UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM *************************** BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QU
Trang 1UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG
SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM
***************************
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HÒA NƯỚC MÍA HỖN HỢP TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS TẠI NHÀ MÁY
ĐƯỜNG PHỔ PHONG - CÔNG TY
CỔ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI
Đồng chủ nhiệm đề tài:
Thạc sĩ Nguyễn Hữu Thế
Trường ĐH Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
PGS - Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng
Trường ĐH Nông Lâm TP Hồ Chí Minh
Thành phố Quảng Ngãi Tháng 03/2013
Trang 2UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG
SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM
***************************
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HÒA NƯỚC MÍA HỖN HỢP TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS TẠI NHÀ MÁY
ĐƯỜNG PHỔ PHONG - CÔNG TY
CỔ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI
Trang 3UBND TỈNH QUẢNG NGÃI BỘ CÔNG THƯƠNG
SỞ KHOA HỌC & CÔNG NGHỆ TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHIỆP TP HCM
BÁO CÁO TÓM TẮT ĐỀ TÀI
NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP KỸ THUẬT NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HÒA NƯỚC MÍA HỖN HỢP TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS TẠI NHÀ MÁY
ĐƯỜNG PHỔ PHONG - CÔNG TY
CỔ PHẦN ĐƯỜNG QUẢNG NGÃI
Đồng chủ nhiệm đề tài
Thạc sĩ Nguyễn Hữu Thế
PGS -Tiến sĩ Nguyễn Văn Hùng
Cơ quan chủ trì đề tài
Chủ tịch Hội đồng nghiệm thu Cơ quan quản lý đề tài
Trang 4THÀNH VIÊN THAM GIA THỰC HIỆN ĐỀ TÀI
TT HỌ VÀ TÊN ĐƠN VỊ CÔNG TÁC NHIỆM VỤ
1 Nguyễn Hữu Thế ĐH Công Nghiệp TP HCM Đồng chủ nhiệm đề tài
2 Nguyễn Văn Hùng ĐH Nông Lâm TP HCM Đồng chủ nhiệm đề tài
3 Bùi Thị Nam Trân ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên
4 Phạm Văn Vĩnh ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên
5 Lê Văn Mạnh ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên
6 Nguyễn Thanh Hải ĐH Công Nghiệp TP HCM Thành viên
7 Phạm Đức Thạch Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên
8 Thái Thanh Tùng Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên
9 Đặng Phúc Đạt Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên
10 Trần Đức Bảo Nhà máy đường Phổ Phong Thành viên
MỤC LỤC
Trang
A MỞ ĐẦU 1
Trang 51 ĐẶT VẤN ĐỀ 1
2 THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI 2
B NỘI DUNG 4
I NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1.1 Nội dung nghiên cứu 4
1.2 Phương pháp nghiên cứu 4
1.2.1 Phương pháp tính toán 4
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 4
II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
2.1 Phân tích, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với quá trình trung hòa nước mía hỗn hợp 8
2.1.1 Khảo sát thực trạng thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp tại nhà máy 8
2.1.2 Lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với quá trình trung hòa nước mía hỗn hợp 10
2.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số tối ưu ảnh hưởng đến hiệu quả trung hòa nước mía hỗn hợp 11
2.2.1 Xác định các thông số ra 11
2.2.2 Xác định các thông số vào 12
2.2.3 Phát biểu bài toán hộp đen 12
2.2.4 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm 12
2.3 Kết quả thiết kế thiết bị khuấy trộn tăng hiệu quả trung hòa nước mía hỗn hợp trong dây chuyền sản xuất đường RS tại nhà máy đường Phổ Phong - Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi 14
2.3.1 Yêu cầu thiết kế 14
Trang 62.3.2 Các thông số đầu vào để thiết kế 14
2.3.3 Chuẩn số Reynolds và thông số hình học của thùng khuấy 16
2.3.4 Sơ đồ lắp đặt thùng khuấy tại khu vực trung hòa của nhà máy 17
2.4 Tính toán thiết kế hệ thống cấp vôi tự động vào thiết bị trung hòa 18
2.5 Khảo nghiệm đánh giá quá trình hoạt động của thiết bị 24
3 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 28
TÀI LIỆU THAM KHẢO 30
A MỞ ĐẦU
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Quảng Ngãi là một tỉnh có truyền thống lâu đời về trồng mía và sản xuất đường Trong những năm gần đây tuy có gặp khó khăn do bị cạnh tranh từ các loại cây trồng khác nhưng cây mía vẫn thực sự là cây xóa đói giảm nghèo cho bà
Trang 7con nông dân ở nhiều vùng miền trong tỉnh Với kinh nghiệm của mình, người dân tỉnh ta đi đến những vùng đất đồi núi có thổ nhưỡng phù hợp với cây mía như các tỉnh Gia Lai, Kontum để trồng mía Về sản xuất đường, tỉnh ta có Công
ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi quản lý hai nhà máy đường: Một nhà máy ở trong tỉnh và một nhà máy với ba dây chuyền sản xuất đường ở huyện An Khê tỉnh Gia Lai Quá trình trồng mía và sản xuất đường đã giải quyết một nguồn laođộng rất lớn và tạo một nguồn thu nhập đáng kể cho người dân tỉnh ta Quá trìnhsản xuất đường gồm bốn giai đoạn chủ yếu: Ép mía lấy nước, làm sạch nước mía hỗn hợp, cô đặc nước chè thành sirô, nấu đường và kết tinh Trong giai đoạnlàm sạch nước mía hỗn hợp, trung hòa nước mía là trung tâm của quá trình làm sạch, mà thiết bị trung hòa lại là một trong những thiết bị làm sạch trọng điểm Thiết bị trung hòa tốt hay xấu sẽ trực tiếp ảnh hưởng đến hiệu quả làm sạch Vớithiết bị trung hòa hiện tại của một số nhà máy, độ pH đầu ra không ổn định, điềunày gây ra các nhược điểm như: Tiêu hao rất nhiều vôi, tỉ lệ thu hồi đường và chất lượng đường thành phẩm thấp, đặc biệt là lượng cấu cặn bám vào thiết bị rất nhiều làm tắc nghẽn đường ống, gây khó khăn trong vận hành sản xuất
Vì vậy chúng tôi thực hiện đề tài: “Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả trung hoà nước mía hỗn hợp trong dây chuyền sản xuất đường RS tại nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi” nhằm nâng cao hiệu quả trung hòa nước mía hỗn hợp, góp phần nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí sản xuất và tăng lợi nhuận cho ngành sản xuất đường mía
II THÔNG TIN CHUNG VỀ ĐỀ TÀI
2.1 Tên đề tài: Nghiên cứu giải pháp kỹ thuật nâng cao hiệu quả trung hòa
nước mía hỗn hợp trong dây chuyền sản xuất đường RS tại nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi
2.2 Thời gian thực hiện: 05/2011 – 05/2012
2.3 Kinh phí thực hiện: 618.000.000 (sáu trăm mười tám triệu đồng) Từ
nguồn ngân sách sự nghiệp khoa học của tỉnh Quảng Ngãi
Năm 2011: 463.710.269 (bốn trăm sáu mươi ba triệu, bảy trăm mười ngàn, hai trăm sáu mươi chín đồng)
Trang 8Năm 2012: 154.289.720 (một trăm năm mươi bốn triệu, hai trăm tám mươi chínngàn, bảy trăm hai mươi đồng)
2.4 Đồng chủ nhiệm đề tài:
1 Họ và tên: Nguyễn Hữu Thế
- Chức vụ: Giảng viên
- Nơi công tác: Trường ĐH Công nghiệp TP Hồ Chí Minh
- Địa chỉ nhà riêng: Tổ 13 Phường Chánh Lộ, TP Quảng Ngãi
- Điện thoại: 0914 166 925
2 Họ và tên: Nguyễn Văn Hùng
- Chức vụ: Tổ trưởng bộ môn
- Nơi công tác: Trường ĐH Nông Lâm TP Hồ Chí Minh
- Địa chỉ nhà riêng: 51SPhan Tây Hồ, P7, Quận Phú Nhuận TP HCM
- Điện thoại: 0907 913 567
2.5 Tổ chức chủ trì đề tài
Tên tổ chức: Trường ĐH Công Nghiệp TP Hồ Chí Minh
Điện thoại: 08 38 940 390 Fax: 08 38 946 268
Địa chỉ: 12 Nguyễn Văn Bảo, P 4, Q Gò Vấp, TP Hồ Chí Minh
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Tiến sĩ Trần Tuấn Anh
2.6 Tổ chức phối hợp chính thực hiện đề tài
Tên cơ quan: Nhà máy Đường Phổ Phong – Công ty cổ phần
Đường Quảng Ngãi
Trang 9Điện thoại: 055-3855059 Fax: 055-3855040
Địa chỉ: Xã Phổ Phong, huyện Đức Phổ, tỉnh Quảng Ngãi
Họ và tên thủ trưởng tổ chức: Trần Văn Lợi
2.7 Mục tiêu đề tài: Thiết kế, chế tạo thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp có
bộ phận điều khiển tự động cung cấp sữa vôi theo độ pH để nâng cao hiệu quảtrung hòa nước mía hỗn hợp phù hợp với dây chuyền công nghệ sản xuất đường
RS tại nhà máy đường Phổ Phong – Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi
2.8 Danh mục sản phẩm Khoa học và Công nghệ:
-Vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có của nhà máy
-Vận hành ổn định với dây chuyền sản xuất hiện có của nhà máy -Ổn định độ pH đầu ratrong khoảng 7,1 – 7,3-Nguyên lý hoạt động,
bản vẽ thiết kế của cụm
thiết bị tự động cung cấp
sữa vôi theo trị số pH
03 bản
Trang 10B B NỘI DUNG
C.I NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1.1 Nội dung nghiên cứu:
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo thiết bị trung hòa phù hợp với dây chuyền sản xuất đường tại nhà máy
- Nghiên cứu, thiết kế, chế tạo bộ phận tự động cấp sữa vôi vào nước mía hỗn hợp theo độ pH đầu ra
- Lắp đặt, vận hành, điều chỉnh, chuyển giao thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp có
bộ phận điều khiển tự động cấp vôi cho nhà máy
1.2 Phương pháp nghiên cứu
1.2.1 Phương pháp tính toán
- Phương pháp giải tích toán học được sử dụng trong quá trình tính toán lực tác động và kiểm tra bền các chi tiết, giải bài toán tối ưu tìm ra các thông số làm việc
- Tính chuẩn số công suất khuấy trộn theo tài liệu của Nguyễn Minh Tuyển, 2006
- Thùng khuấy trộn cho dây chuyền 2200 tấn mía/ngày được thiết kế dựa trên cơ sở các thông số tối ưu từ qui hoạch thực nghiệm và thùng khuấy thí nghiệm
1.2.2 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
1.2.2.1 Vật liệu nghiên cứu
a Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu là nước mía hỗn hợp và sữa vôi lấy trực tiếp tại bộ phận trung hòa của nhà máy
b Phương tiện thí nghiệm
- Thùng khuấy trộn dùng để thí nghiệm
Trang 11- Bơm li tâm IKD-14 để bơm nước mía hỗn hợp, sữa vôi phục vụ thínghiệm.
- Van điều chỉnh lưu lượng dòng nước mía hỗn hợp, sữa vôi từ thùng chứađến thùng khuấy
- Vật liệu thí nghiệm: nước mía hỗn hợp sau khi đã gia nhiệt lần 1 đã quathiết bị sục SO2 và sữa vôi
- Nhiệt kế Thermometer - Daewon Korea
- Dụng cụ đo độ pH dạng liên tục Endress Hauser (quá trình thí nghiệmđược thực hiện tại khu vực trung hòa, nên dùng dụng cụ đo pH của nhà máyphục vụ thí nghiệm)
- Dụng cụ đo độ Brix ATAGO N-1 Hand-Held Refractometer,Japan
- Dụng cụ đo độ Baumé của sữa vôi
1.2.2.3 Phương pháp đo
+ Đo trực tiếp
Đo nhiệt độ, độ Brix, độ Baumé, độ pH, thể tích, thời gian…tất cả được xác định bằng dụng cụ đo
+ Đo gián tiếp
Thời gian lưu của chất lỏng trong thùng được tính từ lúc bắt đầu bơm chất lỏng vào thùng đến lúc chất lỏng đầy và tràn ra trên miệng thùng
1.2.2.4 Phương pháp bố trí thí nghiệm
- Bố trí thí nghiệm theo kiểu ngẫu nhiên hoàn toàn
- Phương pháp quy hoạch thực nghiệm: áp dụng quy hoạch thực nghiệm nhiều yếu tố với phần mềm Statgraphics Version 7.0
- Trình tự thực hiện quy hoạch thực nghiệm:
+ Chọn các thông số nghiên cứu: thông số vào là các thông số thật sự ảnh hưởng đến đối tượng nghiên cứu và có thể điều khiển được, thông số ra là các chỉ tiêu tối ưu
Trang 12+ Bố trí thí nghiệm đơn yếu tố cho ta xác định được yếu tố đó có thực sự ảnh hưởng đến chỉ tiêu tối ưu không và đồng thời xác định miền nghiên cứu thực nghiệm Đó là cơ sở để thực hiện qui hoạch thực nghiệm.
+ Tiến hành thực nghiệm bằng phương án bậc hai toàn phần dự kiến hai yếu tố đầu vào và một yếu tố đầu ra Như vậy số thí nghiệm sẽ là:
N = 3k + n0
Trong đó:
3k Số thí nghiệm ở mức trên, mức giữa và mức dưới
n0 Số thí nghiệm ở trung tâm
1.2.2.5 Phương pháp xử lý số liệu thực nghiệm
a.Xử lý thống kê
Sử dụng phần mềm Statgraphics Vers 7.0 để tiến hành phân tích phương sai
- Xử lý số liệu xây dựng mô hình thống kê gồm các bước:
Bước 1: Xác định giá trị các hệ số hồi quy đầy đủ
Bước 2: Phân tích phương sai để loại bỏ các hệ số hồi quy không đảm bảo
độ tin cậy với mức ý nghĩa 0 , 05
Bước 3: Xác định các giá trị hồi quy theo hàm toán mới sau khi đã loại bỏcác hệ số hồi quy không đủ độ tin cậy
Bước 4: Phân tích phương sai trên hàm toán mới Kiểm tra độ tin cậy của các hệ số hồi quy mới Nếu không đảm bảo tin cậy, thì cải tiến mô hình
Bước 5: Kiểm tra độ tương thích của mô hình theo mức ý nghĩa p Mô hình phù hợp nếu p > 0,05
Sau khi xây dựng được mô hình hồi quy thực nghiệm, tiếp tục dùng phần mềm Matlab để vẽ đồ thị các hàm mục tiêu làm cơ sở cho tìm cực trị trong miềnthực nghiệm
b.Tính toán tối ưu hóa
Sử dụng phần mềm Matlab trong việc giải các bài toán tối ưu có hàm mụctiêu được lập bằng phương pháp quy hoạch thực nghiệm
Hàm mục tiêu có dạng
) , ( ) ,
Trang 13II KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN
Kết quả và thảo luận của đề tài bao gồm năm phần chính: Phân tích, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với quá trình trung hòa nước mía hỗn hợp; qui hoạch thực nghiệm xác định các thông số hoạt động tối ưu của thiết bị trung hòa; tính toán thiết kế thiết bị trung hòa trong dây chuyền sản xuất đường công suất 2200 tấn mía/ngày; tính toán thiết kế hệ thống cấp vôi tự động vào thiết bị trung hòa; khảo nghiệm đánh giá quá trình hoạt động của thiết bị
2.1 Phân tích, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với quá trình trung hòa nước mía hỗn hợp
2.1.1 Khảo sát thực trạng thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp tại nhà máy
Dây chuyền sản xuất đường từ cây mía tại nhà máy Đường Phổ Phong - Công ty Cổ phần Đường Quảng Ngãi theo công nghệ và thiết bị của Trung Quốc Thiết bị trung hòa hoạt động như sau: Nước mía hỗn hợp sau khi xông
SO2 chảy xuống phểu hình nón dưới đáy thùng Trên đường đi được gia sữa vôi như hình vẽ Nhờ những lỗ bên hông phểu nó xé nhỏ dòng chảy và trộn lẫn sữa vôi vào nước mía hỗn hợp Nước mía hỗn hợp sau khi đầy thùng trung hòa sẽ chảy tràn qua thùng tán hơi thừa và sau đó đưa đi gia nhiệt lần 2 Qua quá trình làm việc, hiện tại thiết bị trung hòa có những nhược điểm sau:
- Cấu cặn bám vào phểu thiết bị trung hòa và đường ống gây tắt nghẽn, giảm năng suất hệ thống (hình 2.2)
- Độ pH của nước mía hỗn hợp sau khi qua thùng trung hòa không ổn định
- Sữa vôi cấp vào hệ thống được điều chỉnh bằng tay theo độ pH của nước mía hỗn hợp ra khỏi thùng tán hơi nên lượng vôi cấp vào không chính xác Đồngthời, khu vực trung hòa nhà máy nằm phía trên lò đốt lưu huỳnh, lượng SO2
thoát ra ngoài bay lên ảnh hưởng rất nhiều đến sức khỏe công nhân vận hành
Hình 2.1 Sơ đồ cấu tạo cụm thiết bị
trung hòa hiện tại của nhà máy
Hình 2.2 Cấu cặn bám vào phểu của
thùng trung hòaSau khi tìm hiểu, thảo luận với các kỹ sư và công nhân của nhà máy, tôi nhận thấy do các nguyên nhân sau:
Trang 14- Sữa vôi chưa trộn lẫn hoàn toàn vào nước mía hỗn hợp và thời gian lưu của nước mía hỗn hợp trong thùng trung hòa không phù hợp nên phản ứng giữa sữa vôi và nước mía hỗn hợp xảy ra chưa hoàn toàn.
- Nhiệt độ của nước mía hỗn hợp tại thiết bị trung hòa chưa phù hợp để phản ứng xảy ra
Những nhược điểm trên làm cho quá trình lắng lọc loại các chất không đường ra khỏi nước mía hỗn hợp không được tốt, ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng đường thành phẩm Độ pH nước mía hỗn hợp không ổn định làm chuyển hóa đường saccarose khi nước mía hỗn hợp ở trong môi trường axit và bazơ, làm giảm tỉ lệ thu hồi đường
2.1.2 Lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với quá trình trung hòa
nước mía hỗn hợp
TheoHugot (2001), lượng vôi đưa vào nước mía hỗn hợp trong giai đoạn trung hòa không được vượt quá 400 mg/lít Với lượng vôi ít như vậy, để phản ứng trung hòa xảy ra, trước tiên cần khuấy trộn khuyếch tán lượng sữa vôi này vào nước mía hỗn hợp
Để khuấy trộn chất lỏng thường dùng các phương pháp: phương pháp thủy khí, phương pháp xung lực và phương pháp cơ học Phương pháp xung lực thiết bị phức tạp nên hiện nay không nước nào dùng Sản xuất đường theo công nghệ và thiết bị của Trung Quốc hay dùng phương pháp thủy khí để khuấy trộn trung hòa nước mía hỗn hợp Theo Vương Hồng Tuấn (1996), phản ứng giữa sữa vôi và nước mía hỗn hợp rất nhạy và thời gian chỉ 15 – 25 giây, vì vậy khuấy trộn theo phương pháp thủy khí là phù hợp
TheoHugot (2001), thời gian phản ứng giữa sữa vôi và nước mía hỗn hợp
ở 700C là 60 giây Vậy với loại giống mía đang trồng và điều kiện thổ nhưỡng tại tỉnh Quảng Ngãi thì thời gian phản ứng là bao nhiêu? Nếu chỉ khoảng 15 –
25 giây theo như Vương Hồng Tuấn (1996), thì độ pH của nước mía hỗn hợp ra khỏi thiết bị trung hòa tại nhà máy đường Phổ Phong dùng thiết bị và công nghệ Trung Quốc sẽ không mất ổn định như hiện tại Để tăng thời gian phản ứng chỉ bằng cách tăng thời gian lưu nước mía hỗn hợp tại thiết bị trung hòa Việc này đòi hỏi phải thay thế toàn bộ thiết bị trung hòa hiện tại
Tại nhà máy đường Quảng Phú – Thành Phố Quảng Ngãi (hiện nay đã di dời lên huyện An Khê tỉnh Gia Lai), dùng thiết bị trung hòa khuấy trộn theo phương pháp cơ học công nghệ của Nhật Bản, thiết bị đơn giản dễ chế tạo, bảo dưỡng dể dàng, hoạt động ổn định trên ba mươi năm nay Vì vậy, sau khi trao đổi, thảo luận với các kỹ sư, công nhân nhà máy, đề tài quyết định dùng phương pháp khuấy trộn dạng cơ học kết hợp phương pháp khuấy trộn dạng thủy khí để khuấy trộn sữa vôi vào nước mía hỗn hợp tại khu vực trung hòa nhà máy đường Phổ Phong – Công ty Đường Quảng Ngãi