GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CÔ ĐẶC MÍA ĐƯỜNG

Ngành công nghiệp mía đường là một ngành công nghiệp lâu đời ở nước ta. Do nhu cầu thị trường nước ta hiện nay mà các lò đường với quy mô nhỏ ở nhiều địa phương đã được thiết lập nhằm đáp nhu cầu này. Tuy nhiên, đó chỉ là các hoạt động sản xuất một cách đơn lẻ, năng suất thấp, các ngành công nghiệp có liên quan không gắn kết với nhau đã gây khó khăn cho việc phát triển cộng nghiệp đường mía.

Trong những năm qua, ở một số tỉnh thành của nước ta, ngành công nghiệp mía đường đã có bước nhảy vọt rất lớn. Diện tích mía đã tăng lên một cách nhanh chóng, mía đường hiện nay không phải là một ngành đơn lẻ mà đã trở thành một hệ thống liên hiệp các ngành có quan hệ chặt chẽ với nhau. Mía đường vừa tạo ra sản phẩm đường làm nguyên liệu cho các ngành công nghiệp như bánh, kẹo, sữa… đồng thời tạo ra phế liệu là nguyên liệu quý với giá rẻ cho các ngành sản xuất như rượu…

Trong tương lai, khả năng này còn có thể phát triển hơn nữa nếu có sự quan tâm đầu tư tốt cho cây mía cùng với nâng cao khả năng chế biến và tiêu thụ sản phẩm. Xuất phát từ tính tự nhiên của cây mía, độ đường sẽ giảm nhiều và nhanh chóng nếu thu hoạch trễ vàkhông chế biến kịp thời.

Vì tính quan trọng đó của việc chế biến, vấn đề quan trọng được đặt ra là hiệu quả sản xuất nhằm đảm bảo thu hồi đường với hiệu suất cao. Hiện nay, nước ta đã có rất nhiều nhà máy đường như Bình Dương, Quãng Ngãi, Biên hồ, … nhưng với sự phát triển ồ ạt của diện tích mía, khả năng đáp ứng là rất khó. Bên cạnh đó, việc cung cấp mía khó khăn, sự cạnh tranh của các nhà máy đường, cộng với công nghệ lạc hậu, thiết bị cũ kỹ đã ảnh hưởng mạnh đến quá trình sản xuất.

Vì tất cả những lý do trên, việc cải tiến sản xuất, nâng cao, mở rộng nhà máy, đổi mới dây chuyền thiết bị công nghệ, tăng hiệu quả các quá trình là hết sức cần thiết và cấp bách, đòi hỏi phải chuẩn bị từ ngay bây giờ. Trong đó, cải tiến thiết bị cô đặc là một yếu tố quan trọng không kém trong hệ thống sản xuất vì đây là một thành phần không thể xem thường.

Một vài số liệu về sản lượng đường trên thế giới (đơn vị tính: 1000 tấn):

Năm 1945-1946 1952-1953 1965-1966 1977-1978 1978-1979 1979-1980 1980-1981 1981-1982

Sản lượng 19934 35486 63097 92280 91858 88920 91000 97900

I. Nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc mía đường:

1. Đặc điểm nguyên liệu:

Nguyên liệu cô đặc ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước.

Các chất hồ tan: gồm nhiều cấu tử với hàm lượng rất thấp (xem như không có) và chiếm chủ yếu là đường saccaroze. Các cấu tử này xem như không bay hơi trong quá trình cô đặc.

Tùy theo độ đường mà hàm lượng đường là nhiều hay ít. Tuy nhiên, trước khi cô đặc, nồng độ đường thấp, khoảng 6-10% khối lượng.

2. Đặc điểm sản phẩm:

Sản phẩm ở dạng dung dịch, gồm:

Dung môi: nước.

Các chất hồ tan: có nồng độ cao.

3. Biến đổi của nguyên liệu và sản phẩm trong quá trình cô đặc:

Trong quá trình cô đặc, tính chất cơ bản của nguyên liệu và sản phẩm biến đổi không ngừng.

a. Biến đổi tính chất vật lý:

Thời gian cô đặc tăng làm cho nồng độ dung dịch tăng dẫn đến tính chất dung dịch thay đổi:

Các đại lượng giảm: hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt.

Các đại lượng tăng: khối lượng riêng dung dịch, độ nhớt, tổn thất nhiệt do nồng độ, nhiệt độ sôi.

b. Biến đổi tính chất hố học:

Thay đổi pH môi trường: thường là giảm pH do các phản ứng phân hủy amit (Vd: asparagin) của các cấu tử tạo thành các acid.

Đóng cặn dơ: do trong dung dịch chứa một số muối Ca2+ ít hồ tan ở nồng độ cao, phân hủy muối hữu cơ tạo kết tủa.

Phân hủy chất cô đặc.

Tăng màu do caramen hố đường, phân hủy đường khử, tác dụng tương hỗ giữa các sản phẩm phân hủy và các amino acid.

Phân hủy một số vitamin.

c. Biến đổi sinh học:

Tiêu diệt vi sinh vật (ở nhiệt độ cao).

Hạn chế khả năng hoạt động của các vi sinh vật ở nồng độ cao.

4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa:

Thực hiện một chế độ hết sức nghiêm ngặt để:

Đảm bảo các cấu tử quý trong sản phẩm có mùi, vị đặc trưng được giữ nguyên.

Đạt nồng độ và độ tinh khiết yêu cầu.

Thành phần hố học chủ yếu không thay đổi.

II. Cô đặc và quá trình cô đặc:

1. Định nghĩa:

Cô đặc là phương pháp dùng để nâng cao nồng độ các chất hồ tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Quá trình cô đặc của dung dịch lỏng - rắn hay lỏng- lỏng có chênh lệch nhiệt sôi rất cao thường được tiến hành bằng cách tách một phần dung môi (cấu tử dể bay hơi hơn). Đó là các quá trình vật lý - hóa lý.

2. Các phương pháp cô đặc:

Phương pháp nhiệt (đun nóng): dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi dưới tác dụng của nhiệt khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất tác dụng lên mặt thống chất lỏng.

Phương pháp lạnh: khi hạ thấp nhiệt độ đến một mức nào đó thì một cấu tử sẽ tách ra dạng tinh thể đơn chất tinh khiết, thường là kết tinh dung môi để tăngnồng độ chất tan.Tùy tính chất cấu tử và áp suất bên ngồi tác dụng lên mặt thống mà quá trình kết tinh đó xảy ra ở nhiệt độ cao hay thấp và đôi khi phải dùng đến máy lạnh.

3. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt:

Dựa theo thuyết động học phân tử:

Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thống lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để khắc phục lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngồi. Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này.

Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hồn tự nhiên trong nồi cô đặc. Tách không khí và lắng keo (protit) khi đun sơ bộ sẽ ngăn chặn được sự tạo bọt khi cô đặc.

4. Ứng dụng của sự cô đặc:

Dùng trong sản xuất thực phẩm: dung dịch đường, mì chính,các dung dịch nước trái cây…

Dùng trong sản xuất hóa chất: NaOH, NaCl, CaCl2, các muối vô cơ …

5. Đánh giá khả năng phát triển của sự cô đặc:

Hiện nay, phần lớn các nhà máy sản xuất hố chất, thực phẩm đều sử dụng thiết bị cô đặc như một thiết bị hữu hiệu để đạt nồng độ sản phẩm mong muốn. Mặc dù chỉ là một hoạt động gián tiếp nhưng rất cần thiết và gắn liền với sự tồn tại của nhà máy. Cùng với sự phát triển của nhà máy thì việc cải thiện hiệu quả của thiết bị cô đặc là một tất yếu. Nó đòi hỏi phải có những thiết bị hiện đại, đảm bảo an tồn và hiệu suất cao. Đưa đến yêu cầu người kỹ sư phải có kiến thức chắc chắn hơn và đa dạng hơn, chủ động khám phá các nguyên lý mới của thiết bị cô đặc.