QUÁ TRÌNH NẤU ĐƯỜNG
Cơ sở lý thuyết của quá trình nấu đường
1.1.1 Mục đích của nấu đường
Quá trình nấu đường nhằm tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hòa để hình thành tinh thể đường Sản phẩm thu được từ quá trình này được gọi là đường non, bao gồm tinh thể đường và mật cái, với mục tiêu nuôi lớn tinh thể đường đạt kích thước mong muốn.
1.1.2 Một số khái nhiệm cơ bản
1.1.2.1 Độ hòa tan của đường sacaroza Độ hòa tan của đường saccharose ở một nhiệt độ nhất định là lượng đường tối đa hoà tan được trong một đơn vị nước ở nhiệt độ đó Sự hoà tan của đường sacaroza trong nước thay đổi và tăng theo nhiệt độ.
- Độ hòa tan của đường sacaroza trong nước:
Trong quá trình hòa tan, một chất được gọi là dung chất sẽ hòa tan trong một chất khác, được gọi là dung môi Dung môi là chất dùng để hòa tan dung chất, tạo thành dung dịch.
Khi hòa tan đường sacaroza ở nhiệt độ nhất định, dung dịch sẽ đạt đến giới hạn bão hòa khi không còn đường nào có thể hòa tan hoặc kết tinh Nồng độ của dung dịch bão hòa có thể được biểu thị bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Độ hòa tan của sacaroza trong dung dịch không tinh khiết phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống mía, địa phương canh tác, phân bón, thu hoạch và phương pháp làm sạch Do đó, không thể thiết lập một bảng độ hòa tan chung cho dung dịch đường nguyên chất Để xác định độ hòa tan, người ta sử dụng nước và dung dịch đường không nguyên chất để tạo thành dung dịch bão hòa, từ đó tính toán độ tinh khiết và nồng độ Công thức tính độ hòa tan của dung dịch đường không nguyên chất là: Độ hòa tan của dung dịch = Độ tinh khiết x nồng độ.
1.1.2.2 Dung dịch bão hòa, quá bão hòa
Dung dịch bão hòa tại một nhiệt độ nhất định là dung dịch đạt nồng độ tối đa của chất hòa tan có thể hòa tan ở nhiệt độ đó.
Dung dịch quá bão hòa là dung dịch chứa lượng chất hòa tan vượt quá mức của dung dịch bão hòa tại cùng nhiệt độ, cụ thể là lượng đường sacaroza hòa tan trong mỗi phần nước của dung dịch quá bão hòa cao hơn so với dung dịch bão hòa Chỉ từ dung dịch quá bão hòa, đường sacaroza mới có thể kết tinh Để tạo ra dung dịch quá bão hòa, người ta thường sử dụng các phương pháp như bốc hơi nước hoặc hạ nhiệt độ dung dịch.
Tỷ số giữa hệ số hòa tan saccharose trong dung dịch đường không tinh khiết (
H 1 ) và hệ số hòa tan trong dung dịch tinh khiết ( H 0) ở cùng một nhiệt độ gọi là hệ số bão hòa α ' = H 1
Khi ’ > 1: các chất không đường trong dung dịch làm tăng độ hòa tan của đường sacaroza
Khi ’ = 1: các chất không đường không ảnh hưởng đến độ hòa tan của đường sacaroza
Khi ’ < 1: các chất không đường đã làm giảm độ hòa tan của đường sacaroza.
1.1.2.4 Hệ số quá bão hòa
Hệ số quá bão hòa (α) là tỷ số giữa lượng đường hòa tan trong một đơn vị nước của dung dịch nghiên cứu và lượng đường hòa tan trong một phần nước của dung dịch bão hòa tại cùng nhiệt độ Công thức tính hệ số này được biểu diễn là α = H.
H: lượng đường trong một phần nước của dung dịch nghiên cứu
H 1 : lượng đường trong một phần nước của dung dịch bão hòa.
Dung dịch được phân loại dựa trên tỷ số giữa lượng đường hòa tan trong một đơn vị Nếu tỷ số lớn hơn 1, dung dịch được coi là quá bão hòa; nếu bằng 1, dung dịch là bão hòa; và nếu nhỏ hơn 1, dung dịch chưa bão hòa Đối với dung dịch sacaroza tinh khiết, H1 = H0 Tuy nhiên, trong dung dịch đường không tinh khiết, việc xác định lượng đường hòa tan trong một đơn vị nước của dung dịch bão hòa H1 trở nên phức tạp, do đó H1 thường được coi là xấp xỉ H0, và hệ số quá bão hòa trong trường hợp này được gọi là hệ số quá bão hòa biểu kiến, ký hiệu là α1.
1.1.3 Quá trình kết tinh đường
Quá trình kết tinh đường gồm 2 giai đoạn:
- Sự tạo mầm tinh thể.
- Sự lớn lên của tinh thể.
1.1.3.1 Sự xuất hiện nhân tinh thể hay sự tạo mầm
Khi số phân tử đường vượt quá số lượng phân tử lúc bão hòa sẽ tạo thành trạng thái quá bão hòa nên sự cân bằng bị phá vỡ
Khi mật độ phân tử đường đạt đến một mức nhất định, khoảng cách giữa chúng rút ngắn, làm tăng khả năng va chạm và giảm vận tốc Khi lực hút giữa các phân tử lớn hơn lực đẩy, một số phân tử đường kết hợp lại, hình thành các tinh thể nhỏ tách ra khỏi nước đường, chuyển từ trạng thái hòa tan sang thể rắn Đây chính là quá trình hình thành các nhân tinh thể.
Nếu tiếp tục duy trì mức quá bão hòa để tinh thể tiếp tục tách ra thì nhân tinh thể tiếp tục xuất hiện.
1.1.3.2 Sự lớn lên của tinh thể
Khi nhân tinh thể hình thành, các phân tử đường xung quanh không ngừng bị hút vào bề mặt của nhân tinh thể Chúng lắng đọng và xếp chồng lên nhau theo hình dạng tinh thể, từ đó giúp tinh thể phát triển dần dần.
Khi số lượng phân tử đường dư gần bề mặt tinh thể giảm, số lượng phân tử đường ở xa tinh thể lại tăng lên, dẫn đến sự hình thành hai khu vực nồng độ khác nhau.
Lớp dung dịch xung quanh bề mặt tinh thể có độ dày d và nồng độ c có thể là lớp dung dịch bão hòa hoặc chưa bão hòa.
+ cách bề mặt tinh thể đường một khoảng cách d là lớp dung dịch có nồng độ cao C: đó là lớp dung dịch quá bão hòa cao.
Sự chênh lệch nồng độ giữa C và c khiến các phân tử đường liên tục khuyếch tán từ dung dịch C qua khoảng cách d và lắng đọng lên bề mặt tinh thể, dẫn đến sự gia tăng kích thước của tinh thể Lớp dung dịch gần bề mặt tinh thể duy trì nồng độ c’ không đổi, cho phép quá trình này tiếp tục, làm cho tinh thể không ngừng lớn lên.
Quá trình lớn lên của tinh thể đường do 2 quá trình: trầm tích và khuếch tán bổ sung cho nhau.
1.1.4 Các vùng quá bão hòa của dung dịch đường sacaroza Độ quá bão hòa của dung dịch đường ảnh hưởng lớn đến tốc độ kết tinh, đặc tính của dung dịch đường sacaroza ở các vùng quá bão hoà:
Quá trình nấu đường
1.2.1 Nấu đường ở điều kiện chân không
Nấu đường trong điều kiện chân không giúp hạ nhiệt độ sôi của dung dịch, điều này rất quan trọng trong quy trình chế biến đường Độ chân không lý tưởng để nấu đường nằm trong khoảng 630 – 680 mmHg, không nên quá cao để tránh mất mát đường Đồng thời, pH của nguyên liệu cần duy trì trong khoảng 5,9 – 6,2; nếu pH quá thấp sẽ làm tăng quá trình chuyển hóa đường ở nhiệt độ cao, do đó độ chân không cũng không nên quá thấp.
Trong điều kiện chân không, nhiệt độ đường non thấp giúp giảm lượng đường hòa tan, lượng đường nấu lại và tổn thất đường trong mật cuối Đồng thời, độ chân không thấp còn hạn chế phản ứng caramen hóa và phân hủy đường, từ đó đảm bảo chất lượng sản phẩm.
Nấu đường ở điều kiện chân không lượng nhiệt hơi thứ phát sinh tương đối nhỏ, lượng nhiệt nước ngưng nhỏ, do đó tiết kiệm năng lượng.
1.2.2 Đối lưu của đường non trong nồi nấu Đối lưu của đường non là sự chuyển động của đường non ở trong nồi theo quy luật nhất định và có tác dụng bốc hơi nước và tinh thể hấp thu đường khi chuyển động.
1.2.2.1 Tác đụng của sự đối lưu đường non. Đường non đối lưu tốt, tốc độ bốc hơi nước nhanh, có thể rút ngắn thời gian nấu, tăng lượng vật liệu và giảm tổn thất đường.
Đối lưu của đường non đóng vai trò quan trọng trong việc di chuyển dịch mật, giúp tăng hiệu suất khuếch tán và trầm tích để cải thiện quá trình kết tinh đường Đối lưu hiệu quả giúp giảm sự khác biệt về nhiệt độ, ngăn ngừa hòa tan tinh thể cục bộ và hiện tượng đóng cặn trên ống gia nhiệt Ngược lại, đối lưu kém có thể dẫn đến dính tinh thể và tụ tinh thể, trong khi chân không thấp có thể gây cháy cục bộ do quá nhiệt Tuy nhiên, nếu đối lưu quá mạnh, có thể dẫn đến mất đường và tăng độ bão hòa, gây ra tinh thể dại.
1.2.2.2 Các yếu tố ảnh hưởng tới đối lưu của đường non
Hiệu suất truyền nhiệt giữa hơi nước và đường non phụ thuộc nhiều vào sự đối lưu của đường non Các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ dòng chảy và đặc tính của chất liệu đường non ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất này.
Độ chân không trong nồi nấu ảnh hưởng lớn đến quá trình nấu đường non Càng cao độ chân không, điểm sôi của đường non càng thấp, dẫn đến hiệu suất truyền nhiệt cao và tốc độ đối lưu nhanh hơn Tuy nhiên, nếu độ chân không quá cao, có thể gây ra hiện tượng mất đường do hơi nước.
- Lượng hơi đốt vào không đủ: đường non không nhận được lượng nhiệt cần thiết nên quá trình đối lưu chậm, thậm chí ngừng hẳn.
Việc thải nước ngưng không hiệu quả có thể làm giảm khả năng trao đổi nhiệt trong buồng đốt, khi nước ngưng chiếm một phần hoặc toàn bộ không gian Điều này dẫn đến việc hơi nước và đường non không thể hoạt động tối ưu, ảnh hưởng đến hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Khí không ngưng không được triệt để sẽ dẫn đến hiệu suất truyền nhiệt kém của hơi nước, vì khí này chiếm chỗ của hơi nước và làm giảm nguồn nhiệt của đường non.
Kết cấu của nồi kết tinh bao gồm hình thức thiết kế, vật liệu của ống truyền nhiệt và tình trạng bám cặn Những yếu tố này có ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu suất truyền nhiệt và quá trình đối lưu trong nồi.
Tính lưu động của đường non: đường non lưu động kém thì đối lưu chậm.
- Độ tinh khiết của đường non: độ tinh khiết kém, tạp chất trong đường nhiều, chất keo làm cho độ nhớ tăng làm giảm khả năng đối lưu.
- Nồng độ đường: nồng độ đường quá cao thi đối lưu không tốt.
- Tỷ lệ tinh thể và mật của đường non: hạt tinh thể nhiều thì lượng mật giảm đi tương đối, đường non đối lưu kém.
Mức đường non trong nồi: mức dung dịch đường non quá cao, áp lực thủy tĩnh lớn, hiệu suất giảm, đối lưu đường non kém.
Khi nấu đường cần chú ý đến giai đoạn cuối phai nâng nhiệt độ lên cao áp lực tăng để tăng chênh lệch nhiệt độ, giúp đối lưu tốt.
Lượng đường tổn thất trong mật cuối phụ thuộc vào độ tinh khiết và lượng đường có trong mật Độ tinh khiết của mật cuối dao động từ 28% đến 35%, trong khi lượng mật cuối chiếm từ 3% đến 4%.
1.2.3.1 Nguyên nhân tạo thành mật cuối
Lượng chất không đường trong nguyên liệu nấu đường thường làm tăng độ hòa tan của đường, dẫn đến việc mật cuối có nhiều đường hơn Mỗi loại chất không đường đều chứa một lượng đường nhất định, được gọi là tính chất tạo mật cuối, và thường được biểu thị bằng hệ số tạo mật.
Trong đó: m: hệ số tạo mật p: độ tinh khiết
1.2.3.2 Biện pháp giảm tổn thất đường theo mật cuối.
- Quản lý tốt chất lượng nguyên liệu mía.
- Giảm tối đa các lượng chất không đường, đặc biệt là các chất keo khi làm sạch.
- Tính toán phối liệu nấu đường phù hợp.
- Đảm bảo trợ tinh và ly tâm đường non, đặc biệt là đường non C đúng yêu cầu kỹ thuật quy định.
Các giai đoạn của quá trình nấu đường gián đoạn
Mục đích của quá trình này là điều chỉnh dung dịch đến nồng độ cần thiết, nhằm đạt trạng thái quá bão hòa để chuẩn bị cho sự hình thành tinh thể Các điều kiện kỹ thuật cần thiết sẽ được đảm bảo để tối ưu hóa quá trình này.
- Tốc độ cho nguyên liệu vào nồi chậm, nhanh dẫn đến mất đường.
- Áp lực hơi phải thích hợp.
- Mật chè phải được phủ kín, tránh hiện tượng cháy đường.
- Cô đặc ở độ chân không thấp 600-620 mmHg.
Mục đích: tạo đủ số lượng mầm tinh thể cần thiết để nấu đường.
Các phương pháp tạo mầm tinh thể:
+ Cô đặc dung dịch đến trạng thái quá bão hòa vùng biến động, hệ số bão hòa khoảng α =1,4.τ
+ Nhược điểm: kéo dài thài gian nấu đường, khó khống chế được lượng mầm, độ đồng đều của tinh thể thấp.
Cô đặc dung dịch đến trạng thái quá bão hòa với hệ số bão hòa khoảng α=1,2 - 1,3 Để kích thích sự xuất hiện tinh thể mới, cần thay đổi độ chân không đột ngột hoặc bổ sung một lượng mầm rất ít.
+ Phương pháp này hiện nay ít sử dụng trong nhà máy đường.
Để đạt được trạng thái quá bão hòa ổn định, dung dịch cần được cô đặc đến mức α = 1,05 - 1,1 Sau đó, thêm một lượng bột đường (nhân tinh thể) vào dung dịch và kiểm soát quá trình để ngăn chặn sự hình thành tinh thể mới.
+ Ưu điểm: rút ngắn được thời gian nấu đường, khống chế được chất lượng của bột đường, thu được tinh thể có màu sắc, hình dáng đẹp.
+ Đây là phương pháp được dùng nhiều nhất trong nhà máy.
Hình 1.2 Sự tạo mầm tinh thể
Để nấu đường non, trước tiên cần chuẩn bị một nồi đường với tinh thể đường có kích thước nhất định Sau đó, chia một phần tinh thể để làm mầm cho nồi đường non tiếp theo, phương pháp này thường được áp dụng cho đường non B và đường non C.
+ Lượng giống nấu đường non B là 6 - 8%, đường non C là 22 - 23% so với khối lượng chất khô đường non hoặc lớn hơn.
+ Ưu điểm: đơn giản, dễ khống chế.
Một nhược điểm của quy trình này là thời gian thực hiện lâu do cần phải trải qua công đoạn nấu giống trước khi tiến hành gieo Tuy nhiên, sau khi hoàn thành bước nấu, thời gian gieo sẽ được rút ngắn hơn.
+ Dùng đường cát lấy từ đường non sau khi tách mật, cho thêm mật đường vào để tạo thành đường loãng làm mầm đường để nấu.
+ Thường dùng để nấu đường non A, dùng đường non B trộn với mật chè thành hỗn hợp giống để nấu, thường làm nguyên liệu gốc để nấu đường thành phẩm.
+ Ưu điểm: rút ngắn thời gian nấu, do nấu đường mía ở thể rắn dễ nấu hơn so với từ mật đường trạng thái nóng chảy đem đi nấu lại.
Mục đích: nuôi các tinh thể lớn lên nhanh chóng và đều, cứng, đảm báo chất lượng của đường bằng cách nấu nguyên liệu đã được phối trộn.
Nấu gián đoạn là quá trình cho nguyên liệu vào để nuôi tinh thể gián đoạn, trong đó lượng nguyên liệu khác nhau làm giảm độ quá bão hòa của đường non Khi đó, một số tinh thể mới được hình thành sẽ bị hòa tan, dẫn đến việc giảm độ nhớt của đường non.
Nấu đường liên tục mang lại hiệu quả cao nhờ vào việc duy trì độ bão hòa ổn định, giúp quá trình truyền nhiệt, bay hơi và kết tinh diễn ra liên tục Điều này làm tăng tốc độ kết tinh và giảm thiểu sự hình thành các tinh thể "dại" Các ưu điểm của nấu đường liên tục bao gồm hiệu suất cao và chất lượng sản phẩm tốt hơn.
+ Có thể sx đường thô hoặc đường trắng.
+ Thời gian nấu nhanh, năng suất tăng 25%.
+ Dễ tự động hóa, tiết kiệm nhân công.
+ Các chỉ tiêu kỹ thuật (p, t,…) được khống chế đều.
Mục đích của quá trình nấu đường là đạt được kích thước tinh thể nhất định trước khi ngừng cho nguyên liệu Sau đó, tiếp tục cô đặc để tăng nồng độ đường, bốc hơi một phần nước và giúp kết tinh thêm đường còn lại trong mật.
Để tránh việc hình thành tinh thể dại, cần khống chế tốc độ bốc hơi chậm và tránh cô đặc nhanh Trước khi xả đường non, nên sử dụng nước nóng để giảm thiểu sự hình thành của tinh thể dại.
Chế độ nấu đường
Chế độ nấu đường còn gọi là hệ thống nấu đường.
1.5.1 Mục đích đặt chế độ nấu đường
- Bảo đảm chất lượng đường thành phẩm.
- Tăng hiệu suất thu hồi đường, giảm tổn thất.
- Cân bằng nguyên liệu và bán thành phẩm.
1.5.2 Cơ sở đặt chế độ nấu đường
- Dựa vào độ tinh khiết mật chè sau khi làm sạch:
+ AP > 86% => nấu 4 hệ hoặc hơn 3 hệ.
- Dựa vào yêu cầu chất lượng sản phẩm Nếu chất lượng sản phẩm cao, để giảm độ tinh khiết mật cuối nên nấu nhiều hệ hơn.
Trình độ thao tác của công nhân và tình hình thiết bị của nhà máy đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất Khi công nhân có tay nghề cao và thiết bị hiện đại, khả năng nấu nhiều hệ sản phẩm sẽ được nâng cao đáng kể.
1.5.3 Nguyên tắc đặt chế độ nấu đường
Để đạt được hiệu quả tối ưu trong sản xuất, cần tuân thủ nguyên tắc kinh tế nhất, giảm thiểu lượng nấu lại, đảm bảo chất lượng sản phẩm cao và giảm thiểu tổn thất đường trong mật cuối Đồng thời, nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị cũng là yếu tố quan trọng không thể bỏ qua.
1.5.4 Các chế độ nấu đường thông dụng
Nấu hai hệ nghĩa là quy trình nấu hai loại đường non, thường áp dụng khi mật chè có độ tinh khiết dưới 78% Đường non A được tạo thành từ sự phối liệu giữa mật chè, giống gốc A, mật loãng A và có thể thêm đường hồ C Trong khi đó, đường non C có độ tinh khiết khoảng 60%, được phối liệu từ mật chè hoặc hỗn hợp mật chè cùng với các loại mật khác, và có thể bổ sung mật nguyên.
+ Thể tích đường non nhỏ
Giống A Đường non A Đường non A Đường cát A Đường cát A Đường cát C Đường cát C Đường non C Đường non C
Sản xuất cồn Sản xuất cồn
Hình 1.3 Chế độ nấu 2 hệ (A – C)
+ Chất lượng đường thương phẩm đồng nhất
+ Ít tạo thành các chất không đường
+ Năng suất nấu tăng đáng kể
+ Năng suất ly tâm đường non tăng.
- Nhược điểm: thể tích đường non C tăn lên một ít vì độ tinh khiết cao.
1.5.4.2 Nấu ba hệ A – B – C Đường non B có độ tinh khiết từ 68 – 72% đạt được phối liệu gồm: mật chè, mật loãng A, loãng B và được nuôi bằng mật A. Đường non C có độ tinh khiết 56 – 60% được phối liệu bằng hỗn hợp giữa giống C, mật nguyên A và được nuôi chủ yếu bằng mật B,
Trong quá trình sản xuất mật, việc rửa đường và sàn lại cho đường B và đường C có thể được thực hiện tùy thuộc vào yêu cầu chất lượng và mục đích sử dụng.
Hình 1.4 Chế độ nấu 3 hệ (A – B – C)
Khi độ tinh chiết của mật chè lớn hơn 86%, tiến hành nấu bốn hệ để giảm tổn thất đường trong mật cuối.
+ Sản xuất được đường trắng có độ tinh khiết cao.
+ Giảm tổn thất đường trong mật cuối.
+ Thiết bị phức tạp, khó khống chế các thông số kỹ thuật.
+ Đòi hỏi người tham gia sản xuất trình độ chuyên môn cao
Mật chè Mật chè Đường non
Mật nâu Mật B Mật B Mật C Mật C Mật D Mật D
Mật trắng Đường B Đường B Đường C Đường C Đường D Đường D Đường cát
Hòa tan lại Hòa tan lại
Hình 1.5 Chế độ nấu 4 hệ (A – B – C – D)
1.5.4.4 Nấu đường nửa giai đoạn
Thông thường, quá trình nấu đường diễn ra qua 2 đến 3 giai đoạn Tuy nhiên, để kiểm soát độ tinh khiết của đường non ở cấp cuối và nâng cao chất lượng đường thành phẩm, cần tăng số lần nấu Thay vì thêm một giai đoạn nấu mới, chỉ cần thực hiện thêm nửa giai đoạn là đủ.
Nấu luyện các loại đường non thông thường
1.6.1.1 Đặc điểm và yêu cầu công nghệ của đường non A Đường non A là loại đường non dùng để cung cấp đường thành phẩm Yêu cầu đường non nấu ra sau khi tách mật và sấy khô có thể đạt được các hạt đồng đều, lấp lánh trắng tinh phù hợp với tiêu chuẩn sản xuất đường cát trắng. Đường non A là đường non giai đoạn thứ nhất, độ tinh khiết cao nhất, tốc độ kết tinh đường nhanh nhất Nếu giai đoạn này lấy ra nhiều thành phần đường, giảm lượng nấu lại thì có ý nghĩa tích cực Vì vậy, làm thế nào để nâng cao hiệu xuất sản xuất đường non A là nhiệm vụ quan trọng của người nấu đường.
1.6.1.2 Những điểm quan trọng của phương pháp nấu luyện
Nguyên liệu dùng cho nấu non A có mấy loại sau:
- Giống: khởi giống trực tiếp hoặc dùng hồ B.
- Mật chè: là nguyên liệu chủ yếu nuôi tinh thể.
- Đường hồi dung: chủ yếu là đường C hoặc đôi khi đường B và đường cục, đường bụi…
- Mật loãng A: khi độ tinh khiết tương đối cao không thích hợp phối liệu cho đường non B, đường non C
Cần chú ý đến kích thước tinh thể đường cát trắng, đảm bảo rằng kích thước hạt phù hợp với điều kiện từng vùng, nguyên liệu sử dụng, thiết bị và trình độ thao tác của người lao động.
1.6.2.1 Đặc điểm và yêu cầu công nghệ của đường non B
Trong hệ thống nấu đường:
Đường non B đóng vai trò cầu nối giữa đường non A và đường non C, với chất lượng đường B ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nấu luyện đường non A, hiệu suất kết tinh và chất lượng đường cát trắng Do đó, việc nấu tốt đường non B là yếu tố quan trọng để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
Mật nguyên B là nguyên liệu chính trong sản xuất đường non C, nhưng độ tinh khiết thấp của mật B làm giảm chất lượng tinh khiết của đường non C Điều này có thể dẫn đến việc giảm lượng đường non C, từ đó cải thiện hiệu suất thu hồi đường.
1.6.2.2 Những điểm quan trọng của phương pháp nấu luyện
- Mật nguyên A, mật loãng A là nguyên liệu chủ yếu của đường non B.
- Nếu độ tinh khiết mật chè cao (>84%), độ tinh khiết mật loãng A cao (>76%) thì khi nấu non B không cho thêm hoặc cho rất ít mật loãng A.
- Khi độ tinh khiết mật chè thấp (78-80%), để nâng cao chất lượng giống của đường non A có thể dùng mật chè nấu giống B thậm chí nấu đường non B.
Kích thước tinh thể của đường nguyên B không chỉ đảm bảo diện tích kết tinh hoàn chỉnh mà còn phụ thuộc vào số lượng tinh thể cần thiết để sản xuất đường non A, nhằm đáp ứng nhu cầu cho loại đường này.
1.6.3.1 Đặc điểm và yêu cầu công nghệ của đường non C Đường C là đường cuối cùng của quá trình sản xuất đường, vì vậy cần phải nấu đảm bảo các yêu cầu chế độ nấu đã ban hành trong nhà máy, nếu không tốt sẽ tăng thành phần đường trong mật cuối. Độ nguyên chất của đường non C thấp, độ nhớt cao nên kết tinh khó, thời gian nấu kéo dài Trong thao tác phải nổ lực, căn cứ độ tinh khiết đường non quy định, thực hiện phối liệu tốt, khống chế độ tinh khiết tốt nhằm giảm tổn thất đường theo mật cuối.
1.6.3.2 Những điểm quan trọng của phương pháp nấu luyện
- Mật nguyên B là nguyên liệu chủ yếu nuôi tinh thể đường non C.
- Giống C thường được khởi mật nguyên A và mật loãng A là chủ yếu.
Để đảm bảo độ tinh khiết của mật nguyên A trong các giai đoạn khác nhau và đáp ứng yêu cầu về độ tinh khiết của đường non cuối cùng, cần bổ sung một lượng hợp lý mật nguyên A trong giai đoạn nuôi tinh thể trước khi thêm mật nguyên B.
- Khi sàng lại đường non C, mât sàng lại cũng là nguyên liệu nấu non C.
Yêu cầu đồi với tinh thể:
Để tăng hiệu quả hấp thụ đường trong điều kiện tốc độ kết tinh chậm, các tinh thể cần phải đông đều và hoàn chỉnh, với số lượng tinh thể lớn nhằm tăng diện tích kết tinh.
- Khống chế độ lớn hạt đường, tỷ lệ tinh thể và mật cái cũng cần dựa vào năng lực của máy tách mực.
Hiện tượng không bình thường trong công đoạn nấu đườngg
Những tinh thể đường mới hình thành có kích thước rất nhỏ Khi tiến hành lấy mẫu để quan sát, người ta phát hiện ra những điểm sáng li ti, được gọi là ngụy tinh, trong quá trình gắp mẫu đường non để xem xét.
Nguyên nhân chính của hiện tượng này là do độ quá bão hòa cao trong mẫu dịch Độ quá bão hòa của mẫu dịch trong nồi nấu thường xuyên thay đổi và có xu hướng tăng lên khi nước bốc hơi nhanh hoặc khi nguyên liệu được cho vào chậm Tuy nhiên, quá trình kết tinh đường lại làm giảm độ quá bão hòa của mẫu dịch Do đó, khả năng xuất hiện ngụy tinh là điều có thể xảy ra.
- Lượng tinh chủng quá ít mà hạt tinh thể quá lớn dẫn đến khoảng cách giữa các tinh thể lớn, dễ dàng sinh ngụy tinh.
- Độ chân không trong nồi nấu đột nhiên tăng cao.
- Tốc độ cho nguyên liệu vào quá chậm mà áp lực hơi lại cao.
- Tính nhớt của nguyên liệu cho vào nồi lớn, đối lưu tuần hoàn không tốt, có khả năng xuất hiện ngụy tinh.
Nhiệt độ nguyên liệu khi cho vào nồi cần đảm bảo không quá thấp, vì nếu nguyên liệu chứa nhiều hạt huyền phù hoặc có sự rò rỉ không khí với độ bão hòa cao, sẽ dẫn đến hiện tượng ngụy tinh.
Do hai tinh thể dính lại với nhau và có bề mặt chung, nghiên cứu của Vavrinecz và Thieme cho thấy sự linh động của tinh thể lớn có thể dẫn đến hiện tượng dính tinh.
Trong quá trình sản xuất, khi công nhân nhận thấy hạt đường có độ mềm tương đối, điều này thường chỉ ra rằng mẫu dịch có độ cao và mức độ bão hòa cao, dẫn đến hiện tượng dính tinh.
Chùm tinh thường là sự kết hợp của nhiều hơn hai tinh thể liên kết với nhau một cách ngẫu nhiên Hiện tượng này không xuất hiện ở đường non cấp thấp, nhưng thường thấy ở đường non A và đặc biệt là ở đường luyện.
Chùm tinh hình thành khi bột được loại bỏ và các tinh thể phát triển đến kích thước nhất định, tiếp xúc với nhau nhiều lần trong quá trình lớn lên.
Sản sinh dính tinh và chùm tinh làm giảm diện tích kết tinh, ảnh hưởng đến tốc độ lớn lên của tinh thể đường Ngoài ra, ở những khu vực dính tinh và chùm tinh thường có lớp mật và tạp chất, gây khó khăn trong quá trình phân mật và ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm.
1.7.4 Tinh thể không hoàn chỉnh thiếu góc cạnh
Tinh thể được hình thành trong vùng hòa tan, nơi mà nếu chỉ một phần tinh thể bị hòa tan trong thời gian ngắn, sẽ tạo ra khuyết tật với các góc cạnh không hoàn chỉnh Ngoài ra, các yếu tố cơ học như gàu múc và vít tải cũng có thể gây ra sự hòa tan tinh thể Hơn nữa, tĩnh áp có thể làm tăng nhiệt độ sôi ở đáy nồi, dẫn đến sự gia tăng độ hòa tan và tạo ra các vùng hòa tan tinh thể không hoàn chỉnh.
Loại tinh thể trên không chỉ ảnh hưởng đến quá trình kết tinh đường mà còn làm chậm tốc độ kết tinh và tác động đến độ óng ánh của sản phẩm Do đó, cần tăng cường đối lưu tuần hoàn để ngăn ngừa sự hình thành loại tinh thể này.
Tuần hoàn rất quan trọng vì nó có các tác dụng sau:
- Bào mòn chiều dày xung quanh tinh thể
- Làm cho độ bão hòa đồng đều
- Làm giảm độ dày lớp bám ống gia nhiệt
Đối lưu tuần hoàn là yếu tố quan trọng giúp giảm trở lực nhiệt tinh, tăng tốc độ kết tinh và rút ngắn thời gian nấu đường Để đảm bảo chất lượng sản phẩm, cần tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình đối lưu tuần hoàn diễn ra hiệu quả.
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.
Khí không ngưng thoát không tốt trong phòng đốt sẽ chiếm một thể tích nhất định, làm giảm lượng hơi vào và cản trở quá trình trao đổi nhiệt Sự tăng cao đột ngột hoặc biến động của chân không cũng ảnh hưởng đến truyền nhiệt, dẫn đến nhiệt độ trong nồi nấu không ổn định, từ đó tác động tiêu cực đến đối lưu tuần hoàn của đường non.
- 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 ảnh hưởng đến đối lưu tuần hoàn.
- Đặc tính kết cấu của nồi nấu cũng là nguyên nhân quan trọng ảnh hưởng đến đối lưu.
Cấu tạo của thiết bị nấu đường
1.8.1 Nồi nấu đường gián đoạn
3 Bộ phận thu hồi đường
Hình 1.6 Nồi nấu đường chân không
Trước khi tiến hành nấu, hãy kiểm tra tất cả các van an toàn và mở ống dẫn hơi nhẹ nhàng để tránh làm dãn nở thiết bị Sau khi đóng van hơi, nhớ mở van nước ngưng tụ Đặc biệt, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống trước khi bắt đầu quá trình nấu.
Mật chè được bơm vào thùng chứa và sau đó chuyển đến nồi nấu qua cửa tiếp liệu Trước khi nấu, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống Lượng nguyên liệu ban đầu đưa vào nồi nấu khoảng 30 - 35% so với khối lượng đường non trong nồi Nguyên liệu được hút vào thiết bị nấu qua cửa, đảm bảo phủ kín bề mặt trống hơi để tránh hiện tượng cháy đường Cuối cùng, mở van hơi đốt để bắt đầu quá trình nấu.
Hơi đốt, được sinh ra từ khói lò hoặc khu bốc hơi, được đưa vào thiết bị qua cửa (14) Diện tích đốt bao gồm các ống truyền nhiệt (6), nơi mật chè được nấu chín Trong quá trình này, mật chè di chuyển trong các ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm, trong khi hơi đốt đi bên ngoài các ống, tạo ra quá trình trao đổi nhiệt Mật chè hấp thu nhiệt cho đến khi đạt đến nhiệt độ sôi, làm cho đường non chịu tác động của nhiệt, dẫn đến sự tăng nhiệt độ và thể tích nở ra.
Tỷ trọng đường non thấp hơn so với lượng đường non chưa qua gia nhiệt, tạo ra động lực đẩy đường non từ dưới lên trên miệng ống Trong ống tuần hoàn trung tâm, thể tích dung dịch có bề mặt truyền nhiệt lớn hơn ống truyền nhiệt, dẫn đến lượng nhiệt tạo ra trong ống ít hơn Do đó, trong ống tuần hoàn trung tâm, đường non chuyển động từ trên xuống dưới, tạo ra sự tuần hoàn giúp bốc hơi nước và hỗ trợ tinh thể hấp thụ đường khi di chuyển.
Trong quá trình trao đổi nhiệt, hơi đốt mất nhiệt và ngưng tụ thành nước, được thoát ra qua cửa (7) Nước bốc hơi kéo theo một số cấu tử, sau đó được thu hồi tại bộ phận thu hồi (3) Hơi thứ sạch thoát ra ngoài qua cửa (1), trong khi cấu tử đường được thu hồi trở lại thiết bị.
Trong quá trình nấu, độ chân không được duy trì từ 650-580mmHg, được kiểm tra bằng đồng hồ chân không kế Quá trình giám sát được thực hiện thông qua kính quan sát Khi đường non đạt nồng độ Bx yêu cầu, tiến hành phá chân không và xả đường non qua cửa Sau khi hoàn thành nấu một nồi đường, cần thực hiện vệ sinh để chuẩn bị cho nồi tiếp theo Ưu điểm và nhược điểm của quy trình này cần được xem xét kỹ lưỡng để tối ưu hóa hiệu quả sản xuất.
- Cấu tạo thiết bị đơn giản, dễ vận hành.
- Dễ sửa chữa và làm sạch.
- Nhiệt độ sôi thấp nên giảm tổn thất đường.
- Vận tốc tuần hoàn giảm vì ống tuần hoàn cũng bị đun nóng.
- Hệ số truyền nhiệt thấp.
Sự cố và cách khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Sự đóng cặn trên bề mặt các ống truyền nhiệt.
- Nước ngưng tụ nhiễm cấu tử do ăn mòn cơ học.
- Nguyên liệu phần trên của ống miệng dễ bị cháy.
- Thường xuyên kiểm tra, vệ sinh, sửa chữa, thay thế các thiết bị ăn mòn và hư hỏng.
- Cho nguyên liệu phủ kín bề mặt các ống truyền nhiệt.
- Đảm bảo thoát nước ngưng tụ liên tục.
Hình 1.7 Sơ đồ bố trí hệ thống các nồi nấu đường
1 Nguyên liệu; 2 Hơi từ lò hơi; 3 Hơi trích từ hơi thứ của hệ thống cô đặc
Hình 1.8 Hệ thống các nồi nấu đường trong thực tế
1.8.2 Nồi nấu đường có cánh khuấy
Trước khi tiến hành nấu, cần kiểm tra tất cả các van an toàn và khởi động cánh khuấy Mở ống dẫn hơi nhẹ để tránh dãn nở thiết bị, sau đó đóng van hơi và mở van nước ngưng tụ Đặc biệt, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống để đảm bảo hiệu quả hoạt động.
Mật chè được bơm vào thùng chứa và sau đó chuyển đến nồi nấu qua cửa tiếp liệu Trước khi nấu, cần tạo chân không cho hệ thống và mở van hơi đốt để cung cấp nhiệt từ khói lò hoặc hơi thứ từ khu bốc hơi Hơi đốt được đưa vào buồng đốt, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt với mật chè thông qua các ống truyền nhiệt Cánh khuấy trong thiết bị giúp trộn đều mật chè, ngăn chặn hiện tượng cháy cục bộ và đảm bảo nhiệt độ được phân bố đồng đều, từ đó giúp bốc hơi nước và cho phép tinh thể hấp thụ đường hiệu quả.
Hơi nước sau khi trao đổi nhiệt sẽ mất nhiệt và ngưng tụ thành nước, sau đó được dẫn ra ngoài qua ống thoát nước ngưng tụ Đồng thời, khí không ngưng cũng được thải ra ngoài.
Hình 1.9 Nồi nấu đường có cánh khuấy
9 vệ sinh 10.xả đường 11.ống gia nhiệt 12.ống khí không ngưng 13.ống nguyên liệu vào 14.van phá chân không
Trong quá trình nấu, hơi nước được sinh ra sẽ được thu hồi qua thiết bị thu hồi đường, giúp tái sử dụng hiệu quả Phần hơi thừa sẽ được thoát ra ngoài qua cửa số (15), đảm bảo quy trình nấu diễn ra liên tục và hiệu quả.
- Trong cả quá trình nấu luôn phải duy trì độ chân không trong thiết bị từ 630 –
Khi kiểm tra kích thước hạt đạt yêu cầu, độ khô và thể tích đúng quy định ở mức 680 mmHg, cần tiến hành phá chân không tại van (14) và tháo đường non ra ở cửa xả (10) Ưu điểm của quy trình này là đảm bảo chất lượng sản phẩm, trong khi nhược điểm có thể bao gồm rủi ro trong việc kiểm soát các yếu tố môi trường.
- Năng suất làm việc hiệu quả, thời gian ngắn.
- Tránh hiện tượng gia nhiệt cục bộ nhờ cánh khuấy.
- Tốn năng lượng cho cánh khuấy.
Sự cố và cách khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Cánh khuấy bị gãy, mòn, khuấy nhanh tạo ra hiện tượng quá nhiệt, khuấy chậm xảy ra hiện tượng gia nhiệt cục bộ.
- Nước ngưng tụ nhiễm cấu tử.
- Đóng cặn trên thành thiết bị.
- Luôn khởi động cánh khuấy trước, cánh khuấy có thể điều chỉnh tốc độ phù hợp.
- Thường xuyên kiểm tra, sửa chữa, thay thế các thiết bị bị ăn mòn, hư hỏng.
1.8.3 Nồi nấu đường dạng ống xoắn ruột gà
Hình 1.10 Nồi nấu đường dạng ống xoắn ruột gà
Kiểm tra kỹ lưỡng tất cả các van an toàn và mở nhẹ ống dẫn hơi để tránh làm dãn nở thiết bị Sau khi đóng van hơi, hãy mở van nước ngưng tụ Trước khi bắt đầu quá trình nấu, cần thiết lập chân không cho toàn bộ hệ thống.
Mật chè được bơm vào thùng chứa và chuyển đến nồi nấu qua cửa tiếp liệu Trước khi nấu, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống Sau đó, mở van hơi đốt để đưa hơi từ khói lò hoặc hơi thứ vào thiết bị qua cửa Hơi được ổn định nhờ ống góp hơi, đi bên trong ống ruột gà, trong khi mật chè đi bên ngoài Quá trình trao đổi nhiệt diễn ra khi mật chè tiếp xúc với thành thiết bị, nhận nhiệt từ hơi đốt để làm bốc hơi nước Hơi sau khi truyền nhiệt sẽ mất nhiệt và ngưng tụ thành nước, thoát ra ngoài qua cửa.
Nước bốc hơi sẽ kéo theo một số cấu tử, và các cấu tử này được thu hồi tại bộ phận thu hồi (11) Hơi sạch sẽ thoát ra ngoài thiết bị qua cửa (9), trong khi cấu tử đường sẽ được thu hồi lại thông qua ống (10).
Quá trình giám sát và kiểm tra được thực hiện thông qua kính quan sát Khi đường non đạt yêu cầu Bx, tiến hành phá chân không và xả đường non ra theo cửa Ưu điểm của phương pháp này là đảm bảo chất lượng sản phẩm, tuy nhiên, nhược điểm là có thể tốn thời gian và cần thiết bị chuyên dụng.
- Có thể làm bằng các vật liệu chống ăn mòn.
- Dễ kiểm tra và sửa chữa.
- Khó làm sạch phía trong ống.
- Trở lực thuỷ lực lớn, do có nhiều khuỷ nối.
- Hệ số truyền nhiệt nhỏ.
Sự cố và cách khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Tắc nghẽn ống tại các khuỷ nối.
- Đóng cặn thành thiết bị.
- Thường xuyên sục rửa ống.
- Đảm bảo thoát nước ngưng tụ liên tục.
- Thường xuyên vệ sinh thiết bị.
1.8.4 Nồi nấu đường liên tục
Hình 1.11 Nồi nấu đường liên tục
13 Giống vào Nguyên tắc hoạt động:
QUÁ TRÌNH TRỢ TINH
Mục đích của trợ tinh
Tổn thất đường trong mật cuối chiếm khoảng 70% tổng tổn thất của toàn nhà máy, vì vậy việc giảm thiểu tổn thất này là cần thiết để nâng cao hiệu suất thu hồi đường Đối với đường non C, quá trình kết tinh không thể hoàn tất trong nồi nấu do độ nhớt cao Để tối ưu hóa lượng đường thu được, cần kéo dài thời gian nấu, tuy nhiên điều này có thể dẫn đến caramen hóa và giảm hiệu quả kinh tế Do đó, sau khi đạt nồng độ chất khô 98 – 99%, cần chuyển đường non vào thiết bị trợ tinh để kết tinh thêm và giúp đường non thích ứng với điều kiện ly tâm, đây là mục đích chính của quá trình trợ tinh.
Trong quá trình nấu đường tinh thể, giai đoạn cuối thường gặp phải tình trạng đường non còn nhiều trong mẫu dịch, dẫn đến độ nhớt tăng cao Điều này làm chậm tốc độ kết tinh và kéo dài thời gian nấu, ảnh hưởng đến màu sắc thành phẩm Để cải thiện chất lượng tinh thể đường và giảm thiểu tổn thất, cần tiếp tục nấu ở một giai đoạn khác gọi là trợ tinh, giúp tinh thể hấp thụ thêm đường còn lại trong mẫu dịch.
- Trợ tinh còn có tác dụng làm cho đường non thích hợp với quá trình phân mật (điều khiển độ nhớt và nhiệt độ của đường non).
- Trợ tinh có tác dụng như thùng trữ đường non trước phân ly (đối với đường non A, đường non B tác dụng này là chủ yếu).
Nguyên lý của trợ tinh
Trợ tinh tiếp tục tạo ra tinh thể kết tinh từ đường non, nhưng không sử dụng phương pháp đun nóng để bốc hơi nước Thay vào đó, phương pháp giảm nhiệt độ được áp dụng để làm lạnh đường non, dẫn đến giảm độ hòa tan và tăng nồng độ dung dịch Khi đường non đạt trạng thái quá bão hòa, các tinh thể có khả năng hấp thụ đường và lớn lên, từ đó nâng cao hiệu suất thu hồi và giảm tổn thất, mặc dù có thể làm giảm độ tinh khiết của mẫu dịch.
Sự bay hơi của dung dịch dẫn đến việc nồng độ dung dịch tăng lên, trong khi việc khuấy trộn giúp duy trì nồng độ và nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ khối đường non, tạo điều kiện cho các hạt tinh thể phát triển đồng đều.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình trợ tinh
Hiệu suất của quá trình trợ tinh được đánh giá bằng độ giảm độ tinh khiết của mật cái trước và sau khi trợ tinh.
Trong 10 giờ đầu sau khi trợ tinh, độ tinh khiết của mật cái giảm nhanh chóng, sau đó mức độ giảm chậm lại.
- Lúc đầu độ tinh khiết mật cái cao, nhiệt độ cao, độ nhớt thấp nên tốc độ kết tinh nhanh kết tinh được nhiều đường.
- Về sau: độ tinh khiết mật cái giảm, nhiệt độ giảm, độ nhớt tăng, tốc độ kết tinh giảm tinh thể lớn chậm
Thời gian trợ tinh phụ thuộc vào chất lượng đường non và tốc độ giảm nhiệt độ; đường non ít tạp chất và giảm nhiệt nhanh sẽ rút ngắn thời gian trợ tinh Việc không kéo dài thời gian trợ tinh là quan trọng, bởi thời gian ngắn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất thu hồi cao là lý tưởng nhất.
Tác dụng của khuấy trộn:
- Làm giảm nhiệt độ tăng hệ số quá bão hoà
Để đảm bảo đường non tiếp xúc đồng đều với nước làm lạnh, cần thiết lập nhiệt độ giảm đều trong toàn bộ khối đường non Điều này giúp tinh thể hấp thụ tốt các thành phần đường trong mẫu dịch.
- Đề phòng tinh thể lắng xuống đáy ảnh hưởng đến sự lớn lên của tinh thể và gây trở ngại cho khuấy
Tuy nhiên: tốc độ khuấy không quá nhanh, nhanh quá thì:
- Làm cho tinh thể bị mài mòn
- Làm cho nhiệt độ giảm nhanh tăng hệ số quá bão hoà nhanh dễ sinh ra nguỵ tinh.
- Tiêu hao năng lượng nhiều và có thể sinh ra gãy trục, thường khống chế tốc độ khuấy 0,36 - 0.5 vòng/phút và phải đảm bảo khuấy liên tục
2.3.3 Tốc độ giảm nhiệt độ
Cần kiểm soát tốc độ giảm nhiệt độ vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ kết tinh Việc giảm nhiệt độ phải được thực hiện theo một chế độ hợp lý để đảm bảo quá trình kết tinh diễn ra hiệu quả.
Tốc độ giảm nhiệt độ nhanh mang lại lợi ích, nhưng nếu quá nhanh sẽ dẫn đến ngụy tinh và quá bão hòa đột ngột Tốc độ giảm lý tưởng là từ 1 đến 1,5 độ trong 1 giờ, giúp rút ngắn thời gian trợ tinh và duy trì độ bão hòa ở mức thấp từ 1,1 đến 1,2.
Tốc độ làm nguội phụ thuộc vào nhiệt độ không khí, với nhiệt độ cao dẫn đến tốc độ hạ nhiệt chậm Cấu tạo và hệ thống nước làm mát của thiết bị trợ tinh cũng ảnh hưởng đến quá trình này; nếu thiết bị có hệ thống nước làm mát, tốc độ hạ nhiệt sẽ nhanh hơn Bên cạnh đó, việc bố trí thùng trợ tinh và nhiệt độ của nước làm nguội cùng với nhiệt độ đường non cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt độ.
2.3.4 Đặc tính của đường non Độ nhớt đường non ảnh hưởng lớn đến trợ tinh Độ nhớt phụ thuộc vào hàm lượng tinh thể và độ nhớt mật cái
Độ nhớt cao của mật cái và hàm lượng tinh thể nhiều dẫn đến tăng độ nhớt của đường non, làm chậm tốc độ kết tinh và gây khó khăn trong quá trình khuấy đường non Điều này làm giảm hiệu quả trợ tinh, vì vậy cần kiểm soát nồng độ đường non ở mức thích hợp.
- Nếu tinh thể nhỏ và nhiều, diện tích hấp phụ đường lớn, trợ tinh dễ
Hàm lượng tinh thể, kích thước tinh thể phải bảo đảm tính đồng đều để tốc độ kết tinh nhanh.
Cấu tạo của thiết bị trợ tinh
2.4.1 Yêu cầu công nghệ của thiết bị trợ tinh
Thùng trợ tinh phải có dung tích đầy đủ để có thể hoàn thành quá trình trợ tinh trong thời gian qui định.
Bộ phận trao đổi nhiệt của thiết bị trợ tinh cần đảm bảo khả năng nâng và hạ nhiệt độ đường non trong thời gian quy định, đồng thời phải duy trì việc làm nguội hoặc gia nhiệt đồng đều cho đường non.
Bộ phận khuấy trộn phải có độ cứng đảm bảo khuấy trộn đồng đều.
2.4.2 Hình thức và cấu tạo của thùng trợ tinh
Thùng trợ tinh thường có hình trụ tròn hoặc hình chữ U, với các loại thiết kế như hở, nửa hở và kín Có hai phương pháp làm lạnh chính là bằng không khí và bằng nước Bộ phận truyền động thường được sử dụng chung cho nhiều thùng, hoạt động quay trên một trục, nhưng cũng có loại sử dụng động cơ điện độc lập để truyền động.
Phân theo phương thức làm lạnh:
Thùng trợ tinh làm lạnh bằng không khí là thiết bị hình chữ U nửa ống tròn, hoạt động theo phương pháp làm lạnh bằng không khí Ngoài việc làm lạnh tự nhiên, thiết bị này còn có phiên bản sử dụng quạt để thổi không khí lạnh qua bề mặt đường non, giúp tăng tốc độ làm lạnh hiệu quả.
- Thùng trợ tinh làm lạnh bằng nước: phần nhiều là loại hở hoặc loại kín trong đó lại chia ra:
+ Thùng trợ tinh có vỏ nước thành kép: mặt làm nguội ghép thêm vào với thùng, nước làm lạnh chảy qua vỏ nước.
+ Thùng trợ tinh có ống làm lạnh cố định: ống làm lạnh lắp cố định trong thùng.
+ Thùng trợ tinh có mặt làm lạnh quay tròn: mặt làm lạnh lắp trên trục khoáy trộn, cùng với bộ phận khuấy trộn quay tròn.
Thùng trợ tinh khuấy trộn song tầng sử dụng bộ phận khuấy trộn song tầng, được phân loại theo tính liên tục của thao tác thành hai loại: gián đoạn và liên tục.
2.4.2.1 Thùng trợ tinh làm lạnh bằng không khí
Thân thùng được thiết kế hình chữ U bằng thép chắc chắn, với vỏ ngoài được gia cố bằng các thanh thép để tăng cường độ bền Đuôi thùng có cửa để xuất đường non và được trang bị van để kiểm soát lưu lượng.
Cánh khuấy trộn cách đáy thùng 20 mm như thế có thể khuấy trộn đường non ở đáy thùng làm cho toàn thể đường non đồng đều.
Hình 2.1 Thùng trợ tinh làm lạnh bằng không khí
1 Cánh khuấy; 2 Bánh xe trục vít; 3 Bộ ly hợp; 4 Truyền động sang thùng khác;
5 Hộp giảm tốc; 6 Động cơ điện.
Trục của trục vít được truyền động bởi động cơ điện thông qua một hộp giảm tốc, yêu cầu hai cấp giảm tốc để quay bộ phận khuấy trộn, dẫn đến tốc độ quay chậm chỉ khoảng 0,4 – 0,6 vòng/phút Mỗi thùng trên trục chính của trục vít đều được trang bị bánh xe trục vít dự phòng, giúp người sử dụng có thể khuấy trộn bằng sức người trong trường hợp mất điện.
2.4.2.2 Thùng trợ tinh làm lạnh kiểu quay
Hình 2.2 Thùng trợ tinh làm lạnh kiểu quay
1 Cánh khuấy 4 Đường nước lạnh vào.
2 Ống làm lạnh 5 Đường xả nước.
Cánh khuấy có vai trò quan trọng trong việc đảo trộn đều đường non trong thiết bị, giúp đường non tiếp xúc đồng đều với bề mặt trao đổi nhiệt của ống làm lạnh Điều này không chỉ tối ưu hóa quá trình trao đổi nhiệt mà còn ngăn ngừa hiện tượng lắng đọng của đường non trong thiết bị.
- Ống làm lạnh nhằm mục đích là bề mặt trao đổi nhiệt giữa nước và đường non làm giảm nhiệt độ đường non kết tinh tối đa đường non.
- Đường nước nóng, cung cấp nước nóng để tăng nhiệt độ đương non sau quá trình trợ tinh tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ly tâm.
- Đướng nước lạnh, cung cấp nước lạnh để làm giảm nhiệt độ đường non để kết tinh đường non.
- Đường xả nước, xả nước lạnh và nóng sau quá trình làm việc.
Trước khi bắt đầu công việc, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống và đảm bảo độ an toàn của thiết bị Sau đó, vệ sinh sạch sẽ khu vực làm việc Cuối cùng, khởi động mô tơ để làm quay cánh khuấy.
Trong quá trình làm lạnh nguyên liệu, các ống làm lạnh được gắn trên trục khuấy, cho phép đường non và nước lạnh được đưa vào đồng thời Quá trình trao đổi nhiệt gián tiếp giữa ống làm lạnh và nguyên liệu giúp giảm nhiệt độ từ từ, tránh hiện tượng ngụy tinh với tốc độ giảm nhiệt khoảng 1,5 – 2 oC trong vòng 1 giờ Cánh khuấy không chỉ có nhiệm vụ đảo trộn mà còn ngăn cản sự lắng xuống của các tinh thể đường, với tốc độ phù hợp khoảng 0,36 – 0,5 vòng/phút Khi nhiệt độ của nguyên liệu đạt khoảng 40 oC, quá trình kết tinh diễn ra tốt, sau đó nước lạnh được đóng lại và nước nóng được mở để nâng nhiệt độ lên 50 – 55 oC, giúp tăng độ nhớt và tạo điều kiện cho quá trình ly tâm Để thuận lợi cho việc lấy nguyên liệu, thiết bị được thiết kế nghiêng một góc từ 3 – 5 độ.
- Trao đổi nhiệt tốt đường non dễ đạt được nhiệt độ đồng đều.
- Cặn đóng trên thành mặt làm nguội ít hơn.
- Thời gian trợ tinh ngắn hơn.
- Ống làm lạnh cần độ vững chắc, dễ hư hỏng và rò rỉ ống.
Sự cố, cách khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Tốc độ giảm nhiệt độ nhanh dễn đến độ quá bão hòa tăng cao gây nên hiện tượng ngụy tinh.
- Cánh khuấy hoạt động không đảm bảo làm đóng cặn trên thiết bị và đường non lắng xuống đáy thiết bị.
- Ống làm lạnh bị lỏng, gãy, nứt, hở làm nước thoát ra ngoài làm hòa tan đường non
- Điều chỉnh tốc độ cánh khuấy và lượng nước vào để giảm nhiệt độ tối ưu nhất.
- Ống làm lạnh phải được làm từ vật liệu cứng, và gắn chặt vào trục khuấy đồng thời kiểm tra độ kín của khớp nối
2.4.2.3 Thiết bị trợ tinh kiểu ống xoắn ruột gà
1 Thân thiết bị; 2 Cánh khuấy; 3 Trục; 4 Nguyên liệu vào; 5 Nguyên liệu ra. Nguyên tắc hoạt động:
Hình 2.3 Thiết bị trợ tinh ống xoắn ruột gà
Trước khi bắt đầu quy trình làm việc, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống và đảm bảo an toàn cho thiết bị, cũng như vệ sinh sạch sẽ Quy trình bắt đầu bằng việc khởi động mô tơ để quay cánh khuấy, sau đó cho nguyên liệu đường non A và B vào thiết bị qua đường ống số 4 Cánh khuấy giúp đảo trộn nguyên liệu, tăng hiệu suất kết tinh Sản phẩm cuối cùng được thu hồi qua đường ống số 5 Ưu điểm của quy trình này là tăng hiệu suất sản xuất, nhưng cũng có nhược điểm cần xem xét.
- Thiết bị cấu tạo đơn giản, gọn gàng.
- Hiệu suất trợ tinh cao.
- Chỉ dùng được cho việc kết tinh đường non A, B có độ tinh khiết cao.
- Khó khăn trong việc vệ sinh thiết bị.
Sự cố và các khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Cặn đóng trên đường ống gây giảm hiệu suất truyền nhiệt, giảm hiệu suất kết tinh.
- Lượng nguyên liệu vào quá nhiều gây cản trở sự vận chuyển trong đường ống, dẫn đến hiệu quả của quá trình không có
- Thường xuyên vệ sinh thiết bị, tránh hiện tượng đóng cặn đường ống.
- Tính toán lượng nguyên liệu vào một cách hợp lý.
2.4.2.4 Thiết bị trợ tinh loại đĩa khuyết
Hình 2.4 Thiết bị trợ tinh loại đĩa khuyết
1.Thiết bị; 2.Trục; 3 Nguyên liệu ra; 4 Cánh khuấy;
5 Hộp giảm tốc; 6 Nguyên liệu vào
Trước khi bắt đầu công việc, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống và độ an toàn của thiết bị, đồng thời vệ sinh sạch sẽ Nguyên liệu được đưa vào thiết bị qua đường ống số (6), nơi các cánh khuấy (4) gắn trên trục rỗng (2) hoạt động để đảo trộn đều nguyên liệu và ngăn ngừa lắng đọng tinh thể Nước làm lạnh chảy ngược chiều với nguyên liệu, di chuyển theo đường zíc zắc nhờ các tấm ngăn trên đĩa, sau đó chuyển từ đĩa này sang đĩa khác qua các đoạn trục nối và ra ngoài qua trục rỗng cuối cùng Các đĩa khuyết được lắp đối diện, giúp nguyên liệu di chuyển từ đầu đến cuối thiết bị và được lấy ra qua đường ống số (3).
- Diện tích làm mát lớn.
- Hệ số truyền nhiệt cao.
- Kéo dài thời gian kết tinh, thời gian kết tinh quá lâu sẽ gây phản ứng caramen, melanoidun,… làm hao hụt đường.
- Cung cấp không đủ không gian và thiết bị.
Sự cố và các khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Cánh khuấy bị gãy, tốc độ khuấy không đều, đường non bị lắng xuống
- Kiểm tra định kỳ thiết bị, xem cánh khuấy có hoạt động đảm +bảo thiết bị, gây ra hiện tượng đóng cặn.
- Nước làm lạnh rò rĩ qua trục rỗng làm hòa tan đường non. không, điều chỉnh tốc độ khuấy hợp lý.
- Kiểm tra các mối hàn, các mối nối trên trục rỗng, đảm bảo không có sự cố rò rĩ.
2.4.2.5 Thiết bị trợ tinh kiểu blanchard
Thiết bị bao gồm một ống trục rỗng kết hợp với ống hình chữ S; một đầu của ống trục được kết nối với motor thông qua hộp giảm tốc Nước làm lạnh lưu thông trong ống trục rỗng và ống hình chữ S.
S Ở phía đáy đầu kia của thùng có cửa tháo liệu Đường non và nước làm lạnh đi ngược chiều nhau để nâng cao hiệu quả truyền nhiệt.
Nguyên tắc hoạt động của quá trình tinh chế đường non bắt đầu từ việc dẫn đường non từ nồi nấu qua máng và xuống bồn trợ tinh Trong bồn, đường non được làm nguội bằng nước thông qua hệ thống cánh khuấy kết nối với trục nằm ngang Nước làm nguội chảy qua các cánh khuấy, giúp nhiệt độ của đường non giảm xuống và tạo ra kết tinh Nước nóng sau khi nhận nhiệt sẽ được thải ra ngoài, trong khi nước làm nguội mới sẽ được đưa vào, duy trì quy trình liên tục cho đến khi đường non đạt yêu cầu và được chuyển xuống máy ly tâm Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc tinh chế đường, tuy nhiên, nhược điểm có thể bao gồm chi phí đầu tư cho thiết bị và yêu cầu bảo trì định kỳ.
- Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành.
- Quá trình kết tinh nhanh nhờ có
- Đóng cặn ở hệ thống nước làm nguội.
Hình 2.5 Thiết bị trợ tinh kiểu blanchard cánh khuấy kết hợp nước làm nguội.
Sự cố và cách khắc phục:
Sự cố Cách khắc phục
- Gia nhiệt không đạt yêu cầu.
- Cánh khuấy bị mòn, gãy, tốc độ quay ảnh hưởng đến quá trình kết tinh.
- Kiểm tra nước vào, hỗ hợp đường non trước khi vào thiết bị.
- Kiểm tra, điều chỉnh lại tốc độ trục khuấy.
2.4.2.6 Thiết bị trợ tinh kiểu liên tục
Hình 2.6 Thiết bị trợ tinh kiểu liên tục
1 Cửa đường non vào 7 Ống dẫn đường non ra
2 Động cơ 8 Thân thiết bị
3 Cửa sữa chữa 9 Ống dẫn nước lạnh
4 Cửa đường non ra 10 Cửa xả đáy
6 Cánh khuấy 12 Ống dẫn nước nóng
Trước khi vận hành máy, cần kiểm tra dầu bôi trơn, hệ thống truyền động, và các van hoạt động tốt Đảm bảo không có tắc nghẽn trong đường ống và hệ thống nước nóng, lạnh hoạt động hiệu quả Kiểm tra bồn không có vật lạ Khi máy hoạt động bình thường, đóng nắp đáy và tất cả các van, sau đó khởi động động cơ cho cánh khuấy quay trong vài phút Cho đường non C vào qua cửa số 1 và nước lạnh qua ống dẫn số 9, để đường nguội dần trong khoảng 24 giờ với nhiệt độ 40 - 42C, đồng thời cánh khuấy quay liên tục để phân phối đều Nếu nhiệt độ thấp, điều này sẽ ảnh hưởng đến độ nhớt và chất lượng đường, làm cho quá trình ly tâm khó khăn Do đó, cần cho nước nóng vào qua ống dẫn số 12 để nâng nhiệt độ đường non lên 50 - 52C, đảm bảo điều kiện ly tâm tốt Sau khi đạt yêu cầu, đường non sẽ được dẫn qua ống số 7 ra ngoài qua cửa số 4.
- Năng suất thiết bị cao.
- Có cánh khuấy tăng tốc độ kết tinh.
- Thiết bị cồng kềnh, phức tạp.
- Giá thành đắt, tốn nhiều năng lượng cho cánh khuấy, bơm.
Sự cố và cách khắc phục
Sự cố Cách khắc phục
- Gia nhiệt không đạt yêu cầu.
- Cánh khuấy bị mòn, gãy, tốc độ quay ảnh hưởng đến quá trình kết tinh.
- Kiểm tra nước vào, hỗ hợp đường non trước khi vào thiết bị.
- Kiểm tra, điều chỉnh lại tốc độ trục khuấy.
- Lắp mô tơ dự phòng
Thao tác trợ tinh
Trong quá trình trợ tinh, cần đảm bảo độ bão hòa thích hợp để ngăn ngừa sự hình thành các tinh thể dại, đồng thời chuẩn bị cho quá trình tách mật Các thao tác trợ tinh được chia thành ba bước chính để thực hiện hiệu quả.
Trong quá trình trợ tinh đường non, việc kiểm soát nhiệt độ là rất quan trọng để tránh hình thành các tinh thể dại Khi tháo dỡ đường non, nhiệt độ trong nồi thường đạt khoảng 72°C, và nếu nhiệt độ giảm đột ngột, có thể gây ra vấn đề này Để duy trì nhiệt độ ổn định, người ta thường sử dụng nước nóng trong bộ phận chuyển nước, giúp ống dẫn đạt nhiệt độ thích hợp Ngoài ra, việc phun nước nóng có nhiệt độ gần với đường non lên máng chuyển cũng giúp giảm độ bão hòa của nước cốt đường Trong vòng bốn giờ sau khi tháo đường, không cần thiết phải bổ sung nước nóng, mà có thể điều chỉnh tùy theo tình hình thực tế.
Khi bắt đầu quá trình trợ tinh, cần chú ý rằng nhiệt độ của đường non cao và chênh lệch với nhiệt độ không khí lớn, dẫn đến việc nhiệt độ hạ xuống nhanh chóng Điều này có thể gây ra sự hình thành các tinh thể dại, vì vậy việc hạ nhiệt độ cần được thực hiện từ từ Theo kinh nghiệm của một số nhà máy, độ chiết quang của nước cốt đường non C không nên thấp hơn mức quy định.
Độ bão hòa lý tưởng cho quá trình trợ tinh là từ 1,4 đến 1,5, với mức độ bão hòa 90% Cần chú ý đến độ chặt của các hạt cát khi tháo đường để tránh sự hình thành các tinh thể dại Mức độ bão hòa quá cao hoặc quá thấp đều có thể gây bất lợi cho quá trình này.
Quá trình trợ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát độ bão hòa của nước cốt đường non Để đạt yêu cầu, cần theo dõi chặt chẽ mức chiết quang và nhiệt độ của nước cốt Nếu độ bão hòa không đạt, có thể điều chỉnh bằng cách thêm nước hoặc đường mật, với lượng bổ sung được tính toán kỹ lưỡng Ngoài ra, các nhà máy cũng có thể xác định lượng nước cần thêm dựa trên tình hình nguyên liệu cụ thể thông qua khảo sát.
2.5.3 Xử lý đường non sau khi tách mật Đường non sau khi trợ tinh, nhiệt độ của nó và nhiệt độ của nước cốt nhất thiết phải phù hợp với yêu cầu tách mật Nói chung, phương pháp được sử dụng là điều chỉnh nhiệt độ và pha loãng, có một số nhà máy sử dụng ống làm lạnh cố định trong thùng, ở giai đoạn trước là cấp nước lạnh, để cho nhiệt độ đườn non hạ thấp, sau khi trợ tinh nói chung là trước khi tách mật thì cấp nước nóng, để cho nhiệt độ đường non lên cao, song cần chú ý độ chênh lệch của nước nóng và đường không quá cao
2.5.4 Những thao tác cần chú ý trong quá trình trợ tinh
Sau khi tháo dỡ đường non trong thùng trợ tinh, cần làm sạch đáy thùng để loại bỏ lượng đường non còn sót lại, tránh ảnh hưởng đến chất lượng đường non trong các lần sản xuất sau Nếu không được vệ sinh kỹ, nồng độ cao và nhiệt độ thấp có thể dẫn đến sự hình thành tinh thể giả hoặc tinh thể không đồng đều, gây khó khăn trong quá trình tách mật và làm giảm chất lượng sản phẩm Do đó, việc xả sạch đường non ở đáy thùng và chuyển vào máng phân phối là rất quan trọng sau mỗi lần sản xuất.
Đảm bảo an toàn là yếu tố quan trọng khi làm việc với thùng hỗ trợ tinh Thân thùng sâu và có bộ phận khuấy trộn, cùng với tính nhớt cao, có thể gây nguy hiểm đến tính mạng nếu không cẩn thận Do đó, mọi người cần chú ý và tuân thủ các biện pháp an toàn khi làm việc gần thùng trợ tinh.
- Phải luôn kiểm tra khuấy trộn trợ tinh, không ngừng đề phòng các hạt tinh có thể đóng cục lại ở đáy thùng gây sự cố.
Kết tinh đường non cuối và sự tạo thành mật cuối
2.6.1 Kết tinh đường non cuối
Nguyên tắc kết tinh đường non cuối là giảm nhiệt độ của dung dịch đường thông qua phương pháp làm lạnh, dẫn đến sự giảm độ hòa tan của đường sacaroza Khi dung dịch đạt trạng thái quá bão hòa, hệ số bão hòa cần được kiểm soát ở mức khoảng 1,1 để tạo điều kiện thuận lợi cho sự phát triển của tinh thể, đồng thời giảm độ tinh khiết của mật.
Các trở ngại khi kết tinh đường non cuối:
Quá trình kết tinh chậm xảy ra do độ nhớt của dung dịch cao, không tương ứng với sự giảm hệ số quá bão hòa Khi độ quá bão hòa tăng, các tinh thể dại sẽ được hình thành.
- Độ nhớt mật quá cao khó ly tâm.
Độ nhớt cao của đường ảnh hưởng đến quá trình kết tinh và có thể gây gãy trục khuấy Để khắc phục những vấn đề này, việc kiểm soát hiệu quả quá trình trợ tinh là rất quan trọng.
2.6.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến độ nhớt của mật cuối
- Các chất không đường : phụ thuộc vào nguồn gốc và thành phần không đường trong dung dịch.
- Nồng độ chất khô và nhiệt độ:
+ Tăng nồng độ chất khô, độ nhớt tăng
+ Nhiệt độ tăng, độ nhớt giảm
Độ nhớt của đường non cuối là chỉ số quan trọng, xác định mức độ nhớt tối đa mà thiết bị khuấy trong thùng trợ tinh có thể xử lý Điều này phụ thuộc vào độ nhớt của mật cái trong đường non và lượng tinh thể đã kết tinh.