Thiết kế và tính toán phân xưởng cô đặc 2 nồi xuôi chiều thiết bị cô đặc có ống thẳng đứng dùng cho cô đặc dung dịch đường

Lời cảm ơn Đối với sinh viên trường Đại học Công nghiệp Hà Nội đồ án môn học ngành Công nghệ thực phẩm với đề tài: “ Thiết kế tính tốn phân xưởng đặc nồi xi chiều thiết bị đặc có ống thẳng đứng dùng cho đặc dung dịch đường” q trình cố gắng, nỗ lực thân hết giúp đỡ , hỗ trợ tận tình thầy cô bạn bè Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy Nguyễn Thế Hữu dẫn tận tình trình em thực đồ án Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô khác khoa bạn giúp đỡ, cho em ý kiến tư bổ ích q trình hồn thành đồ án Tuy nhiên kiến thức hạn hẹp nên đồ án cịn nhiều thiếu sót, em mong nhận nhiều ý kiến đóng góp dẫn quý thầy cô bạn MỞ ĐẦU Trong thời đại 4.0 cơng nghiệp hóa đại hóa đất nước, có nhiều ngành công nghiệp ưa chuộng phát triển Việt Nam Nước ta đứng trước nhiều hội thử thách để trở thành nước có kinh tế phát triển song hành với quốc gia giới Hiện có nhiều ngành công nghiệp phát triển lớn mạnh nước ta có nghành cơng nghiệp thực phẩm đầu tư mạnh mẽ nhằm thúc đẩy kinh tế đất nước cà chăm lo cho đời sống người đân Ngành công nghiệp thực phẩm bao gồm hoạt động công nghiệp hướng tới chế biển, chuyển đổi, chuẩn bị, bảo quản cà đóng gói sản phẩm Ngày nay, cơng nghiệp thực phẩm trở nên đa dạng hóa, với việc sản xuất từ hoạt động nhỏ, truyền thống gia đình quản lý đến quy trình công nghiệp lớn Ngành cung nhu yếu phẩm ăn uống cho người, bao gồm nhiều ngành khác trồng trọt, chăn nuôi, đánh bắt thủy sản,… Khi ngành công nghệ thực phẩm lên giúp nghành khác đặc biệt nông nghiệp phát triển theo Đây voi nghành mũi nhọn việc phát triển kinh tế-xã hội chung đất nước,cụ thể: - Về xã hội: thúc đẩy nghành cơng nghiệp hóa nơng thơn góp phần giải việc làm cho người dân - Về kình tế: cung cấp nhiều mặt hàng xuất chủ lực thủy hải sản, gạo,cà phê, cao su, đường,… nhằm mang lại nguồn thu tệ lớn Hiện nghành cơng nghiệp thực phẩm Việt Nam có phát triển thay đổi qua nhiều giai đoạn khác nhau, gồm nhiều nghành như: rượu-bia-nước giải khát, chế biến sữa sản phẩm từ sữa, dầu thực vật, công nghiệp sản xuất thuốc lá, bánh kẹo,… Đặc biệt phá triển nghành công nghệ chế biến sản xuất đường, ngành công nghệ thiếu có truyền thống lâu đời Việt Nam Đường saccaroza sản phẩm quan trọng công nghiệp thực phẩm, nguyên liệu nhiều sản phẩm thực phẩm ngành công nghiệp khác ( bánh kẹo, nước giải khát, đồ hộp, sữa, làm thuốc, thức ăn kiêng sản xuất acid hữu cơ) Đường saccaroza thường sử dụng làm nguyên liệu nhiều sản phẩm thực phẩm chúng có khả tạo chất đồng thời nguồn dinh dưỡng cung cấp lượng thiếu người Đường giúp thể người cung cấp lượng cho hoạt động ngày Mỗi thấy mệt mỏi, stress đói bụng cần nạp nhanh lượng thực phẩm chứa nhiều đường lựa chọn tốt cho thể Vì cơng nghệ chế biến đường quan trọng với phát triển công nghiệp chế biến thực phẩm đơi với đáp ứng nhu cầu người xã hội Về công nghệ chế biến đường, Việt Nam áp dụng công nghệ đại vào sản xuất, phần lớn giới hóa có số tự động hóa Để đáp ứng cho nhu cầu sử dụng đường người nay, việc cô đặc đường saccaroza quan trọng, giúp ta đưa nống độ đường nồng độ mong muốn để phục vụ vho sản xuất thực phẩm Do em chọn đề tài đồ án “ Thiết kế tính tốn phân xưởng đặc nồi xi chiều thiết bị đặc có ống thẳng đứng dùng cho cô đặc dung dịch đường” Với đồ án này, việc cần làm rõ nguyên liệu, tiếp hệ thốn thiết bị đặc sau tính tốn thiết bị thiết kế phân xưởng cho hệ thống thiết bị cô đặc Với đồ án tím hiểu rõ ràng, cụ thể cách vận hành, thông số kỹ thuật, thiết bị, thiết bị cô đặc tuần hồn cưỡng sử dụng đặc đường CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐƯỜNG SACCAROZA 1.1.1 Đường saccaroza gì? Đường saccaroza thành phần quan trọng mía-sản phẩm cơng nghiệp sản xuất đường, disaccarit có cơng thức C12H22O11 Trọng lượng phân tử saccaroxo 342 Saccaroza cấu tạo từ hai đường đơn α , D-glucoza, β Dfructofuza Công thức cấu tạo saccaroza biểu diễn sau: Theo công thức trên, saccaroza α , D-glucopiratnozit-B, Dfructofuranozit Saccaroza có tính ức chế mạnh công việc tổng hợp Vitamin B1 thể Dùng đường q nhiều khơng có lợi người lao động nặng, bổ sung Vitamin B1 khơng đủ chuyển hóa gluxit tạo lactac, dễ dàng mệt mỏi ( nhiều sinh phù) Ngoài ăn nhiều đường lức, lượng đường máu tăng đột ngột đến 200-400 mg% ( giới hạn 80-120mg%), tế bào tủy không tạo đủ lượng insulin làm cho việt chuyển đường glucoza thành glucogen để dự trữ gan, thận làm việc đường theo nước giải ngồi 1.1.2 Tính chất vật lý đường saccaroza - Đường saccaroza thuộc hệ đơn tả tồn dạng tinh thể, suất không màu - Đường saccaroza có tỷ trọng 1,5879 g/ cm3 nhiệt độ nóng chảy 186-188℃ - Đường saccaroza loại đường có tự nhiên mía, củ cải đường hay nốt Sau chế biến, đường saccaroza tồn nhiều dạng khác như: đường phên, đường kính, đường phèn,… - Độ hịa tan: tan tốt nước, độ hòa tan tăng nhiệt độ tăng Tuy nhiên độ hòa tan phụ thuộc vào chất khơng đường có dịch đường Nhiệt độ, ℃ Độ hòa tan,g sacaroza/100g nước Nhiệt độ,℃ Độ hòa tan, g sacaroza/100g nước 179,20 60 287,36 10 190,50 70 302,50 20 203,90 80 362,20 30 219,50 90 415,07 40 238,10 100 415,70 50 260,10 Bảng 1: Bảng hòa tan sacroza nước - Đường sacaroza khơng hịa tan dầu hỏa, cloroform, CCl4 , CS2, benzen, tecpen, ancol gluxerin khan Trong dung dịch ancol có nước, đường sacaroza hịa tan Một gam phenol NH 1.1.3 Tính chất hóa học đường saccaroza - Tác dụng axit: Dưới tác dụng axit, sacaroza bị thủy phân thành glucoza dructoza theo phản ứng: c 12 H 22 O 11 + H O ¿ ¿ Saccaroza Glucosa +66,5° 52,5 ° Fructoza −93,0 ° Hỗn hợp có góc quay trái ngược với góc quay phải saccaroza Do phản ứng gọi phản ứng nghịch đảo hỗn hợp gọi đường nghịch đảo ( chuyển hóa) - Tác dụng kiềm: Phân tử đường saccaroza khơng có nhóm hydroxit glucozit nên khơng có tính khử Khi tác dụng với chất kiềm kiềm thổ, saccaroza tạo thành saccarat Trong saccarat, hydro nhóm hydroxyl thay bời kim loại Như mơi trường này, coi saccaroza axit yếu Phản ứng tạo thành saccarat phụ thuộc vào: nồng độ dung dịch, lượng kiềm lượng saccaroza Trong dung dịch đậm đặc dư kiềm, saccaroza tạo thành saccarat: C 12 H 22 O11 + Na+¿ OH −¿⇄ HOH + NaC 12 H 21 O11 ¿ ¿ - Tác dụng enzim: Dưới tác dụng enzim invertaza, saccaroza chuyển thành glucoza fructoza Sau tác dụng ohuwcs hệ enzim, glucoza fructoza chuyển thành ancol CO C H 12 O6 men rượu C2 H OH +CO2 → Glucoza Fructoza 1.1.4 Vai trò đường saccaroza - Là chất dinh dưỡng cung cấp lượng - Là loại thức ăn, thức uống, thực phẩm mang lại cho người cảm giác dễ chịu người ưa thích - Về công nghiệp: nguyên liệu nhiều sản phẩm thực phẩm ngành công nghiệp khác (bánh kẹo, nước giải khát, đồ hộp, sữa, làm thuốc, thức ăn kiêng sản xuất acid hữu cơ) 1.1.5 Tình hình sản xuất đường saccaroza nước quốc tế 1.1.5.1 Tình hình nước: Nước ta nước có truyền thống sản xuất đường từ lâu đời Từ lâu, nhân dân ta biết dùng máy ép giản đơn máy ép đá, máy ép gỗ dùng sức trâu bị kéo Nước mía ép nấu nhiều dạng sản phẩm khác nhau: Mật trầm, đường phèn, đường thô, đường cát vàng Ở miên Trung, nhân dân ta biết dùng lòng trắng trứng, đát bùn, vơi để làm nước mía, sản xuất loại đường đặc sản đường muỗng, đường phèn, đường phổi, đường bông, đường bát dùng nước xuất Bức tranh toàn cảnh hoạt động sản xuất kinh doanh ngành đường niên độ 2020/2021 có gam màu trầm, song ngành mía đường đánh giá có điểm sáng, kỳ vọng vào phục hồi, phát triển Theo đó, nhận định chuyên gia cho biết, sau năm tăng giá nhờ thâm hụt sản lượng sản xuất đường toàn cầu, giá đường nước kỳ vọng tiếp tục giữ vững mức cao tháng cuối năm 2021 Các doanh nghiệp sản xuất đường hưởng lợi từ giá bán tăng, điểm tích cực ngành sản xuất mía đường thời gian tới Cụ thể như: Công ty cổ phần Thành Công, Biên Hồ vừa cơng bố Báo cáo tài niên độ 2020/2021 với doanh thu đạt 14.901 tỷ đồng, tăng gần 16% so với kỳ đường sản phẩm đóng góp với tỷ trọng gần 95% doanh thu Kết có nhờ việc tiêu thụ thành công 1,16 triệu đường, tăng 10% so với niên độ trước Phía Cơng ty cho biết, niên vụ 2020/2021 kiểm sốt tốt chi phí đầu vào giúp cải thiện lãi gộp nên mức lợi nhuận sau thuế Công ty đạt mức kỷ lục với 675 tỷ đồng, tăng 86% so với niên độ trước (Nguồn: PHS) a Brazil: 1.1.5.2 Tình hình quốc tế: Theo cơng ty phân tích thị trường CovrigAnalytics , khu vực Trung Nam Brazil dự kiến sản xuất 34,2 triệu đường niên vụ 2022-2023 (tháng năm trước đến tháng năm sau), tăng nhẹ so với số 33,1 triệu dự kiến niên vụ Trong niên vụ 2021 - 2022, dự kiến sản lượng Brazil giảm 12% xuống mức thấp thập kỷ, hạn hán khắc nghiệt sương giá làm giảm khả sản xuất Do cần có thời gian để khơi phục lại trồng mức bình thường mùa vụ tới, điều khiến sản xuất khó phục hồi nhanh niên vụ tới b Ấn Độ: Hiệp hội nhà máy đường Ấn Độ (ISMA) cho biết, sản lượng đường Ấn Độ niên vụ 2021-2022 tăng 5,6% tính đến cuối tháng 1/2022 Hiện có 507 nhà máy đường Ấn Độ hoạt động với sản lượng 18,7 triệu đường, tăng triệu so với kỳ niên vụ trước Theo ISMA, diện tích mía tăng 11% giúp cho sản lượng đường Ấn Độ niên vụ 2021-2022 (tháng 10 đến tháng 9) dự kiến đạt tổng cộng 31,5 triệu tấn, tăng 3% so với ước tính trước 30,5 triệu Đồng thời cao mức 31,2 triệu niên vụ 2020-2021 c Thái Lan: Liên đồn ngành cơng nghiệp Thái Lan (FTI) cho biết, sản lượng mía đường nước dự kiến đạt 85 - 90 triệu niên vụ 2021 2022 bối cảnh triển vọng kinh doanh tốt ngành đường Sản lượng sử dụng để sản xuất - 10 triệu đường Ngành mía đường Thái Lan cải thiện, với sản lượng mía nhiều giá tốt thị trường giới Giá đường toàn cầu tăng đạt mức cao 18 US cents/lb Điều có lợi cho ngành mía đường nước kinh tế Sản lượng mía Thái Lan mức 134,9 triệu niên vụ 2017 2018, trước giảm xuống 74,8 triệu niên vụ 2019 - 2020 66,6 triệu niên vụ 2020 - 2021 FTI kỳ vọng sản lượng mía niên vụ 202223 tương đương niên vụ 2021 - 2022 1.1.6 Những biến đổi đường saccaroza trịn q trình đặc Trong nhà máy đường đại, nước mía đặc hệ cô đặc 4- hiệu với nhiệt độ khoảng 60- 130°C Kết nước bị bốc khơng có thay đổi thành phần tính chất chất khơ dung dịch Tuy nhiên, q trình đặc xảy nhiều phản ứng hoá học hoá lý dẫn đến thay đổi thành phần đặc tính chất tan Nước ngưng tụ hệ cô đặc nhiều nồi khơng phải nước ngun chất mà chứa đường chất khơng đường Sự có mặt đường nước ngưng dẫn đến ăn mòn nồi Mặt khác, tác dụng nhiệt độ xảy phản ứng phân huỷ đường chất không đường 1.1.6.1 Sự thay đổi pH: - Sự phân hủy amit - Phân hủy đường khử tạo acid hữu - Sự tạo caramel đường saccaroza 1.1.6.2 Sự gia tăng màu sắc: Trong điều kiện nhiệt độ cao, đường saccarose bị caramel hoá làm tăng màu sắc dịch nước mía Lượng caramel phụ thuộc vào nhiệt độ, thời gian truyền nhiệt, pH Ngoài ra, đường khử bị phân huỷ hay kết hợp với hợp chất chứa nitơ tạo thành melanoidin làm tăng màu sắc nước mía 1.1.6.3 Độ tinh khiết: Độ tinh khiết tăng q trình đặc phụ thuộc vào phương pháp làm Đối với phương pháp với độ tinh khiết tăng từ 0,7-1,0; phương pháp sunfit hoá độ tinh khiết tăng từ 0,8 – 1,0; phương pháp cacbonat hoá độ tinh kiết tăng 0,2 – 0,5 Độ tinh khiết tăng nguyên nhân: Chất không đường bị phân hủy: Các chất phi đường chủ yếu hợp chất amid phân hủy tạo NH 3, muối cacbonat tạo C 2, muối sunfit tạo SO2, chất theo nước đường ngồi làm giảm phần phi đường, làm tăng độ tinh khiết - Sự tạo cặn thiết bị đặc: Các chất hịa tan có tác dụng tạo thành hợp chất kết tủa chủ yếu muối canxi sinh cáu cặn làm giảm chất phi đường tăng độ tinh khiết dịch đường - Sự thay đổi góc quay riêng chất không đường đặc biệt đường khử 1.1.6.4 Sự tạo cặn: - Sự tạo cặn xuất phát từ nguyên nhân: - Cùng với việc nồng độ đường tăng cao, nồng độ tạp chất không ngừng tăng lên q trình đặc Khi nồng độ tạp chất vượt độ bão hoà chúng lắng thành cặn - Các oxit kim loại dạng keo (oxit silic, oxit nhơm, oxit sắt) q trình gia nhiệt tách dần khỏi dung dịch tạo thành cặn - Muối canxi hoà tan kết hợp với muối hoà tan kali natri tạo thành muối cacbonat kết tủa - Các muối sunfit có độ hồ tan thấp, tác dụng nhiệt độ tạo thành muối kết tủa 1.2 THIẾT BỊ NỒI CÔ ĐẶC 1.2.1 Giới thiệu chung cô đặc Trong công nghiệp sản xuất hóa chất thực phẩm ngành cơng nghiệp khác nói chung, thường phải làm việc với hệ dung dịch lỏng chứa chất tan không bay Để làm tăng nồng độ chất tan người ta thường làm bay phần dung môi dựa nguyên lý truyền nhiệt, nhiệt độ sôi, phương pháp gọi phương pháp cô đặc Cô đặc phương pháp quan trọng cơng nghiệp sản xuất hóa chất, làm tăng nồng độ chất tan, tách chất rắn hịa tan dạng tinh thể, thu dung mơi dạng nguyên chất Dung dịch chuyển không nhiều công sức mà đảm bảo yêu cầu Thiết bị dùng để cô đặc gồm nhiều loại như: Thiết bị đặc có ống tuần hồn trung tâm, thiết bị cô đặc buồng đốt treo, thiết bị đặc loại màng, thiết bị đặc có vành dẫn chất lỏng, thiết bị đặc phịng đốt ngồi, thiết bị đặc tuần hồn cưỡng bức, thiết bị đặc ống tuần hồn trung tâm… Tùy sản phẩm suất khác mà người ta thiết kế thiết bị cô đặc phù hợp với điều kiện cho suất cao, tạo sản phẩm mong muốn,giảm tổn thất trình sản xuất 1.2.2 Sơ lược q trình đặc Cơ đặc q trình làm bay phần dung mơi dung dịch chứa chất tan không bay hơi, nhiệt độ sơi với mục đích : - Làm tăng nồng độ chất tan - Tách chất rắn hòa tan dạng tinh thể - Thu dung môi dạng ngun chất Q trình đặc tiến hành nhiệt độ sôi, áp suất (áp suất chân không, áp suất thường hay áp suất dư), hệ thống thiết bị cô đặc hay hệ thống nhiều thiết bị đặc Trong đó: 10