Thiết kế nhà máy đường hiện đại

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 1 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS MỞ ĐẦU Việc nước ta gia nhập WTO và trở thành thành viên thứ 150 ảnh hưởng không nhỏ đến nền kinh tế, khoa học – kĩ thuật. Một số mặt hàng được nhập với giá rẻ hơn làm cho ngành đó ít được chú ý đầu tư và phát triển, riêng với ngành mía đường vẫn được duy trì các biện pháp bảo hộ: mức thuế nhập khẩu đường ở mức cao, hạn ngạch bắt buộc phải nhập khẩu theo cam kết chỉ có 55.000 tấn đường, trong khi đó nhu cầu về đường cho sinh hoạt, cho các ngành: bánh kẹo, đồ hộp đồ uống … là rất lớn. Đường có ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể con người, cung cấp năng lượng cao. Ở nước ta, đường được sản xuất nhiều và dưới nhiều hình thức khác nhau, từ sản xuất đường truyền thống ở các lò nấu đường thủ công, các cơ sở nhỏ đến những nhà máy đường hiện đại. Việc xây dựng một nhà máy đường, giải quyết được nhu cầu tiêu dùng của con người, đặc biệt là giải quyết được vùng nguyên liệu, tạo công ăn việc làm cho người nông dân trồng mía, đồng thời duy trì được truyền thống sản xuất đường mía từ lâu đời. Chính vì vậy mà việc thiết kế một nhà máy đường hiện đại sản xuất đường RS với năng suất 1900 tẩn mía/ngày là vấn đề hết sức sát thực với thực tế Việt Nam hiện nay. GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 2 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS PHẦN I: LẬP LUẬN KINH TẾ - KĨ THUẬT Nhiều năm trở lại đây ngành công nghiệp ở tỉnh Thừa Thiên Huế phát triển mạnh thu hút vốn đầu tư trong nước lẫn nước ngoài, chú trọng ở các khu công nghiệp như: Phú Bài, Nam Vĩ Dạ, Phía Bắc An Hoà Trong đó xây dựng mới 2 nhà máy chế biến thực phẩm, rượu tiêu thụ lớn sản lượng đường. Trước đây, ở tỉnh Thừa Thiên Huế có 2 nhà máy đường: 1 ở xã Bình Điền huyện Hương Trà đã phá sản mà nguyên nhân chính là thiếu trang thiết bị kĩ thuật, nguồn tiêu thụ sản phẩm…, nhà máy đường KCP ở huyện Phong Điền chưa đi vào hoạt động thì lại đình công vì yếu tố khách quan với đối tác nước ngoài (Ấn Độ ). Như vậy hiện nay ở tỉnh Thừa Thiên Huế không có nhà máy đường nào, nên nguồn nguyên liệu chưa được sử dụng thích đáng. Vì vậy việc đầu tư xây dựng nhà máy đường ở đây là rất cần thiết và cấp bách. 1.1 Đặc điểm thiên nhiên, vị trí xây dựng nhà máy: Nhà máy được đặt ở xã Bình Điền, huyện Hương Trà, tỉnh Thừa Thiên Huế, diện tích 520 km 2 . Phía Đông là sông Bình Điền, phía Nam giáp huyện Hương Thuỷ, phía Bắc giáp huyện Phong Điền, phía Tây là vùng đồi núi. Vùng đất màu mở cho năng suất mía cao và vùng đất trồng rộng. Thời tiết khí hậu: Nhiệt độ bình quân 25 0 C, độ ẩm bình quân mùa hè là 76%, mùa đông là 90%. Lượng mưa bình quân 2740 mm/năm phân bố ở các tháng trong năm, phù hợp cho cây mía phát triển tốt. Hướng gió chủ đạo là hướng Đông Nam. 1.2 Vùng nguyên liệu: Nguyên liệu cung cấp chính cho nhà máy là những vùng lân cận mhư: xã Bình Thành, Hương Thọ, Hương Bình, Hồng Tiến… (huyện Hương Trà), xã Phong An, Phong Mỹ, Phong Chương, Phong Sơn, Phong Thu…(huyện Phong Điền). GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 3 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS Ngoài ra, khi xây dựng nhà máy để có nguyên liệu cho việc sản xuất thuận lợi ta cần mở rộng thêm vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư vốn cho nông dân, khuyến khích dùng giống mới đạt năng suất cao. 1.3 Hợp tác hoá và liên hiệp hoá: Nhà máy đặt ở xã Bình Điền huyện Hương Trà là nhà máy sản xuất ra đường thuận lợi cho việc hợp tác với các nhà máy: nhà máy chế biến thực phẩm 118B Lý Thái Tổ (khu công nghiệp Bắc An Hoà), nhà máy chế biến rượu Xikê ở xã Thuỷ Xuân huyện Hương Thuỷ, nhà máy nước khoáng Thanh Tân ở xã Phong An huyện Phong Điền, bã bùn làm phân bón vi sinh Ngoài ra việc liên kết với các nhà máy lân cận sẽ tăng cường khả năng sử dụng những công trình về điện, nước, giao thông…giúp cho quá trình sản xuất và tiêu thụ sản phẩm được thuận lợi, góp phần nâng cao hiệu quả hoạt động, giảm chi phí vận chuyển… 1.4 Nguồn cung cấp điện – hơi - nước: Nhà máy đường mía trong quá trình sản xuất yêu cầu công suất điện khá lớn, công suất điện chủ yếu cung cấp điện cho các động cơ chiếm đến 95% còn lại là điện ánh sáng, sinh hoạt. Nguồn cung cấp điện chủ yếu lấy từ trạm điện tuabin hơi của nhà máy khi nhà máy sản xuất với hiệu điện thế 220V/380V. Ngoài ra còn sử dụng nguồn điện từ lưới điện quốc gia 500 KV được hạ thế xuống 220V/380V để sử dụng khi khởi động máy và khi máy không hoạt động thì dùng cho chiếu sáng, sinh hoạt. Nguồn hơi cung cấp được lấy từ lò hơi của nhà máy để cung cấp nhiệt cho các quá trình: đun nóng, bốc hơi, cô đặc, sấy…Do đó nhà máy cần thiết kế lò hơi với áp lực cao và công suất lớn để đảm bảo cung cấp hơi liên tục cho nhà máy. Trong quá trình sản xuất nhà máy đường mía sử dụng rất nhiều nước cung cấp rửa bã, lò hơi, làm nguội máy móc, thiết bị, sinh hoạt…lượng nước nhà máy sử dụng có thể gấp 10 – 12 lần so với nguyên liệu. Nước chủ yếu lấy từ sông Bình Điền cần phải xử lý trước khi đưa vào sản xuất do nguồn nước còn chứa nhiều tạp chất. Nước dùng trong nhà máy có 2 dạng chính: GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 4 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS Nước lắng trong: nước lấy từ sông bơm lên qua bể lắng để loại tạp chất cơ học. Loại này dùng để làm nguội thiết bị máy móc, vệ sinh công nghiệp, cứu hỏa, nước lắng đem lọc. Nước lọc trong: nước sau khi lắng tiếp tục đem đi lọc để loại triệt để các tạp chất còn lại trong quá trình lắng. Được dùng trong các quá trình chế luyện, tinh luyện, thẩm thấu, lọc. Nước sau khi lọc phải đạt các chỉ tiêu: Độ cứng: 20 Hàm lượng SO 4 2- , Cl - dưới 50 mg/lít. Hàm lượng N 2 O 3 , N 2 O 5 dưới 200 mg/lít NH 3 không có. Độ pH = 5,5 ÷ 6. Ngoài ra còn cho nước qua cột trao đổi ion để dùng cho lò hơi và sinh hoạt. 1.5 Nguồn cung cấp nhiên liệu: Nhiên liệu dùng chủ yếu trong nhà máy là bã mía lấy sau công đoạn ép để đốt lò cung cấp nhiệt cho nhà máy. Ngoài ra nhà máy dung củi để xông lò được mua ở các vùng lân cận, dung dầu FO để khởi động lò khi cần thiết. Xăng, nhớt dùng cho máy phát điện, ôtô. 1.6 Giao thông vận tải: Giao thông vận tải là vấn đề quan trọng, là phương tiện dùng để vận chuyển một khối lượng lớn nguyên vật liệu xây dựng nhà máy, cũng như vận chuyển nguyên liệu và sản phẩm của nhà máy đảm bảo cho nhà máy hoạt động thuận lợi, liên tục.Nhà máy sử dụng tuyến quốc lộ 1A và đường giao thông nông thôn đã được phát triển và nâng cấp.Ngoài ra, nhà máy có các phương tiện vận chuyển (ôtô tải…) để đáp ứng kịp thời nhu cầu xuất sản phẩm và thu mua nguyên liệu cho nhà máy. GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 5 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS 1.7 Nguồn nhân lực: Vấn đề nhân công lao động không phải là vấn đề khó khăn: địa phương với nguồn lao động dồi dào sẽ đảm bảo cung cấp cho nhà máy như vậy sẽ tiết kiệm được các chi phí xây dựng khu nhà ở, đi lại…Còn về đội ngũ cán bộ lãnh đạo nhà máy, cán bộ kĩ thuật, kế toán…thì có thể tiếp nhận sự giúp đỡ của tổng công ty mía đường Việt Nam hoặc tuyển chọn từ các trường đại học trên cả nước. Đó là những kỹ sư, cư nhân, có đủ kiến thức và nghiệp vụ lãnh đạo đưa nhà máy không ngừng phát triển. 1.8 Xử lý nước thải: Trong nhà máy đường có 1 lượng lớn nước thải vệ sinh công nghiệp, nước rửa các thiết bị, nước thải sinh hoạt…có độ nhiễm bẩn lớn bao gồm rất nhiều chất tồn tại dưới các dạng khác nhau, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, nếu thải ra môi trường mà không qua xử lý sẽ ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, môi trường khu dân cư xung quanh nhà máy. Do đó nước thải của nhà máy phải tập trung lại sau xưởng sản xuất và xử lý trước khi đổ ra sông theo đường cống riêng của nhà máy. 1.9 Nguồn tiêu thụ sản phẩm: Sản phẩm đường ở nước ta tiêu thụ hàng năm với một lượng lớn, lượng đường sản xuất ra vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu của xã hội, đặc biệt là nông thôn và vùng núi.Sản phẩm của nhà máy đường đặt ở xã Bình Điền huyện Hương Trà một mặt cung cấp cho các nhà máy chế biến thực phẩm 118B Lý Thái Tổ, nhà máy chế biến rượu Xike ở xã Thuỷ Xuân huyện Hương Thuỷ, nhà máy nước khoáng Thanh Tân ở xã Phong An huyện Phong Điền…một mặt cung cấp đầy đủ cho người tiêu thụ các khu vực lân cận Bắc miền Trung (Quảng Trị, Đông Hà, Quãng Bình…).Việc thiết kế nhà máy đường hiện đại sản xuất đường RS với năng suất 1900 tấn mía/ngày ở xã Bình Điền huyện Hương Trà tỉnh Thừa Thiên Huế là cần thiết và hợp lý với việc giải quyết vùng nguyên liệu và tình hình phát triển kinh tế khu vực. GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 6 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS PHẦN II: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 2.1Chọn phương pháp làm sạch: Làm sạch: là 1 công đoạn rất quan trọng, nhằm trung hoà nước mía hỗn hợp, ngăn ngừa chuyển hoá đường saccarose, loại tối đa chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp, đặc biệt là chất có hoạt tính bề mặt và chất keo, loại những chất rắn dạng lơ lửng ra khỏi nước mía, quyết định chất lượng thành phẩm và tổng hiệu suất thu hồi. Hiện nay, có 3 phương pháp làm sạch nước mía trong công nghiệp: phương pháp cacbonat hoá, phương pháp vôi, phương pháp sunfit hoá. Nhưng phương pháp vôi chỉ sản xuất đường thô, sản xuất đường trắng là phương pháp cacbonat hoá và sunfit hoá. Phương pháp CO 2 cho hiệu suất thu hồi đường cao, sản phẩm đường tốt nhưng phương pháp CO 2 có lưu trình công nghệ tương đối dài, nhiều thiết bị, đòi hỏi trình độ thao tác cao, tiêu hao hoá chất nhiều, vốn đầu tư cao Do đó để sản xuất đường trắng thì tôi chọn phương pháp SO 2 : lưu trình công nghệ tương đối ngắn, thiết bị tương đối ít, hoá chất dùng ít, quản lý và thao tác thuận lợi 2.1.1 Phương pháp sunfit hoá kiềm mạnh: Trong quá trình làm sạch nước mía có giai đoạn tiến hành ở pH cao. Phương pháp này tốt nhất đối với loại mía xấu, mía sâu bệnh nhưng sự phân huỷ đường tương đối lớn, màu sắc nước mía đậm, tổn thất đường nhiều. 2.1.2 Phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ: Sản xuất đường thô và nước mía được gia vôi đến pH = 8 ÷ 9 sau đó thông SO 2 đến pH = 6,8 ÷ 7,2 (thông SO 2 vào nước mía không thông vào mật chè). 2.1.3 Phương pháp sunfit hoá axit tính: Thông SO 2 vào nước mía đến pH axit cao (pH = 3,4 ÷ 3,8), lợi dụng điểm dẳng điện ngưng kết keo và thông SO 2 vào mật chè tẩy màu, sản phẩm là đường kính trắng. GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 7 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS Tôi chọn phương pháp sunfit hoá axit tính để sản xuất: Mục đích của tôi là sản xuất đường RS (sản phẩm đường kính trắng) nên với phương pháp sunfit hoá axit tính sẽ vẫn cho sản phẩm đạt yêu cầu và có nhiều ưu điểm phù hợp với nền kinh tế Việt Nam. Lượng tiêu hao hoá chất tương đối ít. Sơ đồ công nghệ, thiết bị tương đối đơn giản, thao tác dễ dàng, vốn đầu tư ít. Mặc dù vẫn có những nhược điểm: Hiệu quả loại chất không đường ít, chênh lệch độ tinh khiết trước và sau khi làm sạch thấp, đôi khi có trị số âm. Hàm lượng muối canxi trong nước mía tương đối nhiều, ảnh hưởng đến sự đóng cặn thiết bị nhiệt, thiết bị bốc hơi cho nên ảnh hưởng đến hiệu suất thu hồi đường. Đường sacaroza chuyển hoá tương đối nhiều, đường khử bị phân huỷ, tổn thất đường trong bùn lọc cao. Trong quá trình bảo quản đường dễ bị biến màu dưới tác dụng của oxi không khí. Chất lượng đường thành phẩm không bằng phương pháp CO 2. 2.2Chọn phương pháp nấu và chế độ nấu: 2.2.1 Chọn phương pháp nấu: Hiện nay thì có 2 phương pháp nấu đường: liên tuc và gián đoạn Nấu liên tục có ưu điểm: an toàn về hơi, tổn thất đường thấp, dễ tự động hoá nồi nấu, không cần công nhân có tay nghề cao Tuy nhiên, thiết bị phức tạp, thao tác khó, đòi hỏi các thiết bị, dụng cụ kiểm tra và thao tác đồng bộ, chất lượng đường chưa tốt Tôi chọn phương pháp gián đoạn vì phù hợp với điều kiện của nước ta: thiết bị đơn giản, thao tác tương đối dễ dàng 2.2.2 Chọn chế độ nấu: Hiện nay có các chế độ nấu: 2 hệ, 3 hệ, 4 hệ. Nấu 2 hệ: dùng sản xuất đường thô, mật chè có độ tinh khiết thấp, lượng đường sót trong mật cuối lớn Nấu 4 hệ: sơ đồ dây chuyền tương đối phức tạp, tốn nhiều thiết bị Tôi 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, GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 8 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS nhận được đường với độ tinh khiết cao, hiệu suất lấy đường trong mật cuối triệt để Tuy vẫn có những nhược điểm: chi phí cho việc mua thêm thiết bị, tốn diện tích lắp ráp Mật chè Non A Non B Non C Cát A Mật trắng Mật nâu Cát B Mật B Cát C Mật C Đường hồ Hòa tan lại 2.3 Dây chuyền công nghệ sản xuất đường bằng phương pháp SO 2 axit tính: Mía nguyên liệu Cân Cẩu mía Băng xả mía - khoả bằng Băng chuyền mía Máy băm 1 Máy băm 2 Máy đánh tơi GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 9 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS Nước thẩm thấu Ép mía Bã Nước mía hỗn hợp (pH = 5 ÷ 5,5) Sàng Bã thô Cân định lượng Bã mịn Lò hơi Ca(OH) 2 Gia vôi sơ bộ Lọc chân không (pH = 6,2 ÷ 6,6) Gia nhiệt 1 (t 0 = 55 ÷ 60 0 C) SO 2 Thông SO 2 lần 1 (pH = 3,4 ÷ 3,8 ) Ca(OH) 2 Trung hoà ( pH = 6,8 ÷ 7,2 ) Gia nhiệt 2 ( t 0 = 100 ÷ 105 0 C) Tản hơi Bã mía Chất trợ lắng Lắng Nước bùn Khuấy trộn Nước lắng trong Lọc chân không Gia nhiệt 3 ( t 0 = 110 ÷ 115 0 C Nước lọc trong Bã bùn Bốc hơi ( 4 hiệu ) GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 10 - TK NHÀ MÁY ĐƯỜNG HIỆN ĐẠI RS Thông SO 2 lần 2 (pH = 6,2 ÷ 6,6 ) Lọc kiểm tra Mật chè Nấu non A Nấu non B Nấu non C Trợ tinh A Trợ tinh B Trợ tinh C Máng phân phối Máng phân phối Máng phân phối Li tâm Li tâm Li tâm Loãng A Cát A Nguyên A Cát B Mật B Cát C Mật rỉ Hồ B Hồi dung C Sấy thùng quay Băng tải làm nguội Gàu tải Thành phẩm Cân đóng bao Bun ke đường Sàng phân loại Sơ đồ 3.1: Qui trình công nghệ sản xuất đường 2.4 Thuyết minh dây chuyền công nghệ: 2.4.1 Vận chuyển, tiếp nhận, xử lý sơ bộ, ép mía: - Vận chuyển, tiếp nhận: Mía thu hoạch ở vùng nguyên liệu, vận chuyển chủ yếu bằng xe tải qua cân để xác định khối lượng và lấy mẫu để phân tích chữ đường, sau đó được cẩu lên băng xả mía để đảm bảo lượng mía được xả xuống băng chuyền mía đều đặn và dùng máy khoả bằng để san đều lớp mía vừa đổ xuống băng. GVHD: Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Nguyễn Thị Xuân Thu Lớp 02H2A . một phần không khí trong nước mía để giảm sự tạo bọt, làm mất nước một số keo ưa nước tăng nhanh quá trình ngưng tụ keo, tăng cường vận tốc phản ứng vì hiệu suất hấp thụ SO 2 vào nước mía. bị, nước thải sinh hoạt…có độ nhiễm bẩn lớn bao gồm rất nhiều chất tồn tại dưới các dạng khác nhau, là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển, nếu thải ra môi trường mà không qua xử. một mặt cung cấp cho các nhà máy chế biến thực phẩm 118B Lý Thái Tổ, nhà máy chế biến rượu Xike ở xã Thuỷ Xuân huyện Hương Thuỷ, nhà máy nước khoáng Thanh Tân ở xã Phong An huyện Phong Điền…một