Tài liệu Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp so2 năng suất 6160 tấn mía ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG THEO PHƯƠNG PHÁP SO2 NĂNG SUẤT 6160 TẤN MÍA/NGÀY. Sinh viên thực hiện: Lê Thị Thu Hằng Số thẻ sinh viên: 107150142 Lớp: 15H2B Đà Nẵng – Năm 2019 i TÓM TẮT Tên đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày”. Đồ án thiết kế bao gồm 1 bản thuyết minh và 5 bản vẽ. Bản thuyết minh gồm những nội dung như sau: Chương 1: Lập luận kinh tế kỹ thuật giới thiệu về khu công nghiệp đặc điểm thiên nhiên, khả năng hợp tác hóa, điện, nước giao thông vận tải, nhân lực, … Chương 2: Tổng quan giới thiệu về nguyên liệu, sản phẩm và các cơ sở lý thuyết,… Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ của đường theo phương pháp SO2. Chương 4: Tính cân bằng vật chất tính nguyên liệu vào từng công đoạn cũng như nguyên liệu dùng sản xuất dựa trên năng suất. Chương 5: Tính cân bằng nhiệt lượng cho hệ cô đặc, hệ đun nóng, hệ nấu đường, .. Chương 6: Tính và chọn thiết bị dựa vào năng suất của mỗi công đoạn tính và chọn thiết bị. Mỗi thiết bị kèm theo hình ảnh, thông số kĩ thuật. Chương 7: Tính xây dựng tính nhân lực trong nhà máy và trong mỗi ca sau đó tính xây dựng phân xưởng sản xuất chính cũng như kho thành phẩm, kho bao bì, kho nguyên vật liệu,… từ đó tính đất xây dựng và hệ số sử dụng. Chương 8: Tính hơi – nước tính hơi cho lò đốt, nhu cầu nước gồm nước lắng trong, nước lọc trong, nước ngưng tụ, nước thải,… Chương 9: Kiểm tra sản xuất và xác định chỉ tiêu cảm quan, trong phòng thí nghiệm. Chương 10: An toàn lao động, vệ sinh trong nhà máy Bản vẽ bao gồm: Bản vẽ các mặt bằng phân xưởng sản xuất chính: gồm bản vẽ phân xưởng sản xuất chính tầng 1 và tầng 2, bản vẽ các mặt cắt phân xưởng chính, bản vẽ đường ống hơi – nước và bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM ii TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA: HÓA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Lê Thị Thu Hằng Lớp: 15H2B Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên: 107150142 Ngành: Công nghệ thực phẩm 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày. 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: Thành phần cây mía (tính % theo chất khô của mía) Hàm lượng đường sacaroza: 12,15% Chất không đường: Xơ: GP bã: 3,17% 11,49% 76,41% Độ ẩm bã: Lượng nước thẩm thấu: 49,74% tự chọn từ 22 đến 25% Nước: tự tính 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán - Mở đầu. - Lập luận kinh tế kỹ thuật. - Tổng quan. - Chọn và thuyết minh dây chuyền công nghệ. - Tính cân bằng vật chất. - Tính cân bằng nhiệt. - Tính và chọn thiết bị các thiết bị chủ yếu. - Tính xây dựng. - Tính hơi – nước. - Kiểm tra sản xuất. - An toàn lao động, vệ sinh xí nghiệp, phòng cháy và chữa cháy. - Kết luận. - Tài liệu tham khảo. 4. Các bản vẽ và đồ thị - Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính. - Bản vẽ các mặt cắt phân xưởng sản xuất chính. - Bản vẽ đường ống hơi – nước. iii (A0) (A0) (A0) - Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy. (A0) 5. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 26-08-2019 7. Ngày hoàn thành đồ án: 02-12-2019 Đà Nẵng, ngày Trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm tháng năm 2019 Người hướng dẫn PGS.TS. Đặng Minh Nhật PGS.TS.Trương Thị Minh Hạnh iv LỜI CẢM ƠN Trải qua gần 5 năm học tập và rèn luyện trên giảng đường đại học, em nhận được sự tận tình dạy bảo của các thầy cô. Với lòng biết ơn sâu sắc và chân thành nhất, em xin gửi đến thầy cô khoa Hóa nói riêng và các thầy cô Trường Đại Học Bách Khoa - Đà Nẵng nói chung, đã cùng với tri thức và tâm huyết của mình để truyền đạt vốn kiến thức quý báu trong suốt thời gian em học tập tại trường. Và đến nay, để củng cố và vận dụng những kiến thức đã học, em được giao thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp với nhiệm vụ “Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày”. Sau 3 tháng làm đồ án đã giúp em phần nào nắm kĩ hơn những kiến thức về ngành đường, lựa chọn phương pháp, cách tính toán, cách chọn thiết bị, cách bố trí thiết bị, cách bố trí mặt bằng, và thiết kế nhà máy hợp lý. Tuy nhiên, đồ án không tránh khỏi những thiếu sót do nguồn kiến thức của bản thân và thực tế còn hạn chế. Em rất mong nhận được sự góp ý từ thầy cô. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn cô PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh, người đã tận tình hướng dẫn suốt quá trình thực hiện đề tài và truyền đạt những kiến thức cũng như kinh nghiệm quý báu tạo điện thuận lợi cho em có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp. Một lần nữa em chân thành cảm ơn tất cả! Sinh viên thực hiện Lê Thị Thu Hằng v CAM ĐOAN Em xin cam đoan về nội dung của đồ án không sao chép nội dụng từ các đồ án khác. Nội dung và số liệu trong đồ án được sự hướng dẫn của cô hướng dẫn, tính toán trung thực, các tài liệu tham khảo được trích dẫn rõ ràng và chính xác. Em xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về lời cam đoan này. Sinh viên thực hiện Lê Thị Thu Hằng vi MỤC LỤC Tóm tắt Nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Lời cảm ơn ....................................................................................................................... v Cam đoan ........................................................................................................................ vi Mục lục ..........................................................................................................................vii Danh sách các bảng, hình vẽ .........................................................................................xii Danh sách các kí hiệu, chữ viết tắt ............................................................................... xiv Trang Mở đầu ............................................................................................................................. 1 Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT ......................................................... 2 1.1 Đặc điểm thiên nhiên ............................................................................................... 2 1.2 Vùng nguyên liệu ..................................................................................................... 2 1.3 Hợp tác hóa .............................................................................................................. 3 1.4 Nguồn cung cấp điện ............................................................................................... 3 1.5 Nguồn cung cấp hơi ................................................................................................. 3 1.6 Nguồn cung cấp nhiên liệu ...................................................................................... 3 1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước ......................................................... 3 1.8 Thoát nước ............................................................................................................... 4 1.9 Giao thông vận tải ................................................................................................... 4 1.10 Năng suất nhà máy ................................................................................................ 4 1.11 Nguồn cung cấp nhân lực...................................................................................... 4 1.12 Thị trường tiêu thụ ................................................................................................ 4 Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM ............................ 5 2.1 Tổng quan về nguyên liệu ....................................................................................... 5 2.1.1 Vài nét về cây mía .................................................................................................. 5 2.1.2 Thành phần hóa học của cây mía ........................................................................... 5 2.2. Tổng quan về sản phẩm ......................................................................................... 7 2.2.1 Đường thô ............................................................................................................... 7 2.2.2 Đường RS ............................................................................................................... 8 2.2.3 Đường RE ............................................................................................................... 8 2.3 Cơ sở lý thuyết của quá trình làm sạch nước mía ................................................ 9 2.3.1 Tác dụng của pH ..................................................................................................... 9 vii 2.3.2 Tác dụng nhiệt độ ................................................................................................. 10 2.3.3 Tác dụng của chất điện ly ..................................................................................... 10 2.4 Cơ sở lý thuyết của quá trình kết tinh đường ..................................................... 11 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................. 12 3.1 Chọn quy trình sản xuất ....................................................................................... 12 3.1.1 Chọn phương pháp lấy nước mía ......................................................................... 12 3.1.2 Phương pháp làm sạch .......................................................................................... 13 3.1.3 Chọn phương pháp nấu và chế độ nấu ................................................................. 14 3.2 Quy trình công nghệ sản xuất đường RS theo phương pháp sunfit hóa axit .. 14 3.2.1 Quy trình công nghệ ............................................................................................. 14 3.2.2 Thuyết minh quy trình công nghệ ........................................................................ 17 Chương 4: CÂN BẰNG VẬT CHẤT......................................................................... 24 4.1 Ép mía ..................................................................................................................... 24 4.1.1 Thành phần mía .................................................................................................... 24 4.1.2 Bã mía ................................................................................................................... 24 4.1.3 Nước thẩm thấu .................................................................................................... 25 4.1.4 Nước mía hỗn hợp (NMHH) ................................................................................ 25 4.2 Công đoạn làm sạch............................................................................................... 26 4.2.1 Tính lượng lưu huỳnh và SO2 .............................................................................. 26 4.2.2 Tính vôi và sữa vôi ............................................................................................... 26 4.2.3 Gia vôi sơ bộ (GVSB) .......................................................................................... 27 4.2.4 Thông SO2 lần 1 ................................................................................................... 27 4.2.5 Nước mía trung hòa .............................................................................................. 28 4.2.6 Nước bùn .............................................................................................................. 29 4.2.7 Nước lắng trong .................................................................................................... 29 4.2.8 Bùn lọc .................................................................................................................. 29 4.2.9 Nước rửa bùn ........................................................................................................ 29 4.2.10 Nước lọc trong .................................................................................................... 30 4.2.11 Nước mía trong ................................................................................................... 30 4.3 Bốc hơi và sạch mật chè ........................................................................................ 31 4.3.1 Lượng nước bốc hơi ............................................................................................. 31 4.3.2 Mật chè thô ........................................................................................................... 31 4.3.3 Thông SO2 lần 2 ................................................................................................... 32 4.3.4 Lọc kiểm tra .......................................................................................................... 32 4.3.5 Mật chè tinh .......................................................................................................... 33 4.3.6 Hiệu suất làm sạch mật chè .................................................................................. 33 viii 4.4 Nấu đường .............................................................................................................. 33 4.4.1 Khối lượng đường thành phẩm và mật rỉ ............................................................. 34 4.4.2 Tính cho nấu non C .............................................................................................. 34 4.4.3 Tính đường non B ................................................................................................. 36 4.4.4 Tính cho nấu non A .............................................................................................. 37 Chương 5: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG ................................................................. 42 5.1 Cân bằng nhiệt cho hệ cô đặc nhiều nồi .............................................................. 42 5.1.1 Khối lượng nước bốc hơi của quá trình cô đặc .................................................... 42 5.1.2 Nồng độ chất khô trong các hiệu .......................................................................... 43 5.1.3 Xác định áp suất và nhiệt độ ở các hiệu ............................................................... 43 5.1.4 Xác định tổn thất nhiệt độ trong quá trình bốc hơi............................................... 44 5.1.5 Nhiệt độ sôi của dung dịch trong các hiệu bốc hơi .............................................. 45 5.1.6 Hiệu số nhiệt độ hữu ích của các hiệu (ti) .......................................................... 45 5.2 Cân bằng nhiệt cho hệ đun nóng .......................................................................... 46 5.3 Cân bằng nhiệt cho hệ nấu đường ....................................................................... 47 5.3.1 Nấu non A ............................................................................................................. 48 5.3.2 Nấu non B ............................................................................................................. 50 5.3.3 Nấu non C ............................................................................................................. 52 5.3.4 Nấu giống B, C ..................................................................................................... 54 5.4 Cân bằng nhiệt cho hệ cô đặc ............................................................................... 55 5.4.1 Tính lượng hơi nước bốc hơi ................................................................................ 55 5.4.2 Lượng hơi dùng cho hệ cô đặc ............................................................................. 56 5.5 Nhiệt dùng cho các yêu cầu khác ......................................................................... 58 5.5.1 Nhiệt dùng cho hồi dung, đường hồ ..................................................................... 58 5.5.2 Nhiệt dùng cho gia nhiệt các loại mật, giống ....................................................... 59 5.5.3 Nhiệt dùng cho li tâm ........................................................................................... 59 5.5.4 Nhiệt dùng cho đun nóng nước thẩm thấu ........................................................... 60 5.5.5 Nhiệt đun nóng nước rửa máy lọc chân không .................................................... 60 5.5.6 Nhiệt dùng cho sấy đường thành phẩm ................................................................ 60 Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ................................................................... 63 6.1 Chọn bộ máy ép ..................................................................................................... 63 6.2 Băng tải mía ........................................................................................................... 64 6.3 Máy băm ................................................................................................................. 64 6.3.1. Máy băm 1 ........................................................................................................... 64 6.3.2. Máy băm 2 ........................................................................................................... 65 6.4 Máy đánh tơi .......................................................................................................... 65 ix 6.5 Cân định lượng ...................................................................................................... 66 6.6 Thiết bị gia vôi sơ bộ ............................................................................................. 67 6.7 Thiết bị gia nhiệt .................................................................................................... 67 6.8 Thiết bị thông SO2 lần 1 và gia vôi trung hoà ..................................................... 68 6.8.1 Bộ phận sunfit hoá ................................................................................................ 69 6.8.2 Đoạn giữa thiết bị ................................................................................................. 70 6.8.3 Thùng trung hòa ................................................................................................... 70 6.9 Thiết bị lắng ........................................................................................................... 71 6.10 Thiết bị lọc chân không ....................................................................................... 72 6.11 Thiết bị cô đặc (bốc hơi) ...................................................................................... 73 6.11.1 Nhiệt lượng cung cấp cho buồng đốt các hiệu ................................................... 73 6.11.2 Bề mặt truyền nhiệt các hiệu .............................................................................. 73 6.11.3 Các thông số kĩ thuật .......................................................................................... 74 6.12 Thiết bị thông SO2 lần 2 ...................................................................................... 75 6.13 Thiết bị lọc kiểm tra ............................................................................................ 75 6.14 Thiết bị nấu đường .............................................................................................. 76 6.14.1 Hệ số truyền nhiệt ............................................................................................... 76 6.14.2 Nhiệt lượng cung cấp cho các nồi nấu đường .................................................... 76 6.14.3 Bề mặt truyền nhiệt ............................................................................................ 77 6.14.4 Tính số nồi nấu đường ........................................................................................ 79 6.15 Trợ tinh ................................................................................................................. 80 6.15.1 Tính số lượng thiết bị trợ tinh............................................................................. 80 6.15.2 Kích thước thiết bị .............................................................................................. 80 6.16 Máy li tâm đường ................................................................................................ 81 6.16.1 Máy li tâm đường A, B ....................................................................................... 81 6.16.2 Máy li tâm đường C............................................................................................ 82 6.17 Máy sấy đường ..................................................................................................... 82 Chương 7: TÍNH XÂY DỰNG ................................................................................... 85 7.1 Tính nhân lực lao động.......................................................................................... 85 7.1.1 Chế độ làm việc của nhà máy ............................................................................... 85 7.1.2 Thời gian làm việc của nhà máy ........................................................................... 85 7.1.3 Số công nhân phân bố cho mỗi khu vực sản xuất trong phân xưởng ................... 85 7.2 Các công trình xây dựng của nhà máy ................................................................ 88 7.2.1 Phân xưởng chính ................................................................................................. 88 7.2.2 Các phân xưởng sản xuất phụ............................................................................... 88 7.2.3 Các công trình hành chính, văn hóa, phục vụ công nhân ..................................... 89 x 7.2.4 Các công trình kho bãi .......................................................................................... 90 7.2.5 Các công trình xử lý và chứa nước ....................................................................... 91 7.3 Tính khu đất xây dựng nhà máy .......................................................................... 93 7.3.1 Diện tích khu đất .................................................................................................. 93 7.3.2 Tính hệ số sử dụng của nhà máy .......................................................................... 93 Chương 8: TÍNH HƠI – NƯỚC ................................................................................. 94 8.1 Tính hơi .................................................................................................................. 94 8.1.1 Cân bằng chất đốt cho lò hơi ................................................................................ 94 8.1.2 Tính nhiên liệu phụ trợ lúc không đủ bã hay khởi động lò .................................. 95 8.2 Nhu cầu nước ......................................................................................................... 95 8.2.1 Nước lắng trong .................................................................................................... 95 8.2.2 Nước lọc trong ...................................................................................................... 95 8.2.3 Nước ngưng tụ ...................................................................................................... 96 8.2.4 Nước ở tháp ngưng tụ ........................................................................................... 97 8.2.5 Nước thải của nhà máy ......................................................................................... 97 Chương 9: KIỂM TRA SẢN XUẤT .......................................................................... 99 9.1 Kiểm tra sản xuất .................................................................................................. 99 9.2 Cách xác định một số chỉ tiêu ............................................................................. 100 9.2.1 Xác định bằng cảm quan theo kinh nghiệm ....................................................... 100 9.2.2 Phân tích trong phòng thí nghiệm ...................................................................... 100 Chương 10: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH CÔNG NGHIỆP ................. 103 10.1 An toàn lao động ................................................................................................ 103 10.1.1 Những nguyên nhân gây ra tai nạn lao động và biện pháp khắc phục ............. 103 10.1.2 Những an toàn cụ thể trong nhà máy................................................................ 103 10.2 Vệ sinh xí nghiệp ................................................................................................ 105 KẾT LUẬN ................................................................................................................ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO xi DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 2. 1 Thành phần của đường thô .............................................................................. 8 Bảng 2. 2 Các chỉ thiêu cảm quan đường RS .................................................................. 8 Bảng 2. 3 Các chỉ tiêu hóa lý đường RS ......................................................................... 8 Bảng 2. 4 Chỉ tiêu cảm đường RE ................................................................................... 9 Bảng 2. 5 Các chỉ tiêu hóa lý đường RE ......................................................................... 9 Bảng 4. 1 Bảng Ap, Bx của nguyên liệu, bán thành phẩm và thành phẩm ................... 34 Bảng 4. 2 Bảng nguyên liệu nấu non C ......................................................................... 35 Bảng 4. 3 Bảng nguyên liệu nấu non B ......................................................................... 37 Bảng 4. 4 Bảng nguyên liệu nấu non A ......................................................................... 38 Bảng 4. 5 Kết quả tính khối lượng thành lượng thành phẩm và bán thành phẩm ở công đoạn nấu đường tính theo năng suất nhà máy ............................................................... 39 Bảng 4. 6 Bảng tổng kết cân bằng vật chất của toàn phân xưởng sản xuất đường RS . 41 Bảng 5. 1 Bảng áp suất hơi và nhiệt độ tương ứng của các hiệu................................... 44 Bảng 5. 2 Tổn thất do tăng nhiệt độ sôi ở các hiệu ....................................................... 44 Bảng 5. 3 Tổn thất nhiệt độ do áp suất thuỷ tĩnh........................................................... 44 Bảng 5. 4 Chế độ nhiệt của hệ thống bốc hơi ................................................................ 46 Bảng 5. 5 Kết quả tính lượng nhiệt và lượng hơi cần dùng cho hệ đun nóng ............... 47 Bảng 5. 6 Nguyên liệu nấu non A ................................................................................ 48 Bảng 5. 7 Kết quả tính toán thông số nấu non A........................................................... 49 Bảng 5. 8 Nguyên liệu nấu non B.................................................................................. 50 Bảng 5. 9 Kết quả tính toán thông số nấu non B .......................................................... 51 Bảng 5. 10 Nguyên liệu nấu non C................................................................................ 52 Bảng 5. 11 Kết quả tính toán thông số nấu non C ......................................................... 53 Bảng 5. 12 Nguyên liệu nấu giống B, C ........................................................................ 54 Bảng 5. 13 Kết quả tính toán các thông số nấu giống B, C .......................................... 55 Bảng 5. 14 Tổng kết nhiệt trong quá trình nấu .............................................................. 55 Bảng 5. 15 Tính toán và tra bảng các thông số của quá trình bốc hơi .......................... 57 Bảng 5. 16 Nhiệt dùng cho gia nhiệt ............................................................................. 59 Bảng 5. 17 Tổng hợp lượng hơi dùng cho nhà máy ...................................................... 62 Bảng 6. 1 Bề mặt truyền nhiệt của thiết bị gia nhiệt ..................................................... 68 Bảng 6. 2 Kết quả tính toán diện tích truyền nhiệt nồi bốc hơi ..................................... 73 Bảng 6. 3 Kết quả tính nhiệt nồi nấu ............................................................................. 77 Bảng 6. 4 Diện tích bề mặt truyền nhiệt của các nồi nấu .............................................. 77 Bảng 6. 5 Kết quả tính toán thiết bị nấu ........................................................................ 79 Bảng 6. 6 Kết quả tính toán thiết bị trợ tinh .................................................................. 80 Bảng 6. 7 Tổng kết thiết bị chính trong sản xuất đường RS ......................................... 83 Bảng 7. 1 Thời gian sản xuất của nhà máy theo lịch ..................................................... 85 Bảng 7. 2 Phân bố lao động trực tiếp ............................................................................ 86 xii Bảng 7. 3 Phân bố lao động gián tiếp ............................................................................ 87 Bảng 7. 4 Số công nhân sản xuất khác .......................................................................... 87 Bảng 7. 5 Bảng tổng kết tính xây dựng ......................................................................... 92 Bảng 8. 1 Sự phân bố nước lắng trong .......................................................................... 95 Bảng 8. 2 Sự phân bố nước lọc trong ............................................................................ 96 Bảng 8. 3 Sự phân bố nước ngưng ................................................................................ 97 Bảng 8. 4 Nước thải của nhà máy đường ...................................................................... 98 Bảng 9. 1 Trình tự kiểm tra sản xuất ............................................................................. 99 Hình 2. 1 Hình ảnh mô tả cây mía ................................................................................... 5 Hình 2. 2 Công thức cấu tạo của đường sacaroza ........................................................... 5 Hình 2. 3 Hình ảnh đường tinh luyện, đường vàng và đường trắng trên thị trường ....... 7 Hình 2. 4 Đồ thị quá bão hòa của sacaroza ................................................................... 11 Hình 3. 1 Quy trình công nghệ sản xuất đường RS....................................................... 16 Hình 3. 2 Sơ đồ ép và thẩm thấu kép............................................................................. 18 Hình 4. 1 Công thức nhân chéo nấu giống C ................................................................ 35 Hình 4. 2 Công thức nhân chéo nấu non C....................................................................35 Hình 4. 3 Công thức nhân chéo nấu giống B ................................................................ 36 Hình 4. 4 Công thức nhân chéo nấu non B....................................................................36 Hình 4. 5 Sơ đồ phân phối nguyên liệu nấu .................................................................. 40 Hình 5. 1 Sơ đồ hệ thống bốc hơi .................................................................................. 42 Hình 6. 1 Máy ép mía .................................................................................................... 63 Hình 6. 2 Máy băm ........................................................................................................ 64 Hình 6. 3 Máy đập tơi kiểu búa ..................................................................................... 66 Hình 6. 4 Cân định lượng .............................................................................................. 66 Hình 6. 5 Thiết bị gia vôi............................................................................................... 67 Hình 6. 6 Thiết bị trao đổi nhiệt kiểu ống chùm ........................................................... 67 Hình 6. 7 Thiết bị trung hòa đường ống kiểu đứng ....................................................... 70 Hình 6. 8 Thiết bị lắng liên tục ...................................................................................... 71 Hình 6. 9 Thiết bị lọc chân không kiểu thùng quay ..................................................... 72 Hình 6. 10 Thiết bị cô đặc ............................................................................................. 74 Hình 6. 11 Thiết bị lọc ống ............................................................................................ 76 Hình 6. 12 Nồi nấu đường ............................................................................................. 78 Hình 6. 13 Thiết bị trợ tinh ........................................................................................... 81 Hình 6. 14 Máy ly tâm A,B ........................................................................................... 81 Hình 6. 15 Máy li tâm C ................................................................................................ 82 Hình 6. 16 Máy sấy thùng quay..................................................................................... 82 xiii DANH SÁCH CÁC KÍ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU L x W x H :dài x rộng x cao H :chiều cao D : đường kính CHỮ VIẾT TẮT TCVN :tiêu chuẩn quốc gia KL :khối lượng GVSB : gia vôi sơ bộ NMHH :nước mía hỗn hợp CBVC :cân bằng vật chất CBN :Cân bằng nhiệt NCT NBC :công nhân chính thức :công nhân biên chế HSLS HL Tr VSV :hiệu suất làm sạch :hàm lượng :trang :vi sinh vật xiv Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày MỞ ĐẦU Nhà máy đường ra đời là nguồn nguyên liệu cho ngành sản xuất công nghiệp nhẹ và hàng tiêu dùng như bánh, kẹo, …Sản phẩm chính là đường, còn những phụ phẩm từ cây mía như: bã mía, mật rỉ và bùn lọc. Bã mía chiếm 20 - 30% trọng lượng mía đem ép, dùng làm nguyên liệu đốt lò, làm bột giấy và có thể ép ván dùng trong kiến trúc. Mật rỉ chiếm 3 - 5% trọng lượng mía đem ép, dùng sản xuất tinh dầu, lên men chưng cất rượu, sản xuất các loại men, sản xuất các loại axit axetic. Bùn lọc chiếm 1,5 - 3% trọng lượng mía đem ép có thể sản xuất nhựa xêrin làm sơn, xi đánh giày, dùng làm phân vi sinh, … Theo ước tính, giá trị các sản phẩm phụ cao hơn 2 - 3 lần sản phẩm chính là đường [1]. Từ đó, ta thấy nền nông nghiệp phát triển kéo theo ngành công nghiệp khác cũng phát triển, thúc đầy nền kinh tế đi lên. Theo Hiệp Hội Mía - Đường Việt Nam (VSSA), diện tích mía giảm 15 - 20% xuống 200.000ha. Hiện tại, Việt Nam chỉ còn 37 nhà máy đường, thay vì 46 nhà máy như giai đoạn 2015 [2]. Đây là những con số dự báo cho việc thiếu đường trong tương lai. Ngành đường niên vụ 2019 - 2020 sẽ đối mặt với những vấn đề: diện tích đất trồng thu hẹp do nhu cầu giảm, tình trạng buôn lậu, tồn kho, chính sách hỗ trợ không đồng bộ và việc nhập khẩu đường lỏng. Và sắp tới 1/1/2020 mặt hàng đường chính thức xóa bỏ hạn ngạch thuế quan theo cam kết hội nhập của hiệp định các nước thương mại ASEAN (ATIGA). Đây là những khó khăn ngành mía đường gặp phải. Tuy nhiên, theo VSSA giá đường sẽ có chiều hướng tăng vào đầu năm 2020. Do sự ảnh hưởng của thời tiết khô hạn khiến sản lượng đường tại Brazil và EU báo giảm. Và do Brazil, Ấn Độ và Thái Lan chuyển sang sản xuất ethanol từ mía đã khiến cho sản lượng sản xuất của các quốc gia mía đường trên thế giới bị cắt giảm. Đồng thời, tồn kho cao từ những mùa vụ trước cũng khiến cho các nhà máy chủ động cắt giảm sản lượng sản xuất [2]. Qua đó, việc xây dựng một nhà máy đường nhằm đáp ứng nhu cầu của người tiêu dùng và sản xuất, tận dụng tốt sản phẩm phụ nhằm hạ giá thành sản phẩm tăng tính cạnh tranh trên thị trường, mang lại thu nhập cho nông dân và người lao động, góp phần phát triển kinh tế địa phương. Vì vậy, đồ án tốt nghiệp này em thực hiện đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày”. SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 1 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày Chương 1: LẬP LUẬN KINH TẾ KỸ THUẬT Quảng Nam nằm trong vùng trọng điểm kinh tế Miền Trung, phía Bắc giáp thành phố Đà Nẵng, phía Nam giáp kinh tế Dung Quất, có sân bay, cảng biển, đường Xuyên Á rất thuận lợi cho việc giao lưu phát triển kinh tế - xã hội, phía Tây giáp tỉnh Sekong (Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào), phía Đông giáp biển đông. Quảng Nam là nơi có nguồn nguyên liệu mía dồi dào tạo điều kiện cho nhà máy đường mọc lên. Qua khảo sát, Thăng Bình, Quảng Nam là nơi có đủ điều kiện để xây dựng một nhà máy đường RS [3]. 1.1 Đặc điểm thiên nhiên Nhà máy sẽ được đặt tại xã Bình Quý, huyện Thăng Bình, tỉnh Quảng Nam. Bình Quý là nơi có nguồn nguyên liệu dồi dào. Là nơi có diện tích rộng, bằng phẳng thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy đường. Hơn nữa, ở xã Bình Quý cách quốc lộ 1A khoảng 5 km, trên địa bàn còn có hệ thống kênh dẫn nước từ hồ Phú Ninh và một con sông chảy qua nên nguồn cung cấp nước cho nhà máy được đảm bảo. Khí hậu: nằm trong khí hậu nhiệt đới điển hình, chỉ có 2 mùa là mùa khô và mùa mưa, ít chịu ảnh hưởng của mùa đông lạnh miền Bắc. Hướng gió chủ đạo ở Quảng Nam là hướng đông nam, vận tốc trung bình 3m/s. Nhiệt độ trung bình năm 25,6℃, lượng mưa trung bình 2000 - 2500 mm nhưng phân bố đều theo thời gian và không gian, mưa tập trung tháng 9 - 12, chiếm 80% lượng mưa cả năm. Độ ẩm trung bình trong không khí đạt 84% [4]. Vì vậy, là nơi rất thuận lợi cho cây mía phát triển. 1.2 Vùng nguyên liệu Quảng Nam nằm trong vùng khí hậu nhiệt đới phù hợp với việc canh tác mía. Mía dễ trồng trên nhiều loại đất khác nhau và ở địa phương đất đai màu mỡ tạo điều kiện cây mía phát triển. Ở địa bàn huyện, đa số làm nông nghiệp nên có kinh nghiệm trong sử dụng đất và có nguồn lao động dồi dào để tạo nên mía chất lượng và năng suất cao. Vùng nguyên liệu mía ổn định của nhà máy là huyện Thăng Bình và Quế Sơn. Ngoài ra, có các huyện lân cận cung cấp mía cho nhà máy: Hiệp Đức, Duy Xuyên, Phú Ninh, Núi Thành, … Khi nguồn nguyên liệu trong tỉnh không đủ thì thu mua thêm ở các tỉnh khác: Quảng Ngãi, Huế, … Như vậy, nguồn nguyên sẽ được đảm bảo, duy trì và sản xuất cho nhà máy. SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 2 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày 1.3 Hợp tác hóa Nhà máy liên kết với các nhà máy lân cận và khu công nghiệp Đông Thăng Bình sẽ tăng cường sử dụng chung những công trình cung cấp điện, nước, giao thông vận tải, công trình phúc lợi tập thể, ... nhằm giảm chi phí vốn đầu tư. Sản phẩm đường trắng, nhà máy sẽ liên kết với các nhà máy thực phẩm như: bánh kẹo, nước giải khát, … trong tỉnh Quảng Nam và trên cả nước. Đối với các phụ phẩm, bã mía làm nguyên liệu cho lò đốt và cung cấp cho nhà máy sản xuất giấy, mật rỉ sẽ bán cho nhà máy sản xuất cổn, bùn lọc sẽ được cung cấp cho cơ sở sản xuất phân vi sinh. Nhà máy tận dụng triệt để các phụ phẩm nhằm tăng hiệu quả kinh tế, hạ giá thành sản phẩm. 1.4 Nguồn cung cấp điện Nhà máy sử dụng nguồn điện do điện lực Thăng Bình - Quảng Nam cung cấp từ điện quốc gia 500kV hạ thế xuống 220/380V. Để đảm bảo sản xuất liên tục, nhà máy có máy phát điện dự phòng. 1.5 Nguồn cung cấp hơi Nhà máy sử dụng nguồn hơi lấy từ lò hơi cung cấp cho các công đoạn gia nhiệt, nấu đường, cô đặc, sấy…. Lượng hơi có thể đạt 60 - 80 kg cho 100kg mía. Trong quá trình sản xuất, để tiết kiệm hơi ta nên tận dụng hơi ở nhiều công đoạn như nấu đường, cô đặc. 1.6 Nguồn cung cấp nhiên liệu Sử dụng bã mía cung cấp cho lò hơi nhằm giảm chi phí, tăng hiệu suất thu hồi của nhà máy. Ngoài ra, dùng dầu FO và củi đốt. Dùng dầu bôi trơn để bôi thiết bị trong sản xuất. 1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước Trong nhà máy, nước được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau như cung cấp lò hơi, rửa bã, sinh hoạt, rửa thiết bị, … Tùy thuộc vào mục đích sử dụng mà xử lý theo các chỉ tiêu: chỉ số coli, độ cứng, nhiệt độ, hỗn hợp vô cơ và hữu cơ có trong nước, ... Nguồn nước cung cấp cho nhà máy được lấy từ trạm nước của hồ Phú Ninh hoặc sông nên phải được xử lý trước khi sử dụng. Nước lấy từ sông nhờ hệ thống bơm vào bể lắng loại bỏ bùn và rác. Nước cho qua bể trung gian cho chất khử trùng vào. Sau đó, nước được cho qua thiết bị lọc áp lực để xử lý nước và lọc tách bùn. Nước được xử lý được cho vào bể chứa nước sạch cung cấp cho nhà máy. Và có khu xử lý nước cứng, sử dụng cột lọc chuyên xử lý nước cứng với phương pháp trao đổi ion [5]. SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 3 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày 1.8 Thoát nước Hiện nay, vấn đề thoát nước của nhà máy chế biến thực phẩm rất cấp bách. Nước thải nhà máy đường chứa rất nhiều chất bẩn, vi sinh vật gây bệnh phát triển, dễ làm ô nhiễm môi trường, ảnh hưởng đến sức khỏe của người dân lân cận. Vì vậy, cần phải có hệ thống xử lý nước thải trước khi đưa ra môi trường. Đối với rác xử lý định kỳ, bùn đem đi phơi khô cung cấp cho nhà máy khác định kì, khói từ lò hơi và lò sấy cần phải đi qua cyclon để tách bụi mới cho ra môi trường. 1.9 Giao thông vận tải Nhà máy cách quốc lộ 1A khoảng 5 km. Đường bằng phẳng, rộng rãi thuận lợi cho việc vận chuyển một lượng lớn nguyên liệu và tiêu thụ sản phẩm, đảm bảo sự hoạt động liên tục của nhà máy. Vấn đề giao thông không chỉ xây dựng nhà máy nhanh còn là sự tồn tại và phát triển nhà máy trong tương lai. 1.10 Năng suất nhà máy Dựa vào vị trí thuận lợi cả về vùng nguyên liệu và khả năng tiêu thụ sản phẩm nên chọn năng suất nhà máy là 6160 tấn mía/ngày. 1.11 Nguồn cung cấp nhân lực Công nhân làm việc trong nhà máy chủ yếu tại địa phương, vì ngoài những phiền phức khác còn phần đầu tư về xây dựng khu nhà ở cho công nhân. Thăng Bình, người dân đa phần làm nông nghiệp nên có nguồn lao động dồi dào. Tuyển đội ngũ công nhân và kỹ sư đã từng làm tại nhà máy đường Quế Sơn, đỡ tốn thời gian đào tạo vì đã có kinh nghiệm. Đội ngũ cán bộ khoa học kỹ thuật và quản lý đào tạo từ các trường cao đẳng, đại học như các kĩ sư ngành Công Nghệ Thực Phẩm - Trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, Cao Đẳng Lương Thực - Thực Phẩm Đà Nẵng, …Có trình độ chuyên môn cao, đáp ứng nhu cầu của nhà máy. Nắm rõ về vận hành, sửa chữa và khắc phục, sự cố của thiết bị. 1.12 Thị trường tiêu thụ Nhà máy đặt tại Bình Quý gần quốc lộ 1A, địa điểm rất thuận lợi cho việc lưu thông và phân phối sản phẩm. Nhà máy cung cấp sản phẩm cho huyện Thăng Bình, các huyện lân cận (Núi Thành, Quế Sơn, Đại Lộc, Điện Bàn, …) trong tỉnh Quảng Nam và người tiêu dùng trên cả nước. Còn tiêu thụ cho các nhà máy khác như nhà máy nước giải khát, nhà máy bánh kẹo và làng làm bánh truyền thống. Kết Luận: Qua phân tích trên, việc xây dựng một nhà máy đường theo phương pháp SO2 với năng suất 6160 tấn mía/ngày là cần thiết và hợp lý. Đáp ứng được nhu cầu của thị trường, giải quyết được công ăn việc làm cho người dân, thúc đẩy vùng kinh tế Thăng Bình đi lên. SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 4 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày Chương 2: TỔNG QUAN VỀ NGUYÊN LIỆU VÀ SẢN PHẨM 2.1 Tổng quan về nguyên liệu 2.1.1 Vài nét về cây mía Tên khoa học: Sugar cane Họ: Graminaea (họ Hòa Thảo) Mía là tên gọi chung của một số loài trong loại Saccharum, bên cạnh các loài lau, lách khác. Chúng vốn là các loại cỏ, có thân cao từ 2 – 6 m, chia làm nhiều đốt, bên trong có chứa đường. Tất cả các giống Hình 2. 1 Hình ảnh mô tả mía trồng đều là các giống mía lai nội chi hoặc nội cây mía [6] loại phức tạp. Ngày nay, cây mía được trồng ở nhiều nước trên thế giới, phân bố ở phạm vi 35 vĩ độ Nam đến 35 vĩ độ Bắc để thu hoạch lấy thân, sản xuất ra đường ăn (saccaroza). Ngoài ra, cây mía còn được coi là một trong sáu cây nhiên liệu sinh học tốt nhất của thế giới trong tương lai (cây mía đứng đầu, tiếp đến là cọ dầu, cải dầu, gỗ, đậu nành và tảo) [6]. 2.1.2 Thành phần hóa học của cây mía Thành phần hóa học của mía thay đổi tùy theo điều kiện đất đai, phương pháp canh tác, loại, giống,… Thành phần bao gồm: đường, xơ, chất chứa N2, chất vô cơ, nước. 2.1.2.1 Đường sacaroza: Sacaroza là thành phần quan trọng của mía, là sản phẩm của công nghiệp sản xuất đường, là một disacarit có công thức C12H22O11. Trọng lượng phân tử của sacaroza là 342,3. Sacaroza được cấu tạo từ đường đơn là 𝛼, d – glucoza và 𝛽, d – fructoza. Công thức cấu tạo: 𝛼Glucozit 𝛽Fructozit Hình 2. 2 Công thức cấu tạo của đường sacaroza [7] Sacaroza có tính ức chế rất mạnh trong việc tổng hợp vitamin B1 ở cơ thể. Dùng đường quá nhiều không có lợi, nhất là đối với người lao động nặng, vì nếu bổ sung vitamin B1 không đủ khi chuyển hóa gluxit sinh ức lactac dễ tăng mệt mỏi. Ngoài ra nếu ăn nhiều đường thì lượng máu trong đường tăng đột ngột đến 200 – 400 mg% (giới SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 5 Thiết kế nhà máy sản xuất đường theo phương pháp SO2 năng suất 6160 tấn mía/ngày hạn là 80 – 120 mg%) tế bào tủy sẽ không tạo đủ lượng insulin để chuyển hóa đường glucoza thành glucogen dự trữ ở gan và cơ, thận sẽ làm việc quá tải và đường sẽ theo nước giải ra ngoài [7, tr 12]. a. Tính chất lí học của sacaroza: Sacaroza tồn tại ở dạng tinh thể trong suốt, không màu, khối lượng riêng là 1,5879g/cm3, nhiệt độ nóng chảy 186 – 188°C. - Độ hòa tan của sacaroza: rất dễ hòa tan trong nước. Độ hòa tan tăng theo nhiệt độ tăng. - Độ nhớt: độ nhớt của dung dịch tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ. - Nhiệt dung riêng: tính theo công thức: C = 4,18 (0,2387 + 0,00173t) kJ/kg độ. Trong đó: t là nhiệt độ. Nhiệt dung riêng trung bình của sacaroza từ 22℃ đến 51℃ là 0,3019 kJ/kg độ - Độ quay cực: Dung dịch có hướng quay phải [7, tr 12]. b. Tính chất hóa học của sacaroza: - Tác dụng của axit: Dưới tác dụng axit, sacaroza bị phân hủy thành glucoza và fructoza theo phản ứng: C12H22O11 + H2O sacaroza [H+ ] C6H12O6 + C6H12O6 glucoza fructoza Hỗn hợp có góc quay cực trái ngược chiều với góc quay phải của sacaroza. Phản ứng trên là phản ứng nghịch đảo và hỗn hợp gọi là đường nghịch đảo. - Tác dụng của kiểm: Khi tác dụng với chất kiềm hoặc kiềm thổ, sacaroza tạo thành sacarat. Trong sacarat, hydro của nhóm hydroxyl được thay thế bởi kim loại. Phản ứng phụ thuộc vào dung dịch, lượng độ kiềm và lượng sacaroza. C12H22O11 + NaOH H2O + NaC12H21O11 Ở môi trường kiềm loãng và dung dịch đường lạnh, hầu như không có tác dụng gì. Nếu ở kiềm đậm đặc, ở nhiệt độ thấp, đường cũng bị phân giải. Ở pH từ 8 đến 9 và đun nóng 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 phân hủy thành tạo ra các axit và chất màu… Tốc độ phân hủy tăng theo độ pH. Ở nhiệt độ sôi và pH = 8 – 9, sacaroza bị phân hủy 0,05%. Nếu cùng nhiệt độ nhưng pH = 12 thì sự phân hủy đó tăng 0,5%. - Tác dụng của nhiệt độ: Dưới tác dụng của nhiệt độ cao, đường sacaroza bị mất nước tạo thành caramen là sản phẩm có màu như caramenlan, caramenlen, caramenlin. SVTH: Lê Thị Thu Hằng GVHD: Trương Thị Minh Hạnh 6