Tài liệu Nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường

®Æng nguyªn tho¹i bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------- luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc ngµnh : c«ng nghÖ ho¸ häc C¤NG NGHÖ hãa häc Nghiªn cøu kh¶ n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng, øng dông cho nhµ m¸y ®­êng tuy hßa, tØnh phó yªn ®Æng nguyªn tho¹i 2007 - 2009 Hµ Néi 2009 Hµ néi - 2009 bé gi¸o dôc vµ ®µo t¹o tr­êng ®¹i häc b¸ch khoa hµ néi --------------------------------------®Æng nguyªn tho¹i Nghiªn cøu kh¶ n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng, øng dông cho nhµ m¸y ®­êng tuy hßa, tØnh phó yªn luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc ngµnh : c«ng nghÖ ho¸ häc NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. NGUYỄN BIN Hµ néi - 2009 MôC LôC Trang Më §ÇU ........................................................................................................... 1 PHÇN 1. TæNG QUAN ................................................................................... 3 CH¦¥NG 1. TæNG QUAN VÒ C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT §¦êNG ..... 3 1.1.1. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng .............................................................. 3 1.1.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp ®­êng ........................ 3 1.1.1.2. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng ...................................................... 4 1.1.1.3. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng b»ng ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh .............................................................................................. 5 1.1.2. Giíi thiÖu vÒ Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa, tØnh Phó Yªn ................. 10 CH¦¥NG 2. VÊN §Ò N¡NG L¦îNG TRONG C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT §¦êNG ......................................................................................... 12 1.2.1. Nhu cÇu sö dông h¬i trong nhµ m¸y ®­êng .................................. 12 1.2.2. S¬ ®å cÊp h¬i trong nhµ m¸y ®­êng ............................................. 13 1.2.3. Tiªu thô h¬i trong c¸c c«ng ®o¹n cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng. 14 1.2.4. C« ®Æc n­íc mÝa ........................................................................... 15 CH¦¥NG 3. HÖ THèNG C¤ §ÆC TRONG C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT §¦êNG ..................................................................................................... 16 1.3.1. Nh÷ng ®Æc ®iÓm cña qu¸ tr×nh c« ®Æc .......................................... 16 1.3.2. HÖ thèng c« ®Æc nhiÒu nåi trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng ....... 17 1.3.2.1. Nguyªn t¾c c« ®Æc nhiÒu nåi .............................................. 18 1.3.2.2. Giíi h¹n nhiÖt ®é cña h¬i ®èt ............................................. 18 1.3.2.3. Giíi h¹n ®é ch©n kh«ng nåi cuèi ....................................... 19 1.3.2.4. Sè nåi thÝch hîp trong hÖ thèng c« ®Æc nhiÒu nåi ............. 20 CH¦¥NG 4. C¸C BIÖN PH¸P TIÕT KIÖM N¡NG L¦îNG H¥I TRONG C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT §¦êNG ......................................... 23 1.4.1. Nguyªn t¾c chung lµm gi¶m l­îng h¬i tiªu hao cho c«ng nghÖ .. 23 1.4.1.1. Sö dông h¬i thø thay thÕ cho h¬i th¶i ................................ 23 1.4.1.2. N©ng cao hÖ sè truyÒn nhiÖt cho thiÕt bÞ c« ®Æc................ 24 1.4.1.3. Gi¶m tèi ®a nhiÖt tæn thÊt ra m«i tr­êng xung quanh ....... 25 1.4.2. C¸c biÖn ph¸p lµm gi¶m l­îng h¬i tiªu hao cho c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng.............................................................................................. 26 1.4.2.1. Sö dông c¸c thiÕt bÞ hiÖn ®¹i ............................................. 26 1.4.2.2. Lùa chän ph­¬ng ¸n c« ®Æc hîp lý ................................... 31 1.4.2.3. T¨ng c­êng viÖc sö dông h¬i thø thay thÕ cho h¬i th¶i .... 32 1.4.2.4. TËn dông h¬i tù bèc cña n­íc ng­ng ................................ 35 1.4.2.5. TËn dông nhiÖt tõ n­íc ng­ng .......................................... 36 1.4.2.6. Sö dông h¬i thø nåi c« ®Æc cuèi ........................................ 37 1.4.2.7. Gi¶m tèi ®a tæn thÊt nhiÖt ra m«i tr­êng xung quanh....... 37 1.4.2.8. C¸c biÖn ph¸p kh¸c ........................................................... 38 PHÇN 2. PH¦¥NG PH¸P NGHI£N CøU .................................................... 42 2.1. §èi t­îng nghiªn cøu .......................................................................... 42 2.2. Néi dung nghiªn cøu ........................................................................... 42 2.3. Ph­¬ng ph¸p nghiªn cøu ..................................................................... 42 2.3.1. TÝnh c©n b»ng vËt chÊt ................................................................ 42 2.3.2. TÝnh c©n b»ng nhiÖt l­îng .......................................................... 43 2.3.2.1. HÖ thèng gia nhiÖt n­íc mÝa ............................................ 43 2.3.2.2. HÖ thèng nÊu ®­êng ......................................................... 44 2.3.2.3. HÖ thèng c« ®Æc nhiÒu nåi ................................................ 44 2.3.3. TÝnh ph­¬ng ¸n sö dông h¬i hiÖu qu¶ ........................................ 48 2.4. Ph­¬ng ¸n c¶i tiÕn c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng t¹i Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa, n¨ng suÊt 1500 tÊn mÝa/ngµy ............................................................ 49 2.4.1. Kh¶o s¸t hÖ thèng c« ®Æc hiÖn t¹i cña Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa .... 49 2.4.2. §Ò xuÊt ph­¬ng ¸n sö dông tiÕt kiÖm n¨ng l­îng ........................... 50 PHÇN 3. KÕT QU¶ Vµ TH¶O LUËN ......................................................... 51 3.1. TÝnh to¸n s¬ bé l­îng h¬i tiªu thô cho c¸c c«ng ®o¹n ......................... 51 3.1.1. N­íc chÌ trong vµ mËt chÌ ........................................................... 51 3.1.2. Nhu cÇu h¬i c«ng nghiÖp .............................................................. 51 3.1.2.1. Gia nhiÖt n­íc chÌ .............................................................. 52 3.1.2.2. C« ®Æc n­íc chÌ ................................................................. 52 3.1.2.3. NÊu ®­êng .......................................................................... 53 3.2. Tiªu hao h¬i cho c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng ........................................ 54 3.2.1. HÖ c« ®Æc 4 nåi kh«ng trÝch h¬i thø ............................................. 54 3.2.2. HÖ c« ®Æc 4 nåi trÝch h¬i thø nåi 1 ............................................... 55 3.2.3. HÖ c« ®Æc 4 nåi trÝch h¬i thø nåi 1 vµ nåi 2 ................................. 56 3.2.4. HÖ c« ®Æc 4 nåi trÝch h¬i thø nåi 1, nåi 2 vµ nåi 3 ....................... 58 3.2.5. HÖ c« ®Æc 5 nåi kh«ng trÝch h¬i thø ............................................. 61 3.2.6. HÖ c« ®Æc 5 nåi trÝch h¬i thø nåi 1 ............................................... 63 3.2.7. HÖ c« ®Æc 5 nåi trÝch h¬i thø nåi 1 vµ nåi 2 ................................. 64 3.2.8. HÖ c« ®Æc 5 nåi trÝch h¬i thø nåi 1, nåi 2 vµ nåi 3 ....................... 66 3.2.9. HÖ c« ®Æc 5 nåi trÝch h¬i thø nåi 1, nåi 2, nåi 3 vµ nåi 4 ............. 67 3.3. X©y dùng ch­¬ng tr×nh tÝnh to¸n cho hÖ thèng c« ®Æc 4 nåi vµ 5 nåi ... 70 3.3.1. Ph­¬ng ¸n c« ®Æc 4 nåi cã trÝch h¬i thø nåi 1, nåi 2 vµ nåi 3 ........... 70 3.3.2. Ph­¬ng ¸n c« ®Æc 5 nåi cã trÝch h¬i thø nåi 1, nåi 2, nåi 3 vµ nåi 4 .. 74 3.4. Ph­¬ng ¸n c¶i tiÕn c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng t¹i Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa, tØnh Phó Yªn ........................................................................................ 76 3.4.1. S¬ ®å ph©n phèi h¬i hiÖn t¹i cña Nhµ m¸y ................................... 76 3.4.1.1. S¬ ®å ph©n phèi h¬i ............................................................. 76 3.4.1.2. C¸c ®iÒu kiÖn vÒ c«ng nghÖ ................................................ 77 3.4.1.3. C¸c ®iÒu kiÖn vÒ thiÕt bÞ ...................................................... 77 3.4.2. L­îng h¬i tiªu hao cho tõng c«ng ®o¹n t¹i Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa ......................................................................................................... 78 3.4.3. NhËn xÐt hiÖu qu¶ lµm viÖc cña hÖ thèng ..................................... 78 3.4.4. §Ò xuÊt ph­¬ng ¸n c¶i tiÕn c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng cho Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa ............................................................................... 80 KÕT LUËN ..................................................................................................... 82 TµI LIÖU THAM KH¶O ............................................................................... 83 PHô LôC ........................................................................................................ 85 PHô LôC 1................................................................................................ 85 PHô LôC 2................................................................................................ 86 Phô lôc 3................................................................................................ 87 Phô lôc 4.............................................................................................. 101 tãm t¾t luËn v¨n ................................................................................ 116 abstract .................................................................................................. 117 -1- Më §ÇU Víi sù ph¸t triÓn ngµy cµng m¹nh mÏ cña nhiÒu ngµnh khoa häc kü thuËt th× vÊn ®Ò n¨ng l­îng lu«n ®­îc c¸c quèc gia ®Æt lªn hµng ®Çu. Bªn c¹nh viÖc t×m ra c¸c nguån n¨ng l­îng míi thay thÕ cho c¸c nguån nhiªn liÖu truyÒn thèng ®ang ngµy cµng c¹n kiÖt th× viÖc nghiªn cøu c¸c biÖn ph¸p nh»m tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt còng ®ang ®­îc quan t©m. Còng nh­ c¸c ngµnh khoa häc kü thuËt kh¸c, trong ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®­êng th× n¨ng l­îng tiªu thô nhiÒu ®Õn møc lµ mét trong c¸c yÕu tè ¶nh h­ëng lín ®Õn gi¸ thµnh s¶n phÈm. N¨ng l­îng sö dông trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng chñ yÕu lµ ®iÖn, h¬i, nhiÖt; trong ®ã n¨ng l­îng h¬i ®ãng vai trß quan träng nhÊt. H¬i sö dông trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng chñ yÕu lµ c¸c lo¹i h¬i n­íc: h¬i ¸p suÊt cao, h¬i trung ¸p vµ h¬i b·o hßa ¸p suÊt thÊp. ViÖc nghiªn cøu c¸c biÖn ph¸p tiÕt kiÖm n¨ng l­îng h¬i trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng kh«ng nh÷ng lµm gi¶m l­îng nhiªn liÖu tiªu thô nh­ than, dÇu FO mµ cßn tham gia vµo qu¸ tr×nh s¶n xuÊt ra ®iÖn n¨ng phôc vô nhu cÇu cho nhµ m¸y. H¬n n÷a, l­îng b· mÝa d­ tõ qu¸ tr×nh ®èt b· mÝa sÏ lµ nguån nguyªn liÖu cho ngµnh c«ng nghÖ s¶n xuÊt giÊy, v¸n Ðp,… Trªn thÕ giíi, vÊn ®Ò tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng ®· ®­îc quan t©m tõ khi ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®­êng ra ®êi; ®Æc biÖt ë c¸c nhµ m¸y ®­êng cñ c¶i - n¬i mµ kh«ng cã b· mÝa ®Ó phôc vô nhu cÇu ®èt lß h¬i th× vÊn ®Ò tiÕt kiÖm n¨ng l­îng lu«n ®­îc ®Æt lªn hµng ®Çu. Ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®­êng ë ViÖt Nam cßn non trÎ so víi c¸c n­íc trªn thÕ giíi. Trong nh÷ng n¨m ®Çu míi thµnh lËp, do ch­a chó ý ®Õn vÊn ®Ò tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng nªn l­îng h¬i tiªu hao lµ rÊt lín (chiÕm tõ 55 - 60 tÊn h¬i/100 tÊn mÝa). Do l­îng h¬i tiªu hao cho c«ng nghÖ rÊt lín nªn kh«ng ®ñ b· mÝa ®Ó ®èt lß h¬i; v× vËy c¸c nhµ m¸y cÇn sö dông c¸c lo¹i nhiªn liÖu truyÒn thèng kh¸c nh­ than, dÇu FO,… §iÒu nµy lµm t¨ng gi¸ thµnh s¶n phÈm, gi¶m kh¶ n¨ng c¹nh tranh víi c¸c s¶n phÈm n­íc ngoµi. HiÖn nay, c¸c nhµ m¸y ®­êng trong n­íc kh«ng ngõng nghiªn luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -2cøu c¸c kh¶ n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ ®Ó võa ®¶m b¶o chÊt l­îng s¶n phÈm võa gi¶m gi¸ thµnh s¶n phÈm, t¨ng kh¶ n¨ng c¹nh tranh cña s¶n phÈm trªn thÞ tr­êng. Kh¶ n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng l­îng h¬i trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: ®iÒu kiÖn trang thiÕt bÞ, tr×nh ®é tù ®éng hãa, tr×nh ®é qu¶n lý s¶n xuÊt, vËn hµnh thiÕt bÞ, viÖc ph©n phèi h¬i cho toµn nhµ m¸y hîp lý vµ ®Æc biÖt lµ viÖc bè trÝ hÖ thèng c« ®Æc. C¸c yÕu tè nµy kh«ng chØ ®¶m b¶o ®­îc c¸c yªu cÇu c«ng nghÖ, yªu cÇu vÒ chÊt l­îng s¶n phÈm mµ cßn cho phÐp tiÕt kiÖm ®­îc n¨ng l­îng trong qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. Trªn cë së ph©n tÝch trªn, t«i chän ®Ò tµi cho b¶n luËn v¨n th¹c sÜ cã tiªu ®Ò: “nghiªn cøu kh¶ n¨ng tiÕt kiÖm n¨ng l­îng trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng, øng dông cho nhµ m¸y ®­êng tuy hßa, tØnh phó yªn” Môc ®Ých cña ®Ò tµi lµ: - Nghiªn cøu nh÷ng c«ng ®o¹n cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng theo yªu cÇu n¨ng l­îng. Cô thÓ tÝnh to¸n l­îng h¬i tiªu thô cho c¸c c«ng ®o¹n gia nhiÖt, c« ®Æc vµ nÊu ®­êng. Tõ ®ã ®­a ra ph­¬ng ¸n sö dông h¬i tiÕt kiÖm nhÊt. - Kh¶o s¸t c«ng nghÖ s¶n xuÊt hiÖn t¹i cña Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa. Tõ ®ã ®­a ra ph­¬ng ¸n ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng l­îng cho Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa, tØnh Phó Yªn. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -3- PHÇN 1. TæNG QUAN CH¦¥NG 1. TæNG QUAN VÒ C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT §¦êNG 1.1.1. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng 1.1.1.1. LÞch sö ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp ®­êng [3,13,17] §­êng rÊt quan träng trong cuéc sèng hµng ngµy cña con ng­êi. §­êng kh«ng chØ lµm gia t¨ng vÞ ngon vµ mµu s¾c cña thùc phÈm mµ cßn cã nh÷ng ®Æc tÝnh kh¸c (nh­ dïng lµm chÊt b¶o qu¶n, chÊt nÒn cho qu¸ tr×nh lªn men, nguån gèc t¹o ra n¨ng l­îng,…). Tõ x­a, ®­êng ®­îc lÊy tõ mËt ong vµ qu¶ d¹i. XÐt vÒ gãc ®é lÞch sö, ®­êng mÝa xuÊt hiÖn kh¸ muén mÆc dï c©y mÝa ®­îc trång tõ rÊt sím, tõ kho¶ng 3000 n¨m tr­íc c«ng nguyªn. Trong suèt thêi gian dµi tõ thêi kú Cæ ®¹i cho ®Õn thêi kú Trung cæ, viÖc s¶n xuÊt ®­êng lµ hoµn toµn b»ng ph­¬ng ph¸p thñ c«ng, dïng søc ng­êi hoÆc søc ®éng vËt ®Ó trÝch ly n­íc mÝa. Sau ®ã ng­êi ta thu håi ®­êng trong n­íc mÝa trªn c¸c ch¶o nÊu ®­êng ®­îc ®un nãng b»ng cñi. N­íc ®­êng ®­îc c« ®Æc tíi nång ®é yªu cÇu vµ ®­îc lµm nguéi ®Ó kÕt tinh. Qu¸ tr×nh nµy tiªu hao rÊt nhiÒu n¨ng l­îng vµ chØ thu ®­îc ®­êng n©u víi chÊt l­îng thÊp. Nh÷ng b­íc tiÕn quan träng nhÊt trong lÞch sö ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp ®­êng mÝa lµ viÖc ph¸t minh ra m¸y Ðp 2 trôc ®øng (n¨m 1637), sö dông hÖ thèng c¸c nåi lµm s¹ch vµ nÊu ®­êng liªn tiÕp (n¨m 1650). Sù khan hiÕm nhiªn liÖu ®· lµm n¶y sinh ý t­ëng sö dông b· mÝa lµm nhiªn liÖu ®un nãng n­íc mÝa vµ nÊu ®­êng tõ n¨m 1675. N¨ng l­îng tõ h¬i n­íc ®­îc t×m ra n¨m 1722 vµ b¾t ®Çu ®­îc ¸p dông vµo ngµnh ®­êng tõ n¨m 1800 ®· lµm thay ®æi s©u s¾c ngµnh s¶n xuÊt ®­êng dÉn ®Õn viÖc ph¸t minh ra hÖ nhiÒu m¸y Ðp (n¨m 1794), nåi nÊu ®­êng ch©n kh«ng (n¨m 1813), m¸y ly t©m (n¨m 1837), hÖ c« ®Æc nhiÒu nåi (1844) vµ m¸y xÐ t¬i mÝa (n¨m 1854). C¸c ph¸t minh nµy ®· t¹o c¬ së ph¸t triÓn ngµnh c«ng nghiÖp s¶n xuÊt ®­êng mÝa hiÖn ®¹i cã n¨ng suÊt cao vµ c«ng suÊt lín nhê c¬ khÝ hãa qu¸ tr×nh s¶n xuÊt. §Æc biÖt, Rillieux ®· ph¸t minh ra hÖ thèng c« ®Æc nhiÒu nåi vµ biÖn ph¸p trÝch h¬i luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -4thø dïng lµm h¬i ®èt ®· lµm gi¶m n¨ng l­îng tiªu hao trong s¶n xuÊt. §©y lµ mét b­íc tiÕn quan träng trong lÞch sö ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®­êng. 1.1.1.2. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng [1,2] MÝa c©y Xö lý mÝa Ðp lÊy n­íc mÝa Lµm s¹ch n­íc mÝa C« ®Æc NÊu ®­êng, kÕt tinh, ph©n mËt, sÊy vµ ®ãng bao §­êng thµnh phÈm H×nh 1.1.1. S¬ ®å qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng §­êng c¸t tr¾ng lµ tinh thÓ Saccaroz¬ (C12H22O11) kÕt tinh víi ®é tinh khiÕt cao (> 99,62%), cßn gäi lµ ®­êng kÝnh tr¾ng. Saccaroz¬ cã thÓ ®­îc s¶n xuÊt tõ cñ c¶i ®­êng hoÆc tõ mÝa. N­íc ta lµ mét n­íc n«ng nghiÖp nhiÖt ®íi nªn ®­êng kÝnh ®­îc s¶n xuÊt tõ c©y mÝa. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng ®· ph¸t triÓn vµ thay ®æi qua rÊt nhiÒu thêi kú nh­ng viÖc thu håi ®­êng tõ c©y mÝa vÉn dùa trªn c¸c b­íc c¬ b¶n sau: (H×nh 1.1.1) luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -5- MÝa c©y ®­îc thu ho¹ch tõ c¸c vïng trång mÝa vµ vËn chuyÓn vÒ nhµ m¸y. T¹i ®©y mÝa ®­îc xö lý nh»m ph¸ vì líp vá cøng vµ cÊu tróc chÆt chÏ cña th©n mÝa t¹o ®iÒu kiÖn thuËn lîi cho viÖc lÊy n­íc mÝa; - N­íc mÝa ®­îc lÊy ra khái c©y mÝa nhê ph­¬ng ph¸p Ðp nªn cã chøa mét l­îng nhÊt ®Þnh c¸c t¹p chÊt. V× vËy cÇn ph¶i ®­îc ®­a ®i lµm s¹ch ®Ó lo¹i bá c¸c t¹p chÊt kh«ng ®­êng tr­íc khi ®­a tíi c¸c c«ng ®o¹n tiÕp sau; - Qu¸ tr×nh thu håi ®­êng qua 2 c«ng ®o¹n: c« ®Æc vµ nÊu ®­êng + Qu¸ tr×nh c« ®Æc nh»m bèc h¬i mét phÇn n­íc trong hçn hîp n­íc mÝa, ®­a dung dÞch ®­êng ®Õn nång ®é thuËn lîi cho qu¸ tr×nh nÊu ®­êng nh»m thu håi ®­êng d­íi d¹ng tinh thÓ. + Qu¸ tr×nh nÊu ®­êng: ®­êng tinh thÓ ®­îc t¸ch ra tõ hçn hîp tinh thÓ ®­êng vµ mËt hay cßn ®­îc gäi lµ ®­êng non råi xö lý ra s¶n phÈm cuèi cïng lµ ®­êng thµnh phÈm. 1.1.1.3. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng b»ng ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh [1,2] Cã rÊt nhiÒu ph­¬ng ph¸p kh¸c nhau ®Ó thu ®­îc ®­êng thµnh phÈm. Sù kh¸c nhau gi÷a c¸c ph­¬ng ph¸p chñ yÕu lµ ë c«ng ®o¹n lµm s¹ch n­íc mÝa. Lµm s¹ch n­íc mÝa lµ kh©u rÊt quan träng, quyÕt ®Þnh ®Õn chÊt l­îng s¶n phÈm. V× vËy, ®Ó s¶n xuÊt c¸c lo¹i ®­êng n©u ta cã thÓ dïng v«i ®Ó lµm s¹ch dung dÞch. Trong khi ®ã muèn cã ®­êng tr¾ng, ngoµi v«i ta cßn ph¶i dïng hãa chÊt m¹nh h¬n nh­ SO2, CO2,… HiÖn nay ë ViÖt Nam, c¸c nhµ m¸y ®­êng chñ yÕu s¶n xuÊt ®­êng tr¾ng b»ng ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh. Ph­¬ng ph¸p nµy sö dông t¸c nh©n lµm s¹ch n­íc mÝa chñ yÕu lµ khÝ SO2 vµ v«i. KhÝ SO2 khi x«ng vµo hçn hîp n­íc mÝa ®­a n­íc mÝa vÒ m«i tr­êng axit cã ®é pH = 3 ÷ 4. V× vËy s¶n xuÊt ®­êng theo ph­¬ng ph¸p nµy ®­îc gäi lµ ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng tr¾ng theo ph­¬ng ph¸p nµy kh¸ ®¬n gi¶n, s¬ ®å c«ng nghÖ vµ thiÕt bÞ t­¬ng ®èi ®¬n gi¶n, tiªu hao hãa chÊt Ýt, vèn ®Çu t­ thiÕt bÞ thÊp. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng theo ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh ®­îc m« t¶ ë h×nh 1.1.2. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -6MÝa c©y Xö lý s¬ bé Ðp mÝa B· mÝa Hçn hîp n­íc mÝa Ca(OH)2 + H3PO4 Bïn läc Gia v«i s¬ bé pH = 6,8 - 7,0 Gia nhiÖt lÇn 1 t = 60 - 700C KhÝ SO2 X«ng SO2 lÇn 1 pH = 3,4 - 3,8 Ca(OH)2 Trung hßa pH = 7,3 - 7,5 Gia nhiÖt lÇn 2 t = 100 - 1040C N­íc bïn L¾ng Läc N­íc l¾ng trong N­íc läc trong Läc N­íc mÝa trong Gia nhiÖt lÇn 3 luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc t = 110 ÷ 1120C -7- C« ®Æc MËt chÌ th« KhÝ SO2 X«ng SO2 lÇn 2 pH =6,2 - 6,6 Läc MËt chÌ tinh NÊu ®­êng §­êng non Trî tinh Ly t©m MËt rØ SÊy ®­êng §ãng bao vµ b¶o qu¶n §­êng thµnh phÈm H×nh 1.1.2. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng tr¾ng theo ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -81. MÝa c©y: trong ®ã cã kho¶ng 12% ®­êng Saccaroz¬ (phô thuéc vµo nhiÒu yÕu tè: gièng mÝa, ®Êt ®ai, chÕ ®é canh t¸c, ®iÒu kiÖn khÝ hËu tõng ®Þa ph­¬ng vµ thêi gian thu ho¹ch mµ thµnh phÇn ®­êng cã thÓ thay ®æi tõ 10 ÷ 15%). Sau khi thu ho¹ch tõ 2 ÷ 3 ngµy nªn ®­îc Ðp ngay. 2. Xö lý s¬ bé vµ Ðp mÝa: mÝa c©y tõ b·i mÝa ®­îc cÈu lªn bôc x¶ mÝa. Tõ bôc x¶, mÝa ®­îc chuyÓn xuèng b¨ng t¶i mÝa, qua m¸y san b»ng vµ ®i vµo m¸y b¨m mÝa. MÝa sau khi ®i qua 2 m¸y b¨m mÝa vµ m¸y ®¸nh t¬i, ®é xÐ t¬i cña mÝa cã thÓ ®¹t ®­îc 80 ÷ 85%. MÝa tiÕp tôc ®­îc qua m¸y san b»ng vµ m¸y khö s¾t råi ®i vµo hÖ m¸y Ðp. HÖ m¸y Ðp th­êng cã 4 m¸y Ðp. Trong qu¸ tr×nh Ðp mÝa cho thªm n­íc thÈm thÊu ®Ó lÊy ®­îc nhiÒu ®­êng trong mÝa. N­íc mÝa Ðp ra tõ m¸y 1 vµ m¸y 2 gäi lµ hçn hîp n­íc mÝa vµ chuyÓn sang bé phËn läc c¸m, vôn mÝa. B· mÝa tõ m¸y Ðp sè 4 ®­a ®i ®èt lß h¬i. 3. Lµm s¹ch vµ c« ®Æc: hçn hîp n­íc mÝa qua c©n n­íc mÝa ®­îc gia v«i s¬ bé ®Õn pH = 6,8 ÷ 7,0 vµ cã thÓ bæ sung mét l­îng P2O5 (kho¶ng 250 ÷ 300 ppm) cã t¸c dông n©ng cao hiÖu qu¶ lµm s¹ch. Sau ®ã, n­íc mÝa ®i gia nhiÖt ®Õn nhiÖt ®é t = 60 ÷ 700C ®Ó x«ng SO2 vµ trung hßa n­íc mÝa ®Õn pH = 7,3 ÷ 7,5. ViÖc x«ng SO2 vµ trung hßa ®­îc thùc hiÖn trong cïng mét thiÕt bÞ ph¶n øng ®­êng èng th¼ng ®øng vµ n»m ngang. Trong thiÕt bÞ cã mét hoÆc nhiÒu miÖng phun. N­íc mÝa sau khi qua miÖng phun sÏ t¹o ¸p suÊt ch©n kh«ng ®Ó SO2 ®­îc hÊp thô vµo n­íc mÝa. Sau ®ã gia nhiÖt n­íc mÝa lÇn thø 2 ®Õn t = 100 ÷ 1040C vµ ®i vµo thiÕt bÞ l¾ng. N­íc mÝa sau khi l¾ng gäi lµ n­íc mÝa trong (hoÆc n­íc chÌ), cßn n­íc bïn ®­a ®i läc ch©n kh«ng hoÆc läc Ðp ®­îc n­íc läc trong (hçn hîp víi n­íc mÝa trong), bïn läc dïng lµm ph©n bãn. N­íc mÝa trong ®i gia nhiÖt lÇn thø 3 ®Õn t = 110 ÷ 1120C vµ vµo hÖ thèng c« ®Æc. HÖ thèng c« ®Æc th­êng gåm tõ 4 ÷ 5 nåi lµm viÖc liªn tôc d­íi ®iÒu kiÖn ¸p lùc vµ ch©n kh«ng. N­íc mÝa sau khi c« ®Æc cã nång ®é chÊt r¾n hßa tan 60 ÷ 65 Bx gäi lµ mËt chÌ th«. MËt chÌ th« ®i qua hÖ thèng xö lý l¾ng næi ®Ó lo¹i c¸c t¹p chÊt l¬ löng, sau ®ã ®i x«ng SO2 ®Ó tÈy mµu vµ ®­îc mËt chÌ tinh. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -94. NÊu ®­êng: mËt chÌ tinh ®­a ®i nÊu ®­êng vµ thùc hiÖn chÕ ®é nÊu 3 lo¹i ®­êng non A, B, C. §­êng non A sau khi trî tinh, ph©n mËt ®­îc ®­êng A lµ ®­êng thµnh phÈm, mËt nguyªn A1 vµ mËt lo·ng A2. MËt A2 dïng nÊu ®­êng non A hoÆc cïng mËt chÌ nÊu gièng cho ®­êng non B vµ C. MËt A1 dïng nÊu ®­êng non B. §­êng B hçn hîp víi mËt chÌ hoÆc n­íc nãng t¹o ®­êng hå lµm ®­êng gièng nÊu ®­êng non A, cßn mËt B dïng nÊu ®­êng non C. §­êng C hßa tan nÊu l¹i ®­êng non A vµ mËt rØ lµ s¶n phÈm phô cña nhµ m¸y cã thÓ dïng lµm nguyªn liÖu s¶n xuÊt cån, m× chÝnh,… S¬ ®å nÊu ®­êng 3 hÖ thÓ hiÖn ë h×nh 1.1.3 MËt chÌ §­êng non A §­êng A MËt A2 §­êng non B MËt A1 §­êng B §­êng non C MËt B §­êng hå §­êng C MËt rØ Hßa tan l¹i H×nh 1.1.3. S¬ ®å nÊu ®­êng 3 hÖ 5. SÊy, ®ãng bao vµ b¶o qu¶n ®­êng §­êng A sau khi li t©m ®­îc ®­a ®i sÊy kh« trong thiÕt bÞ sÊy ®øng, sÊy n»m ngang hoÆc sÊy sµng rung. Sau khi sÊy, ®­êng qua c©n, ®ãng bao 50 kg vµ vËn chuyÓn vµo kho thµnh phÈm. §­êng cÇn ®­îc b¶o qu¶n n¬i kh« r¸o, ®é Èm kh«ng khÝ 60% lµ tèt nhÊt. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -10* Tiªu chuÈn ®­êng tr¾ng cho ë b¶ng 1.1.1 B¶ng 1.1.1. Tiªu chuÈn ®­êng tr¾ng [2] ChØ tiªu - Hµm l­îng Saccaroz¬ tÝnh b»ng % chÊt kh« kh«ng §­êng kÝnh §­êng th­îng h¹ng kÝnh lo¹i I 99,75 99,62 - §é Èm tÝnh b»ng % chÊt kh« kh«ng lín h¬n 0,05 0,07 - Hµm l­îng ®­êng khö tÝnh b»ng % kh«ng lín h¬n 0,05 0,10 - Hµm l­îng tro tÝnh b»ng % chÊt kh« kh«ng lín h¬n 0,05 0,07 - §é mµu tÝnh b»ng % ®é Stame (0St) kh«ng lín h¬n 1,4 2,5 nhá h¬n 1.1.2. Giíi thiÖu vÒ Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa, tØnh Phó Yªn Phó Yªn lµ mét tØnh duyªn h¶i Nam Trung Bé cã khÝ hËu nhiÖt ®íi râ rÖt. V× vËy, tõ nh÷ng n¨m ®Çu míi t¸ch tØnh, Phó Yªn ®· x¸c ®Þnh c©y mÝa lµ c©y c«ng nghiÖp ng¾n ngµy chñ lùc, ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®­êng lµ ngµnh mòi nhän cña tØnh. Do ®ã, n¨m 1993 Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa (TUCSUCO) ®· khëi c«ng ®Çu t­ x©y dùng víi c«ng suÊt 1.250 tÊn mÝa/ngµy, chÝnh thøc ®i vµo ho¹t ®éng vµo vô mÝa 1995 - 1996. HiÖn nay sau khi s¾p xÕp vµ n©ng c«ng suÊt Ðp, n¨ng suÊt cña Nhµ m¸y lµ 1.500 tÊn mÝa/ngµy. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng cña Nhµ m¸y ®­êng Tuy Hßa còng theo ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh. S¬ ®å c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng TUCSOCO ë h×nh 1.1.4. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -11(trang nµy ®Ó vÏ s¬ ®å d©y chuyÒn trªn khæ A3) luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -12- CH¦¥NG 2. VÊN §Ò N¡NG L¦îNG TRONG C¤NG NGHÖ S¶N XUÊT §¦êNG 1.2.1. Tiªu thô h¬i trong c¸c c«ng ®o¹n cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng N¨ng l­îng cung cÊp cho nhµ m¸y ®­êng lµ tõ viÖc tËn dông b· mÝa vµ mét phÇn tõ ®iÖn l­íi hoÆc tõ c¸c nguån n¨ng l­îng kh¸c. Nhµ m¸y chñ yÕu sö dông n¨ng l­îng d­íi d¹ng nhiÖt, ®iÖn, h¬i vµo c¸c môc ®Ých chÝnh sau:  CÊp nhiÖt cho lß h¬i;  CÊp nhiÖt cho qu¸ tr×nh gia nhiÖt, c« ®Æc, nÊu ®­êng;  Víi c¸c môc ®Ých kh¸c (chiÕu s¸ng,…) Víi thùc tr¹ng ngµnh c«ng nghiÖp mÝa ®­êng ViÖt Nam hiÖn nay, phÇn lín c¸c nhµ m¸y ®· cò víi nhiÒu h¹n chÕ vÒ thiÕt bÞ, tr×nh ®é tù ®éng hãa thÊp,… §ång thêi c¸c nhµ m¸y còng ch­a quan t©m nhiÒu ®Õn viÖc tiÕt kiÖm h¬i trong c¸c c«ng ®o¹n cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng ®Ó gi¶m tiªu hao n¨ng l­îng. Do ®ã, l­îng h¬i tiªu hao trong c¸c nhµ m¸y lµ kh¸ lín, tiªu hao h¬i so víi mÝa vÉn n»m tõ 0,55 - 0,6 tÊn h¬i/tÊn mÝa. B¶ng 1.2.1. Tiªu hao n¨ng l­îng trong mét nhµ m¸y s¶n xuÊt ®­êng ë §µi Loan [18] N¨ng l­îng tiªu hao, Tû lÖ, % C«ng ®o¹n KJ/tÊn mÝa - Tuabin ph¸t ®iÖn - M¸y Ðp - C¸c b¬m Tæng cho ®éng lùc - Gia nhiÖt, c« ®Æc - NÊu ®­êng Tæng cho chÕ luyÖn - Tæn thÊt do bøc x¹ - Tæn thÊt theo n­íc ng­ng Tæng tæn thÊt Tæng c¸c yªu cÇu kh¸c TæNG TI£U HAO NHIÖT luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc 72.000 52.744 18.000 142.744 5,26 3,85 1,32 10,43 635.435 376.740 1.012.175 46,43 27,53 73,96 44.372 167.440 211.812 3,24 12,23 15,47 1.968 0,14 1.368.699 100 -13B¶ng 1.2.1 cho thÊy tiªu hao n¨ng l­îng trong c¸c c«ng ®o¹n cña c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng t¹i nhµ m¸y s¶n xuÊt ®­êng ë §µi Loan. Qua ®©y ta thÊy n¨ng l­îng sö dông cho c«ng ®o¹n gia nhiÖt, c« ®Æc, nÊu ®­êng chiÕm mét tû lÖ lín nhÊt (73,96% tæng l­îng h¬i tiªu hao cho toµn bé nhµ m¸y). V× vËy ®Ó tiÕt kiÖm n¨ng l­îng cho c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng th× bªn c¹nh viÖc n©ng cÊp, hoµn thiÖn c¸c thiÕt bÞ cÊp nhiÖt, n©ng cao hiÖu suÊt sö dông n¨ng l­îng, sö dông nguån nguyªn liÖu b· mÝa hîp lý th× gi¶i ph¸p tèt nhÊt lµ tèi ­u viÖc sö dông h¬i trong c¸c c«ng ®o¹n gia nhiÖt, c« ®Æc, nÊu ®­êng. Do h¹n chÕ vÒ ®iÒu kiÖn thêi gian thùc hiÖn luËn v¨n nªn chóng t«i nµy chØ ®­a ra nh÷ng gi¶i ph¸p tiÕt kiÖm h¬i trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng. 1.2.2. Nhu cÇu sö dông h¬i trong nhµ m¸y ®­êng Trong nhµ m¸y ®­êng, nhu cÇu sö dông h¬i rÊt phong phó vµ ®a d¹ng. ViÖc ph©n phèi vµ sö dông h¬i phô thuéc rÊt nhiÒu yÕu tè nh­: - ChÊt l­îng nguyªn liÖu mÝa ®Çu vµo; - Qui tr×nh c«ng nghÖ s¶n xuÊt; - §iÒu kiÖn thiÕt bÞ trong nhµ m¸y; - Kü n¨ng thao t¸c, vËn hµnh. Tuy nhiªn, theo kinh nghiÖm qu¶n lý vµ ®iÒu kiÖn cña c¸c nhµ m¸y ®­êng hiÖn nay, nhiÖt l­îng ph©n phèi cho c¸c c«ng ®o¹n trung b×nh nh­ sau:  10 - 12% cung cÊp ®iÖn n¨ng;  70 - 78% cung cÊp cho chÕ luyÖn (gia nhiÖt, c« ®Æc, nÊu ®­êng,…);  1,2 - 1,3% tæn thÊt nhiÖt do bøc x¹;  0,1 - 7,3% cung cÊp cho ly t©m, sÊy ®­êng, läc;  9,7 - 13% tæn thÊt trong n­íc ng­ng. Trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng vµng th× l­îng h¬i tiªu thô vµo kho¶ng 0,45 - 0,55 tÊn h¬i/tÊn mÝa. L­îng h¬i nµy sÏ t¨ng cao trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng tr¾ng (tõ 0,55 - 0,6 tÊn h¬i/tÊn mÝa). Tuy nhiªn nÕu ta ¸p dông c¸c biÖn ph¸p trÝch h¬i thø hiÖu qu¶ th× cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ l­îng h¬i tiªu thô trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -141.2.3. S¬ ®å cÊp h¬i trong nhµ m¸y ®­êng H×nh 1.2.1 m« t¶ s¬ ®å cÊp h¬i trong nhµ m¸y ®­êng. Trong nhµ m¸y ®­êng cã rÊt nhiÒu bé phËn h¬i sö dông h¬i víi ¸p suÊt kh¸c nhau. Cã 3 lo¹i h¬i lµ h¬i cao ¸p, h¬i trung ¸p vµ h¬i h¹ ¸p. H¬i sö dông trong toµn nhµ m¸y ®­îc s¶n sinh ra tõ lß h¬i cung cÊp h¬i cã ¸p suÊt 16 - 45 at. H¬i cao ¸p cung cÊp n¨ng l­îng ®Ó ch¹y tuabin ph¸t ®iÖn vµ tuabin m¸y Ðp, tõ ®ã s¶n sinh ra h¬i th¶i cã ¸p suÊt thÊp cung cÊp cho c«ng nghÖ. Do l­îng h¬i th¶i tõ c¸c tuabin ®«i khi kh«ng ®ñ cho nhu cÇu h¬i cã ¸p suÊt thÊp dïng trong c«ng nghÖ nªn mét phÇn h¬i sèng tõ lß h¬i ®· qua gi¶m ¸p ®­îc bæ sung cho h¬i c«ng nghÖ. Ngoµi ra trong nhµ m¸y cßn cã mét sè thiÕt bÞ sö dông h¬i ¸p suÊt 6 - 15 at nªn mét phÇn h¬i sèng ®­îc gi¶m ¸p t¹o nªn hÖ thèng h¬i trung ¸p trong nhµ m¸y. HÖ thèng h¬i h¹ ¸p sö dông trong c«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng bao gåm h¬i th¶i tõ c¸c tuabin vµ mét phÇn h¬i sèng cña lß h¬i qua gi¶m ¸p; l­îng h¬i nµy phÇn lín ®­îc dïng cho hÖ thèng c« ®Æc. HÖ thèng c« ®Æc l¹i cã nhiÖm vô ph©n phèi h¬i thø cã ¸p suÊt thÊp h¬n tíi c¸c bé phËn dïng nhiÖt kh¸c. N­íc ng­ng tô ë nåi ®Çu tiªn cã nhiÖt ®é vµ ®é tinh khiÕt cao ®­îc quay trë vÒ cung cÊp cho lß h¬i. L­îng n­íc nµy ®¸p øng kho¶ng 40 - 50% nhu cÇu n­íc dïng trong lß h¬i. ChÝnh v× vËy, cã thÓ coi hÖ thèng c« ®Æc lµ mét chu tr×nh hoµn chØnh. . . Lß H¥I Tuabin ph¸t ®iÖn Tuabin m¸y Ðp Gi¶m ¸p - Gi¶m «n CHÕ LUYÖN (lµm s¹ch, gia nhiÖt, c« ®Æc, nÊu ®­êng,…) N­íc ng­ng tô s¹ch N­íc ng­ng tô N­íc ng­ng tô CN D­ thõa - X¶ H×nh 1.2.1. S¬ ®å cÊp h¬i trong nhµ m¸y ®­êng luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc