thiết bị nấu đường bằng hơi nước

Mía Cân Mía Phòng khoan mẫu mía Cẩu mía Dao chặt 1 Dao phản bằng Bàn lùa Hệ thống thùng chứa nước mía hỗn hợp Nước mía hỗn hợp Bã mía Lọc chân không Bã bùn Phân bón Nước trong bơm H3PO4

BẢNG ĐÁNH GIÁ CÔNG VIỆC

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

MỤC LỤCNhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

I. TỔNG QUAN NGÀNH MÍA ĐƯỜNG VIỆT NAM (tham khảo)

Ngành công nghiệp Đường mía là một trong ngành chủ lực, lâu đời ở nước ta Vụ míađường năm 2012-2013, diện tích mía cả nước 298.200 ha, tăng hơn vụ trước 15.000 ha, năngsuất mía bình quân cả nước đạt 63,9 tấn/ha, tăng so với vụ trước 2,2, tấn/ha, sản lượng mía cảnước đạt 19,04 triệu tấn, tăng so với vụ trước 1,5 triệu tấn

Cả nước có 40 nhà máy đường hoạt động, sản lượng mía ép công nghiệp đạt 16,6 triệutấn, sản xuất được 1.530.000 tấn đường So với vụ trước, công suất thiết kế tăng 3,3%, lượngmía ép tăng 14,5%, sản lượng đường tăng 17% Tổng lượng đường các nhà máy bán ra là1.269.500 tấn, tăng so với cùng kỳ năm trước 58.000 tấn, trong đó xuất khẩu khoảng 200.000tấn Tổng lượng nhập khẩu là 69.000 tấn (theo qouta năm 2012), mức tiêu thụ bình quânkhoảng 100.000 tấn đường/tháng, tương đương niên vụ trước

Ngành mía đường luôn gắn chặt với đời sống người trồng mía, hiện nay ngành Đườngmía nước ta phải chịu cạnh tranh vô cùng gay gắt với đường Thái Lan, nhưng nhiều công tyĐường mía trong nước vẫn đang có lãi

Bảng 1 Danh sách nhà máy đường ở Việt Nam

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

II LÝ THUYẾT VỀ NẤU ĐƯỜNG (tham khảo)

Khi cô đặc nước mía, độ nhớt tăng nhanh cùng với độ Bx và khi Bx đạt 70 – 800 thìtinh thể bắt đầu xuất hiện và làm thay đổi tính chất cả khối dung dịch: nó dịch chuyển dần từtrạng thái lỏng sang trạng thái nửa rắn, nửa lỏng “đường non” Đường non không thể sôi trongnhững ống hẹp và cũng không thể đối lưu dễ dàng từ nồi này sang nồi khác được Vì vậyđường non cần đưa sang một thiết bị khác có nguyên lý hoạt động giống như nồi cô đặc, nhưng

có những chi tiết khác thuận lợi hơn cho chất quánh cần cô tiếp Thiết bị đó là nồi nấu vào quátrình nâng tiếp độ Bx của sirô gọi là quá trình “nấu đường”

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

Mía Cân Mía Phòng khoan mẫu mía Cẩu mía

Dao chặt 1 Dao phản bằng Bàn lùa

Hệ thống thùng chứa nước mía hỗn hợp

Nước mía hỗn hợp Bã mía

Lọc chân không

Bã bùn

Phân bón Nước trong

bơm

H3PO4 + vôi

H3PO4

Sirup Tản hơi

Sirup

Ly tâm Sấy

Đường A

Mật A

Hình 2: Sơ đồ quy trình xử lý mía sau ép Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

- Quy trình sản xuất đường thô công đoạn nấu đường tương đối giống sản xuất đườn tinh.

- Nấu đường gián đoạn gồm 4 giai đoạn: Cô đặc đầu, tạo mầm, nuôi tinh thể, cô đặc cuối

• Cô đặc đầu

- Cô dung dịch đến nồng độ cần thiết để chuẩn bị cho sự tạo thành tinh thể Tùy theo phươngpháp gây mầm mà khống chế nồng độ khác nhau Giai đoạn này nên cô ở độ chân không thấpnhất (600-620mm Hg) để giảm nhiệt độ sôi của dung dịch (thường nhiệt độ = 60 -650C), giảm

sự phân hủy đường Lượng nguyên liệu gốc (mật chè hoặc đường hồ) nên phủ kín bề mặttruyền nhiệt của nồi nấu, tránh hiện tượng cháy mật chè trong nồi Thời gian cô có thể từ 30 –45

• Tạo mầm tinh thể

- Là thời điểm quan trọng của quá trình nấu đường Dùng phương pháp thủ công hoặc dụng cụkiểm tra để tìm thời điểm tạo mầm Có thể quan sát sự thay đổi như sau: Đầu tiên các dòng chấtlỏng trên kính quan sát rơi nhanh xuống Khi độ đặc đến nồng độ cần thiết để tạo mầm thì cógiọt mật chảy chậm và trên kính có nhiều vết Khi dung dịch đã đạt yêu cầu, dùng một trongnhững phương pháp tạo mầm tinh thể để gây mầm

- Nhà máy sử dụng phương pháp tinh chủng: thêm lượng bột đường ở vị trí quá bão hoà thấp(α = 1,1) Lượng bột đường cho vào chính là lượng nhân tinh thể và khống chế không để xuấthiện tinh thể mới Bột đường nghiền nhỏ có thể cho vào dạng khô, nhưng như vậy khó trộnđều Tốt nhất là bột đường sau khi nghiền cho vào trong ancol với tỉ lệ 1: 0,8 Dựa vào tínhchất dễ bay hơi và nhiệt độ sôi thấp của ancol làm cho các mầm tinh thể được trộn đều Yêucầu nghiền đường rất nhỏ trước khi trộn với ancol Thời gian cho vào không quá 30s

- Phương pháp nấu giống (phương pháp phân cắt) Nấu một nồi đường tinh thể có kích thước

nhất định, sau đó chia một phần làm mầm tinh thể Phương pháp này đơn giản, dễ khống chế.Thường được áp dụng nấu đường B,C Lượng giống nấu đường non B khoảng 6 - 8%, đối vớiđường non C khoảng 22 - 23% so với khối lượng đường non

- Phương pháp đường hồ: Dùng đường B hoà với mật chè tạo thành hỗn hợp giống để nấu.

Thường làm nguyên liệu gốc để nấu đường thành phẩm Phương pháp này nấu ngắn và dễ nấunhưng giảm lượng đường Hiện nay các nhà máy đường ở nước ta thường dùng phương phápđường hồ và phương pháp nấu giống

• Nuôi tinh thể

Giai đoạn này gồm 2 giai đoạn: Cố định tinh thể và nuôi tinh thể lớn lên

Cố định tinh thể: Sau khi tạo đủ tinh thể , dùng nguyên liệu hoặc nước nấu 2 - 3 lần để

giảm độ quá bão hòa xuống còn 1,05 ¸ 1,1 để tinh thể mới không xuất hiện

Nuôi tinh thể: Nuôi tinh thể lớn lên nhanh chóng và đều cứng Đảm bảo chất lượng

đường bằng các nguyên liệu đã tính toán

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

- Giai đoạn này có hai phương pháp nấu: Nấu gián đoạn và nấu liên tục.

+ Nấu gián đoạn: Cho nguyên liệu vào nuôi tinh thể gián đoạn với lượng nguyên liệu khácnhau.Vừa cho nguyên liệu vào, độ quá bão hòa giảm, một số tinh thể mới tạo thành bị hòa tan,

độ nhớt đường non giảm Do thêm mật chè vào nên số tinh thể chuyển ra xa nhau, hệ số truyềnnhiệt tăng lên, nước bay hơi nhanh, dung dịch quá bão hòa, đường bắt đầu kết tinh nhanh,lượng mật giảm, lượng đường trong mật tăng lên, độ nhớt tăng, giảm hệ số truyền nhiệt và sựbay hơi nước Song sự bay hơi nước vượt xa sự kết tinh, dẫn đến sự tạo thành tinh thể "dại".Cần phải cho mật hoặc nguyên liệu vào chỉnh lí ngay Trong quá trình chỉnh lí cố gắng giữ hàmlượng tinh thể cố định

Phương pháp nấu gián đoạn đòi hỏi công nhân nhiều kinh nghiệm

+ Nấu liên tục: Nấu liên tục cho hiệu quả cao vì độ quá bão hòa luôn luôn được giữ cố định, sựtruyền nhiệt, sự bay hơi và kết tinh không bị đứt đoạn, do đó tốc độ kết tinh tăng, giảm sự tạothành các tinh thể dại

Để giảm độ nhớt trong giai đoạn này nên phân đoạn nấu nước Đối với nguyên liệu độtinh khiết thấp nấu nước nhiều lần hơn Nhiệt độ nước cho vào lớn hơn nhiệt độ trong nồi là

100C Không nên nấu nước nhiều lần và lượng nước quá nhiều vì thời gian nấu quá dài, tốnnhiên liệu Các loại đường thành phẩm không nấu nước

Phương pháp gián đoạn thường dùng khi nấu các loại đường có độ tinh khiết thấp Cònphần lớn các nhà máy đường đều dùng phương pháp nấu liên tục

Tổng thời gian nấu một nồi đường phụ thuộc kích thước tinh thể cần nấu, chất lượngnguyên liệu, trình độ thao tác của công nhân và các điều kiện khác Ở nước ta nấu đường non Akhoảng 2 - 4 giờ: non B 4 - 6 giờ và non C 8 - 12 giờ

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

Chè tinh Sirô sulfit

C

Trợ tinh

A

Đường non C

Trợ tinh B

B

Trợ tinh C

Ly tâm

A

Ly tâm B

Ly tâm C

Bán

Sơ đồ qui trình công đoạn nấu đường: Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

III THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG

1 Nhiệm vụ của nấu đường:

Nhiệm vụ của nấu đường mật chè từ hệ bốc hơi có nồng độ khoảng 60 Bx, dùng phương phápgia nhiệt tiếp tục cô đặc đến độ quá bão hòa nhất định (Bx = 78 – 82), tạo mầm tinh thể lớn lênđến hạt đường có kích thước đạt yêu cầu (0,8 – 1,2 mm )

Nấu đường là một trong những công đoạn trọng yếu của sản xuất đường Kết cấu nồi nấuđường tốt xấu ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩm

2 Yêu cầu chọn nồi nấu đường:

- Làm việc dưới điều kiện chân không để tránh nhiệt độ cao tạo caramen ảnh hưởng màu sắcthành phẩm Ngoài ra, nồi phải có tác dụng nâng cao hiệu số nhiệt độ có ích, tăng nhanh tốc độnấu và dùng hơi thứ gia nhiệt cho nấu đường tiết kiệm dùng hơi;

- Đường non cần tuần hoàn tốt Tinh thể đều đặn, không có ngụy tinh, tăng tốc độ nấu đường;

- Giảm chiều cao tĩnh áp;

- Dung tích khởi tinh nên nhỏ;

- Giảm góc chết;

- Cho nguyên liệu vào đều đặn (phân bố đều);

- Có bộ phận thu hồi đường;

- Có nhiệt kế, áp kế, chân không kế, kính quan sát, van láy mẫu, cửa sửa chữa và van phá chânkhông

- Kết cấu mặt gia nhiệt phải đảm bảo cho đường non tuần hoàn bình thường, hiệu suất truyềnnhiệt cao và làm cho đường non nấu xong dễ thoát ra;

- Ở phía dưới của bộ phận gia nhiệt hạn chế các góc chết sẽ ảnh hưởng đến thao tác và tuầnhoàn;

- Lỗ thoát đường non phải có kích thước vừa đủ (bằng khoảng 1/6-1/8 đường kính nồi) để dởđường được nhanh, van của lỗ phải đảm bảo kín và dễ mở;

- Đỉnh nồi cần phải có máy thu hơi đường để đường non hoặc nước đường không theo hơinước đi vào máy ngưng tụ làm thất thoát đường;

- Trên nồi phải có ống hơi nước, ống hơi đường, ống nạp liệu, ống nước nóng lạnh, ống thoátnước ngưng tụ và ống amoniac có kích thước cần thiết, van khóa của các ống phải lắp ở chỗ dễthao tác;

- Tiết kiệm lượng hơi dùng.Tận dụng hơi thứ hoặc nguồn hơi thải áp lực thấp

- Ngoài ra, nên thiết kế nồi nấu có kết cấu đơn giản, dễ dàng gia công chế tạo, giá cả thấp, thaotác sữa chữa thuận lợi

3 Đặc điểm kết cấu của nồi nấu đường

Kết cấu nồi nấu đường tương tự như nồi bốc hơi, bao gồm: buồng đốt, buồng bốc hơi và bộphận thu hồi đường Nhưng do tính chất vật chất trong nồi bốc hơi (nước mía trong và mậtchè) và trong nồi nấu đường (đường non) khác nhau nên kết cấu có phần khác nhau Đườngkính ống gia nhiệt và ống tuần hoàn và đường kính thiết bị ở nồi nấu đường lớn hơn nhiều sovới nồi bốc hơi, ngược lại chiều cao buồng đốt và buồng bốc hơi nhỏ hơn nồi bốc hơi Đặc

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

biệt, ở nồi nấu đường non bằng cơ học có tác dụng cải thiện tuần hoàn đường non, rút ngắnthời gian nấu đường non.

4 Cấu tạo chung:

Gồm 2 phần chính: buồng bốc và buồng đốt

Buồng đốt gồm các ống truyền nhiệt, ở tâm có ống tuần hoàn giữa khá lớn Phía trênbuồng đốt nối với buồng bốc hơi Phía dưới buồng đốt nối với đáy nón có hệ thống van thủylực

Buồng bốc dùng để tách hơi thứ ra khỏi hỗn hợp hơi lỏng Trong buồng bốc có nón chắndùng để tách những giọt lỏng do hơi thứ mang theo Đường kính buồng bốc thường rất lớn đểtăng bề mặt bốc hơi Để tránh hơi thứ mang theo nhiều chất lỏng người ta bố trí bộ phận phân

ly ở phía trên, để tránh mất mát nhiều nhiệt ra môi trường xung quanh, thiết bị được bảo ônbằng lớp cách nhiệt trên đỉnh có đường dẫn hơi thứ ra cột baromet Bên trên buồng đốt có ốngthoát khí không ngưng bên dưới có ống thoát nước ngưng tụ Hơi đốt vào bên hông buồng đốt,ngoài ra trên buồng đốt còn có ống hơi nước để xông rửa nồi và ống rửa kính Ngoài ra thiết bịcòn có: nhiệt kế, áp kế, kính quan sát, ống dẫn giống và van an toàn, van tháo liệu ở dưới đáy,thước đo dung dịch, 2 ống dẫn dịch thu hồi

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

5 Nguyên lý chung

Dung dịch đi vào theo ống dẫn xuống dưới đáy ống tuần hoàn lớn rồi đi lên trong cácống truyền nhiệt, còn hơi đốt đi vào trong khoảng trống phía ngoài ống truyền nhiệt Khi làmviệc dung dịch trong ống truyền nhiệt tạo thành hỗn hợp hơi-lỏng còn trong ống tuần hoàn: thểtích dung dịch trên một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt Do đólượng hơi tạo ra trong hỗn hợp hơi lỏng ít hơn Vì vậy khối lượng riêng của hỗn hợp hơi lỏng ởđây lớn hơn trong ống truyền nhiệt Kết quả là xuất hiện sự chuyển động từ trên xuống dưới ởtrong ống tuần hoàn còn từ duới lên trên ống truyền nhiệt Mặt khác độ Bx trong nồi nấu lớnhơn độ Bx nguyên liệu đi vào dẫn đến tỷ trọng của dung dịch trong nồi nấu lớn hơn tỉ trọng củadung dịch bên ngoài do đó có sự đối lưu tự nhiên giữa ống tuần hoàn và ống truyền nhiệt Đó làhiện tượng tuần hoàn tự nhiên Và đó cũng là lý do tại sao người ta bố trí đường dẫn dung dịchvào xuống dưới đáy buồng

Quá trình tuần hoàn tự nhiên trong thiết bị được tiến hành liên tục cho tới khi nào nồng

độ dung dịch đạt yêu cầu thì mở van thủy lực ở đáy để tháo dung dịch ra

Trong quá trình trao đổi nhiệt, hơi đốt mất nhiệt và ngưng tụ thành nước ngưng đượctháo ra ngoài qua ống dẫn nước ngưng ở đáy buồng đốt Còn khí không ngưng được xả rangoài qua ống dẫn khí không ngưng

Đồng thời dung dịch nhận nhiệt làm bốc hơi nước tạo thành hơi thứ qua bộ phận phân lyrồi thoát ra ngoài qua hệ thống ngưng tụ tạo chân không (cột baromet)

Cách vận hành nấu đường tại nhà máy đường Cam Ranh.

- Cô đặc đầu

- Mở van tạo chân không từ 640-660 mmHg

- Mở van cho nguyên liệu vào ngập buồng đốt

- Mở van hơi vào từ từ đến áp suất à nhiệt độ theo đúng quy định

- Tạo hạt

- Cô dặc nguyên liệu đến trạng thái bão hòa

- Tạo mầm tinh thể (bó bột hoặc rút giống)

- Nuôi hạt

- Chỉnh lý tinh thể theo thể tích hạt cần thiết

- Nuôi tinh thể đến thể tích nồi nấu theo quy định bằng cách cho ăn sirup vào cho đến khi đủthể tích yêu cầu

- Nửa giờ hoặc một giờ đến khi xuống đường lần cuối để tạo sự luân lưu đường non tốt trongnồi

- Cho ăn sirup để tiêu thụ lượng nước bốc hơi

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

- Cô đặc cuối

- Cô dặc cuối đến độ Bx quy định

- Báo công nhân trực trợ tinh chuẩn bị xả đường

- Xuống đường

- Đóng van hơi buồng đốt

- Đóng van chân không

- Mở van xả gió chân không

- Mở xi lanh nhỏ ra khỏi đầu pittông van đáy

- Mở xi lanh lớn để mở van đáy xả đường

- Xả đường non xong mở van hơi rửa nồi đến nhiệt độ t = 100oC

- Đóng xi lanh lớn để đóng van đáy

- Đóng xi lanh nhỏ để giữ pittông van đáy

6 Các dạng nồi nấu đường

6.1 Nồi nấu đường gián đoạn:

Bên ngoài thiết bị có hệ thống thoát khí không ngưng Ống dẫn hơi đốt vào nằm bênhông thân thiết bị Ngoài ra còn có ống thoát nước ngưng

Ống dẫn nguyên liệu vào nằm bên ngoài và đưa vào ở buồng đốt để dẫn nước mía vàocác ống truyền nhiệt

Ở mỗi nồi nấu đường đều gắn với thiết bị chân không baromet để tạo chân không choquá trình nấu

b. Nguyên tắc hoạt động:

Là thiết bị nấu đường gián đoạn, làm việc theo từng mẻ

Phương án bốc hơi vừa áp lực vừa chân không, áp lực là bơm đẩy dung dịch lên, chânkhông được tạo trong buồng bốc Mỗi nồi đều nối với thiết bị tạo chân không để cho nhiệt độsôi không quá cao tránh phản ứng caramen hóa

Nguyên liệu vào nồi theo ống nạp liệu ở đáy thiết bị Sự đối lưu của dung dịch trong

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC

Buồng bốc Kính quan sát

Phá chân không

Khí không ngưng

Nước ngưng Hơi đốt

Ống truyền nhiệt Chè tinh

Hút chân không

Bộ thu hồi đường

Van xả Buồn đốt

thành hỗn hợp hơi lỏng, còn trong ống trung tâm và khoảng không gian tuần hoàn ngoài thì thểtích của dung dịch trên một đơn vị bề mặt truyền nhiệt lớn hơn so với ở ống truyền nhiệt Do

đó, lượng hơi tạo ra trong hỗn hợp hơi lỏng ít hơn Vì vậy hỗn hợp hơi lỏng lớn hơn trong ốngtruyền nhiệt Vì vậy, có sự chuyển động từ trên xuống dưới ở trong ống tuần hòan ngoài, còntrong ống truyền nhiệt thì dung dịch đi từ dưới lên sau đó đi vào giữa và ra ngoài Đó là tuầnhoàn tự nhiên

Quá trình tuần hoàn tự nhiên được tiến hành liên tục cho đến khi nào nồng độ dungdịch đạt yêu cầu thì mở van thủy lực ở đáy để tháo dung dịch xuống trợ tinh Khi tháo liệu thìđóng tất cả các van lại, mở van phá chân không để áp suất bên trong và bên ngoài cân bằngnhau mới tháo liệu được

Hơi đốt đi vào buồng đốt và đi vào những khoảng trống giữa các ống truyền nhiệt Cònnước ngưng tụ được đưa về bồn chứa sử dụng cho công nghệ Khí không ngưng thì xả vào môitrường

Nhóm 1 – 53TP1 THIẾT BỊ NẤU ĐƯỜNG BẰNG HƠI NƯỚC