thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vôi năng suất 5860 tấn mía ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HĨA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG CƠNG NGHIỆP PHƯƠNG PHÁP VƠI NĂNG SUẤT 5860 TẤN MÍA/NGÀY Sinh viên thực hiện: Lê Thị Mỹ Duyên Số thẻ sinh viên: 107150140 Lớp: 15H2B Đà Nẵng – Năm 2019 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự - Hạnh phúc KHOA: HÓA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thị Mỹ Duyên Số thẻ sinh viên: 107150140 Lớp : 15H2B Khoa: Hóa Ngành: Cơng nghệ thực phẩm Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vơi suất 5860 mía/ngày Đề tài thuộc diện: Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ kết thực Các số liệu liệu ban đầu: - Hàm lượng đường sacaroza: 12,21 % - Chất không đường: 3,04 % - Thành phần xơ: 11,02 % Một số thông số khác: -GP bã: 76,35% - Độ ẩm bã: 50,32 % - Lượng nước thẩm thấu: Chọn khoảng từ w = 22 – 25 % Nội dung phần thuyết minh tính tốn - Mở đầu - Lập luận kinh tế kỹ thuật - Tổng quan - Chọn thuyết minh dây chuyền cơng nghệ - Tính cân vật chất - Tính cân nhiệt - Tính chọn thiết bị thiết bị chủ yếu - Tính xây dựng - Tính – nước - Kiểm tra sản xuất - An toàn lao động, vệ sinh xí nghiệp, phịng cháy chữa cháy - Kết luận - Tài liệu tham khảo Các vẽ đồ thị - Bản vẽ mặt phân xưởng sản xuất (A0) - Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất (A0) - Bản vẽ đường ống – nước (A0) - Bản vẽ tổng mặt nhà máy (A0) Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 26-08-2019 Ngày hoàn thành đồ án: 02-12-2019 Đà Nẵng, ngày tháng năm 2019 Trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm Người hướng dẫn PGS.TS Đặng Minh Nhật PGS.TS.Trương Thị Minh Hạnh TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vơi suất 5860 mía/ngày” Sinh viên thực hiện: Lê Thị Mỹ Duyên Số thẻ sinh viên: 107150140 Lớp: 15H2B Nội dung đồ án có 10 chương chính, bao gồm: - Phân tích yếu tố cần thiết nơi chọn đặt nhà máy Giới thiệu tổng quan nguyên liệu mía đường, sản phẩm đường thô phát triển ngành công ngiệp mía đường nước giới Chọn quy trình cơng nghệ thuyết minh quy trình cơng nghệ, chọn thiết bị cho công đoạn - Dựa vào số liệu ban đầu để tính suất cơng đoạn quy trình sản xuất, với giả thiết hao hụt cơng đoạn quy trình sản xuất 0%, từ số liệu ta tính nhiệt lượng cần sử dụng trình: gia nhiệt, bốc hơi, cô đặc, sấy, - Dựa sở chương 3, số liệu chương 4, chương để tính, chọn thiết bị, máy móc, thùng chứa cho cơng đoạn sản xuất - Tính thời gian làm việc, số nhân cơng, tính cơng trình xây dựng dựa số công nhân, nhân viên suất nhà máy để tính diện tích cơng trình, chọn diện tích khu đất… - Tính lượng hơi, nước sử dụng nhà máy - Trình bày cách đánh giá chất lượng sản phẩm trình kiểm tra trình sản xuất - Trình bày yêu cầu nhà máy để đảm bảo an toàn lao động, đảm bảo an toàn vệ sinh,…trong nhà máy LỜI NĨI ĐẦU Để hồn thành đồ án tốt nghiệp em áp dụng tất học tích lũy suốt năm ngồi ghế nhà trường Chính kiến thức tiếp thu 4,5 năm học trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng tảng vững để em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô trường Đại học Bách khoa nói chung, thầy khoa Hóa nói riêng đặc biệt thầy mơn Cơng Nghệ Thực Phẩm tận tình giảng dạy truyền đạt lại kiến thức quý giá suốt trình học tập trường Em xin chân thành cảm ơn cô Trương Thị Minh Hạnh, cô người trực tiếp hướng dẫn tận tình cho chúng em kiến thức kinh nghiệm quý báu, hỗ trợ theo sát tạo điều kiện tốt cho chúng em hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối em xin cảm nhà trường tạo điều kiện trình học tập trình thực đồ án Em xin chân thành cảm ơn Đà Nẵng, tháng 12 năm 2019 Sinh viên thực Lê Thị Mỹ Duyên CAM ĐOAN Tôi tên Lê Thị Mỹ Duyên, xin cam đoan nội dung đồ án không chép nội dung từ đồ án khác Các số liệu đồ án hướng dẫn hướng dẫn tính tốn thân cách trung thực, nguồn trích dẫn có thích rõ ràng, minh bạch, có tính kế thừa, phát triển từ tài liệu, tạp chí, cơng trình nghiên cứu cơng bố, website Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm lời cam đoan Đà Nẵng, tháng 12 năm 20119 Sinh viên thực Lê Thị Mỹ Duyên MỤC LỤC Nhiệm vụ đồ án Tóm tắt Lời nói đầu i Cam đoan ii Mục lục iii Danh sách bảng, hình vẽ ix Danh sách kí hiệu, chữ viết tắt xii MỞ ĐẦU Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ, KỸ THUẬT 1.1 Đặc điểm thiên nhiên 1.2 Vùng nguyên liệu 1.3 Hợp tác hóa 1.4 Nguồn cung cấp điện 1.5 Nguồn cung cấp 1.6 Nhiên liệu 1.7 Nguồn cung cấp nước vấn đề xử lý nước 1.8 Giao thông vận tải 1.9 Nguồn cung cấp nhân công Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Nguyên liệu 2.1.1 Nguyên liệu mía 2.1.2 Thành phần hóa học mía 2.2 Một số thuật ngữ thường sử dụng công nghệ sản xuất đường 2.3 Cơ sở lý thuyết trình nấu đường 2.3.1 Quá trình lấy nước mía khỏi mía 2.3.2 Quá trình làm nước mía 2.3.3 Q trình đặc 11 2.3.4 Quá trình nấu đường kết tinh 12 2.4 Các tiêu đường thô thành phẩm 12 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 14 3.1 Chọn quy trình công nghệ 14 3.1.1 Chọn phương pháp lấy nước mía 14 3.1.2 Chọn phương pháp làm nước mía 14 3.1.3 Chọn phương pháp nấu chế độ nấu 14 3.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ 18 3.2.1 Xử lý mía trước ép 18 3.2.2 Ép mía 18 3.2.3 Cho vôi sơ 19 3.2.4 Gia nhiệt lần 20 3.2.5 Cho vôi lần 20 3.2.6 Gia nhiệt lần 20 3.2.7 Lắng 21 3.2.8 Lọc chân không 21 3.2.9 Gia nhiệt lần 22 3.2.10 Cô đặc 22 3.2.11 Lọc kiểm tra 23 3.2.12 Nấu đường 23 3.2.13 Trợ tinh 24 3.2.14 Ly tâm 25 3.2.15 Sấy đường 26 3.2.16 Làm nguội, phân loại, đóng gói bảo quản 26 CHƯƠNG 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 28 4.1 Tính tốn cơng đoạn ép 28 4.1.1 Tính mía nguyên liệu 28 4.1.2 Tính bã mía 29 4.1.3 Tính nước thẩm thấu 29 4.1.4 Tính nước mía hỗn hợp 29 4.2 Tính tốn cơng đoạn làm 29 4.2.1 Tính vơi sữa vơi 30 4.2.3 Tính nước bùn 31 4.2.4 Tính bùn lọc 31 4.2.5 Tổn thất đường không xác định 31 4.2.6 Tính nước mía (chè trong) 31 4.3 Tính tốn cơng đoạn cô đặc – lọc kiểm tra mật chè 32 4.3.1 Tính mật chè 32 4.3.2 Lọc kiểm tra 33 4.3.3 Tính mật chè sau LKT 33 4.3.4 Hiệu suất làm 33 4.4 Tính tốn cơng đoạn nấu đường hệ 33 4.4.1 Lượng đường thành phẩm 34 4.4.2 Tính nấu non C 34 4.4.3 Tính nấu non B 35 4.4.4 Tính đường non A 36 Chương 5: CÂN BẰNG NHIỆT 40 5.1 Cân nhiệt cho hệ bốc cô đặc nhiều nồi 40 5.1.1 Lượng nước bốc q trình đặc 40 5.1.2 Nồng độ chất khô hiệu 41 5.1.3 Xác định áp suất nhiệt độ hiệu 41 5.1.4 Xác định tổn thất nhiệt độ trình bốc 42 5.1.5 Nhiệt độ sôi dung dịch hiệu bốc 43 5.1.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hiệu (ti) 43 5.2 Cân nhiệt cho hệ đun nóng 43 5.3 Cân nhiệt cho nấu đường 44 5.3.1 Cân nhiệt cho nấu non A 45 5.3.2 Cân nhiệt cho nấu non B 47 5.3.3 Cân nhiệt cho nấu non C 48 5.3.4 Cân nhiệt cho nấu giống B, C 50 5.4 Cân nhiệt cho hệ cô đặc 51 5.4.1 Tính lượng nước bốc 51 5.4.2 Lượng dùng cho hệ thống cô đặc 52 5.4.3 Tính sai số 54 5.5 Tính lượng nhiệt dùng cho yêu cầu khác 54 5.5.1 Nhiệt lượng dùng cho hồi dung C đường hồ B 55 5.5.2 Nhiệt dùng cho gia nhiệt nguyên liệu nấu đường 55 5.5.3 Nhiệt đun nóng nước rửa máy lọc chân không 55 5.5.4 Nhiệt dùng cho đun nóng nước thẩm thấu 56 5.5.5 Nhiệt dùng cho việc rửa thiết bị 56 5.5.6 Nhiệt dùng cho trình sấy đường 56 Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 59 6.1 Chọn máy ép 59 6.1.1 Tính tốc độ trục ép 59 6.1.2 Kiểm tra tính hợp lý máy ép 59 6.2 Băng tải mía 59 6.3 Máy băm mía 60 6.3.1 Máy băm 60 6.3.2 Máy băm 61 6.4 Máy đánh tơi 61 6.5 Cân định lượng 61 6.6 Thiết bị gia vôi 62 6.7 Thiết bị gia nhiệt 63 6.8 Thiết bị lắng 64 6.9 Thiết bị lọc chân không thùng quay 65 6.10 Thiết bị bốc cô đặc 66 6.10.1 Nhiệt lượng cung cấp cho buồng đốt hiệu 66 6.10.2 Bề mặt truyền nhiệt hiệu 66 6.10.3 Các thông số kĩ thuật 66 6.11 Thiết bị lọc ống kiểm tra 68 6.12 Thiết bị nấu đường 68 6.12.1 Hệ số truyền nhiệt 68 6.12.2 Nhiệt lượng cung cấp cho nấu đường 68 6.12.3 Bề mặt truyền nhiệt 69 6.13 Thiết bị trợ tinh 71 6.14 Thiết bị ly tâm 72 6.14.1 Thiết bị ly tâm đường A, B 72 6.13.2 Chọn thiết bị ly tâm đường C 73 6.14 Thiết bị sấy đường 73 Chương 7: TÍNH XÂY DỰNG 76 Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vơi suất 5860 mía/ngày Chương 8: TÍNH HƠI - NƯỚC 8.1 Tính − Theo tính tốn phần cân nhiệt, lượng đốt dùng là: D = 117847,98 (kg/h) ≈ 117,85 (tấn/h) − Mía sau ép tiến hành thu nhận nước, cịn bã mía dùng để đốt lò làm chạy tuabin, sau tuabin sử dụng cao áp thải có áp lực nhiệt độ thấp Tuy nhiên nhiệt độ đủ để sử dụng cho thiết bị nhiệt nhà máy − Sản lượng hữu ích bằng: Dhi = (0,8  0,9)Dđm với Dđm: sản lượng định mức lị Do lượng tiêu hao: Dth = (0,1  0,2)Dđm Vậy lượng cần thiết phải cung cấp:Dcc =1,2.D = 1,2x117,85= 141,42 (tấn/h) − Ta chọn lị đốt bã mía mã hiệu SHS50- 2.45/400 - G(Y) để tận dụng bã mía sản xuất, đồng thời lị đốt phụ trợ dầu FO, DO thiếu bã mía, lúc khởi động lị Thơng số kỹ thuật lị sau [35]: + Kiểu ống nước, tuần hoàn tự nhiên + Chế độ vận hành: hoàn toàn tự động Cấp bã: khí (máy cấp bã) + Nhiên liệu đốt: Bã mía (độ ẩm >50%), phụ trợ dầu FO, DO + Năng suất sinh hơi: Dđm = 50 tấn/h + Áp suất làm việc: P = 20 (Kg/cm2) + Nhiệt độ nước cấp : 105oC Số lượng lò cần sử dụng: lò 8.1.1 Cân chất đốt cho lò Giả thiết hiệu suất dự kiến lị điều kiện bình thường, nhiệt hàm bã 2340 (kcal/kg) 90% - Lượng bã ngày: mb = 1394,18 (tấn/ngày) = 58,09 (tấn/h) - Độ ẩm bã: 50,32% - Nhiệt lượng riêng P = 20 at là: 668,7 (kcal/kg) [26] - Nhiệt lượng riêng nước cấp vào lò là: 105,10 (kcal/kg) to = 105oC [26] Vậy lượng nhiệt bã cần cung cấp cho lò là: 668,70 – 105,10 = 563,60 (kcal/kg) SVTH: Lê Thị Mỹ Duyên GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh 86 Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vôi suất 5860 mía/ngày 2340 - Tỷ lệ bã:  = x 90% = 3,74 (kg hơi/kg bã) 563,60 - Lượng sản xuất giờ: D' = 1,1 x Dcc = 1,1 x 141,42 = 155,56 (tấn/h) - Lượng bã tiêu thụ: 155,56 3,74 = 41,59 (tấn/h) - Lượng bã thừa: 58,09 – 41,59 = 16,50(tấn/h) 8.1.2 Tính nhiên liệu phụ trợ lúc khơng đủ bã hay khởi động lò Dùng dầu FO, theo quy chuẩn dùng 1,5 kg dầu FO cho đường thành phẩm Năng suất theo đường thành phẩm 622,97 (tấn/ngày) [Bảng 4.6] Lượng dầu dùng: GD = 1,5  622,97 = 934,46 (kg/ngày) = 38,94 (kg/h) 8.2 Tính nước Trong trình sản xuất, nhà máy dùng nhiều nước Lượng nước nhà máy dùng lớn gấp 10 – 20 lần so với nguyên liệu Tùy theo yêu cầu công nghệ phận khác nhau, lượng nước, chất lượng nước khác 8.2.1 Nước lắng Trong nhà máy đường mía, phận sử dụng nước lắng sau: Bảng 8.1 Sự phân bố nước lắng [17] STT Bộ phận % so với mía Khối lượng (tấn /ngày) Dập xỉ khử bụi lò 234,40 Nước cứu hỏa 293 Nước cho nhu cầu khác 10 586 Làm làm nguội khí lị vơi 18 1054,80 Nước vệ sinh cá nhân 25 1465 Tháp ngưng tụ lọc chân không 50 2930 Nước cho vệ sinh công nghiệp 50 2930 Nước lọc 177 10372,20 Tháp ngưng tụ cô đặc nấu đường 1000 58600 Tổng 1339 78465,40 8.2.2 Nước lọc Những phận dùng nước lọc liệt kê sau: SVTH: Lê Thị Mỹ Duyên GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh 87 Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vơi suất 5860 mía/ngày Bảng 8.2 Sự phân bố nước lọc [17] STT Bộ phận % so với mía Khối lượng (Tấn/ngày) Nước cho phịng thí nghiệm 117,20 Nước làm nguội trợ tinh 468,80 Những nhu cầu khác 15 879 Nước làm nguội tuabin 17 996,20 Nước pha vào nước ngưng để có nước nóng 20 1172 Nước làm nguội trục ép 22 1289,20 Nước khử độ cứng để cấp cho lò 45 2637 Nước làm nguội bơm 48 2812,80 Tổng 177 10372,20 8.2.3 Nước ngưng tụ Nước ngưng tụ nhà máy đường mía bao gồm tất nước ngưng tất thiết bị trao đổi nhiệt Lượng nước ngưng tổng cộng nhà máy đường mía chiếm 145% so với mía Trong đó: 75% nước ngưng tụ từ sống (hơi thải Tuabine, giảm áp), 70% từ thứ hệ thống cô đặc [17] − Lượng nước ngưng tụ tổng cộng : G1 = (5860 x 145)/100 = 8497 (tấn/ngày) − Lượng nước lọc để pha thêm vào nước ngưng tụ, 20% so với mía [17] G2 = 20% x 5860 = 1172 (tấn/ngày) − Lượng nước nóng tổng cộng: GT = G1 + G2 = 8497+1172 = 9669 (tấn/ngày) Bảng 8.3 Sự phân bố nước ngưng [17] STT Sử dụng % so với mía Khối lượng (tấn/ngày) Nước hịa vơi 234,40 Nước hịa tan đường cát B,C 234,40 Nước hòa mật lỗng 4,5 263,70 Nước chỉnh lí nấu đường 293 Nước rửa nồi nấu đường 10 586 Nước rửa cặn lọc 20 1172 SVTH: Lê Thị Mỹ Duyên GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh 88 Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vôi suất 5860 mía/ngày STT Sử dụng % so với mía Khối lượng ( tấn/ngày) Nước vệ sinh cá nhân 20 1172 Nước thẩm thấu ép 28 1640,80 Cung cấp cho nồi 30 1758 10 Nước cho nhu cầu khác 38,5 2256,10 Tổng 164 9610,40 8.2.4 Nước tháp ngưng tụ − Nước tháp ngưng tụ (hay nước tuần hồn; nước khí áp kế) Đây hỗn hợp nước làm lạnh nước ngưng thu giai đoạn nấu đường đặc Nước có thành phần nước lắng (làm lạnh thấp ngưng tụ) thêm lượng nhỏ NH3, đường,… thứ nấu đường, cô đặc mang vào Lượng nước lạnh vào tháp ngưng tụ nấu đường, cô đặc, lọc chân không 1050% so với mía [17], tức 5860 x 1050% = 61530 (tấn/ngày) − Ở tháp ngưng tụ, lượng thứ ngưng tụ thành nước chiếm 28% so mía − Vậy lượng nước khỏi tháp ngưng tụ 1078% so với mía Lượng nước khỏi tháp ngưng tụ = 5860 x 1078% = 63170,80 (tấn/ngày) − Lượng nước sử dụng lại làm mát tháp ngưng tụ 600% so với mía Gsdl = 600% x 5860 = 35160 (tấn/ngày)  Vậy lượng nước nguồn nhà máy cần cung cấp là: GLtrong – Gsdl = 63170,80 – 35160 = 28010,80 (tấn/ngày) 8.2.5 Nước thải nhà máy Nước thải nhà máy đường bao gồm: − Nước làm nguội trục ép, làm nguội bơm, làm nguội tuabin phát điện Nước vệ sinh công nghiệp, nước giặt vải lọc − Nước tắm cho cơng nhân − Nước phịng thí nghiệm − Nước tháp ngưng tụ (một phần) − Các nhu cầu khác  Tổng lượng nước thải 775,5% so với mía [17] Tức = 5860 x 775,5% = 45444,30 (tấn/ngày) SVTH: Lê Thị Mỹ Duyên GVHD: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh 89 Thiết kế nhà máy sản xuất đường công nghiệp phương pháp vôi suất 5860 mía/ngày Chương 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT 9.1 Kiểm tra sản xuất Để đảm bảo cho trình sản xuất ổn định, đảm bảo chất lượng đường thành phẩm đạt chất lượng theo yêu cầu quy định Đồng thời giúp phát hiện, điều chỉnh, khắc phục cố kịp thời cần phải thực trình kiểm tra sản xuất liên tục định kỳ Trên sở kiểm tra ta đánh giá tình hình hoạt động nhà máy để đề kế hoạch biện pháp đạt hiệu cao Trình tự thực kiểm tra sản xuất thể bảng sau: Bảng 9.1 Trình tự thực kiểm tra sản xuất [36] STT Hạng mục phân tích Chỉ tiêu Số lần Mía ép thực tế 5860 tấn/ngày lần/ngày Lượng Nước thẩm thấu 22% lần/ca Kiểm tra% bùn, cát mía