Đồ án: "Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày"

Chia sẻ: Đỗ Thị Hoan | Ngày: | Loại File: DOC | Số trang:104

Thêm vào BST

Báo xấu

605
lượt xem 206
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Nước ta vẫn đang là một nước nông nghiệp đang trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Mặt khác, với những yếu tố điều kiện tự nhiên thuận lợi rất phù hợp đối với phát triển nông nghiệp.. Mặt khác, với những yếu tố điều kiện tự nhiên thuận lợi rất phù hợp đối với phát triển nông nghiệp. Ngành mía đường là một trong những ngành có thuận lợi để phát triển và ưu tiên đầu tư hàng đầu. Đầu tư vào ngành mía đường để đáp ứng trước mắt nhu cầu tiêu thụ đường trong...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đồ án: "Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày"

1  LUẬN VĂN Đề tài: Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm ….. Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
2 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU....................................................................................................................... 4 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT .......................................................... 5 1.1. Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy ................................................................. 5 1.2. Đặc điểm tự nhiên của vị trí xây dựng nhà máy .................................................... 6 1.3. Vùng nguyên liệu ...................................................................................................... 6 1.5. Nguồn cung cấp điện................................................................................................. 7 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý..................................................................... 7 1.9 . Nguồn nhân lực ................................................................................................... 8 2.2. Giới thiệu về Sản phẩm .............................................................................................. 15 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu cảm quan của đường thô [8] ....................................................... 15 CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ .............. 17 3.1. Chọn phương pháp sản xuất ...................................................................................... 17 3.1.1. Chọn phương pháp lấy nước mía [7] ..................................................................... 17 3.1.2. Chọn phương pháp làm sạch ............................................................................. 18 3.1.3. Chọn chế độ nấu đường........................................................................................... 20 3.2.1. Chọn sơ đồ quy trình công nghệ ............................................................................. 21 3.2.2.1. Vận chuyển, tiếp nhận và xử lý nguyên liệu ....................................................... 23 3.2.2.2. Ép mía .................................................................................................................... 23 3.2.2.4. Bốc hơi (cô đặc) ..................................................................................................... 26 3.2.2.6. Nấu đường ............................................................................................................. 27 2.3.2.10. Làm nguội, phân loại, đóng gói và bảo quản.................................................... 29 4.1. Tính cho công đoạn ép (Tính toán cơ sở cho 100 tấn mía) ........................................ 31 4.1.1. Tính mía nguyên liệu ............................................................................................... 31 4.1.3. Tính nước thẩm thấu .............................................................................................. 32 4.1.4. Tính nước mía hỗn hợp (NMHH) .......................................................................... 32 4.2. Tính cho công đoạn làm sạch ..................................................................................... 32 4.2.2. Tính nước mía gia vôi .............................................................................................. 33 4.2.4. Tính nước mía lắng trong ....................................................................................... 34 4.2.5. Tính lượng bùn lọc ................................................................................................... 34 4.2.6. Tính nước mía lắng lọc ............................................................................................ 35 4.2.7. Tính mật chè ............................................................................................................. 35 4.2.8. Lọc kiểm tra (LKT) .................................................................................................. 36 4.2.9. Hiệu suất làm sạch (HSLS) ...................................................................................... 37 4.3.1. Tính đường thành phẩm. ........................................................................................ 37 4.3.2. Tính đường non C .................................................................................................... 38 4.3.3. Tính đường non B .................................................................................................... 39 4.3.4. Tính đường non A .................................................................................................... 39 5.1.1. Lượng nước bốc hơi của quá trình cô đặc ............................................................. 42 5.2. Tổng kết lượng hơi dùng cho gia nhiệt ..................................................................... 46 5.3. Cân bằng nhiệt cho nấu đường .................................................................................. 46 5.3.1. Cân bằng nhiệt cho nấu non A ............................................................................... 47 5.3.1.1. Chọn chế độ nấu non A ........................................................................................ 47 5.3.1.2. Cân bằng nhiệt nấu non A. .................................................................................. 48 5.3.1.3. Lượng hơi cần nấu non A..................................................................................... 49 5.3.2. Cân bằng nhiệt nấu non B, C .................................................................................. 49 Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
3 5.4. Cân bằng nhiệt cho hệ bốc hơi ................................................................................... 50 5.4.1. Tính lượng nước bốc hơi ......................................................................................... 50 5.4.2. Lượng hơi dùng cho hệ thống cô đặc ..................................................................... 51 5.4.3. Tính sai số ................................................................................................................. 53 5.5. Nhiệt phục vụ cho các yêu cầu khác .......................................................................... 53 5.5.1. Nhiệt lượng dùng cho hồi dung C và đường hồ B................................................. 54 5.5.2. Nhiệt dùng cho gia nhiệt nguyên liệu nấu đường ................................................. 54 5.5.4. Nhiệt dùng cho đun nóng nước thẩm thấu ............................................................ 55 5.5.5. Nhiệt dùng cho việc rửa thiết bị ............................................................................. 55 5.5.6. Nhiệt dùng cho quá trình sấy đường ...................................................................... 55 CHƯƠNG 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT .............................................................................. 89  5.3.2.2. Tính hơi dùng cho nấu non B:(Tính tương tự non A ta được). .................. 102 Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
4 LỜI MỞ ĐẦU Nước ta vẫn đang là một nước nông nghiệp đang trong quá trình công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Mặt khác, với những yếu tố điều kiện tự nhiên thuận lợi rất phù hợp đối với phát triển nông nghiệp. Ngành mía đường là một trong những ngành có thuận lợi để phát triển và ưu tiên đầu tư hàng đầu. Đầu tư vào ngành mía đường để đáp ứng trước mắt nhu cầu tiêu thụ đường trong nước, ngày nay theo điều kiện sống thì mức sống của người dân ngày càng được nâng lên. Đồng thời phục vụ cho xuất khẩu đường ra thế giới thu hút thêm lợi nhuận. Tuy nhiên trên thực tế thì ngành mía đường vẫn còn một số thực trạng và tồn tại cần đáng lưu tâm, ảnh hưởng đến phát triển của ngành mía đường nói riêng và của cả nền nông nghiệp nước ta nói chung. Những tồn tại đó có thể là công tác phát triển trong quản lý trong kỹ thuật trồng và sản xuất đường. Với nhu cầu tiêu thụ trước mắt và xuất khẩu lâu dài sau này. Nhà nước và Chính phủ đã chỉ đạo thực hiện chương trình “1 triệu tấn đường”. Sau chương trình được hoàn thành, nước ta nói chung đã đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ trong nước, rất nhiều nhà máy đường được mọc lên, tuy nhiên sau đó đã có khá nhiều nhà máy làm ăn thua lỗ, dường như ngành mía đường đã có thời gian bị chững lại. Vì vậy, việc nghiên cứu để đưa ra các giải pháp nhằm hoàn thiện hơn nữa việc đầu tư phát triển ngành mía đường sẽ có ý nghĩa to lớn trong lý luận thực tiễn, đáp ứng cho việc nâng cao sự phát triển và tồn tại cũng như những đóng góp của ngành mía đường cho nền kinh tế quốc dân. “Tin Hiệp hội mía đường Việt Nam, số 12 năm 2007”. Xuất phát từ những nhận thức trên cùng với những nghiên cứu về đặc điểm thiên nhiên, khí hậu tại địa phương tôi quyết định chọn đề xuất xây dựng một nhà máy sản xuất đường thô với năng xuất 1450 tấn mía/ ngày tại địa bàn tỉnh Quảng Nam. Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
5 CHƯƠNG 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT 1.1. Sự cần thiết của việc xây dựng nhà máy Trong xã hội phát triển ngày nay, chất lượng cuộc sống con người ngày càng cao thì nhu cầu về dinh dưỡng và an toàn thực phẩm là một vấn đề lưu tâm hàng đầu. Khi nhà máy đi vào hoạt động, góp phần giải quyết việc làm, tăng thu nhập cho người lao động, đặc biệt là lao động tại địa phương, và còn mang lại nguồn lợi nhuận to lớn cho nhà đầu tư. Việt Nam là nước có điều kiện thích hợp để phát triển trồng mía và chế biến đường ở nhiều vùng trong nước, trong đó có Quảng Nam. Cây mía là một trong năm cây trong chiến lược phát triển nông nghiệp nông thôn theo mô hình 05 cây – 05 con chủ lực để mục tiêu giá trị sản xuất toàn ngành nông nghiệp. Trong xu thế hội nhập kinh tế khu vực và thế giới mà gia nhập AFTA sẽ là thách thức lớn nhất và tác động trực tiếp đến ngành mía đường. Bên cạnh những cơ hội mở ra sau hội nhập, ngành mía đường phải đối mặt với những thách thức lớn, các công ty phải đối mặt với những môi trường ngày càng biến động phức tạp, đe dọa hơn, cạnh tranh ngày càng gay gắt và quyết liệt hơn, nông dân phải đối mặt với thiên tai dịch hại, chi phí đầu vào sản xuất cao; giá cả đường biến động và giảm mạnh vào chính vụ sản xuất do đường nhập lậu ngày càng nhiều. Trong xu hướng hiện nay các cơ sở sản xuất đường dần đã được hình thành ở một số tỉnh Miền Trung, gần các nguồn nguyên liệu như ở : Quảng Nam, Quảng Ngãi,...Việc xây dựng các nhà máy chế biến nông sản không những đáp ứng được nhu cầu thị trường mà còn giải quyết được vấn đề lao động tại địa phương, tận dụng nguồn nguyên liệu tại chỗ...Góp phần giảm được giá thành sản phẩm và tạo điều kiện phát triển đất nước. Vì vậy qua khảo sát tình hình thực tế tôi nhận thấy rằng huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam là một huyện có điều kiện tự nhiên và xã hội rất thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy đường, đây là huyện có tài nguyên mía rất dồi dào phục vụ cho ngành sản xuất đường để phục vụ cho đời sống con người. Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
6 1.2. Đặc điểm tự nhiên của vị trí xây dựng nhà máy Tỉnh Quảng Nam nằm giữa khu vực miền trung, là một tỉnh có diện tích lớn, dân đông sống chủ yếu về nông nghiệp, đây là vùng có khí hậu nóng ẩm mưa nhiều là điều kiện rất thích hợp để trồng và phát triển cây mía. Qua khảo sát thực tế trong địa bàn tỉnh tôi nhận thấy xã Hương An, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam là nơi đặt vị trí xây dựng nhà máy sản xuất đường hiện đại với năng suất 1450 tấn mía/ngày. Nhà máy được xây dựng ở trung tâm trung tâm tỉnh. Điều kiện tự nhiên của tỉnh có hai mùa rõ rệt: mùa khô và mùa mưa, nhiệt độ trung bình năm là 25,8oC, với độ ẩm 85 - 89%, với điều kiện như vậy rất thuận lợi cho cây mía phát triển. Địa hình nhà máy được xây dựng trên khu đất có địa hình bằng phẳng. Khí hậu thủy văn: căn cứ điều kiện khí hậu của Trạm khí tượng Thị xã Tam Kỳ, tỉnh Quảng Nam khu vực có đặc điểm: nhiệt độ trung bình: 25,80C, tối cao: 35,80C, tối thấp: 19,5 0C. Mưa và phân bố mưa: lựợng mưa trung bình trong năm: 1250 – 1500 mm, phân bố mưa không đều. Độ ẩm trung bình hằng năm : 85 – 89% [20] 1.3. Vùng nguyên liệu Mía được trồng hầu hết khắp các huyện trong tỉnh chính vì vậy Quảng Nam được xem là một trong các tỉnh có diện tích trồng mía tương đối nhiều. Nguồn nguyên liệu chính cung cấp cho nhà máy tập trung ở một số xã lân cận như: xã Quế Phú, xã Quế cường, xã Quế Xuân, xã Quế Long, xã Quế Phong,... ngoài ra còn có một số xã thuộc huyện Duy Xuyên, huyện Thăng bình, huyện Tiên Phước.. Với phương châm “Giống là tiền đề, nước, phân là cơ sở, chăm sóc là quyết định” để đủ nguyên liệu cho nhà máy hoạt động thường xuyên thì nhà máy cần mở rộng vùng nguyên liệu bằng cách đầu tư vốn cho người dân như giống, phân bón và kỹ thuật vì vậy vấn đề thiếu hụt nguyên liệu sẽ được giải quyết nhanh chóng, đồng thời tăng năng suất cho nhà máy. 1.4. Sự liên hợp hoá và hợp tác hoá Một nhà máy hoạt động hiệu quả và tăng nguồn thu nhập cũng như giảm bớt chi phí trong quá trình hoạt động thì vấn đề hợp tác hóa và liên hợp hóa là không thể thiếu đối với một nhà máy trong nền kinh tế thị trường hiện nay. Đối với nhà Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
7 máy đường phải hợp tác chặt liên kết với nông nghiệp trồng mía để thu hoạch đúng thời gian, đúng độ già chín phù hợp. Kết hợp chặt chẽ với trung tâm nghiên cứu giống cây trồng, sở nông nghiệp và phát triển nông thôn để kịp thời đưa đến cho người trồng các loại giống mía cho năng suất cao, đảm bảo chất lượng. Sản phẩm của nhà máy là đường thô là nguyên liệu chính phục vụ sản xuất đường tinh luyện. Việc liên kết với các nhà máy đường tinh luyện là yêu cầu rất cần và cũng là nguồn giải quyết đầu ra cho sản phẩm của nhà máy đường. Ngoài sản phẩm chính là đường những phụ phẩm phụ. Bã mía làm nguyên liệu đốt lò, hoặc làm bột giấy, ép thành ván dùng trong kiến trúc. Trong tương lai khi mà rừng ngày càng giảm nguồn nguyên liệu làm bột giấy, làm sợi từ cây rừng giảm đi thì mía là nguyên liệu quan trọng để thay thế. Từ mật rỉ cho lên men chưng cất rượu rum, sản xuất men các loại. Từ bùn lọc có thể rút ra sáp mía để sản xuất nhựa xêrin làm sơn, xi đánh giầy. Với sự liên kết trên giúp sự phân phối và tiêu thụ sản phẩm nhanh chóng làm giảm chi phí vận chuyển, góp phần giảm giá thành sản phẩm, vốn đầu tư nhà máy giảm, rút ngắn thời gian hoàn vốn nâng cao hiệu quả kinh tế cho nhà máy. 1.5. Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện do điện lực Quảng Nam cung cấp từ mạng điện lưới quốc gia, thông qua hệ thống cung cấp điện cho khu vực Quế Sơn. Nhà máy phải có hệ thống tải điện và đặt trạm biến thế riêng. Để đề phòng các sự cố: mất điện, hư hỏng máy móc dẫn đến chập điện ... nhà máy sử dụng thêm máy phát điện dự phòng. 1.6. Nguồn cung cấp hơi Nhà máy sử dụng nguồn hơi riêng để phục vụ cho các công đoạn trong sản xuất Lượng hơi sử dụng rất lớn nên để tiết kiệm chi phí cho nhà máy trong quá trình sản xuất đã tận dụng hơi thứ ở nhiều công đoạn như nấu đường, cô đặc. 1.7. Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý Nhà máy sản xuất đường cần một lượng nước lớn, nước sử dụng trong nhà máy được sử dụng vào các mục đích rửa nguyên liệu, chế biến, vệ sinh thiết bị, vệ Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
8 sinh nhà máy... Nước được lấy từ sông bơm lên và được sử dụng qua hệ thống xử lý nước của nhà máy. Nước thải của nhà máy sau khi được xử lý sẽ được thoát ra ngoài theo hệ thống thoát nước của nhà máy. Hệ thống thoát nước và xử lý nước thải hoàn chỉnh, đảm bảo không làm ô nhiễm môi trường cũng như không để ngập móng tường, móng cột làm ảnh hưởng đến kết cấu xây dựng. 1.8. Vị trí địa lý và giao thông vận tải Nhà máy cần vận chuyển với khối lượng lớn trong quá trình sản xuất: vận chuyển nguyên vật liệu, bao bì, nhiên liệu... kịp thời để đảm bảo hoạt động của nhà máy, ngoài ra vận chuyển thành phẩm đến nơi tiêu thụ, vận chuyển phế liệu trong sản xuất, vì vậy vấn đề giao thông rất quan trọng.Tại khu vực này giao thông vận tải của nhà máy khá thuận lợi nhà máy được đặt gần quốc lộ 1A. Giao thông thuận lợi góp phần làm giảm chi phí vận chuyển nên tiết kiệm được chi phí cho nhà máy. Phương tiện chủ yếu là dùng ôtô trong việc thu mua nguyên liệu, xuất hàng từ nơi khác về nhà máy và ngược lại, giao thông nội bộ trong nhà máy thì dùng xe đẩy, xe điện động. 1.9 . Nguồn nhân lực Tỉnh Quảng Nam đông dân cư với nguồn lao động dồi dào và nguồn nhân lực phong phú từ các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp trong địa bàn tỉnh và thành phố Đà Nẵng. Thêm vào đó nhà máy còn thu hút thêm các cán bộ lành nghề có nhiều kinh nghiệm để phát triển sản xuất. Thường xuyên thực hiện các lớp đào tạo cơ bản cho công nhân, đội ngũ cán bộ kỹ thuật để dễ dàng nắm bắt được các tiến bộ và thành tựu khoa học kỹ thuật mới của các nước tiên tiến trên thế giới, góp phần cải tiến kỹ thuật - công nghệ phục vụ cho quá trình sản xuất. 1.10. Nước thải Ô nhiễm môi trường ngày nay là vấn đề cấp bách luôn được chú trọng hàng đầu. Nước thải trong nhà máy sản xuất mía đường thường là nguồn gây ô nhiễm môi trường, vì đây chính là môi trường rất thuận lợi cho vi sinh vật phát triển. Do vậy nhà máy phải có hệ thống xử lý nước thải để xử lý các phế phẩm hữu cơ thải ra Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
9 trong quá trình chế biến, nước sau khi xử lý được thải ra hệ thống nước của nhà máy. Khu lò hơi Khu vực Khu kiểm tra sản xuất Nước thải sinh hoạt ép Nước thải rửa thiết bị Lưới chắn Bể trung rác hòa Bể lọc Tuyển nổi bằng cát dầu mỡ Nước đã xử Bể xử lí Sản xuất phân Bùn sinh học lí vi sinh 1.11. Tiêu thụ sản phẩm Đường là một loại thực phẩm cần có trong cơ cấu bữa ăn hàng ngày của con người ở nhiều quốc gia trên thế giới, cũng là nguyên liệu quan trọng của nhiều ngành sản xuất công nghiệp nhẹ và hàng tiêu dùng như bánh kẹo, sữa...Bởi vì chất lượng không cao nên ngày nay đường thô rất ít được sử dụng cho mục đích sản xuất thực phẩm, bên cạnh cũng có một số cơ sở sản xuất bánh kẹo nhỏ tại địa phương đã sử dụng đường thô làm nguyên liệu, khu vực miền núi vùng cao trong tỉnh thì sản phẩm này được dùng nhiều. Ngoài ra cũng mục đích chính là cung cấp nguyên liệu chủ yếu cho các nhà máy đường tinh luyện trong nước. Với những điều kiện đã biết, vùng có cự ly vận chuyển khá gần, cơ sở hạ tầng được quy hoạch, đầu tư tương đối đầy đủ, địa hình cao thuận lợi cho việc vận chuyển mía đầu vụ ép, có đội ngũ cán bộ quản lý, cán bộ kỹ thuật và nông dân trồng mía giàu kinh nghiệm trong sản xuất và kinh doanh, việc xây dựng một nhà máy đường sản xuất đường thô tại xã Hương An, huyện Quế Sơn, tỉnh Quảng Nam với năng suất 1450 tấn mía /ngày là hoàn toàn hợp lý, đồng thời giải quyết được việc làm cho người lao động, tận dung hết tiềm năng tại khu vực này. Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
10 CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN 2.1. Giới thiệu về nguyên liệu [5] Mía là tên gọi chung của một số loài trong chi Mía (Saccharum), bên cạnh các loài lau, lách. Chúng Hình 2.1. nguyên liệu mía[17] là các loại cỏ sống lâu năm, thuộc tông Andropogoneae của họ Hòa thảo (Poaceae), bản địa khu vực nhiệt đới và ôn đới ấm của cựu thế giới. Chúng có thân to mập, chia đốt, chứa nhiều đường, cao từ 2-6 m. Tất cả các dạng mía đường được trồng ngày nay đều là các dạng lai, ghép nội chi phức tạp. Chúng được trồng để thu hoạch nhằm sản xuất đường. Mía là nguyên liệu chính để sản xuất đường sacharose. Cây mía có nguồn gốc từ Ấn Độ. Thuộc họ hòa thảo (Poaceae), giống Saccharum L.. Ở nước ta cây mía được trồng suốt từ Bắc vào Nam và được trồng tập trung ở các ven sông. Để trồng ra mía có chất lượng tốt nên chọn các giống mía có năng suất cao, hàm lượng đường cao chịu thâm canh, chịu hạn, chịu phèn, kháng sâu bệnh và khả năng tái sinh tốt. Một số yếu tố ảnh hưởng đến năng suất mía đường [17] * Nhiệt độ: mía là loại cây nhiệt đới nên đòi hỏi điều kiện độ ẩm rất cao. Nhiệt độ thích hợp cho sự sinh trưởng của cây mía là 15-260C. Giống mía nhiệt đới sinh trưởng chậm khi nhiệt độ dưới 210C, ngừng sinh trưởng khi nhiệt độ 130C và dưới 50C thì cây sẽ chết. Nhiệt độ thích hợp cho thời kì mía chín từ 15-200C. Tỉ lệ đường trong mía thường đạt ở mức cao nhất cho các vùng có khí hậu lục địa và vùng cao. * Ánh sáng: mía là cây nhạy cảm với ánh sáng và đòi hỏi cao về ánh sáng, quang hợp của cây mía tỉ lệ thuận với cường độ và độ dài chiếu sáng. Thiếu ánh sáng, mía phát triển không tốt, hàm lượng đường thấp, vì vậy ở vùng nhiệt đới và á Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
11 nhiệt đới mía vươn cao mạnh nhất khi bắt đầu vào mùa hè có độ dài ngày tăng lên. Chính vì vậy nó là nhân tố quan trọng quyết định năng suất và sản lượng mía. * Độ ẩm: Mía là cây cần nhiều nước nhưng lại sợ úng nước, chúng có thể phát triển tốt ở những vùng có lượng mưa từ 1500mm/năm. Thu hoạch mía sau một thời gian khô ráo khoảng 2 tháng sẽ cho tỉ lệ đường cao, những nơi mưa nhiều và phân bố đều trong năm thì việc trồng mía không hiệu quả. Gió bão làm cây đổ dẫn đến làm giảm năng suất, phẩm chất của cây. Vì vậy gió cũng là dấu hiệu quan trọng trong công tác dự báo lên kế hoạch và chế biến làm sao tốn ít chi phí mà giá trị sản xuất cũng như phẩm chất của mía nguyên liệu vẫn cao. * Độ cao: độ cao có liên quan đến cường độ chiếu sáng cũng như mức chênh lệch nhiệt độ giữa ngày và đêm, do đó ảnh hưởng đến khả năng tích tụ đường trong mía, điều đó ảnh hưởng đến hoạt động của các khâu trong qui trình chế biến. * Đất trồng: mía là loại cây công nghiệp khoẻ, dễ tính, không kén đất, vậy có thể trồng mía trên nhiều loại đất khác nhau, đất thích hợp nhất cho mía là những loại đất xốp, tầng canh tác sâu, có độ phì cao, giữ ẩm tốt và dễ thoát nước. Ngoài ra có thể canh tác mía ở cả những vùng gò đồi có độ dốc không lớn lắm ở vùng trung du miền núi. Tuy nhiên ở những vùng địa bàn này cần bố trí các rãnh mía theo các đường đồng mức để tránh sói mòn đất. Mía chín là lúc hàm lượng đường trong thân mía đạt tối đa và hàm lượng đường khử còn lại ít nhất. Khi mía chín lúc thời tiết càng khô thì hàm lượng đường càng cao. Thông thường mía chín sau khi trồng khoảng 12 – 15 tháng. Khi hàm lượng đường đạt tối đa thì tùy giống mía và điều kiện thời tiết mà lượng đường duy trì 15 ngày đến 2 tháng, sau đó lượng đường bắt đầu giảm. Có một số giống mía khi quá chín chưa thu hoạch kịp thì bị trổ cờ, đây là hiện tượng thay đổi sinh lý làm giảm hàm lượng đường trong mía. Thu hoạch mía tốt nhất khi mía đạt độ chín kỹ thuật, có hàm lượng đường đo ở phần gốc và phần ngọn và gần tương đương và đảm bảo các chỉ tiêu độ Brix lớn hơn 20%, độ Pol lớn hơn 19%, đường khử (RS) thấp hơn 0,5%, tinh độ (AP) phải Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
12 lớn hơn 97% và chữ đường (CCS) lớn hơn 11. Không thu hoạch mía trong những ngày rét đậm, trời mưa to và đất còn ẩm ướt. 2.1.1. Thành phần hóa học của mía Thành phần hóa học của mía thay đổi theo điều kiện đất đai, phương pháp canh tác, loại, giống mía,... Bảng 2.1. Thành phần hóa học cây mía [3] Thành phần Tên các chất Tỷ lệ (%) Sacaroza 12.5 Đường Glucoza 0.9 Fructoza 0.6 Xenluloza 5.5 Pentozan 2.0 Xơ Chất keo 0.5 Linhin 2.0 Chất chứa Nitơ Anbumin 0.12 Amit 0.07 Axit 0.21 NH 3 Có vết Xantin Có vết SiO2 0.25 K2O 0.12 Na2O 0.01 CaO 0.02 Chất vô cơ MgO 0.01 Fe2O3 Vết P 2O 5 0.07 SO3 0.02 Cl Vết Nước 74.0 Tổng cộng 100 2.1.2 Tính chất lý học của sacaroza Tinh thể đường sacaroza thuộc hệ đơn tà, trong suốt không màu. Tỷ trọng 1,5878, nhiệt độ nóng chảy 186 ÷ 188oC. Nếu ta đưa từ từ đến nhiệt độ nóng chảy, đường biến thành dạng đặc sệt trong suốt. Nếu kéo dài thời gian đun hoặc đem đun ở nhiệt độ cao, đường sẽ bị mất nước rồi bị thuỷ phân biến thành caramen. Độ hoà tan của đường sacaroza trong nước tăng theo chiều tăng nhiệt độ. Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
13 Bảng 2.1. Độ hoà tan của sacaroza trong nước Nhiệt độ Độ hoà tan Nhiệt độ Độ hoà tan o (g sacaroza/100g nước) (0C) ( C) (g sacaroza/100g nước) 0 179,20 60 287,36 10 190,50 70 302,50 20 203,90 80 362,20 30 219,50 90 415,70 40 238,10 100 487,20 50 260,10 - Độ hoà tan của sacaroza còn phụ thuộc vào các chất không đường có trong dung dịch đường. Đường sacaroza không hoà tan trong dầu hoả, cloroform, CCl4, CS2, benzen, tecpen, ancol, glixerin khan. Trong dung dịch ancol có nước, sacaroza hoà tan một ít. Đường sacaroza còn hoà tan giới hạn trong anilin, piridin, etyl axetat, amyl axetat, phenol và amoniac. - Nhiệt dung riêng trung bình của sacaroza từ 22-51oC là 0,3019. - Dung dịch sacaroza có độ quay cực bên phải. Độ quay cực riêng của sacaroza ít phụ thuộc vào nồng độ và nhiệt độ. Vậy rất thuận tiện cho việc xác định đường bằng phương pháp phân cực. Trị số quay cực của sacaroza [  ]20 = + 66,469 + 0,00870C – 0,00235C2 (C: nồng độ sacaroza trong 100ml nước). Trị số quay cực trung bình của sacaroza [  ]20 = 66,5o. Kiềm, muối của axit yếu làm giảm độ quay cực của sacaroza [4, tr 12]. 2.1.3. Tính chất hoá học của sacaroza - Tác dụng với axit: dưới tác dụng của axit, sacaroza bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza theo phản ứng: + C12H22O11 + H2O [H ] C6H12O6 + C6H12O6 Sacaroza Glucoza Fructoza + 66,5o +52,5o - 93,0o Hỗn hợp có góc quay trái ngược với góc quay phải của sacaroza. Do đó phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo và hỗn hợp là đường nghịch đảo. - Tác dụng của kiềm: phân tử đường sacaroza không có nhóm hydroxyl glucozit nên không có tính khử. Khi tác dụng với kiềm hoặc kiềm thổ, sacaroza tạo thành sacarat. Trong sacarat, hydro của nhóm hydroxyl được thay thế bằng kim loại. Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
14 Như vậy trong môi trường này có thể coi sacaroza như một axit yếu. Phản ứng tạo sacarat phụ thuộc vào: nồng độ của dung dịch, lượng kiềm và lượng sacaroza. Trong dung dịch đậm đặc và kiềm dư, sacaroza sẽ tạo nên nhiều sacarat. C12H22O11 + NaOH HOH + NaC12H21O11 Khi tác dụng với vôi sẽ thu được các phức sacarat. C12H22O11.CaO.H2O: monocanxi sacarat Dễ hoà tan trong nước C12H22O11.2CaO.2H2O: dicanxi sacarat C12H22O11.3CaO.3H2O: tricanxi sacarat. Ít hoà tan trong nước nên được ứng dụng để lấy đường sacaroza ra khỏi rỉ đường củ cải. Ở trong dung dịch kiềm loãng và dung dịch đường lạnh hầu như không có tác dụng. Nếu kiềm đặc và ở nhiệt độ thấp, đường cũng bị phân giải. Ở pH = 8 ÷ 9 và đun nóng một thời gian, sacaroza bị phân hủy thành hợp chất có màu vàng màu nâu. Trong môi trường kiềm ở nhiệt độ cao, đường bị phân huỷ tạo ra các axit và chất màu...tốc độ phân huỷ tăng theo độ pH, ở nhiệt độ sôi (trong 1h) và pH = 8 ÷ 9 sacaroza chỉ bị phân huỷ 0,05%. Nếu cùng nhiệt độ trên nhưng pH = 12 thì sự phân huỷ đó tăng 0,5%. Đường bị phân huỷ % 1,5 1 0,5 9 10 11 12 8 pH Hình 2.1. Sự phân huỷ sacaroza theo pH Sự phân huỷ và tạo thành các sản phẩm có màu thường do những phản ứng sau: C12H22O11 C12H20O10 C12H18O9 C36H50O25 - H2O - 2H2O - H2O - H2O Sacaroza Izosacaran Caramelan Caramelan (không màu) (không màu) Ehrlich sacaran - H2O - H2O - 19nH2O C36H48O24 C96H102O50 (C12H8O4 )n hoặc (C3H2O) Caramelin Humin Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
15 Chất màu caramen được coi như là hợp chất humin. Đó là sự polyme hoá ở mức độ khác nhau của a - anhidrit [4, tr 14]. 2.2. Giới thiệu về Sản phẩm Đường thô là loại đường sacaroza được dùng làm nguyên liệu để sản xuất đường tinh luyện, chất lượng phụ thuộc vào nguồn nguyên liệu mía và trình độ kỹ thuật của mỗi nước. Chất lượng tương đối thấp vì vậy ít được sử dụng cho mục đích sản xuất thực phẩm công nghiệp và ăn uống hằng ngày. Đường thô trong quá trình bảo quản sẽ bị biến chất, độ ẩm tăng, màu sắc đậm hơn…làm chất lượng đường thành phẩm bị hạn chế rất nhiều, thời gian bảo quản ngắn. Vì vậy bảo quản để đường không bị biến chất thì phải kiểm tra thường xuyên các chỉ tiêu để có biện pháp bảo quản thích hợp, và có biện pháp khắc phục kịp thời khi có sự cố xảy ra. Ngày nay sản xuất đường tinh luyện từ đường thô mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn, rút ngắn quy trình sản xuất và giảm chi phí đầu tư cho các nhà máy đường hiện đại đồng thời giảm được giá thành sản phẩm. Đường thô có chất lượng tốt sẽ tăng hiệu quả sản xuất, rút ngắn thời gian tinh luyện. Chất lượng đường thô được đánh giá qua các yếu tố về màu sắc, độ Pol, độ tro trong đường và qua các chỉ tiêu. Bảng 2.2. Các chỉ tiêu cảm quan của đường thô [8] Chỉ tiêu Hạng 1 Hạng 2 Hình dạng Tinh thể màu vàng đến nâu, kích thước tương đối đồng đều, tơi khô, không vốn cục Mùi vị Tinh thể đường hoặc dung dịch đường trong nước có vị ngọt tự nhiên, có vị mật của mía và không có mùi vị lạ. Màu sắc Màu vàng nâu đến nâu, khi pha Màu vàng nâu đến nâu, khi pha trong nước cho dung dịch trong trong nước cho dung dịch tương đối trong. Bảng 2.3. Các chỉ tiêu lý hoá của đường thành phẩm [8] STT Chỉ tiêu Hạng 1 Hạng 2 Độ Pol( oZ) không nhỏ hơn 1 98.5 96,5 2 Lượng đường khử, % khối lượng không lớn hơn 0,35 0,65 3 Tro dẫn điện, % khối lượng không lớn hơn 0,3 0,4 Sự giảm khối lượng khi sấy ở 105oC sau 3 h, % 4 0,2 0,5 khối lượng không lớn hơn 5 Độ màu, đơn vị Icumsa(IU), không lớn hơn 1000 2500 Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
16 Mọi người vẫn thường nói “thương trường là chiến trường”. Sự cạnh tranh đã và đang trở nên gay gắt không chỉ ở Việt Nam mà trên toàn thế giới. Ngày nay, khách hàng là “thượng đế” vì thế các doanh nghiệp muốn đứng vững trên thị trường không những cần phải nâng cao chất lượng của sản phẩm, tạo ra và thay đổi mẫu mã cho phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng mà còn phải đảm bảo các kênh phân phối, các dịch vụ liên quan tới việc tiêu thụ sản phẩm với giá bán hợp lý để tiêu thụ được sản phẩm của mình. Trong thời buổi cạnh tranh gay gắt như hiện nay thì việc tiêu thụ sản phẩm đã trở thành một vấn đề sống còn đối với doanh nghiệp. Nếu không tiêu thụ được sản phẩm thì doanh nghiệp sẽ bị thua lỗ do các sản phẩm bị tồn đọng và làm cho doanh nghiệp không thu hồi được vốn, không có khả năng tái sản xuất và doanh nghiệp sẽ tiến tới bờ vực phá sản. Chính vì thế, tiêu thụ sản phẩm cũng luôn chiếm giữ một vị trí quan trọng hàng đầu trong mọi doamh nghiệp. Trước tầm quan trọng của quá trình tiêu thụ sản phẩm, công ty phải quan tâm đến các hoạt động tiêu thụ sản phẩm. Tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, giá thành thấp để đảm bảo cạnh tranh với một số nước trên thế giới là vấn đề cấp bách hiện nay với một số nhà máy đường ở nước ta, hạn chế việc nhập khẩu đường từ nước ngoài. Hình 2.2. sản phẩm đường [17] Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
17 CHƯƠNG 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ 3.1. Chọn phương pháp sản xuất 3.1.1. Chọn phương pháp lấy nước mía [7] Trong công nghiệp sản xuất mía đường có hai phương pháp lấy nước mía. Đó là phương pháp ép kết hợp thẩm thấu và phương pháp khuếch tán. - Phương pháp ép kết hợp thẩm thấu: nước (hay dung dịch nước đường) có nhiệt độ xấp xỉ 600C được tưới vào bã trước khi bã vào che ép tiếp theo. Lượng nước được sử dụng khoảng 200% so với lượng xơ mía, sử dụng với hệ thống máy ép 4 trục. Phương pháp cho hiệu suất không cao thường chỉ đạt 95 ÷ 97% hiệu quả thu hồi thấp. - Phương pháp khuếch tán: lấy nước mía bằng phương pháp khuếch tán cho hiệu suất cao, giảm chi phí đầu tư cho thiết bị, cho hiệu quả kinh tế cao. Phương pháp này chủ yếu được áp dụng nhiều ở những nước công nghệ sản xuất cao, tiên tiến, đội ngũ công nhân có trình độ kĩ thuật cao, thao tác giỏi. Phương pháp ép Phương pháp khuếch tán - Hiệu suất trích li 92% - Hiệu suất trích li 97% - Tổng hiệu suất thu hồi 80% - Tổng hiệu suất thu hồi 82% - Tiêu hao năng lượng nhiều - Tiêu hao năng lượng ít - Vốn đầu tư cao - Vốn đầu tư thấp (tiết kiệm khoảng 30% so với phương ép) - Nhiên liệu dùng trong bốc hơi ít - Tiêu hao nhiên liệu trong bốc hơi nhiều - Chất không đường trong nước mía - Chất không đường trong nước mía hỗn hỗn hợp ít hơn, ít tổn thất đường trong hợp nhiều, do dó tăng tổn thất đường mật cuối thấp. trong mật cuối. 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 chỉnh và Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
18 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 thô trong điều kiện nền kinh tế nước ta hiện nay tôi chọn phương pháp ép để lấy nước mía. 3.1.2. Chọn phương pháp làm sạch Nước mía sau khi ra khỏi cây mía có tính acid với pH = 4.0 ÷ 5.5 và chứa nhiều tạp chất không đường khác. Do đó làm sạch nước mía nhằm trung hòa nước mía hỗn hợp và loại bỏ chất không đường, đặc biệt là những chất hoạt động bề mặt. Để loại bỏ những tạp chất thô không hòa tan sử dụng các loại rây có kích cỡ khác nhau. Loại bỏ chất keo, cần tạo các điều kiện để keo tụ hay sử dụng các chất hấp phụ lôi kéo các chất keo đồng kết tủa, sau đó lắng, lọc để loại các kết tủa này. Loại các chất hòa tan có khả năng keo tụ, cần tạo điều kiện để các chất tan kết tụ và phân riêng các kết tủa bằng biện pháp lắng hoặc lọc. Loại bỏ các chất màu hòa tan, phương pháp hữu hiệu nhất là hấp phụ bằng than và đất hoạt tính. Loại các chất hòa tan không keo tụ như cation kim loại kiềm hay các anion dễ tan thì sử dụng các cột trao đổi ion. - Phương pháp vôi : đây là phương pháp đơn giản và được áp dụng từ rất lâu. Nước mía được làm sạch dưới tác dụng của nhiệt và vôi, thu được sản phẩm đường thô. Phương pháp vôi sử dụng để sản xuất mật trầm, đường cát vàng… - Phương pháp sunfit hoá còn gọi là phương pháp SO2, vì sử dụng lưu huỳnh dưới dạng khí SO2 để làm sạch nước mía. Thường dùng để sản xuất đường trắng RS có thể dùng sản xuất đường thô pol cao. - Phương pháp cacbonat hoá phương pháp này sử dụng khí CO2 xông vào nước mía để loại các chất không đường, phương pháp cacbonat hoá dùng để sản xuất RE. Cả 3 phương pháp làm sạch trên đều cho những hiệu quả, tuy nhiên tuỳ vào điều kiện và tính chất của sản phẩm mà có phương pháp xử lý thích hợp vừa đảm Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
19 bảo chất lượng thành phẩm, vừa nâng cao hiệu quả kinh tế cho nhà máy. Để sản xuất đường thô thì chọn phương pháp vôi hoặc phương pháp sunfit hoá kiềm nhẹ. Còn phương pháp CO2, và các phương pháp SO2 khác được sử dụng để sản xuất đường trắng và đường tinh luyện. Trong quá trình làm sạch, vôi đóng vai trò là chất phản ứng chính tạo ra kết tủa có tính hấp thụ nhằm kết lắng các chất keo, chất không đường làm trong nước mía. Vôi còn là chất sát khuẩn tốt có khả năng hạn chế sự phát triển của vi sinh vật trong nước mía. Nước mía được làm sạch dựa vào tác dụng của vôi, hiệu quả làm sạch không cao, chất lượng sản phẩm ở mức trung bình. Phương pháp gia vôi được chia làm 3 loại: - Cho vôi vào nước mía lạnh - Cho vôi vào nước mía nóng - Cho vôi phân đoạn 3.1.2.1. Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh Đưa nước mía hỗn hợp vào thùng trung hòa, rồi cho sữa vôi vào khuấy trộn đều sao cho PH = 7,2 - 7,5. Sau đó đun nước mía đã gia vôi đến 102÷105oC, rồi lắng thu nước lắng trong, nước bùn đưa đi ép lọc để tận thu. 3.1.2.2. Phương pháp cho vôi vào nước mía nóng. Đun nước mía hỗn hợp đến 105oC để làm ngưng tụ một số keo. Cho vôi vào thùng trung hòa khuấy trộn đều để kết tủa được hoàn toàn, sau đó loại chất kết tủa ở thiết bị lắng. 3.1.2.3.Gia vôi phân đoạn. Đây là phương pháp tối ưu nhất của việc làm sạch nước mía bằng vôi. Cho vôi vào đưa hỗn hợp nước mía đến pH = 6,4 sau đó đun sôi hỗn hợp (t = 105 – 110oC), tiếp tục cho vôi vào đến pH = 7,6 rồi lại đun sôi tiếp tục (t = 105 – 110oC). Phương pháp gia vôi phân đoạn tiết kiệm được 35% lượng vôi so với phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh, rút ngắn thời gian lắng, độ tinh khiết nước mía tăng, hiệu suất làm sạch tốt. Phương pháp cho vôi vào nước mía lạnh có hiệu suất làm sạch thấp nhất trong 3 phương pháp và tiêu tốn nhiều vôi nhất. Còn phương pháp cho vôi vào nước mía nóng thì màu nước mía dễ bị đậm và so với phương Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày
20 pháp cho vôi phân đoạn thì vẫn sử dụng nhiều vôi hơn. Phương pháp cho vôi phân đoạn nhiều ưu điểm hơn cả trong 3 phương pháp vôi, vừa cho hiệu quả làm sạch tốt lại sử dụng ít vôi nhất. Ưu, nhược điểm của phương pháp cho vôi phân đoạn. - Ưu điểm:+ Quản lý và thao tác tương đối dễ + Dây chuyền công nghệ đơn giản, chi phí đầu tư thấp + Giảm 35% lượng vôi so với hai phương pháp cho vôi trên. + Hiệu suất làm sạch cao tốt, loại chất không đường cao, tốc độ kết lắng nhanh, dung tích bùn nhỏ. - Nhược điểm + Hiệu suất thu hồi đường không cao + Khống chế không tốt dễ gây chuyển hoá và phân huỷ đường. + Chất lượng sản phẩm không cao nên chủ yếu là sản xuất đường thô. Do đó tôi chọn phương pháp cho vôi phân đoạn để làm sạch nước mía. 3.1.3. Chọn chế độ nấu đường Mục đích của quá trình nấu đường là tách nước ra khỏi mật chè, đưa dung dịch đến trạng thái quá bão hoà để thực hiện quá trình kết tinh đường. Sản phẩm sau khi nấu đường là đường non và mật cái. Trong sản xuất người ta thường áp dụng hai chế độ nấu đường, chế độ nấu gián đoạn và nấu liên tục. Nấu liên tục cho hiệu quả cao hơn nấu gián đoạn nhưng đầu tư lớn hơn, thiết bị phải hoàn toàn nhập ngoại và yêu cầu công nhân có trình độ kỹ thuật cao, vận hành hệ thống tốt vì hệ thống nấu liên tục có cách vận hành phức tạp. So với phương pháp nấu liên tục thì nấu gián đoạn còn nhiều hạn chế thời gian nấu dài hơn, hiệu suất không cao, khó cơ giới hóa. Tuy nhiên với tình hình nền kinh tế thực tế sản xuất nước ta hiện nay là rất phù hợp. Do trình độ vận hành của công nhân còn thấp nên trong quá trình nấu khi gặp sự cố có thể xử lý dễ dàng. Chọn chế độ nấu đường dựa trên cơ sở độ tinh khiết của mật chè sau khi làm sạch, yêu cầu chất lượng sản phẩm, trình độ thao tác công nhân và tình hình thiết bị nhà máy. Để nâng cao hiệu quả sản xuất vì vậy không thể sử dụng chế độ nấu 2 hệ. Công đoạn làm sạch nước mía sử dụng phương pháp vôi nên độ tinh khiết không Thiết kế nhà máy đường thô năng suất 1450 tấn mía/ngày