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 gọi là đường non, bao gồm tinh thể đường và mật cái, với kích thước tinh thể được điều chỉnh theo yêu cầu.
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 dịch là kết quả của sự hòa tan này, trong đó chất bị hòa tan tạo thành một hỗn hợp đồng nhất với dung môi.
Khi hòa tan đường sacaroza ở nhiệt độ nhất định, dung dịch sẽ đạt đến một mức bão hòa khi không còn đường nào có thể hòa tan hoặc kết tinh Nồng độ của dung dịch bão hòa này 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 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 của dung dịch đường không nguyên chất, người ta sử dụng nước và dung dịch đường không tinh khiết 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 được xác định như sau: Độ hòa tan của dung dịch = Độ tinh khiết x nồng độ / (100 - 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 có chứa lượng chất hòa tan tối đa có thể ở nhiệt độ đó, hoặc nồng độ của nó tương đương với độ hòa tan của chất đó tại nhiệt độ đó.
Dung dịch quá bão hòa là loại dung dịch chứa lượng chất hòa tan vượt quá mức của dung dịch bão hòa tại cùng một nhiệt độ, cụ thể là lượng đường sacaroza hòa tan trong mỗi phần nước cao hơn so với dung dịch bão hòa Chỉ có dung dịch quá bão hòa mới cho phép đường sacaroza kết tinh Để tạo ra trạng thái quá bão hòa, các phương pháp như bốc hơi nước hoặc giảm nhiệt độ dung dịch thường được áp dụng.
Hệ số bão hòa được định nghĩa là tỷ số giữa hệ số hòa tan saccharose trong dung dịch đường không tinh khiết (H1) và hệ số hòa tan trong dung dịch tinh khiết (H0) tại cùng một nhiệt độ.
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 lệ 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 ở cùng nhiệt độ, được tính theo công thức α = H/H1.
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.
Trong nghiên cứu dung dịch, nếu α > 1 thì dung dịch được coi là quá bão hòa, α = 1 là dung dịch bão hòa, và α < 1 là dung dịch chưa bão hòa Đối với dung dịch sacaroza tinh khiết, H1 bằng H0 Tuy nhiên, với 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 người ta thường coi H1 xấp xỉ H0 Hệ số quá bão hòa trong trường hợp này được gọi là hệ số quá bão hòa biểu kiến, ký hiệu là α1, với công thức α1 = H/H0.
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 giảm, làm tăng khả năng va chạm và giảm tốc độ Khi lực hút giữa các phân tử lớn hơn lực đẩy, một số phân tử đường kết hợp lại và hình thành các tinh thể nhỏ, tách biệt khỏi dung dịch, 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 bị hút vào bề mặt của nhân tinh thể, lắng đọng và xếp chồng lên nhau theo hình dạng của 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 tăng lên, tạo ra hai khu vực nồng độ khác nhau.
Lớp dung dịch bao 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.
Do sự chênh lệch nồng độ giữa C và c, các phân tử đường liên tục khuyếch tán từ dung dịch C qua khoảng cách d và lắng đọng lên bề mặt tinh thể đã có, dẫn đến sự lớn lên không ngừng của tinh thể Lớp dung dịch sát bề mặt tinh thể duy trì nồng độ c’ như ban đầu, khiến quá trình này tiếp tục diễn ra và tinh thể ngày càng phát triển.
Quá trình lớn lên của tinh thể đường do 2 quá trình: trầm tích và khuếch tán bổ sung cho nhau.
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 sản xuất đường Độ chân không lý tưởng để nấu đường là từ 630 đến 680 mmHg; nếu độ chân không quá cao có thể dẫn đến tổn thất đường Đồng thời, pH của nguyên liệu nên duy trì trong khoảng 5,9 đến 6,2, vì ở nhiệt độ cao, sự chuyển hóa đường tăng lên, 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 Thêm vào đó, độ chân không thấp còn hạn chế phản ứng caramen hóa và phân hủy đường, từ đó nâng cao 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 tinh thể đường được hình thành hiệu quả hơn Một hệ thống đối lưu tốt không chỉ giảm sự chênh lệch nhiệt độ trong khối đường non mà còn ngăn chặn hiện tượng hòa tan tinh thể cục bộ và sự hình thành tinh thể dại, đồng thời hạn chế cặn bã trên bề mặt ống gia nhiệt Ngược lại, nếu đối lưu kém, sẽ xảy ra hiện tượng dính và tụ tinh thể, và nếu chân không giảm mạnh, có thể dẫn đến cháy cục bộ do quá nhiệt Hơn nữa, đối lưu quá mạnh có thể gây mất đường và làm tăng độ bão hòa, dẫn đến sự hình thành 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 mạnh mẽ vào sự đối lưu của đường non Các yếu tố như nhiệt độ, tốc độ dòng chảy và tính chất của chất lỏng có ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất này Việc tối ưu hóa các yếu tố này sẽ cải thiện hiệu quả truyền nhiệt trong quá trình gia nhiệt.
Độ chân không trong nồi nấu ảnh hưởng trực tiếp đến điểm sôi của đường non; khi độ chân không cao, điểm sôi của đường non sẽ thấp hơn, dẫn đến hiệu suất truyền nhiệt cao và quá trình đối lưu của đường non diễn ra nhanh chóng Tuy nhiên, nếu độ chân không quá cao, có thể gây mất đường do bay hơi.
- 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 hiệu suất của buồng đốt, khi nước ngưng chiếm một phần hoặc toàn bộ không gian trong buồng, dẫn đến việc hạn chế sự trao đổi nhiệt Điều này ảnh hưởng đến khả năng giữ hơi nước và làm giảm lưu lượng đường non.
Khí không ngưng không triệt để làm giảm hiệu suất truyền nhiệt của hơi nước do khả năng truyền nhiệt kém Hơn nữa, sự hiện diện của khí không ngưng chiếm chỗ của hơi nước, dẫn đến việc giảm nguồn nhiệt của đường non.
Kết cấu của nồi kết tinh bao gồm hình thức thiết kế, vật liệu ống truyền nhiệt và tình trạng bám cặn, tất cả đều ảnh hưởng đáng kể đến hiệu suất truyền nhiệt và đối lưu Việc lựa chọn vật liệu phù hợp cho ống truyền nhiệt là rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của nồi Đồng thời, tình trạng bám cặn cần được kiểm soát để duy trì hiệu quả truyền nhiệt và đảm bảo quá trình đối lưu diễn ra thuận lợi.
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 mật cuối 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 chứa nhiều đường hơn Mỗi loại chất không đường đều mang theo một lượng đường nhất định, được gọi là tính chất tạo mật cuối, 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 để đạt được trạng thái quá bão hòa, từ đó chuẩn bị cho sự hình thành tinh thể Điều kiện kỹ thuật phải được đảm bảo để quá trình này diễn ra hiệu quả.
- 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.
Hình 1.2 Sự tạo mầm tinh thể
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
+ 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, sau đó thay đổi độ chân không đột ngột hoặc thêm một lượng mầm rất ít để kích thích sự hình thành tinh thể mới.
+ Phương pháp này hiện nay ít sử dụng trong nhà máy đường.
Để đạt được trạng thái quá bão hòa ổn định, cần cô đặc dung dịch đến mức α=1,05 - 1,1, sau đó thêm bột đường (nhân tinh thể) vào và kiểm soát 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.
Để nấu đường non, đầu tiên cần chuẩn bị một nồi đường với tinh thể đường có kích thước nhất định Sau đó, chia một phần tinh thể này để làm mầm cho việc nấu 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 trong những nhược điểm của phương pháp này là thời gian thực hiện kéo dài, vì cần phải trải qua công đoạn nấu giống trước khi tiến hành gieo Tuy nhiên, sau khi hoàn thành bước nấu giống, thời gian nấu sẽ được rút ngắn hơn trong các lần sau.
+ 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, trong đó lượng nguyên liệu khác nhau làm giảm độ quá bão hòa của đường non Kết quả là một số tinh thể mới hình thành sẽ bị hòa tan, đồng thời độ nhớt của đường non cũng giảm xuống.
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" Những ưu điểm này khiến nấu đường liên tục trở thành phương pháp tối ưu trong sản xuất.
+ 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, cần 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 sự hình thành tinh thể dại, cần kiểm soát tốc độ bốc hơi chậm và hạn chế quá trình cô đặc nhanh Trước khi xả đường non, nên sử dụng nước nóng để giảm thiểu khả năng tạo ra 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 trạng thiết bị của nhà máy là yếu tố quan trọng trong việc xác định khả năng sản xuất Khi công nhân có trình độ cao và thiết bị đạt tiêu chuẩn, nhà máy có thể nấu nhiều hệ sản phẩm hơn, từ đó nâng cao hiệu suất và chất lượng sản xuất.
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 tiết kiệm chi phí, giảm thiểu lượng nấu lại, đảm bảo chất lượng sản phẩm cao, hạn chế tổn thất đường trong mật và nâng cao hiệu suất sử dụng thiết bị.
1.5.4 Các chế độ nấu đường thông dụng
Nấu hai hệ nghĩa là quy trình chế biến hai loại đường non, thường áp dụng khi mật chè có độ tinh khiết dưới 78% Đường non A được tạo thành từ mật chè, giống gốc A, mật loãng A, và có thể bổ sung 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 với các loại mật khác, kèm theo mật nguyên.
+ Thể tích đường non nhỏ
+ 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,
Mật chè Giống A Đường non A Đường cát A Đường cát C Đường non C Giống C
Hình 1.3 Chế độ nấu 2 hệ (A – C)
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 về chất lượng đường và mục đích sử dụng.
Hình 1.4 Chế độ nấu 3 hệ (A – B – C) 1.5.4.3 Nấu bốn hệ A – B – C – D
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
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 cuối cùng và nâng cao chất lượng sản phẩm, cần tăng số lần nấu Thay vì thêm một giai đoạn nấu hoàn toàn, chỉ cần thực hiện nấu 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.
Mật nâu Mật B Mật C Mật D
Mật trắng Đường B Đường C Đường D Đường cát
Chế độ nấu 4 hệ (A – B – C – D) cho thấy rằng đường non A là giai đoạn đầu tiên với độ tinh khiết cao nhất và tốc độ kết tinh nhanh nhất Việc tối ưu hóa quy trình để thu được nhiều thành phần đường từ giai đoạn này và giảm lượng nấu lại sẽ mang lại lợi ích tích cực Do đó, nâng cao hiệu suất sản xuất đường non A là nhiệm vụ quan trọng đối với 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 lưu ý đến kích thước tinh thể khi sản xuất đường cát trắng, đảm bảo rằng kích thước hạt phù hợp với điều kiện từng vùng, nguyên liệu sử dụng, thiết bị hiện có và trình độ thao tác của công nhân.
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 quan trọng trong việc kết nối giữa đường non A và đường non C Chất lượng đường B, thường được sản xuất từ gốc nấu đường non A, ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ nấu luyện của đường non A, hiệu suất kết tinh và chất lượng đường cát trắng Do đó, việc nấu đường non B một cách hiệu quả là yếu tố then chốt để đảm bảo chất lượng sản phẩm cuối cùng.
- Mật nguyên B là nguyên liệu chủ yếu của đường non C, độ tinh khiết mật
B thấp góp phần giảm thấp độ tinh khiết đường non C và có thể giảm nhỏ lượng đường non C có lợi cho việc nâng cao mức 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 của 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.
Dựa trên độ tinh khiết của mật nguyên A ở các giai đoạn khác nhau và yêu cầu về độ tinh khiết của đường non cuối cùng, cần bổ sung một lượng mật nguyên A hợp lý 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:
Các tinh thể cần phải được đông đều và hoàn chỉnh, với số lượng tinh thể nhiều để tăng diện tích kết tinh Điều này sẽ giúp nâng cao hiệu quả hấp thụ đường, đặc biệt trong điều kiện có tốc độ kết tinh chậm.
- 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 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 của hiện tượng này là do độ quá bão hòa cao trong mẫu dịch Độ quá bão hòa 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 Điều này dẫn đến khả năng xuất hiện ngụy tinh.
- 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 phải đủ cao; nếu nguyên liệu có nhiều hạt huyền phù hoặc có sự rò rỉ không khí với độ bão hòa cao, sẽ dẫn đến hiện tượng ngụy tinh.
Hai tinh thể có khả năng dính lại với nhau và tạo ra bề mặt chung Nghiên cứu của Vavrinecz và Thieme chỉ ra rằng 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 mềm, điều này thường chỉ ra rằng mẫu dịch có độ quá bão hòa cao, dẫn đến hiện tượng dính tinh xảy ra.
Chùm tinh thường được hình thành từ nhiều hơn hai tinh thể liên kết với nhau một cách ngẫu nhiên Ở đường non cấp thấp, chùm tinh không xuất hiện, trong khi đó, ở đường non A và đặc biệt là ở đường luyện, chùm tinh thường xuất hiện rõ rệt.
Chùm tinh hình thành khi bột được loại bỏ và các tinh thể lớn lên đến kích thước nhất định, sau đó tiếp xúc với nhau nhiều lần.
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, tại các khu vực dính tinh và chùm tinh thường có lớp mật và tạp chất, gây khó khăn trong việc phân tách mật, từ đó 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 tinh thể, và khi chỉ một phần của tinh thể bị hòa tan, sẽ tạo ra khuyết tật ở các góc cạnh Ngoài ra, các yếu tố cơ học như gàu múc và vít tải cũng có thể gây ra hiện tượng này Thêm vào đó, tĩnh áp có thể làm tăng nhiệt độ sôi ở đáy nồi, dẫn đến sự gia tăng độ hòa tan và hình thành vùng hòa tan tinh thể, gây ra tình trạng góc cạnh không hoàn chỉnh của tinh thể.
Loại tinh thể hiện có không chỉ ảnh hưởng đến quá trình kết tinh đường mà còn làm giảm tốc độ kết tinh, từ đó tác động đến độ óng ánh của sản phẩm Do đó, cần thiết phải tăng cường lưu thông tuần hoàn để ngăn ngừa sự hình thành của 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
Để giảm trở lực nhiệt tinh trong quá trình nấu đường, việc tối ưu hóa đối lưu tuần hoàn là rất quan trọng Đối lưu tuần hoàn không chỉ giúp tăng tốc độ kết tinh mà còn rút ngắn thời gian nấu, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm Vì vậy, cần tạo điều kiện thuận lợi để quá trình đối lưu tuần hoàn diễn ra hiệu quả, góp phần vào thành công trong việc 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.
Khí không ngưng thoát trong phòng đốt gây giảm lượng hơi vào, làm cản trở quá trình trao đổi nhiệt Sự biến động đột ngột của chân không cũng ảnh hưởng đến truyền nhiệt, dẫn đến nhiệt độ trong nồi nấu không ổn định và ảnh hưởng đến đối lưu tuần hoàn.
- 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.
Hình 1.6 Nồi nấu đường chân không
Cấu tạo của thiết bị nấu đường
1.8.1 Nồi nấu đường gián đoạn
3 Bộ phận thu hồi đường
Kiểm tra tất cả các van an toàn và mở nhẹ ống dẫn hơi để tránh dãn nở thiết bị Sau khi đóng van hơi, hãy mở van nước ngưng tụ Trước khi bắt đầu quá trình nấu, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống.
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 hệ thống, với lượng giống ban đầu khoảng 30 - 35% so với khối lượng đường non trong nồi Nguyên liệu được hút vào thiết bị nấu qua cửa để phủ lên bề mặt trống hơi, tránh hiện tượng cháy đường Sau đó, mở van hơi đốt để hơi từ khói lò hoặc hơi thứ từ khu bốc hơi được đưa vào thiết bị Trong quá trình nấu, mật chè di chuyển trong ống truyền nhiệt và ống tuần hoàn trung tâm, với hơi đi bên ngoài các ống, tạo ra quá trình trao đổi nhiệt Mật chè hấp thu nhiệt đạt tới nhiệt độ sôi, làm cho đường non nở ra và tỷ trọng giảm, từ đó đẩy đường non lên trên miệng ống Trong ống tuần hoàn trung tâm, dung dịch có diện tích truyền nhiệt lớn hơn, dẫn đến sự chuyển động của đường non từ trên xuống dưới, tạo ra tuần hoàn giúp bốc hơi nước và hấp thụ đường khi chuyển động.
Trong quá trình trao đổi nhiệt, hơi đốt mất nhiệt và ngưng tụ thành nước, sau đó nước này được tháo ra ngoài qua cửa (7) Nước bốc hơi sẽ kéo theo một số cấu tử, và chúng sẽ được thu hồi ở bộ phận thu hồi (3) Hơi sạch thoát ra ngoài thiết bị qua cửa (1), trong khi các cấu tử đường sẽ được thu hồi về 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 Giám sát và kiểm tra diễn ra 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 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
1.8.2 Nồi nấu đường có cánh khuấy
Kiểm tra tất cả các van an toàn và khởi động cánh khuấy Mở nhẹ ống dẫn hơi vào xong để tránh dãn nở thiết bị, sau đó đóng van hơi và mở van nước ngưng tụ Trước khi tiến hành nấu, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống.
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, sử dụng hơi từ khói lò hoặc hơi thứ từ khu bốc hơi để cung cấp nhiệt Diện tích buồng đốt bao gồm các ống truyền nhiệt, nơi diễn ra quá trình trao đổi nhiệt giữa hơi đốt và mật chè Cánh khuấy giúp trộn đều mật chè, ngăn ngừa cháy cục bộ và đảm bảo nhiệt độ đồng đều, từ đó bốc hơi nước và hỗ trợ tinh thể hấp thụ đường.
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 sẽ được thải ra ngoài.
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 15.hơi thứ ra
Nồi nấu đường có cánh khuấy được thiết kế với cửa số (12) để hơi nước bốc lên trong quá trình nấu được thu hồi qua thiết bị, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất Hơi thứ sẽ được thoát ra qua cửa (15), đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình chế biến đường.
- 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 ở van (14) và tháo đường non ra tại 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 độ ẩm và kích thước hạt.
- 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
Trước khi bắt đầu quá trình nấu, hãy kiểm tra tất cả các van an toàn và mở nhẹ ống dẫn hơi để tránh làm dãn nở thiết bị Sau khi đóng van hơi lại, hãy mở van nước ngưng tụ Đặc biệt, cần tạo chân không cho toàn bộ hệ thống trước khi tiến hành nấu.
Mật chè được chuyển vào nồi nấu từ các thùng chứa qua cửa tiếp liệu, trước khi nấu cần tạo chân không cho hệ thống Sau đó, van hơi đốt được mở, sử dụng hơi từ khói lò hoặc hơi thứ từ khu bốc hơi Hơi được dẫn vào thiết bị qua cửa và ổn định nhờ ống góp hơi Trong quá trình này, hơi đi bên trong ống ruột gà trong khi mật chè đi bên ngoài, tạo điều kiện cho quá trình trao đổi nhiệt Mật chè nhận nhiệt từ hơi đốt, làm bốc hơi nước, trong khi hơi sau khi truyền nhiệt sẽ ngưng tụ thành nước và thoát ra ngoài qua cửa.
Nước bốc hơi sẽ kéo theo một số cấu tử, và chúng được thu hồi tại bộ phận thu hồi (11) Hơi thứ sạch sẽ thoát ra ngoài thiết bị qua cửa (9), trong khi cấu tử đường được thu hồi và chuyển trở lại qua ống (10).
Quá trình giám sát và kiểm tra thông qua kính quan sát là bước quan trọng để đảm bảo đường non đạt yêu cầu Bx Sau khi đạt tiêu chuẩn, thể tích sẽ được phá chân không và xả ra qua cửa (5) Tuy nhiên, phương pháp này cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng cần được xem xét kỹ lưỡng.
- 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
Nồi nấu đường chân không liên tục là thiết bị có thiết kế hình trụ nằm ngang, với hệ thống truyền nhiệt hiệu quả Bên trong nồi, gia nhiệt được thực hiện thông qua các ống chùm nằm ngang, được sắp xếp theo hàng thẳng đứng, đảm bảo quá trình nấu diễn ra đồng đều và hiệu quả.
Trước khi bắt đầu quá trình nấu, hãy kiểm tra tất cả các van an toàn và mở ống dẫn hơi nhẹ để xông nhẹ áo hơi, giúp tránh tình trạng dãn nở thiết bị Sau đó, đóng van hơi và mở van nước ngưng tụ Đặc biệt, cần tạo độ chân không cho toàn bộ hệ thống trước khi tiến hành nấu.
QUÁ TRÌNH TRỢ TINH
Mục đích của trợ tinh
Tổn thất đường trong mật cuối chiếm khoảng 70% tổng tổn thất của nhà máy, do đó cần áp dụng các biện pháp giảm thiểu tổn thất này để nâng cao hiệu suất thu hồi đường Đối với đường non C, quá trình kết tinh không thể hoàn thành trong nồi nấu do độ nhớt cao, dẫn đến việc cần thời gian dài để thu hồi đường, có nguy cơ xảy ra caramen hóa và giảm hiệu quả kinh tế Vì vậy, sau khi nấu đạt nồng độ chất khô 98 – 99%, cần đưa đường non vào thiết bị trợ tinh để tăng cường quá trình kết tinh và giúp đường non thích ứng với điều kiện ly tâm, nhằm tối ưu hóa hiệu suất thu hồi đường.
Trong quá trình nấu đường tinh thể, giai đoạn cuối thường gặp phải tình trạng đường non trong mẫu dịch còn nhiều, dẫn đến độ nhớt tăng cao và tốc độ kết tinh chậm Điều này không chỉ kéo dài thời gian nấu mà còn ảnh hưởng đến màu sắc của sản phẩm Để cải thiện chất lượng tinh thể đường và giảm tổn thất, cần tiếp tục nấu đường ở một giai đoạn khác gọi là trợ tinh, giúp tinh thể đường hoàn chỉnh hơn và tăng khả năng hấp thụ 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 giúp quá trình kết tinh diễn ra mà không cần đun nóng để bốc hơi nước trong đường non Thay vào đó, phương pháp này sử dụng việc giảm nhiệt độ 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, tinh thể có khả năng hấp thụ đường và phát triển, từ đó tăng hiệu suất thu hồi và giảm tổn thất, mặc dù điều này cũng có thể làm giảm độ tinh khiết của mẫu dịch.
Sự bay hơi của dung dịch dẫn đến việc tăng nồng độ, trong khi việc khuấy trộn giúp duy trì nồng độ và nhiệt độ đồng đều trong toàn bộ khối đường non, từ đó hỗ trợ sự phát triển đồng đều của các hạt tinh thể.
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 của thời gian trợ tinh, độ tinh khiết của mật cái giảm nhanh chóng, sau đó quá trình giảm này diễn ra 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; khi đường non ít tạp chất và nhiệt độ giảm nhanh, thời gian trợ tinh sẽ ngắn hơn Việc không kéo dài thời gian trợ tinh là điều quan trọng, và thời gian ngắn nhưng vẫn đảm bảo hiệu suất thu hồi cao là lựa chọn tối ưu.
Tác dụng của khuấy trộn:
- Làm giảm nhiệt độ tăng hệ số quá bão hoà
Để đảm bảo đường non tiếp xúc đều với nước làm lạnh, cần thiết lập nhiệt độ giảm đồng đều trong toàn bộ khối đường non Việc này giúp tinh thể đường 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 một cách chặt chẽ, vì nó ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ kết tinh Tốc độ giảm nhiệt cần được điều chỉnh phù hợp 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 gây ra ngụy tinh và tình trạng bão hòa đột ngột Tốc độ giảm lý tưởng là khoảng 1 độ C trong 1 giờ, có thể giảm từ 1 đến 1,5 độ C để 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; khi nhiệt độ cao, tốc độ làm nguội sẽ chậm hơn Cấu tạo của thiết bị trợ tinh cũng ảnh hưởng lớn đến quá trình này, đặc biệt là các thiết bị có hệ thống nước làm mát, giúp hạ nhiệt nhanh chóng Hơn nữa, việc bố trí thùng trợ tinh và nhiệt độ của nước làm nguội cũng đóng vai trò quan trọng trong việc giảm nhiệt độ hiệu quả.
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 lớn làm tăng độ nhớt của đường non, dẫn đến tốc độ kết tinh chậm hơn và khó khăn trong việc khuấy đường non Điều này làm giảm hiệu quả của quá trình 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 phải điều chỉnh nhiệt độ đường non một cách hiệu quả trong khoảng thời gian nhất định, đồng thời đảm bảo rằng quá trình làm nguội hoặc gia nhiệt diễn ra đồng đều.
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 dạng trụ tròn hoặc nửa trụ chữ U, với các loại hở, nửa hở và kín Có hai phương pháp làm lạnh chính là bằng không khí và bằng nước Bộ phận truyền động có thể được sử dụng chung cho nhiều thùng, hoạt động quay trên một trục, hoặc 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 sử dụng phương pháp làm lạnh tự nhiên, thùng còn có phiên bản sử dụng máy quạt để thổi không khí lạnh qua bề mặt đường non, giúp tăng tốc quá trình làm lạnh hiệu quả hơn.
- 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.
Phân theo tính liên tục của thao tác: có thể phân làm 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, với vỏ ngoài gia cố bằng các thanh thép chắc chắn Đuôi thùng có cửa xuất đường non và van điều chỉnh Cánh khuấy được đặt cách đáy thùng 20 mm, giúp khuấy trộn đường non ở đáy, đảm bảo độ đồng đều cho toàn bộ hỗn hợp.
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 với tốc độ chậm khoảng 0,4 – 0,6 vòng/phút Mỗi thùng trên trục chính đều trang bị bánh xe trục vít dự phòng, cho phép khuấy trộn bằng sức người khi xảy ra sự cố về 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 được sử dụng để trộn đều đường non trong thiết bị, giúp đường non tiếp xúc đồng nhất với bề mặt trao đổi nhiệt của ống làm lạnh, đồng thời ngăn chặn 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 an toàn cho thiết bị Sau đó, vệ sinh sạch sẽ khu vực làm việc Cuối cùng, khởi động mô tơ để làm quay cánh quạt.
Trong quá trình làm lạnh nguyên liệu, đường non được cho vào từ trên xuống kết hợp với nước lạnh, tạo ra sự trao đổi nhiệt giữa ống làm lạnh và nguyên liệu Quá trình này giúp giảm nhiệt độ từ từ, tránh hiện tượng ngụy tinh do bão hòa quá mức, với tốc độ giảm nhiệt lý tưởng khoảng 1,5 – 2 oC trong 1 giờ Cánh khuấy không chỉ đảm bảo nguyên liệu được trộn đều mà còn ngăn chặn sự lắng xuống của các tinh thể đường, với tốc độ khuấy phù hợp khoảng 0,36 – 0,5 vòng/phút Khi nhiệt độ nguyên liệu đạt khoảng 40 oC, các tinh thể đường sẽ kết tinh tốt, và lúc này, nước lạnh sẽ được đóng lại để mở nước nóng nhằm tăng độ nhớt và tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ly tâm sau đó Quá trình này nâng nhiệt độ nguyên liệu lên 50 oC.
Nhiệt độ đạt 55 độ C với tốc độ nâng nhiệt 1,5 độ C trong 1 giờ Sau khi nguyên liệu đạt yêu cầu, chúng sẽ được lấy ra để trợ tinh Để thuận tiện trong việc lấy nguyên liệu, thiết bị được thiết kế nghiêng với góc từ 3 đến 5 độ Ưu điểm và nhược điểm của phương pháp này cần được xem xét kỹ lưỡng.
- 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
- 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 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. 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.
Trước khi bắt đầu công việc, cần kiểm tra toàn bộ hệ thống và đảm bảo an toàn cho thiết bị, cũng như vệ sinh sạch sẽ Đầu tiên, khởi động mô tơ để cánh khuấy (2) hoạt động Sau đó, cho nguyên liệu đường non A và B với độ tinh khiết cao vào thiết bị qua ống số (4) Cánh khuấy (2) giúp đảo trộn nguyên liệu, tăng hiệu suất kết tinh Sản phẩm cuối cùng được tháo ra qua ống số (5) Ưu điểm của quy trình này là nâng cao hiệu suất kết tinh, tuy nhiên cũng có những nhược điểm cần lưu ý.
- 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.
Hình 2.3 Thiết bị trợ tinh ống xoắn ruột gà
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 đảm bảo độ an toàn của thiết bị, đồng thời vệ sinh sạch sẽ Nguyên liệu sẽ được đưa vào thiết bị qua ống số (6), nơi các cánh khuấy (4) được lắp đặt trên trục rỗng để thực hiện quá trình trộn.
Hệ thống truyền động giúp đảo trộn đồng đều nguyên liệu và ngăn chặn sự lắng xuống của các tinh thể Nước làm lạnh di chuyển ngược chiều với nguyên liệu qua các tấm ngăn bên trong đĩa, sau đó chuyển từ đĩa này sang đĩa khác qua các đoạn trục nối và ra ngoài qua đoạn trục rỗng cuối cùng Các đĩa khuyết được lắp đối diện để nguyên liệu có thể di chuyển từ đầu đến cuối thiết bị và được lấy ra qua ống số (3) Ưu điểm của hệ thống này là khả năng trộn đều và hiệu quả trong việc ngăn chặn lắng đọng, trong khi nhược điểm có thể bao gồm độ phức tạp trong thiết kế và bảo trì.
- 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 thiết bị, gây ra hiện tượng đóng cặn.
- Nước làm lạnh rò rĩ qua trục rỗng làm hòa tan đường non.
- Kiểm tra định kỳ thiết bị, xem cánh khuấy có hoạt động đảm +bảo 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 được cấu tạo từ một ống trục rỗng và ống hình chữ S, trong đó một đầu trục được kết nối với motor qua hộp giảm tốc Nước làm lạnh di chuyển qua ống trục rỗng và ống chữ S, trong khi ở phía đáy thùng có cửa tháo liệu Đường non và nước làm lạnh lưu thông ngược chiều nhau, giúp nâng cao hiệu quả truyền nhiệt.
Nguyên tắc hoạt động của hệ thống là đường non từ nồi nấu được dẫn qua máng và chảy xuống bồn trợ tinh Tại bồn trợ tinh, đường non được làm nguội bằng nước thông qua hệ thống cánh khuấy, giúp đảm bảo quá trình tinh chế diễn ra hiệu quả.
Thiết bị trợ tinh kiểu Blanchard kết nối với trục nằm ngang, cho phép nước làm nguội đi vào cánh khuấy và chảy qua các ống nối so le giữa các cánh Trong quá trình này, nước nguội hấp thụ nhiệt từ đường non, giúp đường non nhận nhiệt và kết tinh Khi nước đã nhận nhiệt được cuốn ra ngoài, nước làm nguội mới sẽ tiếp tục vào, tạo ra một chu trình liên tục cho đến khi đường non đạt yêu cầu, sau đó được đưa xuống ly tâm Ưu điểm của phương pháp này là hiệu quả trong việc kết tinh, nhưng cũng có nhược điểm cần xem xét.
- Thiết bị có cấu tạo đơn giản, dễ vận hành.
- Quá trình kết tinh nhanh nhờ có cánh khuấy kết hợp nước làm nguội.
- Đóng cặn ở hệ thống 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
Thao tác trợ tinh
Trong quá trình trợ tinh, việc đảm bảo độ bão hòa thích hợp là rất quan trọng để ngăn ngừa sự hình thành các tinh thể dại Đồng thời, cần chuẩn bị kỹ lưỡng cho quá trình tách mật Thao tác trợ tinh được chia thành ba bước chính để đạt hiệu quả tối ưu.
Trong quá trình trợ tinh đường non, nhiệt độ trong nồi kết tinh cần duy trì ở mức cao Khi tháo dỡ đường, nếu nhiệt độ giảm đột ngột, có thể gây ra sự hình thành các tinh thể dại Để khắc phục, người ta thường sử dụng nước nóng trong bộ phận chuyển nước nhằm nâng nhiệt độ ống dẫn lên mức thích hợp Ngoài ra, việc phun nước nóng có nhiệt độ gần với đường non cũng giúp giảm độ bão hòa của nước cốt Nhiệt độ lý tưởng của đường non trong nồi khoảng 72℃, do đó, việc phun nước nóng đều lên máng chuyển đường là rất quan trọng Lượng nước nóng cần phải đảm bảo đủ yêu cầu, và nước rửa nồi nên được chứa lại trong thùng kết tinh để duy trì độ bão hòa Thông thường, trong vòng bốn giờ sau khi tháo đường, không cần bổ sung nước nóng, mà có thể điều chỉnh theo tình hình thực tế.
Khi bắt đầu quá trình trợ tinh, cần chú ý đến việc hạ nhiệt độ từ từ để tránh xuất hiện tinh thể dại, do nhiệt độ của đường non cao và chênh lệch lớn với không khí Theo kinh nghiệm từ một số nhà máy, độ chiết quang của nước cốt đường non C phải đạt ít nhất 90, với độ bão hòa trong khoảng 1,4 - 1,5 Bên cạnh đó, cần kiểm soát độ chặt của các hạt cát trong quá trình tháo đường để ngăn ngừa sự hình thành tinh thể dại, vì độ bão hòa quá cao hoặc quá thấp đều có thể gây hại cho quá trình trợ tinh.
Quá trình trợ tinh đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm soát độ bão hòa của nước cốt đường non Để đảm bảo chất lượng, cần thường xuyên theo dõi mức chiết quang và nhiệt độ của đường Nếu độ bão hòa không đạt yêu cầu, có thể điều chỉnh bằng cách bổ sung nước hoặc đường mật, với lượng cần thêm được tính toán kỹ lưỡng Ngoài ra, việc xác định lượng nước bổ sung cũng có thể dựa vào tình hình nguyên liệu khác nhau tại mỗi nhà máy 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 Nếu không, nồng độ cao và nhiệt độ thấp trong thời gian dài có thể dẫn đến sự hình thành tinh thể giả hoặc tinh thể không đồng đều khi tháo dỡ đường non mới Điều này không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng đường non mà còn gây khó khăn trong quá trình tách mật Vì vậy, sau khi xả xong thùng đường non, cần phải xả sạch và cho vào máng phân phối đường non.
Đảm bảo an toàn khi làm việc với thùng hỗ trợ tinh là rất quan trọng, vì thân thùng có độ sâu tương đối lớn và được trang bị bộ phận khuấy trộn Tính nhớt quánh của chất liệu bên trong có thể gây nguy hiểm đến tính mạng nếu không cẩn thận, do đó, cần chú ý và thực hiện các biện pháp an toàn khi tiếp xúc với 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 của kết tinh đường non cuối là giảm nhiệt độ của dung dịch đường sacaroza thông qua phương pháp làm lạnh Khi nhiệt độ giảm, độ hòa tan của đường sacaroza cũng giảm, dẫn đến tình trạng bão hòa quá mức Để kiểm soát quá trình này, hệ số bão hòa cần duy trì khoảng 1,1, điều này giúp tinh thể phát triển mà không làm 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 cao của dung dịch, điều này không tương ứng với sự giảm hệ số quá bão hòa Khi độ quá bão hòa tăng, sẽ dẫn đến việc hình thành các tinh thể dại.
- 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 tốt quá trình trợ tinh là rất cần thiết.
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 mức độ nhớt tối đa mà thiết bị khuấy trong thùng trợ tinh có khả năng xử lý Mức độ này phụ thuộc vào độ nhớt của mật cái trong đường non và lượng tinh thể kết tinh có trong sản phẩm.