®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
- Xem thêm -