Luận văn nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường tuy hòa, tỉnh phú yên

-1- Mở ĐầU Với phát triển ngày mạnh mẽ nhiều ngành khoa học kỹ thuật vấn đề lượng quốc gia đặt lên hàng đầu Bên cạnh việc tìm nguồn lượng thay cho nguồn nhiên liệu truyền thống ngày cạn kiệt việc nghiên cứu biện pháp nhằm tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất quan tâm Cũng ngành khoa học kỹ thuật khác, ngành công nghiệp mía đường lượng tiêu thụ nhiều đến mức yếu tố ảnh hưởng lớn đến giá thành sản phẩm Năng lượng sử dụng công nghệ sản xuất đường chủ yếu điện, hơi, nhiệt; lượng đóng vai trò quan trọng Hơi sử dụng công nghệ sản xuất đường chủ yếu loại nước: áp suất cao, trung áp bÃo hòa áp suất thấp Việc nghiên cứu biện pháp tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường làm giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ than, dầu FO mà tham gia vào trình sản xuất điện phục vụ nhu cầu cho nhà máy Hơn nữa, lượng bà mía dư từ trình đốt bà mía nguồn nguyên liệu cho ngành công nghệ sản xuất giấy, ván ép, Trên giới, vấn đề tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường đà quan tâm từ ngành công nghiệp mía đường đời; đặc biệt nhà máy đường củ cải - nơi mà bà mía để phục vụ nhu cầu đốt lò vấn đề tiết kiệm lượng đặt lên hàng đầu Ngành công nghiệp mía đường Việt Nam non trẻ so với nước giới Trong năm đầu thành lập, chưa ý đến vấn đề tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường nên lượng tiêu hao rÊt lín (chiÕm tõ 55 - 60 tÊn h¬i/100 tÊn mía) Do lượng tiêu hao cho công nghệ lớn nên không đủ bà mía để đốt lò hơi; nhà máy cần sử dụng loại nhiên liệu truyền thống khác than, dầu FO, Điều làm tăng giá thành sản phẩm, giảm khả cạnh tranh với sản phẩm nước Hiện nay, nhà máy đường nước không ngừng nghiên luận văn thạc sĩ khoa học -2cứu khả tiết kiệm lượng công nghệ để vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm vừa giảm giá thành sản phẩm, tăng khả cạnh tranh sản phẩm thị trường Khả tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường phụ thuộc vào nhiều yếu tố: điều kiện trang thiết bị, trình độ tự động hóa, trình độ quản lý sản xuất, vận hành thiết bị, việc phân phối cho toàn nhà máy hợp lý đặc biệt việc bố trí hệ thống cô đặc Các yếu tố không đảm bảo yêu cầu công nghệ, yêu cầu chất lượng sản phẩm mà cho phép tiết kiệm lượng trình sản xuất Trên cở sở phân tích trên, chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ có tiêu đề: nghiên cứu khả tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường hòa, tỉnh phú yên Mục đích đề tài là: - Nghiên cứu công đoạn công nghệ sản xuất đường theo yêu cầu lượng Cụ thể tính toán lượng tiêu thụ cho công đoạn gia nhiệt, cô đặc nấu đường Từ đưa phương án sử dụng tiết kiệm - Khảo sát công nghệ sản xuất Nhà máy đường Tuy Hòa Từ đưa phương án để tiết kiệm lượng cho Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên luận văn thạc sĩ khoa học -3- PHầN TổNG QUAN CHƯƠNG TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG 1.1.1 Công nghệ sản xuất đường 1.1.1.1 Lịch sử phát triển ngành công nghiệp đường [3,13,17] Đường quan trọng sống hàng ngày người Đường không làm gia tăng vị ngon màu sắc thực phẩm mà có đặc tính khác (như dùng làm chất bảo quản, chất cho trình lên men, nguồn gốc tạo lượng,) Từ xưa, đường lấy từ mật ong dại Xét góc độ lịch sử, đường mía xuất muộn mía trồng từ sớm, từ khoảng 3000 năm trước công nguyên Trong suốt thời gian dài từ thời kỳ Cổ đại thời kỳ Trung cổ, việc sản xuất đường hoàn toàn phương pháp thủ công, dùng sức người sức ®éng vËt ®Ĩ trÝch ly n­íc mÝa Sau ®ã ng­êi ta thu hồi đường nước mía chảo nấu đường đun nóng củi Nước đường cô đặc tới nồng độ yêu cầu làm nguội để kết tinh Quá trình tiêu hao nhiều lượng thu đường nâu với chất lượng thấp Những bước tiến quan trọng lịch sử phát triển ngành công nghiệp đường mía việc phát minh máy ép trục đứng (năm 1637), sử dụng hệ thống nồi làm nấu đường liên tiếp (năm 1650) Sự khan nhiên liệu đà làm nảy sinh ý tưởng sử dụng bà mía làm nhiên liệu đun nóng nước mía nấu đường từ năm 1675 Năng lượng từ nước tìm năm 1722 bắt đầu áp dụng vào ngành đường từ năm 1800 đà làm thay đổi sâu sắc ngành sản xuất đường dẫn đến việc phát minh hệ nhiều máy ép (năm 1794), nồi nấu đường chân không (năm 1813), máy ly tâm (năm 1837), hệ cô đặc nhiều nồi (1844) máy xé tơi mía (năm 1854) Các phát minh đà tạo sở phát triển ngành công nghiệp sản xuất đường mía đại có suất cao công suất lớn nhờ khí hóa trình sản xuất Đặc biệt, Rillieux đà phát minh hệ thống cô đặc nhiều nồi biện pháp trích luận văn thạc sĩ khoa học -4thứ dùng làm đốt đà làm giảm lượng tiêu hao sản xuất Đây bước tiến quan trọng lịch sử ngành công nghiệp mía đường 1.1.1.2 Qui trình sản xuất đường [1,2] Mía Xử lý mía ép lấy nước mía Làm nước mía Cô đặc Nấu đường, kết tinh, phân mật, sấy đóng bao Đường thành phẩm Hình 1.1.1 Sơ đồ qui trình sản xuất đường Đường cát trắng tinh thể Saccarozơ (C12H22O11) kết tinh với độ tinh khiết cao (> 99,62%), gọi đường kính trắng Saccarozơ sản xuất từ củ cải đường từ mía Nước ta nước nông nghiệp nhiệt đới nên đường kính sản xuất từ mía Công nghệ sản xuất đường đà phát triển thay ®ỉi qua rÊt nhiỊu thêi kú nh­ng viƯc thu håi đường từ mía dựa bước sau: (Hình 1.1.1) luận văn thạc sĩ khoa học -5- Mía thu hoạch từ vùng trồng mía vận chuyển nhà máy Tại mía xử lý nhằm phá vỡ lớp vỏ cứng cấu trúc chặt chẽ thân mía tạo điều kiện thn lỵi cho viƯc lÊy n­íc mÝa; - N­íc mÝa lấy khỏi mía nhờ phương pháp ép nên có chứa lượng định tạp chất Vì cần phải đưa làm để loại bỏ tạp chất không đường trước đưa tới công đoạn tiếp sau; - Quá trình thu hồi đường qua công đoạn: cô đặc nấu đường + Quá trình cô đặc nhằm bốc phần nước hỗn hợp nước mía, đưa dung dịch đường đến nồng độ thuận lợi cho trình nấu ®­êng nh»m thu håi ®­êng d­íi d¹ng tinh thĨ + Quá trình nấu đường: đường tinh thể tách từ hỗn hợp tinh thể đường mật hay gọi đường non xử lý sản phẩm cuối đường thành phẩm 1.1.1.3 Qui trình sản xuất đường phương pháp sulphit hóa axit tính [1,2] Có nhiều phương pháp khác để thu đường thành phẩm Sự khác phương pháp chủ yếu công đoạn làm nước mía Làm nước mía khâu quan trọng, định đến chất lượng sản phẩm Vì vậy, để sản xuất loại đường nâu ta dùng vôi để làm dung dịch Trong muốn có đường trắng, vôi ta phải dùng hóa chất mạnh SO2, CO2, Hiện Việt Nam, nhà máy đường chủ yếu sản xuất đường trắng phương pháp sulphit hóa axit tính Phương pháp sử dụng tác nhân làm nước mía chủ yếu khí SO2 vôi Khí SO2 xông vào hỗn hợp nước mía đưa nước mía môi trường axit có độ pH = ữ Vì sản xuất đường theo phương pháp gọi phương pháp sulphit hóa axit tính Công nghệ sản xuất đường trắng theo phương pháp đơn giản, sơ đồ công nghệ thiết bị tương đối đơn giản, tiêu hao hóa chất ít, vốn đầu tư thiết bị thấp Qui trình sản xuất đường theo phương pháp sulphit hóa axit tính mô tả hình 1.1.2 luận văn thạc sĩ khoa học -6Mía Xử lý sơ ép mía Bà mía Hỗn hợp nước mía Ca(OH)2 + H3PO4 Bùn lọc Gia vôi sơ pH = 6,8 - 7,0 Gia nhiƯt lÇn t = 60 - 700C Khí SO2 Xông SO2 lần pH = 3,4 - 3,8 Ca(OH)2 Trung hßa pH = 7,3 - 7,5 Gia nhiƯt lÇn t = 100 - 1040C N­íc bïn L¾ng Läc N­íc l¾ng N­íc läc Läc N­íc mÝa Gia nhiƯt lÇn ln văn thạc sĩ khoa học t = 110 ữ 1120C -7- Cô đặc Mật chè thô Khí SO2 Xông SO2 lÇn pH =6,2 - 6,6 Läc MËt chÌ tinh Nấu đường Đường non Trợ tinh Ly tâm Mật rỉ Sấy đường Đóng bao bảo quản Đường thành phẩm Hình 1.1.2 Qui trình sản xuất đường trắng theo phương pháp sulphit hóa axit tính luận văn thạc sĩ khoa học -81 Mía cây: có khoảng 12% đường Saccarozơ (phụ thuộc vào nhiều yếu tố: giống mía, đất ®ai, chÕ ®é canh t¸c, ®iỊu kiƯn khÝ hËu tõng địa phương thời gian thu hoạch mà thành phần ®­êng cã thĨ thay ®ỉi tõ 10 ÷ 15%) Sau thu hoạch từ ữ ngày nên ép Xử lý sơ ép mía: mía từ bÃi mía cẩu lên bục xả mía Từ bục xả, mía chuyển xuống băng tải mía, qua máy san vào máy băm mía Mía sau qua máy băm mía máy đánh tơi, độ xé tơi mía đạt 80 ữ 85% Mía tiếp tục qua máy san máy khử sắt vào hệ máy ép Hệ máy ép thường có máy ép Trong trình ép mía cho thêm nước thẩm thấu để lấy nhiều đường mía Nước mía ép từ máy máy gọi hỗn hợp nước mía chuyển sang phận läc c¸m, vơn mÝa B· mÝa tõ m¸y Ðp sè đưa đốt lò Làm cô đặc: hỗn hợp nước mía qua cân nước mía gia vôi sơ đến pH = 6,8 ữ 7,0 bổ sung lượng P2O5 (khoảng 250 ữ 300 ppm) có tác dụng nâng cao hiệu làm Sau đó, nước mía gia nhiệt đến nhiệt độ t = 60 ữ 700C để xông SO2 trung hòa nước mía đến pH = 7,3 ữ 7,5 Việc xông SO2 trung hòa thực thiết bị phản ứng đường ống thẳng đứng nằm ngang Trong thiết bị có hc nhiỊu miƯng phun N­íc mÝa sau qua miƯng phun tạo áp suất chân không để SO2 hấp thụ vào nước mía Sau gia nhiệt nước mía lần thứ đến t = 100 ữ 1040C vào thiết bị lắng Nước mía sau lắng gọi nước mía (hoặc nước chè), nước bùn đưa lọc chân không lọc ép nước lọc (hỗn hợp với nước mía trong), bùn lọc dùng làm phân bón Nước mía gia nhiệt lần thứ đến t = 110 ữ 1120C vào hệ thống cô đặc Hệ thống cô đặc thường gồm từ ữ nồi làm việc liên tục điều kiện áp lực chân không Nước mía sau cô đặc có nồng độ chất rắn hòa tan 60 ữ 65 Bx gọi mật chè thô Mật chè thô qua hệ thống xử lý lắng để loại tạp chất lơ lửng, sau xông SO2 để tẩy màu mật chè tinh luận văn thạc sĩ khoa học -94 Nấu đường: mật chè tinh đưa nấu đường thực chế độ nấu loại đường non A, B, C Đường non A sau trợ tinh, phân mật đường A đường thành phẩm, mật nguyên A1 mật loÃng A2 Mật A2 dùng nấu đường non A mật chè nấu giống cho đường non B C Mật A1 dùng nấu đường non B Đường B hỗn hợp với mật chè nước nóng tạo đường hồ làm đường giống nấu đường non A, mật B dùng nấu đường non C Đường C hòa tan nấu lại đường non A mật rỉ sản phẩm phụ nhà máy dùng làm nguyên liệu sản xuất cồn, mì chính, Sơ ®å nÊu ®­êng hƯ thĨ hiƯn ë h×nh 1.1.3 MËt chÌ §­êng non A §­êng A MËt A2 §­êng non B MËt A1 §­êng B §­êng non C MËt B Đường hồ Đường C Mật rỉ Hòa tan lại Hình 1.1.3 Sơ đồ nấu đường hệ Sấy, đóng bao bảo quản đường Đường A sau li tâm đưa sấy khô thiết bị sấy đứng, sấy nằm ngang sấy sàng rung Sau sấy, đường qua cân, đóng bao 50 kg vận chuyển vào kho thành phẩm Đường cần bảo quản nơi khô ráo, độ ẩm không khí 60% tốt luận văn thạc sĩ khoa học -10* Tiêu chuẩn đường trắng cho bảng 1.1.1 Bảng 1.1.1 Tiêu chuẩn đường trắng [2] Chỉ tiêu - Hàm lượng Saccarozơ tính % chất khô không Đường kính Đường thượng hạng kính loại I 99,75 99,62 - Độ ẩm tính % chất khô không lớn 0,05 0,07 - Hàm lượng đường khử tính % không lớn 0,05 0,10 - Hàm lượng tro tính % chất khô không lớn 0,05 0,07 - Độ màu tính % độ Stame (0St) không lớn 1,4 2,5 nhỏ 1.1.2 Giới thiệu Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên Phú Yên tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ có khí hậu nhiệt đới rõ rệt Vì vậy, từ năm đầu tách tỉnh, Phú Yên đà xác định mía công nghiệp ngắn ngày chủ lực, ngành công nghiệp mía đường ngành mũi nhọn tỉnh Do đó, năm 1993 Nhà máy đường Tuy Hòa (TUCSUCO) đà khởi công đầu tư xây dựng với công suất 1.250 mía/ngày, thức vào hoạt động vào vụ mía 1995 - 1996 Hiện sau xếp nâng công suất ép, suất Nhà máy 1.500 mía/ngày Công nghệ sản xuất đường Nhà máy đường Tuy Hòa theo phương pháp sulphit hóa axit tính Sơ đồ công nghệ sản xuất đường TUCSOCO hình 1.1.4 luận văn thạc sĩ khoa học -104Mudd[1,7]:=0.356; Mudd[2,7]:=0.463; Mudd[3,7]:=0.629; Mudd[4,7]:=0.916; Mudd[5,7]:=1.475; Mudd[6,7]:=2.776; Mudd[7,7]:=6.800; Mudd[8,7]:=20.18; Mudd[1,8]:=0.330; Mudd[2,8]:=0.425; Mudd[3,8]:=0.572; Mudd[4,8]:=0.819; Mudd[5,8]:=1.287; Mudd[6,8]:=2.332; Mudd[7,8]:=4.414; Mudd[8,8]:=20.18; Mudd[1,9]:=0.307; Mudd[2,9]:=0.394; Mudd[3,9]:=0.525; Mudd[4,9]:=0.740; Mudd[5,9]:=1.137; Mudd[6,9]:=1.990; Mudd[7,9]:=3.600; Mudd[8,9]:=20.18; { } {He so dan nhiet cua dung dich Sucrose tinh khiet theo nong va nhiet do, W/m.K} {Nhiet dung dich, oC} tdd1[1]:=50; tdd1[2]:=60; tdd1[3]:=70; tdd1[4]:=80; tdd1[5]:=90; tdd1[6]:=100; tdd1[7]:=110; tdd1[8]:=120; tdd1[9]:=130; {Nong dung dich, %} nd1[1]:=10; nd1[2]:=20; nd1[3]:=30; nd1[4]:=40; nd1[5]:=50; nd1[6]:=60; nd1[7]:=70; Lam[1,1]:=0.605; Lam[2,1]:=0.571; Lam[3,1]:=0.537; Lam[4,1]:=0.503; Lam[5,1]:=0.469; Lam[6,1]:=0.435; Lam[7,1]:=0.401; Lam[1,2]:=0.615; Lam[2,2]:=0.581; Lam[3,2]:=0.547; Lam[4,2]:=0.512; Lam[5,2]:=0.477; Lam[6,2]:=0.443; Lam[7,2]:=0.408; Lam[1,3]:=0.624; Lam[2,3]:=0.589; Lam[3,3]:=0.555; Lam[4,3]:=0.520; Lam[5,3]:=0.484; Lam[6,3]:=0.449; Lam[7,3]:=0.413; Lam[1,4]:=0.632; Lam[2,4]:=0.597; Lam[3,4]:=0.562; Lam[4,4]:=0.526; Lam[5,4]:=0.490; Lam[6,4]:=0.454; Lam[7,4]:=0.418; Lam[1,5]:=0.639; Lam[2,5]:=0.603; Lam[3,5]:=0.567; Lam[4,5]:=0.531; Lam[5,5]:=0.495; Lam[6,5]:=0.458; Lam[7,5]:=0.422; Lam[1,6]:=0.645; Lam[2,6]:=0.608; Lam[3,6]:=0.572; Lam[4,6]:=0.535; Lam[5,6]:=0.498; Lam[6,6]:=0.462; Lam[7,6]:=0.424; Lam[1,7]:=0.649; Lam[2,7]:=0.613; Lam[3,7]:=0.575; Lam[4,7]:=0.538; Lam[5,7]:=0.501; Lam[6,7]:=0.463; Lam[7,7]:=0.426; Lam[1,8]:=0.653; Lam[2,8]:=0.617; Lam[3,8]:=0.578; Lam[4,8]:=0.541; Lam[5,8]:=0.504; Lam[6,8]:=0.465; Lam[7,8]:=0.428; Lam[1,9]:=0.657; Lam[2,9]:=0.620; Lam[3,9]:=0.581; Lam[4,9]:=0.544; Lam[5,9]:=0.507; Lam[6,9]:=0.467; Lam[7,9]:=0.430; { } {Suc cang be mat dung dich Sucrose tinh khiet theo nhiet va nong do, N/m} {Nhiet dung dich, oC} tdd2[1]:=50; tdd2[2]:=60; tdd2[3]:=70; tdd2[4]:=80; tdd2[5]:=90; tdd2[6]:=100; tdd2[7]:=110; tdd2[8]:=120; tdd2[9]:=130; {Nong dung dich, %} nd2[1]:=10; nd2[2]:=20; nd2[3]:=30; nd2[4]:=40; nd2[5]:=50; nd2[6]:=60; nd2[7]:=70; Sigma[1,1]:=0.0683; Sigma[2,1]:=0.0690; Sigma[3,1]:=0.0699; Sigma[4,1]:=0.0710; Sigma[5,1]:=0.0724; Sigma[6,1]:=0.0739; Sigma[7,1]:=0.0757; Sigma[1,2]:=0.0666; Sigma[2,2]:=0.0674; Sigma[3,2]:=0.0684; Sigma[4,2]:=0.0697; Sigma[5,2]:=0.0712; Sigma[6,2]:=0.0729; Sigma[7,2]:=0.0749; Sigma[1,3]:=0.0650; Sigma[2,3]:=0.0659; Sigma[3,3]:=0.0670; Sigma[4,3]:=0.0684; Sigma[5,3]:=0.0700; Sigma[6,3]:=0.0719; Sigma[7,3]:=0.0740; Sigma[1,4]:=0.0633; Sigma[2,4]:=0.0643; Sigma[3,4]:=0.0655; Sigma[4,4]:=0.0670; Sigma[5,4]:=0.0688; Sigma[6,4]:=0.0709; Sigma[7,4]:=0.0732; Sigma[1,5]:=0.0616; Sigma[2,5]:=0.0627; Sigma[3,5]:=0.0641; Sigma[4,5]:=0.0658; Sigma[5,5]:=0.0677; Sigma[6,5]:=0.0699; Sigma[7,5]:=0.0724; Sigma[1,6]:=0.0599; Sigma[2,6]:=0.0611; Sigma[3,6]:=0.0627; Sigma[4,6]:=0.0645; Sigma[5,6]:=0.0666; Sigma[6,6]:=0.0689; Sigma[7,6]:=0.0716; End; { } luận văn thạc sĩ khoa học -105Procedure NOISUY(X2:real;VAR Y2:real;Yt,X:mx; k:integer; Index:integer); {X2: nong tai tien hanh noi suy Y2: gia tri cua thong so can tim noi suy Yt: cac gia tri thuc nghiem dung de noi suy} {Label 1;} Begin k:=0; Repeat k:=k+1; Until X2