ĐỀ TÀI: QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION GVHD : Th.S HỒ XUÂN HƯƠNG SV : LÊ VŨ HỒNG MSSV : 10326741 TP. Hồ Chí Minh tháng 5 năm 2012 MỤC LỤC MỤC LỤC .2 LỜI MỞ ĐẦU 2 LỜI MỞ ĐẦU Với những điều kiện tự nhiên thuận lợi ở nước ta, ngành Mía đường là một trong những ngành có thuận lợi để phát triển và ưu tiên đầu tư hàng đầu. Đầu tư vào Mía đường, thứ nhất để đáp ứng trước mắt nhu cầu tiêu thụ đường trong nước đang dẫn được nâng cao theo điều kiện mức sống của người dân ngày càng được nâng lên.Thứ hai là để phục vụ cho xuất khẩu đường ra thế giới thu hút thêm lợi nhuận cho Quốc gia. Cùng với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật thì đời sống của con người cũng ngày càng được cải thiện và nâng cao, kéo theo đó sự tăng lên về nhu cầu sử dụng đường mía, các sản phẩm từ đường mía. Tuy nhiên phần đông người tiêu dùng hiện nay thường rất ít các thông tin về cách sản xuất đường, cũng như những hướng dẫn về cách làm sao có thể chọn một sản phẩm đường tốt, an toàn. Trong công nghiệp sản xuất đường, thông thường thì khi cây mía được đưa vào sản xuất không hề qua công đoạn rửa sơ bộ nào nên nước mía hổn hợp thu được sau khi ép luôn có mặt các chất không đường. Các chất này ảnh hưởng lớn đến quá trình sản xuất cũng như chất lượng của sản phẩm, phần lớn lượng chất này không có lợi cho khâu chế biến đường, nó làm tăng độ hoà tan của saccaroza, tăng mật cuối, tăng tổn thất đường trong quá trình chế biến. Ngoài ra, nếu có acide thì sẽ gây chuyển hoá đường saccharoza. Vì vậy, trong công nghệ sản xuất đường thì quá trình làm sạch và tẩy màu nước mía hổn hợp sau khi ép là công đoạn hết sức quan trọng không thể bỏ qua. Nước mía hổn hợp có nhiều thành phần hoá học phức tạp, có thể coi nước mía là một hệ keo phức tạp. Do đó, quá trình làm sạch và tẩy màu nước mía dựa vào lý thuyết hoá học của các chất keo chủ yếu dựa vào các yếu tố như: pH, nhiệt độ, chất điện ly, chất trao đổi ion. Trong đó, các chất trao đổi ion là một trong những yếu tố quan trọng tác động đến quá trình làm sạch. Vì vậy, trong bài tiểu luận này chúng em sẽ chú trọng tìm hiểu về vai trò của các chất trao đổi ion trong quá trình làm sạch và tẩy màu nước mía. Ngoài ra, kỹ thuật này còn ứng dụng cho việc thay thế các ion tạo mật lớn bằng các ion tạo mật ít hơn, tăng hiệu suất thu hồi đường. Do thời gian và kiến thức còn hạn hẹp nên chắc chắn sẽ có những sai sót trong quá trình làm bài, rất mong cô và các bạn bỏ qua và đóng góp ý kiến để bài làm của chúng em được hoàn thiện hơn. Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG CHƯƠNG I: TÌNH HÌNH SẢN XUẤT ĐƯỜNG Ở VIỆT NAM VÀ TRÊN THẾ GIỚI 1.1 Tình hình sản xuất Mía đường trên thế giới Hiện nay, trên thế giới sản xuất đường đạt khoảng 160 triệu tấn/năm. Các nước sản xuất đường lớn trên thế giới là Brazil, Ấn Độ, Thái Lan, Trung Quốc chiếm 50% sản lượng và 56% xuất khẩu của thế giới. Theo báo cáo mới nhất từ Hiệp hội mía đường thế giới ISO, sau 2 năm nhu cầu tiêu thụ vượt tổng cung thế giới lên đến 15 triệu tấn, lượng đường tồn kho đang ở mức rất thấp và phải cần ít nhất 2 năm để phục hồi lại mức tồn kho trước đây. Trong vụ mùa mới 2011-2012 bắt đầu từ tháng 10 sắp tới, lượng đường thặng dư được dự báo chỉ đạt khoảng 779,000 tấn đường, sụt giảm mạnh so với dự báo sẽ thặng dư khoảng 3 triệu tấn đường, nguyên nhân xuất phát từ sự sụt giảm sản lượng bất ngờ tại Brazil Nguồn cung đường trên thị trường thế giới dự báo tiếp tục giảm trong năm 2011 do thời tiết xấu làm giảm sản lượng mía và củ cải đường. Công ty tư vấn Kingmsan SA đã dự báo thị trường đường thế giới niên vụ 2010/11 sẽ thiếu hụt 370.000 tấn khi sản lượng chỉ ở 165,14 triệu tấn còn tiêu thụ 165,51 triệu tấn. Ấn Độ, nước sản xuất đường lớn thứ hai và tiêu thụ lớn nhất thế giới, được dự báo tăng sản lượng lên 24,5 triệu trong năm nay và sẽ có lần đầu tiên trong vòng 3 năm nguồn cung vượt cầu. Ấn Độ cũng là nước sản xuất đường lớn duy nhất đựơc dự báo sản lượng tăng. 1.2 Tình hình sản xuất đường ở Việt Nam Ngành sản xuất đường tại Việt Nam đã có từ lâu đời, từ khi người dân chúng ta biết làm nên mật mía từ cây mía, nhưng ngành công nghiệp mía đường tại Việt Nam chỉ mới bắt đầu phát triển vào đầu những năm 1990, vẫn còn rất non trẻ và khá lạc hậu. Cho đến giai đoạn hiện nay ngành mía đường tại Việt Nam vẫn chưa phát triển mạnh để có thể trở thành ngành công nghiệp chủ lực của nền kinh tế. Nước ta sản xuất 3 loại đường chính: - Đường tinh luyện RE hay còn gọi là đường cát trắng - Đường vàng RS - Đường xay (hay đường thô) Đặc trưng của ngành mía đường Việt Nam là có tính thời vụ, thường chủ yếu thu hoạch,vận chuyển và sản xuất trong thời gian khoảng 5 tháng (tháng 11 đến tháng 4 năm sau),sau đó tồn kho thành phẩm để bán cho các tháng còn lại trong năm. Vì vậy nên chi phí tồn trữ hàng hóa này rất cao và giá thành sản phẩm khá cao. Hiện tại, sản xuất đường trong nước mới chỉ đáp ứng được khoảng 70% nhu cầu tiêu thụ, phần còn lại chủ yếu nhập khẩu từ Trung Quốc và Thái Lan. Thị phần tiêu thụ hiện nay ngoài SBT, LSS, BHS và NHS, trên thị trường đường còn có Công ty đường Quảng Ngãi và Công ty đường Cần Thơ là các công ty lớn có sức cạnh tranh cao. Phần còn lại của thị trường là các công ty đường nhỏ chiếm dưới 2% thị phần và các doanh nghiệp nhập khẩu đường để kinh doanh chiếm dưới 2% thị phần. Nhìn chung qua các năm, tình trạng cạnh tranh không diễn ra dữ dội do nguồn cung yếu hơn cầu. Tuy nhiên trong năm 2011, sản lượng đường trong nước đã đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ, Bộ Công Thương lại cho nhập 250.000 tấn đường gây tình trạng dư thừa. Sản lượng sản xuất trong nước các năm gần đây chỉ dao động quanh mức 900.000 tấn – 1,1 triệu tấn/năm; trong khi nhu cầu khoảng 1,4 – 1,5 triệu tấn. Loại trừ các khoản nhập khẩu lậu qua biên giới, mỗi năm Việt Nam cần nhập khẩu trong hạn ngạch khoảng 300.000 tấn đường. Quota nhập khẩu đường: kể từ năm 2010, khi thuế nhập khẩu chính ngạch giảm về 5% và áp dụng chính sách quota nhập khẩu linh hoạt, thay đổi theo hướng lăng lên tùy thuộc vào nhu cầu nội địa. Việt Nam phải nhập khẩu đường gần 30% sản lượng tiêu thụ hàng năm, trong khi QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 1 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG sự cạnh tranh của các doanh nghiệp nội địa còn thấp, do vậy giá đường trong nước bị tác động lớn bởi giá đường thế giới. Hình 1. Hình cây mía đường 1.3. Phân tích swot ngành mía đường Việt Nam Điểm mạnh - Ngành mía đường đóng vai trò rất quan trọng cung cấp nguyên liệu cho ngành thực phẩm và nhu cầu tiêu thụ của người dân. Điều này cho thấy đầu ra của ngành mía đường rất ổn định. - Việt Nam có điều kiện tự nhiên thuận lợi cho phát triển của cây mía do đó có thể mở rộng vùng nguyên liệu. - Chi phí nhân công rẻ, thị trường tiêu thụ lớn. Nhu cầu tiêu thụ nội địa của Việt Nam ngày càng tăng cao ( năm 2011 khoảng 1,4 triệu tấn) - Được sự ưu đãi về thuế và các chính sách của chính phủ nên hoạt động của ngành ít chịu rủi ro do biến cố của thị trường. Điểm yếu - Giá thành đường cao do máy móc công nghệ lạc hậu, công suất thấp, hiệu suất thu hồi đường của các nhà máy thấp, đồng thời Việt Nam là nước mới tham gia vào thị trường này. - Giá đường trong nước chịu ảnh hưởng lớn bởi giá nguyên vật liệu và giá đường thế giới. - Diện tích trồng mía nhỏ lẻ, năng suất mía thấp. Các doanh nghiệp sản xuất đường chưa phát triển vùng nguyên liệu tập trung dẫn đến cạnh tranh nguyên liệu đầu vào gay gắt. - Vốn đầu tư cho công nghệ sản xuất lớn, do đó các doanh nghiệp khó mở rộng sản xuất và nâng cao chất lượng. Cơ hội - Tốc độ tăng trưởng GDP cao, nền kinh tế nhận được sự quan tâm của nhà đầu tư nước ngoài. Điều này được chứng minh từ thự tế là dòng vốn FDI và Việt Nam ngày càng cao, đây chính là yếu tố thu hút đầu tư mới vào ngành mía đường. - Ngành mía đường thế giới đang trên đà phục hồi đồng thời nhu cầu về ethanol tăng cao. Trong thời gian tới giá đường thế giới có khả năng tăng nhẹ. - Mức tiêu thụ đường bình quân đầu người của Việt Nam tăng trưởng khá cao. Trong khi đó sản xuất đường trong nước Thách thức - Chịu ảnh hưởng lớn bởi giá đường thế giới và quan hệ cung cầu. - Các doanh nghiệp trong nước còn non trẻ nên sẽ khó chủ động trong hoạt động sản xuất kinh doanh dẫn đến chưa có hướng phát triển vùng nguyên liệu ổn định - Với chính sách bảo hộ của nhà nước một mặt thúc đẩy các doanh nghiệp mở rộng phát triển sản xuất đồng thời cũng sẽ ảnh hưởng đến tính hoạt động liên tục của ngành khi thuế nhập khẩu đường cao. - Chịu rủi ro lớn bởi thay đổi khí hậu và có tính thời vụ cao. - Các nhà máy đường trong nước có quy QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 2 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG chỉ đáp ứng 70% nhu cầu do đó tiềm năng từ nội địa còn rất lớn. mô vừa và nhỏ, thiết bị và công nghệ lạc hậu, hiệu quả và chất lượng sản phẩm thấp. 1.4. Các phương pháp tẩy màu đường hiện nay 1.4.1. Khả năng sử dụng H 2 O 2 để xử lý dung dịch mía đường Các số liệu thu được trong phòng thí nghiệm cho thấy dùng H 2 O 2 có kết quả tốt hơn so với phương pháp sulfit hóa về mặt khử màu, khử polyphenol, axit amin và tinh bột cho dung dịch mía đường ảnh hưởng đối với các tính chất khác như: độ tinh khiết, hàm lượng tro khi xử lý bằng H 2 O 2 cũng đang được thử nghiệm. Nước mía ép là dung dịch chứa nhiều thành phần gồm đường saccharozo, đường khử, các axit hữu cơ và các chất màu. Trong quá trình chế biến, các sản phẩm như melanoidin, melanin và caramen được hình thành làm dung dịch mía ép biến màu. Khử các chất màu trong nước mía ép là vấn đề khó mà ngành sản xuất đường phải giải quyết. Tại Ấn Độ, người ta thường sử dụng SO 2 để làm trong và tẩy nước mía ép để sản xuất đường trắng. Mặt hạn chế của quá trình sulfit hóa là đưa thêm thành phần SO 2 vào đường. Vì H 2 O 2 có một vài ưu điểm hơn SO 2 như chi phí thấp, sẵn có, không độc hại và là chất tẩy sạch nên nó đã được người ta thử dùng làm chất tẩy màu cho nước mía mới ép. H 2 O 2 không những khử được màu của nước mía ép mà còn tiếp tục khử các chất còn lại có khả năng tạo màu trong suốt quá trình sản xuất. Các thực nghiệm đã được tiến hành trong phòng thí nghiệm một nhà máy đường địa phương ở ấn Độ. Người ta đã lấy 5kg nước mía cô đặc từ quy trình sản xuất thông thường đem xử lý ở nhiệt độ 50 o C với H 2 O 2 50% và nồng độ H 2 O 2 trong nước mía cô đặc là 10-50 phần triệu (ppm). Những hạn chế trong quá trình sử dụng SO 2 làm trong nươc mía ép và tẩy màu nước mía cô đặc cũng được khắc phục khi người ta bổ sung thêm. H 2 O 2 đã được sử dụng thử nghiệm trong quá trình tẩy màu nước mía ép, nước mía cô đặc, đường tinh luyện nóng chảy và rượu màu. H 2 O 2 oxy hóa các chất màu thành loại không còn khả năng tạo ra màu và chúng sẽ dễ bị loại bỏ nhờ các chất hấp phụ. Trong các thử nghiệm ở nước đường mía cô đặc được sulfit hóa, xử lý thêm bằng H 2 O với liều lượng 20-50 ppm người ta thấy màu của nước đường mía cô đặc còn giảm tiếp 3 -5% nữa. Xử lý nước đường mía cô đặc bằng H 2 O 2 không chỉ làm chất màu bị khử, mà còn làm cho chất lượng nói chung của đường tốt hơn vì đã giảm được cả các polyphenol, axit amin và tinh bột, Hàm lượng polyphenol có thể giảm 8-9%. H 2 O 2 có thể phân hủy axit amin thành amoniac và hợp chất cacbonyl, đạt tỷ lệ khử 4%. Tinh bột là thành phần có vai trò chính làm tăng độ nhớt và làm chậm quá trình kết tinh đường. Tỷ lệ khử tinh bột đạt 20% khi xử lý bằng H 2 O 2 , H 2 O 2 là chất thân môi trường, không độc, có tác dụng tẩy, đáng được ngành mía đường quan tâm. 1.4.2.Phương pháp sunfat hóa Kỹ thuật sunfit hoá là phương pháp bảo quản rau quả hoặc loại bỏ màu trong công nghệ sản xuất đường bằng SO 2 hoặc H 2 SO 3 . Có hai phương pháp sunfit hoá là khô và ướt. - Đối với phương pháp ướt: người ta dùng dung dịch SO 2 đã được chuẩn bị sẵn trong nước lạnh với nồng độ thích hợp để hoà dần vào sản phẩm - Đối với phương pháp khô: thì có thể nạp trực tiếp khí SO 2 từ các bình chứa vào trong phòng, hoặc đơn giản hơn là đốt lưu huỳnh trong phòng cũng sinh ra khí SO 2 . Dùng SO 2 và H 2 SO 3 có hại đến sức khoẻ, vì thế việc sunfit hoá chỉ được dùng cho những quy trình công nghệ nhằm xử lý bán thành phẩm chế biến có đun sôi (vì khi đun sôi khí SO 2 sẽ bay lên) .Trong công nghệ sản xuất QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 3 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG đường là một ví dụ điển hình Để khử khí SO 2 ra khỏi thành phẩm, người ta có thể dùng nhiệt độ của hơi nước để xử lý trực tiếp bằng cách cho bán thành phẩm vào nồi, đáy nồi có hệ thống ống phun hơi nước. Phương pháp này khử rất nhanh và sạch nhưng có nhược điểm là do hơi nước phun trực tiếp cho nên hàm lượng nước tăng lên và khi cô đặc thì tốn thời gian cũng như năng lượng và có khi làm cho phẩm chất thành phẩm bị giảm về hiệu suất thu hồi. Còn gọi là phương pháp SO 2 , vì ta sử dụng lưu huỳnh dưới dạnh khí SO 2 để làm sạch nước mía. Có thể chia làm 3 loại: 1.4.2.1. Phương pháp sunfit hoá axit (thông SO 2 vào nước mía đến pH axit) Dùng phổ biến trong sản suất đường kính trắng QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 4 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 5 Gia nhiệt 1 (t = 60 – 65 o C) Gia vôi (pH = 6,4–6,6) Hỗn hợp nước mía Sữa vôi H 3 PO 4 Xông SO 2 (lần 1) (pH = 3,4 – 3,8) Trung hoà (pH = 7,0 – 7,3) Sữa vôi SO 2 Thùng lắng Nước bùn Lọ c Bùn Nước lọc trong Nước lắng trong Gia nhiệt 2 (t = 102 – 105 o C) Gia nhiệt 3 (t = 110 – 115 o C) Cô đặc Xông SO 2 (lần 2) (pH = 6,2 – 6,4) Mật chè SO 2 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG 1.4.2.2. Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ (Chỉ xông SO 2 vào nước mía, không thông SO 2 vào mật chè và sản phẩm đường thô) Dùng để sản xuất đường thô, nếu so với phương pháp vôi thì hiệu quả loại chất không đường tốt hơn, tuy nhiên thiết bị phức tạp và tiêu hao nhiều hoá chất nên hiện nay ít phổ biến. QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 6 SO 2 Trung hoà (pH = 7,0 – 7,2) Thùng lắng Nước bùn Lọc Bùn Nước lọc trong Nước lắng trong Cô đặc Gia nhiệt 2 (t = 100 – 105 o C) Gia vôi kiềm nhẹ (pH = 8,0 – 9,0) Gia nhiệt 1 (t = 60 – 65 o C) Hỗn hợp nước mía Ca(OH) 2 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG 1.4.2.3. Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh Đặc điểm của phương pháp này là dùng 2 điểm pH (pH trung tính và pH kiềm mạnh), do đó có thể loại được P 2 O 5 , SiO 2 , Al 2 O 3 , FeO 3 , MgO . Nhưng điều kiện công nghệ của phương pháp này còn chưa ổn định. 1.4.3 Phương pháp than hoạt tính Than hoạt tính được dùng trong công nghiệp đường chủ yếu để khử màu cho đường có màu tốt hơn và cải tiến đáng kể những đặc tính của quá trình sản xuất. Xử lý bằng than hoạt tính giúp cho việc tách những tác nhân trên bề mặt và chất keo (chất đực trong phân tử lớn) làm tăng sức căng của bề mặt và giảm độ nhớt. Điều này làm tăng tỷ lệ kết tinh của đường và tăng sự phân tách si rô và chất kết tinh bằng phương pháp ly tâm . 1.4.4 Phương pháp trao đổi ion Phân loại nhựa trao đổi Tính chất trao đổi của nhựa T Đ ion được quyết định bởi các nhóm đặc tr ưng trong sườn (khung) cao phân tử của nhựa và các ion linh động. Các nhóm này mang điện tích âm hoặc dương tạo cho nhựa có tính kiềm hoặc acid. Các nhóm đặc trưng trong ionit nối với QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 7 . suất đường kính trắng QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 4 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO GVHD: Th. S HỒ XUÂN HƯƠNG QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG. nghệ tẩy màu đường thì phương pháp này có khà năng khử màu đến 90% QUÁ TRÌNH TẨY MÀU ĐƯỜNG BẰNG CỘT TRAO ĐỔI ION trang 16 Tiểu luận CNSX ĐƯỜNG-BÁNH-KẸO