CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ
Quy trình công nghệ làm sạch nước mía trong sản xuất đường [1-49]
Cô đặc Nước lọc trong
Lọc chân không Gia nhiệt 3 (t05 - 1250C)
SO 2 Thông SO 2 lần 1 (pH=3,0 - 4,0)
Nước lọc trong Nước bùn Bùn
SO 2 uy trình công nghệ
Thuyết minh quy trình công nghệ
Làm trung hoà các acid hữu cơ và vô cơ.
Tạo những điểm đẳng điện để ngưng kết các chất keo, khi các chất keo lắng xuống chúng sẽ kéo theo những chất lơ lững và nhưng chất không đường khác cùng lắng xuống.
Lọc kiểm traTrung hòa (pH=7,1 -7,3)
Làm trơ phản ứng axit của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hoá đường saccaroza.
Kết tủa hoặc đông tụ các chất không đường (ví dụ như albumin).
Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đường
2K3PO4 + 3Ca(OH)2 Ca3(PO4)2 (↓) + 6KOH
K2SO4 + Ca(OH)2 CaSO4 (↓) + 2KOH
MgCl2 + Ca(OH)2 CaCl2 (↓) + Mg(OH)2
Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt là đường chuyển hoá.
Amit có tác dụng diệt trùng ngăn ngừa sự phát triển của vi sinh vật.
NMHH thường được cho vôi sơ bộ đến pH = 6,5 – 7,0
Chọn thiết bị gia vôi sơ bộ dạng hình trụ, làm việc liên tục có cánh khuấy
Hình 2.1 Hệ thống gia vôi có cánh khuấy
Nâng nhiệt độ nước mía hỗn hợp lên 50 60 0 C nhằm: vật.
Tăng cường vận tốc các phản ứng hoá học và hạn chế sự phát triển của các vi sinh
Tăng tốc độ phản ứng tạo kết tủa Ca3(PO4)2 tăng khả năng hấp thụ các chất keo.
Tách một phần không khí giảm sự tạo bọt.
Nhiệt độ gia nhiệt không được lớn hơn 70 0 C.
Bảng 2.1 Ảnh hưởng của nhiệt dộ gia nhiệt 1 đến hiệu quả làm sạch [2-101]
Hiệu số AP làm sạch 0,37 0,73 0,91 1,27
Khi dùng nhiệt độ quá cao, thì sự hấp thụ của SO2 khó khăn và tăng nhanh sự chuyển hóa đường Do đó, nhiệt độ gia nhiệt 1 chỉ trong phạm vi 60-70 0 C (không nhỏ hơn 60 0 C)
* Cấu tạo: vỏ ngoài là hình trụ đứng Hai đầu là hai nắp đóng mở nhờ gông, ghi và khóa Ở giữa hai nắp và tấm gắn ống chùm là các ngăn phân phối được sắp xếp tạo thành đường thông Bên trong chia làm 8 ngăn, mặt trên chia làm 9 ngăn, mặt dưới chia làm ngăn được bố trí so le nhau, mỗi ngăn có 22 ống.
Hình 2.2 Thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm thẳng đứng
2.2.3 Thông SO 2 lần 1 và gia vôi trung hoà
1 Mục đích: đưa pH của dung dịch về 3.4 – 3.8, là môi trường axit nhằm tạo điều kiện để ngưng kết các chất keo, loại bỏ chất không đường protein, phục vụ cho quá trình tạo kết tủa và làm sạch mía về sau, tăng khả năng tẩy màu của SO2 ở điều kiện pH thấp
- Không đưa pH xuống thấp hơn : sẽ làm tăng mạnh mẽ sự chuyển hóa đường dẫn đến tổn thất đường Đồng thời làm tăng lượng vôi trung hòa về sau gây tăng lượng tạp chất đưa vào và không kinh tế
- Không đưa pH lên cao hơn : sẽ làm đường khử bị phân hủy, khi lượng vôi trung hòa cho vào không đủ tạo ít kết tủa CaSO3 dẫn đến hiệu quả làm sạch không cao.
Sau khi trung hòa pH nước mía đạt 7,1 – 7,3.
Bảng 2.2 Ảnh hưởng cường độ SO2 đến chất lượng nước mía [2-103]
Nước mía trong Độ màu
CaO/Bx Chất keo/Bx
- Thiết bị thông SO 2 loại tháp :
+ Thiết bị thân trụ, bên trong có tấm ngăn Nước mía đi vào thông qua ống trên đỉnh thân trụ thiết bị , vòi hoa sen và các tấm ngăn có đục lỗ nên nước mía phân bố đều theo thiết bị Khí SO2 được thông từ dưới thiết bị lên, đảm bảo khả năng thông SO2 của nước mía đạt được hiệu suất cao Nước mía sau khi đã thông SO2 tháo ra ống ở đáy thiết bị. Trong quá trình hoạt động giữ nước mía trong tháp thì nên tránh hiện tượng tràn bọt.
- Thiết bị thông SO 2 liên tục có bơm tuần hoàn :
+ Thiết bị cho vôi tự động vào trong thiết bị cho vôi Từ thiết bị cho vôi, nước mía được bơm tuần hoàn bơm thông vào SO2 liên tục Nước mía đưa từ trên thân thiết bị xuống cùng SO2 chuyển động ngược chiều từ đáy thùng.
Hình 2.3: Thiết bị thông SO 2
Làm giảm độ nhớt của dung dịch.
Tăng cường quá trình lắng và ngưng kết keo.
Giảm tỷ trọng nước mía.
Tăng hiệu quả tiêu diệt vi sinh vật.
Thiết bị này có cấu tạo giống thiết bị gia nhiệt 1.
Quá trình này được tiến hành bởi thiết bị gia nhiệt dạng ống chùm, nước mía sau khi gia nhiệt 2 có nhiệt độ 100 – 104 0 C.
Hình 2.4: Thiết bị gia nhiệt 2 dạng ống chum
4.Ưu, nhược điểm của thiết bị
+ Số lần gia nhiệt nhiều do có nhiều ngăn
+ Giá thành thiết bị thấp
- Nhược điểm : Hệ số truyền nhiệt còn thấp
Phân ly thể rắn ra khỏi thể lỏng làm nước mía trong lên, lọai bỏ các tạp chất không
Quá trình lắng làm việc dựa trên tác dụng của trọng lực, các hạt rắn kích thước lớn và các kết tủa sẽ lắng tự nhiên Trong quá trình lắng nước mía được lắng liên tục và bùn lấy ra ngoài nhờ bộ phận răng cào trên các tấm ngăn.
2 Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lắng :
- Độ lớn của các hạt kết tủa : độ lớn của các hạt kết tủa không đều nhau, hạt lớn thì lắng nhanh, xuống trước, hạt nhỏ li ti tạo thành dung dịch đục, lắng rất chậm.
- Nồng độ của nước mía : Nồng độ càng cao, độ nhớt càng lớn thì tốc độ lắng càng chậm
- Nhiệt độ : độ nhớt của nước mía được giảm đi nhờ quá trình đun nóng lần 2 (102 - 105°C), tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình lắng Nhiệt độ càng ảnh hưởng đến sự chuyển động của các chất lỏng có trong thùng lắng, nếu nhiệt độ không đều, chỗ nóng chỗ lạnh thì có hiện tượng đối lưu, làm cho kết tủa không lắng theo chiều thẳng đứng mà theo sự hỗn loạn, điều này làm cho tốc độ lắng bị chậm lại.
Thiết bị lắng làm việc liên tục, dạng hình trụ, đáy chóp Bùn lắng được đưa về thùng khuấy trộn với bã mía để qua thiết bị lọc chân không; nước lắng trong theo ống góp của mỗi ngăn qua lọc sàng cong rồi về bể chứa Trong thiết bị có chia các ngăn và nghiêng với mặt phẳng ngang 15 0 Bên trong có các bộ phận răng cào gắn với trục trung tâm và hai bộ phận này chuyển động được nhờ động cơ điện Bộ phận răng cào và trục trung tâm quay với tốc độ 0,1 v/ph.
Hình 2.5 Thiết bị lắng trong có cánh khuấy
4 Ưu điểm và nhược điểm của thiết bị lắng
+ Hiệu suất lắng cao do diện tích bề mặt lắng lớn
- Nhược điểm : khó điều chỉnh tốc độ lắng
2.2.6 Lọc chân không thùng quay
Nước bùn thu được ở thiết bị lắng thường chứa khoảng 95% nước đường Vì vậy cần phải tiến hành lọc bùn để loại đi hoàn toàn hợp chất không tan để thu được nước lọc trong, đồng thời thu hồi phần đường trong bùn mà dùng nước rửa không nhiều.
- Thu hồi phần đường còn trong nước bùn, tăng lượng nước mía trong, giúp tăng hiệu suất thu hồi đường.
- Nếu nước lọc còn đục sẽ gây ra các tác hại sau :
+ Khi xử lý nước lọc ở công đoạn sau, chất không đường sẽ hòa tan lại, sẽ làm giảm độ tinh khiết và tăng màu sắc cho dung dịch
+ Đóng cặn ở thiết bị cô đặc và giảm hiệu suất cô đặc
+ Tăng tổn thất đường trong mật cuối
Dùng vật liệu nhiều lỗ như vải lọc, lưới kim loại, cát, than hoạt tính làm lớp lọc. Nước có chứa chất rắn hoặc nước bùn đi qua tấm vải lọc sẽ xảy ra quá trình phân ly rắn lỏng Nước bùn đi qua lớp lọc sẽ cho nước lọc trong và chất kết tủa gọi là bùn lọc.
Lúc đầu lớp lọc không đủ dày nên dịch lọc đầu còn đục, chỉ khi lớp lọc hình thành lớp bùn đủ dày nước lọc mới trong được.
Để lọc tốt, một bên của lớp lọc (tấm kim loại hay vải lọc) cần có áp lực tương đối lớn còn mặt kia hình thành chân không để hai bên lớp lọc tạo thành hiệu số áp suất thích đáng Chỉ khi hiệu số áp suất lớn hơn trợ lọc của môi trường lọc (tấm kim loại hay vải lọc, bùn,…) nước lọc mới có thể chảy ra thuận lợi Nếu áp lực lọc thấp, quá trìn lọc không diễn ra.
Các yếu tố ảnh hưởng đến quá trình lọc
- Áp lực lọc hoặc độ chân không
- Độ dính và nhiệt độ lớp bùn
Hình 2.6: Trống lọc chân không thùng quay
Trống lọc chân không thùng quay.
TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Kế hoạch sản xuất của phân xưởng
Nhà máy tháng 1 không nhập nguyên liệu vì khoảng thời gian này các phân xưởng nghỉ để sửa chữa và bảo trì máy móc thiết bị để phục vụ cho việc sản xuất được tốt và lâu dài hơn, đồng thời nghỉ Tết Nguyên Đán.
Bảng 3.1 Kế hoạch thu nhập nguyên liệu
Dựa vào bảng thu nhập nguyên liệu của nhà máy và số lượng nguyên liệu nhập vào, ta có thể lập ra kế hoạch làm việc trong 1 tháng, số ca làm việc trong một ngày Mỗi ngày làm việc 2 ca, mỗi ca làm việc 8 tiếng, ngày chủ nhật và ngày lễ được nghỉ.
Bảng 3 2 Biểu đồ sản xuất của nhà máy theo số ngày và số ca làm việc năm 2020
Tổng số ngày sản xuất trong năm: 282 ngày.
Số ca sản xuất trong năm: 562 ca.
Thời gian làm việc của nhà máy là 1 ngày làm 2 ca:
Công đoạn ép
Cơ sở tính toán cho 100 tấn (T) mía
- Khối lượng (kl) đường trong mía = Kl mía ép x %sacaroza trong mía
- Kl xơ trong mía = Kl mía ép x %xơ trong mía
- Kl chất không đường = Kl mía ép x % chất không đường trong mía
- Kl chất tan trong mía = Kl đường trong mía + Kl chất không đường
- Kl đường ép được = Kl đường trong mía x hiệu suất ép
- Kl đường trong bã = Kl đường của mía - Kl đường ép được
- Kl chất khô của bã = 𝐾𝐿 đườ𝑛𝑔 ườ𝑛𝑔 𝑐ủ𝑎 𝑏ã Độ 𝑡𝑖𝑛ℎ 𝑘ℎ𝑖ế𝑡 𝑛ướ𝑐 é𝑝
- Phần trăm bã so với mía = 𝐾𝐿 𝑏ã
- Kl nước mía hỗn hợp = Kl mía ép + Kl nước thẩm thấu - Kl bã
- Kl đường trong NMHH = Kl đường trong mía - Kl đường trong bã
- Kl chất khô trong NMHH = Kl chất khô mía - kl chất khô bã
- Độ tinh khiết của NMHH = 𝐾𝐿 đườ𝑛𝑔 ườ𝑛𝑔 𝑛ướ𝑐 𝑚í𝑎 ℎỗ𝑛 ℎợ𝑝 x100
- Nồng độ chất khô NMHH:(Bx) = 𝐾𝐿 𝑐ℎấ𝑡 𝑘ℎô 𝑁𝑀𝐻𝐻 x100
- Tổn thất đường trong quá trình ép = 100 – 97= 3%
Bảng 3.1: Bảng tổng kết cân bằng vật chất công đoạn ép
TT Hạng mục KL tính cho
2 Kl chất rắn hoà tan 15,59 405,34
6 Phần trăm bã so với mía 22,7
10 Kl chất khô trong NMHH 15,14 393,64
11 Độ tinh khiết nước mía hỗn hợp 80,11
12 Nồng độ chất khô NMHH 14,51
13 Thể tích nước mía hổn hợp 98,49 2560,74
Công đoạn làm sạch
3.5.1 Tính lượng lưu huỳnh và SO 2
Với phương pháp SO2 axit tính lượng lưu huỳnh cần dùng là 0,05-0,09% so với nước mía Theo thực tế sản xuất người ta thường chọn giá trị 0,06%.[57,7]
Giả sử hiệu suất thông SO2 đạt 100 %
Kl lưu huỳnh = kl mía ép %lưu huỳnh sử dụng = 100 x 0,06 % = 0,06 (T)
Lượng SO2 thông lần1dùng 3/4 tổng lượng SO2
3.5.2 Tính vôi và sữa vôi
Lượng vôi có hiệu so với mía: 0,14 - 0,18%, 21, 5
Theo thực tế sản xuất chọn: 0,15%
- Kl vôi cần = Kl mía ép x 𝐾𝐿 𝐶𝑎𝑂 𝑐ó ℎ𝑖ệ𝑢 = 100 x 0,15% = 0,15 (T)
Lượng vôi hiệu quả mà dịch đường yêu cầu > 75% lượng vôi sản xuất Chọn 80% Vậy kl vôi cần dùng = 0,15/80 x 100 = 0,1875 (T)
Trong quá trình sản xuất người ta pha thành sữa vôi có nồng độ 9,28%, có d 1,074 tấn/m 3
- Khối lượng sữa vôi =KL vôi/ % CaO = 0,1875/9,28 x 100 = 2,02 (T)
- Kl nước trong sữa vôi = KL sữa vôi - KL vôi = 2,02 – 0,1875 = 1,8325
(T) Thể tích sữa vôi = KL sữa vôi/ d = 2,02/1,074= 1,8808 (m 3 )
- Trong sản suất chia làm 2 giai đoạn:
+ Gia vôi sơ bộ: dùng 1/5 tổng lượng vôi
Kl vôi dùng gia vôi sơ bộ = 0,1875 x 1/5 = 0,0375 (T)
Kl sữa vôi dùng gia vôi sơ bộ = 2,02 x 1/5 = 0,404(T)
+ Gia vôi trung hoà: dùng 4/5 tổng lượng vôi
Kl vôi dùng trung hoà = 0,1875 x 4/5 = 0,15 (T)
Kl sữa vôi dùng trung hoà = 2,02 x 4/5 = 1,61 (T)
3.5.3 Nước mía hỗn hợp gia vôi sơ bộ (NMHH sau GVSB)
- Khối lượng nước mía hỗn hợp = 104,3 (T).
- Khối lượng NMHH sau GVSB = Kl nước mía hỗn hợp + Kl sữa vôi dùng GVSB
- Kl chất tan trong NMHH sau GVSB = Kl chất tan trong NMHH + Kl vôi
- % đường sacaroza trong nước mía hỗn hợp sau gia vôi sơ bộ:
- Độ tinh khiết NMHH sau GVSB = 11,58 x 100 = 83,42 %
- Thể tích NMHH sau GVSB = 𝐾𝐿 𝑁𝑀𝐻𝐻 𝑠𝑎𝑢 𝑔𝑖𝑎 𝑣ô𝑖 𝑠ơ 𝑏ộ
- Kl NMHH sau thông SO 2 lần 1 = Kl NMHH sau GVSB + Kl SO2 thông lần 1
- Kl chất tan NMHH sau thông SO 2 lần 1 = Kl chất tan NMHH sau GVSB + Kl SO2 thông lần 1
-Bx NMHH sau thông SO2 lần1 =𝐾𝐿 𝑐ℎấ𝑡 tan 𝑛ướ𝑐 𝑚í𝑎 𝑠𝑎𝑢 𝑡ℎô𝑛𝑔 𝑆𝑂2 𝑙ầ𝑛 1 x 100
- Thể tích NMHH sau thông SO2 lần 1 = 𝐾𝐿 𝑁𝑀𝐻𝐻 𝑠𝑎𝑢 𝑡ℎô𝑛𝑔 𝑆𝑂2 𝑙ầ𝑛 1
- Kl nước mía sau trung hoà = Kl NMHH sau thông SO2 lần 1 + kl sữa vôi trung hoà
- Kl chất tan trong NMHH sau trung hoà = Kl chất tan trong NMHH sau thông SO2 lần 1 + Kl vôi trung hoà
- Bx NMHH sau trung hoà = 𝐾𝐿 𝑐ℎấ𝑡 tan 𝑛ướ𝑐 𝑚í𝑎 𝑠𝑎𝑢 𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 ℎò𝑎 x 100
- Thể tích NMHH sau trung hoà = 𝐾𝐿 𝑁𝑀𝐻𝐻 𝑠𝑎𝑢 𝑡𝑟𝑢𝑛𝑔 ℎò𝑎
Lượng nước bùn lấy ra trong quá trình lắng là 20% so với nước mía gia vôi trung hoà Theo thực tế sản xuất p bùn = 1,18 tấn/m 3 ,
- KL bùn lấy ra trong quá trình lắng = Kl nước mía trung hoà x 20%
- Dung tích nước bùn = 𝐾𝐿 𝑛ướ𝑐 𝑏ù𝑛 = 18,03 (m 3 )
- Hàm lượng nước có trong bùn = Kl nước bùn x Wbùn
Lượng bùn lọc chiếm 2,5 % so với khối lượng mía độ ẩm bùn 70% -24, 4
- Khối lượng bùn lọc = 100 x 2,5 % = 2,5 (tấn)
- Khối lượng nước trong bùn lọc = khối lượng bùn x độ ẩm bùn
- Khối lượng chất khô trong bùn lọc = Kl bùn - khối lượng nước trong bùn
3.5.8 Tính bã nhuyễn và nước rửa
Trong quá trình lọc người ta cho bã nhuyễn vào làm chất trợ lọc Lượng bã nhuyễn bằng 1% so với khối lượng mía Độ ẩm bã 48 %.
- Kl bã nhuyễn cho vào bùn = 100 x 1% = 1 (T).
- Kl nước trong bã nhuyễn = 1 x 48% = 0,48 (T).
- Kl chất khô trong bã nhuyễn = 1 – 0,48 = 0,52 (T).
Nước rửa bùn lọc so với bùn lọc 100 – 200% -24, 4 Chọn 150%
Kl nước rửa = kl bùn lọc x 150% = 2,5 x 150 % = 3,75 (T)
- Kl đường tổn thất trong bùn khô:
Hàm lượng đường tổn thất trong bùn khô chiếm khoảng 1 ÷ 1,5% chất khô trong bùn.Chọn 1,6%
Kl đường tổn thất theo bùn = 0,75 x 1% = 0,0075 (T)
Tổn thất đường không xác định so với đường trong mía: 0,4 - 0,6 % Chọn 0,4 %
KL đường tổn thất không xác định = 11,2 x 0,4 % = 0,0448 (T)
3.5.9 Nước mía sau lắng - lọc
- Kl nước mía lắng trong = Kl NMHH sau trung hoà – Kl nước bùn
- Kl nước lọc trong = Kl nước bùn + kl bã nhuyễn + kl nước rửa - kl bùn lọc
- Kl nước mía sau lắng lọc (chè trong) = Kl nước lắng trong + Kl nước lọc trong
- KL chất tan trong chè trong = Kl chất khô trong NMHH sau trung hoà - Kl chất khô tách ra do lắng lọc
- Kl đường trong chè trong = Kl đường trong NMHH - Kl đường tổn thất trong bùn - Kl đường tổn thất không xác định
- % chất tan trong chè trong (Bx) = 𝐾𝐿 𝑐ℎấ𝑡 𝑘ℎô 𝑛ướ𝑐 𝑐ℎè 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 x 100
- % đường trong chè trong = 𝐾𝐿 đườ𝑛𝑔 ườ𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑐ℎè 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 x 100
- Độ tinh khiết của chè trong = % đườ𝑛𝑔 ườ𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑐ℎè 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 = 11,11 x 100 = 82,35 (%).
3.5.10 Mật chè sau bốc hơi
Chọn nồng độ chất khô mật chè Bx2 = 60%.
- KL nước bốc hơi = KL chè trong x (1- Bx1/Bx2)
- KL mật chè = KL chè trong - KL nước bốc hơi
Tổn thất đường do bốc hơi hay rò rỉ 0,008% với hàm lượng 0,005-0,02% so với cây mía, chọn 0,01%.
- Khối lượng đường tổn thất trong bốc hơi = khối lượng mía x 0,01%
- Khối lượng dường trong mật chè = khối lượng đường trong chè trong - khối lượng đường tổn thất
- % Đường sacaroza trong mật chè = 𝐾𝐿 đườ𝑛𝑔 ườ𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑚ậ𝑡 𝑐ℎè x 100
- Độ tinh khiết của mật chè = % Đườ𝑛𝑔 𝑡𝑟𝑜𝑛𝑔 𝑚ậ𝑡 𝑐ℎè x 100
- Thể tích mật chè = 𝐾𝐿 𝑐ℎè đườ𝑛𝑔 ặ𝑐 = 24,43
- Kl mật chè sau thông SO2 lần 2 = Kl mật chè + Kl SO2 hoà tan
- Kl chất tan mật chè sau thông SO2 lần 2 = Kl chất tan mật chè + Kl SO2 hoà tan sau thông lần 2
- Bx mật chè sau thông SO2 lần 2 = 𝐾𝐿 𝑚ậ𝑡 𝑐ℎè 𝑠𝑎𝑢 𝑡ℎô𝑛𝑔 𝑆𝑂2 𝑙ầ𝑛
Chọn thiết bị lọc kiểm tra là thiết bị lọc ống (Stellar) Lượng bùn lọc chiếm 0,2% so với mía, độ ẩm 70%
- Lượng bùn lọc kiểm tra = 100 x 0,2% = 0,2 (T).
- Kl mật chè sau lọc kiểm tra = Kl mật chè sau thông SO2 lần 2 - Kl bùn lọc
= 24,46 – 0,2 = 24,26 (T)Gỉa sử lượng đường tổn thất theo bùn khô là 4 %.
- Khối lượng đường tổn thất = Kl bùn khô x 4% = 0,2 x 4% = 0,008 (T)
- Kl chất tan mật chè sau lọc kiểm tra = Kl chất tan mật chè sau thông SO2 lần 2 - Kl bùn khô
- Kl đường của mật chè sau lọc kiểm tra = Kl đường trong mật chè - Kl đường tổn thất
- Nồng độ chất tan mật chè sau lọc kiểm tra:
- Độ tinh khiết mật chè sau lọc kiểm tra = 𝐾𝐿 đườ𝑛𝑔 ườ𝑛𝑔 𝑚ậ𝑡 𝑐ℎè 𝑠𝑎𝑢 𝑙ọ𝑐
- Chênh lệch độ tinh khiết trước và sau làm sạch = Độ tinh khiết mật chè - độ tinh khiết nước mía hỗn hợp
3.5.13 Hiệu suất làm sạch (HSLS)
- HSLS NMHH: = 100( Độ 𝑡𝑖𝑛ℎ 𝑘ℎ𝑖ế𝑡 𝑚ậ𝑡 𝑐ℎè 𝑠𝑎𝑢 𝑙ọ𝑐 𝐾𝑇−Độ 𝑡𝑖𝑛ℎ 𝑘ℎ𝑖ế𝑡 𝑁𝑀𝐻𝐻) Độ 𝑡𝑖𝑛ℎ 𝑘ℎ𝑖ế𝑡 𝑚ậ𝑡 𝑐ℎè 𝑠𝑎𝑢 𝑙ọ𝑐 𝐾𝑇(100−Độ 𝑡𝑖𝑛ℎ 𝑘ℎ𝑖ế𝑡 𝑁𝑀𝐻𝐻) x100
Bảng 3.2 Bảng tổng kết cân bằng vật chất công đoạn làm sạch
TT Hạng mục KL tính cho 100 tấn
1 Kl lưu huỳnh cần dùng 0,06 1,38
4 Kl sữa vôi cần dùng 2,02 46,46
6 Thể tích NMHH sau GVSB 99,12 m 3 2393,38m 3
7 Kl NMHH sau thông SO2 lần 1 104,794 2724,644
8 Thể tích NMHH sau thông SO2 lần 1 98,93 2572,18 m 3
9 Kl nước mía sau trung hoà 106,404 2766,504
10 Thể tích nước mía sau trung hoà 100,54 2614,04
12 Kl nước mía lắng trong 85,124 2213,224
19 KL mật chè sau thông SO2 lần 2 24,46 635,96
20 Bx mật chè sau thông SO2 lần 2 60,05
21 Thể tích mật chè sau thông SO2 lần 2 18,97 m 3 493,22
22 Lượng bùn lọc kiểm tra 0,2 4,6
23 KL mật chè sau lọc kiểm tra 24,26 630,76
24 Bx mật chè sau lọc kiểm tra 60,30
25 Độ tinh khiết mật chè sau lọc kiểm tra
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ CHỦ YẾU
Gia vôi sơ bộ
Chọn thiết bị gia vôi sơ bộ loại hình trụ, làm việc liên tục có cánh khuấy Thể tích nước mía hỗn hợp sau gia vôi sơ bộ: V = 2577,12 (m 3 /ngày) = 107,38 (m 3 /h)
Trong đó: V: thể tích nước mía, (m 3 /h)
T: Thời gian nước mía lưu trong thùng, T = 5 phút. φ:Hệ số chứa đầy, φ = 0,8. n: Số lượng thùng, n= 1
Chọn D = 2000 (mm) (Đường kính thùng).
Vậy kích thước thiết bị: D x H = 2000 x 3558 mm Động cơ dẫn động có công suất: 1,5 KW.
Tốc độ quay: 6 vòng/ phút.
CÂN BẰNG NHIỆT CHO HỆ GIA NHIỆT
Nhiệt lượng cung cấp để đun nóng nước mía từ nhiệt độ td đến tc được tính theo công thức: Qc = β.G.C (td - tc ), Kcal/h, 191, 4
Qc: Nhiệt lượng cung cấp để đun nóng nước mía từ nhiệt độ tđ đến tc
G: Lượng nước mía cần đun nóng, (kg/h)
t = tc – td: Chênh lệch nhiệt độ trước và sau đun nóng, 0C
C : Nhiệt dung riêng của dung dịch (Kcal/kg 0 C)
Với t: là nhiệt độ của dung dịch ( 0 C)
Bx: nồng độ dung dịch (%).
Cd, Cc: Nhiệt dung riêng của dung dịch ở nhiệt độ đầu và nhiệt độ cuối. β: Hệ số tổn thất nhiệt do bức xạ tỉ lệ với nhiệt độ gia nhiệt, thường tổn thất 3 ÷ 10% so với nhiệt độ dùng 192, 4 Thông thường nhiệt độ hơi thứ hiệu III thấp nên chọn β = 0,03; hiệu II chọn β = 0,05; hiệu I chọn β = 0,1
Nhiệt lượng tổn thất ra môi trường: Qtt = β.Qc,
Vậy nhiệt lượng cần dùng là: Q = (1 + β).Qc = (1 + β).G.C t, (Kcal/h) Lượng hơi dùng để đun nóng được tính theo công thức:
Trong đó: Q: nhiệt lượng cần cung cấp để đun nóng, (kcal/h). ri: là ẩn nhiệt hơi đốt cấp cho thiết bị gia nhiệt, (Kcal/kg)
Bảng 4.1: Nhiệt lượng và hơi dùng cho các quá trình gia nhiệt
Hạng mục Gia nhiệt 1 Gia nhiệt 2 Gia nhiệt 3
Nguồn hơi gia nhiệt Hơi thứ hiệu
Nhiệt dung riêng, C (Kcal/kg 0 C) 0,924 0,934 0.945
Nhiệt độ hơi gia nhiệt, ( 0 C) 95,9 111,1 122,1 Ẩn nhiệt hơi gia nhiệt, r (Kcal/kg) 541,9 532,4 525,4
Hệ số tổn thất nhiệt do bức xạ, β 1,03 1,05 1,1
Lượng nhiệt cần đun nóng, Q
Lượng hơi dùng đun nóng, E
Thiết bị gia nhiệt
Dùng thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm.
Bề mặt truyền nhiệt được tính theo công thức: F Q
K t TB (m 2 ) [300, 1] Trong đó: Q: Nhiệt lượng dùng để gia nhiệt.(kcal/h)
∆tTB : Hiệu số nhiệt độ trung bình, 0C
Với: td = T – td T: Nhiệt độ hơi đốt, 0C
∆tc = T – tctđ: Nhiệt độ chất lỏng vẳ, 0C tc: Nhiệt độ , 0C K: Hệ số truyền nhiệt, (Kcal/h.m 2 0 C)
Bảng 4.2: Bảng tính toán thiết bị gia nhiệt:
Nguồn hơi gia nhiệt Hơi thứ Hơi thứ Hơi thứ hiệu III hiệu II hiệu I
Nhiệt độ chất lỏng vào td(0C) 25 58 95
Nhiệt lượng dung đun nóng
Hiệu số nhiệt độ trung bình
Chọn thiết bị có bề mặt truyền nhiệt 220 (m 2 ) Số ống gia nhiệt: n = F/(π x d x l)
- Trong đó: l: chiều dài ống truyền nhiệt, chọn l = 3500 (mm) d: đường kính ngoài ống gia nhiệt, chọn d = 42 (mm) n = 220/(π x 3,8 x 0,042) = 476,38 (ống) Chọn n = 547 (ống)
- Chọn cách bố trí ống theo kiểu hình 6 cạnh
- Đường kính thiết bị được tính: D = 1,05 x n x t 2 /K, (m)
- Trong đó: n: số ống truyền nhiệt
K: hệ số xếp ống, K = 0,7 ÷ 0,85, chọn k = 0,8, (1, 295) dn: đường kính ngoài ống truyền nhiệt t: bước ống, t = 1,26 x dn, t = 1,26 x 0,042 = 0,053 (m) = 53 (mm)
Chọn 4 thiết bị gia nhiệt, 1 dự phòng, kích thước D x L = 1455 x 3500 (mm)
Thiết bị thông SO 2 lần 1 và thiết bị trung hòa
Thiết bị gồm 2 bộ phận: bộ phận sunfit hóa và bộ phận gia vôi trung hòa.
- Bộ phận sunfit hóa: Chọn thiết bị làm việc liên tục loại tháp có thân hình trụ Nước mía được tưới đều trong thiết bị nhờ tấm lưới Khí SO2 đi ngược chiều. x D h 1 x Thể tích nước mía đưa vào thông SO2 lần 1 là: h 2
* Thể tích thiết bị phần dưới tấm ngăn là: Thể tích nước mía sau khi thông SO2 lần
(Ở 60oC, lưu lượng SO2= 1264 kg/m3 = 1,264 T/m3 [Bảng I.2, 1-4]
- Thời gian lưu nước mía dưới tấm chắn là 2 phút, hệ số chứa đầy là 0,5.
Chiếu cao bộ phận sunfit hóa: H1 = h1 + h2 + h3 = 0,3 + 3,59 + 0,2 = 4,09(m)
- Bộ phận gia vôi trung hòa: Thân hình trụ đáy bằng bên trong có phểu phun làm việc liên tục Chọn thời gian lưu của nước mía là 3 phút, hệ số chứa đầy là 0,6 Thể tích nước mía hỗn hợp sau khi gia vôi trung hòa: V3 = 2614,04 (m3/ngày) = 108,91 (m3/h)
Thể tích thiết bị: VD’ = 𝑉 3 𝑧
Tổng chiều cao: H2 = h1’ + h2’ = 0,5 + 3,35 = 3,85 (m) Chọn chiều cao của ống giữa
Vậy chiều cao toàn thiết bị là: H = H1 + H2 + 4 = 4,09 + 3,85 + 4 = 11,94 (m) Chọn H = 12 (m)
Thiết bị lắng
+ Năng suất công đoạn lắng: V = 108,91(m 3 /h)
Chọn thiết bị lắng liên tục Door - oliver, 4 ngăn chính, 1 ngăn phân bố bên trong có cánh khuấy gạt bùn lắng.
+ Bề mặt chung được tính theo công thức:
Trong đó: V: Thể tích dung dịch vào lắng, V = 108,91 (m 3 /h) a: Phần trăm nước lắng so với dung dịch, a= 80% m: Tốc độ lắng, m=0,4 ÷ 0,6 (m/h) Chọn (m) = 0,6 (m/h)Vậy: F = 145,21 (m 2 ). n.
+ Diện tích lắng của mỗi ngăn: f = 145,21 = 36,30 (m 2 ).
Trong đó: F: diện tích lắng, m 2 n: số ngăn d d: đường kính ống trung tâm, chọn d = 0,8 m
+ Thể tích thiết bị lắng: V V (m 3 ) t .n
Trong đó: V: thể tích nước mía đi lắng, V = 108,91 (m 3 /h).
T: Thời gian nước mía lưu trong thiết bị, T = 2 (h) φ: Hệ số chứa đầy, φ = 0,8 n: Số thiết bị, chọn n = 1
Tính các kích thước chủ yếu của thùng lắng:
Chiều cao của chóp nón cụt: h2 = ( D d )tg = ( 7,44 − 1,5 ) 𝑡𝑔15° = 0,79
Thể tích phần nón cụt:
Thể tích phần hình trụ: V1 = Vt -V2 '2,275 – 12,32 = 259,955 (m3)
Suy ra chiều cao phần hình trụ là: h1 = 4 𝑉 1 = 4 259,955
Vậy chiều cao toàn bộ thiết bị là: H = h1 + h2 = 5,98 + 0,79 = 6,77 (m)
Chọn vận tốc cánh khuấy 1/9 (v/ph) Động cơ truyền động N= 2,2 (kW)
Thiết bị lọc chân không
Khối lượng bùn đem lọc: G = 533,28 (tấn/ngày).(CBVC)
Thể tích nước bùn đem lọc: V = 432,72 (m 3 /ngày)
60..C Trong đó: V: Thể tích nước bùn, V= 18,03 (m 3 /h)
C: Tốc độ lọc, C= 20(lít/phút.m 2 ) 10 -3 (m 3 /m 2 phút)
: Hệ số sử dụng diện tích lọc, = 0,25 ÷ 0,3,chọn =0,25
Chọn thiết bị lọc chân không như nhà máy đường Quảng Phú, với đặc điểm kỹ thuật: + Kích thước thùng lọc: D x L = 925 x 5840
+ Diện tích bề mặt thùng lọc: F= 60,1
+ Tốc độ quay của thùng: 1/3- 1/4 vòng/phút
+ Động cơ truyền động: 2,5 (KW)
+ Số lượng thiết bị: 1 cái
Thiết bị bốc hơi
Chọn thiết bị bốc hơi có ống tuần hoàn trung tâm.
- Lượng nhiệt cung cấp cho buồng đốt các hiệu: (sử dụng các số liệu được tính toán ở phần cân bằng nhiệt và cân bằng vật chất).
Dựa vào thực tế và kinh nghiệm của một số tác giả đã đề ra trị số hệ số truyền nhiệt
K của hệ cô đặc 4 hiệu bảng IV-2, 204, 4
- Bề mặt truyền nhiệt các hiệu được tính theo công thức: F
Trong đó: Qi: nhiệt cung cấp cho buồng đốt (kcal/h).
Ki: Hệ số truyền nhiệt, (kcal/h.m2.0C)
Bảng 4.3: Bảng tính diện tích truyền nhiệt thiết bị bốc hơi
Hạng mục Hiệu I Hiệu II Hiệu III Hiệu IV
Lượng nhiệt cung cấp, Q (kcal/h)
Hệ số truyền nhiệt, K (kcal/h.m 2 0 C) 3470 2400 1420 700
Hiệu số nhiệt độ có ích, ∆ti (0C) 7 8 10,8 18,1
Căn cứ vào tiêu chuẩn diện tích truyền nhiệt thiết bị bốc hơi (m 2 ): 400, 500, 630, 800,
1000, 1250, 1400…[80, 9] Để đơn giản, phù hợp điều kiện thực tế và dự phòng thiết bị khi vận hành, khi thiết kế chỉ nên chọn 1mức thiết bị, trên cơ sở đó đảm bảo nguyên tắc tổng diện tích bề mặt truyền nhiệt chọn ≥ tổng diện tích truyền nhiệt tính toán => chọn F = 1000 (m 2 )
Các thông số kỹ thuật xác định tính toán như sau:
- Ống tuần hoàn trung tâm:
Diện tích ống tuần hoàn trung tâm: chọn 20% tíêt diện tất cả các ống truyền nhiệt,
Chọn ống truyền nhiệt có kích thước L x dn x dn = 3000 x 38 x 42 (mm)
Số ống: n = F/(π x d1 x L) = 1000/(π x 0,038 x 3) = 2792,192 (ống) Chọn n = 2795(ống)
Diện tích ống truyền nhiệt trung tâm: S1 = 20% x 2795x π x 0,0382/4 = 0,634 (m2) Đường kính ống trung tâm D1 = 1 (m)
=> Đường kính ngoài ống trung tâm: D’1 = 1,03 (m)
- Đường kính trong buồng đốt: D t
Trong đó: β = 1/dn thường lấy β =1,3÷1,5; Chọn β = 1,4. Ψ: hệ số sử dụng lưới đỡ ống, ψ = 0,7 ÷ 0,9; Chọn ψ =0,9 L: chiều cao ống truyền nhiệt; L= 3 m. dth: Đường kính ngoài của ống tuần hoàn dth = 1,03 m sin = sin60 0 = 3
- Đường kính buồng bốc: D b = 1,1 x Dt = 3,274 (m)
- Chiều cao buồng bốc: H b = (1,5 ÷ 2) x L, chọn Hb = 1,5 x 3 = 4,5 (m)
- Chóp thu hồi đường: Ф = 2 (m), cao H c = 0,6 (m)
- Phần hơi thứ ra cao: H t = 0,5 (m)
Thiết bị thông SO 2 lần 2
Thiết bị thông SO2 lần 2 có dạng hình tháp
Thể tích mật chè sau khi thông SO2 lần 2:V1 = 493,22 (m3/ngày)
Thể tích thiết bị: Vt = 𝑉 𝑡
Kích thước thiết bị: D x H = 1000 x 3477 (mm x mm)
Thiết bị lọc ống
+ Thể tích mật chè lọc ống: V = 492,70 (m 3 /ngày) = 20,52 (m 3 /h).
+ Tốc độ lọc đối với mật chè: C = 10 (lít/phút)
+ Hệ số sử dụng diện tích lọc: φ = 0,25.
Chọn máy lọc Stellar có đặc tính sau: [186, 4].
+ Chiều cao thiết bị: 3750 (mm).
+ Đường kính thiết bị:1200 (mm)
+ Chiều dài ống lọc: l = 2000 (mm)
+ Đường kính ống lọc: d = 100 (mm).
- Bề mặt của mỗi máy: f = 10m 2 (theo catologue)
Số lượng máy lọc cần dùng: N = 𝐹 = 136,8
Chọn 14 máy trong đó có 1 máy dự phòng
Bảng 4.4 Tổng kết các thiết bị chính dùng trong phân xưởng
Tên thiết bị Kích thước(mm) Số lượng
Gia vôi sơ bộ DxH = 2000 x
Thông SO2 lần 1 và thiết bị trung hòa H = 1200 1
Thiết bị lọc chân không DxL = 925x5840 1
Thiết bị lọc ống DxH 00x3750 14
[1] PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh, Bài giảng Công nghệ sản xuất đường- bánh kẹo, Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, 2017.(1) 14:35 27/04/2020
[2] PGS Nguyễn Ngộ, Công nghệ đường mía, Trường ĐHBK Hà Nội, Nhà xuất bản Bách Khoa Hà Nội (2011) (1) 16:30 27/04/2020 https://www.slideshare.net/HangBui13/nguyn-ng-cng-ngh-ng- ma
[3]Lương Nguyên Thành, Công nghệ chế biến đường và các sản phẩm đường (1) https://www.slideshare.net/luongnguyenthanh/cong-nghe-che-bien-duong-va-san- pham-duong 14:30 30/04/2020
[4] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên (hiệu đính), Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 1, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội,
[5] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, TS Phạm Xuân Toản, Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất - Tập 2, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật Hà Nội, 2004.
[6]Phạm Xuân Toàn, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm
– Tập 3 Các quá trình và thiết bị truyền nhiệt, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật, 2008.
[7]GS Lê Văn Lai (biên dịch), Làm sạch nước mía bằng phương pháp sunfit hóa, Nhà xuất bản nông nghiệp 30/04/2020 https://www.ebookbkmt.com/2016/06/sach-scan-lam-sach-nuoc-mia-bang- phuong.html
[8] Trần Mạnh Hùng (chủ biên) – Lương Văn Bình – Bùi Thị Lẻ - Phạm Thanh Sơn,
Giáo trình Công nghệ sản xuất đường mía, Bộ NN&PTNT, Trường công nhân cơ điện II,
Nhà xuất bản nông nghiệp, Hà Nội – 2000 3/05/2020 https://xemtailieu.com/tai-lieu/giao-trinh-cong-nghe-san-xuat-duong-mia-tran-manh- hung-va-nhung-nguoi-khac-1150427.html