CÔ ĐẶC NƯỚC MÍA

1 – Mục đích:

– Mục đích của quá trình cô đặc là bốc hơi nước mía có nồng độ 13 – 15Bx đến mật chè nồng

độ 60 – 65 Bx.

Nếu cô đặc nước mía đến Bx quá cao (>70Bx ) sẽ xuất hiện tinh thể đọng lại trong đường ống

và bơm. Nồng độ lớn dẫn đến độ nhớt lớn, lọc khó khăn

2 – CƠ SỞ LÝ THIẾT

2.1 – Lượng nước bốc hơi:

C1 )

W = G(1-

C2

W: Luợng nước bốc hơi so với mía, %

C1: Bx nước mía trong

C2: Bx mật chè

G: Trọng lượng nước mía trong so với mía, %

 

53

 

Nếu bốc hơi nước mía từ 15Bx đến 60Bx thì lượng mía bốc hơi

15 ) = 0,75.G

W = G(1-

60

2.2 – Lượng nhiệt dùng bốc hơi

Lượng nhiệt dùng để đưa nước mía đến trạng thái sôi:

Q1 = G(t2 – t1) C , W

Trong đó :

G: Trọng lượng nước mía trong so vớ0i mía, %

t2: Nhiệt độ sôi của nước mía trong, C.

t1: nhiệt độ nước mía trong vào bốc hơi, 0C.

C: Nhiệt dung riêng của nước mía trong, J/Kg.độ.

Lượng nhiệt cần để bốc hơi

Q2 = W.r, W

Trong đó:

W:Lượng nước bốc hơi so với nước %

r: Nhiệt lượng riêng của hơi, J/Kg.

Tổng lượng nhiệt cần dùng

Q = Q1 + Q2

= G(t2 – t1)C + W2

C1 ).r

= G(t2 – t1)C + G(1 –

C2

C1 ) )

= G(t2 – t1)C + Gfr (f =(1 –

C2

=[ G(t2 – t1)C +f r].

C1 )

Trong đó: f =(1 –         gọi là hệ số bốc hơi.

C2

Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh phụ thuộc chất lượng chất cách nhiệt thường lấy từ 3 –

10% so với lượng hơi dùng.

* Trường hợp bốc hơi 1 nồi

Để bốc hơi nước mía từ 15 đến 60 Bx, tức bốc 75% nước so mía, tiêu hao một lượng hơi 75%

so mía, nghĩa là cứ bốc hơi 1kg nước thì tiêu hao 1kg hơi.

* Trường hợp bốc hơi nhiều nồi

Hơi thứ hiệu trước được dùng làm hơi đốt hiệu sau. Hơi thứ hiệu cuối dùng đun nóng nước

mía hoặc trực tiếp vào thiết bị ngưng tụ. Nồng độ nước mía tăng dần lên. Hệ này mang lại hiệu quả

kinh tế cao trong việc sử dụng hơi thứ.

Khi cô đặc một nồi, cứ bốc hơi 1kg nước tiêu hao1kg hơi. Với hệ 4 nồi lượng hơi tiêu hao là

75%:4 = 18,75% so mía, hệ 4 nồi 75%:5 = 15%, nhưng từ hiệu I sang hiệu II lượng hơi tiết kiệm

nhiều nhất khoảng 50%, từ hiệu II sang hiệu III lượng hơi chỉ giảm hơn 10%. Như vậy thêm 1 nồi cô

đặc lượng hơi tiết kiệm không nhiều nhưng tăng vốn đầu tư, thao tác, quản lý phức tạp. Vì vậy

thường sử dụng 3 – 5 hiệu và hệ 4 hiệu là thích hợp.

* Sử dụng hơi:

Việc dùng hơi trong nhà máy đường khá phong phú. Ngoài việc dùng hơi cho hệ cô đặc còn

dùng hơi cho các bộ phận khác: đun nóng, nấu đường, phân mật, sấy … Để tiết kiệm, thường sử dụng

hơi thứ của hệ cô đặc.

Sơ đồ sử dụng hơi thứ của 1 hệ cô đặc

 

 

 

E2         54         E4         E5

E1         E3

 

W1         W2         W3         ‘        W4

 

Trong đó:

D:hơi sống

E1, E2, E3, E4: hơi thứ dùng cho đun nóng và nấu đường

E5: Hơi’thứ hi’ ệu 4 đi vào thiết bị ngưng tụ baromet

W1′, W2, W3 : hơi thứ hiệu 1, 2, 3 làm hơi đốt cho hiệu 2, 3, 4

2.3 – Tổn thất nhiêt trong quá trình bốc hơi

N guyên nhân: Do nồng độ tăng cao

Do áp suất thủy tỉnh

Do trở lực đường ống

2.3.1 – Tổn thất nhiệt do độ tăng nhiệt độ sôi (’)

Trong cùng điều kiện áp lực nhiệt độ sôi của dung dịch đường cao hơn nhiệt độ sôi

của nước. Nhiệt độ cao hơn đó gọi là độ tăng nhiệt độ sôi

Độ tăng nhiệt độ sôi tỷ lệ thuận với nồng độ chất khô trong dung dịch và từ biểu đồ

cho sẵn, ta có thể tra nhiệt độ tăng độ sôi’ theo Bx tương ứng

Khi áp lực của dung dịch khác áp lực thường, độ tăng nhiệt độ sôi có sai khác một ít

và có thể tính theo công thức gần đúng của Tisenco:

 ‘ = af

Trong đó :’: độ tăng nhiệt độ sôi ở áp lực bất kỳ

a: độ tăng nhiệt độ sôi ở áp lực thường

f: hệ số hiệu chỉnh

2.3.2 – Tổn thất tỉnh áp (”)

Tổn thất tỉnh áp là do áp suất cột dung dịch trong thiết bị gây nên. Tức là nhiệt độ sôi của

dung dịch cũng phụ thuộc độ sâu, trên mặt thoáng nhiệt độ sôi thấp nhất, càng xuống sâu nhiệt độ sôi càng tăng. Hiệu số giữa nhiệt độ sôi trên mặt thoáng và ở lớp dưới goi là tổn thất nhiệt độ do áp suất

thủy tỉnh

p= p’gh [N/m2]

p: Hiệu số áp suất thủy tỉnh.

’: khối lượng r iêng của dung dịch ở dạng bọt, kg/m3.

gần đúng lấy’ = /2

: khối lượng riêng của dung dịch , kg/m3.

g: gia tốc trọng trường, m/s2.

h: độ sâu kể từ mặt thoáng đến giữa ống truyền nhiệt , m

2.3.3 – Tổn thất đường ống”‘.

Hơi thứ từ hiệu trước qua hiệu sau, qua đường ống giữa hai hiệu, chịu ảnh hưởng của trở lực

đường ống làm giảm nhiệt độ.

Dựa vào thực tế tổn thất nhiệt độ đường ống giữa hai hiệu thông thường lấy từ 1 – 1,50 C.

Tổng tổn thất nhiệt độ:

 

55

 

 tổng = ‘+ ” + “‘

2.4 – Các phương án bốc hơi của hệ cô đặc:

Trạm bốc hơi là trung tâm hệ thống nhiệt của toàn nhà máy, là hệ thống tương đối

phức tạp. Để chọn phương án bốc hơi tốt cần xét tới những vấn đề sau:

– Yêu cầu công nghệ sản xuất đường.

– Đảm bão chất lượng thành phẩm.

– Nghiên cứu đầy đủ việc bố trí trạm nhiệt điện.

– Sử dụng hơi thải, hơi thứ hợp lý.

– Tốc độ đóng cặn trong thiết bị thao tác và khống chế ổn định.

– Vốn đầu tư.

* Phân loại phương án bốc hơi: có 3 loại.

Phương án bốc hơi chân không:

Phương án này có từ lâu. Những nhà máy đường cũ thường dùng phương án này. Hệ cô đặc

thường có từ 3 – 5 hiệu thường là 4 hiệu, và không hút hơi thứ hiệu cuối vì nhiệt độ hơi thứ thấp .

Ưu diểm: Thỏa mãn đầy đủ yêu cầu công nghệ vì bốc hơi ở điều kiện chân không, nhiệt độ

tương đối thấp tránh được hiện tượng phân hủy đường khử và biến đường sacaroza thành caramen,

phẩm chất mật chè tốt, quản lý thao tác dễ dàng.

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

năng sử dụng hơi thứ, hơi thứ hiệu cuối vào thiết bị ngưng tụ tăng tổn thất hơi

Phương án bốc hơi áp lực:

Đặc điểm của phương án này là các hiệu cô đặc làm việc ở điều kiện áp lực.

Ưu điểm:

Việc sử dụng hơi tương đối triệt để, toàn bộ hơi hiệu cuối đều dùng.

Nhiệt độ hơi thứ của các hiệu tương đối cao, có thể giảm diện tích truyền nhiệt của thiết bị

truyền nhiệt

Không cần thiết bị ngưng tụ lớn, chỉ cần một thiết bị nhỏ dùng khi khởi động hệ cô đặc.

Khuyết điểm: Màu sắc nước mía tương đối đậm, pH giảm nhiều do nhiệt độ cao, đường khử

bị phân hủy và tạo caramen nhiều.

Khi sản xuất nếu hút hơi thứ không bình thường không những không giảm lượng hơi tiêu hao

mà còn tăng lên do hiện tượng xả hơi và từ đó khó duy trì ổn định các chỉ tiêu bốc hơi, nồng

độ mật chè không ổn định

Phương án bốc hơi áp lực chân không

Đặc điểm: Nhiệt độ sôi của dung dịch đường hiệu cuối tương đối cao có thể dùng hơi thứ

hiệu đó đun nóng nước mía dẫn đến độ chân không hiệu cuối không lớn khoảng 550mmHg

Phương án này được dùng phổ biến trong các nhà máy đường.Ưu khuyết điểm của

phương pháp này là tổng hợp của ưu khuyết điểm của hai phương án (a) và (b)

2.5 – Thiết bị cô đặc

Thiết bị cô đặc ống chùm thẳng đứng

Thiết bị cô đặc tuần hoàn đơn

Ở nhà máy đường thường dùng nhiều loại thiết bị cô đsặc khác nhau nhưng bất cứ loại nào

cũng đều có phòng đốt, phòng bốc hơi, thiết bị thu hồi đường, ống nước mía chảy vào, ống thoát khí

không ngưng, ống thoát nước ngưng tụ

Những điều lưu ý ở các bộ phận chính của thiết bị:

Buồng đốt: Để tăng hệ số truyền nhiệt K buồng đốt phải : Hơi vào đều, tốc độ hơi vừa phải,

nước ngưng và khí không ngưng tách ra liên tục và triệt để, thông rửa cặn tốt

Khí không ngưng: Khí không ngưng do: Không khí lọt vào hơi, các chất khí tạo thành do

phân giải các tạp chất trong nước mía, có trong hơi.

 

56

 

Do đó phải dẫn nó ra khỏi buồng hơi để tăng thể tích hơi trong buồng hơi và tăng hệ số truyền

nhiệt. Ống thoát khí không ngựng đặt ở vị trí nào đấy phải đảm bão: Dẫn được hết khí không ngưng,

hơi không dẩn ra theo.

Thường đặt ống dẫn khí không ngưng ở chổ tốc độ hơi chậm nhất (cuối đường hơi). Khí

không ngưng gồm nhiều loại khác nhau và chúng có tỷ trọng khác nhau. Do vậy ống thoát khí không

ngưng đặc ở nhiều độ cao khác nhau.

Ống thoát nước ngưng phải đạt yêu cầu: Đảm bão nước ngưng thoát ra nhanh, triệt để, xa

đường hơi vào.

Bộ phận thu hồi đường:

Nguyên nhân sự bay đường: +Đường bay do những đường nước phụt lên mạnh.

+Những giọt nước mía nhỏ hơn bọt bay lên

+Tốc độ bốc hơi quá nhanh

+Hơi vào buồng đốt quá mạnh

+Quá trình sôi không đều do cấu tạo buồng đốt làm hơi vào không đều dẩn đến làm bay

đường.

+Mức nước mía cao quá

+Hiện tượng tự bốc mạnh quá

+Chân không thay đổi đột ngột

Đề phòng: +Cố gắn hạn chế những nguyên nhân trên

+Lắp bộ phận thu hồi đường ở đỉnh nồi

2.6 – Hóa học của quá trình cô đặc:

Trong nhà máy đường hiện đại, nước mía cô đặc ở hệ cô đặc 4 – 5 hiệu với nhiệt độ khoảng từ

60 – 1300C. Kết quả là hơi nước bốc đi và trên cơ bản không có sự thay đổi thành phần hoặc tính chất của chất khô trong dung dịch. Tuy nhiên trong quá trình cô đặc vẫn xảy ra nhiều phản ứng hóa học và

hóa lý dẫn đến sự thay đổi thành phần và đặc tính của chất tan. Nước ngưng tụ trong hệ cô đặc nhiều

nồi không phải là nước nguyên chất mà chứa ít đường và chất không đường sẽ dẫn đến ăn mòn nồi

hơi

Sự chuyển hóa sacaroza:

Nếu dung dịch đường có tính axit hoặc một số chất không đường trong quá trình cô

đặc bị phân hủy tạo thành axit thì dưới tác dụng của nhiệt sẽ dẫn đến sự chuyển hóa sacaroza.

Thông thường sự tổn thất sacaroza không vượt quá 0,01% so với nguyên liệu mía.

Sự phân hủy sacaroza và tăng màu sắc:

Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường sacaroza bị caramen hóa. Lượng caramen tạo

thành phụ thuộc thời gian truyền nhiệt, nhiệt độ và pH. Chỉ cần 1 lượng caramen rất nhỏ cũng

làm cho nước mía có màu đậm.

Ngoài ra đường khử bị phân hủy hoặc kết tủa với những chất chứa nitơ tạo thành

melanoidin làm tăng màu sắc của nước mía. Sự tăng màu sắc của nước mía trong quá trình

bốc hơi phụ thuộc vào hiệu quả làm sạch nước mía, thời gian và nhiệt độ cô đặc.

Độ tinh khiết tăng cao:

Độ tinh khiết tăng trong quá trrình cô đặc phu thuộc phương pháp làm sạch. Đối với

phương pháp vôi độ tinh khiết tăng 0,7 – 1,0, phương pháp sunfit hóa tăng 0,8 – 1,0 và

phương pháp cacbonat tăng 0,2 – 0,5.

Nguyên nhân:

– Chất không đường bị phân hủy do sự phân hủy axit amin và muối cacbonat sinh ra

CO2, NH3 làm cho độ tinh khiết mật chè tăng 0,1.

– Sự tạo cặn trong thiết bị cô đặc, cứ 2000 tấn nước mía (15Bx) tạo chừng 1 tấn cặn.

 

 

 

57

 

– Sự tăng độ tinh khiết còn gây nên do sự thay đổi góc quay riêng của chất không

đường đặc biệt là đường khử.

Sự thay đổi độ kiềm:

Tăng: Hiện tượng tăng độ kiềm trong quá trình bốc hơi vật lý rất ít thấy.

Giảm: Nguyên nhân

– Sự phân hủy axit, ví dụ: asparagin

– Phân hủy đường khử tạo axit hữu cơ làm giảm độ kiềm.

– Sự tạo caramen của đường sacaroza tuy tác dụng rất nhỏ nhưng cũng có ảnh hưởng

đến sự giảm độ kiềm

Sự tạo cặn:

Trong quá trình bốc hơi, có sự tạo thành cặn trong thiết bị cô đặc, làm tổn thất nhiệt.

Trong dung dịch quá bão hòa, hiện tượng tạo cặn sẽ phát sinh trước hết ở những chỗ dung

dịch tiếp xúc trực tiếp với diện tích đốt, tức là cặn thường xuất hiện nhiều ở phần dưới của ống truyền nhiệt.Thành phần của cặn trong các thiết bị cô đặc sản xuất bằng các phương pháp

khác nhau thì khác nhau.

Sự hình thành cặn trong thiết bị dẫn đến giảm hệ số truyền nhiệt và do đó làm giảm năng

suất bốc hơi.

Có nhiều phương pháp loại cặn nhưng hiện nay phổ biến nhất vẫn bằng phương pháp hoá

học.

Các hoá chất dùng để loại cặn như kiềm (NaOH, Na2CO3), axit (HCl) và muối ăn NaCl.

Trong sản xuất đường thường dùng kiềm sau đó dùng axit. Lượng kiềm dùng chừng 6-12%,

thời gian đun 2h. Lượng axit khoảng 0,5 – 1%, thời gian đun từ 1 – 6h. Sau khi sử dụng kiềm

và axit, dùng nước rửa nồi và dùng thanh sắt loại cặn khỏi thiết bị. Hiệu quả loại cặn tốt

nhưng tốn nhiều hoá chất và ăn mòn thiết bị.

Để tránh ăn mòn thiết bị, trước khi đun với axit, cần cho vào thiết bị những chất kiềm hãm

sự ăn mòn như DBS hoặc ryphalgen A. Ryphalgen A có tác dụng tốt, đễ hoà tan và phân bố

đều trong dung dịch axit.