Nghiên cứu ảnh hưởng hai thông số kỹ thuật: Nhiệt độ và PH đến khối lượng bùn lắng trong công đoạn làm sạch nước mía theo lưu trình sulfit hóa axit tính

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