lên phía trên (bằng trọng

lượng dung dịch do vật đó chiếm chỗ). Nếu trọng lực lớn hơn lực đẩy thì chất kết tủa lắng xuống,

ngược lại, chất kết tủa sẽ nổi lên, nếu trọng lực và lực đẩy sai khác nhau rất ít thì chất kết tủa lơ

lửng trong dung dịch. Do đó, có thể thấy tốc độ lắng của chất kết tủa trong thiết bị lắng nhanh

hay chậm phụ thuộc vào sự chênh lệch độ lớn của 2 lực, hay nói cách khác tốc độ lắng phụ thuộc

vào chênh lệch về trọng lượng riêng giữa chất rắn (cặn) và chất lỏng (nước mía), kế đó là độ

nhớt của dung dịch. Khi độ nhớt càng lớn, lúc chất kết tủa lắng cùng dịch thể sản sinh lực ma sát

càng lớn thì chất kết tủa lắng càng khó khăn.

1.3.2.3. Quá trình lắng

Yêu cầu nước mía sau khi lắng phải trong suốt, không có tạp chất, huyền phù, nước bùn

tương đối đặc để lọc thuận lợi.

Rút ngắn thời gian lưu của nước mía trong thiết bị để giảm tồn thất do chuyển hóa và

biến đổi hóa học không tốt khác.

Hiệu số tỉ trọng giữa chất kết tủa và nước mía. hiệu số đó càng lớn, lắng càng nhanh.

Theo định luật Stock, tốc độ lắng Vo của hạt rắn hình cầu đường kính d (m), tỉ trọng γ1 trong

một dung dịch có tỉ trọng γ2 và độ nhớt µ, như sau

d2 (γ1 -γ2) V0 = ------------------

18µ Từ công thức trên cho thấy tốc độ lắng của chất kết tủa tỉ lệ thuận với bình phương đường

kính của kết tủa và hiệu số tỉ trọng, tỉ lệ nghịch với độ nhớt. nước mía sau khi gia nhiệt 2 cho vào

ống đong để xác định tốc độ lắng chất kết tủa. thường trong phạm vi 0.8-2 cm/phút, có thể coi

chất lượng nước mía và hiệu quả xử lý làm sạch tương đối tốt. Khi nước mía chất lượng kém có

thể giảm xuống 0.5 cm/phút. Ngoài ra, tốc độ lắng còn ảnh hưởng kết cấu thiết bị và thao tác.

Tỉ trọng của nước mía khoảng 1.02-1.06 được quyết định bởi nồng độ cùa nó. Tỉ trọng

của chất kết tủa do thành phần khác nhau mà khác nhau. Thường chất kết tủa vô cơ tương đối

cao: Ca3(PO4)2, CaSO3 và chất bùn cát có tỉ trọng khoảng 2-3.5. Tỉ trọng chất keo hữu cơ như

anbumin, galactan đã bị ngưng kết tương đương tỉ trọng nước mía khoảng 1.0. Bản thân chúng

rất khó lắng. Nếu các chất kết tủa có thành phần khác nhau ở trạng thái phân ly, phân biệt tồn tại

thì tuy có một số chất kết tủa tương đối nhanh nhưng có bộ phận lắng rất chậm hoặc không thể

lắng được.

Để quá trình lắng nước mía được tốt, cần chất kết tủa với các thành phần khác nhau keo

tụ lại, tổ thành hạt kết tủa tỉ trọng tương đương nhau từ đó đạt được quá trình lắng đồng nhất,

anbumin bị ngưng tụ dưới tác dụng của nhiệt, tác dụng đoàn tụ của Ca3(PO4)2 giúp cho các chất

có thành phần khác nhau đoàn tụ lại. Do đó, đối với nước mía có tương đối nhiều anbumin và

Ca3(PO4)2, hình thái vật kết tủa thường tương đối đồng nhất và quá trình lắng tương đối đồng

bộ. Ngược lại, có nhiều chất huyền phù lơ lửng không lắng được làm cho nước mía bị đục.

1.3.2.4. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng

Tốc độ lắng trong cùng một thiết bị lắng của nhà máy đường không phải lúc nào cũng giống

nhau. Tốc độ lắng lúc nhanh lúc chậm , lấy nước mía lúc dễ lúc khó, mục dung dịch trong thiết

bị lúc cao lúc thấp…Điều đó do nhiều nguyên nhân nhưng chủ yếu là:

● Trọng lượng riêng của chất kết tủa

● Nhiệt độ

● Ảnh hưởng của pH

● Ảnh hưởng của độ nhớt

● Ảnh hưởng của quản lý sản xuất

1.3.3. Lọc nước mía: là quá trình phân riêng hỗn hợp khó lắng không đồng nhất qua lớp lọc.

1.3.3.1. Mục đích

Từ thiết bị lắng phân 2 bộ phận: nước mía trong và nước bùn. Thành phần chủ yếu nước bùn

gồm nước đường, bùn cát vụn bã mía, chất lơ lửng, chất kết tủa, trong đó >90% nước mía, nên

cần phân ly và thu hồi để tận dụng phần nước đường còn lại trong bùn lắng và loại kết tủa (bùn).

1.3.3.2. Nguyên lý

Dùng vật liệu nhiều lỗ như vải lọc, lưới kim loại, cát, than hoạt tính làm lớp lọc. Nước có

chứa chất rắn hoặc nước bùn đi qua lớp lọc sẽ xảy ra quá trình phân li rắn, lỏng. Nước bùn đi qua

lớp lọc sẽ cho nước lọc trong và chất kết tủa lưu lại gọi là bùn lọc. Lúc đầu, lớp lọc không đảu

dày nên dịch lọc đầu còn đục, chỉ khi lớp lọc hình thành lớp bùn đủ dày nước lọc mới trong.

Để lọc tốt, một bên của lớp lọc (vải lọc hoặc lớp lưới kim loại) cần có áp lực tương đối lớn

còn mặt kia hình thành chân không để 2 bên lớp lọc tạo thành hiệu số áp suất thích đáng. Chỉ khi

nào hiệu số áp suất lớn hơn trở lọc của môi trường lọc (vải lọc, bùn) nước lọc mới có thể chảy ra

thuận lợi. Nếu áp lực lọc thấp, quá trình lọc không thể diễn ra.

1.3.3.2. Quá trình lọc

Mục đích của lọc là loại đi hoàn toàn tạp chất không tan, để thu nước lọc trong đồng thời

giảm phần đường trong bùn mà dùng nước rửa không nhiều. Lọc nước mía có thể dùng vải lọc

để ngăn chất không tan, nước lọc thu được tương đối trong. Có nhà máy dùng lớp lọc là lưới kim

loại nhưng vì lưới có lỗ to, nước lọc không trong cần xử lý lại.

Dùng áp lực không quá lớn vì quá lớn sẽ nén lớp lọc rắn chắc (giới chất) làm mao quản giảm

nhỏ, trở lực lọc tăng lên. Đặc biệt là phương pháp vôi và phương pháp SO2, chất kết tủa trong

lớp bùn tương đối xốp, mềm, dưới điều kiện áp lực dễ dàng biến dạng và bị nén chặt làm trở lực

lọc tăng rõ rệt, giảm tốc độ lọc. Do đó, lúc hiệu số áp lực đạt đến một trị số nhất định, tốc độ lọc

đạt trị số cực đại, lại tăng hiệu số áp lực thì không có hiệu quả. Vì vậy, áp lực trong quá trình lọc

cần điều chỉnh trị số thích hợp, đắc biệt lúc mới bắt đầu lọc. không nên dùng áp lực cao ngay để

tránh lớp bùn trên bề mặt vải lọc bị nén lại làm cho lọc khó khăn về sau. Trong máy lọc chân

không, vì dùng hiệu số áp lực lọc có hạn nên không có vấn đề như nêu trên nhưng lúc chân

không cao lọc tương đối nhanh.

Kích thước (to, nhỏ) của mao quản có ảnh hưởng lớn đến tốc độ và chất lượng quá trình lọc.

Mao quản tương đối thô làm cho dịch lọc thong qu được nhiều. Thông thường chất kết tủa rắn và

to hình thành mao quản tương đối lớn, còn mao quản giữa các hạt li ti (nhỏ) cũng rất nhỏ. Nếu

như chất kết tủa tương đối xốp, mềm, dưới tác dụng của áp lực dễ dàng làm tắc mao quản, giảm

tốc độ lọc đi nhanh chóng.

Trong làm sạch nước mía, anbumin và photphat canxi tương đối nhiều làm chất kết tủa keo

tụ lại hình thành hạt tương đối tốt, giảm được tạp chất nổi li ti. Sunfat canxi tương đối nhiều có

thể làm chất kết tủa rắn chắc, giảm biến dạng dưới tác dụng của áp lực. các chất trợ lắng cũng

làm cho khối kết tủa to lên, giảm tạp chất nổi tự do, các yếu tố đó đều có lợi cho lọc. Nhưng

photphat canxi nhiều quá sẽ làm chất kết tủa quá xốp mềm, hoặc chất trợ lắng phân bố không

đều làm xuất hiện trạng thái keo bám trên lớp vải lọc thì cũng không có lợi cho quá trình lọc.

Thường các hạt kết tủa trong nước bùn không rắn chắc, khuấy mạnh làm cho chúng phân tán

không có lợi (vỡ). Nước bùn chảy ra từ máy lọc nên trực tiếp đến máy lọc chân không, không

qua bơm. Khi cho chất trợ lắng, nên cho chất trợ lắng và nước bùn vào thùng, sau khi hỗn hợp

đầu mới cho vào máy lọc chân không. Ở nhiệt độ cao, lọc tương đối tốt lúc đó độ nhớt nước mía

giảm, chất kết tủa rất chắc. Ngoài ra, còn dùng vụn bã mía để cải thiện hình thái bã lọc, giảm tính

nhớt có lợi cho lọc nhưng tăng tổn thất đường trong bùn lọc.

1.3.3.2. Các yếu tố ảnh hưởng đến lọc

●Áp lực lọc và độ chân không (máy lọc chân không)

●Chiều dày lớp lọc

●Nhiệt độ và độ nhớt bùn

●Ảnh hưởng của hạt kết tủa

● Ảnh hưởng của quản lý thao tác

1.4. Bốc hơi nước mía

1.4.1. Nguyên lý

Nước mía sau khi làm sạch có nồng độ chất khô khoảng 12-15Bx. Để đáp ứng yêu cầu

nấu đường, cần cô đặc nước mía đến khoảng 65Bx gọi là mật chè, do đó cần bốc hơi 1 lượng lớn

nước và để tiết kiệm hơi cần thực hiện ở hệ bốc hơi nhiều hiệu.

Trong quá trình bốc hơi, tuy rằng tiêu hao một lượng hơi nhiều nhưng đồng thời cũng sản

sinh 1 lượng lớn hơi thứ (hơi thứ 2). Hơi thứ có nhiệt độ cao, làm nguồn nhiệt cho các công đoạn

khác; nấu đường, làm sạch sử dụng. Do đó công đoạn bốc hơi là trung tâm hệ thống nhiệt của

toàn nhà máy, là trạm cung cấp hơi áp lực thấp. Có phương án bốc hơi hợp lý sẽ giảm tiêu hao

năng lượng hơi và hạ giá thành. Do đó, phương án nhiệt ở nhà máy đường là vấn đề quan trọng

cần được quan tâm, nghiên cứu đầy đủ.

Trong quá trình bốc hơi, do tác dụng nhiệt độ cao và cô đặc dung dịch đường nên thường

xảy ra các quá trình hóa học: chuyển hóa, phân hủy, đóng cặn…Điều đó ảnh hưởng đến chất

lượng sản phẩm, thu hồi và giảm hiệu năng bốc hơi. Do đó, ngoài việc quan tâm đến phương án

nhiệt, cần quan tâm công nghệ chế luyện đường tức quy luật biến đổi hóa học để khống chế tốt.

Công đoạn bốc hơi cần đáp ứng yêu cầu công nghệ và phướng án nhiệt sau đây:

● Đảm bảo nồng độ mật chè theo quy định:

● Giảm tổn thất đường:

● Giảm tốc độ đóng cặn trong nồi bốc hơi:

● Nâng cao lợi dụng nhiệt năng, giảm tổn thất nhiệt:

1.4.2. Phương án nhiệt của hệ bốc hơi

Có 3 phương án nhiệt của hệ bốc hơi cơ bản

1.4.2.1. Phương án bốc hơi áp lực: các hiệu bốc hơi làm việc trong điều kiện áp lực

● Ưu điểm: sử dụng triệt để hơi thứ hơn, không cần tháp ngưng tụ hoặc bơm chân không

mà chỉ cần một bơm nhỏ để thực hiện dòng chảy ban đầu, nhiệt độ hơi thứ ở các hiệu cô đặc cao

nên có thể giảm diện tích truyền nhiệt của thiết bị.

● Khuyết điểm: Màu sắc dịch nước mía sậm, pH hạ thấp, đường khử bị phân hủy, tạo

caramen...do đó tổn thất đường cao và không thỏa mãn được các yêu cầu công nghệ.

1.4.2.2. Phương án bốc hơi chân không: các hiệu bốc hơi làm việc trong điều kiện chân không

● Ưu điểm: Nhiệt độ sôi của dung dịch đường thấp nên tránh được hiện tượng phân hủy

và chuyển hóa đường, màu sắc tốt hơn,chất lượng mật chè tốt, thỏa mãn được các yêu cầu công

nghệ và thao tác dễ dàng.

● Khuyết điểm: Nhiệt độ hơi thứ thấp, không thỏa mãn yêu cầu công nghệ, giảm khả

năng sử dụng hơi thứ, tăng tổn thất hơi. Đầu tư thiết bị tốn kém, bố trí thiết bị phức tạp, cần có

thiết bị ngưng tụ để thực hiện điều kiện chân không

1.4.2.3. Phương án bốc hơi áp lực chân không: phương án này là sự kết hợp cả bốc hơi chân

không và bốc hơi áp lực xen kẽ giữa các hiệu, hiệu đầu làm việc dưới áp lực, hiệu cuối làm việc

dưới chân không. Nhiệt độ sôi của dung dịch đường hiệu cuối tương đối cao, có thể dùng hơi thứ

hiệu cuối để đun nóng nước mía. Phương án này được chia làm 2 trường hợp là: phương án áp

lực cao chân không thấp (thường áp lực hơi đốt P=1.5 kg/cm2 và Pck=600mmHg) và phương án

áp lực thấp chân không cao (P=1.0 kg/cm2 và Pck=660mmHg).

Ưu khuyết điểm của phương pháp bốc hơi áp lực chân không là tổng hợp của 2 phương

pháp trên. Vừa tận dụng được hơi thứ vừa thỏa mãn được yêu cầu công nghệ, đáp ứng được nhu

cầu dùng hơi của nấu đường, gia nhiệt.

Một số phương án cụ thể sau:

���� Phương án bốc hơi áp lực 3 hiệu

Hơi thứ hiệu cuối lớn hơn áp suất thường để đưa đến các nơi sử dụng. Phương án này chỉ

dùng cho trường hợp nước mía không nhiều, không có hoặc có ít nước rửa, lúc đó nồng độ nước

mía sẽ cao hơn. Nếu trường hợp nước rửa nhiều sẽ dẫn đến lượng nước bốc hơi tăng lên nhiều thì

mới đạt được Bx theo quy định, lúc đó bắt buột phải xả hơi thứ gây lãng phí hơi.

Tuy nhiên, nhiệt độ cao dẫn đến chuyển hóa đường, tổn thất đường và màu sắc. để khắc phục

nhược điểm này cần giảm thời gian lưu nước mía trong nồi bốc hơi.

���� Phương án bốc hơi 3 hiệu có nồi cô

Để khắc phục hiện tượng xả hơi thứ của phương án trên, người ta sử dụng them một nồi

cô làm việc ở chân không thấp, nhiệt độ sôi của nồi cô thường là 85oC. Ba hiệu trước làm việc

dưới áp lực, hơi thứ của các hiệu này sử dụng cho các bộ phận khác.

Ở điều kiện bình thường, lúc mật chè vào nồi cô do nhiệt độ sôi khác nhau nên sinh ra

hơi tự bốc do đó mật chè đặc hơn. Hơi thứ hiệu III không cần cấp cho nồi cô nữa mà đưa vào

công đoạn khác. Trong trường hợp hơi thứ hiệu III quá thừa mới đưa vào nồi cô để tăng nồng độ

mật chè.

���� Phương án bốc hơi chân không 4 hiệu

Phương án này trang bị cho nhà máy có hơi thải áp suất suất, áp lực hơi thải bằng 1.5

kg/cm2 (ata). Nhiệt độ hơi thải thấp dẫn đến lưu lượng hơi thải cần nhiều nên cần phải tìm một

phương án hợp lý. Đây là phương pháp điển hình cho hệ thống bốc hơi chân không, sử dụng hơi

thừa từ nồi hơi nước có bổ sung hơi giảm áp để gia nhiệt cho hiệu 1.

III 1.2-1.3

Kg/cm2

E3

ata

P=3-3.5 kg/cm2

I 2.2-2.5

Kg/cm2

E1

II 1.6-1.8

Kg/cm2

E2

CK

85oC

E4

ata

P=2.9 kg/cm2

I 2.4

Kg/cm2

E1

II 1.78

Kg/cm2

E2

III 1-1.1

Kg/cm2

E3

Mật vào Mật ra

Phương án này thích hợp cho các nhà máy vừa và nhỏ, việc sử dụng phương pháp này sẽ

tận dụng tốt lượng hơi thải. Do áp suất hơi ở hiệu 1 thấp, độ chân không cao nên dịch đường bốc

hơi ở nhiệt độ thấp vì thế lượng đường chuyển hóa thấp, đường hoàn nguyên ít bị phân hủy, chất

lượng mật chè ổn định...Tuy nhiên, vì áp lực thấp nên lượng hơi tiêu thụ lên đến 60-70% (so với

mía), lượng hơi thứ đi vào tháp ngưng tụ lớn. Phương án này gây lãng phí nhiều nhưng quản lý

và thao tác dễ dàng.

���� Phương án bốc hơi chân không có nồi số “0”

Tương tự như phương án bốc hơi chân không 4 hiệu, nhưng người ta có lắp thêm hiệu

bốc hơi “0” trước hiệu 1. Nồi số “0” có cấu tạo giống các nồi khác nhưng làm việc ở áp suất lớn

3-4 kg/cm2 (ata) để sản sinh ra một lượng hơi thứ hai cùng hơi thải để cấp cho hiệu I.

Có 2 cách dùng nồi số “0”:

● Sử dụng nồi số “0” bốc hơi nước mía và từ đó tăng nồng độ mật chè. Mặt khác nó còn làm

nhiệm vụ tạo ra hơi áp lực thấp, thay thế cho van giảm áp và còn lợi dụng thêm một lần hơi nữa.

Nhưng về mặt công nghệ, do nồi số “0” làm việc ở nhiệt độ quá cao nên dễ xãy ra hiện tượng

phân hủy đường và caramen hóa, do đó cần rút ngắn thời gian dừng của nước mía trong thiết bị

và cần phải thiết kế bộ phận thu hồi đường.

I 0.14

Kg/cm2

E4

ata

P=1.5 kg/cm2

I 1.15

Kg/cm2

E1

II 0.777

Kg/cm2

E2

III 0.405

Kg/cm2

E3

I

1.36

Kg/cm2

E4

0 1.78

Kg/cm2

E1

Hơi thải Nước mía

Hiệu II

Hơi giảm áp

P=3.9 kg/cm2

(ata)

● Sử dụng nồi số “0” chỉ để nấu nước và cấp hơi. Khi đó nồi thuần túy chỉ thay thế một van

giảm áp, cung cấp hơi cho hệ thống bốc hơi. Ngoài ra nó còn tác dụng là xử lý nước cho lò hơi.

���� Phương án bốc hơi chân không 5 hiệu

Phương án này được dùng nhiều trong các nhà máy đường. Hơi gia nhiệt của hiệu I dùng

hơi thải tuốcbin, nếu không đủ bổ sung hơi giảm áp. Đối với phương án này các hiệu trước làm

việc dưới điều kiện áp lực, còn các hiệu sau làm việc dưới điều kiện chân không.

Ưu điểm là lợi dụng hơi thứ được tốt. Có thể dùng nhiều hơi thứ cung cấp cho nấu đường

và gia nhiệt, tiết kiệm hơi. Thao tác tương đối dễ dàng nhưng thiết bị tăng nên đầu tư tăng.

1.4.3. Đánh giá các phương án nhiệt

���� Lượng hơi tiêu hao

Bốc hơi chân không 4 hiệu có lượng hơi tiêu hao nhiều nhất vì còn phải bổ sung hơi giảm áp,

hơn nữa nhiệt độ hơi thứ thấp, rất ít sử dụng, do đó hệ số tái sử dụng nhiệt thấp, không kinh tế.

Bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số “0” tuy có dùng 1 lượng hơi sống vào nồi số “0” nhưng

do nồi số “0” được coi như 1 van giảm áp và hơi thứ của nồi số “0” dùng làm hơi gia nhiệt cho

nồi bốc hơi nên tiết kiệm được hơi dùng.

Bốc hơi chân không 5 hiệu tuy cần bổ sung 1 lượng hơi giảm áp nhưng hơi gia nhiệt qua 5

lần sử dụng và có thể rút hơi thứ dùng cho gia nhiệt và nấu đường. Do đó, dùng hơi ít hơn so với

phương án bốc hơi chân không 4 hiệu và bốc hơi chân không 4 hiệu có nồi số “0”.

I

1.36

Kg/cm2

E4

0 1.78

Kg/cm2

E1

Hơi thải

Nước mía

Hiệu II

Hơi giảm áp

P=3.9 kg/cm2

(ata)

IV 79 oC

E4

I 119

oC

E1

II 107.5

oC

E2

III 95.5

oC

E3

III 79 oC

E4

Ngưng tụ

1

2

3

128.9o 118

o 106.5

o 94.3

o 78

o

Bốc hơi áp lực 3 hiệu có nồi cô do sử dụng hơi gia nhiệt có áp lực tương đối cao nên có thể

rút nhiều hơi thứ cung cấp cho gia nhiệt và nấu đường, lượng hơi thứ vào thiết bị ngưng tụ ít, do

đó lượng hơi dùng giảm nhiều, lợi dụng nhiệt tương đối tốt.

Lượng hơi dùng tùy phương án bốc hơi của nhà máy nhưng lượng hơi tiêu hao còn phụ thuộc

quản lý sản xuất, thao tác bốc hơi, cân bằng vật chất nấu đường và việc sử dụng hơi ổn định,…

���� Chất lượng nước mía: nồng độ mật chè của hệ bốc hơi chân không 5 hiệu ổn định nhất còn

nồng độ mật chè của bốc hơi 3 hiệu có nồi cô không được ổn định. Trong quá trình bốc hơi, tổn

thất đường do chuyển hóa và phân hủy đường khử đối với bốc hơi chân không 4 hiệu ít nhất và

nhiều nhất đối với bốc hơi 3 hiệu áp lực.

���� Quy mô thiết bị và đầu tư

Đối với phương án bốc hơi chân không 4 hiệu, thiết bị và cách bố trí đường ống tương đối

giản đơn, đầu tư ít. Phương án bốc hơi 3 hiệu áp lực thì tương đối phức tạp, đầu tư nhiều, diện

tích gia nhiệt của nồi nấu đường cũng phải tăng lên thích đáng.

1.4.4. Thiết bị gia nhiệt và bốc hơi

1.4.4.1. Thiết bị gia nhiệt

● Thiết bị gia nhiệt ống chùm: được dùng phổ biến trong nhà máy đường. Nước mía đi vào

và ra ở đỉnh thiết bị, nước mía đi trong ống gia nhiệt, hơi đi ngoài ống, thông qua thành ống tiến

hành trao đổi nhiệt để đạt được nhiệt độ quy định của nước mía.

● Thiết bị gia nhiệt dạng tấm: đã được ứng dụng rộng rãi trong các nhà máy đường trên thế

giới. Thiết bị gồm nhiều tấm gia nhiệt (bằng thép không gỉ) ghép lại và được xiết chặt bởi 2 tấm

bản ở 2 đầu. Trên bề mặt tấm gia nhiệt có lắp các doăng đệm đặc biệt dùng để làm kín khe hở

giữa các tấm gia nhiệt.

1.4.4.2. Thiết bị bốc hơi: yêu cầu đối với thiết bị bốc hơi bao gồm:

- Khoảng không gian nước mía cần nhỏ nhất, và không có khoảng không “chết”

- Nước mía lưu lại trong nồi với thời gian ngắn nhất

- Đơn giản, diện tích đốt dễ làm sạch và dễ thay đổi

- Thao tác khống chế đơn giản, tự động hóa dễ dàng

● Thiết bị bốc hơi ống chùm thẳng đứng:

● Thiết bị bốc hơi tuần hoàn ngoài:

● Thiết bị bốc hơi kiểu màng:

● Thiết bị bốc hơi kiểu tấm:

1.4.5. Biến đổi hóa học trong quá trình bốc hơi

1.4.5.1. Sự chuyển hóa đường sacaroza

Nếu nước mía trong có tính axit và các chất không đường tạo axit thì trong quá trình bốc hơi,

đường sacaroza bị thủy phân tạo thành hỗn hợp glucoza và fructoza làm tổn thất đường. Tốc độ

chuyển hóa phụ thuộc vào trị số pH của nước mía, nhiệt độ, thời gian lưu của nước mía, nồng độ

dung dịch đường,…Thông thường, khi nhiệt độ càng cao, pH càng thấp, thời gian lưu của càng

dài thì tốc độ chuyển hóa càng nhanh, tổn thất đường càng nhiều.

1.4.5.2. Sự phân hủy sacaroza và tăng cường độ màu

Trong quá trình bốc hơi, do nhiệt độ cao dẫn đến phản ứng tạo caramen của đường saccaroza

và sự phân huỷ của đường khử nên màu nước luôn tăng đậm. Lượng caramen tạo thành phụ

thuộc vào nhiệt độ, pH và thời gian lưu của nước mía. Ngoài ra, đường khử còn kết hợp với các

hợp chất chứa nitơ (axit amin) tạo thành melanoidin làm tăng màu sắc nước mía.

1.4.5.3. Sự biến đổi độ kiềm

Nước mía trong khi vào thiết bị bộc hơi thương có pH trung tính hoặc kiềm nhẹ, nhưng trong

quá trình bốc hơi, độ kiềm nước mía vẫn phát sinh biến đổi.

� Độ kiềm giảm: là do

● Sự phân hủy axit: sau khi làm sạch nước mía, axit còn chưa bị loại nên trong quá trình

bốc hơi tiếp tục phân hủy.

● Sự phân huỷ đường khử; sản phẩm tạo ra là các chất màu và các axit hữu cơ như

a.lactic, a.acetic, a.gluconic,…làm hia3m độ kiềm nước mía.

● Sự tạo caramen của đường saccarose (tác dụng rất nhỏ)

� Độ kiềm tăng: rất ít thấy, tuy nhiên, nếu thao tác xông SO2 hoặc thông CO2 không hợp lí

thì trong quá trình bốc hơi, độ kiềm dung dịch tăng lên khi khí SO2 hay khí CO2 bay đi.

2KHSO3 � K2SO3 + H2O + SO2�

2KHCO3 � 2KCO3 + H2O + CO2�

1.4.5.4. Sự biến đổi độ tinh khiết

Độ tinh khiết phụ thuộc vào phương pháp làm sạch. Đối với phương pháp vôi độ tinh khiết

tăng từ 0,7 – 1,0; đối với phương pháp sunfit hoá độ tinh khiết tăng từ 0,8 – 1,0; đối với phương

pháp cacbonat hoá độ tinh kiết tăng 0,2 – 0,5.

Trong quá trình bốc hơi, độ tinh khiết tăng do chất không đường bị phân hủy, một phần chất

không đường tạo kết tủa và sự thay đổi góc quay riêng của chất không đường đặc biệt là đường

khử. Tuy nhiên, sự tổn thất đường sacaroza do chuyển hóa làm độ tinh khiết giảm.

1.4.5.5. Sự tạo cặn

� Nguyên nhân tạo cặn

● Độ hòa tan của chất không đường giảm dẫn đến tạo cặn:

● Muối bisunfit canxi hoặc bicacbonat canxi ở nhiệt độ cao phân giải thành muối canxi kết

tủa và tao cặn trong thiết bị.

● Tác dụng tương hỗ của một số chất không đường: muối canxi hoà tan và muối cacbonat

phát sinh phản ứng thành muối canxi kết tủa, tạo cặn.

● Những chất keo có trong nước mía như Al2O3, Fe2O3 tùy nồng độ nước mía tăng cao trong

quá trình gia nhiệt mà tách dần khỏi dung dịch tạo ra ít, nhiều cặn trong các thiết bị bốc hơi.

� Thành phần hóa học của cặn

Trong nhà máy đường mía, thành phần chủ yếu của cặn có thể phân thành CaSO3,

CaSO4, Ca(COO)2, anbumin và sáp mía… Thành phần cặn trong nồi cô đặc chủ yếu là các chất

không đường vô cơ và hữu cơ tồn tại ở dạng hợp chất. Trong đó, thành phần vô cơ chiếm chủ

yếu >50% (so với chất khô). Cặn ở các hiệu khác nhau về thành phần và hàm lượng: hiệu 1 chủ

yếu là muối phosphat, hiệu cuối chủ yếu là muối sunfat, cặn trong hiệu I chứa nhiều magiê hơn

canxi nhưng ở hiệu cuối thành phần canxi nhiều hơn magiê.

� Biện pháp ngăn ngừa và giảm sự tạo cặn

● Chọn dùng chất làm sạch thật tốt.

● Thao tác làm sạch ổn định nâng cao chất lượng nước mía trong.

● Ổn định thao tác bốc hơi.

● Nâng cao cường độ bốc hơi và tốc độ bốc hơi.

� Các phương pháp loại cặn

● Phương pháp hóa học

- Nấu bằng dung dịch kiềm: được sử dụng phổ biến trong nhà máy đường sunfit và cacbonat,

là cách xử lý hóa học có hiệu quả tốt.

Dùng kiềm thuần khiết như Na2CO3, NaOH. Ngoài ra có thể dùng photphatnatri Na3PO4.

Mỗi lần nấu thường chỉ dùng 1 loại kiềm, nếu lúc cần thiết có thể dùng 2 loại hỗn hợp. Có lúc

còn cho thêm NaCl làm chất bổ trợ nhằm nâng cao hiệu quả nấu cặn.

Nếu xử lý CaSO4 thì dùng Na2CO3, còn xử lý muối của a.xilic thì dùng NaOh có hiệu quả

tốt. Các hợp chất Natri (NaOH hay Na2CO3) thường hỗn hợp với NaCl thì dùng sẽ hiệu quả hơn

vì NaCl có khả năng tăng độ hòa tan của SiO2 trong dung dịch kiềm, làm cho 1 bộ phận không

hòa tan CaSiO3 và CaC2O4 biến thành CaCl2 dễ hòa tan làm cho cặn chuyển thành trạng thái

mềm. Nồng độ dung dịch để nấu cặn thường 4-6% có lúc them khoảng 20% NaCl so với kiềm.

nhiệt độ nấu kiềm khống chế trong phạm vi 105-115oC.

Tác dụng nấu kiềm ngoài việc có thể hòa tan một phần cặn còn chủ yếu cải biến thành phần

của cặn, làm cho cặn cứng thành mềm để thuận lợi cho việc thông rửa bằng cơ học.

Phản ứng của kiềm nhẹ và cặn Phản ứng của kiềm mạnhvà cặn

CaSO4 + Na2CO3 � CaCO3 + Na2SO4

CaSO3 + Na2CO3 � CaCO3 + Na2SO3

CaC2O4+ Na2CO3 � CaCO3 + Na2C2O4

CaSiO3 + NaOH � NaSiO3 + Ca(OH)2

CaHPO4 + NaOH � CaNaPO4 + H2O

MgPO4 + NaOH � MgNaPO4 + H2O

- Nấu bằng dung dịch axit: cặn nồi bốc hơi có thể dùng muối axit để xử lý. Muối axit có thể

hòa tan CaCO3, Ca3(PO4)2 và caSO4,…

CaCO3 + 2HCl ⇔ CaCl2 + H2O + CO2↑

Ca3(PO4)2 + 2HCl ⇔ CaHPO4 + CaCl2

Mg3(PO4)2 + 2HCl ⇔ 2MgPO4 + MgCl

Lúc nấu axit có thể cho vào 1 lượng nhất định muối ăn. Nồng độ axit nấu cặn 1-2%. Có lúc

để nâng cao hiệu quả nấu cặn có thể nâng cao nồng độ dung dịch axit.

- Nấu bằng dung dịch axit và kiềm: đối với cặn khó xử lý, có thể dùng hỗn hợp axit-kiềm tiến

hành xử lý. Thường trước hết nấu kiềm để cặn mềm lại, sau đó nấu axit để them một bước hòa

tan một phần cặc có thể thu được hiệu quả tương đối tốt.

● Phương pháp cơ học: dùng chổi kim loại trực tiếp thông rửa cặn trong các đường ống của

nồi bốc hơi.

● Phương pháp dùng nước có áp lực cao: máy thông rửa cặn bằng nước có áp lực nước từ

700-1000 kg/cm2 đã được dùng đầu tiên tại Cty cổ phần đường Cao Bằng, đạt hiệu quả thông rửa

tốt và có triển vọng được dùng ở nhiều nhà máy đường của nước ta.

1.5. Nấu đường

1.5.1. Nguyên lý chung

Mật chè từ công đoạn cô đặc đem nấu ở thiết bị nấu đường chân không ta thu được

đường non là một hỗn hợp tinh thể đường và mật cái.

1.5.1.1. Độ hòa tan của đường và dung dịch bão hòa

Một vật chất này hòa tan trong một vật chất khác, trong đó chất bị hòa tan goi là dung chất và

dung dịch hòa tan vật chất gọi là dung môi. Ví dụ, đường trắng hòa tan trong nước thì đường

trắng là dung chất, nước là dung môi và nước đường là dung dịch.

� Dung dịch bão hòa đường nguyên chất: khi hòa tan đường sacaroza ở một nhiệt độ

nhất định, lượng đường hòa trong nước tăng đến một giới hạn nhất định, đến khi đường không

hòa tan được nữa hoặc không kết tinh lại, ta được dung dịch bão hòa đường.

Có thể biểu thị nồng độ của dung dịch bão hòa bằng những phương pháp khác nhau:

● Số gam đường trong một gam nước (Ho gọi là số Herzfeld).

● Số gam đường trong 100 gam dung dịch (tức Bx như thường dùng trong ngành đường)

� Dung dịch bão hòa đường không nguyên chất: dung dịch đường trong sản xuất chứa

nhiều chất không đường, chất không đường đó phụ thuộc rất nhiều yếu tố: giống mía, địa

phương canh tác, phân bón, thu hoạch, phương pháp làm sạch,…Vì vậy, không thể thiết lập một

bảng độ hòa tan chung của dung dịch đường không nguyên chất. Nhưng có thể trong thiết bị điều

nhiệt, dùng nước và dung dịch đường không nguy6en chất tạo thành dung dịch bão hòa, sau đó

xác định độ tinh khiết và nồng độ, lúc đó độ hòa tan của dung dịch đường không nguyên chất

(H1) được tính theo công thức sau:

Độ tinh khiết * nồng độ Độ hòa tan của dung dịch đường không nguyên chất = ------------------------------

100 - nồng độ

1.5.1.2. Hệ số bão hòa

Tỉ số giữa độ hòa tan của đường trong dung dịch đường không nguyên chất (H1) và độ hòa

tan của đường trong dung dịch đường nguyên chất (H0) ở cùng nhiệt độ, gọi là hệ số bão hòa (α’)

α’ = H1 / H0 ● α’ >1

● α’ = 1

● α’ < 1

1.5.1.3. Hệ số quá bão hòa

Dung dịch chứa nhiều đường hơn dung dịch bão hòa gọi là dung dịch quá bão hòa. Đường

kết tinh từ dung dịch bằng cách làm bay hơi nước hoặc làm lạnh để giảm độ hòa tan của đường.

Tỉ số giữa lượng đường hoà tan trong một đơn vị nước của dung dịch đường thực tế (H)

với lượng đường hoà tan trong một phần nước của dung dịch bão hoà (H1) ở cùng nhiệt độ gọi là

hệ số quá bão hoà.

1H

H=α

- Khi α > 1:

- Khi α = 1:

- Khi α < 1:

Đối với dung dịch đường tinh khiết H1 = H0 có thể tra bảng. Trong dung dịch đường không

tinh khiết việc xác định H1 khá phức tạp, vì vậy trong thực tế đối với dung dịch đường không

tinh khiết người ta cũng tra theo bảng độ hoà tan đường tinh khiết, từ đó tìm được hệ số bão hoà

biểu kiến (α1) theo công thức:

01 H

H=α

Sự liên hệ giữa hệ số quá bão hoà thực, hệ số quá bão hoà biểu kiến và hệ số bão hoà dung dịch:

'1

ααα =

Trong quá trình nấu đường, hệ số quá bão hoà biểu kiến là một chỉ số tương đối tốt vì dung dịch

đường khi nấu có độ tinh khiệt cao (H1∼H0). Đối với các sản phẩm đường cấp thấp, độ tinh

khiết dung dịch không cao thì 2 hệ số đó khác nhau nhiều.

1.5.2. Động học của quá trình kết tinh đường

Quá trình kết tinh đường gồm 2 giai đoạn: sự xuất hiện nhân tinh thể (gọi là mầm) và sự lớn

lên của tinh thể với tốc độ nhất định.

1.5.2.1. Sự hình thành nhân tinh thể

Tinh thể đường saccarose kết tinh từ dung dịch thuộc hệ đơn tà có 3 trục (hai trục thẳng

và một trục nằm nghiêng). Tuy nhiên hình dạng tinh thể đường có thể thay đổi tuỳ theo chất

không đường có trong dung dịch, nhiệt độ thực hiện quá trình kết tinh, hệ số bão hoà... Saccarose

là một trong những chất rất khó tự xuất hiện nhân tinh thể trong dung dịch quá bão hoà của nó.

Theo thực nghiệm, tinh thể chỉ xuất hiện khi α > 1,3 -1,4 trong dung dịch đường không tinh

khiết. Để tăng nhanh sự xuất hiện tinh thể, người ta áp dụng các biện pháp kích thích tạo mầm

hay phương pháp tinh chủng, lúc đó tinh thể sẽ xuất hiện ở giá trị α = 1,2 – 1,25.

Trên đồ thị đường cong Webre của dunh dịch sacaroza chia ra 3 vùng quá bão hòa:

● Vùng ổn định (α = 1,1-1.15): tinh thể chỉ lớn lên mà không xuất hiện tinh thể mới.

● Vùng trung gian (α = 1,2-1.25): tinh thể không chỉ lớn lên mà còn xuất hiện một lượng tinh

thể mới.

● Vùng biến động (α > 1.4): các tinh thể saccaroza sẽ tự xuất hiện mà không cần sự tạo mầm

hoặc kích thích. Đối với dung dịch saccaroza không tinh khiết, gí trị hệ số quá bão hòa giữa các

vùng khác nhau phụ thuộc vào nồng độ chất không đường. Thực tế, trong sản xuất người ta cố

gắng khống chế α < 1.3 để tránh tạo thành các tinh thể dại,

Theo quan điểm động học, quá trình xuất hiện nhân tinh thể trong môi trường lỏng là hiện

tượng liên hợp của các phân tử chất hoà tan di động. Điều kiện cần thiết để tạo nhân tinh thể là

có sự tập tụ cục bộ của các phân tử chất hoà tan và phân bố các phân tử này vào vị trí của chúng

trong mạng lưới tinh thể. Vậy, các tinh thể nằm trên ranh giới của 2 quá trình kết tinh và hoà tan.

Silin giải thích cơ chế của sự tạo mầm như sau: Trên bề mặt tinh thể và dung dịch luôn

xảy ra hai quá trình, đó là quá trình lắng các phân tử chất hoà tan trên bề mặt tinh thể vào dung

dịch, khi đó các phân tử hay các nhóm phân tử tách ra khỏi bề mặt tinh thể, nếu điều kiện quá

bão hoà đủ lớn những nhóm phân tử này sẽ là những nhân tinh thể mới. Nếu điều kiện quá bão

hoà chưa đủ lớn thì những mầm sẽ hoà tan vào dung dịch (do độ hoà tan của nó lớn hơn đường

bình thường rất nhiều). Lúc này chỉ những tinh thể sẵn có lớn lên mà thôi, không xuất hiện mầm

tinh thể mới.

1.5.2.2. Sự lớn lên của tinh thể

Tốc độ kết tinh là lượng đường kết tinh trong 1 phút trên 1m2 bề mặt tinh thể, đơn vị

(mg/m2.phút).

τ.F

SK =

Trong đó

S: lượng đường kết tinh trong dung dịch quá bão hoà, (mg)

F: bề mặt tinh thể, (m2)

τ: thời gian kết tinh, (phút)

Bề mặt tinh thể phụ thuộc vào số lượng của chúng, nếu lượng tinh thể càng nhiều, kích thước

càng nhỏ, bề mặt tinh thể càng lớn, lượng đường kết tinh nhiều. Bề mặt mỗi tinh thể phụ thuộc

vào khối lượng của nó theo công thức.

3 212,4 pf =

Trong đó

f: bề mặt một tinh thể, (cm2)

p: khối lượng một tinh thể, (g)

4,12 là hệ số thực nghiệm cho tinh thể saccarose

Dựa trên cơ sở nghiên cứu và kết quả thực nghiệm, Silin cho rằng quá trình kết tinh chủ

yếu là quá trình khuếch tán phân tử đường và ông giải thích như sau: tinh thể đường được bao

quanh bởi một lớp dung dịch không chuyển động với chiều dày d. Ngay sát bề mặt tinh thể là

dung dịch bão hoà, như vậy ở bề mặt tinh thể có nồng độ C’ ứng với dung dịch bão hòa, cách bề

mặt tinh thể một khoảng d là dung dịch quá bão hoà với nồng độ C. Do sự chênh lệch nồng độ

(C-C’), các phân tử đường sẽ khuếch tán qua lớp dung dịch không chuyển động d đến bề mặt

tinh thể thì lập tức kết tinh thành tinh thể mới, và ở bề mặt tinh thể mới này lại có nồng độ C’

như cũ. Như thế, quá trình kết tinh lại được thực hiện tiếp tục.

Qua đó, ta nhận thấy tốc độ kết tinh chính là tốc độ khuếch tán. Theo định luật Fick: lượng

đường khuếch tán S tỷ lệ thuận với hiệu số nồng độ (C – C’), bề mặt khuếch tán F, thời gian kết

tinh τ, và tỷ lệ nghịch với đoạn đường khuếch tán d.

( ) τFd

CCkS

'1 −=

Vậy, tốc độ kết tinh

( )d

CCkK

'1 −=

Trong đó k1 là hệ số khuếch tán. Theo Enstein, hệ số khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ

tuyệt đối (T) và độ nhớt môi trường (η)

ηTk

k'

1 = (với k’ là hằng số)

Vậy:

( )ηd

CCTkK

'' −=

Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ kết tinh gồm: độ quá bão hoà dư, nhiệt độ, độ tinh khiết

của dung dịch, độ nhớt, sự khuấy trộn, kích thước tinh thể, số lượng tinh thể trong đường non

1.5.2.3. Cơ chế của quá trình kết tinh

Kết tinh là quá trình phức tạp trong đó thực hiện đồng thời các quá trình truyền nhiệt, chuyển

dịch vật chất và tuần hoàn đường non trong nồi. Có 2 lực tương tác ảnh hưởng tới quá trình kết

tinh là động lực và trở lực kết tinh. Do đó, nếu khắc phục được trở lực, tăng động lực thì tốc độ

kết tinh tăng.

● Động lực và trở lực ảnh hưởng tới tốc độ kết tinh

Kết tinh là phản ứng tỏa nhiệt và nhiệt kết tinh bằng 2.5% ẩn nhiệt của nước bốc hơi. Lúc

tinh thể tạo thành thì cứ bốc hơi 1 kg nước phát ra 1 lượng nhiệt kết tinh là 564000 cal. Lượng

nhiệt đó làm giảm độ quá bão hòa của dung dịch đường và nó hình thành trở lực đối với kết tinh

làm cho tốc độ kết tinh phân tử đường chậm lại. Nếu muốn tăng tốc độ kết tinh, khắc phục nhiệt

d

C’ C

kết tinh tăng, tăng đối lưu tuần hoàn để giảm trở lực đó. Động lực quá trình kết tinh chính là hiệ

số (C-C’). Khi hiệu số nồng độ tăng, tốc độ kết tinh tăng.

● Quan hệ giữa độ quá bão hòa và tốc độ kết tinh

Trong dung dich đường không tinh khiết, do ảnh hưởng của nhiều loại chất không đường

khác nhau dẫn đến tốc độ kết tinh đường khác nhau. Các chất không đường này ảnh hưởng tới độ

hòa tan của đường tức là ảnh hưởng tới độ quá bão hòa.

● Quan hệ giữa truyền nhiệt và tốc độ kết tinh

Có 2 loại truyền nhiệt trong quá trình kết tinh là nhiệt bốc hơi và nhiệt kết tinh. Truyền

nhiệt ở đây tương tự bốc hơi nhưng khác nhau ở chỗ: tốc độ bốc hơi phải tương ứng tốc độ kết

tinh. Khi tốc độ bốc hơi lớn hơn tốc độ kết tinh thì sẽ tạo độ quá bão hòa cao và sinh ngụy tinh.

Ngược lại tốc độ bốc hơi nhỏ hơn tốc độ kết tinh, mẫu dịch không đạt độ quá bão hòa yêu cầu

làm tốc độ kết tinh chậm, tinh thể ngừng lớn lên và co thể hòa tan.

● Kích thước tinh thể và lượng đường kết tinh trong đơn vị thời gian

Tinh thể trong mẫu dịch được hấp thu phân tử đường trên bề mặt mà lớn lên. Trong cùng

1 đơn vị thời gian, diện tích bề mặt của phân tử đường càng lớn thì phân tử đường tích tụ càng

nhiều. Trong trường hợp có trọng lượng tinh thể như nhau, nếu số lượng tinh thể càng nhiều thì

diện tích bề mặt tinh thể càng lớn dẫn đến tốc độ kết tinh càng tăng.

Ví dụ: lúc tinh thể có hình lập phương cạnh 4*4mm thì tổng diện tích 6 mặt của tinh thể

đường là 96mm2, giả sử mỗi giây 1mm2 diện tích có thể kết tinh 1 mg phân tử đường thì mỗi

giây mỗi tinh thể có thể kết tinh 96mg đường. Nếu chia nhỏ tinh thể này thành nhiều tinh thể nhỏ

và mỗi tinh thể có cạnh là 2*2*6mm thì tổng diện tích bề mặt của các tinh thể đường là 192mm2,

suy ra 1 giây kết tinh được 192mg đường, như vậy lượng đường kết tinh gấp đôi so với trước.

Hiện tượng này càng thấy rõ khi dung dịch đường có AP thấp. Do đó trong quá trình nấu đường

khi AP càng thấp thì kích thước tinh thể đường càng nhỏ nhằm tăng diện tích kết tinh để duy trì

lượng đường kết tinh trong 1 đơn vị thời gian.

1.5.3. Các yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến nấu đường

� Ảnh hưởng của độ chân không đến nấu đường

●

●

� Ảnh hưởng của chất không đưởng đến nấu đường

●

●

●

� Ảnh hưởng của tiết kiệm năng lượng đến nấu đường

� Ảnh hưởng của đối lưu đường non đối với nấu đường

� Quan hệ giữa thao tác và nấu đường

1.5.3. Công nghệ nấu đường

Mục đích của quá trình nấu đường là tách nước ra khỏi mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái

quá bão hoà để thực hiện quá trình kết tinh đường. Sản phẩm sau khi nấu đường là đường non và

mật cái.

Công nghệ nấu đường bao gồm: nấu đường, kết tinh trợ tinh, phân mật,…khi dùng chế độ

nấu đường khác nhau có lưu trình khác nhau.

1.5.3.1. Yêu cầu công nghệ

� Đối với chất lượng thành phẩm: quyết định bởi các chủng loại sản phẩm sử dụng nó, ví dụ

đường tinh luyện làm nguyên liệu cho sản xuất nước giải khát coca-cola.

� Đối với chất lượng nguyên liệu nấu đường:

● Độ tinh khiết: AP càng cao càng tốt, nhưng chất lượng nguyên liệu phụ thuộc vào

giống mía, độ chín và điều kiện canh tác…Do đó không thể ổn định chất lượng nhất định. Vì

vậy, trong sản xuất cần có các biện pháp khác nhau: lúc cần sản xuất đường trắng mà độ tinh

khiết của mật chè quá thấp thì chế độ nấu đường là 2.5 hệ.

● Nồng độ; bất kỳ loại nguyên liệu nào khi cho vào để nấu một loại đường non thì cần

thích ứng với độ quá bão hòa trong nồi để đạt phần đường của nguyên liệu vào cân bằng phần

đường kết tinh. Nếu nguyên liệu vào quá đặc làm độ quá bão hòa tăng lên sẽ sinh ngụy tinh, nếu

quá loãng sẽ hòa tan tinh thể làm giảm tốc độ kết tinh, thời gian nấu kéo dài, tiêu hao hơi nhiều.

● Độ màu và độ trong: độ màu của dung dịch cần thấp, độ trong cao, tạp chất huyền phù

ít, nếu không sẽ làm tăng độ màu thành phẩm và tạp chất không tan.

Để thỏa mãn các yêu cầu trên đối với nấu đường, ngoài làm sạch nước mía còn căn cứ vào chất

lượng sản phẩm để có các biện pháp xử lý khác nhau đối với nguyên liệu nấu đường.

1.5.3.2. Quá trình nấu đường

Mật chè từ hệ bốc hơi có nồng độ khoảng 60Bx, dùng phương pháp gi nhiệt tiếp tục cô

đặc đến độ quá bão hòa nhất định (Bx=78-82), tạo mầm tinh thể và dần dần nuôi thành thể lớn

lên đến hạt đường có kích thước đạt yêu cầu (0.8-1.2mm).

���� Cô đặc đầu: là quá trình cô đặc dung dịch đến nồng độ cần thiết để chuẩn bị cho sự tạo thành

tinh thể. Tuỳ theo phương pháp gây mầm mà ta khống chế dung dịch ở các nồng độ khác nhau.

Trong giai đoạn này ta cô đặc ở độ chân không thấp (khoảng 600 – 620mmHg) để giảm nhiệt độ

sôi dung dịch (với áp suất này nhiệt độ sôi của dung dịch khoảng 60 – 65oC) , và giảm sự phân

huỷ đường.

Mật chè cần phải được phủ kín tại bề mặt truyền nhiệt (của nồi nấu) để tránh hiện tượng cháy

đường.

���� Sự tạo mầm tinh thể: đây là thời điểm quan trọng của quá trình nấu đường, tuỳ theo phương

pháp tạo mầm mà ta khống chế thời điểm tạo mầm khác nhau. Thông thường ở thiết bị nấu

không có dụng cụ xác định trực tiếp độ quá bão hoà và cũng không có số liệu về độ hoà tan của

đường không tinh khiết. Vì vậy việc xác định độ quá bão hoà thông qua việc xác định các thông

số: nồng độ nguyên liệu gốc (được xác định bằng chiết quang kế), độ dẫn điện, nhiệt độ... hoặc

dựa vào kinh nghiệm công nhân vận hành. Sự tạo mầm có thể chia làm 3 phương pháp:

● Tạo mầm tự nhiên: nấu dung dịch đường đến hệ số quá bão hoà α = 1,4 trở lên, lúc này các

tinh thể đường tự xuất hiện. Phương pháp này ít phổ biến vì từ khi bắt đầu xuất hiện tinh thể cho

đến khi đạt yêu cầu về số lượng tinh thể phải trải qua một thời gian nấu tương đối dài (thời gian

này phụ thuộc vào độ tinh khiết và độ nhớt của nguyên liệu gốc). Khi dung dịch tự xuất hiện tinh

thể thì độ quá bão hoà của dung dịch tương đối cao, và sau khi xuất hiện thì tinh thể lớn lên

không ngừng, vì vậy so với các mầm tinh thể xuất hiện ở giai đoạn cuối cùng thì có sự chênh

lệch kích thước. Ngoài ra, vì nhiệt độ cao làm cho nguyên liệu gốc tăng màu sắc, dễ xãy ra hiện

tượng dính tinh thể...

● Phương pháp kích thích: nấu mật đến nồng độ quá bão hoà α=1.2-1.3 rồi thay đổi độ chân

không đột ngột hoặc cho 1 lượng mầm (bột đường) rất ít để kích thích sự xuất hiện tinh thể mới.

● Phương pháp tinh chủng: khống chế nồng độ nguyên liệu gốc sao cho độ quá bão hoà α =

1,05 – 1,15, sau đó cho một lượng mầm thích hợp vào. Ở độ quá bão hoà này không hoà tan

mầm tinh thể và cũng không kích thích sự xuất hiện thêm mầm tinh thể mới, cho nên lượng

đường mầm cho vào sẽ hấp thu lượng đường dư từ dung dịch và lớn lên.

���� Nuôi tinh thể: khi dịch đường non có đủ số lượng tinh thể theo yêu cầu, nhanh chóng dùng

nước nấu để làm giảm độ bão hào xuống đến α = 1,1 (nhằm không cho dịch đường non xuất hiện

tinh thể mới). Nguyên tắc chung là nước nấu cho vào phải có nhiệt độ trong nồi nấu từ 3 – 5oC

(để giữ nhiệt độ sôi trong nồi, tăng khả năng truyền nhiệt và trộn đều với đường non trong nồi).

Trong giai đoạn nuôi tinh thể cần chú ý các vấn đề sau

- Do tinh thể của dịch đường non vẫn còn nhỏ nên, diện tích kết tinh nhỏ, độ tinh khiết của

mẫu dịch cao nên dễ sinh ra các tinh thể giả. Vì vậy ta cần chú ý khống chế nồng độ sao cho phù

hợp với sự lớn lên của tinh thể.

- Các tinh thể nhỏ nhưng số lượng tinh thể nhiều nên dễ xãy ra hiện tượng dính tinh thể. Vì

vậy phải khống chế tốt độ chân không, áp lực buồn đốt sao cho quá trình đối lưu tốt, đồng thời

cũng phòng ngừa sự xuất hiện tinh thể giả.

���� Cô đặc cuối: khi tinh thể đạt đến kích thước quy định, ngừng nạp liệu, cô đến nồng độ ra

đường (tránh cô đặc nhanh vì có thể tạo thành tinh thể dại). Giảm lượng nước trong đường non,

làm tinh thể đường hấp thụ tốt và tăng thu hồi.

1.5.3.3. Kỹ thuật nấu đường

● Đường non A: nguyên liệu chủ yếu là mật chè thêm 1 ít A2, đường hồ B và đường C hồi

dung. Do Ap nguyên liệu cao nên tinh thể lớn nhanh, có thể nấu hạt lớn. Đường non A là đường

thành phẩm nên yêu cầu tinh thể đồng đều và trắng trong phù hợp với chỉ tiêu chất lượng sản

phẩm.

Hiệu suất kết tinh thường 52.55%, hiệu suất thu hồi 700-800kg/m3 đường non.

● Đường non B: là sản phẩm trung gian trong chế độ nấu đường 3 hệ, là cầu nối cân bằng

giữa non A và non C. Kích thước số lượng và độ tinh khiết đường B ảnh hưởng trực tiếp đến số

lượng, chất lượng và hiệu suất thu hồi đường A.

Yêu cầu kích thước hợp lý, tinh thể đều đặn làm giống cho A thuận lợi đồng thời duy trì

AP mật B thích ứng với non C để giàm tổn thất đường trong mật cuối.

● Đường non C: là sản phẩm cuối cùng trong chế độ nấu đường 3 hệ, một mặt cần đảm bảo

chat lượng đường C nhưng đồng thời lại lấy tối đa lượng đường trong mật C. Vì mật C là mật

cuối không thể lấy được đường ra do vậy AP phải thấp. Nguyên liệu nấu non C chủ yếu là mật B

và bổ sung mật A1.

Độ tinh khiết của non B giảm, độ nhớt lớn, nấu khó khăn, đặc biệt khi dung tích lên cao

tuần hoàn và đối lưu kém.

1.5.3.4. Quá trình hoá học của giai đoạn nấu đường

Sau khi được tạo thành tinh thể đường saccarose rất bền, hầu như chúng không có sự biến

đổi về cấu trúc cũng như các biến đổi đặc biệt khác khi nhiệt độ dưới 70oC. Tuy nhiên lớp mật

bao quanh tinh thể không bền, do đó đường non không bền. Sự thay đổi của đường non trong quá

trình kết tinh chủ yếu phụ thuộc vào thành phần mật cái.

● Sự phân giải đường: trong giai đoạn nấu đường xảy ra quá trình chuyển hoá đường

saccarose thành đường khử, sự chuyển hoá này phụ thuộc vào nhiệt độ nấu đường và pH đường

non. Dưới tác dụng của nhiệt độ, đường khử sẽ phản ứng với các axit amin tạo thành những hợp

chất màu, ngoài ra đường khử bị phân huỷ thành các sản phẩm không lên men.

● Tách cặn lắng đọng muối phi đường: trong quá trình kết tinh một số axit hữu cơ chuyễn

thành hợp chất không tan và kết tủa dưới dạng muối canxi, muối magiê. Các chất khác (như: tinh

bột. pectin...) có khả năng kết tinh cùng đường saccarose và liên kết bền trong tinh thể đường.

● Hiện tượng khó nấu: khi nấu 1 số mẻ đường có xuất hiện hiện tượng như: đường non đặc

cứng lại trong nồi, bốc hơi chậm, không kết tinh được... Hiện tượng này thường xảy ra khi mật

chè chứa lượng muối canxi cao, ngoài ra khi dung dịch có pH cao thì quá trình nấu đường chậm

(vì một phần đường ở dạng sacarat). Khi mía nguyên liệu còn non, chất keo nhiều, độ nhớt lớn

thì quá trình nấu đường cũng gặp khó khăn, đặc biệt khi nấu các loại đường có chất lượng thấp.

1.5.3.5. Hiện tượng không bình thường trong công đoạn nấu đường

���� Tinh thể không tốt

Từ yêu cầu công nghệ và chỉ tiêu chất lượng sản phẩm, tinh thể đường kết tinh phải là

những hạt đường riêng rẽ có khích thước nhất định, góc cạnh hoàn chỉnh, óng ánh. Những tinh

thể không đạt yêu cầu trên là những tinh thể không tốt.

● Ngụy tinh: là những tinh thể đường thẳng qua nó mới sinh ra rất nhỏ bé, lúc lấy mẫu để

quan sát và khi gặp mẫu đường non để xem xét thì phát hiện ra điểm sáng li ti gọi là ngụy tinh.

Nguyên nhân: do độ quá bão hòa cao. Độ quá bão hòa mẫu dịch trong nồi nấu lươn luôn

thay đổi và tăng cao do phần nước bốc hơi nhanh hoặc cho nguyên liệu và quá chậm, nhưng

đồng thời quá trình kết tinh đường lại làm cho độ quá bão hòa mẫu dịch giảm xuống. Nếu như 2

vấn đề đó tương ứng nhau thì không xuất hiện ngụy tinh nhưng nếu vấn đề trước lớn hơn vấn đề

sau thì có khả năng xuất hiện ngụy tinh.

Thông thường, các trường hợp có khả năng xuất hiện ngụy tinh gồm: lượng tinh chủng

quá ít mà hạt tinh thể quá lớn, mẫu dịch quá nhiều, độ chân không trong nồi nấu độ nhiên tăng

cao, tốc độ cho nguyên liệu vào quá chậm mà áp lực hơi lại cao, đối lưu tuần hoàn không tốt,

nguyên liệu cho vào nồi có tính nhớt lớn hay nhiệt độ quá thấp hoặc chứa tương đối nhiều hạt

huyền phù,…

Sự xuất hiện ngụy tinh trong sản xuất là không tốt vì khi qua giai đoạn trợ tinh nó hấp thụ

một phần đường trong mẫu dịch mà lớn lên, lúc phân mật hoặc đi qua lưới ly tâm làm tắc đường

phân mật gây trở ngãi thao tác phân mật, tăng thời gian phân mật, giảm hiệu suất kết tinh, kéo

dài thời gian nấu đường, do đó cần chú ý thao tác cố gằng không để xuất hiện ngụy tinh. Nếu có

thì khi vừa mới xuất hiện ngụy tinh có thể dùng nước hoặc mật chè để giảm độ quá bão hòa hòa

tan ngụy tinh nhưng không để mẫu dịch quá loãng, nếu có thể điểu chỉnh được thì giảm độ chân

không, nâng cao nhiệt độ đường non để hòa tan ngụy tinh. Đối với thời kỳ cuối của nấu đường

tức khi thể tích đường non đã lên cao mà xuất hiện ngụy tinh thì đành phải để vậy, vì lúc dung

tích đường non cao, tính chất đốii lưu tuần hoàn đường non tương đối kém, nếu cho nước hòa tan

ngụy tinh thì cô đặc đường non khó khăn dẫn đến giảm thu hồi. Ngoài ra, nếu khống chế không

tốt dẫn đến hiện tượng chạy đường.

● Dính tinh

Do 2 tinh thể dính lại với nhau và có bề mặt chung. Nghiên cứu của Vavrinecz và Thieme

chỉ ra rằng, không lâu sau khi mầm xuất hiện, độ quá bão hòa tăng cao, từ đó dễ dàng sinh ra

dính tinh. Ngoài ra, nguyên liệu có độ tinh khiết cao dễ sinh dính tinh hơn so với nguyên liệu có

độ tinh khiết thấp. Mặt khác, khi các tinh thể có số lần tiếp xúc với nhau tương đối nhiều mà

nhiệt độ trong nồi tăng cao, độ nhớt đường non giảm, làm cho tính linh động của tinh thể lớn, sự

dính tính cũng có thể xuất hiện. trong thực tế sản xuất, khi người công nhân phát hiện hạt đường

tương đối mềm tức là lúc đó AP mẫu dịch cao, độ quá bão hòa cao cũng dễ xuất hiện dính tinh.

Dính tinh vừa sinh thành khó khắc phục loại trừ. Ở giai đoạn rửa tinh nhờ sự ma sát lẫn

nhau giữa các tinh thể có thể giảm được 1 ít nhưng không thể loại được hoàn toàn.

● Chùm tinh

Chùm tinh thường do nhiều hơn 2 tinh thể lien kết với nhau không theo quy luật nào mà

thành. Ở đường non cấp thấp không xuất hiện chùm tinh nhưng ở đường non A và đặc biệt ở

đường luyện thường xuất hiện. Theo nghiên cứu của Moller, loại chùm tinh hình sao là do lúc bỏ

bột, bột phân tán trong nồi không tốt mà hình thành chùm tinh. Thậm chí lúc độ nhớt cao,độ quá

bão hòa cao, bột đường khó phân tán cũng dễ dàng sinh chùm tinh sao. Ngoài ra, chùm tinh cũng

có thể được tạo thành sau khi bỏ bột và lúc tinh thể lớn lên với kích thước nhất định và tiếp xúc

với nhau nhiều lần. Sản sinh dính tinh và chùm tinh sẽ làm giảm diện tích kết tinh, ảnh hưởng

đến tốc độ lớn lên của tinh thể đường. Đồng thời, ở chỗ dính tinh và chùm tinh thường tồn tại lớp

mật và tạp chất, lúc phân mật khó loại bỏ, ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.

● Tinh thể không hoàn chỉnh, thiếu góc cạnh

Loại tinh thể này được sản sinh ở vùng hòa tan tinh thể. Nếu trong thời gian ngắn chỉ có 1

bộ phận tinh thể bị hòa tan và cũng ở vùng hòa tan tinh thể có phần góc cạnh, tinh thể đường bị

hòa tan tạo thành khuyết tật. Ngoài ra, còn do nguyên nhân cơ học, ví dụ như gàu múc, vít tải.

Mặt khác, có thể do tĩnh áp làm cho nhiệt độ sôi ở đáy nồi tăng cao, độ hòa tan tăng tạo vùng hòa

tan tinh thể dẫn đến tinh thể có góc cạnh không hoàn chỉnh. Theo nghiên cứu, chiều cao đường

non trong nồi và tình hình kết tinh có lien quan vời nhau. Mặt khác vào liệu không kịp thời hỗn

hợp đều cũng tạo thành vùng cục bộ hòa tan tinh thể.

Loại tinh thể trên tồn tại không chỉ ảnh hưởng tới kết tinh đường mà còn làm chậm tốc độ

kết tinh, ảnh hưởng tới độ óng ánh của sản phầm, do đó cần tăng cường đối lưu tuần hoàn, để đề

phòng loại tinh thể trên sinh ra.

���� Tuần hoàn không tốt

Tuần hoàn rất quan trọng vì nó có tác dụng sau:

● Bào mòn chiều dày xung quanh tinh thể

● Làm cho độ quá bão hòa đồng đều

● Làm giảm độ dày lớp bám ống gia nhiệt

● Giảm trở lực nhiệt tinh.

Đối lưu tuần hoàn giúp cho kết tinh nhanh, giảm thời gian nấu và đảm bảo chất lượng sản

phẩm. Do đó, cần tạo mọi điều kiện để đối lưu tuần hoàn tốt, đó là yếu tố rất quan trọng đối với

hiệu quả nấu đường. Nguyên nhân chủ yếu của đối lưu tuần hoàn không tốt như sau:

● Nguồn hơi gia nhiệt không đủ

● Hệ thống thoát nước ngưng tụ ở buồng đốt bị trở ngại. Mặt khac nươc ngưng tụ chiếm một

phần ống truyền nhiệt làm giảm diện tích truyền nhiệt, do đó lượng nhiệt truyền giảm. Đặc biệt,

lúc đường non ở thể tích cao càng bộc lộ lượng nhiệt truyền không đủ dẫn đến đường non ở trạng

thái đối lưu tuần hoàn không tốt. Ở trường hợp đó phòng đốt có hiện tượng thủy kích.

● Khí không ngưng thoát không tốt chiếm 1 thể tích nhất định ở phòng đốt làm giảm lượng

hơi vào và do đó làm trở ngại quá trình trao đổi nhiệt.

● Chân không đột nhiên tăng cao hoặc biến động cũng ảnh hưởng tới truyền nhiệt hoặc làm

cho nhiệt độ trong nồi nấu không ổn định, ảnh hưởng tới đối lưu tuần hoàn đường non. Nếu độ

chân không dao động nhiều sẽ dẫn đến hiện tượng chạy đường.

● Tính nhớt của nguyên liệu cũng ảnh hưởng tới đối lưu.

● Đường non nấu quá đặc làm cho mật độ tinh thể quá lớn dẫn đến tính linh động của đường

non giảm nhiều do đó đối lưu khó khăn.

● Hiệu suất kết tinh đường non quá lớn cũng ảnh hưởng tới đối lưu tuần hoàn.

Tóm lại, nguyên nhân tuần hoàn không tốt có nhiều, có nguyên nhân thuộc về thiết bi, có

nguyên nhân thuộc về thao tác nhưng lấy nguyên nhân đề phòng làm chính, cố gắng đảm bảo đối

lưu tuần hoàn tốt. Nếu vừa xuất hiện đối lưu tuần hoàn không tốt, kịp thời phân tích nguyên nhân

và tìm biện pháp xử lý, nếu thuộc về hiệu năng truyền nhiệt kém thì cải tiến hiệu năng truyền

nhiệt, nếu trở ngại về thiết bị thì dựa vào tình hình cụ thể để điều chỉnh sửa chữa nhằm khôi phục

lại trạng thái bình thường. Nếu độ nhớt quá lớn hoặc nồng độ quá cao tạo thành những kết tủa, có

thể cho vào 1 ít lượng hơi hoặc nấu nước thích hợp để giúp cho việc đối lưu trở lại bình thường.

1.5.4. Trợ tinh và sự tạo thành mật cuối

1.5.4.1. Kết tinh làm lạnh (trợ tinh) đường non

Trợ tinh là tiếp tục quá trình kết tinh. Ở giai đoạn cuối của nấu đường, hàm lượng tinh thể đã

đạt trình độ nhất định, nồng độ mẫu dịch càng cao, độ tinh khiết càng thấp, do đó đường non rất

nhớt, tốc độ kết tinh rất chậm và với điểu kiện thiết bị nấu đường hiện chưa thể hoàn thành

nhiệm vụ kết tinh nên cần cho đường non vào thiết bị trợ tinh tiến hành trợ tinh để hấp thụ phần

đường trong mẫu dịch mà lớn lên và hoàn thành nhiệm vụ kết tinh.

���� Nguyên lý: đường non là một hỗn hợp tinh thể đường và mẫu dịch có tính keo nhớt,

trong đó đường tồn tại ở trạng thái kết tinh và trạng thái hòa tan, loại sau tồn tại trong mẫu dịch.

Một phần của đường ở trạng thái hòa tan sau đó cùng với các chất vô cơ liên kết tạo thành hợp

chất càng nhiều. Mặt khác đường non có độ tinh khiết thấp, độ nhớt làm tinh thể hấp thụ phần

đường trong mẫu dịch khó khăn. Do đó, cần có đầy đủ thời gian để tinh thể và mẫu dịch tiếp xúc,

tinh thể tiếp tục lớn lên. Kết tinh cần có động lực là hiệu số nồng độ, cũng có nghĩa là mẫu dịch

cần có độ quá bão hòa nhất định. Duy trì hoặc nâng cao độ quá bão hòa đó dựa vào sự giảm nhiệt

độ trong quá trình trợ tinh, còn nấu đường thì dựa vào sự bốc hơi nước. Kết quả sự giảm nhiệt độ

mang đến 2 tác dụng: làm độ hòa tan của đường giảm dẫn đến độ quá bão hòa của mẫu dịch tăng

cao và làm cho độ nhớt tăng cao không có lợi cho kết tinh. Do đó vấn đề giảm nhiệt là nộ dung

chủ yếu của quả lý trợ tinh.

���� Quản lý trợ tinh

Từ thực tế sản xuất, việc quản ;lý trợ tinh đường non A và B không thật nghiêm ngặt vì theo

chế độ nấu đường không yêu cầu độ tinh khiết mẫu dịch xuống thấp để giảm tổn thất đường non

trong mật cuối. Do đó quản lý trợ tinh ở nhà máy đường cần thiết lập chế độ quản lý trợ tinh

đường non C.

● Tốc độ giảm nhiệt độ

● Phương thức giảm nhiệt độ

● Cho nước trong quá trình trợ tinh

● Thời gian trợ tinh

● Chọn nhiệt độ kết thúc trợ tinh

● Khuấy trộn

1.5.4.2. Sự tạo thành mật cuối

Lượng chất không đường trong nguyên liệu nấu đường đa số làm tăng độ hòa tan của đường

do đó chất không đường nhiều thì đường trong mật cuối sẽ nhiều lên. Bất kỳ một loại chất không

đường nào cũng mang theo một phần đường nhất định, tính chất đó gọi là tính chất tạo mật cuối.

Trong trường hợp có nhiều đường khử thì dù các chất không đường khác có ở mức cao nhưng do

đường khử làm giảm độ hòa tan của đường nên tuy lượng mật nhiều nhưng độ tinh khiết không

nhất định tăng cao.

Thành phần mật cuối phụ thuộc vào nguyên liệu, điều kiện công nghệ của nhà máy, thời vụ

sản xuất...

Trước đây người ta cho rằng sự tạo thành mật cuối là do đường ngừng kết tinh. Vì khi độ tinh

khiết giảm, độ nhớt tăng lên, cản trở các phân tử đường di động và kết tinh trên bề mặt tinh thể.

Nhưng thực tế chứng minh độ nhớt không làm ngừng hẳn quá trình kết tinh mà chỉ làm cho quá

trình kết tinh bị chậm lại.

● Giải thích bằng thuyết hóa lý: người ta đã cố gắng giải thích sự tạo thành mật cuối bằng

cách nghiên cứu sự ảnh hưởng của các chất hóa học và các chất không đường trong mật cuối đến

độ hòa tan của mật tức là ảnh hưởng của chúng đến hệ số bão hòa. Những chất không đường làm

tăng độ hòa tan gọi là chất tạo mật cuối dương (muối natri, muối kali), những chất không đường

làm giảm độ hòa tan gọi là chất tạo mật cuối âm (muối canxi).

Tuy nhiên các chất không đường làm tăng độ hòa tan của đường nhưng không làm ngừng

quá trình kết tinh. Ngoài ra, khi có mặt các chất tạo mật cuối âm nhiều vẫn có mật cuối.

● Giải thích bằng luận thuyết hóa học: người ta cho rằng chất tạo mật cuối là chất vô cơ của

nguyên liệu (do tạo thành sacarat). Mặt khác người ta nhận thấy mật cuối nào có thành phần tro

chứa nhiều canxi thì độ tinh khiết bao giờ cũng thấp. Và Dedek kết luận rằng canxi không mang

theo đường mà chỉ có một phân tử kali, natri mang theo một phân tử đường.

Tuy nhiên, cách giải thích này cũng bị phá sản do thực tế chứng minh rằng sự tổn thất

đường trong mật cuối vào cuối vụ sản xuất bao giờ cũng lớn hơn mặc dầu lượng kali và natri

không thay đổi.

● Giải thích bằng thuyết cơ lý hóa học: phân tích ưu khuyết điểm của các học thuyết trên,

Silin đề ra học thuyết tổng hợp tất cả các yếu tố ảnh hưởng đến hàm lượng đường trong mật cuối

và cho thấy:

- Độ nhớt gây khó khăn cho quá trình ly tâm

- Ảnh hưởng của chất không đường đến độ hòa tan của đường (tức là ảnh hưởng của

chúng đến hệ số bão hòa). Trong trường hợp α’≤ 1 tức là không có chất tạo mật cuối, hoặc các

chất tạo mật cuối âm ta vẫn nhận được mật cuối. Như vậy theo học thuyết này tất cả những chất

không đường (kể cả các chất không liên kết với đường) khi có mặt trong dung dịch sẽ làm tăng

nồng độ chất khô, tăng độ nhớt, gây khó khăn cho quá trình kết tinh. Mặt dầu quá trình kết tinh

vẫn xãy ra, tuy nhiên rất chậm không kinh tế và không ly tâm được.

Bằng cách giải thích này Silin và các cộng sự đã đưa ra những kết luận sau:

- Không nên cho rằng chỉ có một số chất tạo mật cuối, vì mỗi một chất không đường đều

có tác dụng đến sự tạo thành mật cuối.

- Không chỉ có cation tạo mật cuối mà các anion cũng có khã năng tạo mật cuối.

- Đối với cation chất tạo mật cuối giảm dần theo thứ tự kali, natri, canxi

- Đối với anion chất tạo mật cuối giảm dần theo thứ tự ,,,, 323

−−−− ClCOOCHCOOH axit

glutamic, tirozin, các sản phẩm phân hủy đường khử và −3NO .

Để giảm lượng đường trong mật cuối, cần nâng cao chất lượng nguyên liệu, hiệu quả làm

sạch, kỹ thuật nấu đường.

1.6. Hoàn tất

1.6.1. Phân ly đường non

Đây là quá trình tách mật đường non ra khỏi tinh thể đường bằng lực ly tâm trong thùng quay

với tốc độ cao.

Do tính chất các loại đường non không giống nhau nên đối với thao tác phân ly yêu cầu

thiết bị khác nhau.

� Quá trình công nghệ ly tâm do hệ nấu đường khác nhau mà khác nhau, thường dùng chế độ

nấu đường 3 hệ.

● Đường non A: mật đường thoát ra đầu tiên sau khi ly tâm gọi là mật nguyên (mật A1).

Sau đó, dùng nước và hơi rửa tinh thể được mật rửa (A2) và đưa về để nấu non B và non C (một

phần mật A2 đưa về nấu đường non A). Tinh thể đường sau ly tâm đưa đi sấy, phân loại, đóng

bao và bảo quản.

● Đường non B: Sau ly tâm được đường B và mật nguyên B, dùng nước rửa được mật

rửa B (nhiều nhà máy không tách mật nguyên và mật rửa). Mật nguyên B đưa nấu non C. Thể

thể đường B dùng làm đường hồ b là giống nấu đường non A.

● Đường non C: Sau ly tâm được mật C gọi là mật cuối (mật rỉ), dùng làm nguyên liệu

nấu rượu hoặc các sản phẩm phụ khác. Đường C đưa hồi dung, xông SO2 lần 2 dùng làm nguyên

liệu nấu đường non A.

� Quá trình phân ly được thực hiện qua 4 giai đoạn

● Cho đường non vào máy ly tâm: đầu tiên cho máy ly tâm quay từ từ đến khi tốc độ máy

đạt 200 – 300 vòng/phút, sau đó mở van nạp liệu cho đường non vào. Thông thường cho đường

vào đầy thùng quay để phát huy tối đa năng suất thiết bị, tuy nhiên trong thực tiễn lượng nạp liệu

thay đổi tùy thuộc vào chất lượng đường non. Nếu hạt đường cát lớn, độ dính nhỏ, dễ tách mật

nên lớp đường có thể dày, tuy nhiên không được tràn mâm quay. Ngược lại nếu đường hông

đồng đều, độ dính lớn nên khống chế chiều dày lớp đường mỏng hơn để dễ tách mật đường,

giảm thời gian tách mật.

● Phân mật: sau nạp liệu, tăng dần tốc độ mâm quay đến cực đại, lúc này phần lớn mật

trong đường non được tách ra gọi là mật nâu. Thời gian phân mật phụ thuộc vào chiều dày lớp

đường non, độ nhớt, khích thước thùng quay...

● Rửa đường: sau khi phân mật, trên bề mặt đường còn phủ một lớp mật nâu. Do vậy ta

cần phải tách lớp mật này để đảm bảo yêu cầu chất lượng đường. Quá trình rửa đường bao gồm 2

giai đoạn: rửa đường bằng nước nóng (nhiệt độ từ 75 – 80oC), lượng nước rửa dùng khoảng 2%

so với lượng đường non. Sản phẩm của rửa nước là mật trắng (có độ tinh khiết cao hơn mật nâu).

Sau đó phun hơi bão hòa có áp suất 3 – 4 at vào đường non, lượng hơi dùng khoảng 2 – 3% so

với khối lượng đường non. Hơi bão hòa sẽ làm tăng nhiệt độ của mật, do đó độ nhớt giảm, phân

ly dễ dàng. Ngoài ra một phần nước ngưng tụ từ hơi có tác dụng rửa đường một lần nữa, hơi bão

hòa còn làm cho đường khô hơn, rút ngắn thời gian sấy, giảm khả năng đóng cục của đường.

● Hãm máy và xã đường: sau quá trình rửa đường ta ngắt điện mô tơ để hãm máy, dùng

phanh hãm làm giảm tốc độ thanh quay, nâng chụp đáy lên và lấy đường ra khỏi thiết bị ly tâm.

���� Trở lực ly tâm

Quan sát quá trình ly tâm có thể phát hiện, lúc mới phân ly đường non, dưới tác dụng của lực

ly tâm, tinh thể bị giữ lại và mật đường đi qua lưới ra ngoài. Tùy thuộc độ dày lớp tinh thể tăng

lên và không ngừng bị nén lại thì trở lực của mật đi qua lưới dần tăng lên. Lúc phân ly đường

non có độ tinh khiết thấp, độ nhớt lớn hoặc có ngụy tinh (tinh thể li ti) thì mật đường đi qua lưới

có trở ngại càng lớn. Do đó, khi dùng máy ly tâm có hệ số phân ly nhỏ để phân ly đường non C

thường hay xuất hiện hiện tượng trên.

Ngoài ra, lực nhớt của mật đường đối với tinh thể là 1 loại trở lực phân ly lớn. Có 2 nguyên

nhân sản sinh lực nhớt: tác dụng của ống mao quản làm cho mật đường lưu lại ở khoảng cách

giữa các tinh thể và mật đường dính trên bề mặt tinh thể. Nguyên nhân này làm trở lực tăng lên

mấy lần so với lực ly tâm. Do đó, dưới điểu kiện của các máy ly tâm hiện nay, dựa vào lực ly

tâm để tách hoàn toàn mật đường là có khó khăn. Vì vậy, lúc sản xuất đường có chất lượng cao

thường dùng rửa nước hoặc rửa hơi để giảm lượng mật ở bề mặt tinh thể. Tác dụng lớp mật

mòng giữa các tinh thể khuếch tán loãng ra, lớp mật có thể ra ngoài. Nhưng nước rửa dễ dàng đi

qua những nơi có trở lực nhỏ, phân bố đều trên toàn bộ bề mặt tinh thể, còn những nơi tinh thể bị

nén chặt rửa nước rất khó phát huy tác dụng. Do đó, lúc sản xuất đường có chất lượng tương đối

cao, ngoài rửa nước còn cần rửa hơi do áp lực của hơi tương đối cao, dễ dàng khắc phục những

trở lực đó. Đồng thời lúc hơi ngưng tụ thành nước có tác dụng rửa nước một lần nữa, làm tinh

thể đường không dính mật.

Để phân ly tiến hành thuận lợi, ngoài việc dùng hệ số phân ly thích đáng, việc giảm trở lức

phân ly là rất quan trọng. Do đó, về mặt công nghệ, yêu cầu nấu đường non có độ nhớt mẫu dịch

tương đối nhỏ, tinh thể lớn và đều đặn. Về phương diện trợ tinh nên khống chế thích đáng nồng

độ và nhiệt độ của đường non có độ tinh khiết thấp trước khi ly tâm. Lúc ly tâm, cho lượng

đường non vào máy ly tâm thích đáng để giảm độ dày lớp đường do đó giảm trở lực ly tâm.

���� Thiết bị ly tâm

Sau trợ tinh, đường non chảy trực tiếp vào máng phân phối, cho vào máy ly tâm tiến hành

phân ly. Dưới tác dụng của lực ly tâm, mật đường xuyên qua lớp lưới ra ngoải còn tinh thể có

kích thước lớn hơn lỗ lưới được giữ lại. Toàn bộ quá trình phân ly dựa vào chuyển động quay

của máy và sản sinh lực ly tâm. Đó là nguyên lý làm việc của máy ly tâm.

Máy ly tâm được dùng rộng rãi trong nhà máy đường. Người ta dựa vào phương thức thao

tác để phân loại thành máy ly tâm gián đoạn và máy ly tâm lien tục. Máy ly tâm gián đoạn

thường dùng để phân ly đường non có độ tinh khiết cao còn máy ly tâm liên tục dùng để phân ly

đường non có độ tinh khiết thấp.

1.6.2. Sấy đường

Đường sau khi ly tâm có độ ẩm 0.2-2%, cần phải sấy khô và làm nguội đường mới có thể

đóng bao và bảo quản nếu không đường bị ướt, đóng cục, không bảo quản được lâu. Như vậy,

mục đích của việc sấy đường đưa đường đến độ ẩm thích hợp, làm cho đường thành phẩm có

màu sáng bóng, không bị hư hỏng, biến chất trong quá trình bảo quản.

Để bảo quản đường, cần thực hiện hệ số an toàn khi bảo quản. Khi hệ số an toàn nhỏ hơn

hoặc bằng 0.25 thì đường bảo quản tốt. Nếu lớn hơn 0.25 thì đường bảo quản không tốt.

Phần nước % Hệ số an toàn = -------------

100 - Pol Tiêu chuẩn độ ẩm của đường trắng ở nước ta quy định như sau:

● Đường trắng loại I: 0.06%

● Đường trắng loại II: 0.07%

● Đường tinh luyện: 0.05%

���� Các phương pháp làm khô

Sử dụng nhiệt lượng tỏa ra từ bản thân đường sau quá trình ly tâm, hay sử dụng không khí

nóng làm bốc hơi nước trên bề mặt đường.

● Làm khô tự nhiên: thông thường nhiệt độ đường cát sau khi ra khỏi máy ly tâm lớn hơn

80oC, ta làm nguội tự nhiên đến một nhiệt độ thích hợp. Lợi dụng nhiệt lượng của bản thân nó

tỏa ra làm cho đường khô. Tuy nhiên, thời gian làm khô dài, khó khống chế ẩm độ thành phẩm,

và khi độ ẩm của đường sau khi ly tâm không ổn định sẽ ảnh hưởng đến hiệu quả làm khô.

● Làm khô bằng không khí nóng: trước tiên sấy nóng không khí, làm giảm độ ẩm tương đối

của nó, sau đó đưa vào máy làm khô cho tiếp xúc với đường cát nhằm hấp thu ẩm của chúng.

Đối với phương pháp này, thời gian làm khô tương đối ngắn, và có thể khống chế hàm lượng ẩm

trong đường thành phẩm.

���� Các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ làm khô:

● Kích thước hạt tinh thể của đường cát và chiều dày lớp đường: thời gian làm khô sẽ rút

ngắn khi diện tích bề mặt bốc hơi của đường tăng lên. Nếu hạt tinh thể quá bé, lớp đường quá

dày, lượng ẩm bên trong khó khuếch tán, tốc độ làm khô nhỏ.

● Lượng nước chứa trong đường làm khô: nếu đường cát sau quá trình ly tâm có độ ẩm lớn

thì thời gian làm khô sẽ kéo dài.

● Nhiệt độ và độ ẩm không khí: nhiệt độ không khí cao, độ ẩm tương đối thấp, khả năng hút

ẩm mạnh, tốc độ làm khô nhanh. Tuy nhiên nhiệt độ không khí nóng không nên quá cao vì nó sẽ

ảnh hưởng đến chất lượng đường sau khi sấy.

● Thiết bị làm khô: cấu tạo thiết bị khác nhau thì tốc độ làm khô cũng khác nhau.

� Sàn rung và băng tải đường

� Máy sấy thùng quay

� Mấy sấy nhiều ống

1.6.3. Đóng bao và bảo quản đường

Đường sau khi sấy được đóng bao và bảo quản, đối với đường trắng đóng mỗi bao 100kg sau

đó đưa vào kho bảo quản.

Bảo quản đường cần có yêu cầu công nghệ nhất định, nếu không sẽ phát sinh đường ướt, kết

cục, biến chất, ảnh hưởng chất lượng sản phẩm. để bảo quản tốt, nhiệt độ đường đóng bao

khoảng 38-40oC, trong quá trình bảo quản đường bị kết cục, nguyên nhân chủ yếu là h2m lượng

ẩm trong đường quá cao, vượt quá 1%. Đó là do nhiệt độ sấy đóng bao và bảo quản, khống chế

độ ẩm không bình thường mà phát sinh. Trong quá trình sấy đường nếu khống chế độ dày của

lớp đường không bình thường sẽ làm hàm lượng ẩm của đường không đều. Sauk hi đóng bao và

bảo quản dẫn đến đường kết cục cục bộ. Đường không được làm nguội đầy đủ đã tiến hành đóng

bao đưa vào kho thì sau khi nhập kho nhiệt độ đường tiếp tục giảm làm đường hấp thu phần

nước trong không khí mà sản sinh kết cục. Ngoài ra, nếu các bao đường xếp chồng quá cao, áp

lực lớn cũng dễ tạo thành kết cục. Do đó, đối với bao 100kg, chiều cao lớp bao đường thường

không quá 25 bao.

Đường biến màu vàng là do dùng phương pháp sunfit để làm trắng đường. Sauk hi bảo quản

lâu, do sự oxi hóa của không khí làm đường biến màu vàng.

Đề phòng đường biến chất trong bảo quản, các kho bảo quản cần có yêu cầu nhất định về

không gian, kiến trúc và cần có chấ đệ quản lý bảo quản hợp lý.