đặng nguyên thoại giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội - luận văn thạc sĩ khoa học ngành : công nghệ hoá học CÔNG NGHệ hóa học Nghiên cứu khả tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường hòa, tỉnh phú yên đặng nguyên thoại 2007 - 2009 Hà Nội 2009 Hà nội - 2009 giáo dục đào tạo trường đại học bách khoa hà nội đặng nguyên thoại Nghiên cứu khả tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường hòa, tỉnh phú yên luận văn thạc sĩ khoa học ngành : công nghƯ ho¸ häc NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN BIN Hà nội - 2009 MụC LụC Trang Mở ĐầU PHÇN TỉNG QUAN CHƯƠNG TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG 1.1.1 Công nghệ sản xuất đường 1.1.1.1 LÞch sử phát triển ngành công nghiệp đường 1.1.1.2 Qui trình sản xuất đường 1.1.1.3 Qui trình sản xuất đường phương pháp sulphit hóa axit tính 1.1.2 Giới thiệu Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên 10 CHƯƠNG VấN Đề NĂNG LƯợNG TRONG CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG 12 1.2.1 Nhu cầu sử dụng nhà máy đường 12 1.2.2 Sơ đồ cấp nhà máy đường 13 1.2.3 Tiêu thụ công đoạn công nghệ sản xuất đường 14 1.2.4 Cô ®Ỉc níc mÝa 15 CHƯƠNG Hệ THốNG CÔ ĐặC TRONG CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG 16 1.3.1 Những đặc điểm trình cô đặc 16 1.3.2 Hệ thống cô đặc nhiều nồi công nghệ sản xuất đường 17 1.3.2.1 Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi 18 1.3.2.2 Giới hạn nhiệt độ đốt 18 1.3.2.3 Giới hạn độ chân không nồi cuối 19 1.3.2.4 Sè nåi thÝch hỵp hƯ thống cô đặc nhiều nồi 20 CHƯƠNG CáC BIệN PHáP TIếT KIệM NĂNG LƯợNG HƠI TRONG CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG 23 1.4.1 Nguyên tắc chung làm giảm lượng tiêu hao cho công nghệ 23 1.4.1.1 Sử dụng thứ thay cho thải 23 1.4.1.2 Nâng cao hệ số truyền nhiệt cho thiết bị cô đặc 24 1.4.1.3 Giảm tối đa nhiệt tỉn thÊt m«i trêng xung quanh 25 1.4.2 Các biện pháp làm giảm lượng tiêu hao cho công nghệ sản xuất đường 26 1.4.2.1 Sư dơng thiết bị đại 26 1.4.2.2 Lựa chọn phương án cô đặc hợp lý 31 1.4.2.3 Tăng cường việc sử dụng thứ thay cho thải 32 1.4.2.4 TËn dơng h¬i tù bèc cđa níc ngng 35 1.4.2.5 TËn dơng nhiƯt tõ níc ngng 36 1.4.2.6 Sư dụng thứ nồi cô đặc cuối 37 1.4.2.7 Giảm tối đa tổn thất nhiệt môi trường xung quanh 37 1.4.2.8 Các biện ph¸p kh¸c 38 PHầN PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU 42 2.1 Đối tượng nghiên cứu 42 2.2 Néi dung nghiªn cøu 42 2.3 Phương pháp nghiên cứu 42 2.3.1 TÝnh c©n b»ng vËt chÊt 42 2.3.2 TÝnh c©n b»ng nhiƯt lỵng 43 2.3.2.1 HƯ thèng gia nhiƯt níc mÝa 43 2.3.2.2 HƯ thèng nÊu ®êng 44 2.3.2.3 HƯ thèng c« ®Ỉc nhiỊu nåi 44 2.3.3 Tính phương án sử dụng hiệu 48 2.4 Phương án cải tiến công nghệ sản xuất đường Nhà máy đường Tuy Hòa, suất 1500 mía/ngày 49 2.4.1 Khảo sát hệ thống cô đặc Nhà máy đường Tuy Hòa 49 2.4.2 Đề xuất phương án sử dụng tiết kiệm lượng 50 PHầN KếT QUả Và THảO LUậN 51 3.1 Tính toán sơ lượng tiêu thụ cho công đoạn 51 3.1.1 Níc chÌ vµ mËt chÌ 51 3.1.2 Nhu cầu c«ng nghiƯp 51 3.1.2.1 Gia nhiƯt níc chÌ 52 3.1.2.2 Cô đặc nước chè 52 3.1.2.3 NÊu ®êng 53 3.2 Tiêu hao cho công nghệ sản xuất đường 54 3.2.1 Hệ cô đặc nồi không trích thứ 54 3.2.2 Hệ cô đặc nåi trÝch h¬i thø nåi 55 3.2.3 Hệ cô đặc nồi trích thứ nồi nồi 56 3.2.4 Hệ cô đặc nồi trích thứ nồi 1, nồi nồi 58 3.2.5 Hệ cô đặc nồi không trích thứ 61 3.2.6 Hệ cô đặc nồi trích thứ nåi 63 3.2.7 Hệ cô đặc nồi trích thứ nồi vµ nåi 64 3.2.8 Hệ cô đặc nồi trích thứ nồi 1, nåi vµ nåi 66 3.2.9 Hệ cô đặc nồi trích thứ nồi 1, nåi 2, nåi vµ nåi 67 3.3 Xây dựng chương trình tính toán cho hệ thống cô đặc nồi nồi 70 3.3.1 Phương án cô đặc nồi có trích thứ nåi 1, nåi vµ nåi 70 3.3.2 Phương án cô đặc nồi có trích thø nåi 1, nåi 2, nåi vµ nåi 74 3.4 Phương án cải tiến công nghệ sản xuất đường Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên 76 3.4.1 Sơ đồ phân phối Nhà máy 76 3.4.1.1 Sơ đồ phân phối 76 3.4.1.2 Các điều kiện công nghƯ 77 3.4.1.3 C¸c ®iỊu kiƯn vỊ thiÕt bÞ 77 3.4.2 Lượng tiêu hao cho công đoạn Nhà máy đường Tuy Hòa 78 3.4.3 Nhận xét hiệu làm việc cđa hƯ thèng 78 3.4.4 Đề xuất phương án cải tiến công nghệ sản xuất đường cho Nhà máy đường Tuy Hòa 80 KÕT LUËN 82 TàI LIệU THAM KHảO 83 PHô LôC 85 PHô LôC 85 PHô LôC 86 Phô lôc 87 Phô lôc 101 tãm t¾t luận văn 116 abstract 117 -1- Mở ĐầU Với phát triển ngày mạnh mẽ nhiều ngành khoa học kỹ thuật vấn đề lượng quốc gia đặt lên hàng đầu Bên cạnh việc tìm nguồn lượng thay cho nguồn nhiên liệu truyền thống ngày cạn kiệt việc nghiên cứu biện pháp nhằm tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất quan tâm Cũng ngành khoa học kỹ thuật khác, ngành công nghiệp mía đường lượng tiêu thụ nhiều đến mức yếu tố ảnh hưởng lớn đến giá thành sản phẩm Năng lượng sử dụng công nghệ sản xuất đường chủ yếu điện, hơi, nhiệt; lượng đóng vai trò quan trọng Hơi sử dụng công nghệ sản xuất đường chủ yếu loại nước: áp suất cao, trung áp bÃo hòa áp suất thấp Việc nghiên cứu biện pháp tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường làm giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ than, dầu FO mà tham gia vào trình sản xuất điện phục vụ nhu cầu cho nhà máy Hơn nữa, lượng bà mía dư từ trình đốt bà mía nguồn nguyên liệu cho ngành công nghệ sản xuất giấy, ván ép, Trên giới, vấn đề tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường đà quan tâm từ ngành công nghiệp mía đường đời; đặc biệt nhà máy đường củ cải - nơi mà bà mía để phục vụ nhu cầu đốt lò vấn đề tiết kiệm lượng đặt lên hàng đầu Ngành công nghiệp mía đường Việt Nam non trẻ so với nước giới Trong năm đầu thành lập, chưa ý đến vấn đề tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường nên lượng tiêu hao lớn (chiếm từ 55 - 60 hơi/100 mía) Do lượng tiêu hao cho công nghệ lớn nên không đủ bà mía để đốt lò hơi; nhà máy cần sử dụng loại nhiên liệu truyền thống khác than, dầu FO, Điều làm tăng giá thành sản phẩm, giảm khả cạnh tranh với sản phẩm nước Hiện nay, nhà máy đường nước không ngừng nghiên luận văn thạc sĩ khoa học -2cứu khả tiết kiệm lượng công nghệ để vừa đảm bảo chất lượng sản phẩm vừa giảm giá thành sản phẩm, tăng khả cạnh tranh sản phẩm thị trường Khả tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất ®êng phơ thc vµo nhiỊu u tè: ®iỊu kiƯn trang thiết bị, trình độ tự động hóa, trình độ quản lý sản xuất, vận hành thiết bị, việc phân phối cho toàn nhà máy hợp lý đặc biệt việc bố trí hệ thống cô đặc Các yếu tố không đảm bảo yêu cầu công nghệ, yêu cầu chất lượng sản phẩm mà cho phép tiết kiệm lượng trình sản xuất Trên cở sở phân tích trên, chọn đề tài cho luận văn thạc sĩ có tiêu đề: nghiên cứu khả tiết kiệm lượng công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường hòa, tỉnh phú yên Mục đích đề tài là: - Nghiên cứu công đoạn công nghệ sản xuất đường theo yêu cầu lượng Cụ thể tính toán lượng tiêu thụ cho công đoạn gia nhiệt, cô đặc nấu đường Từ đưa phương án sử dụng tiết kiệm - Khảo sát công nghệ sản xuất Nhà máy đường Tuy Hòa Từ đưa phương án để tiết kiệm lượng cho Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên luận văn thạc sĩ khoa học -3- PHầN TổNG QUAN CHƯƠNG TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG 1.1.1 Công nghệ sản xuất đường 1.1.1.1 Lịch sử phát triển ngành công nghiệp đường [3,13,17] Đường quan trọng sống hàng ngày người Đường không làm gia tăng vị ngon màu sắc thực phẩm mà có đặc tính khác (như dùng làm chất bảo quản, chất cho trình lên men, nguồn gốc tạo lượng,) Từ xưa, đường lấy từ mật ong dại Xét góc độ lịch sử, đường mía xuất muộn mía trồng từ sớm, từ khoảng 3000 năm trước công nguyên Trong suốt thời gian dài từ thời kỳ Cổ đại thời kỳ Trung cổ, việc sản xuất đường hoàn toàn phương pháp thủ công, dùng sức người sức động vật để trÝch ly níc mÝa Sau ®ã ngêi ta thu håi đường nước mía chảo nấu đường đun nóng củi Nước đường cô đặc tới nồng độ yêu cầu làm nguội để kết tinh Quá trình tiêu hao nhiều lượng thu đường nâu với chất lượng thấp Những bước tiến quan trọng lịch sử phát triển ngành công nghiệp đường mía việc phát minh máy ép trục đứng (năm 1637), sử dụng hệ thống nồi làm nấu đường liên tiếp (năm 1650) Sự khan nhiên liệu đà làm nảy sinh ý tưởng sử dụng bà mía làm nhiên liệu đun nóng nước mía nấu đường từ năm 1675 Năng lượng từ nước tìm năm 1722 bắt đầu áp dụng vào ngành đường từ năm 1800 đà làm thay đổi sâu sắc ngành sản xuất đường dẫn đến việc phát minh hệ nhiều máy ép (năm 1794), nồi nấu đường chân không (năm 1813), máy ly tâm (năm 1837), hệ cô đặc nhiều nồi (1844) máy xé tơi mía (năm 1854) Các phát minh đà tạo sở phát triển ngành công nghiệp sản xuất đường mía đại có suất cao công suất lớn nhờ khí hóa trình sản xuất Đặc biệt, Rillieux đà phát minh hệ thống cô đặc nhiều nồi biện pháp trích luận văn thạc sĩ khoa học -4thứ dùng làm đốt đà làm giảm lượng tiêu hao sản xuất Đây bước tiến quan trọng lịch sử ngành công nghiệp mía đường 1.1.1.2 Qui trình sản xuất đường [1,2] Mía Xử lý mía ép lấy nước mía Làm nước mía Cô đặc Nấu đường, kết tinh, phân mật, sấy đóng bao Đường thành phẩm Hình 1.1.1 Sơ đồ qui trình sản xuất đường Đường cát trắng tinh thể Saccarozơ (C12H22O11) kÕt tinh víi ®é tinh khiÕt cao (> 99,62%), gọi đường kính trắng Saccarozơ sản xuất từ củ cải đường từ mía Nước ta nước nông nghiệp nhiệt đới nên đường kính sản xuất từ mía Công nghệ sản xuất đường đà phát triển thay đổi qua nhiều thời kỳ việc thu hồi đường từ mía dựa bước sau: (Hình 1.1.1) luận văn thạc sĩ khoa học -104Mudd[1,7]:=0.356; Mudd[2,7]:=0.463; Mudd[3,7]:=0.629; Mudd[4,7]:=0.916; Mudd[5,7]:=1.475; Mudd[6,7]:=2.776; Mudd[7,7]:=6.800; Mudd[8,7]:=20.18; Mudd[1,8]:=0.330; Mudd[2,8]:=0.425; Mudd[3,8]:=0.572; Mudd[4,8]:=0.819; Mudd[5,8]:=1.287; Mudd[6,8]:=2.332; Mudd[7,8]:=4.414; Mudd[8,8]:=20.18; Mudd[1,9]:=0.307; Mudd[2,9]:=0.394; Mudd[3,9]:=0.525; Mudd[4,9]:=0.740; Mudd[5,9]:=1.137; Mudd[6,9]:=1.990; Mudd[7,9]:=3.600; Mudd[8,9]:=20.18; { } {He so dan nhiet cua dung dich Sucrose tinh khiet theo nong va nhiet do, W/m.K} {Nhiet dung dich, oC} tdd1[1]:=50; tdd1[2]:=60; tdd1[3]:=70; tdd1[4]:=80; tdd1[5]:=90; tdd1[6]:=100; tdd1[7]:=110; tdd1[8]:=120; tdd1[9]:=130; {Nong dung dich, %} nd1[1]:=10; nd1[2]:=20; nd1[3]:=30; nd1[4]:=40; nd1[5]:=50; nd1[6]:=60; nd1[7]:=70; Lam[1,1]:=0.605; Lam[2,1]:=0.571; Lam[3,1]:=0.537; Lam[4,1]:=0.503; Lam[5,1]:=0.469; Lam[6,1]:=0.435; Lam[7,1]:=0.401; Lam[1,2]:=0.615; Lam[2,2]:=0.581; Lam[3,2]:=0.547; Lam[4,2]:=0.512; Lam[5,2]:=0.477; Lam[6,2]:=0.443; Lam[7,2]:=0.408; Lam[1,3]:=0.624; Lam[2,3]:=0.589; Lam[3,3]:=0.555; Lam[4,3]:=0.520; Lam[5,3]:=0.484; Lam[6,3]:=0.449; Lam[7,3]:=0.413; Lam[1,4]:=0.632; Lam[2,4]:=0.597; Lam[3,4]:=0.562; Lam[4,4]:=0.526; Lam[5,4]:=0.490; Lam[6,4]:=0.454; Lam[7,4]:=0.418; Lam[1,5]:=0.639; Lam[2,5]:=0.603; Lam[3,5]:=0.567; Lam[4,5]:=0.531; Lam[5,5]:=0.495; Lam[6,5]:=0.458; Lam[7,5]:=0.422; Lam[1,6]:=0.645; Lam[2,6]:=0.608; Lam[3,6]:=0.572; Lam[4,6]:=0.535; Lam[5,6]:=0.498; Lam[6,6]:=0.462; Lam[7,6]:=0.424; Lam[1,7]:=0.649; Lam[2,7]:=0.613; Lam[3,7]:=0.575; Lam[4,7]:=0.538; Lam[5,7]:=0.501; Lam[6,7]:=0.463; Lam[7,7]:=0.426; Lam[1,8]:=0.653; Lam[2,8]:=0.617; Lam[3,8]:=0.578; Lam[4,8]:=0.541; Lam[5,8]:=0.504; Lam[6,8]:=0.465; Lam[7,8]:=0.428; Lam[1,9]:=0.657; Lam[2,9]:=0.620; Lam[3,9]:=0.581; Lam[4,9]:=0.544; Lam[5,9]:=0.507; Lam[6,9]:=0.467; Lam[7,9]:=0.430; { } {Suc cang be mat dung dich Sucrose tinh khiet theo nhiet va nong do, N/m} {Nhiet dung dich, oC} tdd2[1]:=50; tdd2[2]:=60; tdd2[3]:=70; tdd2[4]:=80; tdd2[5]:=90; tdd2[6]:=100; tdd2[7]:=110; tdd2[8]:=120; tdd2[9]:=130; {Nong dung dich, %} nd2[1]:=10; nd2[2]:=20; nd2[3]:=30; nd2[4]:=40; nd2[5]:=50; nd2[6]:=60; nd2[7]:=70; Sigma[1,1]:=0.0683; Sigma[2,1]:=0.0690; Sigma[3,1]:=0.0699; Sigma[4,1]:=0.0710; Sigma[5,1]:=0.0724; Sigma[6,1]:=0.0739; Sigma[7,1]:=0.0757; Sigma[1,2]:=0.0666; Sigma[2,2]:=0.0674; Sigma[3,2]:=0.0684; Sigma[4,2]:=0.0697; Sigma[5,2]:=0.0712; Sigma[6,2]:=0.0729; Sigma[7,2]:=0.0749; Sigma[1,3]:=0.0650; Sigma[2,3]:=0.0659; Sigma[3,3]:=0.0670; Sigma[4,3]:=0.0684; Sigma[5,3]:=0.0700; Sigma[6,3]:=0.0719; Sigma[7,3]:=0.0740; Sigma[1,4]:=0.0633; Sigma[2,4]:=0.0643; Sigma[3,4]:=0.0655; Sigma[4,4]:=0.0670; Sigma[5,4]:=0.0688; Sigma[6,4]:=0.0709; Sigma[7,4]:=0.0732; Sigma[1,5]:=0.0616; Sigma[2,5]:=0.0627; Sigma[3,5]:=0.0641; Sigma[4,5]:=0.0658; Sigma[5,5]:=0.0677; Sigma[6,5]:=0.0699; Sigma[7,5]:=0.0724; Sigma[1,6]:=0.0599; Sigma[2,6]:=0.0611; Sigma[3,6]:=0.0627; Sigma[4,6]:=0.0645; Sigma[5,6]:=0.0666; Sigma[6,6]:=0.0689; Sigma[7,6]:=0.0716; End; { } luận văn thạc sĩ khoa học -105Procedure NOISUY(X2:real;VAR Y2:real;Yt,X:mx; k:integer; Index:integer); {X2: nong tai tien hanh noi suy Y2: gia tri cua thong so can tim noi suy Yt: cac gia tri thuc nghiem dung de noi suy} {Label 1;} Begin k:=0; Repeat k:=k+1; Until X2