Hiện nay trên thị trường Việt Nam có rất nhiều loại đường tiêu thụ cùng lúc, bao gồm đường nhập từ nước ngoài và đường sản xuất trong nước. Đường sản xuất trong nước hiện nay cũng có nhiều loại: đường sản xuất thủ công và sản xuất công nghiệp. Sản xuất công nghiệp gồm 2 loại đường chính là đường RE và RS, nhưng đường RS là sản phẩm ưa chuộng và sử dụng rộng rãi. Trong quá trình sản xuất đường RS, do sử dụng các công nghệ khác nhau nên từ đó có các dây chuyền công nghệ khác nhau. Thực chất sự khác nhau đó nằm ở các phương pháp lấy nước mía, các phương pháp làm sạch và phương pháp - chế độ nấu.
1. Chọn phương pháp lấy nước mía
Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp người ta sử dụng hai phương pháp chủ yếu:
Phương pháp ép kết hợp thẩm thấu .
Phương pháp khuếch tán.
1.1. Phương pháp ép kết hợp thẩm thấu
Ép mía là phương pháp truyền thống và được áp dụng khá phổ biến hiện nay. Nguyên lí chung là dùng lực cơ học làm biến đổi thể tích cây mía, từ đó phá vỡ tổ chức tế bào để lấy nước mía. Trong quá trình ép, nhà máy dùng nước nóng và các loại nước mía loãng để làm nước thẩm thấu phun vào bã mía khi ra khỏi máy ép trước dựa theo nguyên tắc: nước nhiều đường phun vào bã chứa nhiều đường, nước ít đường phun vào bã còn chứa ít đường.
15
- Ưu điểm:
Là phương pháp đơn giản, dễ thao tác.
Nước mía thu được của quá trình ép không loãng nên tiết kiệm hơi cho quá trình cô đặc, giảm thời gian bốc hơi, nâng cao hiệu quả sản xuất.
- Nhược điểm:
Hệ máy ép cồng kềnh, nặng nề, chi phí bảo dưỡng cao, vốn đầu tư cao.
Hiệu suất máy ép chỉ đạt 97%, tổng hiệu suất thu hồi đường thấp.
Tiêu hao nhiều năng lượng.
1.2.Phương pháp khuếch tán
Khuếch tán là phương pháp trong đó mía đã được xử lí sơ bộ (băm, ép, dập, đánh tơi) được ngâm vào nước hoặc dung dịch có độ đường thấp nhằm mục đích khuếch tán toàn bộ lượng đường trong mía vào trong dung dịch.
Có hai hệ khuếch tán chủ yếu:
- Khuếch tán mía: cây mía được xử lí sơ bộ nhưng vẫn giữ nguyên trọng lượng và toàn bộ đường trong đó đi vào thiết bị khuếch tán.
- Khuếch tán bã: Sau khi xử lí, mía được đưa qua máy ép để ép 65 – 70% đường trong mía, còn lại 30 – 35% đường trong mía đi vào thiết bi khuếch tán.
Phương pháp khuếch tán có ưu – nhược điểm sau:
- Ưu điểm:
Hiệu suất lấy nước mía cao 98 – 99%.
Hiệu suất thu hồi đường tốt hơn phương pháp ép.
Vốn đầu tư thấp.
- Nhược điểm:
Đòi hỏi nhân công có trình độ kỹ thuật cao.
Nước mía loãng nên tiêu tốn năng lượng cho quá trình cô đặc.
Tăng chất không đường trong nước mía hỗn hợp, tổn thất đường trong mật cuối. So sánh 2 phương pháp trên, ta thấy phương pháp khuếch tán có nhiều ưu điểm hơn. Tuy nhiên, trong điều kiện nền kinh tế nước ta hiện nay với trình độ sản xuất của công nhân còn thấp, trong quá trình vận hành sẽ gặp khó khăn trong việc điều
16
chỉnh và sửa chữa. Với phương pháp ép tuy hiệu quả thấp hơn nhưng lại rất dễ vận hành, phù hợp với trình độ thao tác của công nhân, khi gặp sự cố có thể tự điều chỉnh. Tuy có những hạn chế nhưng phương pháp ép vẫn là thích hợp hơn. Với nhiệm vụ thiết kế nhà máy đường trong điều kiện nền kinh tế và điều kiện sản xuất tại địa phương hiện nay, phương pháp ép kết hợp thẩm thấu để lấy nước mía là lựa chọn phù hợp.
2. Chọn phương pháp làm sạch
Làm sạch là một công đoạn rất quan trọng, nhằm trung hòa nước mía hỗn hợp, 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 hóa, phương pháp vôi, phương pháp sunfit hóa. Nhưng phương pháp vôi chỉ sản xuất đường thô, sản xuất đường trắng là phương pháp cacbonat hóa và sunfit hóa. Phương pháp cacbonat cho hiệu quả thu hồi đường cao, sản phẩm đường tốt nhưng phương pháp này có lưu trình công nghệ tương đối dài, nhiều thiết bị, đòi hỏi trình độ thao tác cao, tiêu hao hóa chất nhiều, vốn đầu tư cao… Do đó, để sản xuất đường trắng thì chọn phương pháp sunfit hóa: lưu trình công nghệ tương đối ngắn, thiết bị tương đối ít, hóa chất dùng ít, quản lí và thao tác thuận lợi.
Phương pháp sunfit hóa có thể chia làm 3 loại:
2.1. Phương pháp sunfit hóa axit
Đặc điểm của phương pháp này là thông SO2 vào nước mía đến pH axit và thu được sản phẩm đường trắng.
- Ưu điểm:
Lượng tiêu hao hóa chất tương đối ít.
Sơ đồ công nghệ, thiết bị tương đối đơn giản, thao tác dễ dàng, vốn đầu tư ít.
- 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.
17
+ 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 hóa tương đối nhiều, đường khử bị phân hủy, tổn thất đường trong bùn lọc cao.
2.2. Phương pháp hóa kiềm nhẹ
Đặc điểm của phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ là chỉ tiến hành thông SO2 vào nước mía, không thông SO2 vào mật chè và sản phẩm đường thô.
- Ưu điểm:
Sự kết tủa chất không đường tương đối hoàn toàn.
Hiệu quả làm sạch tương đối cao.
Đóng cặn trong nồi bốc hơi tương đối ít.
- Nhược điểm:
+ Chất kết tủa không rắn chắc, thể tích nước bùn lớn nên lắng lọc tương đối chậm. + Dưới tác dụng của kiềm, đường khử dễ dàng bị phân hủy, tăng màu sắc và hàm lượng muối canxi của nước mía. Do đó phương pháp này ít được sử dụng.
2.3. Phương pháp sunfit hóa kiềm mạnh
Trong quá trình làm sạch nước mía có một giai đoạn tiến hành ở pH cao.
- Ưu điểm: Hiệu quả làm sạch tương đối tốt, đặc biệt đối với các loại mía xấu và bị sâu bệnh.
- Nhược điểm: Sự phân hủy đường tương đối lớn, màu nước mía đậm, tổn thất đường nhiều.
Qua các phân tích trên thì chọn phương pháp sunfit hóa axit để sản xuất vì phương pháp này cho sản phẩm đạt yêu cầu và có nhiều ưu điểm phù hợp với nền kinh tế Việt Nam.
3. Chọn phương pháp nấu và chế độ nấu
3.1. Chọn phương pháp nấu
Hiện nay thì có 2 phương pháp nấu đường: nấu đường liên tục và nấu đường gián đoạn.
18
Nấu đường liên tục có nhiều ưu điểm:
- Thời gian nấu nhanh do đó nâng cao năng suất, năng suất tăng lên ít nhất 25%.
- An toàn về hơi, tổn thất đường thấp.
- Dễ tự động hóa quá trình nấu.
Tuy nhiên, hiện nay nấu đường liên tục vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do những khó khăn sau:
- Thao tác khó khăn đòi hỏi người vận hành phải có kinh nghiệm và trình độ cao.
- Vốn đầu tư cao.
- Thiết bị phức tạp, đồng thời do sự tự động hóa hoàn toàn khâu điều chỉnh nên yêu cầu về các thiết bị, dụng cụ kiểm tra có liên quan phải chính xác hoàn toàn, thực hiện đồng bộ.
- Chất lượng đường chưa tốt.
Vì vậy, trong đồ án này, phương pháp gián đoạn được lựa chọn, tuy còn hạn chế nhưng nó phù hợp với điều kiện của nước ta: thiết bị đơn giản, thao tác tương đối dễ dàng.
3.2.Chọn chế độ nấu
Trong ngành sản xuất đường hiện nay, người ta thường sử dụng các chế độ nấu đường: 2 hệ, 3 hệ, 4 hệ.
Đối với chế độ nấu 2 hệ: có nhiều ưu điểm: thể tích đường non nhỏ, chất lượng đường thương phẩm đồng nhất, giảm hệ số nấu lại, năng suất nấu tăng lên đáng kể…Tuy nhiên, chế độ nấu này có nhược điểm: mật chè có độ tinh khiết thấp, lượng đường sót trong mật cuối lớn gây tổn thất đường, giảm hiệu quả kinh tế….
Đối với chế độ nấu 4 hệ thì giảm được tổn thất đường trong mật cuối nhưng sơ đồ dây chuyền công nghệ tương đối phức tạp, tốn nhiều thiết bị.
Vì vậy, 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, nhận được đường với độ tinh khiết cao, hiệu suất lấy đường trong mật cuối triệt để.
19
II. SƠ ĐỒ QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ.
Đường A Mật A, B Đường B, C
Mía nguyên liệu
Bàn cân Bãi tồn trữ Hệ thống ép Lọc sàng cong Nước mía hỗn hợp Gia nhiệt lần 1 (t0 = 620 – 650C) Xông SO2 lần 1 (pH = 3,4 – 3,8) Trung hòa (pH = 7,1 – 7,3) Gia nhiệt lần 2 (t0 = 1020 – 1050C) Lắng nhanh Lưới lọc Nước bùn Nước mía trong (pH = 6,9 – 7,0)
Bùn thải
Lọc chân không
Nước mía trong Bã mía Đốt lò hơi Turbin máy phát Gia nhiệt lần 3 (t0 = 1100 – 1150C) Lắng nổi (t0 = 800 – 850C) Xông SO2 lần 2 (pH = 6,0 – 6,2) Chè tinh Ly tâm Trợ tinh Nấu đường A, B, C Sàng, sấy Đóng gói
Bốc hơi nhiều hiệu
Mật rỉ Bồn chứa mật rỉ
Gia vôi sơ bộ (pH = 6,2 – 6,4)
20
III. THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CỦA PHÂN XƯỞNG NẤU
- KẾT TINH ĐƯỜNG
1. Công đoạn nấu đường
Nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến nồng độ quá bão hòa tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện các tinh thể đường và nuôi cho những tinh thể đường lớn lên đến kích thước theo yêu cầu đảm bảo chất lượng đường thành phẩm. Sản phẩm của quá trình nấu đường gọi là đường non, nó gồm tinh thể đường và mật cái.
Ta chọn chế độ nấu đường 3 hệ. Đây là chế độ nấu phổ biến nhất để nhận được đường cát với độ tinh khiết cao.
Hình 3.2. Sơ đồ nấu đường 3 hệ
Nấu non A: nguyên liệu chủ yếu nấu non A là mật chè, bổ sung thêm mật A2, đường hồ B và đường hồi dung C . Nguyên liệu được cấp vào nồi từng mẻ, thường nấu ở áp suất chân không p = 650 - 680 mmHg, nhiệt độ nấu khoảng 60 - 650C, thời gian nấu khoảng 2 – 4h/mẻ. Để ổn định trong quá trình nấu đường yêu cầu nhiệt độ của nguyên liệu đưa vào phối liệu phải cao hơn nhiệt độ trong nồi 3 – 50C.
Nấu non B: nguyên liệu nấu non B là mật A2, giống B và mật A1. Nấu ở điều kiện áp suất chân không, nhiệt độ nấu khoảng 65 - 700C. Lượng giống cho vào
Mật chè Non A Đường A Nhập kho Non B Giống B Giống C Mật A1 Mật A2 Đường B Mật B Non C Đường C Mật C
21
khoảng 30% so với khối lượng đường non B. Nhiệt độ phối liệu trước khi đưa vào phải lớn hơn nhiệt độ trong nồi 3 – 50C. Qúa trình nấu phải luôn theo dõi để kiểm tra xử lí, chỉnh lý nếu có sự cố. Nấu đến Bx = 96% thì xả đường đem li tâm.
Nấu non C: chế độ nấu tương tự nấu non B. Nguyên liệu nấu non C : giống C, mật B, mật A1. Nấu đến nồng độ đường Bx = 98%.
2. Công đoạn trợ tinh
Ở giai đoạn cuối của quá trình nấu đường, tinh thể tuy lớn lên nhất định và phần đường trong dịch càng nhiều nhưng do điều kiện chân không, thiết bị, độ nhớt đường non lớn. Nếu tiếp tục kết tinh trong nồi nấu thì tốc độ kết tinh chậm, thời gian nấu sẽ kéo dài làm ảnh hưởng đến màu sắc, chất lượng sản phẩm, không hiệu quả kinh tế. Vì vậy đến nồng độ chất khô nhất định của mỗi loại đường non thì cho đường non vào thiết bị trợ tinh để kết tinh thêm, đồng thời làm cho đường non thích ứng với điều kiện ly tâm.
Trong thiết bị trợ tinh, khống chế nhiệt độ và nồng độ thích hợp làm cho tinh thể tiếp tục hấp thụ thành phần đường dư của mẫu dịch, giảm bớt thành phần đường trong mẫu dịch, làm tăng hiệu suất thu hồi. Đối với mỗi loại đường non thì có thời gian trợ tinh khác nhau. Đường non A thời gian khoảng 0,5– 2h, đường non B : 2 – 4h, đường non C: 32 – 40h.
3. Công đoạn ly tâm
Trên bề mặt tinh thể sau khi kết tinh vẫn còn một lượng mật chưa kết tinh hết nên ta cần tách ra khỏi tinh thể bằng lực li tâm trong các thùng quay với tốc độ cao. Sau khi ly tâm ta thu được đường cát và mật.
Ly tâm được thực hiện trong các thiết bị thùng quay với tốc độ cao, với non A do có độ nhớt thấp nên ta chọn thiết bị ly tâm gián đoạn, với non B, C có độ nhớt cao hơn do đó cần thời gian ly tâm dài hơn và tốc độ ly tâm cao hơn, đều đặn nên chọn thiết bị ly tâm liên tục mục đích là để phân mật triệt để, để thu được đường B, C và mật cuối. Sản phẩm của ly tâm là đường thành phẩm, trong đó đường B, C được đường hồ và hồi dung trở lại nấu non A; mật nguyên A, mật B nấu non C; mật rỉ đưa ra ngoài.
22
PHẦN IV. CÂN BẰNG VẬT CHẤT
I. CÔNG ĐOẠN ÉP MÍA
-TL mía ép: 1200 tấn mía/ ngày.
-TP đường trong mía: 11,5%
-TP chất không đường trong mía: 3%
-TP xơ có trong mía: 14%
-Hiệu suất ép: 95%
-Độ tinh khiết nước mía cuối: 64%
-Thành phần nước trong bã: 48%
-Nước thẩm thấu so với mía: 28%
1. Mía
- TL đường mía = TLmía ép x TP đường trong mía
100 = 1200 x
11,5
100 = 138 (tấn/ngày)
- TP xơ mía = TL mía ép x TP xơ trong mía
100 = 1200 x
14
100 = 168 (tấn/ngày)
- TLCK của mía = TLmía ép x TP đường + CKĐ của mía
100
= 1200 x 11,5 + 3
100 = 174 (tấn/ngày)
2. Bã mía
- TL đường của bã = TLđường mía x (100 - HSE
100 ) = 138 x (100 - 95 100) = 6,9 (tấn/ngày)
- TLCK của bã = TL đường của bã
ĐTK của nước mía cuối x 100 = 6,9 64 x 100 = 10,78 (tấn/ngày) - TLbã = TL xơ + TLCK của bã 100 - TP nước trong bã x 100 = 168 + 10,78 100 - 48 x 100 = 343,81 ( tấn/ngày) - % bã so với mía = TL bã TL mía ép/ngày x 100 = 343,81 1200 x 100 = 28,65 (% so với mía)
- TPđường của bã = TL đường của bã
TL bã x 100 =
6,9
343,81 x 100 = 2,00%
3. Nước thẩm thấu
- TL = TLmía ép x % nước thẩm thấu so với mía = 1200 x 28
23
4. Nước mía hỗn hợp
- TL = TLmía ép + TL nước thẩm thấu – TLbã = 1200 + 336 – 343,81 = 1192,19 (tấn/ngày)
- TLđường = TLđường trong mía – TLđường trong bã = 138 – 6,9 = 131,1 (tấn/ngày)
- TLCK = TLCK của mía - TLCK của bã = 174 – 10,78 = 163,22 (tấn/ngày)
- ĐTK = TL đường của NMHH TLCK của NMHH x 100 = 131,1 163,22 x 100 = 80,32% - Nồng độ CK = TLCK của NMHH TL của NMHH x 100 = 163,22 1192,19 x 100 = 13,69 ( 0 Bx) Với Bx = 13,69% , tra bảng I.87 [T64–4], ta có = 1055,68 kg/m3.
- Thể tích NMHH = TL của NMHH Tỷ trọng = 1192,19 1055,68 x 10-3 = 1129,31 (m 3 /ngày)
- % NMHH so với mía = TL của NMHH
TL mía ép/ngày x 100 =
1192,19
1200 x 100 = 99,35 (%)
II. CÔNG ĐOẠN LÀM SẠCH