TẠP CHÍ KHOA HỌC, Đại học Huế, Số 13, 2002<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG HAI THÔNG SỐ KỸ THUẬT: <br />
NHIỆT ĐỘ VÀ pH ĐẾN KHỐI LƯỢNG BÙN LẮNG TRONG CÔNG ĐOẠN <br />
LÀM SẠCH NƯỚC MÍA THEO LƯU TRÌNH SULFIT HÓA AXIT TÍNH<br />
Lê Văn Tán, Nguyễn Văn Toản<br />
Trường Đại học Nông Lâm, Đại học Huế<br />
<br />
<br />
ĐẶT VẤN ĐỀ <br />
Nhiệt độ và pH là hai thông số kỹ thuật ảnh hưởng đến khả năng lắng của <br />
nước mía, nếu chọn pH và nhiệt độ tối ưu sẽ góp phần nâng cao hiệu suất làm <br />
sạch, hiệu suất thu hồi đường. Những điều nêu ra ở trên liên quan đến phẩm chất <br />
sản phẩm thu được.[1]<br />
Ở các nhà máy đường của nước ta phần lớn sản phẩm đường kính trắng <br />
được sản xuất chủ yếu theo lưu trình công nghệ làm sạch bằng phương pháp Sulfit <br />
hóa axit tính. Đa số các thông số kỹ thuật trong các tài liệu công bố là nhiệt độ và pH <br />
tối ưu biến động trong giới hạn rộng (pH2 : 3.2 4.8, pH3: 6.6 8.0, nhiệt độ: 98<br />
105oC ) [1],[2],[3] [5]. Điều này làm cho các cán bộ kỹ thuật và công nhân vận hành <br />
trên các dây chuyền công nghệ điều chỉnh các thông số kỹ thuật gặp khó khăn và sản <br />
phẩm thu được trong từng công đoạn không đạt yêu cầu mong muốn. Nhiệm vụ đặt <br />
ra là xác định vùng biến động hẹp hơn của pH, nhiệt độ tối ưu để nâng cao tốc độ <br />
lắng, hiệu suất làm sạch nước mía và hiệu suất thu hồi đường. <br />
<br />
PHƯƠNG PHÁP VÀ THIẾT BỊ NGHIÊN CỨU<br />
Nguyên liệu mía được sử dụng là các giống mía cung cấp các nhà máy đường <br />
tại địa phương. Mía được đốn chặt, vận chuyển và ép lấy nước mía theo phương <br />
pháp thủ công. <br />
Các thiết bị đo được sử dụng là các dụng cụ được dùng tại các nhà máy <br />
đường: <br />
Độ khô (Bx HANNA); pH mét H I 8424 HANNA, cân điện tử (OHOUS <br />
Nhật) và thiết bị lọc chân không.<br />
Xác định cường độ xông SO2 (ISO2) vào nước mía bằng phương pháp chuẩn độ <br />
dung dịch I2 theo [2]<br />
Chuẩn bị dung dịch sữa vôi từ Ca(OH)2 và nồng độ được xác định bằng <br />
Baume kế. <br />
Xác định hàm lượng đường khử ( RS %) của nước mía theo [ 3 ] <br />
31<br />
Các hóa chất khác được sử dụng độ tinh khiết cao.<br />
Sơ đồ tiến hành nghiên cứu:<br />
Sữa vôi 8 Be<br />
<br />
Mía cây Éïp mía Nước mía hỗn hợp Gia vôi sơ bộ (pH1 ) <br />
<br />
<br />
Gia nhiệt lầnII(T2 ) Trung hòa (pH3) Sunfit hóa lần I (pH2 ) Gia nhiệt lần <br />
I(T1 )<br />
<br />
Sữa vôi 8 Be<br />
Lắng nước mía Nước mía sạch <br />
<br />
<br />
Nước bùn Lọc bùn chân không Nước lọc<br />
<br />
<br />
Bã bùn Khối lượng bã bùn (m )<br />
<br />
KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN<br />
I.Ảnh hưởng của thông số pH2 đến khối lượng bùn lắng, cường độ xông <br />
SO2, hàm lượng đường khử: <br />
Trong thực tế thông số pH1 và t1 tại các nhà máy đường thường điều chỉnh cố <br />
định: pH1= 6,5 và t1= 720C ï là thông số đã được tối ưu nên chúng tôi không khảo sát. <br />
Chúng tôi chỉ quan tâm đến pH2 ,t2 và pH3. Tuy nhiên, để ổn định 3 yếu tố này chúng <br />
tôi chọn giai đoạn quan trọng nhất quyết định đến khối lượng bùn lắng và cố định <br />
tại một giá trị rồi cho biến động các yếu tố khác. Các kết quả nghiên cứu được đưa <br />
ra ở bảng số 1.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
32<br />
Bảng 1: Aính hưởng cúa pH2 đến khối lượng bùn lắng, cường độ xông SO2,<br />
hàm lượng đường, trạng thái khối kết tủa và màu sắc nước mía sạch.<br />
( pH3 = 7, t1 = 72oC, t2 = 102oC, n = 5).<br />
pH2 m (g) I SO2 (ml) RS (%) Màu sắc của Trạng thái<br />
nước mía <br />
3,2 8,89 0,01 17,7 0,2 1,15 0,01 xanh trắng xốp, mịn<br />
3,4 9,02 0,01 15,4 0,2 1,14 0,01 xanh hơi trắng xốp, mịn<br />
3,6 9,20 0,02 13,6 0,2 1,11 0,01 xanh nhạt rắn chắc<br />
3,8 9,15 0,01 12,6 0,2 1,10 0,01 xanh nhạt rắn chắc<br />
4,0 8,82 0,02 11,7 0,1 1,09 0,01 xanh nhạt rắ n h ơ i <br />
chắc<br />
4,2 8,41 0,02 11,1 0,1 1,08 0,01 xanh rất nhạt xốp<br />
4,4 8,31 0,01 10,3 0,2 1,07 0,01 xanh hơi nhạt xốp<br />
4,6 8,26 0,01 9,7 0,1 1,07 0,01 xanh hơi đen xốp<br />
4,8 8,10 0,02 9,3 0,1 1,06 0,01 xanh hơi đen xốp<br />
Qua bảng 1, chúng ta nhận thấy khối lượng bùn lắng tăng dần khi pH 2= 4,8 <br />
3,6 điều này có liên quan giá trị pH tạo ra sự tồn tại ion SO 32, ion SO32 kết hợp vôi <br />
tạo ra kết tủa. Kết tủa này hấp phụ các chất không đường, chất màu, chất keo lơ <br />
lửng trong nước mía và cùng lắng xuống. Cũng từ bảng 1 ta thấy khi pH tăng dần thì <br />
hàm lượng đường khử giảm dần từ 1,15% 1,06%, rõ ràng khi pH 2 axit thì quá trình <br />
chuyển hóa đường saccaro tạo thành hỗn hợp đường gluco và fructo. Ở pH càng axit <br />
thì tốc độ chuyển hóa càng nhanh, tổn thất đường càng lớn. Do đó trong công nghệ <br />
sản xuất đường cần chọn các giá trị pH mà hàm lượng đường khử thấp. Giá trị <br />
cường độ xông SO2 giảm khi pH tăng. Trong thực tế, cường độ xông SO2 trong <br />
khoảng 1213,6 (ml xông lưu huỳnh) là chấp nhận được [2].<br />
Qua thực nghiệm chúng tôi nhận thấy rằng pH2 từ 3,23,4 thì màu của nước <br />
mía sạch là xanh hơi trắng và trạng thái của khối kết tủa xốp, mịn. Trong khoảng <br />
pH2 từ 4,2 4,8 màu xanh rất nhạt và hơi đen, khối kết tủa xốp. Các màu và trạng thái <br />
khối kết tủa này không phù hợp với thực tế [1]. Tại giá trị pH2 = 3,63,8 màu của <br />
nước mía sạch là xanh nhạt, khối hạt kết tủa rắn chắc đạt yêu cầu công nghệ.<br />
II. Aính hưởng cúa thông số pH3 đến khối lượng bùn lắng, hàm lượng <br />
đường khử, trạng thái khối kết tủa và màu sắc nước mía sạch.<br />
Dùng kết quả tối ưu của phần trên chúng tôi thay đổi pH 3. Các kết quả được <br />
chỉ ra ở bảng số 2.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
33<br />
Bảng 2: Aính hưởng của pH3 đến khối lượng bùn lắng, đường khử,<br />
trạng thái khối kết tủa và màu sắc nước mía sạch.<br />
(pH2 = 3,6, t1 = 72oC, t2 = 102oC, n = 5).<br />
pH3 m (g) RS (%) Màu sắc của nước Trạng thái<br />
mía<br />
6,6 8,04 0,08 1,21 0,01 xanh nhạt hơi đen rắn chắc, hơi <br />
thô<br />
6,8 8,29 0,09 1,20 0,01 xanh nhạt hơi đen rắn chắc, hơi <br />
thô<br />
7,0 8,95 0,07 1,19 0,01 xanh nhạt rắn chắc<br />
7,2 8,77 0,03 1,18 0,01 xanh nhạt rắn chắc<br />
7,4 8,54 0,04 1,16 0,01 đỏ nhạt xốp, thô<br />
7,6 8,45 0,03 1,14 0,01 đỏ nhạt xốp, thô<br />
7,8 8,25 0,05 1,12 0,01 đỏ xốp, thô<br />
8,0 8,07 0,04 1,10 0,01 đỏ xốp, thô<br />
Nhìn vào bảng 2 chúng ta có các nhận xét sau đây:<br />
+ Khi pH3 tăng từ 6,6 7,0 ta thu được khối lượng bùn lắng tăng dần và đạt giá <br />
trị cực đại khi pH3 =7,0, sau đó khối lượng bùn giảm dần khi pH3=7,2 8,0. Thật vậy, <br />
lúc giá trị pH3 từ 7,4 8,0 đây là môi trường nươc mía có tính kiềm mạnh dần nên kết <br />
tủa CaSO3 tạo thành có tính thuỷ phân và xốp.<br />
+ Khi các giá trị pH3 tăng từ 6,6 8,0 thì các giá trị hàm lượng đường khử giảm <br />
dần từ 1,21% 1,10%. <br />
+ pH3 từ 6,6 6,8: Khối kết tủa rắn chắc nhưng hơi thô, màu sắc nước mía xanh <br />
nhạt hơi đen.<br />
+ pH3 từ 7,4 8,0: Khối kết tủa thô, xốp không bền vững, màu sắc nước mía <br />
sạch có màu đỏ nhạt và màu đỏ.<br />
+ pH3 từ 7,0 7,2 ta thu được khối kết tủa rắn chắc bền vững và có màu nước <br />
mía sạch là xanh nhạt.<br />
Hiện tượng khối hạt kết tủa thô, xốp và màu sắc nước mía đỏ là do quá trình <br />
trung hoà nước mía có tính kiềm quá mạnh. Ở môi trường kiềm này đường khử bị <br />
phân huỷ, tạo thành các axit hữu cơ và tạo thành chất màu. Mặt khác, trong môi <br />
trường kiềm kết tủa CaSO3 có tính thuỷ phân nên khối kết tủa thu được thô xốp.<br />
III. Aính hưởng của thông số nhiệt độ t2 đến khối lượng bùn lắng, trạng <br />
thái khối kết tủa và màu sắc nước mía sạch.<br />
Sử dụng các điều kiện tối ưu nói trên, chúng tôi thay đổi t 2 để xác định lượng <br />
bùn lắng, màu sắc nước mía sạch và hình thái của khối kết tủa. Các kết quả đưa ra <br />
ở bảng số 3.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
34<br />
Bảng 3: Aính hưởng t2 đến khối lượng bùn lắng, hình thái kết tủa, <br />
màu sắc nước mía sạch.<br />
(pH2 = 3,6, t1 = 72oC, pH3 = 7, n = 5).<br />
T (oC) m (g) Màu sắc Trạng thái<br />
98 7,95 0,03 xanh hơi đen xốp<br />
99 7,68 0,02 xanh hơi đen xỗp<br />
100 8,22 0,03 xanh nhạt hơi xốp<br />
101 9,41 0,02 xanh nhạt rắn hơi xốp<br />
102 9,04 0,02 xanh nhạt rắn chắc <br />
103 9,13 0,02 xanh nhạt rắn chắc <br />
104 9,23 0,03 hơi đen rắn chắc <br />
105 9,28 0,03 hơi đen rắn chắc <br />
Từ các kết quả cho phép nhận xét sau đây:<br />
Khi tăng nhiệt độ nước mía sau khi trung hoà từ 98 1050C thì khối lượng bùn <br />
tăng dần và đạt cao nhất khi nhiệt độ từ 102 1050C. Điều này có lẽ liên quan qúa <br />
trình hoà tan của các muối CaSO3, làm cho kết tủa hoàn toàn nên khối lượng bùn thu <br />
được sau khi lọc đạt cao nhất.<br />
Ở nhiệt độ 104 1050C thì nước mía sạch có màu hơi đen; ngoài ra, khi nhiệt <br />
độ từ 98 990C nước mía có màu xanh hơi đen.<br />
Ở nhiệt độ 98 1010C ta thu được khối kết tủa xốp, và từ 102 1050C có khối <br />
kết tủa rắn chắc.<br />
KẾT LUẬN<br />
Đã nghiên cứu biến đổi của các thông số kỹ thuật pH2, pH3 và t2 ảnh hưởng <br />
đến khối lượng bùn lắng trong công đoạn làm sạch nước mía của lưu trình công <br />
nghệ sulfit hoá axit tính. Các kết quả chỉ ra rằng:<br />
pH tối ưu trong công đoạn sulfit hoá nước mía hỗn hợp là: <br />
3,6 3,8<br />
pH trung hoà nước mía: 7,0 7,2<br />
Gia nhiệt lần II nước mía trung hòa:<br />
102 1030C<br />
<br />
TÀI LIỆU THAM KHẢO<br />
1. Nguyễn Ngộ. Công nghệ sản xuất đường mía, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ <br />
thuật, Hà Nội, 1984.<br />
2. Lê Văn Lai. Làm sạch nước mía bằng phương pháp sulfit hoá, Nhà xuất bản Nông <br />
nghiệp, Hà Nội, 1996.<br />
3. Bùi Quang Vinh. Phân tích và quản lý hóa học mía, đường, Nhà xuất bản Nông <br />
nghiệp, Hồ Chí Minh, 1998.<br />
4. E.HUGOT. Nhà máy đường mía, Nhà xuất bản Nông nghiệp tp Hồ Chí Minh, 2001<br />
35<br />
5. Nguyễn Ngộ. Những tiến bộ kỹ thuật trong công nghệ sản xuất đường. Hà Nội, <br />
1995<br />
6. Lê Công Huỳnh. Mía đường di truyền, sinh lý, sản xuất. Nhà xuất bản Nông <br />
Nghiệp, 1995.<br />
7. Lưu Duẩn (chủ biên). Quản lý và kiểm tra chất lượng thực phẩm. Nhà xuất bản <br />
Đại học và trung học chuyên nghiệp,1998.<br />
8. TCVN. Về quản lý và kiểm nghiệm chất lượng đường.<br />
9. Tin mía đường số 6,7,8/ 2000. Trung tâm thông tin chương trình mía đường. Bộ <br />
nông nghiệp và phát triển nông thôn Hà Nội, 2000.<br />
<br />
<br />
A STUDY ON TEMPERATURE AND pH EFFECT<br />
TO MUD CLARIFIER<br />
(the system of sulphitization acid technology)<br />
Le Van Tan, Nguyen Van Toan <br />
College of Agriculture and Forestry, Hue University<br />
<br />
SUMMARY <br />
Almost sugar companies in our country use the system of sulphitization acid <br />
technology. This is the system that has many strong points, however, the technical parameter in <br />
the companies changes very much. This research may help to solve the effect of pH and <br />
temperature to mud clarifier weight, reduce sugar, and color of clear juice. This work show <br />
that:<br />
The best pH of sulphited juice : 3.6 3.8.<br />
The pH of neutral juice : 7.0 7.2.<br />
The second heating : 102 103oC.<br />
<br />
<br />
<br />
<br />
36<br />