Đang tải... (xem toàn văn)
Việt Nam là một nước có truyền thống sản xuất đường mía lâu đời. Cùng với sự phát triển của ngành đường mía thế giới, ngành đường mía nước ta cũng đang trên đà phát triển mạnh mẽ về cả số lượng, chất lượng sản phẩm cũng như kĩ thuật canh tác, chế biến cây mía.Đường đóng vai trò quan trọng về mặt dinh dưỡng, luôn có mặt trong khẩu phần ăn hằng ngày của con người. Đường là nguyên liệu không thể thiếu của nhiều ngành công nghiệp khác như: bánh kẹo, sữa, đồ hộp, nước giải khát… Đồng thời, phế phụ phẩm của nhà máy sản xuất đường mía còn là nguyên liệu cho các nhà máy sản xuất cồn, phân vi sinh, thức ăn gia súc…Cây mía là loài lau sậy hoang dại được thuần hóa và dần trở thành một cây công nghiện quan trọng trên thế giới. Nước ta, với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, rất thích hợp cho sự phát triển của cây mía. Nó được trồng khắp cả nước từ Bắc vào Nam cung cấp nguyên liệu dồi dào cho các nhà máy sản xuất đường mía. Tuy nhiên nguồn cung nguyên liệu thì lớn nhưng các nhà máy ở nước ta chưa tận dụng được hết tài nguyên dồi dào này. Làm tổn tất lượng đường khá lớn, phải nhập khẩu đường để đảm bảo cho sản xuất của các ngành công nghiệp liên quan. Vì vậy, tôi được giao nhiệm vụ “ Thiết kế phân xưởng sản xuất chính khu lắng lọc gia nhiệt cô đặc nhà máy sản xuất đường năng xuất 17000 tấn míangày” với ý nghĩa thực tiễn cao.
ĐẶT VẤN ĐỀ Việt Nam nước có truyền thống sản xuất đường mía lâu đời Cùng với phát triển ngành đường mía giới, ngành đường mía nước ta đà phát triển mạnh mẽ số lượng, chất lượng sản phẩm kĩ thuật canh tác, chế biến mía Đường đóng vai trò quan trọng mặt dinh dưỡng, có mặt phần ăn ngày người Đường nguyên liệu thiếu nhiều ngành công nghiệp khác như: bánh kẹo, sữa, đồ hộp, nước giải khát… Đồng thời, phế phụ phẩm nhà máy sản xuất đường mía nguyên liệu cho nhà máy sản xuất cồn, phân vi sinh, thức ăn gia súc… Cây mía loài lau sậy hoang dại hóa dần trở thành công nghiện quan trọng giới Nước ta, với điều kiện khí hậu nhiệt đới gió mùa, thích hợp cho phát triển mía Nó trồng khắp nước từ Bắc vào Nam cung cấp nguyên liệu dồi cho nhà máy sản xuất đường mía Tuy nhiên nguồn cung nguyên liệu lớn nhà máy nước ta chưa tận dụng hết tài nguyên dồi Làm tổn tất lượng đường lớn, phải nhập đường để đảm bảo cho sản xuất ngành công nghiệp liên quan Vì vậy, giao nhiệm vụ “ Thiết kế phân xưởng sản xuất khu lắng lọc gia nhiệt cô đặc nhà máy sản xuất đường xuất 17000 mía/ngày” với ý nghĩa thực tiễn cao Chương TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU MÍA 1.1 Biện luận chọn nguyên liệu Cây mía có nguồn gốc từ Ấn Độ, loài lau sậy hoang dại hóa trở thành công nghiệp quan trọng giới Cây mía trồng nhiều châu Mỹ, châu Á, trồng châu Âu Ở nước ta, ngành đường mía ngành có truyền thống từ lâu đời Được trồng khắp nước, từ Bắc đến Nam nguồn cung cấp nguyên liệu dồi cho nhà máy sản xuất đường mía Các vùng cung cấp trọng điểm như: Hòa Bình, Thái Bình, Thanh Hóa, Quảng Ngãi, Bình Định, Phú Yên , Kon Tum, Gia Lai, Bình Dương, Đồng Nai 1.1.1 Giá trị kinh tế mía [10] Mía nguồn nguyên liệu liệu ngành công nghiệp chế biến đường Đường mía chiếm 60% tổng sản lượng đường thô toàn giới Mía loại có nhiều dưỡng chất đạm, canxi, khoáng, sắt, nhiều đường, giúp người nhiệt, giải khát, xóa tan mệt mỏi, trợ giúp tiêu hóa cung cấp lượng cho bắp hoạt động Đường giữ vai trò quan trọng phần ăn hàng ngày người, nhu cầu thiếu đời sống xã hội So sánh với số công nghiệp khác, mía trồng có nhiều ưu điểm: - Xét mặt công nghiệp: Mía đa dụng, sản phẩm đường, mía nguyên liệu trực tiếp gián tiếp nhiều ngành công nghiệp nghiệp rượu, giấy, ván ép, dược phẩm, điện từ bã mía; thức ăn chăn nuôi, phân bón từ lá, mía, bùn lọc tro lò; rỉ đường dùng làm nguyên liệu công nghiệp để sản xuất nhiên liệu sinh học, rượu, dung môi aceton, butanol, nấm men, axit citric, lactic, aconitic glycerin, … Các sản phẩm phụ mía đường khai thác triệt để, giá trị gấp ÷ lần phẩm (đường) Hình Các sản phẩm phụ sản xuất từ mía [10] - Xét mặt sinh học: + Khả sinh khối lớn: Nhờ đặc điểm có số diện tích lớn (gấp ÷ lần so với diện tích đất) khả lợi dụng cao ánh sáng mặt trời (tối đa tới ÷ 7% trồng khác đạt ÷ 2%), vòng 10 ÷ 12 tháng, hecta mía cho suất hàng trăm mía khối lượng lớn xanh, gốc, rễ để lại đất + Khả tái sinh mạnh: Mía có khả để gốc nhiều năm, tức lần trồng thu hoạch nhiều vụ Sau lần thu hoạch, ruộng mía xử lý, chăm sóc, mầm gốc lại tiếp tục tái sinh, phát triển Năng suất mía vụ gốc đầu nhiều cao vụ mía tơ Ruộng mía để nhiều vụ gốc, giá trị kinh tế cao (giảm chi phí sản xuất) + Khả thích ứng rộng: Cây mía trồng nhiều vùng sinh thái khác (khí hậu, đất đai, khô hạn úng ngập, ), chống chịu tốt với điều kiện khắc nghiệt tự nhiên môi trường, dễ thích nghi với trình độ sản xuất từ thô sơ đến đại 1.1.2 Tình hình sản xuất mía đường giới [10] Ngành mía đường giới phát triển mạnh từ kỷ thứ 16 Sản lượng đường toàn cầu phát triển nhanh theo nhu cầu tiêu thụ, đầu năm cách mạng công nghiệp (17501830) khoảng 820 ngàn tấn/năm trước chiến thứ (1914-1918) khoảng 18 triệu tấn/năm, đến đạt 170 triệu tấn/năm (Bảng 1) Bảng 1.1 Sản xuất xuất nhập đường toàn cầu từ 2008/2009 đến 2012/2013 Đơn vị: Triệu Niên vụ Tồn trước niên vụ Sản xuất Nhập Tổng cung Xuất Tiêu dùng Tồn sau niên vụ 2008/09 43650 143888 44859 232397 47881 152955 31561 2009/10 31561 153517 51194 236272 51902 2010/11 29849 161612 51921 243412 56088 156766 30558 2011/12 30558 170967 48870 250395 57819 160965 31611 2012/13 31611 174453 49105 255169 58326 163761 33082 154521 29849 Theo thống kê Tổ chức Nông Lương Liên Hiệp Quốc (FAO, 2012), hàng năm toàn giới sản xuất khoảng 1832541 ngàn mía Sản lượng mía toàn giới năm 2012 gấp 4,09 lần sản lượng năm 1961 Trong tăng nhiều vùng Nam Mỹ, tiếp đến Châu Á, sản lượng mía Châu Âu năm 2012 lại có xu hướng giảm xuống so với năm 1961 1.2 Phân loại giống mía [3] Cây mía thuộc loại hòa thảo (Graminée) giống Saccharum Theo Denhin giống Saccharum chia làm ba nhóm chính: + Nhóm Saccharum officinarum giống thường gặp bao gồm phần lớn chủng trồng phổ biến giới + Nhóm Saccharum violaceum giống mía màu tím, ngắn, cứng, không trổ cờ + Nhóm Saccharum simense giống nhỏ, cứng, than màu vàng pha nâu nhạt, trồng từ lâu Trung Quốc Những giống trồng phổ biến giới: + POJ (Proefstation Oast Java): trạm thí nghiệm mía miền Đông Java + H: Haoai + C: Cuba + E: Ai Cập (Egypt) + F: Đài Loan (Formose) + CO: Ấn Độ (Coimbatore) + CP: trạm Canal Point bang Florida (Mỹ) Các giống mía sử dụng phổ biến nước ta nay: + Việt đường: 54/143, 59/264 + NCO: 310 + CP: 3479 + POJ: 3016, 2878, 2725 + CO: 290, 132, 419 1.3 Hình thái mía [4] 1.3.1 Rễ mía Rễ có tác dụng giữ cho mía đứng hút nước, hút chất dinh dưỡng từ đất để nuôi mía Rễ mía thuộc loại rễ chùm, rễ bao gồm phần: đầu , thân tơ So với loại hòa thảo khác, rễ mía phát triển mạnh, khóm mía có 500 ÷ 2000 rễ Trọng lượng chùm rễ chiếm khoảng 0,5% trọng lượng mía 1.3.2 Thân mía Thân mía có hình trụ đứng cong Thân mía có màu vàng nhạt màu tím đậm chia làm nhiều dóng Mỗi mía có từ 10 ÷ 30 dóng dóng dài 0,05 ÷ 0,304m tùy thuộc vào thời kỳ sinh trưởng Thông thường mía phát triển theo chiều cao 2,43 ÷ 3,65m năm hay ÷ dóng tháng 1.3.3 Lá mía Lá có nhiệm vụ quang hợp nước, CO chất dinh dưỡng để biến thành glucid, chất tổng hợp có chứa N2 phận thở thoát ẩm cho mía Lá chia làm hai phận chính: phiến bẹ Chổ tiếp giáp bẹ phiến thường gọi cổ Ở có đai dày, lưỡi tai Lá có chiều dài từ 0,91 ÷ 1,52m rộng từ 0,0127 ÷ 0,301m tùy thuộc giống mía Mía tơ mía mía gốc số lượng từ 10 ÷ 15 1.4 Tính chất thành phần hóa học nước mía [4] Mía nguyên liệu để chế biến đường, trình gia công điều kiện kỹ thuật vào mía, đặc biệt thành phần tính chất nước mía Thành phần hóa học mía phụ thuộc giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín, sâu bệnh…được thể qua bảng sau đây: Bảng 1.2 Thành phần hóa học mía nước mía [4] Thành phần Thành phần mía Nước Đường Xơ Đường khử Chất không đường khác Thành phần nước mía Chất rắn hòa tan Phần đường Saccharose Glucose Hàm lượng (%) 70 ÷ 75 ÷ 15 10 ÷ 16 0,01 ÷ 1÷3 100 75 ÷ 92 70 ÷ 88 2÷4 Fructose Các loại muối Muối acid vô Muối acid hữu Acid hữu tự Albumine Tinh bột Chất keo Chất béo, sáp mía Chất không đường chưa xác định 2÷4 ÷ 7,5 1,5 ÷ 4,5 1÷3 0,5 ÷2,5 0,5 ÷ 0,6 0,001 ÷ 0,050 0,3 ÷ 0,6 0,05 ÷ 0,15 3÷5 Lúc mía chín phần đường cao, chất không đường thấp, độ tinh khiết tương đối cao, đồng thời phần nước giảm, phần xơ tăng lên Đường saccharose [6] 1.4.1 Saccharose thành phần quan trọng mía, sản phẩm công nghiệp sản xuất đường Saccharose disaccharide có công thức C12H22O11 Saccharose tạo thành từ hai đường đơn α,D - glucose β,D - glucose 1.4.1.1 Tính chất lý học saccharose Tinh thể saccharose thuộc hệ đơn tà, suốt không màu, có tỷ trọng 1,5879 g/cm Nhiệt độ nóng chảy 186 ÷ 188ºC Nếu đun từ từ đến nhiệt độ nóng chảy (186 ÷ 188ºC) đường biến thành dạng sệt suốt Nếu kéo dài thời gian đun đun nhiệt độ cao đường nước biến thành caramen Độ hòa tan Đường dễ hòa tan nước, độ hòa tan tăng nhiệt độ tăng giảm nhiệt độ giảm Độ hòa tan saccharose phụ thuộc vào chất không đường có dung dịch đường Đường saccharose không tan dầu hỏa, benzene, ancol, glycerine khan Trong dung dịch ancol có nước, đường saccharose hòa tan Một gam ancol có nồng độ 95% hòa tan 0,01g đường Đường saccharose hòa tan giới hạn anilin, etylacetate, phenol NH Độ nhớt Độ nhớt dung dịch đường tăng nhiệt độ tăng giảm theo chiều tăng nhiệt độ (bảng 1.3) Bảng 1.3 Ảnh hưởng nồng độ nhiệt độ đến độ nhớt dung dịch đường [6] Nồng độ Độ nhớt, 10⁸ N.s/m2 (%) 20 40 60 70 20ºC 1,96 6,21 58,93 485,00 40ºC 1,96 6,29 21,19 114,80 60ºC 0,81 0,91 9,69 39,80 70ºC 0,59 1,32 5,22 16,90 Độ nhớt dung dịch nước mía cao so với dung dịch đường saccharose có nồng độ, nước mía có chứa chất keo, chất không đường tạo nên dung dịch nước mía có độ nhớt cao Nhiệt dung riêng Nhiệt dung riêng dung dịch đường saccharose tính theo công thức: C = 4,18(0,2387 + 0,00173t) (kJ/kg.độ) Trong đó: t: nhiệt độ tính theo đơn vị ºC Nhiệt dung riêng dung dịch đường saccharose nước phụ thuộc vào nồng độ nhiệt độ, tính theo công thức: C = 4,18(1- (0,6 – 0,0018t)x0,01c) (kJ/kg.độ) Trong đó: t: nhiệt độ tính theo đơn vị ºC c: nồng độ đường, % Độ quay cực Dung dịch đường có tích quay phải, độ quay cực saccharose phụ thuộc vào nồng độ nhiệt độ Do thuận tiện cho việc xác định đường phương pháp phân cực: [α]D20 = 66,469 + 0,00870c – 0,000235c Trong đó: c: nồng độ saccharose 100ml Trị số độ quay cực trung bình saccharose là: [α]D20 = +66,5º 1.4.1.2 Tính chất hóa học saccharose Tác dụng acid Dưới tác dụng acid, đường saccharose chuyển hóa thành glucose fructose theo phản ứng sau: [H +] C12H22O11 + H2O (saccharose) C6H12O6 (glucose) + C6H12O6 (fructose) Hỗn hợp glucose fructose có góc quay trái ngược với góc quay phải saccharose, phản ứng gọi phản ứng nghịch đảo hỗn hợp đường gọi đường nghịch đảo (chuyển hóa) Nếu nồng độ acid cao, nhiệt độ cao trình chuyển hóa saccharose nhanh,do trình sản xuất cần hạn chế xảy trình chuyển hóa Tác dụng kiềm Phân tử đường saccharose nhóm hydroxyl glucozit nên tính khử Saccharose có tính chất acid yếu, kết hợp với kiềm tạo thành sacchrate Trong môi trường kiềm, saccharose bị phân hủy thành lactose, glucose, fructose hợp chất đường khác Ở pH = ÷ đun nóng thời gian dài, đường saccharose bị phân hủy thành hợp chất màu vàng màu nâu Tốc độ phân hủy đường tăng theo độ pH Ở nhiệt độ sôi (trong 1h) pH = ÷ saccharose bị phân hủy 0,05% Nếu nhiệt độ với pH 12 phân hủy tăng 0,5% Tác dụng enzyme Dưới tác dụng enzyme (invertaza), saccharose chuyển hóa thành glucose fructose Sau đó, tác dụng phức hệ enzyme, glucose fructose chuyển hóa thành rượu CO2: men rượu C6H12O6 (glucose fructose) 1.4.2 2C2H5OH + CO2↑ Chất không đường mía [6] Chất không đường mía gồm: + Chất không đường không chứa nitơ + Chất không đường chứa nitơ + Chất màu + Chất không đường vô 1.4.2.1 Chất không đường không chứa nitơ Đường khử glucose fructose Glucose fructose hỗn hợp đường khử Khi mía non, hàm lượng đường khử mía tương đối cao, mía chín, hàm lượng giảm đến mức thấp Một số tính chất gluose fructose: Tính chất lý học Độ hòa tan: độ hòa tan glucose fructose tăng theo nhiệt độ Glucose hòa tan saccharose Fructose tan nhiều nước Độ ngọt: độ glucose thấp saccharose Độ fructose lớn glucose saccharose, mía hàm lượng fructose thấp Độ quay cực: glucose có góc quay phải, fructose có góc quay trái Tính chất hóa học + Tác dụng kiềm Ở nhiệt độ thấp (60ºC) môi trường kiềm loãng xảy đồng phân hóa Ở nhiệt độ cao môi trường kiềm glucose fructose bị phân hủy tạo thành hỗn hợp acid như: acid lactic, acid focmic, lacton Trong môi trường kiềm, glucose bị phân hủy fructose, sản phẩm đường glucose nhiều fructose + Tác dụng với acid Trong môi trường acid, đường khử ổn định pH = pH = Nhưng môi trường acid đun nóng đường khử tạo thành oxymethylfufurol, sau tạo thành acid leluvic acid formic Vì trình sản xuất, người ta khống chế pH = để hạn chế tổn thất đường + Tác dụng nhiệt độ Khi đun nóng nhiệt 160 ÷ 170ºC, glucose fructose bị phần nước tạo thành glucozan fructozan Nếu tiếp tục đun nhiệt độ cao, CO thoát ra, lại than Đối với fructose, nhiệt độ 100ºC bị phân hủy nên độ nước fructose cao glucose Acid hữu Trong nước mía, acid hữu dạng tự do, muối hòa tan không hòa tan, acid chiếm 1/3 lượng acid chung.s Chất béo Chất béo chủ yếu mía sáp Sáp thường tạo thành lớp bao bọc mía Trong sản xuất đường mía gần 60 ÷ 70% sáp theo bã mía, phần lại nằm bùn lọc 1.4.2.2 Chất không đường chứa nitơ Theo Spences Meade, hàm lượng chất không đường chứa nitơ khoảng 0,4% thể qua bảng 1.4 sau: Bảng 1.4 Hàm lượng chất không đường chứa nitơ mía [6] Thành phần Albumine chất tương tự Acid amine Amide NH3 Nitrate Hàm lượng (%) 0,12 0,20 0,07 0,01 Phần chất không đường chứa nitơ từ mía chuyển vào nước mía hỗn hợp Đứng quan điểm kĩ thuật, nitơ chuyển vào ảnh hưởng xấu đến chất lượng sản phẩm giảm hiệu suất thu hồi 1.4.2.3 Chất màu [6] Trong mía chứa chất màu tất loại khác Khi ép mía, chất màu vào nước mía gây khó khan cho sản xuất đường Chất màu chia thành loại: chất màu có thân mía chất màu trình sản xuất tạo Chất màu có thân mía Chất màu có thân mía chủ yếu diệp lục tố Diệp lục tố không tan nước dung dịch đường tan ancol kiềm, dễ tách làm nước mía + Xantophin: tan nước dung dịch đường + Caroten: màu vàng, không tan nước mía dung dịch đường + Antoxian: nhóm có màu xanh tím dễ hòa tan Chất màu trình sản xuất tạo + Chất màu caramen: phân giải đường nhiệt độ cao kết hợp với trình ngưng tụ gọi tượng caramen hóa, chất màu gọi caramen + Chất màu melanoidin: chất màu tạo thành phản ứng nhóm carboxyl với hợp chất chứa nhiều amine, ammoniac Phản ứng gọi phản melanoidin + Chất màu tạo thành phân giải đường môi trường kiềm nhiệt độ cao + Chất màu tạo thành tạo thành phức chất polyphenol với ion kim loại nặng, trước hết Fe Chất màu sinh trình sản xuất ảnh hưởng lớn đến màu sắc, chất lượng đường thành phẩm Vì vậy, trình sản xuất cần có biện pháp hợp lý để hạn chế điều kiện tạo chất màu 4.3.3 Tính sai số Sai số tính theo công thức: η = x100 Trong đó: η: sai số cần tính,% WTT: lượng thực tế tính được, kg/h WLT: lượng giả thiết chọn ban đầu, kg/h Kết sai số thể hiển bảng 4.6 Bảng 4.6 Kết sai số Hiệu W thực tế (kg/h) W giả thiết (kg/h) Sai số (%) Hiệu I 266366,357 209267,076 0,214 Hiệu II 130365,398 132535,815 0,017 Hiệu III 80996,802 104633,538 0,292 Hiệu IV 52629,422 83706,83 0,59 Kết sai số nhỏ nên giả thuyết hợp lý Chương TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ CÔNG ĐOẠN LÀM SẠCH - BỐC HƠI 5.1 Thiết bị gia vôi sơ Năng suất nhà máy thường 600 ÷ 700 tấn/ngày với suất 17000 tấn/ngày cao nên chia làm cụm thiết bị Chọn thiết bị gia vôi sơ loại hình trụ, làm việc liên tục có cánh khuấy Thể tích nước mía hỗn hợp sau gia vôi sơ V = 19287,52 m3/ngày = 803,647m3/h => V’ = = 401,824 m3/h Thể tích thùng là: Vt = = = 20,928 m3 Trong đó: t: thời gian nước mía lưu thùng, chọn t = phút φ: hệ số chứa đầy, chọn φ =0,8 n: số lượng thùng, chọn n = D: đường kính thùng, chọn D = 2,5m Chiều cao thùng là: H = = = 4,266 m Vậy chọn cụm thiết bị, cụm thiết bị gia vôi sơ có kích thước là: D x H = 2500 x 4266 mm Tổng cộng có thiết bị gia vôi sơ H D Hình 5.1 Thiết bị gia vôi sơ 5.2 Thiết bị gia nhiệt Năng suất nhà máy thường 600 ÷ 700 tấn/ngày với suất 17000 tấn/ngày cao nên chia làm cụm thiết bị Chọn thiết bị gia nhiệt kiểu ống chùm thẳng đứng Bề mặt truyền nhiệt tính theo công thức: F = (m2) (CT 8.52,T300,[1]) Trong đó: ΔtTB hiệu số nhiệt độ trung bình, ºC: ΔtTB = Với Δtđ = T- tđ (CT 8.59,T304,[1]) Δtc = T- tc T: nhiệt độ đốt, ºC tđ: nhiệt độ nước mía trước gia nhiệt ºC tc: nhiệt độ nước mía sau gia nhiệt ºC Q: nhiệt lượng dùng để gia nhiệt, kcal/h K: hệ số truyền nhiệt, K = xT x , kcal/h.m2.ºC V: vận tốc nước mía ống, chọn V = 1,5 m/s Dựa vào công thức để tính bề mặt gia nhiệt cần thiết lần gia nhiệt F i Bảng 5.1 Hệ số truyền nhiệt bề mặt truyền nhiệt thiết bị gia nhiệt Hạng mục Nhiệt cần dùng để gia nhiệt Qi (kcal/h) Nhiệt độ gia nhiệt ban đầu tđ (ºC) Nhiệt độ gia nhiệt cuối tc (ºC) Nhiệt độ đốt T (ºC) Hiệu số nhiệt độ trung bình ΔtTB (ºC) Hệ số truyền nhiệt Ki (kcal/h.m2.ºC) Diện tích gia nhiệt cần thiết Fi (m2) Gia nhiệt 34135114,3 25 65 95,6 47,9 682,7 1043,8 Gia nhiệt 34442733,9 60 100 111,7 26,951 797,698 1602,08 Gia nhiệt 16553804,4 95 115 123,26 16,278 880,252 1155,287 Để đảm bảo cho trình gia nhiệt tốt chọn tính cho nồi có diện tích truyền nhiệt lớn F = 1602,08 m2 => F’ = 801,04 m2 Chọn ống xếp bề mặt vĩ theo hình tròn đồng tâm Kích thước ống truyền nhiệt chọn sau: + Chiều cao ống: l = 5m + Đường kính ống: d1 = 0,042m + Đường kính ống: d2 = 0,058m Số ống truyền nhiệt thiết bị là: n = = = 879,684 ống Tra bảng V.11,T48,[8] chọn số ống theo quy chuẩn n = 919 ống Đường kính thiết bị tính theo công thức: Dtr = t x (2n0 + 1) ( CT V.141,T49,[2]) Trong đó: t: bước ống, t = (1,2 ÷ 1,5)d2, chọn d2 = 1,2d2 n0: số lớp ống Tra bảng V.11,T48,[8] n0 = 17 Vậy Dtr = 1,2 x0,058 x (2 x17+1) = 2,45 m Chọn bề dày thiết bị là: a = 15mm Đường kính thiết bị là: Dng = Dtr + a = 2,45+ 0,015 = 2,465 m Khoảng cách từ mặt vĩ ống đến đáy nắp thiết bị: r = 250mm Chiều cao thiết bị: H = l + 2r = 5000 + x 250 = 5500 mm Vậy chọn cụm thiết bị, cụm có thiết bị gia nhiệt có thiết bị dự phòng có kích thước là: D x H = 2465 x 5500 mm Tổng công có 12 thiết bị H D Hình 5.2 Thiết bị gia nhiệt 5.3 Thiết bị thông SO2 Chọn thiết bị dạng tháp có thân hình trụ, bên có lắp tâm ngăn Thể tích nước mía sau thông SO2 là: V0 = 19310,13 m3/ngày = 804,589 m3/h Thể tích thiết bị tính theo công thức: Vt = = = 18,625 m3 Trong đó: T: thời gian nước mía lưu thiết bị 5- phút, chọn T = phút φ: hệ số chứa đầy, chọn φ = 0,9 n: số thiết bị, chọn n = Chọn D = 2,5m; d = 0,35m; H2 = 0,8m Thể tích phần chóp cụt: V1 = (D2 + d2 + D+ d) = (2,52 + 0,352 + 2,5 + 0,35) = 1,931 m3 Chiều cao phần hình trụ: H1 = = = = 3,403 m Chiều cao thiết bị H = H1 + H2 = 3,403 +0,8 = 4,203 m Vậy chọn thiết bị thông SO2 có kích thước thiết bị D x H = 2500 x 4203 mm H D Hình 5.3 Thiết bị thông SO2 5.4 Thiết bị lắng Năng suất nhà máy thường 600 ÷ 700 tấn/ngày với suất 17000 tấn/ngày cao nên chia làm cụm thiết bị Chọn thiết bị lắng làm việc liên tục có cánh khuấy, gồm ngăn ngăn phân phối, bên có cánh khuấy gạt bùn Thể tích nước mía vào lắng: V = 19310,13 m3/ngày = 804,589 m3/h Suy V’ = = 402,295 m3/h Thể tích nước mía lắng trong: Vtr = V’ x 80% = 402,295 x 80% = 321,836 m3/h Tốc độ lắng: W0 = 0,4 ÷ 1m/h Chọn W0 = 0,9 m/h Diện tích lắng: Flắng = = = 357,596 m2 Diện tích lắng ngăn: f = = = 47,679 m2 Đường kính thiết bị lắng: D = + d2 = + 0,52 = 5,761 m Trong : N: số thiết bị lắng, chọn N = n: số ngăn lắng, n = ngăn d: đường kính ống trung tâm chọn d = 0,5m Thể tích thiết bị lắng: Vt = = = 148,998 m3 Trong đó: V’: thể tích dung dịch đưa vào thiết bị lắng, V’ = 402,295 m3/h T: thời gian nước mía lưu thiết bị lắng, T = 1÷2h, chọn T = 1h = 60 phút φ: hệ số chứa đầy, chọn φ = 0,9 + Tính kích thước chủ yếu thùng lắng Chọn: Góc nghiêng cách khuấy α = 15º Đường kính phần chóp cụt d’ = 1m Chiều cao phần chóp cụt (phần đáy chưa bùn): H2 = tgα = tg15º = 0,638 m Thể tích phần chóp cụt: V2 = (D2 +d’2 +D +d’) = (5,7612 +12 +5,761 +1) = 6,836 m3 Thể tích phần hình trụ: V1 = Vt - V2 = 148,998 – 6,836 = 142,162 m3 Chiều cao phần hình trụ: H1 = = = 5,457 m Chiều cao toàn thiết bị: H = H1 + H2 = 5,457 + 0,638 = 6,095 m Chọn vận tốc cánh khuấy: vòng/phút Vậy chọn cụm thiết bị, cụm có thiết bị lắng có kích thước: D x H = 5761 x 6095 mm Tổng cộng có thiết bị lắng H1 H H2 D Hình 5.4 Thiết bị lắng 5.5 Thiết bị lọc chân không thùng quay liên tục Năng suất nhà máy thường 600 ÷ 700 tấn/ngày với suất 17000 tấn/ngày cao nên chia làm cụm thiết bị Thể tích nước bùn đem lọc: V = 3433,66 m3/ngày = 143,096 m3/h Suy V’ = = 71,535 m3/h Diện tích lọc: F = = = 198,708 m2 Trong đó: V: thể tích nước bùn, V= 71,535m3/h C: tốc độ lọc, C = 20 lít/phút.m2 = 0,02 m3/phút.m2 φ: hệ số sử dụng diện tích lọc, chọn φ = 0,3 Chọn đường kính thiết bị: D = 3,5m Số thiết bị là: N = Chiều dài thiết bị L = = = 6027 m Vậy chọn cụm thiết bị, cụm thiết bị có kích thước: D x L = 3500 x 6027 mm Tổng cộng có thiết bị lọc chân không thùng quay liên tục D L Hình 5.5 Thiết bị lọc chân không thùng quay 5.6 Thiết bị bốc Năng suất nhà máy thường 600 ÷ 700 tấn/ngày với suất 17000 tấn/ngày cao nên chia làm cụm thiết bị Chọn thiết bị bốc ống chùm có ống tuần hoàn trung tâm Lượng nhiệt cung cấp cho hiệu: Q = Wi x ri (CT IV.3,T191,[3]) Trong : Wi : lượng thứ bốc hiệu thứ i, kg/h ri: ẩn nhiệt hóa hiệu thứ i, kcal/kg Hiệu I: Q1 = D0 x r1 = 279708,248 x 518,1 = 144916843 kcal/h Hiệu II: Q2 = (W1 – E1 –R’)x r2 = (530143,258– 3154,349 –139854,124) x 525,22 = 71797455,88 kcal/h Hiệu III: Q3 = (W’1 –E21 –E22) x r3 = (266366,357–27441,222– 27586,876 )x532,65 = 112569323,7 kcal/h Hiệu IV: Q4 = (W’2 – E3)x r4 = (130365,398– 31555,833)x 542,65 = 53619010,45 kcal/h Hệ số truyền nhiệt tính theo công thức: K = , (W/m2.ºC) (CT IV.21,T203,[3]) Hay K = , (kcal/h.m2.ºC) Trong đó: ts: nhiệt độ dung dịch hiệu khảo sát, ºC C: nồng độ Bx dung dịch sau khỏi hiệu khảo sát, % Diện tích truyền nhiệt hiệu tính theo công thức: Fi = , (m2) (CT IV.16,T200,[3]) Trong đó: Fi: diện tích truyền nhiệt hiệu thứ i, m2 Qi: nhiệt cung cấp cho buồng đốt, kcal/h Ki: hệ số truyền nhiệt, (kcal/h.m2.ºC) Δti: hiệu số nhiệt độ có ích, ºC Bảng 5.2 Hệ số truyền nhiệt diện tích truyền nhiệt thiết bị bốc Hạng mục Nhiệt lượng cần cung cấp cho hiệu Qi (kcal/h) Hiệu I 144916843 Hiệu II 71797455,88 Hiệu III Hiệu IV 112569323,7 53619010,45 Hiệu số nhiệt độ có ích Δti, (ºC) Nồng độ Bx dung dịch hiệu khảo sát C, % Nhiệt độ sôi dung dịch hiệu khảo sát (ºC) Hệ số truyền nhiệt Ki hiệu (kcal/h.m2.ºC) Diện tích truyền nhiệt F, (m2) 8,649 9,05 12,057 18,56 22,271 32,691 45,436 60,068 124,109 113,048 97,95 75,94 2251,814 1306,001 806,351 437,74 7320,623 5730,809 10949,285 6564,338 Để đảm bảo cho trình truyền nhiệt tốt, chọn tính cho nồi có diện tích truyền nhiệt lớn F = 10949,285 m2 => F’ = = 2737,321 m2 Chọn ống truyền nhiệt có kích thước: dn x dt x L = 30 x20 x5000 mm Trong đó: dn, dt đường kính ống truyền nhiệt L: chiều dài ống truyền nhiệt Số ống truyền nhiệt thiết bị: n = = = 5811,722 ống Chọn số ống theo quy chuẩn n = 5812 ống Ống tuần hoàn trung tâm: Diện tích thiết diện ống tuần hoàn thường lấy 15 ÷ 20% thiết diện tất ống truyền nhiệt, tra (T75,[8]) Chọn 15% Diện tích ống tuần hoàn trung tâm: S = = = 0,616 m2 Đường kính ống tuần hoàn trung tâm: dtt = = = 0,886 m Đường kính ống tuần hoàn trung tâm: dth = dtt + 0,003 = 0,889 m Đường kính buồng đốt: Dt = , m Trong đó: β = , thường lấy β = 1,3 – 1,5, chọn β = 1.3 t: bước ống, t = 1,3 x dn = 1,3 x 0,03 = 0,039 m ψ: hệ số sử dụng lưới đỡ ống, ψ = 0,7 – 0,9, chọn ψ = 0,9 dth: đường kính ống tuần hoàn, dth = 1,006 m sinα = sin60º (do xếp theo hình lục giác đều) F: diện tích bề mặt truyền nhiệt, F = F’ = 2737,321 m2 Suy ra: Dt= = 3,409 m Đường kính buồng đốt: Dn = x0,01 + Dt = x0,01+ 3,409 = 3,429 m Đường kính buồng bốc: Db = 1,1 x Dn = 1,1 x 3,429 = 3,772 m Chiều cao buồng bốc: Hb = (1,5 ÷ 2)L, chọn Hb = 1,5 x = 7,5 m Chiều cao phận thu hồi đường Hc = 0,5 m Chiều cao đáy nồi Hd = 0,5m Chiều cao phần thoát thứ Ht = 0,4m Chiều cao thiết bị H = L + Hb + Hc +Hd + Ht = + 7,5 + 0,5 + 0,5 + 0,4 = 13,9 m Vậy chọn cụm bốc hơi, cụm gồm thiết bị có thiết bị dự phòng, có đặc tính giống nhau, D x H = 3772 x 13900 mm Vậy tổng cộng có 15 thiết bị bốc Ht Hc Hb Db H L Hd Hình 5.6 Thiết bị bốc cô đặc 5.7 Thiết bị lọc kiểm tra Thể tích mật chè vào ống lọc: V = 2787,32 m3/ngày = 116,138 m3/h Tốc độ lọc mật chè: C = 10 lít/m2.phút = 10-2 m3/m2.phút Hệ số sử dụng máy lọc, chọn ψ = 0,3 Diện tích lọc: F = = = 25,401 m2 Độ cao chân máy H1 = 1400mm Độ cao thân thiết bị H2 = 2200mm Độ thiết bị H = 3600mm Đường kính thiết bị lọc D = 1200mm Bề mặt máy lọc f = 15m2 Số lượng máy lọc cần dùng: n = = = 1,693 máy Chọn máy, có máy dự phòng Vậy kích thước máy lọc D x H = 1200 x 3600 mm Bảng 5.3 Tổng kết lựa chọn thiết bị SST Thiết bị Thiết bị gia vôi sơ Kích thước Số lượng D x H = 2500 x 4266 mm 4 Thiết bị gia nhiệt Thiết bị thông SO2 Thiết bị lắng Thiết bị lọc chân không thùng quay Thiết bị bốc cô đặc Thiết bị lọc kiểm tra D x H = 2465 x 5500 mm D x H = 2500 x 4203 mm D x H = 5761 x 6095 mm D x L = 3500 x 6027 mm D x H = 3772 x 13900 mm D x H = 1200 x 3600 mm 12 6 15 Bảng 5.4 Tổng kết lựa chọn thiết bị phụ SS T Thiết bị Kích thước Số lượng Thùng nước mía hỗn hợp Thùng chứa sữa vôi Thùng nước mía sau trung hòa Thùng nước chè Sàn lọc cong Thùng nước ngưng gia nhiệt Thùng nước ngưng bốc Thùng mật chè sau lọc kiểm tra Thùng chứa mật chè thô Thùng nước lạnh Thùng nước nóng Thùng nước mía lọc Thùng nước mía lọc đục Thùng chứa nước bùn Thùng chứa xút Bầu phân phối Bơm Thiết bị trung hòa Thùng phối trộn bã bùn Cyclon bã nhuyễn Thùng chứa chất trợ lắng Thùng tản khí Băng tải bùn Động Thiết bị baromet hệ bốc Thiết bị baromet lọc thùng quay D x H = 4000 x 4000 mm D x H = 1500 x 2000 mm D x H = 4000 x 4000 mm D x H = 4000 x 4000 mm D x L x H = 1500 x 2000 x 2000 mm D x H = 1000 x 2000 mm D x H = 1500 x 2000 mm D x H = 4000 x 4000 mm 2 6 12 15 D x H = 4000 x 4000 mm D x H = 4000 x 4000 mm D x H = 4000 x 4000 mm D x H = 2000 x 2000 mm D x H = 2000 x 2000 mm D x L x H = 2000 x 3000 x 2000 mm D x H = 2000 x 1500 mm D x L x H = 3000 x 4000 x 3000 mm 1 3 1 39 6 6 12 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 D x H = 2500 x 3000 mm D x L x H = 1000 x 2000 x 2000 mm D x H = 600 x 3500 mm D x H = 800 x 1500 mm D x H = 1000 x 2000 mm D x H = 500 x 7897 mm D x H = 800 x 1800 mm D x H = 800 x 1800 mm KẾT LUẬN Qua trình thực đề tài, rút số kết luận sau: Với nhu cầu sử dụng người cung cấp nguyên liệu cho ngành công nghiệp khác ngày tăng cao, việc đầu tư vào ngành công nghiệp mía đường cần thiết Thiết kế nhà máy đường với suất 17000 mía/ngày đáp ứng yêu cầu Bên cạnh đó, trình sản xuất lựa chọn phương pháp làm khác để tạo bán thành phẩm khác nhau, phục vụ nhu cầu khác Phương pháp làm sunfit hóa kiềm nhẹ cho sản phẩm đường thô nguồn nguyên liệu ổn định cho ngành công nghiệp khác Thông qua việc “Thiết kế khu lắng lọc gia nhiệt cô đặc nhà máy đường suất 17000 mía/ngày” giúp cố nâng cao kiến thức, kĩ vấn đề sau: - Tính toán lựa chọn thông số kỹ thuật, công nghệ dây chuyền sản xuất cụ thể - Tính toán thông số chọn thiết bị dựa suất thiết kế - Sắp xếp, bố trí thiết bị vào quy mô phân xưởng cho hợp lý đảm bảo chất lượng, an toàn vệ sinh cho sản phẩm - Ngoài ra, nâng cao thao tác thực hành Auto Cad, MS Word, MS Excel TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Văn Đài, Nguyễn Trọng Khuôn, Cơ sở trình công nghệ hóa học tập I, Nhà xuất ĐH THCN, Hà Nội, 1982 [2] E.Hugot, Nhà máy đường mía, Nhà xuất nông nghiệp TP Hồ Chí Minh, 2001 [3] Nguyễn Ngộ, Công nghệ sản xuất đường mía, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 1984 [4] Nguyễn Ngộ, Công nghệ sản xuất đường mía, Nhà xuất bách khoa, Hà Nội, 2011 [5] Lê Văn Nguyện, Nấu mật, Nhà xuất nông nghiệp, Hà Nội, 1996 [6] Nguyễn Văn Toản Bài giảng công nghệ sản xuất đường mía, Trường Đại Học Nông Lâm Huế, 2007 [7] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa học tập I, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [8] Trần Xoa, Nguyễn Trọng Khuông, Hồ Lê Viên Sổ tay trình thiết bị công nghệ hóa học tập II, Nhà xuất khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2005 [9] Nguyễn Xuân Yên Làm nước mía phương pháp sunfit hóa, Nhà xuất nông nghiệp, Hà Nội, 1996 [10] http://www.vienmiaduong.vn/vi/ngan-hang-kien-thuc/ [11] http://www.baonghean.vn/kinh-te/201506/cong-ty-cp-mia-duong-song-con-nhieugiai-phap-de-phat-trien-2535835/ http://qns.com.vn/language/vi-VN/S%E1%BA%A3n-ph%E1%BA%A9m-D %E1%BB%8Bch-v%E1%BB%A5/C%C6%A1-kh %C3%AD/ItemID/425/View/Details.aspx [12] [...]... thao tác + Nước mía thu được có nồng độ đường cao + Tiết kiệm hơi, thời gian của quá trình cô đặc, nâng cao hiệu quả sản xuất cao + Công nhân vận hành ở khu vực này có thể không cần có trình độ kỹ thuật cao Nhược điểm: + Hiệu suất thu hồi đường thấp 95 ÷ 97% + Hệ máy ép cồng kềnh, nặng nề + Tiêu hao năng lượng lớn + Chi phí chế tạo, sữa chữa bảo dưỡng cao Phương pháp khu ch tán Ưu điểm: + Tổng hiệu... đường khác + Sát trùng nước mía Tác dụng của SO2 + Tạo kết tủa CaSO3 có khả năng hấp thụ các chất không đường, chất màu và chất keo có trong dung dịch + Làm giảm độ kiềm, độ nhớt của dung dịch do một phần chất keo đã bị loại + Tẩy màu và ngăn ngừa sự tạo màu + Làm tan kết tủa CaSO3 khi dư SO2 Tác dụng của CO2 + Tạo kết tủa CaSO3 với vôi có khả năng hấp thụ các chất không đường cùng kết tủa + Phân. .. khác nhau, có thể chia phương pháp vôi: + Phương pháp gia vôi vào nước mía nóng + Phương pháp gia vôi vào nước mía lạnh + Phương pháp gia vôi phân đoạn Ưu điểm: + Quản lý và thao tác tiện lợi + Thiết bị và quy trình tương đối đơn giản + Qúa trình làm sạch chỉ do tác dụng của nhiệt và vôi Nhược điểm: + Hiệu suất làm sạch thấp + Chỉ sử dụng để sản xuất đường thô 2.1.2.2 Phương pháp cacbonat hóa Gồm phương... không thông SO2 vào đường thô Đây là phương pháp để sản xuất đường thô, so với phương pháp vôi thì hiệu quả loại chất không đường tốt hơn Vậy, tôi chọn phương pháp sunfit hóa kiềm nhẹ để sản xuất đường thô làm nguyên liệu cho sản xuất các sản phẩm thực phẩm khác 2.1.3 Chọn phương án nhiệt của hệ bốc hơi [4] Công đoạn bốc hơi cần đáp ứng yêu cầu công nghệ và phương án nhiệt sau đây: + Đảm bảo nồng độ... qúa trình lắng 2.2.8 Qúa trình lắng Mục đích của quá trình này là tách cặn và bùn ra khỏi nước mía hỗn hợp Nước mía trung hòa sau khi gia nhiệt chảy sang thùng tản khí để bay hết lượng SO 2 còn dư và tránh sự tạo bọt sau đó đưa đi lắng Nước mía hỗn hợp sau khi qua các giai đoạn gia công như: gia vôi lần sơ bộ, gia nhiệt lần 1, gia vôi trung hòa, gia nhiệt lần 2 sẽ sản sinh rất nhiều chất kết tủa và... nước 5 3 Các ngăn lọc 6 8 4 Lưới lọc 7 5 Dao gạt bùn Hình 9 Thiết bị lọc chân không thùng quay 2.2.10 Gia nhiệt 3 Sau khi lắng nước chè trong được bơm đi gia nhiệt 3, nâng nhiệt độ nước chè trong lên 110 ÷ 1150C Mục đích của quá trình này là tăng nhiệt độ bốc hơi của hiệu đầu, giảm thời gian bốc hơi và nhiệt lượng của thiết bị bốc hơi hiệu 1 Quá trình này được thực hiện giống như gia nhiệt 1 và 2 2.2.11... động Hình 8 Thiết bị lắng liên tục có khu y [3] 2.2.9 Lọc chân không thùng quay Qúa trình này nhằm thu hồi lượng đường còn lẫn trong bùn lắng Lượng bùn trước khi vào máy lọc được trộn với bã nhuyễn trong thùng khu y trộn, dung dịch này tràn xuống bể chứa bùn của thiết bị lọc Nhờ áp lực chân không bùn được hút bám vào lưới lọc tạo thành lớp lọc Nước lọc theo ống góp trong các ngăn về đầu phân phối, chảy... = 1,62 tấn 3.2.7 Nước mía sau lắng - lọc - Khối lượng nước lắng trong G64 = Khối lượng nước mía sau thông SO2 - Khối lượng nước lấy ra trong quá trình lắng = G49 – G53 = 119,05 – 23,834 = 95,338 tấn - Khối lượng nước mía lọc trong G65 = Khối lượng nước bùn lấy ra trong quá trình lắng + Khối lượng nước rửa + Khối lượng nước trong bã nhuyễn - Lượng bùn lọc = G53 + G63 + G59 – G55 = 119,05 +1 ,62 + 0,4939... ly Tác dụng của vôi + Trung hòa các acid hữu cơ và vô cơ + Tại các điểm đẳng điện để ngưng kết các chất keo + Làm trơ các phản ứng aicd của nước mía hỗn hợp và ngăn ngừa sự chuyển hóa saccharose + Kết tủa hoặc đông tụ những chất không đường: protein, pectin, chất màu, chất keo… + Phân hủy một số chất không đường, đặc biệt là đường chuyển hóa amide + Tác dụng cơ học: các chất kết tủa có tác dụng kéo... hiệu suất thu hồi đường cao, lên đến 98 ÷ 98,5% + Năng lượng tiêu hao ít hơn phương pháp ép + Vốn đầu tư ít Nhược điểm + Nhiên liệu cho quá trình bốc hơi tăng, tăng chi phí sản xuất + Chất không đường trong nước mía tăng làm tăng tổn thất đường trong mật cuối + Đội ngũ công nhân yêu cầu phải có trình độ kỹ thuật cao, tay nghề giỏi Từ những phân tích trên, có thể thấy phương pháp khu ch tán có hiệu