(Đồ án tốt nghiệp) thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG THEO PHƯƠNG PHÁP SO2 NĂNG SUẤT 6160 TẤN MÍA/NGÀY Sinh viên thực hiện: Lê Thị Thu Hằng Số thẻ sinh viên: 107150142 Lớp: 15H2B Đà Nẵng – Năm 2019 i TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày” Đồ án thiết kế bao gồm thuyết minh vẽ Bản thuyết minh gồm nội dung sau: Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật giới thiệu khu công nghiệp đặc điểm thiên nhiên, khả hợp tác hóa, điện, nước giao thơng vận tải, nhân lực, … Chương 2: Tổng quan giới thiệu nguyên liệu, sản phẩm sở lý thuyết,… Chương 3: Chọn thuyết minh quy trình cơng nghệ đường theo phương pháp SO2 Chương 4: Tính cân vật chất tính ngun liệu vào cơng đoạn nguyên liệu dùng sản xuất dựa suất Chương 5: Tính cân nhiệt lượng cho hệ đặc, hệ đun nóng, hệ nấu đường, Chương 6: Tính chọn thiết bị dựa vào suất cơng đoạn tính chọn thiết bị Mỗi thiết bị kèm theo hình ảnh, thơng số kĩ thuật Chương 7: Tính xây dựng tính nhân lực nhà máy ca sau tính xây dựng phân xưởng sản xuất kho thành phẩm, kho bao bì, kho ngun vật liệu,… từ tính đất xây dựng hệ số sử dụng Chương 8: Tính – nước tính cho lị đốt, nhu cầu nước gồm nước lắng trong, nước lọc trong, nước ngưng tụ, nước thải,… Chương 9: Kiểm tra sản xuất xác định tiêu cảm quan, phịng thí nghiệm Chương 10: An toàn lao động, vệ sinh nhà máy Bản vẽ bao gồm: Bản vẽ mặt phân xưởng sản xuất chính: gồm vẽ phân xưởng sản xuất tầng tầng 2, vẽ mặt cắt phân xưởng chính, vẽ đường ống – nước vẽ tổng mặt nhà máy ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA: HÓA Độc lập - Tự - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ tên sinh viên: Lê Thị Thu Hằng Lớp: 15H2B Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên: 107150142 Ngành: Công nghệ thực phẩm Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày Các số liệu liệu ban đầu: Thành phần mía (tính % theo chất khơ mía) Hàm lượng đường sacaroza: 12,15% Chất khơng đường: Xơ: GP bã: 3,17% 11,49% 76,41% Độ ẩm bã: Lượng nước thẩm thấu: 49,74% tự chọn từ 22 đến 25% Nước: tự tính 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 tồn 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 - Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất - Bản vẽ đường ống – nước iii (A0) (A0) (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 Trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm tháng năm 2019 Người hướng dẫn PGS.TS Đặng Minh Nhật PGS.TS.Trương Thị Minh Hạnh iv LỜI CẢM ƠN Trải qua gần năm học tập rèn luyện giảng đường đại học, em nhận tận tình dạy bảo thầy Với lịng biết ơn sâu sắc chân thành nhất, em xin gửi đến thầy khoa Hóa nói riêng thầy Trường Đại Học Bách Khoa - Đà Nẵng nói chung, với tri thức tâm huyết để truyền đạt vốn kiến thức quý báu suốt thời gian em học tập trường Và đến nay, để củng cố vận dụng kiến thức học, em giao thực đề tài đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày” Sau tháng làm đồ án giúp em phần nắm kĩ kiến thức ngành đường, lựa chọn phương pháp, cách tính tốn, cách chọn thiết bị, cách bố trí thiết bị, cách bố trí mặt bằng, thiết kế nhà máy hợp lý Tuy nhiên, đồ án không tránh khỏi thiếu sót nguồn kiến thức thân thực tế hạn chế Em mong nhận góp ý từ thầy Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn cô PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh, người tận tình hướng dẫn suốt trình thực đề tài truyền đạt kiến thức kinh nghiệm quý báu tạo điện thuận lợi cho em hồn thành đồ án tốt nghiệp Một lần em chân thành cảm ơn tất cả! Sinh viên thực Lê Thị Thu Hằng v CAM ĐOAN Em xin cam đoan nội dung đồ án không chép nội dụng từ đồ án khác Nội dung số liệu đồ án hướng dẫn cô hướng dẫn, tính tốn trung thực, tài liệu tham khảo trích dẫn rõ ràng xác Em xin hồn toàn chịu trách nhiệm lời cam đoan Sinh viên thực Lê Thị Thu Hằng vi MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn v Cam đoan vi Mục lục vii Danh sách bảng, hình vẽ xii Danh sách kí hiệu, chữ viết tắt xiv Trang 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 Nguồn cung cấp nhiên liệu 1.7 Nguồn cung cấp nước vấn đề xử lý nước 1.8 Thoát nước 1.9 Giao thông vận tải 1.10 Năng suất nhà máy 1.11 Nguồn cung cấp nhân lực 1.12 Thị trường tiêu thụ Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1 Tổng quan nguyên liệu 2.1.1 Vài nét mía 2.1.2 Thành phần hóa học mía 2.2 Tổng quan sản phẩm 2.2.1 Đường thô 2.2.2 Đường RS 2.2.3 Đường RE 2.3 Cơ sở lý thuyết trình làm nước mía 2.3.1 Tác dụng pH vii 2.3.2 Tác dụng nhiệt độ 10 2.3.3 Tác dụng chất điện ly 10 2.4 Cơ sở lý thuyết trình kết tinh đường 11 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ 12 3.1 Chọn quy trình sản xuất 12 3.1.1 Chọn phương pháp lấy nước mía 12 3.1.2 Phương pháp làm 13 3.1.3 Chọn phương pháp nấu chế độ nấu 14 3.2 Quy trình cơng nghệ sản xuất đường RS theo phương pháp sunfit hóa axit 14 3.2.1 Quy trình cơng nghệ 14 3.2.2 Thuyết minh quy trình cơng nghệ 17 Chương 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 24 4.1 Ép mía 24 4.1.1 Thành phần mía 24 4.1.2 Bã mía 24 4.1.3 Nước thẩm thấu 25 4.1.4 Nước mía hỗn hợp (NMHH) 25 4.2 Công đoạn làm 26 4.2.1 Tính lượng lưu huỳnh SO2 26 4.2.2 Tính vơi sữa vơi 26 4.2.3 Gia vôi sơ (GVSB) 27 4.2.4 Thông SO2 lần 27 4.2.5 Nước mía trung hịa 28 4.2.6 Nước bùn 29 4.2.7 Nước lắng 29 4.2.8 Bùn lọc 29 4.2.9 Nước rửa bùn 29 4.2.10 Nước lọc 30 4.2.11 Nước mía 30 4.3 Bốc mật chè 31 4.3.1 Lượng nước bốc 31 4.3.2 Mật chè thô 31 4.3.3 Thông SO2 lần 32 4.3.4 Lọc kiểm tra 32 4.3.5 Mật chè tinh 33 4.3.6 Hiệu suất làm mật chè 33 viii 4.4 Nấu đường 33 4.4.1 Khối lượng đường thành phẩm mật rỉ 34 4.4.2 Tính cho nấu non C 34 4.4.3 Tính đường non B 36 4.4.4 Tính cho nấu non A 37 Chương 5: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 42 5.1 Cân nhiệt cho hệ cô đặc nhiều nồi 42 5.1.1 Khối lượng nước bốc trình đặc 42 5.1.2 Nồng độ chất khô hiệu 43 5.1.3 Xác định áp suất nhiệt độ hiệu 43 5.1.4 Xác định tổn thất nhiệt độ trình bốc 44 5.1.5 Nhiệt độ sôi dung dịch hiệu bốc 45 5.1.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích hiệu (ti) 45 5.2 Cân nhiệt cho hệ đun nóng 46 5.3 Cân nhiệt cho hệ nấu đường 47 5.3.1 Nấu non A 48 5.3.2 Nấu non B 50 5.3.3 Nấu non C 52 5.3.4 Nấu giống B, C 54 5.4 Cân nhiệt cho hệ cô đặc 55 5.4.1 Tính lượng nước bốc 55 5.4.2 Lượng dùng cho hệ cô đặc 56 5.5 Nhiệt dùng cho yêu cầu khác 58 5.5.1 Nhiệt dùng cho hồi dung, đường hồ 58 5.5.2 Nhiệt dùng cho gia nhiệt loại mật, giống 59 5.5.3 Nhiệt dùng cho li tâm 59 5.5.4 Nhiệt dùng cho đun nóng nước thẩm thấu 60 5.5.5 Nhiệt đun nóng nước rửa máy lọc chân không 60 5.5.6 Nhiệt dùng cho sấy đường thành phẩm 60 Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ 63 6.1 Chọn máy ép 63 6.2 Băng tải mía 64 6.3 Máy băm 64 6.3.1 Máy băm 64 6.3.2 Máy băm 65 6.4 Máy đánh tơi 65 ix 6.5 Cân định lượng 66 6.6 Thiết bị gia vôi sơ 67 6.7 Thiết bị gia nhiệt 67 6.8 Thiết bị thông SO2 lần gia vơi trung hồ 68 6.8.1 Bộ phận sunfit hoá 69 6.8.2 Đoạn thiết bị 70 6.8.3 Thùng trung hòa 70 6.9 Thiết bị lắng 71 6.10 Thiết bị lọc chân không 72 6.11 Thiết bị cô đặc (bốc hơi) 73 6.11.1 Nhiệt lượng cung cấp cho buồng đốt hiệu 73 6.11.2 Bề mặt truyền nhiệt hiệu 73 6.11.3 Các thông số kĩ thuật 74 6.12 Thiết bị thông SO2 lần 75 6.13 Thiết bị lọc kiểm tra 75 6.14 Thiết bị nấu đường 76 6.14.1 Hệ số truyền nhiệt 76 6.14.2 Nhiệt lượng cung cấp cho nồi nấu đường 76 6.14.3 Bề mặt truyền nhiệt 77 6.14.4 Tính số nồi nấu đường 79 6.15 Trợ tinh 80 6.15.1 Tính số lượng thiết bị trợ tinh 80 6.15.2 Kích thước thiết bị 80 6.16 Máy li tâm đường 81 6.16.1 Máy li tâm đường A, B 81 6.16.2 Máy li tâm đường C 82 6.17 Máy sấy đường 82 Chương 7: TÍNH XÂY DỰNG 85 7.1 Tính nhân lực lao động 85 7.1.1 Chế độ làm việc nhà máy 85 7.1.2 Thời gian làm việc nhà máy 85 7.1.3 Số công nhân phân bố cho khu vực sản xuất phân xưởng 85 7.2 Các công trình xây dựng nhà máy 88 7.2.1 Phân xưởng 88 7.2.2 Các phân xưởng sản xuất phụ 88 7.2.3 Các cơng trình hành chính, văn hóa, phục vụ công nhân 89 x Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày Chương 8: TÍNH HƠI – NƯỚC 8.1 Tính Lượng đốt dùng là: D = 131751,52 (kg/h) = 131,75 (tấn/h) [CBN, tr 62] Mía sau ép tiến hành thu nhận nước, cịn bã mía dùng để đốt lị làm chạy tuabin, tuabin sử dụng cao áp thải có áp lực nhiệt độ thấp, phối hợp với (đã giảm ơn, giảm áp) lị để cung cấp cho phận sử dụng nhiệt nhà máy Sản lượng hữu ích bằng: Dhi = (0,8 - 0,9) x Dđm Trong đó: 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 x D = 1,2 x 131,75 = 158,10 (tấn/h) Ta chọn lò với công suất 50t/h, P = 24,5at, t = 400oC [34], lị đốt ngun liệu phụ trợ dầu FO thiếu bã lúc khởi động lị Thơng số kỹ thuật lị sau: + Sản lượng định mức : Dđm = 50 tấn/h + Áp suất khỏi lò : P = 24,5 at + Nhiệt độ nhiệt : 400oC + Diện tích tiếp xúc : 2,8956 m2 + Nhiệt độ nước cấp : 105oC + Số lượng :4 8.1.1 Cân chất đốt cho lò - Hiệu suất dự kiến lò điều kiện bình thường, nhiệt hàm bã 2340 (Kcal/kg) 90 % - Lượng bã ngày: mb = 1486,19 (tấn/ngày) = 61,92 (tấn/h) [CBVC, tr 25] - Độ ẩm bã: 49,74% - Nhiệt lượng riêng P = 24,5 at là: 668,97 (kcal/kg) [17, tr 314] - Nhiệt lượng riêng nước cấp vào lò là: 105,1 (kcal/kg) to = 105oC [17, tr 312] Vậy lượng nhiệt bã cần cung cấp cho lò là: 668,9 – 105,1 = 563,87 (kcal/kg) - Tỷ lệ bã:  = 2340 x 90% = 3,73 (kg hơi/kg bã) 563,87 - Lượng sản xuất giờ: - D' = 1,1 x Dcc = 1,1 x 158,10 = 173,91 (tấn/h) - Lượng bã tiêu thụ: SVTH: Lê Thị Thu Hằng 173,91 = 46,62 (tấn/h) 3,73 GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 94 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày - Lượng bã thừa: 61,92 – 46,62 = 15,30 (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 641,30 (tấn /ngày) [CBVC, tr 41] Lượng dầu dùng là: GD = 1,5  641,30= 961,95 (kg /ngày) = 40,08 (kg/h) 8.2 Nhu cầu nước Ở công đoạn phận theo tính chất cơng nghệ, thiết bị khác khối lượng nước sử dụng chất lượng khác Nhà máy đường sử dụng lượng nước lớn 8.2.1 Nước lắng Sự phân bố nước lắng nhà máy đường mía cụ thể sau: Bảng Sự phân bố nước lắng [15, tr 294] % so với Khối lượng mía (tấn /ngày) 1000 61600 Tháp ngưng tụ lọc chân không 50 3080 Dập xỉ khử bụi lị 246,4 Nước cho vệ sinh cơng nghiệp 50 3080 Nước cứu hỏa 308 Nước vệ sinh cá nhân 25 1540 Nước lọc 177 10903,2 Nước cho nhu cầu khác 10 616 1321 81373,6 STT Bộ phận Tháp ngưng tụ cô đặc nấu đường Tổng 8.2.2 Nước lọc SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 95 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày Bảng Sự phân bố nước lọc [15, tr 295] STT HẠNG MỤC % so với mía Khối lượng (Tấn/ ngày) Nước làm nguội trục ép 22 1355,2 Nước làm nguội tuabin 17 1047,2 Nước làm nguội bơm 48 2956,8 Nước làm nguội trợ tinh 492,8 Nước cho phịng thí nghiệm 123,2 Nước khử độ cứng để cấp cho lò 45 2772 Nước pha vào nước ngưng để có nước nóng 20 1232 Những nhu cầu khác 15 924 177 10903,2 Tổng 8.2.3 Nước ngưng tụ Nước ngưng tụ nhà máy đường mía bao gồm tất nước ngưng tất thiết bị trao đổi nhiệt: đun nóng, đặc, nấu đường, sấy… 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 hiệu cô đặc nấu đường [15, tr 295] Theo suất nhà máy, lượng nước ngưng tụ tổng cộng là: G = (6160 × 145)/100 = 8932 (tấn/ngày) Lượng nước lọc để pha thêm vào nước ngưng tụ, 20% so với mía [15, tr 295] G1 = 20% × 6160 = 1232 (tấn/ngày) Lượng nước nóng tổng cộng: GT = G + G1 = 8932 +1232 = 10164 (tấn/ngày) SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 96 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày Bảng Sự phân bố nước ngưng [15, tr 295] STT Sử dụng % so với mía Khối lượng ( tấn/ngày) Cung cấp cho lò 30 1848 Nước thẩm thấu 28 1724,8 Nước rửa cặn lọc 20 1232 Nước hịa vơi 246,4 Nước hịa mật lỗng 4,5 277,2 Nước rửa nồi nấu đường 10 616 Nước hòa tan đường cát B,C 246,4 Nước chỉnh lí nấu đường 308 10 Nước vệ sinh cá nhân 20 1232 11 Nước cho nhu cầu khác 38,5 2371,6 12 Nước rửa đường ly tâm 61,6 165 10164 Tổng 8.2.4 Nước tháp ngưng tụ Ðây hỗn hợp nước làm lạnh nước ngưng tụ thứ cơng đoạn nấu đường đặc Nước có thành phần nước lắng (nước làm nguội) nước thứ mang ra, có lượng nhỏ đường, NH3, Nước có nhiệt độ 40  450C, đưa vào bể làm nguội tự nhiên, trung hòa độ axit (nếu cần) sử dụng lại Theo tính tốn nước lắng dùng làm lạnh tháp ngưng hệ cô đặc, nấu đường lọc chân không [mục 8.2.1, tr 92]: 61600 + 3080 = 64680 (tấn/ngày) Ở tháp ngưng tụ, lượng thứ ngưng tụ thành nước chiếm 28% so mía [15, Tr296] Vậy nước ngưng tụ thứ là: 28% x 6160 = 1724,8 (tấn/ngày)  Lượng nước khỏi thiết bị ngưng tụ là: 64680 + 1724,8 = 66404,8 (tấn/ngày) Lượng nước sử dụng lại, khoảng 600% so với mía [15, Tr296] GL = 600% x 6160 = 36960 (tấn/ngày)  Lượng nước nguồn nhà máy cần cung cấp là: GLtrong - GL = 66404,8 – 36960 = 29444,8 (tấn/ngày) 8.2.5 Nước thải nhà máy Nước thải nhà máy đường bao gồm dạng phân bố theo bảng sau: SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 97 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày Bảng Nước thải nhà máy đường [15, tr 296] Khối lượng STT Nguồn thải % so với mía Nước làm nguội máy ép, bơm, tuabin 87 5359,2 Nước vệ sinh công nghiệp 50 3080 Nước vệ sinh cá nhân 45 2772 Nước phịng hóa nghiệm 123,2 Nước tháp ngưng tụ ( phần ) 478 29444,8 Nước dập xỉ 246,4 Nước làm nguội lò đốt lưu huỳnh 15 924 Nước làm nguội trợ tinh 492,8 Nước cứu hỏa 308 10 Nước cho nhu cầu khác 63,5 3911,6 757,5 46662 Tổng SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh (tấn/ngày) 98 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 suất 6160 mía/ngày Chương 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT 9.1 Kiểm tra sản xuất Trong trình sản xuất, kiểm tra sản xuất công đoạn quan trọng thiếu, nhằm đảm bảo cho trình sản xuất hoạt động bình thường đảm bảo tiêu chuẩn chất lượng quy định Quy trình kiểm tra thực tất cơng đoạn quy trình sản xuất, ngồi cịn kiểm tra thống kê tất cơng đoạn phụ trợ khác Q trình kiểm tra thực nhân viên phịng hố nghiệm Bảng Trình tự kiểm tra sản xuất Hạng mục phân tích STT Lượng mía ép thực tế 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Nước thẩm thấu Kiểm tra % cát bùn mía Kiểm tra % tạp chất mía Kiểm tra phần trăm xơ mía Ðộ ẩm bã Pol bã Ðo Bx, Pol nước mía nguyên Ðo RS nước mía nguyên Ðo Bx, Pol nước mía cuối Ðo Bx, Pol, pH nước mía hỗn hợp Ðo P2O5 nước mía hỗn hợp Ðo RS nước mía hỗn hợp Ðo pH nước mía Sunfit hố Ðo hàm lượng SO2 nước mía sunfit hố Ðo pH nước mía trung hồ Ðo Bx, pH nước mía lọc % Sachacarose chè Ðo Bx, Pol chè Ðo Pol bã bùn Ðo độ ẩm bã bùn Ðo Be sữa vôi Ðo Bx, Pol mật chè Ðo Bx, Pol hồi dung Ðo Bx, Pol mật chè Sunfit hoá SVTH: Lê Thị Thu Hằng Chỉ tiêu qui định Số lần phân tích 6160 (tấn/ngày) lần/ca 25%