61
T: thời gian kết tinh, ph.
Khi F =1, T =1 thì S = K và K là tốc độ kết tinh.
Bề mặt các tinh thể phụ thuộc vào số lượng của chúng. Nếu số lượng tinh thể càng
nhiều, kích thước nhỏ, F càng lớn, lượng đường kết tinh nhiều. Nhưng trong thực tế sản xuất
cần khống chế sản phẩm theo kích thước, theo số tinh thể yêu cầu tạo điều kiện thao tác dễ
dàng.
Bề mặt của mỗi tinh thể phụ thuộc vào khối lượng của nó theo công thức
f = 4,12
3
2
p
Trong đó f: Bề mặt tinh thể, cm
2
.
p: Khối lượng 1 tinh thể được xác định bằng phương pháp cân 1 số lượng
tinh thể có kích thước quy định để lấy giá trị trung bình của p, g.
4,12: Hệ số thực nghiệm cho tinh thể sacaroza (theo Kukharenko).
1.7 - Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh và các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình
kết tinh
1.7.1. - Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh :
Dựa trên cơ sở nghiên cứu các phản ứng dị thể và kết quả thực nghiệm của Andreev
và nhiều người khác, Silin cho rằng quá trình kết tinh chủ yếu là quá trình khuếch tán và giải
thích như sau:
Tinh thể đường được bao quanh một lớp dung dịch không chuyển động với chiều dày d

62
Theo Einsteins, hệ số khuếch tán k
1
phụ thuộc vào nhiệt độ tuyệt đối T và độ nhớt môi trường
:
k
1
=

Tk'

trong đó k' hằng số
K =
d
cCkT

)'(

(6.3)
Dựa vào công thức này có thể phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến tốc độ.
Nhưng ngoài tốc độ khuếch tán các phân tử trên bề mặt tinh thể, còn phải kể đến tốc độ liên
kết các phần tử sacaroza trong lưới tinh thể. Trong phương trình (6.1), bỏ qua yếu tố thứ hai, cho
rằng sự liên kết các phân tử vào lưới tinh thể xảy ra rât nhanh so với tốc độ kết tinh. Theo nghiên cứu
của Mark và Xavinov đối với các dung dịch muố, nhận thấy khi tăng tốc độ khuấy, tốc độ kết tinh
tăng nhưng khi đạt cực đại thì tốc độ kết tinh không thay đổi nữa, lúc này lớp mật bao quanh tinh thể
rất nhỏ (d  0) và theo quan sát của Mark, ở ngay bề mặt tinh thể còn tồn tại một ít dung dịch quá bão
hòa (nồng độ C
1
). Sự bão hòa cần thiết để chuyển đường hòa tan sang trạng thái kết tinh. Tốc độ
chuyển dịch đó tỉ lệ với (C

4
1
(
2
1
[
2
1
2
1
2
11
dk
k
C
dk
k
dk
k
C
d
k

(6.6)
Trong đó C = C - c'
k
2
phụ thuộc vào hình dáng tinh thể
Phương trình (6.6) cho phép tính được tốc độ kết tinh sacaroza ở các hệ số quá bão hòa khác
nhau và trong giới hạn nhiệt độ rộng.

2. Quá trình hóa học của giai đoạn nấu đường
Sau khi được tạo thành, tinh thể sacaroza rất bền, ở nhiệt độ dưới 70
0
C hầu như không có sự
thay đổi nào về cấu trúc cũng như các thay đổi đặc biệt khác. Nhưng sự thay đổi của đường non trong
quá trình kết tinh chủ yếu phụ thuộc vào thành phần của mật cái.
2.1. Chuyển hóa đường sacaroza
Sự chuyển hóa sacaroza phụ thuộc vào pH và nhiệt độ. pH đường non phụ thuộc vào
phương pháp làm sạch và pH mật chè sau làm sạch, đồng thời pH các loại đường non cũng
khác nhau.
Ví dụ : Đường non A có pH 5,8 - 6,8
Đường non B có pH 5,6 - 6,5
Đường non C có pH 5,5 - 6,4
Đường non luyện có pH ổn định hơn khoảng pH 6,9 - 7,1.
2.2. Phân hủy đường khử
Trong quá trình nấu xảy ra hiện tượng thay đổi khả năng quay cực của đường khử,
phản ứng melanoidin, phản ứng phân hủy đường khử thành những sản phẩm không lên men.
Đường non có độ tinh khiết thấp và nồng độ cao, sự phân hủy càng tăng.
2.3 .Phản ứng của các chất không đường hữu cơ
- Trong quá trình kết tinh, 1 số axit hữu cơ trong quá trình kết tinh trở thành không tan, kết
tủa ở dạng muối canxi và muối magiê như : Canxi aconitat, magiê aconitat, canxi oxalat.
- Một số axit amin kết hợp với đường khử tạo thành hợp chất hữu cơ chứa nitơ tan trong
dung dịch
- Tinh bột, pectin kết tinh cùng với sacaroza và liên kết bền trong tinh thể đường
- Phản ứng caramen, phản ứng tác dụng với Fe.
Độ tinh khiết đường non càng thấp, nồng độ chất màu càng cao.
2.4 .Các phản ứng của chất không đường vô cơ:
Trong quá trình nấu đường, khi nồng độ dung dịch đường tăng lên, nồng độ các chất
không đường tăng. Một số chất đạt quá bão hoà và có khả năng kết tinh với đường.
2.5. Hiện tượng nấu khó.

Khi dung dịch đã đạt yêu cầu, dùng một trong những phương pháp tạo mầm tinh thể
để gây mầm
Các phương pháp tạo mầm tinh thể:
- Tạo mầm tự nhiên: Nấu dung dịch đường đến hệ số quá bão hoà khoảng  = 1,4 các tinh thể
đường tự xuất hiện. Phương pháp này hiện nay ít dùng vì sacaroza rất khó tự kết tinh, nấu
đến nồng độ cao chất lượng đường không bão đảm, thời gian nấu kéo dài, khó khống chế
lượng mầm.
- Phương pháp kích thích: Nấu mật đến độ quá bão hoà  = 1,2 - 1,3 (nồng độ khoảng 82 -
83 Bx đối với đường thành phẩm), thay đổi độ chân không đột ngột, hoặc cho một lượng
mầm rất ít vào để kích thích sự xuất hiện tinh thể mới. Phương pháp bỏ bột đường như vậy
có ưu điểm là ít tốn đường để tạo mầm nhưng có nhược điểm là khó khống chế lượng mầm.
- Phương pháp tinh chủng: Thêm lượng bột đường ở vị trí quá bão hoà thấp ( = 1,1). Lượng
bột đường cho vào chính là lượng nhân tinh thể và khống chế không để xuất hiện tinh thể
mới.Bột đường nghiền nhỏ có thể cho vào dạng khô, nhưng như vậy khó trộn đều.
Tốt nhất là bột đường sau khi nghiền cho vào trong ancol với tỉ lệ 1: 0,8. Dựa vào tính chất
dễ bay hơi và nhiệt độ sôi thấp của ancol làm cho các mầm tinh thể được trộn đều. Yêu cầu
nghiền đường rất nhỏ trước khi trộn với ancol. Thời gian cho vào không quá 30s.
- Phương pháp nấu giống (phương pháp phân cắt). Nấu một nồi đường tinh thể có kích thước
nhất định, sau đó chia một phần làm mầm tinh thể. Phương pháp này đơn giản, dễ khống chế.
Thường được áp dụng nấu đường B,C.
Lượng giống nấu non B khoảng 6 - 8%, đối với đường non C khoảng 22 - 23% so với
khối lượng đường non.
- Phương pháp đường hồ: Dùng đường B hoà với mật chè tạo thành hỗn hợp giống để nấu.
Thường làm nguyên liệu gốc để nấu đường thành phẩm. Phương pháp này nấu ngắn và dễ
nấu nhưng giảm lượng đường. Hiện nay các nhà máy đường ở nước ta thường dùng phương
pháp đường hồ và phương pháp nấu giống.
c - Nuôi tinh thể:
Giai đoạn này gồm 2 giai đoạn : Cố định tinh thể và nuôi tinh thể lớn lên.
 Cố định tinh thể : Sau khi tạo đủ tinh thể , dùng nguyên liệu hoặc nước nấu 2 - 3
lần để giảm độ quá bão hòa xuống còn 1,05 ¸ 1,1 để tinh thể mới không xuất hiện.

sự truyền nhiệt, sự bay hơi và kết tinh không bị đứt đoạn, do đó tốc độ kết tinh tăng , giảm sự
tạo thành các tinh thể dại.
Để giảm độ nhớt trong giai đoạn này nên phân đoạn nấu nước. Đối với nguyên liệu độ
tinh khiết thấp nấu nước nhiều lần hơn. Nhiệt độ nước cho vào lớn hơn nhiệt độ trong nồi là
10
0
C. Không nên nấu nước nhiều lần và lượng nước quá nhiều vì thời gian nấu quá dài, tốn
nhiên liệu. Các loại đường thành phẩm không nấu nước
Phương pháp gián đoạn thường dùng khi nấu các loại đường có độ tinh khiết thấp.
Còn phần lớn các nhà máy đường đều dùng phương pháp nấu liên tục.
4. Cô đặc cuối
Khi tinh thể đạt kích thước nhất định, ngừng cho nguyên liệu và cô đến nồng độ ra
đường. Tùy theo từng loại đường, cô đặc đến các nồng độ khác nhau như Bx non A = 92 - 93
; Bx non B 94 - 96 Bx, Bx non C 98 - 99 Bx. Tránh cô đặc nhanh vi có thể tạo thành các tinh
thể dai.
Trước khi xã đường non thường phun nước nóng 75
0
C để giảm sự tạo thành tinh thể
dại. Khi đường non từ nồi nấu ra ngoài, giảm độ nhớt của mật, tạo điều kiện li tâm dễ dàng.
Lượng nước khoảng 0,5% so khối lượng đường non.
-Tổng thời gian nấu một nồi đường phụ thuộc kích thước tinh thể cần nấu, chất lượng
nguyên liệu, trình độ thao tác của công nhân và các điều kiện khác. Ở nước ta nấu non A
khoảng 2 - 4 giờ: non B 4 - 6 giờ và non C 8 - 12 giờ.
5. CÁC CHẾ ĐỘ NẤU ĐƯỜNG :
5.1 . Mục đích đặt chế độ nấu đường :
- Bão đảm chất lượng đường thành phẩm
- Tăng hiệu suất thu hồi đường, giảm tổn thất
66
- Cân bằng nguyên liệu và bán thành phẩm.
5.2 . Cơ sở đặt chế độ nấu :


Hiện nay có nhiều sơ đồ nấu 2 hệ khác. Ví dụ như: 67

b. Nấu ba hệ A - B - C :
Chế độ nấu này là chế độ phổ biến nhất để nhận đường cát trắng với độ tinh khiết cao.
Chế độ nấu 3 hệ như theo sơ đồ sau :
Mật chè

Non A Non B Non C

Thành phẩm Mật trắng Mật nâu Đường B Mật B Đường C Mật C Đường D Mật cuối
Hoà tan lại
6. Tính phối liệu hệ thống nấu đường :
Sau khi định ra chế độ nấu với các loại nguyên liệu sẵn có trong phân xưởng, cần tính
phối liệu để tiến hành nấu các loại sản phẩm theo yêu cầu.
Phần tính toán này còn ứng dụng để tính cân bằng toàn phân xưởng nấu đường và tính
toán lượng sản phẩm trong các định kỳ sản xuất.
6.1 . Phương pháp đại số :
a. Tính chất rắn nguyên liệu có độ tinh khiết cao (X%) so với chất rắn đường non
:
Gọi Q
1
: Độ tinh khiết nguyên liệu có độ tinh khiết cao
Q
2
: Độ tinh khiết nguyên liệu có độ tinh khiết thấp
Q
0
: Độ tinh khiết của đường non cần nấu
Muốn có một phần đường non cần X phần nguyên liệu có độ tinh khiết Q
1
và (1-X)
phần nguyên liệu có độ tinh khiết Q
2

Cân bằng trọng lượng đường ta có :
1 . Q

21
20
QQ
QQ



x' = 100.
21
01
QQ
QQ



H
ồ
BHòa tan lại
69
c. Tính chất rắn nguyên liệu có độ tinh khiết thấp (x%) so với chất rắn nguyên liệu có
độ tinh khiết cao.
Giả thiết chất rắn nguyên liệu có độ tinh khiết cao là 1
Ta có : 1.Q
1
+ xQ
2
= (1 + x) Q

QQ
QQ



Lượng nguyên liệu có độ tinh khiết thấp so với đường non là :
2
01
020
01
)()( QQ
QQ
QQQQ
QQ






Nếu nấu A tấn đường non thì các tỷ lệ trên được nhân với A.
Ví dụ trên để nấu 20 tấn đường non B :

Giống 78 4,720.
7078
7073



tấn giống




* Hiệu suất thu hồi : là % chất rắn của thành phẩm so với chất rắn trong đường non.
Gọi Q
t
: độ tinh khiết của thành phẩm. Các kí hiệu khác được sử dụng như trên
Ta có : 1.Q
0
= Q
t
. x + (1 - x) . Q
m

100.
0
mt
m
QQ
QQ
x




7. Kết tinh làm lạnh:
7.1 . Mục đích :
Q
0


- Tốc độ giảm nhiệt độ khoảng 1- 1,5
0
C, nhiệt độ máy ly tâm là 45 - 55
0
C.
- Khống chế tốc độ khuấy trộn, đảm bão đường non không bị lắng xuống đáy thiết
bị, tinh thể phân bố đều, bão đảm quá trình truyền nhiệt nhanh. Không nên khuấy nhanh dễ
gẫy trục và tinh thể bị hòa tan. Thường khuấy với v= 0,36 - 10v/ph.
- Tính toán tốt thành phẩm đường non và thành phần mật cái để giảm độ nhớt.
- Hàm lượng tinh thể, kích thước tinh thể phải đảm bão tính đồng đều và tốc độ kết
tinh nhanh.
7.4.Cấu tạo thiết bị kết tinh làm lạnh:
Quá trình kết tinh lam lạnh được thực hiện trong các thiết bị thùng hở. Để giảm thể tích
thùng và tăng nhanh quá trình kết tinh, thường dùng phương pháp làm lạnh cưỡng bức bằng
bề mặt truyền nhiệt kiểu ruột gà (đối với đường non A,B) (hình 5.4) và kiểu các đĩa khuyết
quay đối với đường non cuối (hình 5.5)

71

Hình 5.4: Thiết bị kết tinh ống ruột gà.
1 - Thân thiết bị 2 - Cánh khuấy 3 - Trục.
.

Trong thiết bị đĩa khuyết quay, đường non và nước làm lạnh đi ngược chiều. Nước
làm lạnh đi trong đĩa theo đường ziczac nhờ bên trong đĩa có các tấm ngăn, rồi chuyển dần từ
chỗ này sang chỗ khác, qua các đoạn trục nối 2 đĩa và ra ngoài theo đoạn trục rỗng cuối cùng.
Các đĩa khuyết được lắp đối diện nhau, để đường non chuyển động từ đầu đến cuối thiết bị.
Ưu điểm của thiết bị là diện tích làm lạnh lớn, hệ số truyền nhiêt cao.
Hiện nay, đối với trợ tinh đường non cuối, còn sử dụng thiết bị trợ tinh kiểu đứng, rất
có hiệu quả trong việc nâng cao hiệu suất thu hồi đường, giảm tổn thất.