Đồ Án Tốt Nghiệp 1 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng xu thế phát triển hiện đại hóa, công nghiệp hóa, thì nhu cầu ăn uống càng được coi trọng, đặc biệt là về chất lượng. Vì vậy ngành công nghệ thực phẩm ngày càng được coi trọng và không ngừng vươn lên phát triển ngang tầm với các ngành công nghiệp khác về mặt số lượng lẫn chất lượng như công nghiệp sản xuất bánh kẹo, sữa và các sản phẩm từ sữa, nước giải khát…Ngoài các ngành kể trên thì ngành sản xuất đường cũng phát triển rất mạnh mẽ. Đường không chỉ là khẩu phần trong các bữa ăn hằng ngày mà còn là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp thực phẩm khác. Cũng chính vì lý do trên mà trong những năm gần đây, ở nước ta liên tục xảy ra cơn sốt đường. Đặc biệt là năm 2009, giá đường tăng gấp đôi so với 2 năm gần đây. Đây chính là nghịch lý của ngành mía đường khi cơn sốt mía đường lại xảy ra ở một nước nông nghiệp như nước ta, nông dân thì có truyền thống trồng mía từ lâu đời, còn nhà nước từng bỏ ra hơn nửa tỉ đô la MỸ để đầu tư cho chương trình “một triệu tấn đường tới năm 2000”[12] . Đứng trước tình hình đó nhà nước ta đã đồng thời đưa ra các giải pháp về tăng diện tích trồng mía và mở rộng quy mô cho các nhà máy sản xuất đường, ngành mía đường phát triển đã giúp nông dân khai hoang, phục hóa, chuyển đổi cơ cấu cây trồng. Hầu hết các nhà máy đường đều được đặt ở vùng nông thôn, nên bộ mặt nông thôn đã được đổi mới, giải quyết việc làm cho hơn 1 triệu lao động trong nông nghiệp. Nước ta nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới, nhiều vùng đất đai từ Bắc đến Nam rất thuận tiện cho phát triển trồng mía, vì thế ngành sản xuất đường có tiềm năng rất lớn. Hiện nay cả nước ta có tổng cộng gần 40 nhà máy đường mà hằng năm ta đều phải nhập đường từ các nước trên thế giới Từ những phân tích trên thì viêc xây dựng thêm nhà máy đường có năng xuất hiện đại và việc đầu tư để phát triển diện tích vùng trồng mía là điều vô cùng cấp bách và cần thiết. Chính vì vậy việc “ thiết kế nhà máy sản xuất đường RS hiện đại năng suất 3.800 tấn mía/ ngày “ là rất cần thiết SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 2 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh PHẦN I. LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Tỉnh Quảng Trị nằm giữa khu vực miền trung, là một tỉnh còn nghèo, diện tích khá rộng, dân đông nhưng lại sống chủ yếu về nông nghiệp, đồng thời tỉnh có các huyện miền núi, trung du với diện tích khá rộng, đất đai màu mỡ, phì nhiêu, rất phù hợp để phát triển các cây công nghiệp như cà phê, cao su, hố tiêu và cây mía ngày nay ngành công nghiệp mía đường được xem là ngành mang lại nhiều lợi ích cho nền kinh tế quốc dân. Chính vì những thuận lợi trên nên việc chọn Quảng Trị là địa điểm đặt nhà máy đường là việc rất hợp lý và cần thiết. Qua khảo sát thực tế trong địa bàn tỉnh nhận thấy thị trấn Lao Bảo thuộc huyện Hướng Hóa– Quảng Trị rất thích hơp để xây dựng một nhà máy sản xuất đường hiện đại sản xuất đường RS với năng suất 3.800 tấn mía/ngày. 1.1. ĐẶC ĐIỂM TỰ NHIÊN Hướng Hóa là huyện miền núi phía tây tỉnh Quảng Trị. Thị trấn Lao Bảo thuộc huyện Hướng Hóa có mặt bằng tương đối thuận lợi, địa hình bằng phẵng. nằm dọc trên quốc lộ 9 (từ km 59 đến km 81) tuyến hành lang kinh tế Đông – Tây thuận lợi để vận chuyển nguyên liệu. Đây cũng là vùng mà nằm sát các vùng miền núi, đang là những vùng được quy hoạch để trồng mía. Đặc biệt đây là khu vực giáp biên giới VIÊT- LÀO, nên cũng là điều kiện thuận lợi để mở rông thị trường sang nước ngoài. Nhiệt độ trung bình hằng năm thường là 20-25 0 C. Độ ẩm tương đối cao 85-90%. 1.2. VÙNG NGUYÊN LIỆU Với vị trí nhà máy thì nguồn nguyên liệu chính được cung cấp 8 xã áp sông Sêpôn là Thuận, Thanh, Xi, Xing, A Túc, A Dơi, Tân Long, Tân Thành và thị trấn Lao Bảo. Đây là vùng được tỉnh chọn quy hoạch làm vùng nguyên liệu trồng mía từ các năm về trước, với diện tích 8.000 ha. Trong đó xã Thuận Long và Tân Long được chọn làm vùng nguyên liệu trọng điểm [13]. Ngoài ra nhờ hệ thống giao thông quốc lộ 9 rất thuận lợi để vận chuyển mía từ các huyện, tỉnh lân cận đến, như huyện Triệu Phong: xã Triệu Độ, Triệu Thuận, Triệu Đại, Triệu Vân, Triệu Hòa, Triệu Phước, Triệu Long đã có truyền SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 3 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh thống trồng mía đường mấy đời nay, tỉnh thừa thiên Huế với diện tích hơn 20 ha đất trồng mía.Ngoài ra, khi xây dựng nhà máy để có nguyên liệu cho việc sản xuất thuận lợi ta cần mở rộng thêm vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư vốn cho nông dân, khuyến khích dùng giống mới đạt năng suất cao mở rộng ra vùng nguyên liệu ở huyện Dakarong- một huyện miền núi với diện tích đất đai rộng và màu mỡ rất thích hợp cho việc trồng mía. 1.3. HỢP TÁC HOÁ VÀ LIÊN HIỆP HOÁ Nhà máy được xây dựng ở thị trấn Lao Bảo nên rất thuận tiện cho việc liên kết với nhà máy nước tăng lực Super Horse. Đặc biệt nhà máy đặt ở Lao Bảo giáp với nước bạn Lào, nên việc mở rộng thị trường ngoài nước có khả thi hơn. Trong một tương lai không xa, Lao Bảo- hành lang kinh tế Đông Tây sẽ được đầu tư nhiều nhà máy khác thì việc hợp tác hóa sẽ dễ dàng hơn. Ngoài ra để tiêu thụ một số sản phẩm phụ và phế phẩm thì có thể liên kết với một số nhà máy khác như nhà máy giấy, phân bón, thức ăn gia súc… Những nhà máy này cũng được đặt ở trong tỉnh. Về nguồn nguyên liệu thì sự hợp tác hoá chặt chẽ để phân vùng nguồn nguyên liệu giúp thu hoạch đúng thời gian và hiệu quả kinh tế cao. Mặt khác nhà máy sẽ đưa ra kế hoạch ứng vật tư tiền vốn cho người trồng mía. Đây là vấn đề để phát triển lâu dài. 1.4. NGUỒN CUNG CẤP ĐIỆN Nguồn cung cấp điện được lấy chủ yếu từ tuabin hơi của nhà máy khi hoạt động. ngoài ra nhà máy còn sử dụng nguồn điện do sở điện lực Quảng Trị cung cấp từ mạng lưới điện quốc gia 500 KV được hạ thế xuống 220V/380 nhằm hổ trợ cho sản xuất lúc khởi động máy, chạy thiết bị… 1.5. NGUỒN CUNG CẤP HƠI Lượng hơi có thể đạt 60-80kg cho 100kg mía. Nguồn hơi chủ yếu lấy từ lò hơi của nhà máy. Trong quá trình sản xuất để tiết kiệm hơi ta lấy hơi thứ từ các thiết bị bốc hơi cung cấp cho các thiết bị kế tiếp, gia nhiệt, nấu đường, cô đặc, sấy.v.v 1.6. NGUỒN CUNG CẤP NHIÊN LIỆU: SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 4 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh Trong nhà máy lò hơi là nơi cần nhiên liệu nhiều nhất. Nhằm giảm bớt vốn đầu tư, tăng hiệu suất tổng thu hồi nhà máy dùng bã mía làm nhiên liệu đốt lò hơi. Thời kì không có bã mía dùng nhiên liệu khác như dầu FO, củi đốt. Còn để bôi trơn cho các thiết bị khác ta dùng dầu bôi trơn. Dầu FO, dầu bôi trơn, xăng dầu cho các phương tiện vận chuyển được đặt mua tại các công ty xăng dầu địa phương gần nhà máy. 1.7. NGUỒN CUNG CẤP NƯỚC VÀ XỬ LÝ NƯỚC Tuỳ theo mục đích sử dụng mà từng loại nước phải đảm bảo chỉ tiêu hoá lý, sinh học nhất định. Nhà máy sử dụng nước chủ yếu lấy từ sông Sêpôn, hệ thống nước ngầm. Ta cần phải xử lý trước khi đưa vào sản xuất tuỳ theo mục đích sử dụng. Nước trong sản xuất có các dạng sau: + Nước lọc trong: nước qua lắng được đưa đi lọc để loại triệt để các tạp chất mà quá trình lắng không loại được. + Nước sau lọc trong đem làm mềm qua cột trao đổi ion để khử độ cứng rồi cung cấp cho lò hơi. 1.8. XỬ LÝ NƯỚC THẢI Ô nhiễm môi trường đang là mối lo lắng của toàn xã hội. vì là nhà máy có nước thải chứa nhiều chất hữu cơ nên phải đặt công tác xử lý nước thải là một trong những mối quan tâm hàng đầu, để góp phần làm cho môi trường trong xanh, sạch đẹp. Nước thải của nhà máy phải tập trung lại và xử lý trước khi xả ra sông theo đường cống riêng. Trong quá trình xử lý, rác rưởi đem đi xử lý định kỳ. Còn bùn lắng được đem ủ yếm khí và phơi để làm phân bón vi sinh. Hệ thống xử lý nước thải của nhà máy được áp dụng theo quy trình sau: SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 5 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh ` SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Bể trung hòa Khu kiểm tra sản xuất Nước thải rửa thiết bị Khu lò hơi Nước thải sinh hoạt Bể điều hòa Bể lọc bằng cát Khu vực ép Lưới chắn rác Tuyển nổi dầu mỡ Hóa chất Trung hòa Bể lắng 1 Bể UASB Khí Biogas Sản suất phân vi sinh Bùn Bể tiếp xúc Cl Bể AEROTANK Bể lắng 2 Nước đã xử lí Đồ Án Tốt Nghiệp 6 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh 1.9. GIAO THÔNG VẬN TẢI: Giao thông vận tải đóng vai trò quan trọng đối với các nhà máy đường. Nhà máy phải vận chuyển hàng ngày một khối lượng lớn nguyên liệu, nhiên liệu…về nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm và phụ phẩm đến nơi tiêu thụ. Nhà máy có vị trí gần quốc lộ 9 và xung quanh khu vực có một hệ thống đường liên thôn liên xã nâng cấp khá tốt sẽ là lợi thế để giảm chi phí vận chuyển, lưu thông hoạt động dễ dàng. 1.10. NGUỒN NHÂN CÔNG: Tỉnh Quảng Trị là một tỉnh còn rất nghèo. Dân số đông, cuộc sống nhân dân còn nhiều cơ cực, và tỉnh có các huyện miền núi đông dân cư. Nên việc xây dựng nhà máy sẽ giải quyết được một phần lao động trong khu vực, tạo điều kiện cho tỉnh nhà phát triển. Đội ngũ cán bộ kĩ thuật, quản lý được đào tạo ở đại học Huế, Đà Nẵng. Đội ngũ công nhân cũng được đào tạo vững tại các trường Trung cấp và đào tạo nghề trong và ngoài tỉnh. Như vậy đội ngũ cán bộ, công nhân phục vụ nhà máy là những người đã qua đào tạo và đủ nghiệp vụ lãnh đạo. 1.11. TIÊU THỤ SẢN PHẨM: Sản phẩm đường tiêu thụ hàng năm với một lượng lớn, nhưng cùng với vấn đề tăng dân số nên nhu cầu đòi hỏi ngày càng nhiều hơn. Nhà máy được đặt tại Lao Bảo sát cửa khẩu Việt- Lào và cách thành phố Đông Hà 80 km. Chính vì vậy đây chính là điều kiện thuận lợi để mở rộng thị trường sang các nước lân cận, trong tỉnh và các tỉnh láng giềng. nhờ vậy nhà máy có thể giải quyết một đầu ra khá lớn. Tóm lại Qua phân tích ở trên thì việc xây dựng nhà máy đường hiện đại sản xuất đường RS năng suất 3.800tấn mía/ngày ở thị trấn Lao Bảo huyện Hướng Hóa tỉnh Quảng Trị là phù hợp. SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 7 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh PHẦN II. TỔNG QUAN 2.1. NHỮNG ĐẶC TRƯNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG MÍA Trong công nghệ sản xuất đường, nguyên liệu để sản xuất đó là mía. Việc chế biến dường phải nhanh, ngay trong mùa thu hoạch để tránh thất thoát sản lượng và chất lượng đường. Công nghiệp chế biến đường hoạt động theo mùa vụ. * Công nghệ sản xuất đường thông thường trải qua 3 công đoạn chính: ép, làm sạch nước mía và kết tinh. - Ép mía là phương pháp tách nước mía được sử dụng phổ biến ở nước ta chủ yếu do chi phí đầu tư thiết bị thấp, vận hành đơn giản và linh hoạt khi phải chạy dưới tải. Ép khô thì dùng áp lực ép lớn, tiến hành nhiều lần cũng không thể ép hết phần đường trong mía ra được. Để nâng cao hiệu suất ép thì thay ép khô bằng ép ướt. Hiệu suất ép khô đạt 80%, còn hiệu suất ép ướt đạt 95-97%. Kỹ thuật ép ướt dựa theo nguyên tắc thẩm thấu. Nhưng đi kèm với những ưu điểm của phương pháp ép thì vẫn tồn tại các khó khăn, nên ngày nay đã co một số nhà máy dùng phương pháp khuếch tán thay cho phương pháp ép. Hiện ở Việt Nam chỉ có 3/45 nhà máy dùng phương pháp khuếch tán là Nhà máy đường Cam Ranh, Bourbon Tây Ninh, và La Nga Đồng Nai - Quá trình làm sạch nước mía là 1 khâu quan trọng nhất trong quy trình sản xuất mía đường, quyết định chất lượng thành phẩm. Có nhiều phương pháp làm sạch nhưng phương pháp sunfit hóa được sử dụng mang lại hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm cao hơn, giảm tổn thất đường. - Kết tinh: nhiệm vụ của nấu đường là tách nước từ siro tinh lọc và đưa dung dịch đến trạng thái bão hòa. Sản phẩm nhận được sau khi nấu đường là đường non gồm tinh thể đường và mật cái. * Trong chương trình mía đường, một số công nghệ mới được áp dụng đã góp phần làm cho ngành đường phát triển mạnh và ngày càng hoàn thiện hơn.[14] - Trên 50% nhà máy đường dùng phương pháp sunfit để tinh chế đường. Ngoài ra còn có phương pháp vôi hóa và cacbonat hóa. SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 8 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh - Công nghệ sunfit hóa trung tính được sử dụng mang lại hiệu suất thu hồi và chất lượng sản phẩm cao hơn, giảm tổn thất đường. - Công nghệ lắng nổi có hiệu suất làm sạch và tẩy màu cao, đặc biệt trong sản xuất đường trắng bằng phương pháp sunfit. - Cải tiến công nghệ sản xuất đường tinh luyện bằng cách kết hợp với sản xuất đường thô trong cùng một nhà máy đã giảm được 30-40% vốn đầu tư và giảm 30% giá thành sản phẩm. * Hơn nữa sản xuất đường là một qui trình tự đáp ứng những yêu cầu về năng lượng cho quá trình sản xuất. Sau khi nước mía được tách ra khỏi cây mía bằng các qui trình nghiền và rửa, miá cây trở thành bã, một loại vật liệu có chứa cellulose cho phép sử dụng làm chất đốt sinh nhiệt nhiệt này được sử dụng để sinh hơi với áp suất cao trong nồi hơi. Hơi nước sinh ra được sử dụng cho các nồi hơi nén đặc biệt và sử dụng trong các quá trình nén, gia nhiệt, bay hơi và sấy cũng như để sinh điện [14] 2.2. TÍNH CHẤT, THÀNH PHẦN CỦA MÍA Thành phần hóa hoá học của mía bao gồm nhiều loại mà trong đó hàm lượng đường sacaroza chiếm cao nhất. Ngoài ra thành phần của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chin, sâu bệnh… * Đường Sacaroza Sacaroza là thành phần quan trọng nhất của cây mía, là sản phẩm của công nghệ sản xuất đường, là một disacarit có công thức C 12 H 22 O 11 . Trọng lượng phân tử là 342,30. Sacaro được cấu tạo từ hai đường đơn là α, d - glucoza và β, d – fructoza. Công thức cấu tạo được biểu diễn như sau: Tính chất lý hóa của đường sacaroza:  Tính chất lý học SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại H H H CH 2 OH OH O O OH CH 2 OH OH O OH H OH H H H H CH 2 OH Đồ Án Tốt Nghiệp 9 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh Tinh thể đường sacaroza thuộc hệ đơn tà, trong suốt, không màu.Tỉ trọng 1,5878. Nhiệt độ nóng chảy 186-188 0 C. Đường rất dễ hòa tan trong nước. Độ hòa tan tăng theo nhiệt độ và phụ thuộc vào chất không đường có trong dung dịch đường. Đường sacaroza không hòa tan trong dầu hỏa, cloroform, CCl 4 , CS 2 , benzen, tecpen, ancol và glixerin khan. Và hòa tan giới hạn trong anilin, piridin, etyl axetat, amyl axetat, phenol và NH 3 . Dung dịch đường có tính quay phải. Độ quay cực riêng của sacaroza rất ít phụ thuộc nhiệt độ và nồng độ. Do đó rất thuận tiện trong việc xác định đường bằng phương pháp phân cực  Tính chất hóa học Tính chất hóa học của sacaroza tương đối ổn định nhưng dưới tác dụng của axit và nhiệt độ cao và trong dung dịch kiềm phát sinh các phản ứng hóa học: Chuyển hóa sacaroza: dưới tác dụng của axit sacaroza chuyển hóa thành glucoza và fructoza [H + ] C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 sacaroza glucoza fructoza + Tác dụng của kiềm: • Khi tác dụng với chất kiềm hoặc kiềm thổ, sacaroza tạo thành sacarat • Ở môi trường kiềm loãng và dung dịch đường lạnh, hầu như không có tác dụng gì • Nếu kiềm đậm đặc, ở nhiệt độ thấp, đường cũng bị phân giải • ở pH từ 8 đến 9 và đun nóng trong thời gian dài, sacaroza bị phân hủy thành hợp chất có màu vàng và màu nâu • Trong môi trường kiềm, ở nhiệt độ cao, đường bị phân hủy tạo ra các axit và chất màu SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 10 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh + Tác dụng của nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường sacaroza bị mất nước tạo thành sản phẩm có màu như caramenlan, caramenlen, caramenlin. Chất màu caramen được coi là hợp chất humin. Đó là sự polyme hóa ở mức độ khác nhau của ß- anhidrit 2.3. LÀM SẠCH NƯỚC MÍA Làm sạch nước mía là khâu quan trọng của ngành sản xuất đường. Vì thế, việc làm sạch nước mía đã được chú ý thích đáng từ khi bắt đầu phát sinh công nghệ chế biến đường Trong công nghệ sản xuất đường, chúng ta phải tiến hành làm sạch nước mía để: - Loại tối đa các chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp đặc biệt là những chất có hoạt tính bề mặt, chất keo. - Trung hòa nước mía hỗn hợp - Loại tất cả những chất rắn lơ lửng ra khỏi nước mía ∗ Cơ sở lý thuyết của quá trình làm sạch [3 – Tr 38 ]: • Tác dụng của pH: Nước mía hỗn hợp có pH = 5 ÷ 5.5, trong quá trình làm sạch, do sự biến đổi của pH dẫn đến các quá trình biến đổi hóa lý và hóa học các chất không đường trong nước mía và có ảnh hưởng lớn đến hiệu quả làm sạch. Việc thay đổi pH có tác dụng: + Làm ngưng kết chất keo tại pH = 7 và pH trên dưới 11 + Làm chuyển hóa đường sacaroza: Khi nước mía ở môi trường axit(pH< 7) sẽ làm chuyển hóa đường sacaroza tạo thành hỗn hợp đường glucoza và fructoza: [H + ] C 12 H 22 O 11 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + C 6 H 12 O 6 sacaroza glucoza fructoza + Làm phân hủy đường sacaroza trong môi trường kiềm dưới tác dụng của nhiệt độ. + Làm phân hủy đường khử nếu pH của nước mía vượt quá 7, làm sinh ra những sản phẩm phụ không có lợi trong quá trình sản xuất SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại . các nhà máy đường hiên đại. Và đó cũng chính là phương pháp em chọn để thiết kế nhà máy sản xuất đường RS. • Chọn phương pháp và chế độ nấu đường: Dựa vào tình hình thực tế chung của các nhà máy. Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Đồ Án Tốt Nghiệp 17 GVHD: TS.Trương Thị Minh Hạnh SVTH: Lê Thị Kim Luyến-05H2B Thiết Kế Nhà Máy Đường Hiện Đại Máy ép Nước mía hỗn hợp. đối với các nhà máy đường. Nhà máy phải vận chuyển hàng ngày một khối lượng lớn nguyên liệu, nhiên liệu…về nhà máy cũng như vận chuyển sản phẩm và phụ phẩm đến nơi tiêu thụ. Nhà máy có vị trí