Đề tài Tình hình sản xuất tinh bột khoai mì

MỞ ĐẦU Cây sắn (hay còn gọi là cây khoai mì) là một trong những loại cây lương thực có nguồn gốc từ lưu vực sông Amazone (Nam Mỹ). Ở nước ta cây sắn được du nhập vào khoảng thế kỷ 18 và được trồng ở nhiều tỉnh thành như Tây Ninh, Đồng Nai... Cùng với truyền thống trồng sắn từ lâu đời, nhân dân ta đã biết chế biến củ sắn làm lương thực cho người và làm thức ăn cho gia súc. Trong các loại cây lương thực, sắn là cây trồng cho nguồn nguyên liệu có khả năng chế biến sản phẩm vào loại phong phú nhất. Sản phẩm từ cây sắn được sử dụng trong thực phẩm như dùng tinh bột sắn làm tinh bột biến tính, làm nguồn nguyên liệu để chế biến các loại bánh hay sản xuất đường glucose, sản xuất mì chính…Tuy nhiên, không chỉ có ứng dụng rộng rãi trong công nghệ sản xuất thực phẩm, mà trong các lĩnh vực khác cây sắn cũng đóng vai trò vô cùng quan trọng như làm chất kết dính, thúc ăn gia súc, làm chất độn trong dược phẩm, ngăn cản các tác nhân gây ô nhiễm trong quá trình in ấn, hoặc được sử dụng như chất bao phủ bề mặt trong công nghệ sản xuất giấy…. Qua đó ta thấy tinh bột sắn có rất nhiều ứng dụng trong các ngành kinh tế khác nhau. Điểm đáng chú ý, tinh bột sắn được dùng rất phổ biến và thông dụng trong nhiều loại bánh kẹo, phụ gia thực phẩm, mì ăn liền với các công thức phối trộn phong phú và đa dạng. Chính vì vậy trên thị trường giá sắn nguyên liệu mới được tăng lên gần đây, kéo theo sự quan tâm trở lại của bà con nông dân sau nhiều năm thăng trầm của việc phát triển cây sắn. Tuy nhiên, trong điều kiện quỹ đất có hạn, sự cạnh tranh giữa các loại cây trồng ngày càng gay gắt thì dù nhu cầu thị trường đối với sản phẩm của cây sắn mà đặc biệt là tinh bột sắn ngày càng tăng, giá ngày càng cao thì khả năng mở rộng diện tích trồng sắn cũng không nhiều. Hướng phát triển của cây sắn chủ yếu để đáp ứng nhu cầu của thị trường trong và ngoài nước là thâm canh tăng năng suất để đạt giá trị tổng sản lượng ngày càng tăng. Bên cạnh đó, việc đầu tư cho khâu chế biến để tăng giá trị sản phẩm cũng là công việc rất cần phải giải quyết. Đó thực sự là những khó khăn mà các nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì phải đối mặt. Chính vì thế, nhóm chúng em chọn để tài này để cùng nhau tìm hiểu và đưa ra những phương án khả thi nhất để có thể duy trì hoạt động cho một nhà máy sản xuất tinh bột khoai mì. PHẦN 1 : TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ TÌNH HÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT SẮN TRÊN THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM Tình hình sản xuất tinh bột sắn trên Thế giới và khu vực Châu Á Sắn được sử dụng khá phổ biến để sản xuất tinh bột, đây là nguồn nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp như công nghiệp dệt, thực phẩm, may mặc, bánh kẹo, sản xuất lên men cồn, sản xuất acid hữu cơ,... Sắn là loại cây lương thực quan trọng ở nhiều nước trên thế giới. Sắn có xuất xứ từ Trung – Nam Mỹ. Sau đó phát triển sang Châu Phi, Châu Á, Cùng với sự phát triển của nhiều ngành công nghiệp cây sắn ngày càng trở nên có giá trị kinh tế cao. Hiện nay sắn được trồng ở hơn 100 quốc gia trên thế giới với diện tích khoảng 18,96 triệu ha. Năm 2006 sản lượng sắn thế giới đạt 211,26 triệu tấn củ tươi, nhưng đến năm 2007 sản lượng sắn trên thế giới đạt 226,34 triệu tấn. Như vậy, sản lượng sắn thế giới tăng 15,08 triệu tấn. Khi phân chia sản lượng sắn theo các lục địa, tổ chức lương thực thế giới (FAO) ước tính sản lượng sắn ở Châu Phi năm 2000 là 92,7 triệu tấn tăng không đáng kể so với năm 1999, mặc dù ở Châu lục này sắn được trồng ở 39 quốc gia song có tới 70% sản lượng sắn được trồng ở Nigeria, công gô, Tanzania. Khu vực Châu Mỹ La Tinh và vùng Caribê: Theo ước tính sản lượng sắn của vùng chiếm 20% sản lượng sắn toàn cầu. Năm 2000 toàn khu vực có sản lượng sắn 32,1 triệu tấn, tăng 10% so với năm 1999 có được chủ yếu do sự mở rộng thêm diện tích trồng sắn và áp dụng kỹ thuật tiên tiến trong quá trình tưới tiêu. Trong đó phải kể đến sự đóng góp không nhỏ của Brazil nước chiếm 70% tổng sản lượng sắn toàn khu vực đã tăng thêm 12% tổng diện tích trồng sắn trong năm 2000. Giá sắn tăng cao đã khuyến khích người dân sản xuất mở rộng qui mô và diện tích trồng sắn. Sắn được trồng nhiều nhất tại Châu phi khoảng 11,82 triệu ha (chiếm 57% diện tích sắn toàn cầu), tiếp theo là Châu Á 3,78 triệu ha (chiếm 25%), Châu Mỹ La Tinh 2,7 triệu ha (chiếm 18%). Nước có sản lượng sắn lớn nhất thế giới là Nigeria 45,72% triệu tấn, tiếp theo là Thái Lan: 22,58 triệu tấn, Inđonesia: 19,92 triệu tấn. Nước có năng suất cao nhất thế giới là Ấn Độ: 31,43 tấn củ/ha, tiếp theo là Thái Lan 21,09 tấn/ha, so với năng suất bình quân của thế giới là 12,15 tấn/ha. Thái Lan là nước mà toàn bộ sắn thu hoạch đều được sử dụng trong công nghiệp với các sản phẩm chính là sắn lát, sắn viên và tinh bột sắn. Trên 55% sản lượng sắn của Thái Lan được sử dụng dưới dạng sắn lát phơi khô làm thức ăn cho. gia súc. Trong đó 99% trực tiếp được xuất khẩu sang châu Á, chỉ có 10% tiêu thụ trong nội địa, mặc dù sản lượng sắn củ tươi chỉ chiếm khoảng 18 triệu tấn trên sản lượng toàn cầu là 175 triệu tấn. Bảng 1. Bảng sản lượng sắn củ tươi năm 2001 trên thế giới. Khả năng thu lợi cao từ việc xuất khẩu tinh bột sắn khiến các nước xuất khẩu chủ yếu, sẽ thay đổi các giống sắn truyền thống bằng các giống sắn mới cho năng suất cao, hàm lượng tinh bột lớn thích hợp với chế biến công nghiệp. Có như vậy mới đáp ứng được nhu cầu trong nước cũng như ngoài nước đang gia tăng. Tình hình sản xuất tinh bột sắn ở Việt Nam Việt Nam hiện đang sản xuất hằng năm hơn 2 triệu tấn sắn củ tươi, đứng thứ 11 trên thế giới về sản lượng sắn, nhưng lại là nước xuất khẩu tinh bột sắn đứng thứ ba trên thế giới sau Thái Lan và Indonesia. Trong chiến lược toàn cầu cây sắn đang được xem là một loại cây lương thực dễ trồng, thích hợp với những vùng đất cằn cỗi, đây cũng là cây công nghiệp triển vọng có khả năng cạnh tranh với nhiều loại cây trồng khác. Ở nước ta, cây sắn đang chuyển đổi nhanh chóng đóng vai trò là cây công nghiệp. Sự hội nhập đang mở rộng thị trường sắn, tạo nên những cơ hội chế biến tinh bột, tinh bột biến tính bằng hoá chất và Enzim, sản xuất sắn lát, sắn viên để xuất khẩu và sử dụng trong công nghiệp thực phẩm, trong sản xuất thức ăn gia súc và làm nguyên liệu cho nhiều ngành công nghiệp khác, góp phần vào sự phát triển kinh tế của đất nước. Tinh bột sắn ở Việt Nam đã trở thành một trong bảy mặt hàng xuất khẩu mới có triển vọng được chính phủ và các địa phương quan tâm. Hiện nay cả nước có 53 nhà máy chế biến tinh bột sắn đi vào hoạt động và 7 nhà máy đang được xây dựng. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam được thể hiện dưới bảng sau. Bảng 2. Diện tích, năng suất và sản lượng sắn Việt Nam. PHẦN 2: LẬP LUẬN KINH TẾ-KỲ THUẬT LẬP LUẬN KINH TẾ – KỸ THUẬT Lựa chọn nguyên liệu để sản xuất tinh bột Ta chọn cây sắn để sản xuất tinh bột do các nguyên nhân sau: Giá cả Giá cả của tinh bột sắn thì thấp hơn so với tinh bột gạo và tinh bột lúa mì. Hiện tại và trong tương lai giá cả của tinh bột gạo sẽ không giảm so với tinh bột sắn do công nghệ sản xuất tinh bột gạo phức tạp hơn cũng như chính sách của chính phủ không khuyến khích sử dụng tinh bột gạo trong các ngành công nghiệp khác. Tinh bột lúa mì không cạnh tranh lại tinh bột sắn vì loại tinh bột này hiện nay chủ yếu được nhập khẩu nên số lượng không nhiều và giá cả lại cao. Điều kiện trồng trọt So với cây lúa thì cây sắn không đòi hỏi khắt khe về điều kiện canh tác đặc biệt là nguồn nước. Cây sắn có thể trồng trên các loại đất bạc màu, cằn cỗi ngoài ra người trồng sắn không cần phải tốn nhiều công chăm sóc như khi canh tác đối với cây lúa. Nhu cầu tinh bột dùng cho tiêu thụ nội địa và xuất khẩu hiện nay rất lớn đỏi hỏi phải sản xuất thêm nhiều hơn nữa tinh bột để đáp ứng nhu cầu ngày càng tăng của thị trường do đó cây sắn trở thành một cây trồng quan trọng để sản xuất tinh bột. Ngoài việc mở rộng diện tích trồng sắn thì các cơ sở sản xuất tinh bột mới cũng phải được xây dựng thêm nhằm đáp ứng nhu cầu này. Lựa chọn địa điểm xây dựng Theo bảng số liệu thống kê “Diện tích sắn và sản lượng sắn phân theo địa phương” ở ba khu vực Tây Nguyên, Đông Nam Bộ và Đồng bằng sông Cửu Long của Tổng cục Thống kê năm 2006 ta nhận thấy: Cây sắn được trồng chủ yếu ở khu vực miền Đông Nam Bộ và Tây Nguyên. Xét ở cả hai vùng này về phân bố diện tích trồng sắn và sản lượng sắn thu hoạch ta thấy miền Đông Nam Bộ chiếm ưu thế hơn so với Tây Nguyên. Trong các tỉnh thuộc khu vực miền Đông Nam Bộ thì hai tỉnh Tây Ninh và Đồng Nai có diện tích trồng và sản lượng sắn nhiều hơn cả. Ở Đồng Nai do một phần không nhỏ diện tích đất phục vụ cho nhu cầu phát triển các ngành công nghiệp, trồng các cây công nghiệp lâu năm (cao su, điều) nên việc tăng diện tích đất trồng sắn là khó thực hiện. Trong khi đó, ở Tây Ninh do tính chất đất: đất xám chiếm 86,31% diện tích tự nhiên của tỉnh. Đất khá tơi, nhẹ thích hợp cho trồng sắn và có khả năng mở rộng diện tích trồng sắn. Trên thực tế nếu căn cứ vào số liệu thống kê “Diện tích sắn và sản lượng sắn phân theo địa phương” của Tổng cục Thống kê thì từ năm 2000 đến nay diện tích đất trồng sắn và sản lượng sắn ở Tây Ninh tăng lên rất nhanh: Diện tích trồng sắn từ 0,8 nghìn ha (năm 2000) tăng lên 43,3 nghìn ha (năm 2005). Sản lượng sắn từ 9,6 nghìn tấn (năm 2000) tăng lên 1064,5 nghìn tấn (năm 2005). Từ đó có thể thấy cây sắn của tỉnh Tây Ninh đủ đáp ứng nguồn nguyên liệu cho ngành công nghiệp chế biến các sản phẩm từ cây sắn trong đó có ngành sản xuất tinh bột. Vì lẽ đó, việc xây dựng nhà máy sản xuất tinh bột sắn ở tỉnh Tây Ninh là thích hợp nhất. Hình 1: Bản đồ hành chính tỉnh Tây Ninh Nhà máy dự kiến được xây dựng trong khu công nghiệp Trâm Vàng xã Thanh Phước huyện Gò Dầu tỉnh Tây Ninh. Ta chọn xây dựng nhà máy ở khu vực này do các nguyên nhân sau: Khu công nghiệp nằm ở phía nam thị trấn Gò Dầu (cách 2 km), nằm cạnh đường xuyên Á, cách thành phố Hồ Chí Minh 68 km về phía tây bắc theo quốc lộ 22. Khu công nghiệp nằm ở đầu mối giao thông liên vùng: đường xuyên Á đi thị trấn Gò Dầu và đi cửa khẩu Mộc Bài, quốc lộ 22B đi thị xã Tây Ninh và cửa khẩu Xa Mát nên rất thuận lợi về giao thông vận tải và xuất khẩu. Địa điểm xây dựng nhà máy gần nguồn nguyên liệu vì huyện Gò Dầu gần những vùng chuyên canh cây sắn ở các huyện Tân Châu, Châu Thành, Dương Minh Châu, các vùng này trồng các loại khoai mì giống mới với thời gian thu hoạch 6 tháng và đạt sản lượng lớn với hàm lượng tinh bột đạt khá cao từ 24% ÷ 28%. Do gần nguồn nguyên liệu nên giảm được chi phí lớn cho vận chuyển và có thể chủ động được nguồn nguyên liệu cho sản xuất quanh năm. Nguồn điện: sử dụng nguồn điện từ khu công nghiệp cung cấp nên có thể đảm bảo hoạt động liên tục cho nhà máy. Nguồn nước: sử dụng nguồn nước từ khu công nghiệp cung cấp nên không tốn nhiều chi phí để xử lý nước. Vấn đề xử lý nước thải, chất thải: khu công nghiệp có khu xử lý nước thải, chất thải tập trung do đó giảm được vấn đề ô nhiễm môi trường. Vấn đề mở rộng sản xuất: vì đây là khu công nghiệp mới mở, đất đai còn trống nhiều, giá thuê đất tương đối thấp cùng với những chính sách hỗ trợ doanh nghiệp của tỉnh (như giảm thuế, miễn thuế khi doanh nghiệp chưa có lãi,…) nên có tạo điều kiện tốt để cho doanh nghiệp có thể mở rộng quy mô sản xuất sau này. Nguồn lao động: lao động địa phương tương đối dồi dào, nếu được đào tạo bài bản thì đây sẽ là một động lực to lớn trong phát triển kinh tế địa phương nói chung và ngàng công nghiệp chế biến lương thực nói riêng. Lựa chọn năng suất thiết kế cho phân xưởng nhà máy Thị trường sắn trong những năm gần đây đang có chiều hướng phát triển đi lên do: Chính sách đổi mới của nhà nước và sự tăng trưởng cao ổn định của kinh tế Việt Nam. Thông tin kinh tế thị trường tốt hơn. Hệ thống giao thông không ngừng được mở rộng. Sản phẩm sắn Việt Nam có khả năng cạnh tranh hơn trên thị trường quốc tế. Áp dụng giống sắn mới năng suất cao vào trồng, kỹ thuật canh tác tiến bộ. Theo tài liệu cho biết nhiều nhà máy sản xuất tinh bột sắn gần đây đã được hình thành tại các huyện Long Thành (Đồng Nai), Tân Biên (Tây Ninh),… có công suất chế biến trung bình từ 100 ÷ 400 tấn củ tươi/ngày. Cùng với những thuận lợi về thị trường tiêu thụ sắn (không ngừng được mở rộng) nên với năng suất thiết kế cho nhà máy dự kiến 50 tấn tinh bột thành phẩm/ngày là điều không quá khó để có thể thực hiện. Nhà máy sản xuất tinh bột sắn ra đời phù hợp với chính sách phát triển kinh tế của chính phủ nói chung và các ngành công nghiệp chế biến nói riêng. Hơn nữa các nhà máy chế biến tinh bột sắn ngoài việc giúp giải quyết công ăn việc làm cho người dân còn góp phần đẩy mạnh xuất khẩu các sản phẩm có giá trị kinh tế cao ra thị trường thế giới. Bảng 3: Sản lượng sắn phân theo địa phương (nghìn tấn) Nguồn Tổng cục Tống kê 2006 Vùng - Tỉnh 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Tây Nguyên 283,7 293,2 313,3 270,7 294,4 351,5 380,9 715,7 948,4 1062,8 1413,0 Kon Tum 128,9 123,5 113,8 96,0 114,1 143,3 155,8 240,2 299,7 317,2 374,2 Gia Lai 83,6 78,7 125,5 114,7 130,9 157,1 163,1 199,6 260,1 313,0 383,7 Đắc Lắc – Đắc Nông 49,5 48,6 46,6 37,0 33,2 37,2 50,5 266,4 374,9 202,8 270,1 Lâm Đồng 21,7 42,4 27,4 23,0 16,2 13,9 11,5 9,5 13,7 12,9 13,7 Đông Nam Bộ 605 415,1 602,7 242,5 208,6 215,5 1512,7 1866,3 2125,6 2295,4 2443,2 Ninh Thuận 8,7 8,7 9,2 4,0 4,5 9,0 5,8 2,3 15,9 23,1 12,5 Bình Thuận 35,5 40,0 52,7 43,8 57,3 52,2 66,0 126,2 165,1 191,0 199,9 Bình Phước 65,5 29,1 15,6 2,7 11,1 13,9 370,6 541,4 534,9 528,0 495,3 Tây Ninh 230,9 154,0 307,3 43,0 7,9 9,6 538,7 682,3 800,1 898,7 1064,5 Bình Dương 44,0 19,6 51,4 12,6 10,7 12,1 105,7 121,9 128,5 133,5 117,8 Đồng Nai 125,3 119,4 82,2 63,0 61,5 63,8 312,5 306,3 341,7 382,7 414,4 Bà Rịa Vũng Tàu 96,1 39,3 81,1 71,7 53,8 53,0 111,8 83,5 137,2 135,7 137,9 Thành phố Hồ Chí Minh 5,0 5,0 3,2 1,7 1,8 1,9 1,6 1,4 2,2 2,7 0,9 Đồng bằng sông Cửu Long 79,6 77,9 69,8 55,3 82,4 68,2 121,5 122,7 143,3 50,7 63,6 Long An 14,4 9,7 6,7 6,0 6,0 8,1 4,4 3,7 11,0 5,6 7,1 Tiền Giang 6,5 4,9 5,6 5,9 7,9 7,8 3,6 5,6 3,4 3,7 3,4 Bến Tre 8,5 8,5 5,1 5,5 5,0 5,2 4,7 4,9 4,4 3,7 3,6 Trà Vinh 23,1 22,5 23,3 16,0 21,1 18,9 19,9 16,9 14,6 15,0 14,0 Vĩnh Long 5,2 3,5 2,8 1,8 3,3 3,1 3,5 2,8 2,1 1,8 2,4 An Giang 11,6 18,4 14,9 9,0 23,5 8,1 72,7 65,6 88,1 2,8 14,4 Kiên Giang 1,3 1,5 3,0 3,5 7,7 5,3 3,8 14,6 9,1 8,6 8,5 Cần Thơ – Hậu Giang 0,3 - 0,0 0,1 - 0,4 - - 0,4 0,0 0,1 Sóc Trăng 2,5 3,2 2,3 2,4 2,0 2,6 2,2 2,6 4,2 5,0 5,7 Bạc Liêu 3,1 2,9 2,5 2,1 2,9 2,3 2,0 3,3 3,2 2,1 2,2 Cà Mau 3,1 2,8 3,6 3,0 3,0 6,4 4,7 2,7 2,8 2,4 2,1 Bảng 4: Diện tích sắn phân theo địa phương (nghìn ha) Nguồn Tổng cục Thống kê 2006 Vùng – Tỉnh 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004 2005 Tây Nguyên 32,6 47,3 33,6 31,0 33,8 38,0 37,5 53,5 65,4 70,6 88,3 Kon Tum 8,7 13,6 11,2 10,6 11,5 15,0 15,6 20,2 23,4 24,3 27,8 Gia Lai 15,8 24,3 14,5 13,8 17,2 17,7 16,5 19,6 24,3 27,4 31,7 Đắc Lắc – Đắc Nông 4,8 5,4 4,5 4,2 3,6 4,0 4,4 12,6 16,5 9,3 12,6 Lâm Đồng 3,3 4,0 3,4 2,4 1,5 1,3 1,0 1,1 1,2 1,2 1,3 Đông Nam Bộ 55,8 41,2 38,6 30,0 20,7 24,4 80,2 98,1 109,8 114,1 118,8 Ninh Thuận 0,9 1,3 1,1 0,8 0,8 1,5 1,0 1,1 1,8 1,6 1,4 Bình Thuận 5,6 5,8 6,5 5,4 5,3 6,8 7,7 12,3 16,1 16,7 18,9 Bình Phước 7,3 2,7 1,2 0,5 1,0 1,2 17,4 25,0 24,7 24,1 22,2 Tây Ninh 14,6 9,2 15,8 4,7 0,6 0,8 25,4 31,7 35,6 38,6 43,3 Bình Dương 6,1 2,3 3,3 1,3 1,2 1,8 5,7 6,6 6,9 7,4 6,4 Đồng Nai 13,0 12,7 5,2 12,6 8,0 8,4 15,9 16,0 17,3 18,1 19,0 Bà Rịa Vũng Tàu 7,8 6,7 5,1 4,5 3,6 3,7 6,9 5,2 7,2 7,4 7,5 Thành phố Hồ Chí Minh 0,5 0,4 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,1 Đồng bằng sông Cửu Long 10,2 8,3 8,0 7,4 8,9 7,7 9,5 9,4 10,4 6,4 6,4 Long An 2,6 1,9 1,7 1,2 1,0 1,2 0,7 0,6 1,4 0,8 0,8 Tiền Giang 1,2 0,9 0,8 0,8 1,0 0,9 0,4 0,5 0,3 0,4 0,3 Bến Tre 1,0 0,7 0,5 0,6 0,5 0,5 0,3 0,5 0,5 0,5 0,4 Trà Vinh 1,9 1,9 1,8 1,7 1,7 1,5 1,6 1,3 1,1 1,2 1,1 Vĩnh Long 0,4 0,3 0,2 0,3 0,3 0,2 0,3 0,2 0,2 0,1 0,2 An Giang 1,4 1,2 1,1 1,0 1,3 0,6 4,1 3,7 4,5 0,2 0,6 Kiên Giang 0,2 0,4 0,4 0,5 1,1 0,7 0,4 1,2 0,7 1,8 1,5 Cần Thơ – Hậu Giang 0,0 - 0,1 0,1 - 0,0 - - 0,1 0,0 0,0 Sóc Trăng 0,3 0,4 0,3 0,3 0,3 0,4 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 Bạc Liêu 0,6 0,3 0,4 0,3 0,4 0,3 0,3 0,5 0,5 0,3 0,3 Cà Mau 0,6 0,3 0,7 0,6 1,3 1,4 0,9 0,5 0,6 0,5 0,5 PHẦN 3 : NGUYÊN LIỆU NGUYÊN LIỆU – SẢN PHẨM Hình 2: Cây sắn (khoai mì) Đặc điểm cây sắn Cây sắn hay còn gọi là cây khoai mì là cây lương thực ưa ấm nên được trồng nhiều ở những nước có khí hậu nhiệt đới, có tên khoa học là Manihot esculenta Crantza. Tình hình trồng sắn Cây sắn được trồng trên 92 nước của vùng nhiệt đới và cận nhiệt đới và là nguồn lương thực của khoảng 500 triệu người (nguồn CIAT, 1993). Ở Việt Nam, sắn cùng với khoai là cây lương thực quan trọng thứ ba sau lúa và ngô. Vùng Đông Nam Bộ là địa bàn trọng điểm sản xuất sắn hàng hóa với ưu thế vốn có về khí hậu, đất đai, giao thông vận tải, cơ sở hạ tầng, số dự án đầu tư vào chế biến và tiêu thụ sắn của nước ngoài. Diện tích trồng sắn của Việt Nam trong những năm tới dự kiến sẽ không tăng nhiều. Tuy nhiên, sẽ gia tăng năng suất và sản lượng do việc áp dụng trồng các giống sắn mới có năng suất củ tươi và năng suất bột cao, đồng thời với việc đẩy mạnh các biện pháp thâm canh như bón phân cân đối, trồng xen canh, có hệ thống canh tác thích hợp trên đất dốc và rải vụ thu hoạch. Bảng 5: Đặc điểm một số giống sắn Đặc điểm Giống KM94 KM60 HL20 HL23 HL24 Năng suất củ tươi (tấn/ha) 38,6 27,2 20,2 19,8 20 Hàm lượng chất khô (%) 39,0 38,0 36,5 37,0 36,7 Hàm lượng tinh bột (%) 28,6 27,2 24,5 26,5 25,8 Thời gian thu hoạch (tháng) 7 ÷ 12 6÷ 9 7 ÷ 12 6÷ 9 6÷ 9 Phân loại, cấu tạo, thành phần hóa học của củ sắn Phân loại Sắn có nhiều loại khác nhau về màu sắc, thân cây, lá, vỏ củ, thịt củ. Tuy nhiên, trong công nghiệp sản xuất tinh bột người ta phân sắn thành hai loại sắn đắng và sắn ngọt. Sắn đắng: cho năng suất cao, củ to, hàm lượng tinh bột trong củ cao, có nhiều nhựa củ, hàm lượng cyanhydric cao, ăn tươi bị ngộ độc. Sắn ngọt: gồm tất cả các loại sắn có hàm lượng cyanhydric thấp, loại sắn này có hàm lượng tinh bột thấp, ăn tươi không bị ngộ độc. Hiện nay, loại sắn mà nông dân tỉnh Tây Ninh đang trồng chủ yếu là loại sắn đắng và các giống sắn này cho năng suất và hàm lượng tinh bột tương đối cao. Cấu tạo Củ sắn thường thuôn dài ở hai đầu, tùy theo tính chất đất và điều kiện trồng mà kích thước của củ dao động trong khoảng: Chiều dài từ 0,1 ÷ 0,5m. Đường kính củ từ 2 ÷ 8cm. Củ thường có 4 phần chính gồm: vỏ gỗ, vỏ củ, thịt củ và lõi. Hình 3: Cấu tạo mặt cắt ngang của củ sắn. Vỏ gỗ (Vỏ lụa) Giữ vai trò bảo vệ củ. Có thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose. Không có chứa tinh bột, chiếm 0,5% ÷ 2% trọng lượng củ. Vỏ củ (Vỏ thịt) Dày hơn vỏ gỗ, có cấu tạo từ các lớp tế bào thành dày, thành tế bào có cấu tạo chủ yếu là cellulose, bên trong là hạt tinh bột, chất chứa Nitơ và dịch bào (nhựa) có ảnh hưởng tới màu của tinh bột khi chế biến. Trong dịch bào có tanin, sắc tố, độc tố, các enzyme. Vỏ củ có chứa từ 5% ÷ 8% hàm lượng tinh bột khi chế biến. Thịt củ Là thành phần chủ yếu của củ. Gồm các tế bào nhũ mô: vỏ tế bào là cellulose, pentozan; bên trong là hạt tinh bột, nguyên sinh chất, các glucid hòa tan và nhiều chất vi lượng khác. Phân bố hàm lượng tinh bột trong thịt củ giảm dần từ phần thịt củ sát vỏ đến lõi. Ngoài các lớp tế bào nhũ mô còn có các tế bào thành cứng không chứa tinh bột (cấu tạo từ cellulose) cứng như gỗ gọi là xơ. Loại tế bào này thường thấy ở đầu cuống của củ sắn lưu niên và những củ biến dạng trong quá trình phát triển. Lõi sắn Thường ở tâm dọc suốt từ cuống tới đuôi củ, ở cuống to nhất rồi nhỏ dần tới đuôi củ. Chiếm 0,3% ÷ 1% trọng lượng toàn củ, có thành phần chủ yếu là cellulose và hemicellulose. Sắn có lõi lớn và nhiều xơ sẽ ảnh hưởng đến hiệu suất và năng suất nghiền khi chế biến. Ngoài các thành phần trên, củ sắn còn cuống và rễ đuôi. Các thành phần này có cấu tạo chủ yếu là là cellulose nên gây khó khăn trong chế biến. Thành phần hóa học của củ sắn Thành phần hóa học của củ sắn dao động trong khoảng khá rộng tùy thuộc vào: giống, tính chất đất, điều kiện phát triển của cây, thời gian thu hoạch (đây là yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hàm lượng tinh bột có trong củ). Bảng 6: Tỷ lệ % (theo khối lượng) của các thành phần có trong củ sắn STT Thành phần Tỷ lệ % 1 Nước 70,25 2 Tinh bột 21,45 3 Protid 1,12 4 Chất béo 0,4 5 Cellulose 1,11 6 Đường 5,13 7 Tro 0,54 Các thành phần dinh dưỡng trong củ sắn Tinh bột Tinh bột là thành phần quan trọng của củ khoai mì, bao gồm hai thành phần: Amylo: 15 ÷ 25%. Amylopectin: 75 ÷ 85%. Hàm lượng tinh bột trong củ khoai mì phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: điều kiện khí hậu, giống, thời gian thu hoạch, bảo quản… nhưng quan trọng nhất là thời gian thu hoạch. Chẳng hạn như: sắn 6 tháng thì thu hoạch khoảng từ tháng 10 ÷ 11 là tốt nhất (thời gian thu hoạch phụ thuộc vào giống sắn) sẽ cho năng suất và hàm lượng tinh bột cao nhất. Còn nếu thu hoạch sớm thì năng suất củ thấp, lượng tinh bột ít, lượng chất hòa tan cao. Còn thu hoạch trễ quá thì hàm lượng tinh bột sẽ giảm, thành phần xơ tăng, một phần tinh bột bị thủy phân thành đường để nuôi mầm non. Tinh bột trong khoai mì tồn tại dưới dạng các hạt tinh bột có kích thước 3 ÷ 34mm. Tinh bột khoai mì có một số tính chất đặc trưng rất có lợi khi sử dụng chúng làm nguyên liệu trong chế biến thực phẩm như: Tinh bột khoai mì không có mùi nên rất thuận tiện khi sử dụng chúng cùng với các thành phần có mùi trong thực phẩm Tinh bột khoai mì trong nước sau khi được gia nhiệt sẽ tạo thành sản phẩm có dạng sệt trong suốt nên rất thuận tiện trong việc sử dụng chúng cùng với các tác nhân tạo màu khác. Tỉ lệ amylopectin : amylose trong tinh bột khoai mì cao (80:20) nên gel tinh bột có độ nhớt, độ kết dính cao và khả năng gel bị thoái hóa rất thấp. Hình 4: Hạt tinh bột khoai mì qua kính hiển vi điện tử quét Đường Đường trong củ chủ yếu là glucose và một ít maltose, saccharose. Trong quá trình chế biến các đường này sẽ hòa tan trong nước và theo nước dịch ra ngoài. Protid Protid là thành phần chưa được nghiên cứu kĩ, tuy nhiên vì hàm lượng thấp nên ít ảnh hưởng tới quy trình công nghệ. Trong củ sắn, hàm lượng acid amine không được cân đối: thừa arginine nhưng lại thiếu các acid amine chứa lưu huỳnh. Bảng 7: Thành phần một số acid amine có trong củ sắn Acid amine Hàm lượng (mg/100g protid) Lysine 30 Methionine 13 Tryptophan 3 Phenylalanine 33 Threonine 23 Valine 21 Leucine 30 Isoleucine 20 Arginine 40 Histidine 13 Vitamin và khoáng Củ sắn có chứa nhiều Vitamin C và Canxi. Ngoài ra trong củ sắn còn có Vitamin B và nhiều loại khoáng khác. Các hợp chất khác Ngoài những chất dinh dưỡng trên, trong củ sắn còn có chứa độc tố, tanin, sắc tố và các hệ enzyme phức tạp. Đây là những chất gây ảnh hưởng xấu đến chất lượng tinh bột sau này (chủ yếu về màu sắc). Độc tố Trong củ khoai mì, HCN tồn tại dưới dạng cyanogenic glucoside gồm 2 loại linamarin và lotaustralin. Linamarin có công thức phân tử C10H17O6N và công thức cấu tạo là: Độc tố này được phát hiện lần đầu bởi Peckolt và được gọi là manihotoxin. Dưới tác dụng của dịch vị có chứa HCl hoặc men tiêu hóa, chất này bị phân hủy và giải phóng ra acid cyanhydric là chất độc đối với người. Lotaustralin có công thức phân tử là C11H119O6N và công thức cấu tạo là: Tùy theo giống sắn, điều kiện đất đai, chế độ canh tác và thời gian thu hoạch mà hàm lượng HCN có khác nhau. Sự phân bố chất độc trong củ sắn không đều: cuống củ chứa nhiều chất độc hơn giữa củ, lớp vỏ thịt chứa nhiều HCN hơn cả kế đến là lõi sắn, phần thịt sắn có chứa chất độc ít hơn. Các glucoside này hòa tan tốt trong nước nên trong quá trình sản xuất tinh bột, độc tố sẽ theo nước dịch thải ra ngoài. Vì vậy mặc dù sắn đắng có hàm lượng độc tố cao nhưng sản phẩm tinh bột từ sắn vẫn có thể sử dụng làm thực phẩm. Do các glucoside này tập trung nhiều ở vỏ củ do đó khi chế biến nên tách dịch bào nhanh để không ảnh hưởng đến màu sắc của tinh bột sau này vì HCN sẽ tác dụng với Fe cho ra muối cyanate sắt có màu xám làm đen bột. Enzyme Các enzyme trong sắn tới nay chưa được nghiên cứu kỹ. Người ta cho rằng trong số các enzyme có trong củ sắn thì hệ enzyme polyphenoloxydase là enzym có ảnh hưởng lớn đến chất lượng sắn trong quá trình bảo quản và chế biến. Khi chưa đào lên, các enzyme này trong củ sẽ hoạt động yếu và ổn định nhưng khi đào củ lên thì các enzyme này có điều kiện để hoạt động mạnh, khi đó enzyme polyphenoloxydase sẽ xúc tác quá trình oxy hóa polyphenol tạo octorinon sau đó tổng hợp các chất không có bản chất phenol (các acid amine) tạo ra các sản phẩm có màu. Trong nhóm enzyme polyphenoloxydase có những enzyme oxy hóa các monophenol mà điển hình là tyrosinase xúc tác sự oxy hóa acid amin tyrosine tạo ra quinon tương ứng. Các quinon sau một loạt chuyển hóa sinh ra sắc tố màu xám đen gọi là melanin. Đây là một trong những nguyên nhân làm cho thịt sắn có màu đen (dân gian gọi là chạy nhựa). Hình 5: Cơ chế tạo thành melanin từ tyrosine với sự xúc tác của enzym tyrosinas. Ngoài tyrosinase, các enzyme oxy hóa khử khác cũng góp phần làm tổn thất chất khô. Tanin Hàm lượng tanin trong sắn ít nhưng sản phẩm oxy hóa của tanin là chất flobafen có màu đen khó tẩy. Ngoài ra phản ứng giữa tanin với sắt tạo tanat sắt có màu đen cũng khó tẩy. Đánh giá chất lượng của củ sắn Có hai phương pháp để đánh giá chất lượng của củ sắn Phương pháp cảm quan Xác định củ tốt xấu (có chạy nhựa hay không) và xác định tương đối hàm lượng tinh bột có trong củ. Dùng phương pháp cảm quan để xác định củ mới và cũ Bẻ đôi củ sắn, nhìn vào bề mặt cắt ngang: nếu củ trắng tươi thì tốt có thể để lại sản xuất sau. Nếu củ bị quầng đen, xám hay xanh đen tức là củ “chạy chỉ” nên đưa vào sản xuất ngay. Dùng phương pháp cảm quan để xác định đúng tuổi sắn thu hoạch Chọn củ sắn trung bình trong khóm sắn rồi bẻ làm đôi, nếu ta chỉ dùng một lực vừa phải để bẻ gẫy và thấy thịt sắn chắc và khô, màu thịt củ trắng đục thì có thể coi như là đã thu hoạch sắn đúng tuổi, tỷ lệ tinh bột sẽ đạt ở mức cao. Nếu ta bẻ củ cũng dễ dàng nhưng thấy thịt củ sắn có màu vàng nhạt tuy chắc thịt nhưng phần giữa củ ướt và trong thì đó là sắn còn non và lượng tinh bột thu được sẽ ít. Nếu dùng nhiều sức mới bẻ gãy được củ hoặc củ bẻ mà không gãy đôi tức là củ thu hoạch lúc quá tuổi, lúc đó củ có xơ nhiều và lượng tinh bột cũng đã giảm. Dùng phương pháp cảm quan thống kê trong thu mua sắn nguyên liệu Củ nhỏ và ngắn (chiều dài khoảng 10cm, đường kính củ chỗ lớn nhất dưới 1,5cm) không quá 4%. Củ dập nát và gẫy vụn không quá 3%. Lượng đất và tạp chất tối đa từ 1,5% ÷ 2%. Không có củ thối. Củ có dấu vết chạy nhựa nhỏ hơn 5%. Phương pháp thực nghiệm để xác định hàm lượng tinh bột có trong củ Dùng loại cân thực nghiệm do Thái Lan thiết kế. Cân này hoạt động dựa trên sự khác nhau về tỷ trọng giữa tinh bột và nước. Qua nhiều lần khảo sát và từ các số liệu thu được hàm lượng tinh bột tương ứng với mỗi lần là 5kg củ. Vấn đề về bảo quản củ sắn Trong quá trình bảo quản, sắn tươi thường nhiễm bệnh thối khô và thối ướt do nấm và vi khuẩn gây nên nhất là đối với những củ bị tróc vỏ và dập nát. Một số phương pháp bảo quản khoai mì tươi: Bảo quản trong hầm kín: mục đích của việc bảo quản trong hầm kín là hạn chế sự hoạt động của các enzyme oxy hóa, một trong những nguyên nhân làm hư hỏng củ. Yêu cầu hầm phải kín hoàn toàn, phải có mái che để tránh nước chảy vào. Bảo quản bằng cách phủ cát khô: chọn củ có kích thước đều, không bị dập nát xếp thành luống cao 0,5 ÷ 0,6m, rộng 1,2 ÷ 1,5m, chiều dài khoảng 4m. Sau đó phủ đều cát lên, chiều dày lớp cát ít nhất là 20cm. Bảo quản bằng cách nhúng hoặc phun dung dịch nước vôi 0,5%, sau đó dùng trấu hoặc cát phủ kín đống khoai mì, bảo quản theo phương pháp này có thể bảo quản trong 15 ÷ 25 ngày. Theo tài liệu sắn mua về không nên để quá 48 giờ sau thu hoạch nên ta phải chọn chế độ thu mua thích hợp để có thể chế biến trong vòng 24 giờ nhằm tránh trường hợp hư hỏng và giảm chất lượng tinh bột của củ. Tiêu chuẩn chất lượng tinh bột sắn (Theo tiêu chuẩn của FAO: TC 176 -1989 (được chỉnh sửa vào tháng 1 -1995)). Tiêu chuẩn chung Tinh bột khoai mì ăn được phải: An toàn và phù hợp cho người sử dụng. Không có mùi vị khác thường và côn trùng gây hại. Không bị nhiễm bẩn. Tiêu chuẩn cụ thể Chỉ tiêu vật lý Kích thước hạt: đối với bột mịn thì hơn 90% qua lỗ rây 0,6mm, với bột thô hơn 90% qua lỗ rây 1,2mm. Chỉ tiêu hóa lý Hàm lượng ẩm: 13%. Hàm lượng acid HCN ≤ 10mg/kg. Hàm lượng kim loại nặng: không có. Hàm lượng xơ ≤ 2%. Hàm lượng tro ≤ 3%. Chỉ tiêu vi sinh Vi sinh vật gây bệnh: không có. Côn trùng gây hại: không có. Chỉ tiêu cảm quan Bột màu trắng khô và mịn. Không có mùi vị khác thường. Không bị nhiễm bẩn. Ứng dụng của tinh bột sắn Tinh bột nói chung và tinh bột sắn nói riêng có rất nhiều ứng dụng trong các ngành kinh tế khác nhau. Điểm đáng chú ý, tinh bột sắn được dùng rất phổ biến và thông dụng trong nhiều loại bánh kẹo, phụ gia thực phẩm, mì ăn liền với các công thức phối trộn phong phú và đa dạng. Ứng dụng của tinh bột sắn trong ngành sản xuất thực phẩm Các loại bánh Tinh bột được sử dụng là một trong những nguồn nguyên liệu chính để sản xuất các loại bánh. Ngoài việc giảm giá thành sản xuất, tinh bột còn có chức năng làm đầy, làm láng và góp phần tạo nên một số tính chất công nghệ cho các sản phẩm bánh. Một số sản phẩm tiêu biểu: các sản phẩm bánh snack, bánh quy, bánh rán… Bún, miến, mì ống, mì sợi, bánh tráng là những sản phẩm thực phẩm rất thông dụng ở quy mô làng xã được chế biến từ tinh bột sắn. Tinh bột biến tính Đặc trưng chủ yếu của tinh bột biến tính chính là nó có độ nhớt cao góp phần tạo độ sệt, độ đặc trong một số sản phẩm như nước sốt, nước chấm, súp… Ngoài ra tinh bột biến tính còn tạo ra độ mờ đục cho một số sản phẩm như nước sốt. Sản xuất các sản phẩm thủy phân từ tinh bột Bằng con đường thủy phân, tinh bột là nguyên liệu chính để sản xuất ra các loại sản phẩm như: mạch nha, glucose, sorbitol, maltodextrin,… Từ glucose bằng con đường lên men người ta có thể sản xuất rượu, cồn, mì chính… Sorbitol là phụ gia tạo cấu trúc rất thông dụng trong các sản phẩm thực phẩm. Sản xuất đường glucose Nguyên liệu: bột hoặc tinh bột các loại củ cũng như các loại hòa thảo. Ở các nước khác chủ yếu dùng tinh bột ngô, tinh bột khoai tây; ở nước ta dùng tinh bột sắn để sản xuất đường glucose. Chất lượng tinh bột ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm và hiệu suất thu hồi. Chất lượng tinh bột thấp quá trình đường hóa kéo dài, phản ứng không triệt để, sản phẩm có màu xấu khó khăn cho quá trình xử lý, hiệu suất thu hồi thấp. Quá trình sản xuất gồm 3 giai đoạn chủ yếu: đường hóa dịch bột thành dịch, xử lý dịch đường hóa, kết tinh tinh thể từ mật và chế biến thành sản phẩm. Sản xuất mì chính Mì chính là muối mononatri của acid glutamic (C5H8NO4Na). Có 2 dạng: bột và tinh thể, là chất điều vị có giá trị trong công nghiệp thực phẩm, trong nấu nướng thức ăn hằng ngày. Tinh bột được dùng trong sản suất mì chính bằng phương pháp lên men sử dụng những chủng vi sinh vật có khả năng tổng hợp các acid amin từ các nguồn glucid và đạm vô cơ sau đó tách lấy acid glutamic để sản xuất mì chính. Phương pháp này có nhiều ưu điểm: không cần sử dụng nguyên liệu protid, không cần sử dụng nhiều hóa chất và thiết bị chịu ăn mòn, hiệu suất cao giá thành hạ. Ứng dụng tinh bột sắn trong một số ngành công nghiệp khác Keo dán hoặc chất kết dính Do tinh bột có thể tạo nên dung dịch có độ nhớt rất cao sau khi hồ hóa, do đó nó được ứng dụng trong sản xuất các loại hồ, keo dán. Thức ăn gia súc Thông thường thức ăn gia súc được sản xuất từ nguyên liêu củ có chứa nhiều tinh bột như bắp, khoai, sắn. Ngoài ra tinh bột còn thường được sử dụng như chất độn bổ sung trong quá trình sản xuất thức ăn gia súc. Dược phẩm Tinh bột được sử dụng trong ngành dược phẩm chủ yếu là làm tá dược (chất độn), chất kết dính, hoặc được sử dụng làm màng bọc viên thuốc. Dệt nhuộm Tinh bột là chất lý tưởng để bổ sung vào trong quá trình dệt. Đó là lý do tại sao tinh bột được ứng dụng rộng rãi trong sản xuất sợi, chỉ, vải cotton, và sợi polyester. Tinh bột giữ vai trò quan trọng trong ba giai đoạn dệt, đó là: hồ vải, in và hoàn thiện. Giai đoạn in: tinh bột được sử dụng nhằm ngăn cản các tác nhân gây ô nhiễm trong khi in. Giai đoạn hoàn thiện: tinh bột thường sử dụng là tinh bột sắn, được cung cấp với những tỷ lệ khác nhau để vải bóng và bền, ví dụ vải cotton là 12%, vải tổng hợp là 18%, tơ nhân tạo là 8%... Sản xuất giấy Tinh bột được dùng trong sản xuất giấy để làm khô bề mặt và bao phủ bề mặt của giấy. PHẦN 4 : QUY TRÌNH SẢN XUẤT TINH BỘT KHOAI MÌ QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Sơ đồ quy trình công nghệ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ Ngâm Mục đích Quá trình ngâm nhằm mục đích tách bớt một lượng chất hòa tan trong nguyên liệu, làm bở đất cát để nâng cao hiệu suất quá trình rửa sau này. Thông số kỹ thuật Thời gian: 4 ÷ 8 giờ tùy theo loại nguyên liệu và mức độ nhiễm bẩn từ củ. Hóa chất sử dụng: cho CaO vào nước ngâm với khối lượng 1,5 kg/m3 để ức chế sự hoạt đông của vi sinh vật đồng thời làm tăng độ hòa tan của một số chất màu sinh ra do phản ứng oxy hóa. Rửa và bóc vỏ Mục đích Nguyên liệu sau khi ngâm thì được đem đi rửa và bóc vỏ. Mục đích của quá trình rửa và bóc vỏ là làm sạch nguyên liệu và tách bỏ phần vỏ gỗ của củ vì nếu rửa không sạch thì đất cát bám trên củ sẽ làm mòn răng máy nghiền và làm giảm hiệu suất nghiền. Mặt khác, nếu tạp chất lẫn vào tinh bột sẽ làm tăng độ tro, độ màu thành phẩm, tinh bột sẽ không có chất lượng cao. Các biến đổi trong quá trình rửa và bóc vỏ Biến đổi vật lý Sau khi rửa sẽ tách được 94 ÷ 97% tạp chất ra khỏi củ, khối lượng củ giảm còn 93 ÷ 94,5%. Biến đổi hóa lý Có sự tách một số chất hoà tan trong nguyên liệu như độc tố, sắc tố, tannin… vào trong nước rửa. Biến đổi hóa sinh Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm đen củ khoai mì ở những chỗ bị trầy xước. Phương pháp rửa và bóc vỏ Phương pháp thủ công Ở những nhà máy vừa và nhỏ, người ta tách bỏ nguyên phần vỏ (gồm phần vỏ lụa và vỏ thịt) và chỉ dùng phần lõi của củ – phần có cấu trúc mềm xốp để sản xuất tinh bột. Với những thiết bị đơn giản có sẵn và nguồn năng lượng hạn chế của các nhà máy, việc dùng nguyên củ để sản xuất sẽ gặp khó khăn trong khâu nghiền cũng như trong khâu rửa đất cát, gọt vỏ… trong khi lượng tinh bột thu được là không cao (do nghiền không hiệu quả). Người ta có thể tách vỏ củ bằng tay. Củ được khía ngang, dọc đến một độ sâu nhất định tùy vào bề dày của vỏ, sau đó dễ dàng được lột ra. Bụi bẩn, đất cát… còn vương lại trên bề mặt lõi của củ bây giờ có thể được rửa sạch một cách dễ dàng và những củ đã được lột vỏ được đẩy vào bồn ximăng, ngâm trong nước cho đến khi được lấy ra để nghiền. Thỉnh thoảng dùng chân đạp nhẹ cũng rửa được những chất bẩn còn bám. Hình 6 : Dao tách vỏ thịt của củ khoai mì Phương pháp cơ giới Ở những nhà máy lớn, người ta sử dụng nguyên củ để sản xuất. Việc rửa củ ở đây không chỉ để rửa sạch củ mà còn để tách lớp vỏ lụa bên ngoài của vỏ. Vì chỉ có lớp vỏ lụa bị tách nên ta sẽ thu được tinh bột trong phần vỏ cùi, như vậy tính kinh tế sẽ cao hơn. Phần vỏ cùi chiếm đến 8,5% khối lượng toàn củ. Nguyên tắc: sự ma sát giữa các củ cũng như ma sát giữa củ với thành thiết bị, với cánh quay sẽ làm tróc lớp vỏ lụa và dưới áp lực của nước sẽ rửa sạch lớp vỏ lụa này cũng như đất cát bám bên ngoài củ. Thiết bị Thiết bị rửa củ thường dùng trong sản xuất tinh bột khoai mì là thiết bị thùng hình trụ có đục lỗ, để ngập trong nước. Nguyên tắc hoạt động: Một bàn chải trục vít sẽ vừa đảo trộn mạnh củ vừa đẩy củ về phía trước. Một bơm ly tâm được lắp ở một đầu của thùng và được nối với một loạt các cánh quay sắp xếp dọc theo thùng. Những cánh quay này sẽ tạo ra dòng nước ngược với hướng chuyển động của củ, đảm bảo cho củ được rửa sạch. Khi củ được đẩy ra đến đầu bên kia, chúng đã được rửa sạch đất cát và được lột vỏ một phần. Tạp chất nhẹ sẽ nổi lên trên theo nước ra ngoài, tạp chất nặng, đất cát… lắng xuống và được tháo theo chu kỳ qua lỗ của bồn ximăng. Hình 7: Thiết bị rửa củ khoai mì Để tăng hiệu quả của quá trình rửa, sau giai đoạn ngâm người ta cho củ khoai mì đi qua thiết bị bóc vỏ gỗ và tách đất cát lớn bám trên củ. Thiết bị này dạng thùng quay với ống bên trong để xịt nước rửa củ. Thùng có thể làm bằng gỗ hay bằng lưới kim loại, chiều dài 3 ÷ 4 m, đường kính 1m, được lắp vào bệ ximăng, cánh quay được lắp dọc theo thùng. Hình 8: Thiết bị bóc vỏ lụa và tách đất cát thô. Tùy thuộc mức độ và đặc tính tạp chất của nguyên liệu mà thới gian rửa có thể từ 8 ÷15 phút, chi phí nước rửa từ 2 ÷ 4 tấn /1 tấn nguyên liệu. Cắt khúc Mục đích Nguyên liệu sau khi được rửa sạch và bóc vỏ thì được đưa vào thiết bị cắt khúc. Mục đích của quá trình cắt khúc là cắt nhỏ nguyên liệu để quá trình nghiền tiếp theo đạt hiệu quả cao hơn. Các biến đổi trong quá trình cắt khúc Biến đổi vật lý Củ khoai mì ban đầu có kích thước 15 ÷ 20cm được cắt thành những đoạn nhỏ hơn có kích thước 5 ÷ 6cm. Biến đổi hóa sinh Sự hoạt động của các enzyme oxy hóa làm biến màu củ khoai mì ở những chỗ bị cắt. Thiết bị cắt khúc Cấu tạo Thiết bị cắt khúc có dạng hình hộp chữ nhật thông hai đầu. Một đầu cho nguyên liệu đi vào, một đầu để tháo nguyên liệu ra sau khi cắt khúc. Thực hiện chức năng cắt khúc là hệ thống dao cắt được bố trí xung quanh một trục chuyển động nhờ động cơ. Hình 9: Thiết bị cắt khúc khoai mì Nguyên tắc hoạt động Củ khoai mì sau khi rửa sạch được hệ thống băng tải vận chuyển đưa vào thiết bị cắt khúc. Nhờ động cơ, hệ thống dao cắt chuyển động xung quanh trục và cắt nhỏ củ khoai mì. Khoai mì sau khi cắt đi ra khỏi thiết bị và chuẩn bị vào máy nghiền. Nghiền Mục đích Mục đích của quá trình nghiền là giải phóng tinh bột khỏi tế bào bằng cách phá vỡ màng tế bào khoai mì. Đây là khâu quan trọng nhất trong việc quyết định hiệu suất thu hồi tinh bột. Sự phá vỡ màng tế bào càng triệt để thì hiệu suất tách tinh bột càng cao. Các biến đổi trong quá trình nghiền Biến đổi vật lý Có sự thay đổi kích thước của nguyên liệu. Tế bào tinh bột bị phá vỡ giải phóng tinh bột dưới dạng những hạt có kích thước rất nhỏ. Nguyên liệu bây giờ là khối bột nhão mịn, có độ ẩm khoảng 80% (độ mịn khác nhau tuỳ theo công nghệ và thiết bị sử dụng). Biến đổi hóa sinh Khi xé nát vỏ tế bào, các enzyme trong tế bào cũng được giải phóng và có điều kiện hoạt động, nhất là các enzyme thủy phân tinh bột, enzyme oxy hóa như polyphenoloxydase sẽ làm sẫm màu sản phẩm. Biến đổi sinh học Vì củ rửa sạch trước khi nghiền và thời gian không quá lâu nên sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể. 4.2.4.3. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình nghiền Hiệu suất nghiền: được tính bằng phần trăm tinh bột được giải phóng trong quá trình nghiền. Phá vỡ tế bào càng triệt để thì hiệu suất nghiền càng cao. Giá trị đó sau mỗi lần nghiền có thể dao động từ 70 ÷ 90%. Các yếu tố ảnh hưởng đến hiệu suất nghiền: Số vòng quay trục: số vòng quay càng lớn thì hiệu suất nghiền càng cao. Lỗ lưới nhỏ thì hiệu suất nghiền lớn nhưng năng suất giảm và chi phí năng lượng tăng cao. Chất lượng búa nghiền. Rất khó để giải phóng tất cả các hạt tinh bột, kể cả với máy nghiền có hiệu quả cao nếu chỉ với một lần nghiền. Vì thế mà khối cháo sau khi nghiền lần 1 thường được nghiền tiếp lần 2. Thông số kỹ thuật Số vòng quay. Đường kính tang quay. Số lượng búa nghiền. Kích thước lỗ lưới. Phương pháp nghiền Phương pháp thủ công Những cơ sở sản xuất nhỏ ở một số vùng trồng khoai mì, củ khoai mì vẫn được nghiền bằng tay trên những miếng tre. Những cơ sở sản xuất năng suất khoảng vài trăm kilo bột hằng ngày thì người ta dùng những dụng cụ cơ khí đơn giản có cấu tạo như sau: Một máy mài xát đơn giản nhưng hiệu quả được làm bằng một tấm sắt mạ điện được đục lỗ bằng đinh, sau đó kẹp chặt tấm sắt đó quanh một bánh xe với bề mặt có mép nhọn, sắc hướng ra ngoài. Bánh xe có thể được quay bằng tay, nhưng thường được quay bằng cách đạp bằng chân. Người công nhân sẽ ấn củ lên bề mặt nghiền. Hoặc bề mặt nghiền sẽ được gắn lên một bên một đĩa quay có gắn tay quay. Bột nghiền sẽ được thu trong giỏ hay những vật chứa bằng gỗ. Hình 10 : Thiết bị mài xát khoai mì bằng tay Máy nghiền chạy bằng sức nước: trong máy nghiền thủy lực, máy xe nước được quay bởi một bánh đà, làm chạy dây đai truyền động cho tay quay của thùng nghiền. Thùng này có đường kính khoảng 20 ÷ 30cm, thùng được gắn lên một bàn nghiền. Người công nhân, ngồi ở bàn sẽ ấn củ vào thùng. Khối nghiền sẽ được đẩy qua khe hở hẹp giữa thùng và giá đỡ, vào máng rồi được thu vào trong giỏ. Những thiết bị nghiền ở trên đều được làm bằng những tấm kim loại có đục lỗ. Dù không đắt, nhưng chúng tương đối không được hiệu quả vì những tấm nghiền thường phải được thay thường xuyên do rất nhanh mòn. Phương pháp cơ giới Máy nghiền chạy bằng động cơ được dùng khi cần sản xuất với năng suất cao, khoảng 10 tấn củ khoai mì tươi mỗi ngày. Thiết bị thường dùng nhất hiện nay là máy nghiền Jahn. Cấu tạo: Máy nghiền này có một rotor làm bằng gỗ cứng hay ống thép, có đường kính khoảng 50 cm, trên đó có rạch những rãnh theo chiều dọc để gắn những lưỡi dao hay lưỡi cưa. Tùy theo nhu cầu mà có thể có từ 10 đến 12 răng cưa trên lưỡi dao. Các lưỡi dao được đặt cách nhau khoảng 6 ÷ 7 mm. Hình 11: Hình dạng của thiết bị mài xát khoai mì hoạt động nhờ động cơ Nguyên tắc hoạt động: nguyên liệu sau khi nhập vào máy nghiền được máy nghiền thành khối bột mịn nhờ sự cọ xát của bộ phận nghiền quay xung quanh một trục nhờ động cơ với củ khoai mì và với tấm lưới chắn. Trong quá trình nghiền ta có xối nước để nước đưa bột nghiền ra ngoài thông qua lỗ lưới. Hình 12: Cấu tạo của thiết bị mài xát khoai mì đơn giản Tách bã Mục đích Hỗn hợp thu được sau khi nghiền không chỉ chứa tinh bột mà còn lẫn các tạp chất khác như vỏ tế bào, dịch bào thoát ra do quá trình nghiền, tế bào còn nguyên, nước… Do đó, quá trình tách bã nhằm mục đích tách phần lớn lượng bã thô ra khỏi hỗn hợp. Bã sau khi tách vẫn còn một lượng tinh bột tự do bám lại. Vì vậy, để tăng hiệu quả của quá trình tách, người ta thu hồi lượng bã cho trở lại máy nghiền. Sau khi nghiền xong, bã tiếp tục được tách lượng tinh bột sót. Tuy nhiên trong bã vẫn còn lại một lượng nào đó không thể tách hết được. Ngoài tinh bột ra còn một lượng dextrin, đường, chất pectin, chất khô của bã. Vì vậy, bã thô sẽ được đưa ra bể chứa bã để tận dụng làm thức ăn gia súc. Hình 13: Bã sau khi đã tách tinh bột. Cách tiến hành Nguyên liệu sau khi ra khỏi thiết bị nghiền được pha loãng đến nồng độ 27oBx bằng nước sạch hoặc nước thu được sau quá trình tách tinh bột. Hỗn hợp sau khi pha loãng được đưa đến thiết bị rây để tách tinh bột tự do ra khỏi các tạp chất lớn. Sau khi qua rây nguyên liệu được chia làm 2 phần: Phần không lọt qua rây gồm các xơ lớn, các mảnh vụn và những hạt tinh bột tự do chưa tách hết được đưa xuống máy nghiền lần thứ hai. Phần lọt qua rây được đưa qua máy ly tâm để tách dịch bào. Các biến đổi trong quá trình tách bã Biến đổi vật lý Sau quá trình tách ta thu được hai phần: phần bã thô và phần nước dịch (sữa tinh bột). Bã thô bao gồm cellulose và các hạt có kích thước to bị giữ lại trên rây và được tách ra ngoài nên phần nước dịch chỉ chứa các hạt tinh bột có kích thước nhỏ hơn và một lượng lớn các chất hòa tan. Kích thước hạt huyền phù trong nước dịch giảm. Nồng độ chất khô giảm Biến đổi hóa sinh Phản ứng oxy hóa do enzyme làm sẫm màu bột xảy ra không đáng kể do dịch sữa thu được có hàm lượng nước tương đối cao. Biến đổi sinh học Sự phát triển của vi sinh vật là không đáng kể. Thông số kỹ thuật Nồng độ chất khô của hỗn hợp đưa vào thiết bị rây: 27oBx. Nồng độ chất khô của dung dịch sữa tinh bột sau khi qua rây có thể dao động trong khoảng 8 ÷10o Bx. Kích thước lỗ rây: f 0,7mm. Hệ số rửa tách tinh bột tự do khoảng 85%. Hóa chất sử dụng H2SO4 được thêm vào ở nồng độ thấp giúp giữ màu trắng của tinh bột. Al2(SO4)3 làm giảm độ nhớt, tăng hiệu quả quá trình lắng (Ví dụ nếu thêm vào 0,1g/l sữa tinh bột 2oBx giảm được 50% độ dính). SO2 (H2SO3) ức chế hoạt động của vi khuẩn và enzyme. Ngoài ra nó cũng là một tác nhân để làm trắng tinh bột. SO2 được sục vào nước tinh khiết rồi mới cho vào. Clorine và các hợp chất của nó cũng có tác dụng tẩy trắng và giảm độ nhớt rất tốt. Nếu ta sử dụng các hóa chất trên với một nồng độ thích hợp (nồng độ rất nhỏ), chất lượng sản phẩm thu được sẽ tốt hơn. Thiết bị tách bã Để tách bã thô, người ta có thể sử dụng nhiều thiết bị khác nhau. Thiết bị rây (Screening machine) Thiết bị rây quay (Rotating screen) Cấu tạo: dạng đơn giản của một thiết bị rây quay bao gồm một khung hình trụ làm bằng gỗ cứng, cố định vào một góc, đặt hơi nghiêng, có trục nằm ngang dài ít nhất 3m, được phủ bằng một lớp vải thông thường hoặc gắn một lưới mỏng bằng hợp kim của đồng và phospho. Lưới này được ưa chuộng hơn do nó có độ bền cao hơn. Tuy nhiên, khi sử dụng lưới, ta phải thường xuyên chải để làm sạch tạp chất gây bít lỗ rây. Hình 14: Cấu tạo của thiết bị rây quay. Nguyên tắc hoạt động: dung dịch sữa tinh bột được cấp vào ống hình nón phía đầu nhỏ. Khi rây quay với vận tốc 50 vòng/phút, hỗn hợp sẽ từ từ di chuyển xuống đầu còn lại và được đưa ra bể chứa. Trong khi đó, nước được phun với áp suất khoảng 6atm qua các lỗ trên trục. Vì thế khi hỗn hợp đến đầu kia thì hầu như đã được rửa sạch. Sữa tinh bột được thu sau khi lọt qua rây. Bã đi ra nhờ phương pháp này còn chứa một lượng lớn tinh bột do đó sẽ được đem nghiền và làm thức ăn gia súc. Lưới rây được lắp sát thành và hơi thấp xuống phía dưới để đảm bảo hỗn hợp có thể đi qua dễ dàng. Hình 15: Nguyên tắc tháo bã của thiết bị rây quay Người ta có thể trang bị thêm hai bộ chổi quét cho rây quay, một bộ được đặt tại cửa ra còn một bộ hoạt động như cánh gạt. Cả hai bộ hoạt động cùng lúc đảm bảo cho lưới rây luôn sạch để dịch chứa tinh bột chảy qua. Lưới rây được gắn trên một khung nhôm có thể tháo rời thuận tiện cho việc thay đổi lưới rây khi cấn thiết. Ưu, nhược điểm của thiết bị rây quay Ưu điểm: hạn chế được sự bít lưới do các chất có khả năng tạo keo khi thiết bị quay trong quá trình hoạt động và có 2 bộ chổi quét để cào sạch bã ra khỏi lưới. Nhược điểm: hiệu suất thu hồi tinh bột không cao, tốn nước. Hiện nay các loại thiết bị rây quay đơn như vậy thường chỉ được sử dụng cho các nhà máy có quy mô vừa vì trong các nhà máy lớn thì tinh bột phải được lấy một cách triệt để có thể kèm theo tiêu hao một lượng nước nhỏ nhất. Thiết bị rây rung (Shaking screen) Cấu tạo: trong những nhà máy lớn, kiểu rây quay được thay thế bằng kiểu rây rung. Thiết bị bao gồm một khung hơi nghiêng theo phương ngang, dài khoảng 4m và được lót bởi một lưới kim loại mỏng. Khung của rây được truyền chuyển động rung dọc theo chiều dài nhờ một thanh truyền lệch tâm. Nguyên lý hoạt động: sữa tinh bột sau khi được pha loãng với một lượng nước trong thiết bị phân phối sẽ được dẫn qua một đoạn ống đến đầu cao của khung rây. Trong quá trình rây, hỗn hợp sẽ được đẩy xuống phía dưới nhờ chuyển động rung. Hiệu quả của quá trình rây có thể được cải thiện bằng cách thêm một hoặc nhiều rãnh cạn nằm ngang trên bề mặt sàng. Nhờ vào chuyển động rung của sàng, những rãnh này tạo ra chuyển động xoáy mạnh làm việc tách những hạt tinh bột ra khỏi hỗn hợp diễn ra tốt hơn. Thiết bị ly tâm Để tăng hiệu quả của quá trình tách có thể sử dụng máy ly tâm. Dưới tác dụng của lực ly tâm, do chênh lệch khối lượng nên phần bã và nước dịch có chứa các hạt tinh bột sẽ được tách riêng. Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị ly tâm xem trong phần tách dịch bào. Tách dịch bào Mục đích Quá trình tách dịch bào nhằm mục đích loại phần dịch bào có chứa polyphenol và enzyem polyphenoloxydase và các hợp chất hòa tan khác để hạn chế quá trình oxy hóa làm chuyển màu tinh bột và các phản ứng hóa học, hóa sinh khác ảnh hưởng đến chất lượng của tinh bột thành phẩm. Các biến đổi trong quá trình tách dịch bào Biến đổi vật lý Tinh bột qua quá trình tách dịch bào được kết thành khối chặt hơn, tỉ trọng khối tinh bột tăng. Biến đổi hóa học Hàm lượng chất khô không hòa tan của sản phẩm tăng. Vào giai đoạn đầu sẽ xảy ra phản ứng tạo phức bền giữa tinh bột và protein, acid béo… Và hầu như ta không thể tách được tinh bột tinh khiết ra khỏi phức này. Điều này làm cho giá trị tinh bột giảm đáng kể khi sử dụng để chế biến các sản phẩm khác. Vì vậy các quá trình tách dịch bào phải diễn ra nhanh. Độ tinh khiết của sản phẩm tăng do các hợp chất như polyphenol, HCN, sắc tố… đi theo nước ra ngoài. Biến đổi hóa lý Sau quá trình tách dịch bào ta thu được hai phần là phần nước dịch và phần tinh bột ướt. Biến đổi hóa sinh Trong thành phần dịch bào có chứa nhiều chất khác nhau nhưng trong sản xuất tinh bột đặc biệt chú ý tới các hợp chất polyphenol và hệ enzyme polyphenoloxydase. Khi tế bào của củ bị phá vỡ, các polyphenol tiếp xúc với oxy và dưới tác dụng của enzyme polyphelnoloxydase sẽ oxy hóa tạo thành chất màu làm cho tinh bột mất màu trắng. Lớp tinh bột phía trên bề mặt sẽ bị oxy hóa nhanh hơn lớp dưới. Khi tinh bột chuyển màu thì không thể tẩy rửa hoàn toàn chất màu khỏi tinh bột bằng nước sạch được. Quá trình oxy hóa bắt đầu từ khi mài xát đặc biệt xảy ra nhanh khi các máy đảo trộn sữa tinh bột thô. Tinh bột chuyển màu sẽ làm giảm giá trị của sản phẩm. Do đó để hạn chế phản ứng này xảy ra quá trình tách dịch bào phải diễn ra nhanh và triệt để. Biến đổi sinh học Trong dịch bào thường có chứa đường và các hợp chất dinh dưỡng khác là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Nếu để dịch bào tiếp xúc với tinh bột quá lâu, vi sinh vật sẽ sử dụng tinh bột như một nguồn cơ chất và quá trình lên men sẽ diễn ra mạnh mẽ tạo ra ethalnol, acid hữu cơ và các sản phẩm trao đổi chất khác làm ảnh hưởng tới chất lượng của tinh bột thành phẩm. Do đó cũng cần hạn chế thời gian tiếp xúc giữa tinh bột và dịch bào. Cách tiến hành Phần dung dịch thu được bằng cách pha loãng cháo sau khi nghiền được đưa vào thiết bị ly tâm để tách dịch bào. Để tách triệt để được dịch bào phải tiến hành ly tâm ít nhất 2 lần. Sau lần ly tâm thứ nhất, dịch chứa tinh bột được pha loãng rồi đưa qua rây để tách bã. Sữa tinh bột lọt qua rây được đưa vào máy ly tâm tách dịch một lần nữa. Nồng độ sữa tinh bột vào máy ly tâm khoảng 3oBx. Nước dịch ra khỏi máy ly tâm được đưa đi lắng tiếp tục để thu tinh bột loại hai. Thông số kỹ thuật Thời gian tiếp xúc giữa tinh bột với dịch bào Để khắc phục quá trình oxy hóa yêu cầu quy trình sản xuất phải ngắn, tách dịch bào càng nhanh càng tốt. Và trong toàn bộ quy trình tinh bột đều phải ngập trong nước. Tách dịch bào sớm tinh bột sẽ trắng đồng thời ít tạo bọt sẽ dễ dàng cho những khâu gia công tiếp theo, mặt khác tinh bột thành phẩm giữ nguyên được tính chất hóa lý tự nhiên của nó. Bên cạnh đó, nếu tinh bột tiếp xúc với nước quá lâu sẽ xảy ra các biến đổi hóa sinh dưới sự xúc tác của enzyme polyphenoloxydase. Các biến đổi đó không chỉ ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm mà còn gây khó khăn cho các quá trình chế biến tiếp theo như bọt nhiều, khi rây, lắng đồng thời các thiết bị đều bị bám lớp chất nhờn thậm chí làm rỉ thiết bị bằng kim loại nên phải thường xuyên vệ sinh thiết bị hoặc sử dụng vật liệu chế tạo là thép không gỉ. Bảng 8: Ảnh hưởng của thời gian tiếp xúc với dịch bào tới độ trắng của tinh bột. Thời gian tinh bột tiếp xúc với nước dịch (giờ) Độ trắng của tinh bột (%) 19 89 7 94 0 100 Nồng độ chất tan của dịch bào Khi cố định thời gian tiếp xúc giữa tinh bột với nước dịch thì nếu các chất hòa tan trong nước dịch có nồng độ càng cao thì độ trắng của tinh bột và độ dính của hồ tinh bột sau này cũng giảm. Bảng 9: Ảnh hưởng của nồng độ chất tan trong dịch bào đến độ trắng của tinh bột Nồng độ dịch bào (%) Thời gian tiếp xúc (giờ) Độ trắng của tinh bột (%) 15,8 19 95,5 11,1 19 97,0 8,8 19 97,0 7,0 19 98,0 0 0 100 Bảng 10: Ảnh hưởng của nồng độ chất tan trong dịch bào đến độ dính của hồ tinh bột. Nồng độ dịch bào (%) Thời gian tiếp xúc (giờ) Độ dính của hồ tinh bột 1,65% 15,8 19 1,487 11,1 19 1,533 8,8 19 1,633 7,0 19 1,633 0 0 2,067 Thiết bị tách dịch bào Để tách dịch bào, thường người ta sử dụng các máng lắng làm việc theo nguyên tắc trọng lực hoặc máy ly tâm làm việc theo nguyên tắc ly tâm. Ở quy mô nhỏ người ta còn sử dụng cả bể lắng nhưng chất lượng tinh bột thu được không tốt. Thiết bị lắng Cấu tạo: trước đây ở các nhà máy nhỏ thì người ta thường sử dụng các thùng lắng đặt liên tiếp nhau. Trong các nhà máy đó thì các thùng được làm bằng gỗ. Nhưng khi việc sản xuất tiến đến vài trăm kg/h thì các thùng lắng được xây bằng xi măng ra đời. Trong các nhà máy lớn, người ta sử dụng máng lắng với kích thước, chiều dài lớn hơn thùng lắng nhiều lần. Thông số kỹ thuật: Sự phân bố kích thước hạt: đường kính của hạt tinh bột có thể dao động trong khoảng 4 ÷ 24µm. Tùy theo loại máy nghiền mà nó dao động trong khoảng lớn hơn hoặc nhỏ hơn. Tuy nhiên, sự thay đổi kích cỡ hạt tinh bột trong quá trình lắng còn phụ thuộc vào đường đi của nó. Dưới đây là một ví dụ về sự phân bố cỡ hạt được tiến hành trong thực nghiệm ở điều kiện khi lớp tinh bột lắng được 30cm sau 24h. Bảng 11: Sự phân bố kích thước các hạt tinh bột trong các lớp lắng. Lớp khảo sát Đường kính hạt xuất hiện nhiều nhất (µm) Đường kính hạt trung bình (µm) Độ lệch chuẩn Ở đáy 14 14,5 3,7 1/3 chiều cao tính từ đáy 16 14,5 3,9 Ở giữa 12 11,7 4,1 2/3 chiều cao tính từ đáy 12 10,9 4,3 0,3cm tính từ bề mặt 8 9,6 4,4 Lớp bề mặt 6,9 4 4,5 Thời gian lắng: dựa vào việc khảo sát kích thước hạt, tính được vận tốc lắng, ta có thể xác định thời gian lắng. Thời gian lắng thường kéo dài. Tốc độ lắng: phụ thuộc kích thước hạt, khối lượng riêng của hạt và độ nhớt. Nhược điểm của máng lắng: Tách dịch bào không triệt để. Thời gian kéo dài. Mức độ cơ giới thấp. Thiết bị ly tâm Việc sử dụng máy ly tâm sẽ tăng hiệu quả của quá trình tách dịch bào. Ưu điểm của phương pháp ly tâm so với phương pháp lắng: Thời gian nhanh. Khả năng tách tốt hơn, độ đồng đều tăng. Cơ giới hóa được. Các máy ly tâm có thể sử dụng: Thiết bị ly tâm tháo bã bằng vít tải Cấu tạo: một thiết bị ly tâm truyền thống thường thấy gồm một tang hoặc một trục lăn kín nằm ngang với một băng cạo liên tục hình xoắn ốc (continuous spiral-ribbon starch scraper) nằm bên trong. Tang quay sẽ quay trong một khung bi có ổ đỡ hai đầu. Tang và lưỡi cạo được dẫn động với vận tốc quay gần như nhau thông qua một hộp giảm tốc được nối với động cơ nhờ một nối trục. Hình 16: Cấu tạo của thiết bị ly tâm tháo bã bằng vít tải Nguyên lý hoạt động: sữa tinh bột sẽ đi vào thiết bị ở đầu có ống nhập liệu. Dưới tác dụng của lực li tâm, tinh bột và những tạp chất rắn, mịn chưa được tách hết trong quá trình tách bã sẽ được tách ra khỏi dịch bào. Khi đó, chúng tập trung ở vành ngoài của thiết bị và nhờ dao cạo mang theo chiều ngược lại về phía đầu nhỏ, ở đây chúng được trộn với nước sạch và lấy ra. Tinh bột này sẽ được đem rửa, lọc thành tinh bột tinh khiết ở giai đoạn sau. Nước sử dụng ở đây phải là nước tinh khiết đã được qua xử lý làm mềm. Dịch bào được thoát ra ở đầu kia của thiết bị. Hình 17: Nguyên tắc hoạt động của thiết bị ly tâm tháo bã bằng vít tải Ư u điểm: năng suất lớn, kích thước nhỏ. Do thiết bị không sử dụng lưới lọc nên bền khi sử dụng, tốn ít chi phí cho bảo trì, thay thế. Nhược điểm: kết cấu thiết bị phức tạp, khó làm vệ sinh. Thiết bị ly tâm đĩa Cấu tạo: bộ phận chủ yếu của thiết bị là roto được cấu tạo gồm các đĩa hình côn xếp chồng lên nhau, cách nhau một khoảng xác định từ 0,4 ÷ 1,5 mm. Độ nghiêng của đĩa từ 45 ÷ 60o. Hình 18 : Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của thiết bị ly tâm đĩa Nguyên lý hoạt động: hỗn hợp sữa tinh bột được đưa vào khoảng không gian giữa các đĩa (theo các lỗ trên đĩa hay từ bên hông). Sữa tinh bột chảy theo các rãnh trên trục vào khe của các đĩa rồi phân bố thành lớp mỏng giữa các đĩa. Dưới tác dụng của lực li tâm, tinh bột và các hạt nặng sẽ dâng lên phía mặt dưới của đĩa phía trên và chuyển động ra ngoài mép đĩa, dịch bào sẽ tách ra lắng lên bề mặt trên của đĩa phía dưới và chuyển động về phía tâm của đĩa. Cùng lúc đó, nước được một bơm ly tâm bơm dọc theo trục rỗng phía dưới vào khoang nước nằm giữa vỏ bên trong và thành ngoài. Nước sạch từ buồng chứa nước sẽ theo những miệng lỗ vào vỏ trong, nhờ đó mà tinh bột được rửa tốt để tách các tạp chất nhỏ còn lại. Tinh bột cùng với nươc sau đó sẽ được ép qua các miệng lỗ và ra khỏi hệ thống ở dạng huyền phù cô đặc. Trong quá trình ly tâm tách dịch bào này có kết hợp với quá trình rửa tách các tạp chất mịn còn trong tinh bột. Ưu điểm: cường độ phân li lớn, cấu tạo chắc chắn, gọn nhẹ. Nhược điểm: kết cấu thiết bị phức tạp, giá thành thiết bị cao. Thiết bị ly tâm lọc tháo bã bằng pittông Cấu tạo: cấu tạo của thiết bị gồm một buồng ly tâm bên ngoài có bố trí lưới lọc. Trong thiết bị có hệ thống pittông để đẩy bã ra ngoài có thể chuyển động tịnh tiến nhờ xy lanh thủy lực. Nguyên tắc hoạt động: hỗn hợp sữa tinh bột được đưa vào thiết bị qua hệ thống nhập liệu ở một đầu của thiết bị. Khi thiết bị li tâm hoạt động, tinh bột và các hạt pha nặng khác được giữ lại trên lớp vải lọc, nước lọc chui qua vách ngăn ra ngoài thùng. Bã lọc sẽ được pittông đẩy ra ngoài khi thực hiện chuyển động tịnh tiến nhờ xi lanh thủy lực. Nước rửa được phun lên thành thùng để rửa dịch bào còn dính ở tinh bột. Hình 19 : Cấu tạo, nguyên lý hoạt động thiết bị ly tâm tháo bã bằng pittông Ưu điểm: kết cấu gọn, chắc chắn, hoạt động liên tục, năng lượng tiêu thụ trên một đơn vị sản phẩm nhỏ, độ ẩm của bã lọc nhỏ, năng suất lớn. Nhược điểm: cấu tạo phức tạp, lưới lọc chóng bị mòn do ma sát nhiều với pittông. Ưu điểm của phương pháp li tâm so với phương pháp lắng: Hiệu suất thu hồi tinh bột cao hơn nên tổn thất ít hơn. Thời gian thực hiện ngắn nên năng suất cao. Dễ cơ giới hóa. Rửa tinh bột Mục đích Phần tinh bột thu được sau khi ly tâm lần thứ hai trong đó có thể vẫn còn lẫn tạp chất mịn có kích thước lớn hơn kích thước của hạt tinh bột nên sau khi ly tâm, dịch tinh bột được pha loãng bởi nước rồi được khuấy trộn để tách các bã mịn ra khỏi các hạt tinh bột. Mục đích của quá trình tách bã mịn là nhằm tách triệt để tạp chất mịn ra khỏi tinh bột, làm tăng độ tinh khiết của sản phẩm sau này. Cách tiến hành Để tách bã mịn, đầu tiên người ta sẽ pha loãng tinh bột với nước trong một bồn có lắp cánh khuấy sau đó cho dịch tinh bột qua một hệ nhiều thiết bị rây với kích thước lỗ rây nhỏ dần. Không nên cho dịch sữa tinh bột qua thiết bị rây có kích thước lỗ rây nhỏ ngay từ đầu vì mặt rây quá dày hiệu suất tách tinh bột sẽ thấp. Tách tinh bột Mục đích Mục đích của quá trình tách tinh bột là tách bớt nước ra khỏi tinh bột, đưa khối tinh bột về độ ẩm thích hợp để tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình sấy tiếp theo hoặc dễ dàng đưa vào làm nguyên liệu trong các ngành sản xuất khác. Các biến đổi trong quá trình tách tinh bột Biến đổi vật lý Trong quá trình tách tinh bột diễn ra sự tách nước ra khỏi các hạt tinh bột dưới tác dụng của trọng lực hay lực li tâm. Biến đổi hóa lý Nồng độ chất khô của hỗn hợp sau khi tách nước tăng lên. Cách tiến hành Sau khi tinh chế ta thu được dịch sữa tinh bột thuần khiết có nồng độ 3oBx. Để tách nước ra khỏi tinh bột ta có đem lắng hoặc ly tâm. Thông thường người ta sử dụng thiết bị ly tâm để tách tinh bột. Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của thiết bị tương tự như phần tách dịch bào. Hình 20 : Cyclon tách tinh bột Thông số kỹ thuật Thời gian ly tâm: càng nhanh càng tốt nhưng vẫn phải đảm bảo khoảng thời gian tối ưu để có thể tách được một lượng nước nhất định. Nồng độ chất khô khi cho vào khoảng 3oBx. Độ ẩm của tinh bột sau quá trình tách nước khoảng 35 ÷ 40%. Thiết bị Thiết bị ly tâm dạng cyclon. Thiết bị lọc chân không thùng quay. Sấy tinh bột Mục đích Quá trình sấy tinh bột nhằm mục đích tách một lượng lớn nước ra khỏi khối tinh bột ướt vừa được tinh sạch, đưa khối tinh bột ướt về trạng thái bột khô. Ở trạng thái đó, tinh bột bảo quản được trong thời gian lâu hơn, dễ dàng đóng gói và vận chuyển đi xa để phục vụ cho nhiều ngành sản xuất khác. Các biến đổi trong quá trình sấy tinh bột Biến đổi vật lý Trong quá trình sấy diễn ra sự bốc hơi nước ra khỏi khối tinh bột dẫn đến một số biến đổi vật lý sau: Khối lượng của khối tinh bột giảm xuống. Sự thay đổi hình dạng của các hạt tinh bột do các hạt tinh bột bị co lại. Các hạt tinh bột tách rời nhau, khối tinh bột chuyển từ trạng thái bột nhão sang trạng thái các hạt bột khô. Ngoài ra, màu sắc của sản phẩm tinh bột còn tăng về độ trắng và độ sáng mà nguyên nhân là do sự thay đổi về khả năng hấp thụ và phản xạ ánh sáng của vật liệu dưới tác dụng của nhiệt độ cao. Biến đổi hóa học Những biến đổi hóa học trong quá trình sấy tinh bột diễn ra không đáng kể, trừ một số trường hợp ta sấy tinh bột ở nhiệt độ cao trong thời gian quá dài sẽ xảy ra một số phản ứng làm biến màu hạt tinh bột. Biến đổi hóa lý Những biến đổi hóa lý diễn ra trong quá trình sấy tinh bột: Có hiện tượng bốc hơi của ẩm ra khỏi khối tinh bột. Việc bốc hơi ẩm từ bề mặt tạo ra sự chênh lệch ẩm giữa lớp bề mặt và các lớp bên trong vật liệu, kết quả là có sự khuếch tán ẩm từ các lớp bên trong ra lớp bề mặt của vật liệu. Biến đổi hóa sinh Các enzyme có sẵn trong nguyên liệu sẽ bị ức chế. Biến đổi sinh học Biến đổi sinh học chủ yếu diễn ra trong quá trình sấy tinh bột là sự ức chế và tiêu diệt các vi sinh vật trên bề mặt vật liệu. Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình sấy tinh bột Quá trình sấy tinh bột chịu ảnh hưởng của các yếu tố sau: Độ ẩm ban đầu của khối vật liệu: độ ẩm ban đầu của khối vật liệu càng cao thì thời gian sấy càng kéo dài. Tính chất của tác nhân sấy như: độ ẩm, nhiệt độ và tốc độ chuyển động của dòng tác nhân sấy trong quá trình sấy. Thời gian sấy. Phương pháp sấy. Chế độ sấy: chế độ công nghệ sấy tinh bột phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt độ hồ hóa. Nhiệt độ sấy của sản phẩm luôn phải nhỏ hơn nhiệt độ hồ hóa ở giai đoạn đầu. Nếu ở giai đoạn đầu khi độ ẩm còn cao, vật liệu tiếp xúc với tác nhân sấy ở nhiệt độ cao thì lớp bề mặt của tinh bột sẽ bị hồ hóa tạo thành lớp keo mỏng bịt kín bề mặt thoát ẩm từ trong lòng vật liệu ra ngoài. Nhiệt độ hồ hóa của tinh bột có độ ẩm 70% trở lên dao động trong khoảng 55 ÷ 60oC. Bởi vậy nhiệt độ sản phẩm trong quá trình sấy ban đầu nằm trong khoảng 50 ÷ 52oC. Sau một thời gian sấy khi độ ẩm khối bột còn khoảng 20 ÷ 22% thì khả năng hồ hóa của tinh bột khó xảy ra, có thể nâng nhiệt độ của sản phẩm lên 65 ÷ 70oC để đẩy nhanh quá trình sấy. Phương pháp sấy tinh bột Có 2 phương pháp sấy được sử dụng trong quá trình sấy tinh bột là: Sấy đối lưu: là phương pháp sấy cho tiếp xúc trực tiếp vật liệu sấy với không khí nóng, khói lò… (còn gọi là tác nhân sấy). Sấy tiếp xúc: là phương pháp sấy không cho tác nhân sấy tiếp xúc trực tiếp với vật liệu sấy mà tác nhân sây truyền nhiệt cho vật liệu sấy gián tiếp qua một bề mặt ngăn. Sấy đối lưu Quá trình sấy có lớp vật liệu rời xếp lớp Nguyên tắc: trong các thiết bị sấy loại này, vật liệu được bố trí nằm yên tại chỗ (trạng thái tĩnh) và dòng tác nhân thổi song song dọc theo bề mặt vật liệu. Phạm vi ứng dụng: chỉ sử dụng trong các cơ sở sản xuất nhỏ, thủ công. Thiết bị: Thiết bị sấy hoạt động gián đoạn dạng buồng sấy. Cấu tạo Hình 21 : Buồng sấy Chú thích: A – Lối vào của tác nhân sấy B – Lối ra của tác nhân sấy C – Quạt D – Động cơ của quạt E – Calorifer G – Tấm chắn hướng dòng không khí H – Xe goòng và khay chứa nguyên liệu Nguyên tắc hoạt động: Tinh bột ướt được cho lên các khay chứa, xếp khay chứa lên giá đỡ của xe goòng, đưa xe goòng vào trong buồng sấy. Không khí được hút vào buồng sấy qua cửa A, được gia nhiệt khi đi qua calorifer E, sau đó không khí được quạt thổi vào trong buồng sấy để bắt đầu quá trình sấy tinh bột. Không khí sau khi sấy được chia làm 2 phần: một phần tiếp tục hoàn lưu lại calorifer, một phần thoát ra ngoài thông qua cửa thoát khí B. Sau khi vật liệu sấy đạt độ ẩm yêu cầu, xe goòng được đưa ra ngoài. Xe goòng được đưa vào hoặc lấy ra ở cửa phòng bằng tay hoặc động cơ. Trong suốt quá trình sấy, lớp vật liệu sấy đứng yên. Thông số kỹ thuật: Nhiệt độ dòng không khí : 50 ÷ 70oC. Áp suất trong buồng sấy: áp suất khí quyển. Vận tốc tác nhân sấy trong buồng sấy: 0,5 ÷ 1m/s. Thiết bị sấy hoạt động liên tục dạng hầm sấy Cấu tạo Hình 22 : Hầm sấy sử dụng băng tải để vận chuyển vật liệu sấy Nguyên tắc hoạt động: Tinh bột ướt theo hệ thống máng nhập liệu được đưa vào bên trong buồng sấy. Không khí sau khi được gia nhiệt được dẫn vào hệ thống dẫn không khí nóng nằm vuông góc với chiều chuyển động của dòng vật liệu sấy và thực hiện quá trình sấy. Nguyên liệu sau khi đi hết chiều dài của băng tải thứ nhất, qua thiết bị nghiền rồi rớt xuống băng tải thứ hai và tiếp tục quá trình sấy. Khi tinh bột đạt đến độ ẩm yêu cầu thì nó được tháo ra ngoài qua máng tháo liệu. Không khí sau khi sấy một phần hoàn lưu trở lại thiết bị sấy, một phần thoát ra ngoài theo ống thoát khí. Thông số kỹ thuật: Độ ẩm ban đầu của tinh bột khi sấy bằng phương pháp này có giá trị khoảng 40%. Độ ẩm đầu ra của tinh bột khoảng 17%. Nhiệt độ sấy khoảng 50 ÷ 55oC. Vận tốc dòng không khí khoảng 0,5 ÷ 1m/s. So sánh ưu nhược điểm của thiết bị sấy hoạt động liên tục và gián đoạn: Cả hai thiết bị này đều có chung một nhược điểm của loại máy sấy tĩnh là sấy không đều giữa các lớp do hiện tượng phân tầng không khí (không khí nóng có khối lượng riêng bé nổi lên trong khi đó không khí lạnh có khối lượng riêng lớn chìm xuống). Bảng 12 : So sánh thiết bị sấy hoạt động liên tục và gián đoạn Buồng sấy Hầm sấy Vật liệu sấy không được đảo trộn trong quá trình sấy nên thời gian sấy dài. Vật liệu sấy được đảo trộn khi đi từ băng tải trên xuống băng tải dưới nên sấy đều hơn và dẫn đến thời gian sấy ngắn hơn. Tổn thất nhiệt lớn vì nhiệt lượng của tác nhân sấy không được sử dụng triệt để (nạp vật liệu vào và tháo vật liệu ra phải mở toang cửa phòng). Tổn thất nhiệt ít hơn. Điều kiện làm việc nặng nhọc, khó kiểm tra quá trình. Điều kiện làm việc tương đối dễ dàng. Quá trình sấy có lớp vật liệu rời lưu động Trong công nghiệp sản xuất tinh bột khoai mì, phương pháp chủ yếu dùng để sấy khô tinh bột là sử dụng hệ thống sấy khí thổi. Nguyên tắc: Thực hiện quá trình sấy trong trạng thái khí động, hạt vật liệu sấy bị lôi cuốn theo dòng tác nhân nên sự trao đổi nhiệt và trao đổi ẩm giữa dòng tác nhân và vật liệu sấy rất mãnh liệt. Phạm vi ứng dụng: Vật liệu sấy dạng hạt nhẹ dễ tách ẩm. Sản phẩm sấy khô đều, năng suất cao. Ứng dụng trong các nhà máy lớn. Thiết bị sấy khí thổi Hình 23 : Thiết bị sấy khí thổi Cấu tạo Hình 24 : Hệ thống sấy khí thổi một bậc có bộ phận phân loại vật liệu sấy theo độ ẩm Nguyên lý hoạt động: Tinh bột ướt được cấp vào ống sấy nhờ vít tải nhập liệu. Không khí do quạt thổi qua lò gia nhiệt không khí, tác nhân sấy được gia nhiệt đến nhiệt độ cần thiết rồi được thổi vào ống sấy. Với vận tốc cao của dòng tác nhân sấy, tinh bột bị cuốn theo dòng tác nhân sấy chuyển động từ dưới lên và được sấy khô. Phía trên ống sấy, tinh bột được thổi vào bộ phận giảm tốc độ dòng và phân loại theo độ ẩm, các hạt tinh bột còn ẩm nặng hơn sẽ rơi vào ống thứ nhất và hoàn lưu trở lại thiết bị sấy, các hạt tinh bột đã khô thì rơi vào cyclon lắng để tách ra khỏi dòng không khí. Thông số kỹ thuật: Do thời gian sấy ngắn (5 ÷ 7 giây) nên cho phép sấy ở nhiệt độ cao (100 ÷ 150oC) mà không sợ ảnh hưởng đến chất lượng của hạt tinh bột. Vân tốc dòng tác nhân khoảng 10 ÷ 20m/s. Năng lượng tiêu thụ khoảng 4600 ÷ 5000 KJ/Kg ẩm. Độ ẩm ban đầu của tinh bột khoảng 40%. Độ ẩm của tinh bột sau khi sấy khoảng 10 ÷ 13%. Ưu, nhược điểm của hệ thống sấy khí thổi: Ưu điểm: thời gian sấy ngắn, năng suất cao, thiết bị tương đối đơn giản. Nhược điểm: tiêu tốn nhiều năng lượng. Sấy tiếp xúc Một phương pháp sấy khác cũng được ứng dụng trong kỹ thuật sấy tinh bột là phương pháp sấy tiếp xúc. Tuy nhiên hiện nay người ta rất ít sử dụng thiết bị này để sấy tinh bột. Thiết bị sấy sử dụng là thiết bị sấy 2 trục lăn. Cấu tạo Hình 25 : Thiết bị sấy 2 trục lăn nhập liệu từ dưới lên Hình 26 : Thiết bị sấy 2 trục lăn nhập liệu từ trên xuống Nguyên tắc hoạt động: Tinh bột ướt được nhập từ trên xuống giữa hai trục lăn (drum) quay ngược chiều nhau. Hơi nước được cấp vào trong 2 trục đốt nóng thành trục cấp nhiệt gián tiếp cho vật liệu sấy, làm khô vật liệu sấy. Tinh bột khô sẽ được tách khỏi bề mặt trục lăn nhờ dao cạo. Vật liệu khô sẽ rơi xuống vít tải và được vận chuyển ra ngoài. Sau khi sấy xong tinh bột thu được ở dạng cục hay mảng do đó cần phải thông qua quá trình nghiền để thu được tinh bột dạng hạt mịn. Hình 27 : Nguyên lý hoạt động của thiết bị sấy 2 trục lăn Thông số kỹ thuật: Áp suất làm việc: áp suất khí quyển. Vận tốc trục lăn: 2 ÷ 10 vòng/phút. Áp suất hơi nước: 2 ÷ 3 atm. Bao gói Mục đích Mục đích của quá trình bao gói là nhằm bảo vệ sản phẩm tinh bột sau khi đã sấy khô và làm nguội khỏi các tác động không tốt của môi trường xung quanh như: độ ẩm, nhiệt độ, ánh sáng, vi sinh vật… nhằm kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm. Ngoài ra, việc bao gói còn nhằm mục đích thuận tiện cho vận chuyển và phân phối tới người tiêu dùng. Cách tiến hành Việc bao gói có thể thực hiện bằng tay hoặc bằng các thiết bị bao gói tự động. Hình 28 : Thiết bị bao gói PHẦN 5 : XỬ LÝ NƯỚC THẢI Nước thải chế biến tinh bột sắn có hàm lượng chất hữu cơ cao làm giảm oxy hoà tan trong nước, thúc đẩy quá trình phân hủy yếm khí các vi sinh vật trong nước phát sinh mùi hôi thối ảnh hưởng nghiêm trọng tới chất lượng môi trường và gây mất mỹ quan. Bên cạnh đó, quá trình chuyển hoá tinh bột thành acid hữu cơ làm cho pH trong nước thải giảm, pH thấp trong nước thải có tác dụng xấu tới các động vật thủy sinh, đặc biệt các loài vốn ưa môi trường kiềm, làm chết tảo, cá di chuyển nơi sống, làm chua đất. Hàm lượng SS trong nước thải cao là nguyên nhân gây lắng đọng và thu hẹp diện tích các mương dẫn và các dòng tiếp nhận nước thải. Vì vậy, quá trình xử lý nước thải là một quá trình không kém phần quan trọng. Chất thải từ ngành công nghiệp chế biến thực phẩm nói chung và ngành công nghiệp sản xuất tinh bột sắn nói riêng luôn là vấn đề bức xúc của mỗi quốc gia, không chỉ ảnh hưởng đến môi trường đất, nước, không khí, gây mất mỹ quan khu vực xung quanh mà còn ảnh hưởng trực tiếp tới sức khoẻ của cộng đồng. Công nghệ sản xuất tinh bột sắn làm phát sinh cả ba dạng chất thải: khí thải, nước thải, chất thải rắn. 5.1. CÁC DẠNG CHẤT THẢI 5.1.1. KHÍ THẢI Khí thải phát sinh trong quá trình sản xuất tinh bột sắn có thể kể đến các loại khí sau. Trong sản xuất tinh bột sắn, hợp chất cyanegenic glucozit thuỷ phân giải phóng HCN, đây là acid dễ bay hơi, chúng phát tán vào không khí gây ảnh hưởng đến sức khỏe của con người và gia súc. Các nguồn phát sinh khí thải gây ô nhiễm : + Sản xuất tinh bột sắn ở quy mô công nghiệp thường có lò cấp nhiệt cho quá trình sấy khô sản phẩm, quá trình chạy máy phát điện. Do vậy khí ô nhiễm có thể phát sinh do quá trình đốt dầu, thành phần chính của các loại khí này: NO2, SO2, bụi,... + Để tẩy trắng tinh bột ở qui mô sản xuất lớn có thể đốt lưu huỳnh tạo sunfuađioxit, quá trình này phát sinh SO2. Ngoài ra SO2 còn phát sinh từ khu vực nghiền bột trong trường hợp định lượng quá nhiều SO2 vào dung dịch sữa bột. + Ô nhiễm khí còn phát sinh từ quá trình thuỷ phân các hợp chất hữu cơ trong bã thải rắn hoặc trong nước thải từ các hồ sinh học như: H2S, NH3, Indol, xeton...Có khả năng gây các bệnh về đường hô hấp, ung thư, nguy hiểm cho con người. + Không khí còn bị ô nhiễm bởi bụi của quá trình vận chuyển nguyên liệu về bãi chứa của nhà máy, bụi trong quá trình sàng, sấy khô và đóng bao sản phẩm. + Ngoài ra còn có ô nhiễm tiếng ồn từ các máy rữa, máy nghiền, máy ly tâm... 5.1.2 NƯỚC THẢI 5.1.2.1. Nguồn phát sinh và đặc trưng của nước thải sản xuất tinh bột sắn Quá trình sản xuất tinh bột sắn là một quy trình công nghệ có nhu cầu sử dụng nước khá lớn khoảng 25 – 40 m3/tấn sản phẩm, tuỳ thuộc vào công nghệ khác nhau. Lượng nước thải từ quá trình này chiếm 80 – 90% tổng lượng nước sử dụng. Nước thải từ công đoạn rửa củ và tinh chế bột là hai nguồn gây ô nhiễm chính trong công nghệ chế biến tinh bột sắn. + Nước thải từ công đoạn rửa củ và bóc vỏ chiếm khoảng 30% tổng lượng nước sử dụng chứa chủ yếu là: cát, sạn, hàm lượng hữu cơ không cao, pH ít biến động khoảng 6,5 – 6,8. + Nước thải từ công đoạn tinh chế bột có hàm lượng ô nhiễm chất hữu cơ cao (COD: 10000 – 13000mg/l; BOD: 4000 – 9000mg/l), hàm lượng cặn lơ lửng, cặn khó chuyển hoá lớn (gồm xơ mịn, pectin và các cặn không tan khác), pH = 5,7 – 6; lượng nước này chiếm khoảng 60%. + Ngoài hai nguồn ô nhiễm trên còn có khoảng 10% nước thải từ quá trình rửa sàng, thiết bị, nước từ phòng thí nghiệm, từ sinh hoạt...Nước thải loại này có COD khoảng 2000 – 2500 mg/l; BOD khoảng 400 – 500mg/l. Bảng 13 : đặc trưng nước thải sản xuất tinh bột sắn Thành phần Rửa củ Nước thải tinh chế TCVN 5945-2005,B Ph 6,5-6,8 5,7-6 5,5-9 COD (mg/l) 1500-2000 1000-15000 80 BOD (mg/l) 500-1000 4000-9000 50 SS(mg/l) 1150-2000 1360-5000 100 CN (mg/l) 11 32 0,1 Tổng N (mg/l) 122-270 30 Tổng P (mg/l) 24-31 6 5.1.2.2. Phân loại nước thải nhà máy Nước thải từ nhà máy được phân làm hai luồng: nước thải rửa củ và nước thải tinh chế bột. + Nước rửa củ có COD khoảng 1500mg/l; SS khoảng 1200mg/l; BOD khoảng 800mg/l. + Nước thải tinh chế bột có COD khoảng 10000mg/l; BOD khoảng 7000mg/l; SS khoảng 3000 mg/l. Nói chung nước thải sản xuất tinh bột sắn có độ ô nhiễm cao vượt quá TCCP. Vì vậy, nhà máy chế bến tinh bột sắn cần thiết phải xử lý nước trước khi thải ra nguồn tiếp nhận. 5.1.3. CHẤT THẢI RẮN Nguồn tạp chất cũng như phế phụ phẩm trong quá trình sản xuất cũng là nguyên nhân gây ô nhiễm. Trong sản xuất tinh bột sắn từ củ tươi, chất thải rắn chủ yếu phát sinh từ các công đoạn rửa củ, bóc vỏ và các công đoạn lọc. Chất thải rắn từ khâu rửa củ bao gồm đất, cát, lớp vỏ lụa và một phần thịt củ bị vỡ do va chạm mạnh hoặc do sắn nguyên liệu bị dập, thối, lượng chất thải này chiếm khoảng 5% sắn nguyên liệu. Trong công đoạn tách bã, phần còn lại là nguồn phát sinh chất thải rắn vô cùng lớn, chiếm khoảng 40% sắn nguyên liệu 5.2. CÁC BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU Ô NHIỄM Giảm thiểu ô nhiễm môi trường do bụi Đối với ô nhiễm bụi tại công đoạn đóng bao thành phẩm Công đoạn chứa bột thành phẩm từ silô chứa bột và bao bì sẽ được thực hiện với các thiết bị có bố trí hệ thống chụp kín ngay tại đầu ống rút bột, tạo áp suất âm để thu hồi bột tại thiết bị xử lý. Thiết bị xử lý được dùng hầu hết các nhà máy chế biến tinh bột sắn là thiết bị lọc túi vải (được bố trí bên ngoài phòng đóng bao thành phẩm). Bụi bột chỉ giới hạn trong phòng đóng bao sản phẩm, nên không ảnh hưởng đến môi trường không khí ở các khu vực lân cận. Bụi bột có khả năng thoát ra môi trường bên ngoài chỉ xảy ra khi có người ra vào phòng. Do đó việc hạn chế ra vào đối với những người không có nhiện vụ cũng là một biện pháp hạn chế ảnh hưởng của nguồn ô nhiễm này. . Đối với ô nhiễm bụi do hoạt động giao thông và khu vực thu mua nguyên vật liệu Bụi phát sinh do hoạt động của các phương tiện giao thông ra vào nhà máy, bụi từ các khu vực tập trung nguyên liệu và vận chuyển sản phẩm. Do đây là nguồn ô nhiễm phân tán nên thường dùng biện pháp phun nước tại khu vực bãi nguyên liệu và khu vực có hoạt động giao thông để khống chế nguồn ô nhiễm này. 5.2.2. Giảm thiểu ô nhiễm khí thải Hiện nay hầu hết các nhà máy chế biến tinh bột sắn dùng nhiên liệu dầu FO tạo hơi nóng cấp nhiệt để sấy khô tinh bột. Khí thải từ quá trình đốt dầu phát sinh khí ô nhiễm như bụi, SO2, NO2, ...Tuy nhiên biện pháp giảm thiểu hữu hiệu nhất có thể giảm thiểu ô nhiễm khí độc là thay thế nhiên liệu này bằng các nhiên liệu sạch như gas, năng lượng mặt trời ... Năng lượng này có thể thu hồi từ khí Biogas sinh ra từ quá trình xử lý yếm khí. 5.2.3. Giảm thiểu ô nhiễm mùi từ bãi chứa chất thải rắn và nước thải + Bố trí nhà xưởng thoáng, tạo điều kiện thông gió tự nhiên tại các vị trí phát sinh mùi hôi. + Giảm thiểu bã thải rắn tồn đọng lâu ngày, thường xuyên dọn vệ sinh mặt bằng. + Vấn đề quản lý nội vi được chú trọng, vệ sinh nhà xưởng sạch sẽ, không để nước tù đọng gây ô nhiễm mùi. + Hệ thống cống dẫn nước thải phải được khơi thông thường xuyên tránh gây tác nghẽn, công nghệ xử lý nước thải phù hợp 5.3. BIỆN PHÁP GIẢM THIỂU CHẤT THẢI RẮN VÀ BÃ THẢI Có thể áp dụng các biện pháp sau để giảm thiểuô nhiễm từ chất thải rắn và bã thải : + Đối với bã sắn có độ ẩm cao từ 80 – 90%, tinh bột chứa 5 – 7% ,11 – 15% chất khô. Thông thường bã sắn được xử lý theo các cách sau: • Chế biến làm thức ăn cho gia súc • Làm phân bón vi sinh • Lên men để sản xuất cồn… + Đối với vỏ cùi có hàm lượng tinh bột chiếm từ 5 – 8% nhưng vỏ cùi chứa nhiều độc tố nên hạn chế làm thức ăn gia súc. Vỏ cùi có thể tách riêng ủ làm phân bón. Riêng vỏ lụa, đất, cát nên thiết kế bãi chôn lấp hoặc đốt. + Đối với bùn, cặn từ hệ thống xử lý nước thải: Sau khi được làm khô nước lượng bùn cặn này có thể làm phân bón hay đem đi chôn lấp 5.3.1. Các biện pháp áp dụng xử lý nước thải chế biến tinh bột sắn 5.3.1.1. Phân luồng dòng thải Cần phân luồng dòng thải để giảm tải lượng nước thải cần xử lý, giảm thể tích bể cần xử lý. Việc phân luồng dòng thải trước khi xử lý sẽ tiết kiệm được chi phí đầu tư xây dựng, giảm diện tích mặt bằng cần thiết cũng như chi phí vận hành sau này. Nước thải trong nhà máy chế biến tinh bột sắn có hai nguồn chính là nước thải rửa củ và nước thải trong quá trình tinh chế bột, ngoài ra còn có một lượng nước thải trong quá trình rửa sàn nhà, phòng thí nghiệm, nước thải sinh hoạt của nhà máy. Vì vậy, có thể phân luồng như sau: + Dòng nước thải ít ô nhiễm: Nước thải thu được trong quá trình rửa sắn củ tươi chứa chủ yếu là đất, cát và một lượng nhỏ sắn bị vỡ do va đập trong quá trình rửa củ. Lượng nước này do có độ ô nhiễm không cao nên được xử lý chủ yếu bằng cơ học: lắng lọc để tách đất, cát và vỏ sắn. Nước sau xử lý được quay trở lại cùng với nước sạch để rửa sắn nguyên liệu. Phần các tạp chất còn lại được đưa đi chôn lấp. + Dòng nước thải ô nhiễm vừa: Nước rửa nhà sàn, thiết bị, nước thải từ phòng thí nghiệm, từ sinh hoạt của cán bộ công nhân viên... + Dòng nước thải ô nhiễm nặng: Nước thải trong quá trình sàng lọc và trích ly chứa hàm lượng chất hữu cơ cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn, pH thấp, nước thải sản xuất tinh bột sắn còn chứa các chất khó hoặc chậm chuyển hoá như: Dịch bào, xơ sắn, pectin.. Việc phân loại dòng nước thải tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý sau này. 5.3.1.2. Các biện pháp áp dụng để xử lý nước thải Việc lựa chọn phương pháp cũng như biện pháp, công trình cụ thể để áp dụng trong dây chuyền công nghệ xử lý nước thải phụ thuộc vào đặc điểm tính chất nước thải, mức độ cần thiết làm sạch. Dưới đây là một số phương pháp sử lý nước thải: Phương pháp xử lý cơ học Bao gồm các quá trình xử lý sơ bộ, lắng, lọc. Phương pháp này thường được sử dụng trong giai đoạn tiền xử lý nhằm tách các vật nổi có kích thước lớn, tách các tạp chất lắng ra khỏi nước thải để đảm bảo cho bơm, đường ống, hoạt động hiệu quả không bị tắc đồng thời giảm tải lượng ô nhiễm. + Đối với nước thải rữa củ tinh bột sắn có chứa nhiều đất, cát, sạn, vỏ... Ta có thể áp dụng phương pháp lắng lọc cơ học để xử lý nước thải này trước khi đưa đến các công trình xử lý tiếp theo. Những tạp chất này có kích thước tương đối lớn, dễ dàng tách ra khỏi nước thải, Phần cặn lơ lửng có kích thước nhỏ hơn được tách nhờ lọc. Như vậy ta có thể sử dụng bể lắng cát để xử lý nước thải rửa củ. + Đối với nước thải tinh chế bột: nước thải này có hàm lượng tinh bột và zenluloza lớn, nước thải này cũng cần lắng để tách cặn thô trước khi xử lý sơ cấp. Nước sau khi lắng có hàm lượng SS, TS giảm, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình xử lý tiếp theo. Cặn lắng chứa xơ mịn và tinh bột có thể tận dụng làm thức ăn gia súc hoặc làm phân bón. Xử lý hoá lý Dựa trên quá trình đông tụ và keo tụ, tuyển nổi, trao đổi ion, tách bằng màng, điện hoá. Các phương pháp hoá lý thường được ứng dụng để tách các chất ô nhiễm ở dạng keo, hoà tan, chất hoạt động bề mặt hay kim loại nặng trong nước thải. Trong đó keo tụ là phương pháp đơn giản, xử lý hiệu quả nước thải có hàm lượng cặn lơ lửng lớn, nên đối với nước thải trích ly của nhà máy chế biến tinh bột sắn được áp dụng xử lý. Tác nhân keo tụ là các chất có nguồn gốc tự nhiên hoặc tổng hợp. Ta thường dùng polymer hữu cơ (PAA) vì chất này khá phổ biến và rẻ tiền, dễ sử dụng đặc biệt là không gây ô nhiễm thứ cấp, dễ dàng tự hủy trong thời gian ngắn. Sau khi keo tụ tạo thành các bông có kích thước lớn nên dễ dàng tách nhờ quá trình lắng Phương pháp sinh học Là phương pháp sử dụng các vi sinh vật để phân giải các chất ô nhiễm hữu cơ có trong nước thải có hàm lượng chất hữu cơ cao. Vi sinh vật sử dụng các chất hữu cơ và một số khoáng chất làm nguồn dinh dưỡng để xây dựng tế bào, đồng thời để khai thác năng lượng cho quá trình sống. Nhờ hoạt động sống của vi sinh vật, các chất ô nhiễm được chuyển hoá và nước thải được làm sạch Ưu điểm của phương pháp: + Khá đơn giản, rẻ tiền + Hiệu quả xử lý BOD, COD cao + Không gây ô nhiễm thứ cấp + Ngoài ra còn thu Biogas trong quá trình phân huỷ sinh học làm nhiên liệu khí đốt. Phương pháp sinh học được chia làm hai phương pháp: xử lý sinh học yếm khí và xử lý sinh học hiếu khí. Phương pháp xử lý hiếu khí: Là phương pháp sử dụng vi sinh vật để oxy hoá các hợp chất hữu cơ có trong nước thải. Thông thường phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng BOD thấp (BOD < 1500mg/l) Ưu điểm: + Tốc độ oxy hoá nhanh. + Thời gian lưu trong hệ thống ngắn. + Không gây mùi như xử lý yếm khí. Nhược điểm: + Tốn năng lượng cho sục khí. + Chỉ xử lý nước thải có hàm lượng ô nhiễm thấp. + Sau xử lý sinh ra lượng bùn lớn. Trong các phương pháp xử lý hiếu khí như: lọc sinh học, Aeroten, hồ hiếu khí, ...Sử dụng hệ thống Aeroten là có hiệu quả và phổ biến nhất. Sơ đồ xử lý nước thải bằng phương pháp sinh học Phương pháp xử lý yếm khí Chủ yếu là sử dụng các hồ sinh học để xử lý Nước thải trong các hồ được làm sạch nhờ các quá trình phân huỷ tự nhiên của các vi sinh vật yếm khí và tùy tiện. Các hồ có độ sâu khoảng 3m, nước thải sau khi xử lý được qua hồ đối chứng rồi thải ra nguồn tiếp nhận. + Ưu điểm: Vốn đầu tư không lớn, vật tư trang thiết bị đơn giản, dễ vận hành chi phí vận hành thấp, quá trình xử lý chủ yếu làm sạch tự nhiên nên tự động hoá không cao. + Nhược điểm: Diện tích xây dựng lớn; Hiệu quả xử lý không cao do phụ thuộc vào điều kiện tự nhiên; Thời gian lưu nước trong các hồ kéo dài (30 – 60 ngày) nên nước thải và bùn tích tụ trong các hồ lâu ngày gây mùi hôi thối, ảnh hưởng đến môi trường không khí. Đây là phương pháp sử dụng vi sinh vật để phân huỷ các chất hữu cơ có trong nước thải. Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ của quá trình xử lý yếm khí là khí sinh học(Biogas), chủ yếu là CH4 và CO2 có thể làm khí đốt. Thông thường phương pháp này chỉ áp dụng cho nước thải có hàm lượng ô nhiễm cao (BOD > 1800mg/l; SS ≥ 3000mg/l). Cơ chế của quá trình xử lý yếm khí: quá trình phân giải yếm khí các hợp chất hữu cơ thường xãy theo 4 giai đoạn: + Giai đoạn 1: thủy phân các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn như protein, gluxit, lipit...bị phân hủy dưới tác dụng của các. Enzim hydrolaza của vi sinh vật thành các chất hữu cơ phân tử lượng nhỏ như đường đơn, axit ammin... Giai đoạn 2: lên men các axit hữu cơ. Các sản phẩm thủy phân sẽ được các vi sinh vật hấp thụ và chuyển hóa trong điều kiện yếm khí, sản phẩm phân giải là các acid hữu cơ phân tử lượng nhỏ như acid propionic, acid butyric, acid lactic, các chất trung tính như rượu, andehyt, axeton. Thành phần của các sản phẩm trong giai đoạn lên men phụ thuộc vào bản chất các chất ô nhiễm, tác nhân sinh học và điều kiện môi trường. Ngoài ra trong giai đoạn này các acid ammin hình thành do thủy phân protein cũng được khử ammin, một phần gốc ammin được các vi sinh vật sử dụng cho quá trình sinh trưởng và phát triển, một phần được khử. + Giai đoạn 3: giai đoạn lên men tạo acid axetic. Các sản phẩm lên men phân tử lượng lớn như axit béo, axit lactic... sẽ được chuyển hóa đến axit axetic. CH3-CHOH-COOH à 2CH3-CH2-COOH + CH3-COOH + CO2 + H2O +Giai đoạn 4: giai đoạn metan hóa. Đây là giai đoạn quan trọng nhất của toàn bộ quá trình xử lý yếm khí thu Biogas. Hiệu quả xử lý sẽ cao khi các sản phẩm trung gian được khí hóa hoàn toàn. Quá trình hình thành khí mêtan thường xãy ra theo 2 cơ chế chủ yếu sau: • Sự hình hành khí mêtan do decacboxy hóa. CH4 được hình thành do decacboxy acid axetic CH3COOHà CH4 + CO2 CH4 được hình thành do decacboxy hóa các axit hữu cơ khác 4CH3-CH2-COOH + 2H2Oà 7CH4 + 5CO2 2CH3-(CH2)2-COOH + 2H2O à 5CH4 + 3CO2 CH4 cũng có thể được hình thành do decacboxy các chất trung tính 2C2H5OHà 3CH4 + CO2 CH3-CO-CH3 + H2Oà 2CH4 + CO2 • Sự hình thành CH4 theo cơ chế khử CO2, Hydro được hình thành do quá trình lên men axit hữu cơ, trong điều kiện yếm khí sẽ được các vi khuẩn Methanogene sử dụng như là chất nhượng hydro để khử CO2. Quá trình khử có thể bằng hydro phân tử hoặc bằng oxi hóa khử. Xử lý nước thải bằng phương pháp yếm khí có rất nhiều ưu điểm: + Có thể xử lý nước thải có hàm lượng chất hữu cơ rất cao và có khả năng phân hủy các hợp chất hữu cơ có phân tử lượng lớn, cấu trúc phức tạp mà các phương pháp khác hầu như không xử lý được. + Chi phí năng lượng cho xử lý thấp. + Lượng bùn tạo ra nhỏ. + Sản phẩm phân giải hoàn toàn các hợp chất hữu cơ trong quá trình xử lý là khí sinh học (biogas), thành phần chủ yếu là CH4, CO2. Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm + Thời gian lưu nước thải lâu, nên chi phí cho xây dựng lớn. + Thời gian ổn định công nghệ dài. + Quy trình vận hành khá phức tạp. + Hiệu quả xử lý thường chỉ đạt 75 – 90%. + Bùn có mùi đặc trưng. Nước thải tinh chế bột sắn có hàm lượng ô nhiễm rất cao, hàm lượng cặn lơ lửng lớn. Với đặc trưng của nước thải như vậy nên sử dụng phương pháp yếm khí để xử lý. Tuy nhiên dòng thải sau khi xử lý yếm khí cần được xử lý tiếp bằng phương pháp hiếu khí... để đạt TCCP trước khi ra nguồn tiếp nhận. PHẦN 6 : TÍNH TOÁN THIẾT KẾ PHẦN XƯỞNG TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG Quy trình công nghệ Quy trình công nghệ sản xuất tinh bột từ củ sắn Các thông số ban đầu cho quá trình tính toán Bảng 14 : Nồng độ chất khô của nguyên liệu, thành phẩm và bán thành phẩm qua các công đoạn STT Thành phẩm và bán thành phẩm Nồng độ chất khô 1 Khoai mì củ ban đầu 30% ÷ 40% 2 Cháo thu được sau khi nghiền 28% 3 Cháo đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 1 20% 4 Cháo sau khi tách dịch bào lần 1 45% 5 Cháo đưa vào thiết bị tách bã 30% 6 Cháo trong thiết bị tách bã 24% 7 Sữa bột thô vào thiết bị tách dịch bào lần 2 19% 8 Sữa bột thô trong thiết bị tách dịch bào lần 2 14% 9 Sữa bột vào thiết bị rửa 28% 10 Sữa bột trong thiết bị rửa 20% 11 Sữa bột vào thiết bị tách tinh bột 37% 12 Bột ướt trước khi sấy 60% 13 Tinh bột sau khi sấy 86% ÷ 88% Bảng 15 : Tỷ lệ mất chất khô STT Nơi mất chất khô Tỷ lệ % mất chất khô 1 Chất khô mất đi khi tách dịch bào lần 1 2% 2 Chất khô trong bã 40% 3 Chất khô mất đi khi tách dịch bào lần 2 2% 4 Chất khô thoát vào trong nước khi rửa tinh bột 2% 5 Chất khô thoát vào nước thải sau khi tách tinh bột 1,5% Bảng 16 : Tỷ lệ hao hụt tinh bột qua các công đoạn STT Công đoạn % hao hụt 1 Ngâm, rửa, cắt khúc 6% nguyên liệu trước khi nghiền 2 Nghiền 2% theo tạp chất 3 Tách dịch bào lần 1 0,3% lượng dịch bào thải ra 4 Tách bã 3% lượng bã thải ra 5 Tách dịch bào lần 2 0,2% lượng dịch bào thải ra 6 Rửa tinh bột 0,2% lượng nước rửa thải ra 7 Tách tinh bột 0,26% lượng nước tách 8 Sấy 0,1% lượng tinh bột ra khỏi thiết bị sấy Tính toán cân bằng vật chất cho từng khâu Với năng suất là 50 tấn tinh bột thành phẩm/ngày, làm việc một ngày 3 ca, mỗi ca làm việc 8 tiếng, một năm làm việc 300 ngày. Ta sẽ tính cân bằng vật chất theo mỗi giờ sản xuất. Khâu sấy Sấy Q1, W1 QC, WC QW Ta giả sử rằng các chất khô khác tinh bột trước khi sấy là không đáng kể nghĩa là hàm lượng chất khô của bột ướt cũng chính là hàm lượng tinh bột có trong bột ướt. Lượng tinh bột ra khỏi thiết bị sấy: Độ ẩm cân bằng của tinh bột ra khỏi thiết bị sấy là: WC = 12% ÷ 14% Độ ẩm của bột ướt trước khi vào thiết bị sấy: W1 = 38% ÷ 55% Thất thoát tinh bột theo khí thải: TTKT = 0,1%.QC = 0,001´2,083 = 0,002083 (T/h) Ta có phương trình cân bằng vật chất: Ta chọn WC = 12%, W1 = 40% thì năng suất của bột ướt vào thiết bị sấy là: Lượng ẩm tách ra: QW = Q1 – QC = 3,055 – 2,083 = 0,972 (T/h) Khâu tách tinh bột Tách tinh bột Q2, X2 Q1, X1 T1, t1 Phần trăm hàm lượng tinh bột có trong bột ướt: X1 = 100 – W1 = 100 – 40 = 60% Nồng độ sữa bột vào thiết bị tách tinh bột ta chọn là X2 = 37%. Lượng sữa bột vào thiết bị tách tinh bột Q2 (T/h). Lượng nước được tách T1 (T/h). Nồng độ chất khô thoát vào nước thải ta chọn khoảng t1 = 1,5% lượng nước tách được. Nồng độ tinh bột tự do thoát vào nước thải ta chọn khoảng = 0,26% lượng nước tách được. Phương trình cân bằng vật chất: Q2´X2 = Q1´X1 + T1´t1 Q2 = Q1 + T1 Lượng nước dịch tách được: T1 = Q2 – Q1 = 5,034 – 3,055 = 1,979 (T/h) Hàm lượng chất khô có trong nước thải: Hàm lượng tinh bột tự do có trong nước thải: Khâu rửa tinh bột Rửa () Q3, X3 Q2, X2 T2, t2 H1 Nồng độ chất khô trong sữa bột vào thiết bị rửa ta chọn X3 = 28%. Lượng sữa bột đưa vào thiết bị rửa Q3 (T/h). Nồng độ chất khô trong thiết bị rửa sau khi đưa nước vào pha loãng ta chọn. Lượng nước đưa vào để pha loãng H1 (T/h). Lượng nước rửa thải ra T2 (T/h). Hàm lượng chất khô trong nước rửa ta chọn t2 = 2% lượng nước sau khi rửa. Nồng độ tinh bột tự do thoát vào nước sau khi rửa ta chọn khoảng = 0,2% lượng nước sau khi rửa được. Ta có các phương trình cân bằng vật chất: Q3 + H1 = Q2 + T2 Q3´X3 = (Q3 + H1)´ Q3´X3 = Q2´X2 + T2´t2 Từ đó ta có: Như vậy lượng nước rửa thải ra T2 = 4,754 (T/h). Lượng sữa bột đưa vào thiết bị rửa sẽ là: Lượng nước đưa vào để pha loãng: Hàm lượng chất khô có trong nước sau khi rửa: Hàm lượng tinh bột tự do có trong nước sau khi rửa: Khâu tách dịch bào lần hai Tách dịch lần 2 () Q4, X4 Q3, X3 T3, t3 H2 Lượng sữa bột thô đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 2 Q4 (T/h). Nồng độ chất khô trong sữa bột thô vào thiết bị tách dịch bào lần 2 ta chọn X4 = 19%. Nồng độ chất khô trong thiết bị tách dịch sau khi đưa nước vào pha loãng ta chọn. Lượng nước đưa vào để pha loãng H2 (T/h). Lượng dịch bào thải ra T3 (T/h). Hàm lượng chất khô trong dịch bào thải ra ta chọn t3 = 2% lượng dịch bào thải ra. Nồng độ tinh bột tự do thoát vào trong dịch bào ta chọn khoảng = 0,2% lượng dịch bào thải ra. Ta có các phương trình cân bằng vật chất: Q4 + H2 = Q3 + T3 Q4´X4 = (Q4 + H2)´ Q4´X4 = Q3´X3 + T3´t3 Từ đó ta có: Như vậy lượng nước dịch thải ra T3 = 5,437 (T/h). Lượng sữa bột thô đưa vào thiết bị tách dịch sẽ là: Lượng nước đưa vào để pha loãng: Hàm lượng chất khô có trong nước dịch sau khi tách dịch bào lần 2: Hàm lượng tinh bột tự do có trong dịch sau khi tách dịch bào lần 2: Khâu tách bã Tách bã () Q5, X5 Q4, X4 B, b HS1, e Lượng cháo đưa vào thiết bị tách bã Q5 (T/h). Nồng độ chất khô trong cháo đưa vào thiết bị tách bã ta chọn X5 = 30%. Nồng độ chất khô trong thiết bị tách bã sau khi đưa nước có chứa SO2 vào ta chọn. Tỷ lệ % SO2 trong dung dịch hấp thu: e = 0,05%. Lượng dung dịch hấp thụ SO2 đưa vào thiết bị tách bã HS1 (T/h). Lượng bã thải ra B (T/h). Hàm lượng chất khô trong bã ta chọn b = 40% lượng bã thải ra. Nồng độ tinh bột tự do có trong bã ta chọn khoảng = 3% lượng bã thải ra. Ta có các phương trình cân bằng vật chất: Q5 + HS1 = Q4 + B e´HS1 + Q5´X5 = (HS1 + Q5) e´HS1 + Q5´X5 = B´b + Q4´X4 Từ đó ta có: Như vậy lượng bã thải ra B = 2,862 (T/h) Ta cũng có: Như vậy lượng cháo đưa vào thiết bị tách bã là Q5 = 9,611 (T/h) Lượng dung dịch hấp thụ SO2 đưa vào thiết bị tách bã là: HS1 = B + Q4 – Q5 = 2,862 + 9,157 – 9,611 = 2,408 (T/h) Lượng SO2 hấp thụ vào trong dung dịch HS1 là: Lượng chất khô trong bã là: Lượng tinh bột có trong bã là: Khâu tách dịch bào lần một Công đoạn pha loãng sau khi tách dịch bào lần 1 Pha loãng Q5, X5 H3 Lượng cháo sau khi tách dịch bào lần 1 là (T/h). Nồng độ chất khô của cháo sau khi tách dịch bào lần 1 được ta chọn là = 45%. Lượng nước pha loãng sau khi tách dịch bào lần 1 là H3 (T/h). Ta có các phương trình cân bằng vật chất: Như vậy lượng cháo sau khi tách dịch bào lần 1 là = 6,407 (T/h) Lượng nước pha loãng sau khi tách dịch bào lần 1 là: Công đoạn tách dịch Tách dịch lần 1 Q6, X6 T4, t4 Lượng cháo đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 1 là Q6 (T/h). Nồng độ chất khô của cháo đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 1 được ta chọn là X6 = 20%. Lượng dịch bào thải ra T4 (T/h). Nồng độ chất khô trong dịch bào thải ra ta chọn t4 = 2% lượng dịch bào thải ra. Nồng độ tinh bột tự do thoát vào trong dịch bào ta chọn khoảng = 0,3% lượng dịch bào thải ra. Ta có các phương trình cân bằng vật chất: Như vậy lượng cháo đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 1 là Q6 = 15,306 (T/h). Lượng dịch bào thải ra là: Hàm lượng chất khô có trong nước dịch sau khi tách dịch bào lần 1: Hàm lượng tinh bột tự do có trong nước dịch sau khi tách dịch bào lần 1: Khâu nghiền Công đoạn pha loãng cháo sau khi nghiền Pha loãng Q7, X7 Q6, X6 T2, t2 Lượng cháo sau khi nghiền là Q7 (T/h). Nồng độ chất khô của cháo sau khi nghiền là X7 . Lượng nước thải ra từ khâu rửa tinh bột T2 (T/h). Nồng độ chất khô có trong nước thải sau khi rửa tinh bột t2 = 2%. Theo phương trình cân bằng vật chất thì lượng cháo sau khi nghiền là: Q7 = Q6 – T2 = 15,306 – 4,753 = 10,553 (T/h) Nồng độ chất khô của cháo sau khi nghiền là: Lượng nguyên liệu cho máy nghiền Lượng tinh bột tự do có trong cháo sau khi nghiền: Tỷ lệ giải phóng tinh bột tự do khi nghiền từ K = 85% ÷ 95% lượng nguyên liệu ta chọn K = 0,9. Hàm lượng tinh bột tự do có trong củ ta chọn khoảng C = 25% lượng nguyên liệu. Hao hụt tinh bột theo tạp chất ta chọn khoảng t = 2%. Lượng nguyên liệu đưa vào nghiền là: Lượng nước đưa vào máy nghiền Nghiền Q8, X8 Q7, X7 H4 Theo phương trình cân bằng vật chất ta có: Q8 + H4 = Q7 Þ H4 = Q7 – Q8 = 10,553 – 8,891 = 1,662 (T/h) Q8´X8 = Q7´X7 Lượng nguyên liệu ban đầu cần cho sản xuất Giả sử hao hụt trong giai đoạn bóc vỏ, rửa và cắt khúc khoảng 6% khối lượng nguyên liệu trước khi nghiền thì lượng nguyên liệu ban đầu sau khi đã xử lý cần thiết cho sản xuất là: QO = 1,06´Q8 = 1,06´8,891 = 9,424 (T/h) Lượng nguyên liệu ban đầu đã xử lý cần cho sản xuất trong 1 ngày là: Lượng nước cần thiết để ngâm và rửa củ Theo tác giả Nguyễn Xuân Phương và Nguyễn Văn Thoa ([5]) cho rằng: tùy theo độ bẩn mà lượng nước ngâm, bóc vỏ và rửa dao động trong khoảng từ 200% ÷ 400% so với khối lượng nguyên liệu. Ở đây ta chọn khoảng 2,5 lần so với lượng nguyên liệu. Lượng nước để ngâm và rửa củ là: H5 = 2,5´QO = 2,5´9,424=23,56 (T/h) Hiệu quả thu hồi bột Lượng tinh bột thu được sau khi sấy là: TBTT = 2,083(1 - 0,12) = 1,833 (T/h) Lượng tinh bột có trong nguyên liệu trước giai đoạn nghiền là: TBNL = S + 0,02S = 1,9612(1 + 0,02) = 2 (T/h) Hiệu suất thu hồi bột của toàn bộ các quá trình là: Bảng 17 : Bảng tóm tắt lượng bán thành phẩm qua từng quá trình Quá trình Bước thực hiện Giá trị (tấn/giờ) Ngâm, rửa, cắt khúc Lượng nguyên liệu trước khi ngâm rửa 9,424 Nghiền Lượng nguyên liệu trước khi nghiền 8,891 Lượng nước đưa vào máy nghiền 1,662 Tách dịch bào lần 1 Lượng cháo sau khi nghiền 10,553 Lượng nước pha loãng cháo sau khi nghiền 4,753 Lượng cháo đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 1 15,306 Lượng cháo sau khi tách dịch bào lần 1 6,407 Tách bã Lượng cháo đưa vào thiết bị tách bã 9,611 Lượng SO2 hấp thụ vào trong dung dịch 0,0012 Tách dịch bào lần 2 Lượng sữa bột thô đưa vào thiết bị tách dịch bào lần 2 9,157 Rửa tinh bột Lượng sữa bột đưa vào thiết bị rửa 6,991 Tách tinh bột Lượng sữa bột bào thiết bị tách tinh bột 5,034 Sấy Lượng tinh bột ướt đưa vào máy sấy 3,055 Tính nước cho phân xưởng sản xuất Nước cấp Tổng lượng nước cấp cho các quá trình sản xuất theo tính toán: Lượng nước dùng cho sản xuất (lượng nước cấp cho sản xuất thực tế): Nước thải Tổng lượng nước thải Bảng 16 : Bảng tóm tắt lượng nước cần cho từng quá trình Thiết bị Lượng nước sử dụng tấn /giờ Lượng nước trên ngày (tấn) Lượng nước sử dụng hàng tháng (tấn) Ngâm – Rửa – Cắt khúc 23,56 376,96 9800,96 Nghiền 1,662 26,592 691,392 Tách dịch bào lần 1 3,204 51,264 1332,864 Tách bã 2,408 38,528 1001,728 Tách dịch bào lần 2 3,271 52,336 1360,736 Rửa tinh bột 2,797 44,752 1163,552 Tổng 590,432 15351,232 Bảng 18 : Bảng tóm tắt lượng nước thải ra STT Quá trình Giá trị (tấn/giờ) 1 Ngâm – Rửa – Cắt khúc 23,56 2 Tách dịch bào lần 1 8,899 3 Tách dịch bào lần 2 5,437 4 Tách tinh bột 1,979 6.1. Tính lương 6.1.1. Số lượng lao động Lao động trực tiếp sản xuất: Công việc Số ca/ngày Số công nhân Xử lý nguyên liệu 1 26 Rửa nguyên liệu 1 3 Cắt khúc 1 5 Nghiền 1 10 Tách dịch bào (lần 1-2) 1 8 Tách bã 1 3 Rửa bột 1 2 Tách tinh bột 1 2 Sấy 1 2 Vô bao 1 4 Nhãn 1 1 In date 1 1 Vô thùng 1 4 Tổng 1 71 Số công nhân trực tiếp sản xuất trong nhà máy là CTT = 71 người Lao động phụ: bốc vác, nhập kho...: 8 người Lao động dự trữ (làm việc thời vụ) = 10% tổng số công nhân dự kiến trong nhà máy. Þ CDT= 10% x (71+8) = 8 người Vậy : Tổng số công nhân trực tiếp sản xuất trong nhà máy là CTT+ CP+ CDT= 71+8+8=87 người (a) Lao động gián tiếp: Kỹ thuật, phòng ban, quản lý, y tế, tạp vụ, PCCC…: 15% x (a)= 15% x 87 = 13 người Ban giám đốc: 4 người Þ Tổng số lao động gián tiếp trong nhà máy là: CGT = 13+ 4 = 17 người Vậy: Tổng số lao động trong nhà máy là : 87 + 17 = 104 người 6.1.2. Tính lương cụ thể từng bộ phận Lương bình quân tối thiểu: 900000 VND / tháng Lương lao động trực tiếp: Hệ số lương : 1.3 L TT = 87 x 900000 x 1.3 = 101790000 (VND) Lương nhân viên gián tiếp: Hệ số lương : 1.5 L GT = 13 x 900000 x 1.5 = 17550000 (VND) Lương ban giám đốc: Hệ số lương : 5.7 L GD = 4 x 900000 x 5.7 = 20520000 (VND) Tổng quỹ lương trong một tháng. LT = LTT + L GT + L GD =101790000 + 17550000 + 20520000 = 229860000 (VND) Lương bảo hiểm xã hội : Lương bảo hiểm xã hội chiếm khoảng 5% tổng quỹ lương. L BHXH = 5% x 229860000= 11493000 (VND) Phụ cấp ngoài lương trong một tháng : Được tính là lấy 1.2% tổng quỹ lương đã trừ lương bảo hiểm xã hội LT = 1.2% x (LT - L BHXH) = 1.2% x (229860000–11493000) = 2620404 (VND) Tổng tiền lương (VND) Lương Thành tiền Lương lao động trực tiếp 101790000 Lương lao động gián tiếp 17550000 Lương ban giám đốc 20520000 Lương bảo hiểm xã hội 11493000 Phụ cấp ngoài lương 2620404 Tổng lương 153973404 Tính và chọn thiết bị Phễu nhập liệu Với năng suất nhập liệu mỗi giờ là 8,98 tấn và khối lượng riêng của củ khoai mì tươi là 950kg/m3 thì thể tích phễu nhập liệu cần thiết là: Ta chọn: chiều dài và chiều rộng miệng phễu là 4m; chiều dài và chiều rộng đáy phễu là 0,7m. Lúc đó chiều cao của phễu theo tính toán là: Từ đó ta chọn chiều cao của phễu là 2,6m. Đặc điểm Thông số Công suất động cơ 5 HP Thể tích phễu nhập liệu 10 m3 Chiều cao phễu 2,6 m Chiều rộng miệng phễu 4 m Chiều dài miệng phễu 4 m Chiều rộng đáy phễu 0,7 m Chiều dài đáy phễu 0,7 m Nước sản xuất Việt Nam Số lượng 1 cái Băng tải để vận chuyển củ đến bể ngâm, đến máy cắt khúc, vận chuyển bã, vận chuyển tinh bột ướt đến máy sấy Đặc điểm Thông số C