Tài liệu Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía ngày

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA HÓA THIẾT KẾ NHÀ MÁY SẢN XUẤT ĐƯỜNG THÔ HIỆN ĐẠI NĂNG SUẤT 3820 TẤN MÍA/NGÀY. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Số thẻ sinh viên: 107140068 Lớp: 14H2A Đà Nẵng – Năm 2019 TÓM TẮT Tên đề tài: Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía/ngày. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Số thẻ sinh viên: 107140068 Lớp: 14H2A Yêu cầu của đồ án này là thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía/ngày. Đồ án gồm 1 bản thuyết minh và 5 bản vẽ. Về phần thuyết minh gồm 10 chương về những nội dung sau: - Chương 1: Lập luận kinh tế kĩ thuật - Chương 2: Tổng quan - Chương 3: Chọn và thuyết minh quy trình công nghệ - Chương 4: Tính cân bằng vật chất - Chương 5: Tính cân bằng nhiệt - Chương 6: Tính và chọn thiết bị - Chương 7: Tính xây dựng - Chương 8: Tính hơi nước - Chương 9: Kiểm tra sản xuất - Chương 10: An toàn lao động và vệ sinh xí nghiệp Về phần bản vẽ gồm có 5 bản vẽ được thể hiện trên cỡ giấy A0 gồm: - Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính gồm 2 bản vẽ: Thể hiện cách bố trí, khoảng cách giữa các thiết bị trong nhà máy. - Bản vẽ mặt cắt phân xưởng sản xuất chính: Thể hiện được hình dạng của gần hết thiết bị trong phân xưởng theo mặt cắt đứng, mặt cắt ngang, kết cấu tường, kết cấu nhà. - Bản vẽ đường ống hơi – nước: Giúp cụ thể hóa các đường ống trong xưởng, bao gồm đường ống hơi, nước cấp, nước thải, nước ngưng. - Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy: Thể hiện được cách bố trí và xếp đặt phân xưởng sản xuất và các công trình phụ trong nhà máy. ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập - Tự do - Hạnh phúc KHOA: HÓA NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Huỳnh Thị Hòa Lớp : 14H2A Khoa: Hóa Số thẻ sinh viên : 107140068 Ngành: Công nghệ thực phẩm 1. Tên đề tài đồ án: Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía/ngày. 2. Đề tài thuộc diện: Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện. 3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: - Hàm lượng đường sacaroza: 11,80 %. - Chất không đường: - Thành phần xơ: Một số thông số khác: -GP bã: 2,80 %. 11,20 %. 75 %. - Hiệu suất ép: 97 % - Độ ẩm bã: 47 %. - Lượng nước thẩm thấu: Chọn trong khoảng từ w = 22 – 25 %. Chọn 24 %. 4. 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. 5. Các bản vẽ và đồ thị - Bản vẽ mặt bằng phân xưởng sản xuất chính. (A0) - Bản vẽ các mặt cắt phân xưởng sản xuất chính. - Bản vẽ đường ống hơi – nước. (A0) (A0) - Bản vẽ tổng mặt bằng nhà máy. (A0) 6. Họ tên người hướng dẫn: PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh 7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 14-02-2019 8. Ngày hòan thành đồ án: 14-05-2019 Trưởng Bộ môn Công nghệ thực phẩm Đặng Minh Nhật Đà Nẵng, ngày 14 tháng 5 năm 2019 Người hướng dẫn Trương Thị Minh Hạnh LỜI CẢM ƠN Trong suốt quá trình học tập ở giảng đường đại học, nhờ sự dạy bảo tận tình của quý thầy cô đã giúp cho em hiểu biết được nhiều kiến thức hữu ích. Em xin cám ơn quý thầy cô trường Đại học Bách Khoa, em cũng xin chân thành cám ơn quý thầy cô bộ môn Công nghệ thực phẩm đã cho em những kĩ năng, kiến thức chuyên ngành từ lý thuyết đến thực tế. Với đề tài tốt nghiệp “Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía/ngày” này đã giúp em hoàn thành chường trình đại học. Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em nhận được nhiều sự giúp đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô PGS.TS Trương Thị Minh Hạnh, giảng viên bộ môn Công Nghệ Thực Phẩm – trường Đại học Bách Khoa Đà Nẵng, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt thời gian làm đồ án. Em cũng xin cảm ơn các thầy cô trong khoa Hóa đã dạy dỗ cho em những kiến thức chuyên ngành hữu ích, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt thời gian qua. Cuối cùng em xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn quan tâm giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. i CAM ĐOAN Em xin cam đoan rằng đồ án này là do em hoàn toàn thực hiện, các số liệu, kết quả trong bài đồ án là hoàn toàn trung thực và chính xác. Tài liệu tham khảo trong đồ án được trích dẫn đầy đủ và đúng theo quy định liêm chính học thuật. Mọi vi phạm quy chế nhà trường, em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Sinh viên thực hiện Huỳnh Thị Hòa ii MỤC LỤC TÓM TẮT NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................i CAM ĐOAN ...............................................................................................................ii MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ ................................................................... vi DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT............................................................ viii MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 Chương 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT ....................................................... 2 1.1 Đặc điểm thiên nhiên ............................................................................................. 2 1.2 Vùng nguyên liệu ................................................................................................... 2 1.3 Hợp tác hóa............................................................................................................ 2 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 Vấn đề thoát nước .................................................................................................. 3 1.9 Giao thông vận tải .................................................................................................. 4 1.10 Nguồn cung cấp nhân công .................................................................................. 4 1.11 Tiêu thụ sản phẩm ................................................................................................ 4 Chương 2: TỔNG QUAN .......................................................................................... 5 2.1 Tình hình phát triển ngành đường .......................................................................... 5 2.2 Nguyên liệu mía..................................................................................................... 5 2.3 Cơ sở lý thuyết trong quá trình sản xuất đường ...................................................... 8 2.4 Các chỉ tiêu của đường thô ................................................................................... 12 Chương 3: CHỌN VÀ THUYẾT MINH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ ................ 14 3.1 Chọn phương pháp lấy nước mía ......................................................................... 14 3.2 Chọn phương pháp làm sạch ............................................................................... 14 3.3 Chọn phương pháp nấu và chế độ nấu .................................................................. 15 3.4 Quy trình công nghệ ............................................................................................ 16 3.5 Thuyết minh quy trình.......................................................................................... 19 iii Chương 4: TÍNH CÂN BẰNG VẬT CHẤT .......................................................... 31 4.1 Tính toán công đoạn ép ....................................................................................... 31 4.2 Tính toán công đoạn làm sạch ............................................................................ 32 4.3 Công đoạn nấu đường.......................................................................................... 36 Chương 5: CÂN BẰNG NHIỆT ............................................................................. 45 5.1 Hệ cô đặc nhiều nồi ............................................................................................. 45 5.2 Cân bằng nhiệt cho hệ đun nóng .......................................................................... 48 5.3 Cân bằng nhiệt cho nấu đường ............................................................................ 49 5.4 Cân bằng nhiệt cho hệ bốc hơi............................................................................. 56 5.5 Nhiệt dùng cho các yêu cầu khác ......................................................................... 59 Chương 6: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ ................................................................ 64 6.1. Chọn bộ máy ép ................................................................................................. 64 6.2. Băng tải mía ....................................................................................................... 65 6.3. Máy băm ............................................................................................................ 65 6.4. Máy đánh tơi ...................................................................................................... 66 6.5. Cân định lượng ................................................................................................... 66 6.6. Thiết bị gia vôi ................................................................................................... 67 6.7. Thiết bị gia nhiệt ................................................................................................ 68 6.8. Thiết bị lắng trong .............................................................................................. 70 6.9. Thiết bị lọc chân không ...................................................................................... 71 6.10. Thiết bị cô đặc .................................................................................................. 71 6.11. Thiết bị lọc kiểm tra ......................................................................................... 74 6.12. Thiết bị nấu đường ........................................................................................... 74 6.13. Thiết bị trợ tinh ................................................................................................ 79 6.14. Thiết bị ly tâm đường A, B ............................................................................... 80 6.15. Thiết bị ly tâm đường C.................................................................................... 81 6.16. Thiết bị sấy đường ............................................................................................ 82 Chương 7: TÍNH XÂY DỰNG ............................................................................... 84 7.1. Tính nhân lực lao động ....................................................................................... 84 7.2. Các công trình xây dựng của nhà máy ................................................................ 87 7.3. Tính khu đất xây dựng nhà máy.......................................................................... 92 Chương 8. TÍNH HƠI – NƯỚC ............................................................................. 95 8.1. Tính hơi.............................................................................................................. 95 8.2. Tính nước ........................................................................................................... 96 Chương 9. KIỂM TRA SẢN XUẤT ..................................................................... 100 iv 9.1. Kiểm tra sản xuất .............................................................................................. 100 9.2. Cách xác định một số chỉ tiêu ........................................................................... 101 Chương 10: AN TOÀN LAO ĐỘNG VÀ VỆ SINH XÍ NGHIỆP ...................... 102 10.1. An toàn lao động ............................................................................................ 102 10.2. Vệ sinh xí nghiệp ........................................................................................... 103 KẾT LUẬN ............................................................................................................ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 107 v DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Bảng 2.1. Thành phần hóa học của nước mía trong cây mía .................................... . 8 Bảng 2.2. Các chỉ tiêu cảm quan ............................................................................... 12 Bảng 2.3. Các chỉ tiêu hóa lý ..................................................................................... 13 Bảng 4.1. Chọn chế độ nấu đường 3 hệ ..................................................................... 37 Bảng 4.2. Bảng tổng kết phối liệu nấu non C............................................................. 39 Bảng 4.3. Bảng tổng kết nấu non B ........................................................................... 41 Bảng 4.4. Bảng tổng kết nấu non A ........................................................................... 42 Bảng 4.5. Khối lượng sản phẩm, bán sản phẩm tính theo công thức (1)..............................43 Bảng 4.6. Tổng kết cân bằng vật chất ........................................................................ 44 Bảng 5.1. Bảng áp suất và nhiệt độ tương ứng của các hiệu....................................... 46 Bảng 5.2. Tổn thất do tăng nhiệt độ sôi ở các hiệu..................................................... 47 Bảng 5.3. Tổn thất nhiệt do áp suất thủy tĩnh............................................................. 47 Bảng 5.4. Nhiệt độ sôi của dịch đường và hiệu số nhiệt độ có ích ở các hiệu ............. 48 Bảng 5.5. Tổng hợp chế độ cấp sử dụng hệ bốc hơi ................................................... 48 Bảng 5.6. Tổng kết lượng hơi dùng cho gia nhiệt ...................................................... 49 Bảng 5.7. Lượng hiệu dùng nấu non A ...................................................................... 50 Bảng 5.8. Kết quả tính nhiệt độ sôi của dung dịch đường .......................................... 52 Bảng 5.9. Kết quả tính tổng nguyên liệu nấu non A................................................... 52 Bảng 5.10. Tổng kết nhiệt nguyên liệu nấu non B ..................................................... 54 Bảng 5.11. Tổng kết nhiệt nguyên liệu nấu non C ..................................................... 55 Bảng 5.12. Tổng kết nhiệt nguyên liệu nấu giống B, C .............................................. 56 Bảng 5.13. Tổng kết nhiệt và hơi cho nấu đường....................................................... 56 Bảng 5.14. Hàm nhiệt của hơi ................................................................................... 58 Bảng 5.15. Hàm nhiệt nước ngưng và nhiệt dung riêng của dung dịch ...................... 58 Bảng 5.16. Lượng hơi phụ lấy ra ở các hiệu .............................................................. 58 Bảng 5.17. Nhiệt độ sôi của dung dịch ở các hiệu...................................................... 58 Bảng 5.18. Kết quả tính sai số ................................................................................... 59 Bảng 5.19. Tổng kết nhiệt đường hồ B và hồi dung C ............................................... 61 Bảng 5.20. Nhiệt lượng dùng cho gia nhiệt nguyên liệu nấu đường ........................... 61 Bảng 5.21. Tổng lượng hơi dùng cho nhà máy .......................................................... 63 Bảng 6.1. Bề mặt truyền nhiệt của các thiết bị gia nhiệt ............................................ 69 Bảng 6.2. Kết quả tính hệ số truyền nhiệt .................................................................. 72 vi Bảng 6.3. Kết quả tính bề mặt truyền nhiệt ở các hiệu................................................ 72 Bảng 6. 4. Nhiệt lượng cung cấp cho nấu đường ........................................................ 75 Bảng 6.5. Diện tích bề mặt truyền nhiệt các nồi nấu................................................... 76 Bảng 6.6. Kết quả tính toán thiết bị nấu .....................................................................78 Bảng 6.7. Số lượng thiết bị trợ tinh ............................................................................78 Bảng 6.8. Tổng kết kích thước của các thiết bị chính ................................................. 82 Bảng 7.1. Thời gian sản xuất của nhà máy theo lịch................................................... 83 Bảng 7.2. Phân bố lao động gián tiếp .........................................................................84 Bảng 7.3. Phân bố lao động trực tiếp .........................................................................85 Bảng 7.4. Tổng kết diện tích các công trình xây dựng ................................................ 92 Bảng 8.1. Sự phân bố nước lắng trong .......................................................................95 Bảng 8.2. Lượng nước lọc trong sử dụng ở các bộ phận............................................. 96 Bảng 8.3. Lượng nước ngưng phân bố ở các bộ phận................................................. 97 Bảng 9.1. Trình tự thực hiện kiểm tra sản xuất ........................................................... 99 ............................................................................................................................... Hình 3.1. Máy băm mía ............................................................................................. 20 Hình 3.2. Máy ép .......................................................................................................21 Hình 3.3. Thiết bị gia nhiệt ống chùm ........................................................................22 Hình 3.4. Thiết bị lắng ............................................................................................... 23 Hình 3.5. Thiết bị lọc bùn chân không .......................................................................24 Hình 3.6. Thiết bị lọc ống .......................................................................................... 25 Hình 3.7. Thiết bị nấu đường ..................................................................................... 26 Hình 3.8. Thiết bị trợ tinh .......................................................................................... 27 Hình 3.9. Thiết bị ly tâm gián đoạn ............................................................................28 Hình 3.10. Thiết bị ly tâm liên tục ............................................................................. 28 Hình 3.11. Thiết bị sấy đường.................................................................................... 29 Hình 5.1. Sơ đồ hệ thống bốc hơi nhiều nồi ............................................................... 45 Hình 6.1. Cân định lượng........................................................................................... 66 Hình 6.2. Thiết bị gia vôi ........................................................................................... 67 Hình 6.3. Thiết bị lắng ............................................................................................... 70 Hình 6.4. Thiết bị cô đặc............................................................................................ 73 Hình 6.5. Thiết bị nấu đường ..................................................................................... 76 Hình 6.6. Thiết bị trợ tinh .......................................................................................... 79 Hình 6.7. Thiết bị ly tâm liên tục ............................................................................... 81 vii DANH SÁCH CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT CHỮ VIẾT TẮT: 1. NDR: nhiệt dung riêng 2. KL: khối lượng 3. NMHH: nước mía hỗn hợp 4. GVSB: gia vôi sơ bộ 5. NMTH: nước mía trung hòa 6. CBVC: cân bằng vật chất 7. AP: độ tinh khiết 8. GP bã: thành phần phần trăm bã trong mía 9. KLR: khối lượng riêng 10. Độ Bx: biểu thị tỷ lệ phần trăm khối lượng các chất tan so với khối lượng dung dịch mía hay dung dịch đường. KÝ HIỆU: H: Chiều cao D: Đường kính L: Chiều dài W: Chiều rộng T: Thời gian t: Nhiệt độ p: Áp suất V: Thể tích viii Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía MỞ ĐẦU Công nghệ sản xuất đường mía là một lĩnh vực quan trọng trong ngành công nghệ thực phẩm, công nghệ sau thu hoạch và liên quan đến nhiều ngành khoa học khác nhau như cơ khí, công nghệ sinh học, hóa học… Đường có ý nghĩa quan trọng đối với dinh dưỡng của cơ thể con người, là nguyên liệu không thể thiếu đối với ngành công nghệ hóa học nói chung và các ngành công nghệ thực phẩm nói riêng. Đường vừa cung cấp cho cơ thể một nguồn năng lượng đáng kể, vừa là chất tạo vị đặc trưng trong công nghệ sản xuất các sản phẩm khác như bánh kẹo, mứt, sữa, nước giải khát…. Công nghiệp sản xuất đường có mối quan hệ mật thiết với đời sống của nhân dân, sự phát triển của xã hội. Chính vì vậy mà ngành công nghiệp đường trên thế giới và của nước ta đã không ngừng phát triển. Việc cơ khí hóa toàn bộ dây chuyền sản xuất, thiết bị tự động, các phương pháp sản xuất mới và vấn đề tự động hóa cũng được đặc biệt chú trọng, áp dụng trong các nhà máy đường [2]. Đối với nước ta, ngành công nghiệp mía là một trong những ngành công nghiệp chiếm vị trí quan trọng trong nền kinh tế nước ta. Trong năm 1998, cả nước đã sản xuất được 700.000 tấn đường đáp ứng được nhu cầu tiêu dùng trong nước. Trước năm 1990, hầu hết trang thiết bị, máy móc, dây chuyền công nghệ trong các nhà máy đường đều lạc hậu, cũ kỷ, trình độ và chất lượng sản phẩm còn thấp. Trong những năm gần đây, do sự đầu tư công nghệ và thiết bị hiện đại, các nhà máy đường đã không ngừng nâng cao chất lượng sản phẩm [19]. Tuy nhiên, theo số lượng thống kê thì sản lượng đường sản xuất trong nước vẫn chưa đáp ứng được nhu cầu tiêu thụ nội bộ và gặp nhiều khó khăn khác nhau: tác động quan trọng về quy hoạch vùng nguyên liệu, đầu tư chưa đúng mức và trọng tâm cũng như về quản lý thị trường, từ đó dẫn đến tồn đọng sản phẩm, nhà máy sản xuất cầm chừng, nông dân không bán được sản phẩm mía trồng dẫn đến chán đầu tư hoặc chuyển đổi giống cây trồng kinh tế cao hơn, từ đó diện tích canh tác bị thu hẹp [2]. Hiện nay, Việt Nam có khoảng hơn 40 nhà máy sản xuất đường nhưng chỉ đáp ứng 70% nhu cầu tiêu thụ của cả nước, còn lại chủ yếu nhập khẩu từ nước ngoài. Do đó thị trường nội địa có khả năng khai thác tốt [17]. Từ những phân tích trên thì việc xây dựng thêm nhà máy đường hiện đại và việc đầu tư để phát triển diện tích vùng trồng mía là điều vô cùng cấp bách và cần thiết. Chính vì vậy việc “ Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía/ ngày “ là rất cần thiết. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 1 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía Chương 1. LẬP LUẬN KINH TẾ KĨ THUẬT Hầu như các nhà máy sản xuất đường đều tập trung nhiều ở miền Bắc và miền Nam của đất nước, còn ở miền Trung chỉ có một số tỉnh như: Quãng Ngãi, Phú Yên, Quãng Bình, Nghệ An,… Quãng Nam có nguồn nguyên liệu mía khá dồi dào nhưng hiện nay chưa có nhà máy đường nào được xây dựng. Qua khảo sát, huyện Thăng Bình thuộc tỉnh Quảng Nam có đầy đủ điều kiện thuận lợi để xây dựng một nhà máy đường thô. 1.1 Đặc điểm thiên nhiên: Nhà máy được đặt tại xã Bình Quý huyện Thăng Bình có nguồn nguyên liệu dồi dào. Là một xã có diện tích rộng, bằng phẳng thuận lợi cho việc xây dựng nhà máy đường. Mặc khác, xã Bình Quý nằm 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 vùng khí hậu nhiệt đới, chỉ có hai mùa là mùa mưa và mùa khô. Nhiệt độ trung bình hằng năm là 25,40C. Độ ẩm trung bình hằng năm đạt 84%, lượng mưa trung bình 2000 ÷ 2500 mm rất thuận lợi cho cây mía phát triển [20]. 1.2 Vùng nguyên liệu: Nguyên liệu được trồng trực tiếp tại xã nên sẽ cung cấp tại chỗ với lượng lớn. Bên cạnh đó, các huyện lân cận như Phú Ninh, Hiệp Đức, Quế Sơn, Điện Đàn… cũng sẽ là nguồn cung cấp nguyên liệu cho nhà máy. Tại Quế Sơn đã từng có một nhà máy sản xuất đường được thành lập nhưng cuối cùng bị giải thể, từ đó hầu hết các hộ nông dân chuyển qua trồng lúa. Vì vậy khi xây dựng nhà máy tại Bình Quý thì việc quy hoạch vùng nguyên liệu sẽ dễ dàng hơn [21]. 1.3 Hợp tác hóa: Sản phẩm chính của nhà máy là đường thô phục vụ sản xuất đường tinh luyện vì thế việc liên kết với các nhà máy đường tinh luyện ở các tỉnh miền như nhà máy mía đường Biên Hòa, nhà máy đường tinh luyện Khánh Hòa… là yêu cầu rất cần thiết để giải quyết đầu ra cho sản phẩm của nhà máy đường. Bên cạnh đó, nhà máy cũng cần có chiến lược liên kết với các nhà máy chế biến thực phẩm để giải quyết triệt để sản phẩm đầu ra. Ngoài ra để tiêu thụ một số sản phẩm phụ và phế phẩm thì có thể liên kết với một số nhà máy khác như nhà máy giấy, phân bón, thức ăn gia súc… Những nhà máy này cũng được đặt ở trong và ngoài tỉnh như tập đoàn Hòa Phát – thức ăn chăn nuôi, công ty cổ phần giấy Sài Gòn Miền Trung tại huyện Điện Bàn, Điện Ngọc, Quãng Nam Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 2 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía Về nguồn nguyên liệu thì sự hợp tác hoá chặt chẽ để phân vùng nguồn nguyên liệu giúp thu hoạch đúng thời gian và hiệu quả kinh tế cao. Mặt khác, nhà máy sẽ đưa ra kế hoạch ứng vật tư tiền vốn cho người trồng mía. Đây là vấn đề để phát triển lâu dài. 1.4 Nguồn cung cấp điện: Điện dùng trong nhà máy với nhiều mục đích: Sử dụng để các thiết bị hoạt động, chiếu sáng trong sản xuất, sinh hoạt. Hiệu thế nhà máy sử dụng là 220v/ 380v. Nguồn điện lấy chủ yếu từ trạm điện tuabin hơi của nhà máy khi sản xuất. Ngoài ra nhà máy còn sử dụng nguồn điện được lấy từ lưới điện quốc gia 500kv được hạ thế xuống còn 220v/ 380v để sử dụng khi khởi động máy và khi máy không hoạt động thì dùng trong chiếu sáng và sinh hoạt. 1.5 Nguồn cung cấp hơi: Nguồn cung cấp hơi được lấy từ lò hơi của nhà máy để cung cấp nhiệt cho các quá trình: gia nhiệt, cô đặc, nấu đường, sấy…. Trong quá trình sản xuất, ta tận dụng nguồn hơi thứ của thiết bị bốc hơi để dùng cho quá trình truyền nhiệt, nấu đường nằm tiết kiệm hơi cho nhà máy, giảm chi phí. 1.6 Nguồn cung cấp nhiên liệu: Trong nhà máy, lò hơi là nơi sử dụng nhiên liệu nhiều nhất. Bã mía được tận dụng làm hơi đốt cho lò hơi. Trong thời kì đầu vụ, bã mía không đủ thì người ta sử dụng nhiên liệu khác như củi đốt. Còn để bôi trơn cho các thiết bị khác ta dùng dầu bôi trơn. 1.7 Nguồn cung cấp nước và vấn đề xử lý nước: Nhà máy sản xuất đường cần một lượng lớn nước cho nhiều công đoạn sản xuất và mục đích khác nhau: Cung cấp cho lò hơi, dùng trong quá trình ép, làm nguội máy móc thiết bị, sinh hoạt….Tuỳ theo mục đích sử dụng mà từng loại nước phải đảm bảo chỉ tiêu hoá lý, sinh học nhất định. 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 đưa vào sử dụng. Biện pháp xử lý nước trong nhà máy. Nước qua xử lý lắng, lọc và làm mềm nước (làm giảm hàm lượng ion Ca2+ và Mg2+ đưa về mức tiêu chuẩn). Làm mềm nước bằng phương pháp hóa học: Người ta vừa đun nóng vừa thêm vào các hợp chất hóa học như vôi, soda, kiềm, natri photphat,... sau đó lọc kết tủa lắng xuống. Làm mềm nước bằng nhựa trao đổi ion như nhựa phenolformadehyt, nhựa melanin, PVC. 1.8 Vấn đề thoát nước: Nước thải của nhà máy sau khi được xử lý sẽ được thoát ra ngoài theo hệ thống thoát nước của nhà máy. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 3 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía Để đảm bảo sự phát triển bền vững của nhà máy thì vấn đề thoát nước thải phải được chú trọng triệt để. Do đó, nước thải sau khi sản xuất cần được tập trung và xử lý đạt yêu cầu trước khi đổ ra sông. 1.9 Giao thông vận tải: Nhà máy cách quốc lộ 1A khoảng 5km và hệ thống giao thông nông thôn trong vùng khá tốt là một lợi thế rất lớn của nhà máy, do đó có thể giảm được chi phí vận chuyển và lưu thông dễ dàng. 1.10 Nguồn cung cấp nhân công: Thăng Bình là huyện đông dân, có lao động phổ thông lớn. Hầu hết đã tốt nghiệp THCS, THPT nên nếu được đào tạo sẽ nhanh chóng nắm bắt được công nghệ và làm việc tốt. Bên cạnh đó, một bộ phận công nhân từng làm việc ở nhà máy đường tại Quế Sơn nên sẽ tiết kiệm được chi phí đào tạo. Đội ngũ cán bộ kỹ thuật, quản lý từ các trường đại học Bách khoa Đà Nẵng, cao đẳng tại Đà Nẵng, Quảng Nam, Huế,… là nơi đào tạo các ngành Công nghệ Hóa thực phẩm, Điện kỹ thuật, Cơ khí, Công nghệ Môi trường,.... Như vậy đội ngũ cán bộ, công nhân phục vụ nhà máy là những người đã qua đào tạo và đủ nghiệp vụ lãnh đạo. Việc xây dựng nhà máy 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. 1.11 Tiêu thụ sản phẩm: Sản phẩm đường thô được tiêu thụ rộng rãi trên các thị trường trong tỉnh và các vùng lân cận như Bình Định, Quãng Ngãi, Đà Nẵng,…. Đồng thời sản phẩm là nguyên liệu cho các ngành công nghiệp thực phẩm khác như sữa, bánh kẹo, nước giải khát, sản xuất cồn…. Từ những phân tích trên, cho thấy việc đặt nhà máy sản xuất đường thô năng suất 3280 tấn mía/ ngày tại xã Bình Quý huyện Thăng Bình là hợp lí với tình hình phát triển của tỉnh, giải quyết được công ăn việc làm cho người dân,…. Và những điều kiện để xây dựng nhà máy. Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 4 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía Chương 2: TỔNG QUAN 2.1 Tình hình phát triển ngành đường 2.1.1 Trên thế giới và Việt Nam Trên thế giới việc chế biến đường có từ rất lâu đời. Người ta cho rằng kỹ thuật cổ truyền chế biến cây mía thành một vài loại chất ngọt bắt nguồn từ Ấn Độ, kỹ thuật cổ truyền chế biến đường được phổ biến tới các khu vực ở châu Á, châu Âu và Bắc Phi, trong khi đó kỹ thuật chế biến hiện đại được đưa từ châu Âu vào châu Á. Công nghệ chế biến đường tuy có từ rất lâu đời tuy nhiên hơn 100 năm gần đây mới được cơ khí hóa và nhiều thiết bị hiện đại được phát minh vào thế kỷ 19. Còn ở Việt Nam, nghề trồng mía có từ lâu đời. Cùng với nghề trồng mía, ông cha ta đã biết làm nhiều loại đường truyền thống như đường miếng, đường thẻ, đường phèn, đường phổi… Tuy nhiên ngành chế biến đường của nước ta vẫn chưa phát triển kịp với sự phát triển của thế giới. Hiện nay theo thống kê của Hiệp hội Mía đường Việt Nam (VSSA) cho biết cả nước hiện có 41 nhà máy đường, tổng công suất thiết kế khoảng 150.000 tấn mía/ngày nằm tại 25 tỉnh thành. Tuy nhiên, trong số 41 nhà máy, có tới 22 nhà máy chỉ có công suất dưới 3000 tấn. Một nhà máy có công suất dướu 3000 tấn đã ngừng hoạt động từ cuối năm 2017. 21 nhà máy còn lại đều có kỹ thuật, thiết bị lạc hậu, cũ kỹ. Đây thực sự nỗi lo của ngành đường trong nước khi mở của hội nhập [37]. 2.1.2 Giới thiệu một số loại đường Đường thô là một loại đường sacaroza được dùng làm nguyên liệu để sản xuất đường tinh luyện. Chất lượng đường thô phụ thuộc vào tình hình nguyên liệu mía, trình độ kỹ thuật của mỗi nước [3]. Đường RE (refined sugar extra) là loại đường tinh luyện, là đường sacaroza được tinh chế và kết tinh, là sản phẩm đường cao cấp, được sản xuất trực tiếp từ mía, từ đường thô hoặc từ các nguyên liệu khác. Đường tinh luyện được dùng làm nguyên liệu cho các sản phẩm cao cấp của công nghiệp thực phẩm [3]. Đường RS (refined sugar, white sugar) là đường trắng, đường trắng đồn điền hay đường trắng trực tiếp, có phẩm cấp thấp hơn đường RE. Phần lớn các nhà máy đường hiện đại của nước ta sản xuất loại đường này như: Lam Sơn, Việt Trì, Quảng Ngãi, Bình Định…[3]. 2.2 Nguyên liệu mía 2.2.1 Giới thiệu về cây mía Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 5 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía Cây mía có nguồn gốc ở Nam Thái Bình Dương, vùng quần đảo Ghinê. Cây mía xuất hiện từ rất lâu, khi quần đảo Á – Úc còn dính liền. Người ta đã tìm thấy những loài dại thuộc chi saccharum phân bố rộng khắp ở Ấn Độ, Trung Quốc. Ở Trung Quốc và Ấn Độ, nghề trồng mía làm đường có cách đây hơn 2.000 năm. Từ hai nước này, nghề trồng mía được phổ biến rộng khắp vùng Đông Nam Á và Nam Á (Philippin, Nhật Bản, Indonesia, Việt Nam…) [22]. Trên thế giới, cây mía và củ cải đường là hai loại nguyên liệu quan trọng nhất của ngành công nghiệp sản xuất đường. Còn ở nước ta, do đặc điểm khí hậu nên mía là nguyên liệu duy nhất để sản xuất đường. Mía đường là cây trồng có nhiều ưu điểm và có giá trị kinh tế cao. 2.2.2 Đường sacaroza Sacaroza là thành phần quan trọng nhất của cây mía, là sản phẩm của công nghệ sản xuất đường, là một disacarit có công thức C12H22O11. Trọng lượng phân tử là 342,30. Sacaroza được cấu tạo từ hai đường đơn là , d - glucoza và , d – fructoza. Tính chất lý học Tinh thể đường sacaroza thuộc hệ đơn tà, trong suốt, không màu.Tỉ trọng 1,5878. Nhiệt độ nóng chảy 186-188 0C. Đường rất dễ hòa tan trong nước. Độ hòa tan tăng theo nhiệt độ và phụ thuộc vào chất không đường có trong dung dịch đường. Đường sacaroza không hòa tan trong dầu hỏa, cloroform, CCl4, CS2, benzen, tecpen, ancol và glixerin khan. Và hòa tan giới hạn trong anilin, piridin, etyl axetat, amyl axetat, phenol và NH3. Dung dịch đường có tính quay phải. Độ quay cực riêng của sacaroza rất ít phụ thuộc nhiệt độ và nồng độ. Do đó rất thuận tiện trong việc xác định đường bằng phương pháp phân cực. Đường sacaroza rất dễ hoà tan trong nước. Độ hòa tan tăng theo chiều tăng của nhiệt độ. Độ nhớt của dung dịch đường sacaroza tăng theo chiều tăng nồng độ và giảm theo chiều tăng nhiệt độ. Tính chất hóa học: Tính chất hóa học của sacaroza tương đối ổn định nhưng dưới tác dụng của axit và nhiệt độ cao và trong dung dịch kiềm phát sinh các phản ứng hóa học: - Tác dụng với axit: Dưới tác dụng của axit, sacaroza bị thuỷ phân thành glucoza và fructoza theo phản ứng: Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 6 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía C12H22O11 + H2O sacaroza + 66,50 H+ C6H12O6 + C6H12O6 glucoza fructoza + 52,50 - 93,00 - Tác dụng với kiềm: Phân tử sacaroza không có nhóm hidroxyt glucozit nên không có tính khử. Trong môi trường kiềm, sacaroza có thể coi như một axit yếu, vì vậy nó tác dụng với vôi tạo thành sacarat, phản ứng này phụ thuộc vào nồng độ dung dịch, lượng kiềm và lượng sacaroza. - Tác dụng với enzim: Dưới tác dụng của enzim invectaza, sacaroza sẽ chuyển hoá thành glucoza và fructoza. Sau đó dưới tác dụng của phức hệ enzim, glucoza và fructoza sẽ chuyển hoá thành ancol và CO2. 2.2.3 Tính chất và thành phần của mía và nước mía Thành phần hóa học của mía phụ thuộc vào giống mía, đất đai, khí hậu, mức độ chín, sâu bệnh… Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 7 Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 3820 tấn mía/ngày Bảng 2.1. Thành phần hóa học của nước mía trong cây mía [18] 1. Thành phần của mía Tỷ lệ (%) Thành phần nước 70 – 75 Thành phần đường 9 – 15 Thành phần xơ 10 – 16 Đường khử 0,01 – 2 Chất không đường khác 1-3 2. Thành phần nước mía Tỷ lệ (%) Chất rắn hòa tan 100 Phần đường 75 – 92 Sacaroza 70 – 88 Glucoza 2–4 Fructoza 2–4 Các loại muối 3,0 – 7,5 Muối axit vô cơ 1,5 – 4,5 Muối axit hữu cơ 1,0 – 3,0 Axit hữu cơ tự do 0,5 – 2,5 3. chất không đường hữu cơ khác Tỷ lệ (%) Anbumin 0,5 – 0,6 Tinh bột 0,001 – 0,05 Chất keo 0,3 – 0,6 Chất béo, sáp màu 0,05 – 0,15 Chất không đường chưa xác định 3,0 – 5,0 Lúc mía chín, phần đường cao, chất không đường thấp do độ tinh khiết tương đối cao, đồng thời phần nước giảm, phần xơ cũng tăng lên. 2.3 Cơ sở lý thuyết trong quá trình sản xuất đường 2.3.1 Quá trình lấy nước mía ra khỏi cây mía Để lấy nước mía ra khỏi cây mía, hiện nay trong công nghiệp đường người ta sử dụng hai phương pháp chính là phương pháp ép và phương pháp khuếch tán. - Phương pháp ép vẫn được sử dụng phổ biến từ mấy trăm năm nay. Nguyên lý chung của phương pháp là xé và ép dập cây mía nhằm phá vỡ các tế bào để lấy nước mía. Ép mía là công đoạn đầu tiên của cả quá trình sản xuất đường, được chia làm các Sinh viên thực hiện: Huỳnh Thị Hòa Hướng dẫn: Trương Thị Minh Hạnh 8