Đồ án tốt nhiệp -1- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại
MO DAU
Đường là một nhu cầu cần thiết trong đời sống hàng ngày của con người, ngoài ra nó còn là nguyên liệu quan trọng trong các ngành sản suất bánh kẹo, nước
giải khát, dược phẩm
Theo các số liệu thống kê của Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn, thì nhu cầu đường trong nước hàng năm vào khoảng l,3 triệu tấn đến 1,4 triệu tấn đường/năm, trong khi đó tổng sản lượng đường cung cấp của 37 Nhà máy đường trên khắp cá nước chỉ đạt khoảng 970.000 tắn Do đó, hàng năm Việt Nam phải nhập khẩu trung bình khoảng 300.000 tấn đến 400.000 tấn đường/năm Như vậy, nhu cầu đối với các sản phẩm của ngành đường Việt Nam rất là to lớn Đối với các nước có sản lượng sản xuất và xuất khẩu đường đứng đầu thế giới như Brazil, Ấn
Độ, Úc, Thái Lan hiện tại đã bước vào giai đoạn thực hiện cắt giảm hỗ trợ xuất
khẩu cho ngành đường, do vậy giá đường tỉnh luyện của các nước này dự báo trong tương lai gần cũng sẽ có nhiều điều chỉnh Đối với các nước trong khối EU, ngành đường cũng sẽ không còn trợ cấp bằng cách từng bước giảm bỏ trợ giá cho việc trồng củ cải đường, diện tích trồng củ cải đường ở Châu Âu dự kiến sẽ giảm Như vậy, ngành đường thế ĐIỚI SẼ tiến tới có sân chơi chung áp dụng cùng luật chơi, sẽ
tỒn tại và phát triển theo các qui luật kinh tế Thêm vào đó, một số nước như
Brazil, Colombia, Mỹ đang nghiên cứu chương trình năng lượng sạch trong đó
sẽ sử dụng nhiên liệu mới là ethanol được sản xuất từ nước mía hoặc mật rỉ Việc sử
dụng nước mía vào sản xuất ethnol đề bổ sung nhiên liệu sẽ tiếp tục có tác động lớn đến quan hệ cung - cầu về đường trên thế giới Do vậy, dự báo giá đường trên thế giới sẽ còn tiếp tục tăng và ngành đường sẽ có nhiều thuận lợi trong tương lai [20]
Với xu hướng như vậy, việc xây dựng các nhà máy đường hiện đại có năng suất cao để đáp ứng nhu cầu của thị trường là điều rất cần thiết Hiện nay, ở nước ta đã có hai nhà máy sản xuất đường tỉnh luyện (nhà máy đường Biên Hoà và Khánh Hội) từ nguyên liệu là đường thô, nhưng các nhà máy sản suất đường thô chưa đáp ứng được nhu cầu nguyên liệu cho các nhà máy này Vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp
Trang 2Đồ án tốt nhiệp -2- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại này, em đã thực hiện đề tài “Thiét kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 2150 tấn mía/ngày theo phương pháp khuếch tán”
Trang 3Đồ án tốt nhiệp -3- Thiết kế nhà máy đường hiện đại
CHƯƠNG I: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT
Quảng Nam là một tỉnh thuộc vùng duyên hải Nam Trung Bộ, là một vùng đất
còn lưu giữ nhiều dấu tích của nền văn hoá Chămpa Đây là một tỉnh đang trên đà phát triển, đất rộng người đông Hiện nay trên địa bàn tỉnh chưa có nhà máy đường nào được xây dựng Qua khảo sát, huyện Thăng Bình thuộc tỉnh Quảng Nam có đầy đủ các điều kiện để xây dựng một nhà máy đường hiện đại
1.1 Đặc điểm thiên nhiên
Nhà máy được đặt trên địa bàn xã Bình Quý, là một xã có diện tích rộng, bằng phẳng thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy đường Hơn nữa, Bình Quý nằm trên
quốc lộ 14B, cách quốc lộ 1A khoảng 5km nên giao thông rat thuận lợi, trên địa bàn còn có hệ thống kênh dẫn nước từ hồ Phú Ninh và một con sông chảy qua nên nguồn cung cấp nước cho nhà máy được đảm bảo
Khí hậu: nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, chỉ có hai mùa là mùa mưa và mùa
khô.Nhiệt độ trung bình hằng năm là 25,4°C Độ âm trung bình hằng năm đạt 84%, lượng mưa trung bình 2000 — 2500 mm rat thuận lợi cho cây mía phát triển
1.2 Vùng nguyên liệu
Trên địa bàn huyện, đại da số sản xuất nông nghiệp, thích hợp cho các loại cây trồng nhiệt đới sinh trưởng và phát triển, vì vậy rất thuận lợi cho việc trồng mía Cách đây vài năm, một nhà máy đường được xây dựng tại Quế Sơn nên các vùng lân cận trở thành vùng cung cấp nguyên liệu mía cho nhà máy Sau khi nhà máy giải thể, hầu hết các hộ nông dân chuyền qua trồng lúa Vì vậy khi xây dựng nhà máy tại Bình Quý thì việc quy hoạch vùng nguyên liệu sẽ đễ dàng Bên cạnh đó, các huyện
lân cận như Phú Ninh, Quế Sơn, Hiệp Đức, Duy Xuyên, Điện Bàn cũng sẽ là
nguồn cung cấp nguyên liệu cho nhà máy
Như vậy, với vùng nguyên liệu rộng lớn có thể đảm bảo cho nhà máy hoạt động với năng suất 2150 tắn mía/ngày
1.3 Hợp tác hoá
Trang 4Đồ án tốt nhiệp -4- Thiết kế nhà máy đường hiện đại kết với các nhà máy này giúp cho sản phẩm tiêu thụ nhanh hơn, đảm bảo cho quá trình sản xuất được liên tục Ngoài ra, trên địa bàn tỉnh Quảng Nam còn có nhiều cơ sở sản xuất bánh kẹo thủ công nhỏ đều sử dụng đường thô làm nguyên liệu, đồng
thời một bộ phận dân cư khá đông ở các huyện miền núi, vúng sâu vùng xa là đối
tượng tiêu dùng sản phẩm
Để đạt được hiệu quả kinh tế thì hầu hết các phế liệu được sử dụng triệt để Ba
mía vừa là chất đốt phục vụ cho nhà máy, bùn lọc từ mật chè được bán cho các cơ sở sản xuất phân vi sinh ở Điện Bàn, mật rỉ của nấu đường được bán cho nhà máy
sản xuất cồn khô tron khu công nghiệp Điện Nam — Điện Ngọc 1.4 Nguồn cung cấp điện
Nguồn cung cấp điện cho nhà máy được lấy chủ yêu từ tuabin hoi cia nhà máy
khi hoạt động, hiệu điện thế sử dụng là 220/380 V
Ngoài ra nhà máy còn sử dụng nguồn điện lấy từ điện lưới quốc gia 500 KV đi ngang qua địa bàn và được hạ thế xuống 200/380 V để sử dụng khi khởi động máy và khi máy không hoạt động thì sử dụng để sinh hoạt, chiếu sáng
Để đảm bảo cho nhà máy được sản xuất liên tục thì lắp thêm một máy phát điện dự phòng
1.5 Nguồn cung cấp hơi
Để thuận tiện cho quá trình sản xuất, hiện nay hầu hết các nhà máy sản xuất
đường đều sử dụng nguồn hơi riêng để phục vụ cho các công đoạn sản xuất: bốc hơi, nâu đường, sấy Trong quá trình sản xuất đề tiết kiệm hơi, ta dùng hơi thứ của thiết bị trước làm hơi đốt cho thiết bị sau
1.6 Nhiên liệu
Trong nhà máy, lò hơi là nơi sử dụng nguyên liệu nhiều nhất Bã mía được tận dụng làm hơi đốt cho nồi hơi Trong thời kì đầu vụ, bã mía không đủ thì người ta sử dụng nguyên liệ khác như dầu FO, củi đốt Còn đề bôi trơn cho các thiết bị khác ta dùng dầu bôi trơn Dầu FO, dầu bôi trơn, xăng dầu cho các phương tiện vận chuyên được đặt mua tại các công ty xăng dầu địa phương gần nhà máy
Trang 5Đồ án tốt nhiệp -5- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại 1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xứ lý nước
Nước trong nhà máy được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau: cung cấp
cho lò hơi, nước khuếch tán, rửa bã, làm nguội máy móc, sinh hoạt Tuỳ vào mục đích sử dụng mà ta phải xử lý theo các chỉ tiêu khác nhau về hoá học, lý học, sinh
học nhất định Nguồn nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ trạm nước của hồ Phú Ninh hoặc sông nên phải được xử lý trước khi đưa vào sử dụng
1.8 Thoát nước
Để đảm bảo sự phát triển bền vững của nhà máy thì vấn đề nước thải phải được quan tâm triệt đề Nước thải của nhà máy có chứa nhiều chất hữu cơ, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, gây ô nhiễm môi trường và ảnh hưởng tới sức khoẻ của công nhân và vùng dân cư lân cận Do đó, nước thải sau khi sản xuất cần được tập trung và xử lí đạt yêu cầu trước khi đồ ra sông
1.9 Giao thông vận tải
Hệ thống giao thông vận tải cũng là một yếu tố đảm bảo sự phát triển của nhà máy Nhà máy nằm trên quốc lộ 14B, cách quốc lộ 1A khoảng 5km về hướng Đông, cộng với hệ thống giao thông nông thôn trong vùng khá tốt là một lợi thé rat lớn của nhà máy, do đó có thê giảm được chi phí vận chuyền và lưu thông đễ dàng 2.10 Nguồn cung cấp nhân công
Huyện Thăng Bình có phần lớn dân cư sống bằng nghệ nông, đây là nguồn lao động đồi dào cung cấp cho nhà máy, do đó tiết kiệm được chỉ phí đầu tư xây dựng nhà ở sinh hoạt Trình độ văn hoá hầu hết đã tốt nghiệp THCS, THPT nên nếu được
đào tạo sẽ nhanh chóng nắm bắt được công nghệ và làm việc tốt Bên cạnh đó, một
bộ phận công nhân từng làm việc ở nhà máy đường tại Quế Sơn nên sẽ tiết kiệm
được chi phí đào tạo
Đội ngũ cán bộ kỹ sư do các trương đại học, cao đăng trong và ngoài tỉnh cung
cấp: Đại học Đà Nẵng, đại học Quảng Nam, đại học Phan Chu Trinh, cao dang Công nghệ, cao đẳng Lương thực — Thực phẩm có trình độ khoa học kỹ thuật tốt
đáp ứng được các nhu cầu của nhà máy
Trang 6Đồ án tốt nhiệp -6- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại * Tóm lại: Qua phân tích các điều kiện ở trên, việc xây dựng một nhà máy sản xuất đường thô hiện đại với năng suất 2150 tấn mía/ngày là hợp lý, đáp ứng được nhu cầu của thị trường, giải quyết được công ăn việc làm cho người dân đồng thời góp phần kích thích sự phát triển của huyện Thăng Bình nói riêng và tỉnh Quảng Nam nói chung
Trang 7Đồ án tốt nhiệp ~T- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại CHƯƠNG II: TONG QUAN
2.1 Nguyên liệu mía
2.1.1 Giới thiệu về cây mía
Cây mía có nguồn gốc từ An Độ, nó xuất hiện từ một loại cây lau say hoang
dại đã trở thành một trong những cây công nghiệp quan trọng trên thế giới Mía trồng nhiều nhất ở châu Mỹ và châu Á, châu Âu trồng mía ít nhất Các nước trồng
nhiều mía như: Cuba, Brazil, Án Độ, Mehico, Trung Quốc [3 — Tr9]
Hình 2.1 Cây mía
Trên thế giới, cây mía và củ cải đường là hai loại nguyên liệu quan trọng nhất của ngành công nghiệp sản xuất đường Còn ở nước ta, do đặc điểm khí hậu nên mía là nguyên liệu duy nhất để sản xuất đường ăn Mía đường là cây trồng có nhiều ưu điểm và có giá trị kinh tế cao
2.1.2 Tính chất và thành phần chú yếu cúa mía và nước mía 2.1.2.1 Thành phần hoá học cúa mía và nước mía
Trang 8Đồ án tốt nhiệp -8- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại Mia là nguyên liệu để sản xuất đường, quá trình gia công và điều kiện kỹ thuật
đều căn cứ vào đặc tính mía Đặc biệt là tính chất và thành phần hoá học của nước
mía Do đó cần nắm vững trước tiên tính chất và thành phần hoá học của mía
Thành phần hoá học của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín * Thành phần hoá học mía: - Thành phần nước: 70-75% - Thành phần đường: 9-15% - Thành phần xơ: 10-16% - Đường khử: 0,01-2% - Chất không đường: 1-3% * Thành phần nước mía - Chất hòa tan: 100 - Phần đường: 75-92 + SacaroZa : 70-88 + Glucoza: 2-4 + Fructoza: 2-4 - Các loại muối: 3-7,5
+ Muối axit vô cơ: 1,5-4,5
+ Muối axit hữu cơ: 1-3
- Axit hữu cơ tự do: 0,5-2,5
- Chất không đường hữu cơ khác:
+ Anbumin: 0,5-0,6
+ Tinh bột : 0,001-0,05
+ Chất keo: 0,3-0,6
+ Chat béo (sap mia): 0,05-0,15 + Chất không đường chưa xác định: 3-5
Lúc mía chín phần đường sacaroza cao nhất, lượng đường khử giảm xuống
dưới 1% [2 - 4]
Trang 9Đồ án tốt nhiệp -9~ Thiết kế nhà máy đường hiện đại 2.1.2.2 Tính chất lý hoá của sacaroza
Sacaroza là thành phần quan trọng nhất của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản suất đường Do đó, ở đây ta sẽ đi sâu vào tìm hiểu những tính chat lý học cũng
như hoá học của sacaroza
“> Tính chất vật lý
+ Tinh thé sacaroza thudc hé don ta, trong suốt, không màu, tỉ trọng 1,5878 g/ml, nhiệt độ nóng chảy 186 — 188 %,
+ Khối lượng phân tử 342,3 đvC
+ Độ hòa tan: Sacaroza dẽ hồ tan trong nước, khơng tan trong các dung
môi hữu cơ Độ hòa tan tăng theo chiều tăng của nhiệt độ Độ hoà tan của
sacaroza còn phụ thuộc vào các chất không đường có trong dung dịch đường
+ Độ ngọt: Nếu lấy độ ngọt của đường sacaroza là 100 để so sánh thì:
lactose (16) < maltose (32) < glucoza (74) < sacaroza (100) < fructoza (173) + Độ nhớt: Độ nhớt của dung dich đường sacaroza tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ
+ Nhiệt dung riêng: Nhiệt dung riêng trung bình của sacaroza từ 22°C tới 51°C 14 0,3019 kJ/kg.d6
+ Độ quay cực: Dung dịch sacaroza có tính quay phải, độ quay cực riêng
của sacaroza tất ít phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ Trị số độ quay cực trung bình của sacaroza là +66,5°
“ Tinh chat hoá học
+ Tác dụng của axit: Dưới tác dụng của axit, sacaroza bị thuỷ phân thành ølucoza và fructoza theo phản ứng:
Ci2H»01, + HO H C¿H¡O, + C¿H¡;O,
Sacaroza glucoza fructoza
+ 66,5° + 52,5° - 93,09
Trang 10Đồ án tốt nhiệp - 10- Thiết kế nhà máy đường hiện đại một sự tổn thất đường rất quan trọng trong sản suất đường, cần có gắng tránh hoặc giảm thiéu
+ Tác dụng với chất kiềm: Phân tử sacaroza không có nhóm hidroxyt glucozit nên không có tính khử Trong môi trường kiềm, sacaroza có thé coi như một axit yếu, vì vậy nó tác dụng với vôi tạo thành sacarat, phản ứng này
phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, lượng kiềm và lượng sacaroza
Ở pH từ 8 đến 9 và đun nóng trong một thời gian dài, sacaroza bị phân huỷ thành các hợp chất có màu vàng và màu nâu Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao, đường bị phân huỷ tạo ra các axit và các chất màu, tốc độ phân huỷ tăng theo độ pH
+ Tác dụng của nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao (160-180°C), sacaroza mất nước tạo thành caramen là sản phẩm có màu như caramenlan,
caramenlen, caramenlin
+ Tác dụng của emzim: Dưới tác dụng của enzyme invectaza, sacaroza sẽ chuyển hoá thành glucoza và fructoza Sau đó dưới tác dụng của phức hệ enzim, glucoza và fructoza sẽ chuyển hoá thành ancol và CO;
2.2 Cơ sớ lý thuyết trong quá trình sản xuất đường
2.2.1 Quá trình lấy nước mía ra khỏi cây mía
Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp đường người ta sử dụng hai phương pháp chính là phương pháp ép và phương pháp khuếch tán
Phương pháp ép vẫn được sử dụng phố biến từ mấy trăm năm nay Nguyên lý chung của phương pháp là xé và ép dập cây mía nhằm phá vỡ các tế bào đề lay nước mía Ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình sản xuất đường, được chia làm các giai đoạn nhỏ như sau: vận chuyền cấp mía vào máy ép, xử lý mía trước khi ép, ép dập và ép kiệt
Phương pháp khuếch tán ra đời sau phương pháp ép, tuy nhiên nó lại có nhiều ưu điểm, đặc biệt là hiệu suất lấy nước mía cao hơn Nguyên lý của phương pháp này là dựa vào hiện tượng khuếch tán có nghĩa là hai dung dịch có nồng độ khác
nhau tập trung lại sát bên nhau hoặc chỉ cách nhau một màng mỏng, tự trao đổi với
Trang 11Đồ án tốt nhiệp -11- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại nhau bằng thâm thấu xuyên qua màng mỏng ấy Công nghệ khuếch tán bao gồm các công đoạn: xử lý mía, khuếch tán nước mía, ép nước khỏi bã mía và xử lý nước ép 2.2.2 Quá trình làm sạch nước mía
2.2.2.1 Tác dụng của pH
Nước mía hỗn hợp có pH = 5 - 5,5 Trong quá trình làm sạch, do sự biến đổi của pH dẫn đến các quá trình biến đổi hoá lý và hoá học các chất không đường trong nước mía và có hiệu quả rất lớn đến quá trình làm sạch Việc thay đổi pH có các tác dụng sau:
- Ngưng kết chất keo: Ở nước mía có hai điểm pH làm ngưng tụ keo: pH trên dưới 7 và pH trên dưới 11 Điểm pH trước là pH đắng điện, điểm pH sau là điểm ngưng kết của protein trong môi trường kiềm mạnh Trong quá trình làm sạch, ta lợi dụng các điểm pH này dé ngung tu chat keo
- Làm chuyên hoá đường sacaroza: Khi nước mía ở môi trường axit (pH < 7) sẽ làm chuyền hoá sacaroza thành hỗn hợp glucoza và fructoza
- Làm phân huỷ sacaroza: Trong môi trường kiềm, dưới tác dụng của nhiệt, sacaroza bị phân huỷ thành các sản phẩm rất phức tạp
- Làm phân huỷ đường khử - Tách loại các chất không đường 2.2.2.2 Tác dụng của nhiệt độ
Phương pháp dùng nhiệt độ để làm sạch nước mía là một trong những phương pháp quan trọng Khi khống chế được nhiệt độ tôt sẽ thu được những tác dụng chính sau:
- Loại không khí trong nước mía, giảm bớt sự tạo bọt, tăng nhanh các quá
trình phản ứng hoá học
- Có tác dụng tiệt trùng, đề phòng sự lên men axit và sự xâm nhập của vi sinh
vật vào nước mía
- Nhiệt độ tăng cao làm tỉ trọng nước mía giảm, đồng thời làm chất keo ngưng tụ, tăng nhanh tốc độ lắng của các chất kết tủa
2.2.2.3 Tác dụng của các chất điện ly
Trang 12Đồ án tốt nhiệp -12- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại a Tác dụng của vơi
- Trung hồ các axit hữu cơ và vô cơ
- Tạo các điềm đăng điện đề ngưng kết các chất keo
- Làm trơ phản ứng axit của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hoá đường sacaroza
- Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đường: protein, pectin, chất màu - Phân huỷ một số chất không đường, đặc biệt là đường chuyền hoá, amit
- Tác dụng cơ học: các chất kết tủa tạo thành có tác dụng kéo theo những chất
lơ lửng và những chất không đường khác - Sát trùng nước mía
b Tác dụng của SO;
- Tạo kết tủa CaSO; có khả năng hấp thụ các chất không đường, chất màu và chất keo có trong dung dịch
- Làm giảm độ kiềm, độ nhớt của dung dịch do một phần chất keo đã bi loại - Tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu
- Làm tan kết tủa CaSO; khi dư SO;
c Tác dụng của CO;
- Tạo kết tủa CaCO: với vôi có khả năng hấp thụ các chất không đường cùng
kết tủa
- Phân ly muối sacarat canxi tạo thành sacaroza và CaCO; kết tủa
- Nếu CO; dư sẽ làm tan kết tủa CaCO; làm đóng cặn trong thiết bị truyền
nhiệt và bốc hơi
d Tác dụng của P;O;
PzO; dạng muối hoặc axit sẽ kết hợp với vôi tạo thành kết tủa Ca;(PO¿);, kết tủa này có tỷ trọng lớn có khả năng hấp thụ chất keo và chất màu cùng kết tủa Khi
vôi làm sạch nước mía có đủ lượng PO; nhất định thì hiệu quả làm sạch tăng rõ rệt
2.2.3 Quá trình cô đặc
Trang 13Đồ án tốt nhiệp -13- Thiết kế nhà máy đường hiện đại do đó cần bốc hơi một lượng nước lớn và đề tiết kiệm hơi cần thực hiện ở hệ bốc
hơi nhiều hiệu Trong quá trình bốc hơi, tuy rằng tiêu hao một lượng hơi nhiều nhưng đồng thời cũng sản sinh ra một lượng hơi thứ lớn Hơi thứ có nhiệt độ cao, nên được sử dụng làm nguồn nhiệt cho các công đoạn khác như nấu đường, gia nhiệt Do đó, công đoạn bốc hơi là trung tâm hệ thống nhiệt của toàn nhà máy, là
trạm cung cấp hơi áp lực thấp Có phương án bốc hơi hợp lý sẽ giảm tiêu hao năng lượng hơi và giảm giá thành Có 3 phương án nhiệt của hệ bốc hơi:
- Phương án bốc hơi áp lực - Phương án bốc hơi chân không - Phương án bốc hơi áp lực chân không
Trong quá trình bốc hơi, dưới tác dụng của nhiệt độ cao nên sẽ xảy ra nhiều phản ứng hoá học và hoá lý dẫn đến sự thay đổi thành phần và đặc tinh của dung dịch đường:
- Sự chuyển hoá sacaroza
- Sự phân huỷ sacaroza và tăng màu sắc - Độ tỉnh khiết tăng cao
- Sự thay đổi độ kiềm
- Sự tạo cặn
2.2.4 Quá trình nấu đường và kết tỉnh
Nấu đường là quá trình tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến quá bão hoà,
sản phẩm nhận được sau khi nâu gọi là đường non gồm tỉnh thể đường và mật cái Qúa trình nấu đường được thực hiện trong nồi nấu chân không để giảm nhiệt độ sôi
của dung dịch, tránh hiện tượng caramen hoá và phân huỷ đường Đối với các sản
phẩm cấp thấp, quá trình kết tỉnh còn tiếp tục thực hiện trong các thiết bị kết tỉnh làm lạnh bằng phương pháp giảm nhiệt độ
Qúa trình kết tỉnh đường gồm 2 giai đoạn: Sự xuất hiện của nhân tỉnh thể hay sự tạo mầm và sự lớn lên của tỉnh thể
2.2.4.1 Sự tạo mầm tỉnh thể
Trang 14Đồ án tốt nhiệp -14- Thiết kế nhà máy đường hiện đại Trong dung dịch đường mía, các phân tử đường phân bố đều trong không gian của phân tử nước và chuyển động hồn độn không ngừng tạo thành một dung dịch đồng nhất Ở một nhiệt độ nhất định trở thành nước đường bão hoà, các phân tử đường sẽ điền đầy ồn định vào không gian của phân tử nước, kết hợp với các phân tử nước tạo thành trạng thái cân bằng Khi số lượng phân tử đường vượt quá số lượng phân tử lúc bão hoà tạo thành trạng thái quá bão hoà thì sự cân bằng bị phá vỡ Khi phân tử đường nhiều đến một số lượng nhất định, thì khoảng cách giữa
chúng ngắn lại, cơ hội va chạm tăng lên, vận tốc giảm đi tương ứng và đạt tới mức
lực hút giữa các phân tử lớn hơn lực đây, khi đó một số phân tử đường kết hợp với nhau hình thành thê kết tinh rất nhỏ tách khỏi nước đường, từ đường ở trạng thái hoà tan trở thành đường ở thể rắn Đó là các tinh thể đường hình thành sớm nhất gọi là nhân tinh thé [8-42]
2.2.4.2 Sự lớn lên của tỉnh thể
Sau khi nhân tinh thể xuất hiện mà dung dịch đường vẫn ở trang thái quá bão hoà thấp thì những phân tử đường ở gần nhân tinh thể khơng ngừng bị mặt ngồi của nhân tỉnh thé hút vào, lắng chìm vào bề mặt tinh thể, đồng thời xếp từng lớp ngay ngắn theo hình đạng tinh thể làm cho tinh thể lớn dần lên Trong quá trình đó , do các phân tử đường không ngừng lắng chìm vào tỉnh thể nên số lượng phân tử đường trong nước đường gần bề mặt tinh thể giảm đi và số lượng phân tử đường trong nước đường xa bề mặt tinh thé tăng lên tương đối, hình thành hai khu vực
nồng độ thấp và nồng độ cao Do 2 khu vực nồng độ khác nhau nên xuất hiện hiện
tượng khuếch tán của các phân tử đường từ khu vực nồng độ cao sang khu vực nồng độ thấp, đến ria tinh thé bi tinh thé hut vào va lắng chìm xuống [8-43] Qúa trình cứ tiếp tục như vậy làm cho tỉnh thể đường lớn dan lên
Trang 15Đồ án tốt nhiệp -15- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại
CHUONG III: CHON VA THUYET MINH DAY CHUYEN CONG NGHE
3.1 Chọn phương pháp sản xuất
Quá trình sản xuất đường bao gồm các công đoạn: lây nước mía, làm sạch, bốc hơi, kết tỉnh đường Trong quá trình đó, do sử dụng các công nghệ không giống nhau nên từ đó có các dây chuyền công nghệ khác nhau Thực chất sự khác nhau đó nằm ở các phương pháp lây nước mía và các phương pháp làm sạch
3.1.1 Chọn phương pháp lấy nước mía
Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp người ta sử dụng hai phương pháp chủ yếu:
> Phương pháp ép
> Phương pháp khuếch tán a Phương pháp ép
Ép mía là phương pháp truyền thống và vẫn được áp dụng khá phổ biến hiện nay Nguyên lý chung là xé và ép dập thân mía nhằm phá vỡ các tế bào đề lấy nước mía Phương pháp này có những ưu và nhược điểm sau:
- Ưu điểm:
+ Là phương pháp đơn giản, dễ thao tác
+ Nước mía thu được của quá trình ép khơng lỗng nên tiết kiệm hơi cho quá trình cô đặc, giảm thời gian bốc hơi, nâng cao hiệu quả sản xuất
- Nhược điểm:
+ Hé may ép cong kénh, nang né, chi phí bảo dưỡng cao + Hiệu suất máy ép chi dat 97%
+ Tổng hiệu suất thu hồi đường thấp
+ Tiêu hao nhiều năng lượng, vốn đầu tư cao b Phương pháp khuếch tán
Khuếch tán là phương pháp trong đó mía đã được xử lý sơ bộ (băm, ép dập, đánh tơi) được ngâm vào nước hoặc dung dịch có độ đường thấp nhằm mục đích khuếch tán toàn bộ lượng đường trong mía vào trong dung dịch
Trang 16Đồ án tốt nhiệp - 16- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại Có hai hệ khuếch tán chủ yếu: khuếch tán mía và khuếch tan bã
- Khuếch tán mía: Cây mía được xử lý sơ bộ nhưng vẫn giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ đường trong đó đi vào thiết bị khuếch tán
- Khuếch tán bã: Sau khi xử lý, mía được đưa qua máy ép để ép 65 — 70% đường trong mía, còn lại 30 — 35% đường trong mía đi vào thiết bị khuếch tán Với hệ khuếch tán bã, mía được chuẩn bị tốt hơn và giảm được tồn thất đường do tác động của vi sinh vật hơn khuếch tán mía, thời gian khuếch tán ngắn lại
Phương pháp này có những ưu nhược điểm là:
- Ưu điểm:
+ Hiệu suất lầy nước mía cao 98 — 99%
+ Hiệu suất thu hồi đường tốt hơn phương pháp ép + Vốn đầu tư thấp hơn phương pháp ép
+ Năng lượng tiêu tốn cũng ít hơn - Nhược điểm:
+ Đòi hỏi công nhân có trình độ kỹ thuật cao
+ Nước mía loãng nên tiêu tốn năng lượng cho quá trình cô đặc
+ Tăng chất không đường trong nước mía hỗn hợp, do đó tôn thất đường trong mật cuối
So sánh hai phương pháp trên, ta thấy phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm hơn Nhưng hiện nay, ở nước ta hầu hết các nhà máy đường đều áp dụng phương pháp ép vì rất dễ vận hành, phù hợp với trình độ thao tác của công nhân, tuy nhiên năng suất lại thấp Với mục đích tăng khả năng cạnh tranh, tăng hiệu quả
kinh tế và tiếp cận các tiến bộ khoa học kỹ thuật, một số nhà máy đường hiện đại
mới xây dựng ở nước ta đã sử dụng phương pháp khuếch tán Trên cơ sở đó, trong đồ án này em chọn phương pháp khuếch tán bã để lấy nước mía
3.1.2 Chọn phương pháp làm sạch
Làm sạch nước mía là khâu quan trọng của công nghệ sản xuất Vì thế, việc
làm sạch nước mía đã được chú ý thích đáng từ khi bắt đầu phát sinh công nghệ sản xuất đường
Trang 17Đồ án tốt nhiệp -17- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại Hiện nay, các phương pháp làm sạch nước mía phô biến là:
> Phương pháp vôi > Phuong phap SO, > Phuong phap CO,
Tuỳ theo phương pháp làm sạch mà ta thu được các sản phẩm đường có chất lượng khác nhau Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh, phương pháp sunfit hoá axit và phương pháp CO; được sử dụng để sản xuất đường trắng và đường tỉnh luyện Còn đề sản xuất đường thô người ta thường sử dụng phương pháp vôi hoặc phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ Chúng ta sẽ lần lượt tìm hiểu đặc điểm của hai phương pháp này
3.1.2.1 Làm sạch bằng phương pháp vôi
Phương pháp vôi có từ lâu đời và là phương pháp đơn giản nhất đề làm sạch nước mía chỉ đưới tác dụng của nhiệt và vôi Phương pháp này có thể chia làm may loại sau đây:
> Cho vôi vào nước mía lạnh
> Cho vôi vào nước mía nóng
> Cho vôi nhiều lâng và đun nóng nhiều lần a Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh
Nước mía hỗn hợp
Sữa vôi Gia vôi
Dun nong (102 — 105°C) Thing ling Nước bùn
Cô đặc Nước lắng trong Ép lọc Bùn
Nước lọc trong
- Ưu điểm:
+ Quản lý thao tác đơn giản
Trang 18Đồ án tốt nhiệp -18- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại
+ Trước khi đun nóng, cho vôi vào nước mía đến trung tính tránh được chuyền hoá sacaroza Nếu cho vôi đều đặn có thể tránh được chuyền hoá đường khử
- Khuyết điểm:
+ Lượng vơi dùng nhiều
+ Độ hồ tan của vôi ở nước mía lạnh tăng, nếu vôi quá thừa sau khi đun
nóng sẽ đóng cặn ở thiết bị
b Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng
Trước hết, đun nước mía hỗn hợp đến nhiệt độ 105°C Một số keo (albumin, silie hidroxit) bị ngưng tụ đưới tác dụng của nhiệt và pH của nước mía hỗn hợp Cho vôi vào thùng trung hoà, khuấy trộn đều để kết tủa hoàn toàn, sau đó loại chat kết tủa ở thiết bị lắng - Ưu điểm: + Loại protein tương đối nhiều + Hiệu quả làm sạch tốt + Tốc độ lắng lớn, dung tích bùn nhỏ + Tiết kiệm được lượng vôu khoảng 15 — 20% so với phương pháp lạnh - Nhược điểm:
+ Sự chuyên hoá sacaroza tương đối lớn
+ Khó khống chế được màu sắc của nước mía
e Phương pháp cho vôi phân đoạn
Đây là phương pháp ưu việc nhất trong các phương pháp vôi, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp sản xuất đường thô
- Ưu điểm:
+ Hiệu quả làm sạch tốt, loại chất không đường nhiều Qua 2 lần gia vôi có thé lợi dung được 2 điểm ngưng kết khác nhau đề loại chất không đường nên nước
mía trong, nước bùn dễ lọc
+ Tiết kiệm khoảng 35% so với phương pháp lạnh - Nhược điểm:
+ Sơ đồ công nghệ phức tạp
Trang 19Đồ án tốt nhiệp -19- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại + Sự chuyền hoá và phân giải sacaroza tương đối lớn - Lưu trình công nghệ: Nước mía hỗn hợp Cho vôi sơ bộ (pH = 6 - 6,4) Đun nóng lần 1 (t= 90 — 105°C) Cho vôi trung hoà (pH = 7,6 — 8,2) Đun nóng lần 2 (t= 100 — 105°C) Thùng tán hơi Thùng kết tủa Nước bùn Lọc ép Nước mía trong
Cô đặc Nước lọc trong
3.1.2.2 Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ - Lưu trình công nghệ: Nước mía hỗn hợp Dun nong lan 1 (t= 60 — 70°C) Gia vôi (pH = 8 - 9) X6ng SO, (pH = 6,9 — 7,1) Dun nong lan 2 (t= 100 — 104°C) Lang Nước bùn Lọc ép
Nước mía trong
Cô đặc Nước lọc trong
- Ưu điểm:
+ Sự kết tủa chất khơng đường tương đối hồn toàn
+ Hiệu quả làm sạch tương đối cao
Trang 20Đồ án tốt nhiệp - 20 - _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại + Đóng cặn trong nồi bốc hơi tương đối ít
- Nhược điểm:
+ Chat kết tủa không rắn chắc, thê tích nước bùn lớn nên lắng lọc tương đối
chậm
+ Dưới tác dụng của kiềm, đường khử dễ dang bị phân huỷ, tăng màu sắc và hàm lượng muối canxi của nước mía Do đó, phương pháp này ít được dùng
Tóm lại: Qua việc phân tích ưu nhược điềm của từng phương pháp làm sạch ở trên, ta thây phương pháp cho vôi phân đoạn là tối ưu hơn cả để sản xuất sản phẩm đường thô Nếu sử dụng SO; sẽ không có lợi cho sản phẩm đường tỉnh luyện sau này vì hàm lượng SO; trong đường cao sẽ ngăn cản sự hấp thụ của các tác nhân tây màu đối với chất màu hoá học trong đường, gây khó khăn và phức tạp cho việc chế luyện đường thô thành đường cao cấp Đối với phương pháp vôi mặc dầu hiệu quá làm sạch thấp, khả năng thu hồi đường không cao nhưng có các ưu điểm là:
- Chi phí đầu tư thấp
- Dây chuyền đơn giản, số lượng thiết bị ít - Quản lý và thao tác đễ đàng
- Chất lượng không thấp hơn phương pháp SO; là bao
Vì vậy, vì vậy ta chọn phương pháp gia vôi phân đoạn để sản xuất đường thô 3.1.3 Chọn phương pháp nầu và chế độ nấu
3.1.3.1 Chọn phương pháp nấu
Có 2 phương pháp nấu đường: nấu đường gián đoạn và nấu đường liên tục
Theo các tài liệu thì nấu đường liên tục có nhiều ưu điểm:
Trang 21Đồ án tốt nhiệp -21- Thiết kế nhà máy đường hiện đại + Thiết bị phức tạp, thao tác khó, đòi hỏi các thiết bị, dụng cụ kiểm tra và thao tác phải đồng bộ
+ Chất lượng đường chưa tốt
Vì vậy trong đồ án này, em chọn phương pháp nấu đường gián đoạn, tuy còn
nhiều hạn chế nhưng nó phù hợp với điều kiện ở nước ta: thiết bị đơn giản, thao tác
tương đối dễ dàng 3.1.3.2 Chọn chế độ nấu
Trong ngành sản xuất đường hiện nay, người ta thường sử dụng các chế độ nấu đường: nấu 2 hệ, nấu 3 hệ, nấu 4 hệ Đối với chế độ nấu 2 hệ, có nhiều ưu điểm: thể tích đường non nhỏ, chất lượng đường thương phẩm đồng nhất, giảm hệ số nấu lại, năng suất nâu tăng lên đáng kể tuy nhiên lượng đường còn lại trong mật cuối nhiều gây tồn thất đường, làm giảm hiệu quả kinh tế Với chế độ nấu 4 hệ thì giảm được tổn thất đường trong mật cuối nhưng dây chuyền công nghêi tương đối phức
tạp, tốn nhiều thiết bị Vì vậy ở đây ta chọn chế độ nấu 3 hệ vì có những ưu điểm: AP mật chè > 80% phù hợp với chất lượng mía được trồng ở nước ta, thu được
đường có độ tinh khiết cao, giảm được tồn thất đường trong mật cuối Mật chè
Non A Non B Non C
Duong A Mat A~DudngB Mật s] Đường C Mật cuối
Đường hồ B Hồi dung C
3.2 Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ 3.2.1 Chọn dây chuyền công nghệ
Trang 22Đồ án tốt nhiệp - 22 - Thiết kế nhà máy đường hiện đại Mía nguyên liệu Chuẩn bị nguyên liệu Băng chuyền mía May bam 1 May bam 2 May ép Nước khuếch tán Thiết bị khuếch tán Máy ép kiệt Bã Nước mía hỗn hợp (pH = 5 - 5,5) Đốt lò Cân định lượng
Ca(OH); Gia vôi sơ bộ (pH = 6 - 6,4) P;O; Gia nhiét lan 1 (t = 90 — 105°C)
Ca(OH), Gia vôi trung hoà (pH = 7,6 — 8,2)
Gia nhiệt lần 2 (t= 102 — 105°C)
Tản hơi
Thiết bị lắng Nước bùn Lọc chân không
Trang 23Đồ án tốt nhiệp -23- Loc kiém tra Thiết kế nhà máy đường hiện đại Mật chè
Nấu non A Nấu non B Nấu non C
Tro tinh A Trợ tỉnh B Tro tinh C
Máng phân phối Máng phân phối Máng phân phối
Ly tam A Ly tam B Ly tam C
I I —L—
Cat A Mat A Cat B Mat B Cat C Mat C
Đường hồ B Hồi dung C
| Sang rung May say Băng tải làm nguội Sàng phân loại
Thanh pham Can, dong bao Xyclon chứa
Bảo quản
3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ
3.2.2.1 Vận chuyền - tiếp nhận — chuẩn bị nguyên liệu
- Vận chuyền, tiếp nhận: Khi đến mùa vụ, mía được thu hoạch ở các vùng nguyên liệu và được vận chuyên đến nhà máy bằng xe tải Tại đây, mía được cân để xác định khối lượng và lấy mẫu phân tích chữ đường (dựa vào chữ đường để thanh tốn cho nơng dân) Sau đó, mía được đưa đến bãi chứa nguyên liệu để chờ đưa vào
sản xuât
Trang 24Đồ án tốt nhiệp -24 - Thiết kế nhà máy đường hiện đại - Chuẩn bị nguyên liệu: Mía ở bãi nguyên liệu được câu lên băng xả mía để đảm bảo lượng mía được xả xuống băng chuyền đều đặn và dùng máy khoả bằng để san đều lớp mía vừa đồ xuống băng
3.2.2.2 Lấy nước mía a Xử lý sơ bộ
- Mục đích của công đoạn này là phá vỡ cấu trúc tế bào mía, tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ép và khuếch tán, đồng thời nâng cao hiệu suất lấy nước mía
- Mía được băng chuyền đưa vào hệ thống xử lý sơ bộ, hệ thống này gồm máy băm I và máy băm II Máy băm I quay cùng chiều với băng tải bố trí ở cuối băng chuyền ngang, trong lúc đó máy băm II bố trí ở đầu băng chuyền nghiêng, quay ngược chiều với chiều băng chuyên Sau khi qua hai máy băm, mía được băm và xé
nhỏ, tiếp tục đưa vào máy ép sơ bộ sau khi đi qua nam châm điện đề hút các vật lạ
bằng sắt, thép
Hình 3.1 - May bam I [16] Hinh 3.2 — May bam II [16]
b Ép mía
- Mục đích: Tách một phần lượng đường trong mía và tạo điều kiện thuận lợi
cho giai đoạn khuếch tán đạt hiệu quả cao
- Mia sau khi xử lý sơ bộ được đưa vào máy ép dập 3 trục đề lây, ở đây nước mía được lấy ra khoảng 65 - 70% và phần đường còn lại trong bã được đưa vào thiết bị khuếch tán
Trang 25Đồ án tốt nghiệp -25- Thiết kế nhà máy đường hiện đại
Hình 3.3 —- Máy ép 3 trục [26] c Khuếch tán bã
- Mục đích: Thu hồi tối đa lượng đường còn trong bã
- Bã mía sau khi ra khỏi máy ép còn khoảng 30 — 35% lường đường, được đưa vào thiết bị khuếch tán Nước dùng để khuếch tán có hai loại: nước mới (nước nguyên) và nước ép từ bã Tại đây, nhờ sự chênh lệch nồng độ đường trong bã và trong nước nên đường trong bã sẽ chuyển vào trong nước Bã mía sau khi ra khỏi thiết bị khuếch tán còn nhiều nước (độ âm khoảng 86%) Để tách kiệt nước trong
bã, ta dùng hai máy ép 3 trục Nước ép từ bã ướt sau khi được xử lý được đưa trở lại khuếch tán nhằm thay thế cho một phần nước mới Bã sau khi tách nước còn
khoảng 45 — 47% nước được dùng làm nguyên liệu đốt lò hơi
- Thiết bị: Sử dụng thiết bị khuếch tán bã của De Smet Nhiệt độ nước khuếch
tán khoảng 70 - 73°C, thoi gian khuếch tán khoảng 30 phút
Hình 3.4 - Thiết bị khuếch tán [23]
Trang 26Đồ án tốt nghiệp - 26 - _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại 3.2.2.4 Làm sạch và cô đặc nước mía
a Gia vôi sơ bộ mr [EEHI
- Mục đích: Gia vôi sơ bộ để trung hoà nước mía
hỗn hợp nhằm tránh chuyên hoá đường, tạo điểm
đăng điện để ngưng kết một số protein ———
-Ở giai đoạn này, có bổ sung PO; ở dạng H;PO¿
hàm lượng 300 mg/I để làm cơ sở cho quá trình gia U vôi lần 2
- Thông số kỹ thuật:
+ Nước mía hỗn hợp có pH = 5 - 5,5, sau khi
gia voi dat pH = 6 — 6,4 Hình 3.5 - Thiết bị gia vôi
+ Nồng độ sữa vơi: § - 10Be
- Thiết bị gia vôi sơ bộ:]Thiết bị gia vôi loại hình trụ đáy chóp cụt, có cánh khuấy, làm việc liên tục
b Gia nhiệt lần I - Mục đích:
+ Tạo điều kiện cho các phản ứng hoá học xảy ra
+ Làm kết tủa và đông tụ một số keo ưa nước
+ Sát trùng nước mía
Trang 27Đồ án tốt nghiệp -27- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại - Thông số kỹ thuật: Sau khi gia sơ bộ, nước mía
được đưa vào thiết bị gia nhiệt để nâng nhiệt độ lên 90-105°C
- Thiết bị: Sử dụng thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm c Gia vôi lần 2
- Mục đích:
+ Tạo kết tủa Ca;(PO¿); có tính hấp thụ:
Ca(OH), + PO, = Caz(POj; + OH
Ca3(PO,) kết tủa hấp thụ các chất keo va chất màu có tác dụng làm sạch nước mía
+ Tạo ra điểm đăng điện để ngưng kết thêm một số chất keo
- Sau khi gia vôi lần hai, pH nước mía đạt 7,6 - 8,2
- Thiết bị gia vôi lần 2 giống thiết bị gia vôi lần 1 d Gia nhiệt lần 2
- Mục đích:
+ Giảm độ nhớt của nước mía, giảm tỉ trọng nước mía, tăng nhanh tốc độ
lắng
+ Tiêu diệt vi sinh vật
- Nhiệt độ gia nhiệt lần này là 100 — 105°C - Thiết bị: giống thiết bị gia nhiệt lần I e Lắng trong
- Mục đích: Lắng nhằm thu nước mía trong
sau khi tách loại hoàn toàn bùn và cặn nhỏ
ra khỏi nước mía hỗn hợp Quá trình lắng
Trang 28Đồ án tốt nghiệp -28- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại Lọc chân không
- Mục đích: Nước mía sau khi lắng thu được nước mía trong và nước bùn Nước mía trong thì được đưa đi gia nhiệt lần 3 rồi cô đặc, còn nước bùn thì được đi qua thiết bị lọc bùn đề lấy I1 phần đường còn sót lại trong nước bùn
- Thiết bị: Chọn thiết bị lọc chân không kiểu thùng quay, tốc độ thùng quay 1 — 2,5 vòng/phút, nhiệt độ nước bùn lọc là 8Š — 90°C
Bom chan khong Trong loc
Bom chan khong
Nuoe rua ba loc
Hinh 3.8 — M6 hinh thiết bị lọc chân không [16]
ø Gia nhiệt 3
- Mục đích: Nhằm tăng khả năng truyền nhiệt trước khi vào nỗi cô đặc, không mất thời gian đun sôi ở thiết bị cô đặc
- Nhiệt độ nước mía hỗn hợp sau khi gia nhiệt lần 3 là 110 — 115°C - Thiết bị gia nhiệt lần 3 giống thiết bị gia nhiệt lần 1 và lần 2 h Bốc hơi
- Mục đích: Nhằm bốc hơi nước, đưa nồng độ Bx của nước mía hỗn hợp từ 6 — 7% lên 55 — 65% đề tạo điều kiện cho quá trình kết tinh
- Thiết bị: Sử dụng thiết bị cô đặc dạng ống chùm với phương pháp bốc hơi áp lực chân không 4 hiệu, độ chân không hiệu cuối khoảng 550 mmHg
Trang 29Đồ án tốt nghiệp - 29 - _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại - Nguyên tắc của hệ thống bóc hơi là hơi đốt cung cấp cho nồi đầu tiên, còn các nồi sau thì dùng hơi thứ của các nồi trước làm hơi đốt, đồng thời một phan hơi thứ này được dùng đề gia nhiệt nước mía và nấu đường, hơi của nồi cuối được đưa vào thiết bị ngưng tụ baromet Dung dịch tự chảy từ noi nay sang nội khác nhờ sự chênh lệch áp suất giữa các nồi Dung dịch di trong ống, hơi đi ngoài ống, ở giữa buông đốt có ống tuần hoàn Hệ thống bốc hơi này có thể tận dụng được nguồn hơi thứ triệt đề, thời gian bốc hơi nhanh, giảm được chỉ phí về năng lượng
i Loc kiém tra
- Mục đích: Nhằm tách triệt để cặn còn lại và cặn mới sinh trong khi cô đặc,
tạo độ tinh khiết cho mật chè, tạo điều kiện tốt cho công đoạn nấu, kết tỉnh, ly tâm - Thiết bị: Sử dụng thiết bị lọc ống PG 111111|P††!T†† 1111111PFI†††
Hình 3.9 — Thiết bị cô đặc [24] Hình 3.10 — Thiết bị lọc ống [15] 3.2.2.5 Nấu đường — Trợ tỉnh - Ly tâm
a Nấu đường
- Mục đích: Nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến nồng độ
quá bão hoà tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện các tinh thể đường và nuôi cho
những tỉnh thể đường lớn lên đến kích thước theo yêu cầu bảo đảm chất lượng
Trang 30Đồ án tốt nghiệp -30- Thiết kế nhà máy đường hiện đại đường thành phẩm Sản phẩm của quá trình nấu đường gọi là đường non, nó gồm
tinh thé duong va mat cai
- Ta chọn chế độ nấu đường 3 hệ Đây là chế độ nấu phổ biến nhất để nhận được đường cát với độ tỉnh khiết cao Nấu đường được tiến hành ở điều kiện chân không, tuỳ thuộc vào từng loại đường và từng giai đoạn nhưng thông thường áp suất
từ 640 — 670 mmHg, nhiệt độ 60 — 70°C nhờ vậy tránh được hiện tượng phân huỷ
và caramen hoá đường Sacaroza Thời gian nấu của các mẻ như sau:
+ Non A: 2 -4 h/mẻ, nhiệt độ nấu 60 — 65°C
+ Non B: 4 - 6 h/mẻ, nhiệt độ nâu 70 — 80°C +NonC: 8 - 12 h/mẻ, nhiệt độ nấu 70 — 80°C
- Chọn thiết bị nấu đường dạng ống chùm thắng đứng có ống tuần hoàn trung tâm đảm bảo cho sự đối lưu của đường non có độ nhớt lớn, thiết bị này có tốc độ
truyền nhiệt lớn, cấu tạo đơn giản nên đễ dàng vệ sinh và lắp đặt
Hình 3.11 — Thiết bị nâu đường [16] c Trg tinh
- Muc dich: Dé tinh thể đường ồn định, nếu tiếp tục nấu ở ché độ chân không, do độ nhớt đường non lớn nên tốc độ kết tỉnh phần đường còn lại rất chậm, thời gian kéo dài ảnh hưởng đến chất lượng màu sắc của sản phẩm, không hiểu quả kinh tế Vì vây khi nấu đến nồng độ chất khô nhất định đối với mỗi nôi, tiến hành cho
Trang 31Đồ án tốt nghiệp -31- Thiết kế nhà máy đường hiện đại đường non vào thiết bị trợ tỉnh dé trợ tinh thêm, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ly tâm
- Nguyên tắc của quá trình trợ tỉnh là giảm nhiệt độ làm cho đường non tiếp tục quá bão hoà và kết tinh
+ Đối với đường non A và B đo mật A, B còn dung phối liệu nấu lại nên
việc kết tỉnh làm lạnh không cần phải nghiêm ngặt lắm Vì vậy sử dụng thiết bị trợ
tỉnh có cánh khuấy ruột gà
+ Đối với trợ tỉnh C, do mật C là mật cuối tạp chất nhiều, độ nhớt cao,
Trang 32Đồ án tốt nghiệp -32- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại
- Mục đích: Do trên bề mặt tinh thể sau khi kết tỉnh vẫn còn một lượng mật
chưa kết tinh hết nên ta cần tách ra khỏi tỉnh thể bằng lực ly tâm trong các thùng quay với tốc độ cao
- Sau khi ly tâm ta thu được đường và mật cái, nhiệt độ đường non là 55°C
Với đường thô ta không cần dùng nước hay hơi để rửa nhằm giữ màu vàng nâu đúng theo tính chất của đường thô
- Ly tâm được thực hiện trong các thiết bị thùng quay với tốc độ cao, với non
A, B có độ nhớt thấp ta chọn thiết bị ly tâm gián đoạn, với non C chon thiết bị ly
tâm liên tục
Hình 3.12 — Ly tâm gián đoạn [23] Hình 3.13 — Ly tâm liên tục [23] 3.2.2.6 Sấy đường
- Mục đích: Sau khi ly tâm, đường cát có độ âm cao từ 0,6 — 2% cần được làm
khô để bảo quản Sấy nhằm là giảm độ am, lam mau sac hat duong bong sang tao
điều kiện tốt cho công tác bảo quản, đường thành phẩm không bị biến chất trong thời gian lưu kho Đối với đường thô sau khi sấy độ âm phải đạt 0,1% mới có thể bảo quản trong thời gian dài
- Thiết bị: Sử dụng thiết bị sấy thùng quay
Trang 33Đồ án tốt nghiệp -33- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại
Hình 3.13 Thiết bị sấy thùng quay [19] 3.2.2.7 Làm nguội, phân loại, đóng gói và bảo quản
- Sau khi sấy, đường được đưa xuống băng tải làm nguội nhằm làm cho đường khô đều và không vón cục trong bảo quản Qúa trình làm nguội đọc theo băng tải ta bồ trí quạt thôi nhằm đây nhanh việc làm nguội Từ băng tải làm nguội, đường được chuyển tới sàng phân loại dé tách các hạt đường không đạt yêu cầu về kích thước, phần đường này được hoà tan và nấu trở lại
- Đường thành phẩm sau khi phân loại đạt yêu cầu sẽ được chuyền đến xilo chứa đường thành phẩm rồi đưa đi đóng bao
- Bảo quản đường thành phẩm là một công đoạn quan trọng, ảnh hưởng đến thời gian sử dụng và chất lượng đường thành phẩm Đường được lưu trong kho có
độ thoáng cao và cách âm tốt
Trang 34Đồ án tốt nghiệp -34- Thiết kế nhà máy đường hiện đại
CHƯƠNGIV: CÂN BẰNG VẬT CHÁT
Các số liệu ban dau ( theo nhiém vụ thiết kế)
- Hàm lượng đường sacaroza 12,18 %
- Ham lượng chất xơ 11,52 %
- Hàm lượng chất không đường 2,78 %
- Gp ba 76,95 %
- Hiệu suất lầy nước mía 98,1 %
- Độ âm bã 49,25 %
- Lượng nước khuếch tán 160 % 4.1 Tính tốn cơng đoạn ép (Tính foán cơ sở cho 100 tấn mía) 4.1.1 Tính mía nguyên liệu
- Khối lượng (KL) đường trong mía = G x % đường sacaroza trong mía = 100 x 12,18 % = 12,18 (T)
- KL xơ = G x % xơ trong mía = 100 xI1,52% = 11,52 (T)
- KL chất không đường = G x% chất không đường = 100 x 2,78% = 2,78 (T) - KL chất tan trong mía = KL đường + KL chất không đường = 12,18 + 2,78 =14,96 (T) - KL đường ép được = % đường x Hiệu suất lấy nước mía = 12,18 x 98,1% = 11,949 (T) 4.1.2 Tính bã mía - KL đường trong bã = KL đường trong mía — KL đường ép được = 12,18 - 11,949 = 0,231 (T)
- KL chất tan trong bã = 100 x-Kk đường trong bã _ 0.231 199 — 0 301 (T), Gp bã 76,95
Trang 35Đồ án tốt nghiệp -35- _ Thiết kế nhà máy đường biện đại
- KL nước mía hỗn hợp = KL mía + KL nước thẩm thấu —- KL ba = 100 + 160 - 23,292 = 236,708 (T) - Khối lượng đường trong NMHH = KL đường mía - KL đường bã =12,18-0,231 = 11,949 (T) - KL chat khô trong NMHH = KL chất khô mía - KL chất khô bã = 14,96 - 0,301 = 14,659 (T) KL đường trong NMHH — _ 100 % KL chất khô trong NMHH - Độ tỉnh khiết củaNMHH = 11949 14,659 ~ 0o „_ KL chất khô trong NMHH x KL nước mía hỗn hợp x100 =6,193 (%) x 100 = 81,509 (%) - Nồng độ chất khô trong NMHH 14,659 236,708 Voi Bx = 6,193 % thì tra bảng (1.87)/[10-64], ta có p = 1024,416 kg/m? KL NMHH 236,708 _ =—=®—— =231,066 (mÌ) ty trong 1024,416.10
- Dung tich cua NMHH =
Bang 4.1- Bang tong kết cân bằng vật chất công đoạn ép TT Hạng mục KL tinh cho % KL tinh cho 100 (T) 2150 (T/ ngày)
1 | KI đường trong mia 12,18 261,87
2 | KI chât ran hoa tan 14,96 321,64
3 | KI duong khuếch tán được 11,949 256,894 4 | KI đường trong ba 0,231 4,976 5 | Kiba 23,292 500,78 6 | Phan tram bã so với mía 23,292 7 | KI nước khuếch tán 160 3440 8 | KINMHH 236,708 5089,220 9| KI đường trong NMHH 11,949 256,894 10 | Kl chat khô trong NMHH 14,659 315,174
11 | Dé tinh khiết nước mía hỗn hợp 81,509
12 | Nong d6 chat khô NMHH 6,193
13 | Thé tich nước mía hôn hợp 231,066 m? 4967,919 m*
Trang 36
Đồ án tốt nghiệp - 36 - _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại 4.2 Tính tốn cơng đoạn làm sạch
Cac sé ligu ban dau (theo tai liéu [5-43])
- CaO có hiệu so với mía: 0,05-0,08 % Chọn giá trị 0,08% - Hàm lượng CaO có hiệu trong vôi Chon 80%
- Hàm lượng đường trong bùn khô: 20+25% Chọn giá trị 25% - Lượng đường tồn thất so với đường trong mía 0,5 %
Bun lọc so véi mia 1 %
Nước trong bùn lọc Chọn 60%
- Nong độ mật chè 60- 65% Chon Bx = 60%
- Nước bùn so với nước mía gia vôi là 11% (do dùng phương pháp khuếch tán nên nước mía hỗn hợp loãng, vì vậy lượng nước bùn so với nước mía khoảng 11%,
nếu dùng phương pháp ép thì tỉ lệ này là 20%)
4.2.1 Tính vôi và sữa vôi
% CaO có hiêu 100
— KLCaOcóhiêu - =0,08x 100 =0,1 (T)
HI CaO co hiéu trong vôi 80
- Sữa vôi được pha với nồng độ 10-18Be Chọn 10Be Ở 20°C [5 - 43] ta có: Khối lượng riêng: d = 1,074 (tan/m*), % CaO =9,28 (%)
- KI CaO can = KI mia ép x = 100 x 0,08% = 0,08 (T) - KI vôi cân = KLCaO có hiệu alco TEU x 100 = 0,08 %CaO 9,28 - KI nước trong sữa vôi = KL sữa vôi - KL vôi = 0,862 - 0,1 =0,762 (T) - Thể tích sữa vôi = — = 9,862 _ 9 803 (m’) - KL sữa vôi dùng = x100 =0,862 (T)
- Trong sản xuất người ta chia 2 giai đoạn : + Gia vôi sơ bộ: dùng 1/3 tổng lượng vôi
KĨ vôi dùng gia vôi sơ bộ = 0,1 x 1/3 = 0,033 (T) KI sữa vôi dùng gia vôi sơ bộ = 0,862 x 1/3 = 0,287 (T) + Gia vơi trung hồ: dùng 2/3 tổng lượng vôi
KI voi dung trung hoa = 0,1 x 2/3 = 0,067 (T)
Trang 37Đồ án tốt nghiệp -37- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại KI sữa vơi dùng trung hồ = 0,862 x 2/3 = 0,575 (T)
4.2.2 Tính nước mía gia vôi
s* Nước mía hỗn hợp gia vôi sơ bộ
- KL nước mía gia vôi sơ bộ(GVSB) = KL NMHH + KL sữa vôi GVSB = 236,708 +0,287 = 236,995 (T)
- KL chất tan sau GVSB = KL chất tan NMHH + KL CaO có hiệu
= 14,659 + 0,033 = 14,693 (T)
- % chat tan trong NMHH sau GVSB = 100 x _KL chất tan trong NMGV 1
KL nước mía sau GVSB
14623 „100 = 6.2 % _ 236955
Với Bx = 6,2 % tra bảng (I.87)/ [10-64] ta có p = 1024,455 kg/m?
KU nước mía gia vôi 236,955 - Dung tích NMGVSB = 5 Tran Tỷ trọng 1024.455 x1000 = 231,338 (m’*) - % đường so với NMHH sau GVSB =100 x -KL đường trong NMHH KL nước mía sau GVSB 11949 „100 = 5,042 % — 236,955
- Ap nước mía sau GVSB = 100 x - 2 đường trong NM sau GVSB
% chât tan trong NM sau GVSB
= 5,042 x 100 = 81,324 %
s* Gia vôi trung hòa
- KL nước mía gia vơi trung hồ (GVTH) = KL NMGVSB + KL sữa vôi gia
vôi trung hoà = 236,995 + 0,575 = 237,570 (T)
- KL chất tan trong NMTH = KL chất tan trong NMHH + CaO có hiệu
= 14,693 + 0,067 = 14,759 (T)
- Bx nước mía GVTH = 100 x KL chật {an tron NMTH nước mía sau GVTH = 14,769 x100 = 6,213 %
"237,570
Với Bx = 6,213 % tra bang (1.87)/ [5-64] ta cd p = 1024,498 kg/m?
Trang 38Đồ án tốt nghiệp -38- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại 237,570 = 231,889 mỶ 1024.498 - Thể tích của nước mía sau GVTH = 4.2.4 Tính nước bùn - KL nước bùn = KL nước mía trung hoà x % nước bùn so với mía = 237,570 x0,11= 26,133 (T)
- Thể tích nước bùn = Kế Hưng ông = TT 26,146 (T) 4.2.4 Tính nước mía lắng trong
- KL nước mía lắng trong = KL nước mía TH - KL nước bùn
= 237,570 — 26,133 = 211,437 (T)
4.2.5 Tính lượng bùn lọc
- KL bùn lọc = 100 x -79 ùn lọc so với mía ~ i0 „ _”- =1 (T) 100 100
- KL nước trong bùn lọc = KL bùn lọc x độ âm bùn = I x 0,7 = 0,7 (T)
- KL bùn khô = KL bùn lọc - KL nước trong bùn = 1-—0,7 =0,3 (T) - KL đường tồn thất theo bùn lọc = KL bùn khô x % đường trong bùn khô =0,3 x 0,25 = 0,075 (T) - KL đường tồn thất không xác đinh = KI đường trong mía x % tồn that KXD = 12,18 x0,5% = 0,061 (T) 4.2.6 Tính bã nhuyễn
Trong quá trình lọc người ta bồ sung bã nhuyễn vào làm chất trợ lọc, lượng bã nhuyễn sử dụng là 1% so với mía, độ ẩm bã nhuyễn là 49,25 %
- KL bã nhuyễn cho vào bùn=_ 100 x 0,01 = 1 (T) - KL nước trong bã nhuyễn = Ix 0.4925 = 0.4925 (T) - KL chất tan trong ba nhuyén = 1 — 0,4925 = 0,5085 (T)
% nude rira bin _ 1 , 200_ 2 ()
- KL nước rửa bùn = KL bùn loc x 100
- KL nước mía lọc trong = KL nước bùn + KL nước rửa — KL bùn lọc
= 26,133 + 2— 1 = 27,133 (T)
Trang 39Đồ án tốt nghiệp -39- _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại 4.2.7 Tính nước mía lắng lọc - KL nước chè trong = KL nước mía lắng trong + KL nước mía lọc trong, = 211,437 + 27,133 = 238,570 (T) - KL đường trong chè trong = KL đường trong NMHH — KL duong ton that theo bùn lọc - KL đường tổn thất KXĐ = 11.949 - 0.075 - 0.061 = 11,813 (T)
` \ KL đường trong chè tron
- % đi t hè t = 100 x See Cuons trong che trong
9 Grong trong ene trong x KL nước chè trong = 11813 100 238,570 = 4,952 % - KL chất tan trong chè trong = KL chất tan trong NMTH — KL bùn khô = 14,759 — 0,3 = 14,459 (T) 100 x KL chat tan trong nước chè KL nuéc ché trong x 100 = 6,061 % - % chat tan trong ché trong = _ 14459 238,570
- Ap chè trong = 100 x - 2 đường trong nước chè _ 4952 199 — 81 702 9, % chât tan trong nước chè 6,061 - Thé tích nước chè trong = KL chè trong /KLR chè trong
Với Bx nước chè trong = 6,061% tra bảng [1.87/(10- 64)] ta có khối lượng riêng
238,570
1a ché trong 1a: 1023,682 kg/m? : Ver = ””——
ctia ché trong 1a 8M -YCT 1023682 100 =233,051 (m”) 4.2.8 Tính mật chè Chọn nồng độ chất khô của mật chè sau khi bốc hơi: Bx¡ = 60 % Chè trong có nồng độ chất khô : Bx; = 6,061 % - KL nước bốc hơi = KL chè trong x (1 - ¬ [10-191] x2 6,061 60 =238,570 x (1 - )=214.471 (T) - KL mật chè thu được = KL nước chè trong — KL nude bốc hơi = 238,570 — 214,471 = 24,099 (T)
Trong bốc hơi bỏ qua mọi tồn thất về chất khô và phần đường có trong mật chè nên AP của chè trong tương đương với mật chè thô
- Thể tích mật chè = KL mật chè/ KLR mật chè
Trang 40Đồ án tốt nghiệp - 40 - _ Thiết kế nhà máy đường hiện đại Với Bx = 60% ta có KLR = 1288,73 kg/mỶ theo bảng [I.86/ (10-61)] _ 24,099 1,289 4.2.9 Loc kiém tra (LKT) = 18/7 mẺ MC Lọc kiểm tra bằng phương pháp lọc ống Giả sử lượng bùn lọc khoản 0,2% so với mía, độ ẩm là 60%
- KL bùn lọc kiểm tra = 100 x noo 0,2 (T)
- KL bùn khô = KL bùn lọc x % chất khô trong bùn = 0,2 x mm =0,08 (T) - KL mật chè sau LKT = KL mật chè — KL bùn lọc = 24,099 — 0,2 = 23,899 (T)
Giả sử khi LKT lượng đường tồn thất là 4% so với mía
- KL đường tồn that = KL bùn lọc x % đường tồn thất = 0,2 x = = 0,008 (T) - KL đường trong mật chè sau LKT = KL đường - KL đường tồn thất
= 11,813 — 0,008 = 11,805 (T)
- KL chat tan trong mat sau LKT = KL chat tan - KL đường tồn thất LKT
= 14,459 — 0,08 = 14,379 (T)
_ at cha : _ KL đường trong mật chè sau LKT