NGHIÊN cứu GIẢI PHÁP kỹ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG hòa nước mía hỗn hợp TRONG dây CHUYỀN sản XUẤT ĐƯỜNG RS tại NHÀ máy ĐƯỜNG PHỔ PHONG CÔNG TY cổ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI vụ PHÒNG TRÁN

UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM *************************** BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HỊA NƯỚC MÍA HỖN HỢP TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS TẠI NHÀ MÁY ĐƯỜNG PHỔ PHONG - CÔNG TY CỔ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI Đồng chủ nhiệm đề tài: Thạc sĩ Nguyễn Hữu Thế Trường ĐH Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh PGS -Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng Trường ĐH Nông Lâm TP Hồ Chí Minh Thành phố Quảng Ngãi Tháng 03/2013 UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM *************************** BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HÒA NƯỚC MÍA HỖN HỢP TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS TẠI NHÀ MÁY ĐƯỜNG PHỔ PHONG - CÔNG TY CỔ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI Đồng chủ nhiệm đề tài: Thạc sĩ Nguyễn Hữu Thế Trường ĐH Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh PGS-Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng Trường ĐH Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh Thành phố Quảng Ngãi Tháng 03/2013 UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HỊA NƯỚC MÍA HỖN HỢP TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS TẠI NHÀ MÁY ĐƯỜNG PHỔ PHONG - CÔNG TY CỔ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI Đồng chủ nhiệm đề tài Cơ quan chủ trì đề tài Thạc sĩ Nguyễn Hữu Thế PGS -Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu Cơ quan quản lý đề tài THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI TT HỌ VÀ TÊN ĐƠN VỊ CÔNG TÁC NHIỆM VỤ Nguyễn Hữu Thế ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồng chủ nhiệm đề tài Nguyễn Văn Hùng ĐH Nông Lâm TP HCM Đồng chủ nhiệm đề tài Bùi Thị Nam Trân ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên Phạm Văn Vĩnh ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên Lê Văn Mạnh ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên Nguyễn Thanh Hải ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên Phạm Đức Thạch Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên Thái Thanh Tùng Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên Đặng Phúc Đạt Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên 10 Trần Đức Bảo Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên MỤC LỤC Trang A MỞ ĐẦU .1 ĐẶT VẤN ĐỀ .1 THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI B NỘI DUNG I NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Nội dung nghiên cứu 1.2 Phương pháp nghiên cứu .4 1.2.1 Phương pháp tính tốn 1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 2.1 Phân tích, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với trình trung hịa nước mía hỗn hợp 2.1.1 Khảo sát thực trạng thiết bị trung hịa nước mía hỗn hợp nhà máy 2.1.2 Lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với q trình trung hịa nước mía hỗn hợp 10 2.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số tối ưu ảnh hưởng đến hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp 11 2.2.1 Xác định thông số 11 2.2.2 Xác định thông số vào 12 2.2.3 Phát biểu toán hộp đen 12 2.2.4 Kết nghiên cứu thực nghiệm .12 2.3 Kết thiết kế thiết bị khuấy trộn tăng hiệu trung hòa nước mía hỗn hợp dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong - Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi 14 2.3.1 Yêu cầu thiết kế 14 2.3.2 Các thông số đầu vào để thiết kế .14 2.3.3 Chuẩn số Reynolds thơng số hình học thùng khuấy 16 2.3.4 Sơ đồ lắp đặt thùng khuấy khu vực trung hịa nhà máy 17 2.4 Tính tốn thiết kế hệ thống cấp vôi tự động vào thiết bị trung hòa 18 2.5 Khảo nghiệm đánh giá trình hoạt động thiết bị 24 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ .28 TÀI LIỆU THAM KHẢO .30 A MỞ ĐẦU I ĐẶT VẤN ĐỀ Quảng Ngãi tỉnh có truyền thống lâu đời trồng mía sản xuất đường Trong năm gần có gặp khó khăn bị cạnh tranh từ loại trồng khác mía thực xóa đói giảm nghèo cho bà nông dân nhiều vùng miền tỉnh Với kinh nghiệm mình, người dân tỉnh ta đến vùng đất đồi núi có thổ nhưỡng phù hợp với mía tỉnh Gia Lai, Kontum để trồng mía Về sản xuất đường, tỉnh ta có Cơng ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi quản lý hai nhà máy đường: Một nhà máy tỉnh nhà máy với ba dây chuyền sản xuất đường huyện An Khê tỉnh Gia Lai Quá trình trồng mía sản xuất đường giải nguồn lao động lớn tạo nguồn thu nhập đáng kể cho người dân tỉnh ta Quá trình sản xuất đường gồm bốn giai đoạn chủ yếu: Ép mía lấy nước, làm nước mía hỗn hợp, cô đặc nước chè thành sirô, nấu đường kết tinh Trong giai đoạn làm nước mía hỗn hợp, trung hịa nước mía trung tâm q trình làm sạch, mà thiết bị trung hòa lại thiết bị làm trọng điểm Thiết bị trung hòa tốt hay xấu trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu làm Với thiết bị trung hòa số nhà máy, độ pH đầu không ổn định, điều gây nhược điểm như: Tiêu hao nhiều vôi, tỉ lệ thu hồi đường chất lượng đường thành phẩm thấp, đặc biệt lượng cấu cặn bám vào thiết bị nhiều làm tắc nghẽn đường ống, gây khó khăn vận hành sản xuất Vì chúng tơi thực đề tài: “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu trung hồ nước mía hỗn hợp dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi” nhằm nâng cao hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất tăng lợi nhuận cho ngành sản xuất đường mía II THƠNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 2.1 Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi 2.2 Thời gian thực hiện: 05/2011 – 05/2012 2.3 Kinh phí thực hiện: 618.000.000 (sáu trăm mười tám triệu đồng) Từ nguồn ngân sách nghiệp khoa học tỉnh Quảng Ngãi Năm 2011: 463.710.269 (bốn trăm sáu mươi ba triệu, bảy trăm mười ngàn, hai trăm sáu mươi chín đồng) Năm 2012: 154.289.720 (một trăm năm mươi bốn triệu, hai trăm tám mươi chín ngàn, bảy trăm hai mươi đồng) 2.4 Đồng chủ nhiệm đề tài: Họ tên: Nguyễn Hữu Thế - Chức vụ: Giảng viên - Nơi công tác: Trường ĐH Công nghiệp TP Hồ Chí Minh - Địa nhà riêng: - Điện thoại: Họ tên: Tổ 13 Phường Chánh Lộ, TP Quảng Ngãi 0914 166 925 Nguyễn Văn Hùng - Chức vụ: Tổ trưởng môn - Nơi công tác: Trường ĐH Nơng Lâm TP Hồ Chí Minh - Địa nhà riêng: 51SPhan Tây Hồ, P7, Quận Phú Nhuận TP HCM - Điện thoại: 0907 913 567 2.5 Tổ chức chủ trì đề tài Tên tổ chức: Trường ĐH Cơng Nghiệp TP Hồ Chí Minh Điện thoại: 08 38 940 390 Fax: 08 38 946 268 Địa chỉ: 12 Nguyễn Văn Bảo, P 4, Q Gị Vấp, TP Hồ Chí Minh Họ tên thủ trưởng tổ chức: Tiến sĩ Trần Tuấn Anh 2.6 Tổ chức phối hợp thực đề tài Tên quan: Nhà máy Đường Phổ Phong – Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi Điện thoại: 055-3855059 Fax: 055-3855040 Địa chỉ: Xã Phổ Phong, huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi Họ tên thủ trưởng tổ chức: Trần Văn Lợi 2.7 Mục tiêu đề tài: Thiết kế, chế tạo thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp có phận điều khiển tự động cung cấp sữa vôi theo độ pH để nâng cao hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp phù hợp với dây chuyền công nghệ sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong – Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi 2.8 Danh mục sản phẩm Khoa học Công nghệ: T Tên sản phẩm -Cụm thiết bị trung hịa nước mía hỗn hợp kết hợp phương pháp khuấy trộn học thủy khí S ố l ợ n g c ụ m t h i ế t -Nguyên lý hoạt động, vẽ thiết kế cụm thiết bị trung hịa nước mía hỗn hợp b ị b ả n Các tiêu kinh tế kỹ thuật chủ yếu -Vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất có nhà máy - Đáp ứng cơng suất 2200 mía/ngày G hi ch ú 3k Số thí nghiệm mức trên, mức mức n0 Số thí nghiệm trung tâm 1.2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm a.Xử lý thống kê Sử dụng phần mềm Statgraphics Vers 7.0 để tiến hành phân tích phương sai - Xử lý số liệu xây dựng mơ hình thống kê gồm bước: Bước 1: Xác định giá trị hệ số hồi quy đầy đủ Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ hệ số hồi quy không đảm bảo độ tin cậy với mức ý nghĩa α = 0,05 Bước 3: Xác định giá trị hồi quy theo hàm toán sau loại bỏ hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy Bước 4: Phân tích phương sai hàm toán Kiểm tra độ tin cậy hệ số hồi quy Nếu không đảm bảo tin cậy, cải tiến mơ hình Bước 5: Kiểm tra độ tương thích mơ hình theo mức ý nghĩa p Mơ hình phù hợp p > 0,05 Sau xây dựng mơ hình hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dùng phần mềm Matlab để vẽ đồ thị hàm mục tiêu làm sở cho tìm cực trị miền thực nghiệm b.Tính tốn tối ưu hóa Sử dụng phần mềm Matlab việc giải tốn tối ưu có hàm mục tiêu lập phương pháp quy hoạch thực nghiệm Hàm mục tiêu có dạng f ( x1 , x ) = f ( n, t ) x1 tốc độ khuấy (vòng/phút); x2 nhiệt độ khuấy (oC) Y thời gian trung hòa Y = f (n, t ) → Tối ưu hóa hàm mục tiêu để xác định chế độ làm việc tối ưu II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN Kết thảo luận đề tài bao gồm năm phần chính: Phân tích, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với q trình trung hịa nước mía hỗn hợp; qui hoạch thực nghiệm xác định thông số hoạt động tối ưu thiết bị trung hịa; tính tốn thiết kế thiết bị trung hịa dây chuyền sản xuất đường công suất 2200 mía/ngày; tính tốn thiết kế hệ thống cấp vơi tự động vào thiết bị trung hòa; khảo nghiệm đánh giá q trình hoạt động thiết bị 2.1 Phân tích, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với q trình trung hịa nước mía hỗn hợp 2.1.1 Khảo sát thực trạng thiết bị trung hịa nước mía hỗn hợp nhà máy Dây chuyền sản xuất đường từ mía nhà máy Đường Phổ Phong Cơng ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi theo công nghệ thiết bị Trung Quốc Thiết bị trung hòa hoạt động sau: Nước mía hỗn hợp sau xơng SO2 chảy xuống phểu hình nón đáy thùng Trên đường gia sữa vơi hình vẽ Nhờ lỗ bên hơng phểu xé nhỏ dịng chảy trộn lẫn sữa vơi vào nước mía hỗn hợp Nước mía hỗn hợp sau đầy thùng trung hịa chảy tràn qua thùng tán thừa sau đưa gia nhiệt lần Qua q trình làm việc, thiết bị trung hịa có nhược điểm sau: - Cấu cặn bám vào phểu thiết bị trung hòa đường ống gây tắt nghẽn, giảm suất hệ thống (hình 2.2) - Độ pH nước mía hỗn hợp sau qua thùng trung hịa không ổn định - Sữa vôi cấp vào hệ thống điều chỉnh tay theo độ pH nước mía hỗn hợp khỏi thùng tán nên lượng vơi cấp vào khơng xác Đồng thời, khu vực trung hịa nhà máy nằm phía lị đốt lưu huỳnh, lượng SO2 ngồi bay lên ảnh hưởng nhiều đến sức khỏe cơng nhân vận hành Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo cụm thiết bị Hình 2.2 Cấu cặn bám vào phểu trung hòa nhà máy thùng trung hịa Sau tìm hiểu, thảo luận với kỹ sư công nhân nhà máy, nhận thấy nguyên nhân sau: - Sữa vơi chưa trộn lẫn hồn tồn vào nước mía hỗn hợp thời gian lưu nước mía hỗn hợp thùng trung hịa khơng phù hợp nên phản ứng sữa vơi nước mía hỗn hợp xảy chưa hoàn toàn - Nhiệt độ nước mía hỗn hợp thiết bị trung hịa chưa phù hợp để phản ứng xảy Những nhược điểm làm cho q trình lắng lọc loại chất khơng đường khỏi nước mía hỗn hợp khơng tốt, ảnh hưởng lớn đến chất lượng đường thành phẩm Độ pH nước mía hỗn hợp khơng ổn định làm chuyển hóa đường saccarose nước mía hỗn hợp môi trường axit bazơ, làm giảm tỉ lệ thu hồi đường 2.1.2 Lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với q trình trung hịa nước mía hỗn hợp Theo Hugot (2001), lượng vơi đưa vào nước mía hỗn hợp giai đoạn trung hịa khơng vượt q 400 mg/lít Với lượng vơi vậy, để phản ứng trung hòa xảy ra, trước tiên cần khuấy trộn khuyếch tán lượng sữa vơi vào nước mía hỗn hợp Để khuấy trộn chất lỏng thường dùng phương pháp: phương pháp thủy khí, phương pháp xung lực phương pháp học Phương pháp xung lực thiết bị phức tạp nên không nước dùng Sản xuất đường theo công nghệ thiết bị Trung Quốc hay dùng phương pháp thủy khí để khuấy trộn trung hịa nước mía hỗn hợp Theo Vương Hồng Tuấn (1996), phản ứng sữa vơi nước mía hỗn hợp nhạy thời gian 15 – 25 giây, khuấy trộn theo phương pháp thủy khí phù hợp Theo Hugot (2001), thời gian phản ứng sữa vơi nước mía hỗn hợp 70 C 60 giây Vậy với loại giống mía trồng điều kiện thổ nhưỡng tỉnh Quảng Ngãi thời gian phản ứng bao nhiêu? Nếu khoảng 15 – 25 giây theo Vương Hồng Tuấn (1996), độ pH nước mía hỗn hợp khỏi thiết bị trung hòa nhà máy đường Phổ Phong dùng thiết bị công nghệ Trung Quốc không ổn định Để tăng thời gian phản ứng cách tăng thời gian lưu nước mía hỗn hợp thiết bị trung hịa Việc địi hỏi phải thay tồn thiết bị trung hòa Tại nhà máy đường Quảng Phú – Thành Phố Quảng Ngãi (hiện di dời lên huyện An Khê tỉnh Gia Lai), dùng thiết bị trung hòa khuấy trộn theo phương pháp học công nghệ Nhật Bản, thiết bị đơn giản dễ chế tạo, bảo dưỡng dể dàng, hoạt động ổn định ba mươi năm Vì vậy, sau trao đổi, thảo luận với kỹ sư, công nhân nhà máy, đề tài định dùng phương pháp khuấy trộn dạng học kết hợp phương pháp khuấy trộn dạng thủy khí để khuấy trộn sữa vơi vào nước mía hỗn hợp khu vực trung hịa nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Đường Quảng Ngãi 2.2 Kết nghiên cứu thực nghiệm xác định thông số tối ưu ảnh hưởng đến hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp 2.2.1 Xác định thơng số Theo Nguyễn Ngộ (1984), vào kết nghiên cứu nhà khoa học ngành đường, để trình lắng lọc tốt độ pH nước mía hỗn hợp sau trung hịa nằm khoảng pH = 7,1 – 7,3 Căn vào điều mà xây dựng thông số vụ ép, nhà máy chọn trị số pH khỏi thiết bị trung hòa pH = 7,1 – 7,3, để nước mía hỗn hợp tiếp tục gia nhiệt lần đưa vào thùng lắng lọc trị số pH lúc pH = 7,0 Theo Vương Hồng Tuấn (1996), thời gian phản ứng trung hịa ngắn có lợi cho việc giảm thấp chuyển hóa đường saccarose phân giải đường hồn ngun Vậy khẳng định hiệu trung hòa cao khoảng thời gian ngắn nước mía hỗn hợp có pH = 3,4 – 3,8 gia vơi trung hòa đưa pH ổn định mức pH = 7,1 – 7,3 Mục đích thí nghiệm xác định chế độ khuấy trộn phù hợp nhất, gồm thông số nhiệt độ tốc độ khuấy cho hiệu trung hịa cao 2.2.2 Xác định thơng số vào Như trình bày phần 2.1.2, lượng vơi đưa vào nước mía hỗn hợp giai đoạn trung hịa ít, khơng vượt q 400mg/lít nước mía Vì việc khuấy trộn khuyếch tán lượng vôi vào nước mía hỗn hợp nhanh phản ứng xảy tốt trị số pH đầu ổn định Nhiệt độ phù hợp làm phản ứng trung hòa xảy nhanh Nếu khống chế nhiệt độ không tốt xảy q trình chuyển hóa đường saccarose Từ ý trên, sau thảo luận với kỹ sư, công nhân nhà máy tham khảo tài liệu sản xuất đường Hai thông số đầu vào chọn là: tốc độ quay trục khuấy để khuyếch tán lượng sữa vơi vào nước mía hỗn hợp nhiệt độ để phản ứng trung hòa xảy 2.2.3 Phát biểu toán hộp đen Từ kết phân tích trình bày, mơ hình nghiên cứu thực nghiệm có dạng tốn hộp đen hình 2.3 - Các yếu tố đầu vào: tốc độ khuấy n K (vịng/phút), mã hóa X1; nhiệt độ t (oC), mã hoá X2 - Các yếu tố đầu ra: Hiệu trung hòa, đo thời gian trung hòa T (giây), để sản phẩm đạt độ pH ổn định khoảng pH = 7,1 – 7,3 mã hoá Y 2.2.4 Kết nghiên cứu thực nghiệm Sau thí nghiệm đơn yếu tố thăm dò xác định mức độ số vòng quay trục khuấy nhiệt độ trung hịa nhằm mục đích xác định mức thí nghiệm hai yếu tố đầu vào toán hộp đen Tiếp tục thí nghiệm đa yếu tố với miền thực nghiệm theo phương án bậc II toàn phần, ma trận thí nghiệm lập ngẫu nhiên hóa trật tự chương trình Statgraphic vers 7.0 Kết tính tốn chương trình Statgraphic vers 7.0 xác định phương trình hồi quy biểu diễn phụ thuộc thời gian trung hòa vào tốc độ khuấy nhiệt độ sau: tg = 435,972 – 1,84444*n – 5,17222*t + 0,00458333*n2 + 0,0405556*t2 Trong đó: n: tốc độ khuấy (vịng/phút); t: nhiệt độ khuấy (0C) Lưu lượng nước mía hỗn hợp = const nk (mã hoá X1) t (mã hoá X2) Lưu lượng sữa vôi = const Độ pH nước mía hỗn hợp =const Độ Brix nước mía hỗn hợp = const Hộp đen Q trình gia vơi trung hịa nước mía hỗn hợp Q (mã hố Y) Độ Baumé sữa vơi = const Hình 2.3 Mơ hình tốn hộp đen Đồ thị phương trình hồi quy vẽ phần mềm Matlab biểu diễn hình 2.6 - x1: tốc độ quay trục khuấy (vòng/phút); x2: nhiệt độ khuấy (oC); z: thời gian trung hịa (giây) Bài tốn tối ưu giải cho kết quả: Tốc độ: 201 vòng/phút; nhiệt độ khuấy: 64oC; thời gian phản ứng nhỏ 85,5 giây + 0 3 x - + 0 5 x 2 105 100 95 90 85 80 70 60 x 50 150 160 180 170 x 190 200 210 Hình 2.4 Thùng khuấy thí nghiệm sau chế tạo xong Hình 2.5 Q trình thí nghiệm khu vực trung hịa nhà máy Hình 2.6 Đồ thị phương trình hồi quy 2.3 Kết thiết kế thiết bị khuấy trộn tăng hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong - Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi 2.3.1 Yêu cầu thiết kế - Thiết bị trung hòa thiết kế phải đáp ứng suất dây chuyền sản xuất đường cơng suất 2200 mía/ngày - Theo yêu cầu mặt công nghệ, sữa vôi phải trộn nhanh vào nước mía hỗn hợp để phản ứng trung hòa xảy nhanh tốt - Có phận cấp sữa vơi tự động vào thùng khuấy trộn theo độ pH đầu 2.3.2 Các thông số đầu vào để thiết kế Công suất dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi 2200 mía/ngày Theo phịng kỹ thuật nhà máy, lượng nước mía hỗn hợp tương đương 2200 tấn/ngày (lượng bả mía thải ngồi tương đương với lượng nước thẩm thấu vào bả mía trước ép lần 3) - Cơng suất 2200 mía cây/ngày ≈ 2200 nước mía hỗn hợp/ngày ⇒ Lưu lượng nước mía hỗn hợp chảy qua phận trung hòa : 2200 tấn/ngày = 2200 24 × 60 × 60 (tấn/giây) Thời gian phản ứng nước mía hỗn hợp sữa vôi 85,5 giây Thời gian lưu nước mía hỗn hợp phận trung hịa 85,5 giây Thùng khuấy nước mía hỗn hợp phận trung hịa phải chứa khối lượng nước mía hỗn hợp : m= 2200 24 × 60 × 60 (tấn/giây) × 85,5 (giây) = 2,177 (tấn) = 2177 (kg) Khối lượng riêng nước mía hỗn hợp 120Bx ρ = 1048,5 kg/m3 (theo Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất (2006), trang 64) Dung tích thùng khuấy : V = 2177/1048,5 = 2,076 (m3) = 2076 (lít) Cũng theo tài liệu trên, chế biến thực phẩm hệ số an toàn thùng khuấy trộn n = 1,1 ÷ 1,4; chọn n = 1,2 Dung tích thùng khuấy thực : V = 2076 × 1,2 = 2491,2 (lít) Như để đảm bảo thời gian khuấy trộn nước mía hỗn hợp thể tích thùng khuấy trộn phải lớn 2491,2 lít Theo sơ đồ cấu tạo cụm thiết bị trung hịa nhà máy ta có hai phương án cải tiến thiết bị trung hòa: - Phương án 1: Thay hoàn toàn thùng khuấy trộn dạng thủy khí thùng tán thùng khuấy trộn dạng học tích 2491,2 lít - Phương án 2: Giữ nguyên thùng khuấy trộn dạng thủy khí, thay thùng thùng tán thùng khuấy trộn dạng học phải đảm bảo hai thùng khuấy trộn tích 2491,2 lít Sau trao đổi với phòng Kỹ thuật - Chất lượng Ban giám đốc nhà máy tiến hành chọn phương án Thùng khuấy trộn dạng thủy khí nhà máy có dạng hình trụ trịn đường kính 0,6 m chiều cao 1,5 m nên thể tích 423,9 lít Vậy thùng khuấy trộn dạng học tích 2491,4 - 423,9 = 2067,5 (lít) 2.3.3 Chuẩn số Reynolds thơng số hình học thùng khuấy Chuẩn số Reynolds thùng khuấy thí nghiệm: Rek = 9224,67 Thùng khuấy nước mía hỗn hợp phận trung hòa thiết kế đồng dạng từ thùng khuấy thí nghiệm Nên chuẩn số Reynolds hai thùng khuấy phải Vậy thùng khuấy thực có chuẩn số Reynolds Rek1 = 9224,67 Re k1 = ρn1d k21 µ n1 = số vòng quay thùng khuấy thực, chọn n1 = 97 vòng/phút (tương đương với động điện có số vịng quay 1450 vịng/phút qua hộp số có tỉ số truyền 1/15) ρ = 1048,5 kg/m3, µ = 0,0064 Pas (N.s/m2) vào tính dk1 = 0,1866 (m) Thùng khuấy yêu cầu thiết kế tích 2,067 m , với đường kính cánh khuấy tính nhỏ làm chiều cao thùng lớn Để kích thước thùng phù hợp (đường kính chiều cao) cần nâng đường kính cánh khuấy lên 2,14 lần, đường kính cánh khuấy thực là: dk1 = 0,1866×2,14 = 0,3993 (m) ≈ 0,4 (m) dk = 0,2 − 0,45 , D chọn dk = 0,3 D Ta D = 1,3 (m), thể tích thùng khuấy 2,067 m3, nên chọn chiều cao H thùng : H = 1,6 (m) 2.3.4 Sơ đồ lắp đặt thùng khuấy khu vực trung hòa nhà máy Thùng khuấy trộn chế tạo xong lắp vào dây chuyền nhà máy hình 2.7 Hình 2.7 Sơ đồ lắp đặt thùng khuấy trộn khu vực trung hòa nhà máy 1.Tháp baromet; Thùng khuấy trộn dạng thủy khí; Van cấp vơi tự động; Thùng khuấy trộn sữa vôi; Thùng khuấy trộn dạng học; Thùng chứa sau trung hịa; 10 Bơm nước mía hỗn hợp sau gia vơi Nước mía hỗn hợp sau xơng SO2 tiếp tục chảy vào thùng khuấy trộn loại thủy khí cũ thay phểu hình nón gang đặt đáy thùng khuấy (phểu dễ bị bám cặn tắc nghẽn) phểu inox lổ rộng Khi thùng đầy không chảy qua thùng tán SO2 thừa trước (hình 2.1) mà chảy tiếp tuyến vào đáy thùng khuấy trộn dạng học số Trục khuấy trộn quay ngược chiều chất lỏng chảy vào thùng khuấy để gia tăng đảo trộn Sau khuấy trộn xong chảy tràn miệng thùng khuấy đưa gia nhiệt lần Hình 2.8 Thùng khuấy trộn lắp khu vực trung hịa nhà máy Khi nước mía hỗn hợp khỏi thùng khuấy trộn, đầu đo pH đo trị số pH đưa tín hiệu đến điều khiển PLC, điều khiển điều khiển van cung cấp sữa vôi vào thùng khuấy theo thông số công nghệ mà ta cài đặt 2.4 Tính tốn thiết kế hệ thống cấp vôi tự động vào thiết bị trung hòa Cảm biến dùng hệ thống để đo pH trước, sau gia vôi đo lưu lượng nước mía hỗn hợp qua thiết bị trung hịa Đề tài dùng cảm CPS11D-7BA21 Endress Hauser (Thụy Sĩ) kết hợp với chuyển đổi tín hiệu CPM-223MS0005 Endress Hauser (Thụy Sĩ) có nhiệm vụ chuyển giá trị pH từ – 12 thành giá trị - 20mA đưa đến Module analog EM235 Để đo lưu lượng nước mía hỗn hợp qua thiết bị trung hịa dùng đồng hồ đo lưu lượng KOBOLD (Đức), đồng hồ xuất tín hiệu - 20mA đến module EM235 điều khiển PLC tương ứng với lưu lượng – 150 m3/h Cơ cấu chấp hành hệ thống van tuyến tính điều khiển lưu lượng sữa vơi cấp vào thùng trung hịa Để đảm bảo an tồn cho thiết bị hoạt động liên tục môi trường có nhiều hóa chất độc hại khí SO2, Ca(OH)2, H3PO4 … van điều khiển loại điện khí nén chọn Sữa vơi cấp vào hệ thống có độ Bume từ – dung dịch huyền phù Các chất tan dung dịch lắng xuống đáy thùng vịng – phút khơng khuấy trộn Nếu lắp van cấp vôi theo phương án điều khiển thuận (van tuyến tính điều khiển trực tiếp lượng vơi vào thùng) hình 2.9b, q trình điều khiển van đóng kín thời gian - phút chất tan sữa vôi lắng xuống làm kẹt đường ống Vì van cấp sữa vôi lắp theo phương án điều khiển ngược (điều khiển dòng hồi lưu thùng) hình 2.9a Để sữa vơi khơng bị kẹt đường ống viết chương trình cho phép van đóng từ 0% 90% Trong q trình hoạt động van tuyến tính lý khơng làm việc được, công nhân vận hành điều khiển lượng vôi vào thùng van tay số lúc chưa lắp van tự động Van điều chỉnh loại điện khí nén Young Tech (Hàn Quốc) điều khiển qua ngõ AQW0 (4 - 20mA) module EM235 gắn với CPU 222 S7-200 Khi van cung cấp nguồn điều khiển - 20mA góc van thay đổi từ - 90O Màn hình hiển thị dùng loại màng hình cảm ứng Delta kết nối qua truyền thông tới S7-200 thực chức giám sát cài đặt tham số điều khiển 2.9a 2.9b Hình 2.10: Van điều khiển lắp Hình 2.9: Phương án lắp van điều đặt vào dây chuyền khiển cấp vôi Quy trình điều khiển pH Trong quy trình làm đường phương pháp sunfic hóa Sau nước mía hỗn hợp qua lọc, tiến hành gia nhiệt lần thứ 65 - 70oC, xông SO2 đến pH = 3,4 – 3,8 để đơng tụ chất keo, sau trung hịa nước mía đến pH = 7,1 – 7,3 thùng trung hòa, tiếp tục gia nhiệt lần thứ đưa trình chế biến Giá trị pH giai đoạn trung hòa nằm từ 7,1 – 7,3 điều khiển qua điều khiển khả trình S7-200 Siemen Tín hiệu từ cảm biến sunfic lần 1, pH chè trong, lưu lượng nước mía hỗn hợp đưa tín hiệu dịng (4 - 20mA) đến module EM235 Module EM235 kết hợp với CPU S7-200 để xử lý tín hiệu, xuất tín áp (0 - 10V) ngõ EM235 để điều khiển van tuyến tính Góc van tỷ lệ thuận với lượng vôi cung cấp vào thùng trung hịa Tỷ lệ vơi vào giúp điều chỉnh giá trị pH Khi cấp sữa vơi vào nước mía hỗn hợp, nhờ cấu khuấy trộn khuyếch tán lượng sữa vơi vào nước mía, phản ứng trung hịa bắt đầu xảy ra, cặn bẩn bắt đầu kết tủa dẫn đến đóng cặn thành bồn, đường ống, đầu cảm biến Đầu cảm biến bị đóng cặn làm giá trị đo đạc bị sai lệch, cần phải rữa tách cặn thường xuyên để giá trị đo xác Sơ đồ điều khiển pH thùng khuấy bố trí Tín hiệu từ cảm biến ISFET đo pH nhỏ vài milivolt đưa vào khuyếch đại chuyển đổi tín hiệu đạt đến giá trị - 20mA tương ứng pH từ - 12 Tín hiệu đưa vào module EM235 Tín hiệu - 20mA (0 - 150m3/h) từ đồng hồ đo lưu lượng KOBOLD truyền vào ngõ vào module EM235 Module EM235 kết nối với S7-200, S7-200 thực chương trình điều khiển, giá trị xuất từ hàm điều khiển qua module EM235 chuyển thành tín hiệu áp (0 – 10 vơn) điều khiển góc van Ngõ S7-200 dạng relay điều khiển van khí nén cấu rửa cảm biến S7-200 đồng thời kết nối đến hình cảm ứng Delta Tín hiệu ngõ EM235 đạt giá trị nhỏ van mở hồn tồn, góc van ϕ = 0o thể đồng hồ hình Tín hiệu ngõ EM235 đạt giá trị lớn van đóng hồn tồn, góc van ϕ = 90o hiển thị đồng hồ hình Bộ chuyển đổi CPM253 hãng Endress Hauser ngõ tín hiệu - 20mA (tương ứng - 12pH), van điều khiển dựa vào nguồn khí nén, điện áp điều khiển - 10V (góc van - 90O) hãng Young Tech, Hàn Quốc Mạch động lực mạch điều khiển cho hệ thống Cảm biến dùng đo pH hoạt động theo nguyên tắc transitor ion hiệu ứng trường (ISFET) Giá trị pH thay đồi theo dòng điện qua hai điện cực transitor (cực D S), hai điện cực bảo vệ lớp vỏ polyme Điện cực lại gọi điện cực tham chiếu nhạy cảm với nồng độ ion H+ Sau thời gian sữ dụng (20 phút), chất cặn có dung dịch mía bao lấy điện cực, làm cho điện cực khơng cịn nhạy, dẫn đến sai số đầu Để giải vấn đề phải rửa cảm biến dung dịch axit loãng, thường HCl nồng độ mol sau 20 phút làm việc Hình 3.11 Sơ đồ điều kiển pH Xi lanh khí nén truyền động đến cấu hình bình hành để mang đầu đo cảm biến từ vị trí đo A sang vị trí B có chứa dung dịch HCl loãng để rữa cảm biến Thời gian đo, thời gian rửa người dùng cài đặt Hình 2.12 Cơ cấu rửa cảm biến Hình 2.13 Cơ cấu rửa cảm biến lắp đặt Cảm biến vị trí A: Cảm biến nhúng dung dịch nước mía hỗn hợp sau gia vôi; Cảm biến vị trí B: Cảm biến nhúng dung dịch HCL mol Kết điều khiển cấp vôi tự động ứng dụng phương pháp PID với PLC S7-200 Hình 2.14 pH trước sau điều khiển ứng dụng phương pháp PID Yêu cầu đặt cho hệ thống pH đạt khoảng pH = 7,1 – 7,3 Trong chế độ hoạt động ổn định, điều khiển PID điều chỉnh giá trị đầu để sai số tiến zero Giá trị lỗi xác định hiệu số giá trị cài SP (setpoint) giá trị thu PV (process value) Bộ điều khiển PID thể giá trị đầu M(t) hàm khâu tỷ lệ, vi phân, tích phân Theo đồ thị hình 2.13 giá trị sau hiệu chỉnh có đáp ứng tốt hơn, thời gian xác lập ngắn, độ vọt lố thấp đáp ứng yêu cầu công nghệ nhà máy Khảo nghiệm đánh giá trình hoạt động thiết bị Hệ thống thiết bị gồm thùng trung hòa khuấy trộn dạng học thể tích 2,12 m với hai cấu cánh khuấy lắp đặt xong vào dây chuyền ngày 25/11/2011 thử nghiệm điều chỉnh trước đưa vào sử dụng Vào ngày 19/12/2011 nhà máy bắt đầu hoạt động, sau tuần nhà máy đạt khoảng 80 – 90% công suất thiết kế đưa phận cấp vôi tự động vào làm việc Sau thời gian hiệu chỉnh vào ngày 17/01/2012 thiết bị hoạt động ổn định Thiết bị hoạt động tốt giúp cho khu vực trung hòa nhà máy làm việc ổn định, đáp ứng yêu cầu mặt công nghệ nhà máy, lượng cấu cặn đường ống giảm hẳn, công nhân không cần phải ngồi điều chỉnh van cấp vôi điều kiện nhiễm khí SO2, sữa vơi …và quan trọng độ pH đầu ổn định góp phần lớn việc tăng tỉ lệ thu hồi đường chất lượng đường thành phẩm Qua vụ sản xuất so sánh số liệu qua hai vụ ép 2010-2011 2011-2012 (bảng 2.1): -Chất luợng mía đầu vào vụ ép 2011-2012 thấp vụ ép 2010-2011 thể qua số tạp chất độ Bx, Pol, AP, RS Bảng 2.1: So sánh tỉ lệ thu hồi đường/mía lượng tiêu hao hóa chất vụ ép gần (Nguồn: Phòng Kỹ thuật – Chất lượng, Nhà máy Đường Phổ Phong – Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngải) VỤ ÉP 2010-2011 2011-2012 Khối lượng mía đưa 255221,61 225913,422 vào (tấn) Tỷ lệ tạp chấp so với 0,45 0,64 mía (%) Độ Bx 16,8 16,45 Độ Pol 13,33 12,78 Độ AP 79,35 77,69 Độ RS 1,05 0,88 Số mía/1tấn đường (CCS qui 10) 10,778 10,577 Hiệu suất % 8,9 9,09 (đường/mía) Lượng tiêu hao vơi kg vôi/tấn đường 22,885 22,175 Lượng tiêu hao lưu huỳnh kg lưu huỳnh/tấn đường 10,612 10,126 -Tuy chất lượng đầu vào thấp tỷ lệ thu hồi đường vụ ép 2011-2012 cao vụ ép 2010-2011 thể qua số số mía/đường hiệu suất % đường/mía -Chất lượng mía xấu mặt lý thuyết chế biến tiêu tốn nhiều hóa chất thực tế lượng tiêu tốn vôi lưu huỳnh (hai hóa chất sử dụng khu trung hịa) lại Hình 2.15 So sánh thơng số qua hai vụ ép 2011-2012 2010-2011 -Tỉ lệ thu hồi tăng lên từ 8,9 vụ ép 2010-2011 đến 9,09 vụ ép 20112012, nhà máy ép 225.913,422 mía lượng đường thu tăng lên 429 đường Với giá đường năm 2012 16.000 đồng/kg số tiền thu 6,8 tỉ đồng -Lượng tiêu hao vôi từ 22,885 kg vôi/tấn đường vụ ép 2010-2011 giảm xuống 22,175 kg vôi/tấn đường vụ ép 2011-2012, với số đường thu 20.535,5 lượng vơi tiết kiệm 14.580 kg vơi Với giá vơi 12.000 đồng/kg số tiền tiết kiệm 175 triệu đồng -Lượng tiêu hao lưu huỳnh từ 10,612 kg lưu huỳnh/tấn đường vụ ép 20102011 giảm xuống 10,126 kg lưu huỳnh/tấn đường vụ ép 2011-2012, với số đường thu 20.535,5 lượng lưu huỳnh tiết kiệm 9.980 kg lưu huỳnh Với giá lưu huỳnh 20.000 đồng/kg số tiền tiết kiệm 199 triệu đồng Trong vụ ép 2011-2012, với tỉ lệ thu hồi đường tăng lên, lượng tiêu hao hóa chất gồm lưu huỳnh vơi giảm xuống làm lợi cho nhà máy tổng cộng 7,174 tỷ đồng KẾT LUẬN – ĐỀ NGHỊ 3.1 KẾT LUẬN Qua năm nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp nhà máy đường Phổ Phong – Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi, đề tài đạt kết sau: Kết nghiên cứu thực nghiệm số thông số thiết bị trung hòa gồm nhiệt độ (t) tốc độ khuấy (n) ảnh hưởng đến q trình trung hịa nước mía hỗn hợp, đặc trưng thời gian trung hịa (tg) thể qua mơ hình: tg = 435,972 – 1,84444*n – 5,17222*t + 0,00458333*n2 + 0,0405556*t2 Kết tối ưu nhận q trình trung hồ xảy nhanh hay thời gian trung hoà ngắn 86 giây ứng với với tốc độ khuấy 180 vịng/phút nhiệt độ 640C Tương ứng với cơng suất 2200 mía/ngày Tại nhà máy đường Phổ phong - Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi, thiết bị khuấy trộn dạng học lắp đặt với dung tích 2,12 m3, cấu khuấy tuabin hở hai cánh khuấy số vòng quay 97 vòng phút, nhiệt độ 640C Cụm thiết bị điều khiển cấp vôi tự động theo pH đầu thiết kế ứng dụng phương pháp điều khiển PID với yếu tố đầu vào gồm: lưu lượng nước mía hỗn hợp, pH nước mía vào và yếu tố đầu lưu lượng sữa vơi vào thùng trung hịa Ngồi phận tự động rửa cảm biến tự động lắp đặt để tăng độ xác cảm biến pH Qua vụ sản xuất 2011-2012 cho thấy khơng có yếu tố khách quan ảnh hưởng lớn đến yếu tố đầu vào lưu lượng nước mía hỗn hợp, độ pH đầu vào … thiết bị hoạt động đảm bảo yêu cầu mặt công nghệ nhà máy Các giải pháp kỹ thuật thiết kế góp phần nâng cao tỉ lệ thu hồi, giảm lượng tiêu hao hóa chất, giảm lượng cấu cặn bám vào thiết bị, giảm lao động làm việc môi trường độc hại nâng cao lợi nhuận cho nhà máy 3.2 ĐỀ NGHỊ Theo dõi trình hoạt động thiết bị nhận thấy khu ép bị trục trặc, lưu lượng nước mía hỗn hợp cấp qua thiết bị trung hòa gián đoạn làm độ pH đầu biến thiên vượt ngưỡng cho phép khoảng 15 phút sau ổn định lại Vì cần tiếp tục nghiên cứu ổn định khu ép, giảm độ biến thiên lưu lượng nước mía hỗn hợp qua hệ thống nhu cầu cần thiết Đây giải pháp trình chế biến đường nước ta chưa giải Điều có ý nghĩa lớn việc ổn định khu công nghệ nhà máy, giảm thiểu lớn mức độ tiêu hao hóa chất q trình chế biến độ chuyển hoá đường, nâng cao tỉ lệ thu hồi đường chất lượng đường thành phẩm ... TÀI 2.1 Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi 2.2 Thời gian... LUẬN Qua năm nghiên cứu giải pháp kỹ thuật để nâng cao hiệu trung hịa nước mía hỗn hợp nhà máy đường Phổ Phong – Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi, đề tài đạt kết sau: Kết nghiên cứu thực nghiệm... nghẽn đường ống, gây khó khăn vận hành sản xuất Vì chúng tơi thực đề tài: ? ?Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu trung hồ nước mía hỗn hợp dây chuyền sản xuất đường RS nhà máy đường Phổ Phong