Luận văn thạc sĩ về cải thiện và thiết kế an toàn cho hệ thống cô đặc chân không đường mía

Luận văn thạc sĩ về kỹ thuật hóa học phân tích cải thiện và thiết kế an toàn cho hệ thống cô đặc chân không đường mía một nồi bán liên tục.

• Tác giả: Trần Thanh Minh Tâm
• Người hướng dẫn: TS. Bùi Ngọc Pha
• Trường học: Trường Đại học Bách Khoa
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Hóa học
• Đề tài: Cải thiện an toàn cho hệ thống cô đặc chân không đường mía
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: TP. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ
• LỜI CAM ĐOAN
• PHẦN MỞ ĐẦU
• Mục tiêu nghiên cứu
• Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Phương pháp thực hiện
• Sản phẩm của đề tài
• Kết cấu của luận văn
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Tổng quan hệ thống cô đặc
• 1.1.1. Định nghĩa cô đặc
• 1.1.2. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt
• 1.1.3. Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt
• 1.1.4. Hệ thống cô đặc chân không bán liên tục
• 1.2. Hệ thống cô đặc nước đường
• 1.2.1. Công nghệ cô đặc nước đường
• 1.2.2. Đặc điểm nguyên liệu và sản phẩm của quá trình cô đặc đường
• 1.2.3. Biến đổi hóa học trong quá trình cô đặc
• 1.2.4. Yêu cầu chất lượng sản phẩm và giá trị sinh hóa
• 1.3. Điều khiển quá trình
• 1.3.1. Mục đích và chức năng điều khiển quá trình
• 1.3.2. Sách lược điều khiển phản hồi
• 1.3.3. Bộ điều khiển
• 1.4. Hệ thống an toàn của quá trình
• 1.4.1. Các lớp bảo vệ của một quá trình
• 1.4.2. Hệ thống thiết bị an toàn
• 2. CHƯƠNG 2: HỆ THỐNG CÔ ĐẶC CHÂN KHÔNG ĐƯỜNG MÍA MỘT NỒI BÁN LIÊN TỤC
• 2.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống thiết bị cô đặc chân không hiện tại
• 2.1.1. Sơ đồ hệ thống thiết bị cô đặc chân không
• 2.1.2. Nguyên lý hoạt động
• 2.2. Phân tích nguy hiểm và khả năng vận hành (HAZOP) cho hệ thống
• 2.2.1. Mục đích của phân tích HAZOP
• 2.2.2. Phân tích HAZOP
• 2.3. Phân tích và cải thiện hệ thống thiết bị cô đặc chân không
• 2.3.1. Về phần thiết bị
• 2.3.2. Về phần quy trình vận hành
• 2.4. Xây dựng các vòng điều khiển vận hành cho hệ thống cô đặc chân không
• 2.4.1. Lưu đồ P&ID của hệ thống cô đặc
• 2.4.2. Các vòng điều khiển vận hành
• 2.5. Xây dựng quy trình vận hành cho hệ thống cô đặc chân không
• 2.5.1. Quy trình vận hành nhập liệu một lần
• 2.5.2. Quy trình vận hành nhập liệu nhiều lần (bán liên tục)
• 2.5.3. Quy trình dừng hệ thống
• 2.6. Đề xuất thiết kế an toàn cho hệ thống
• 2.6.1. Đề xuất các vòng điều khiển an toàn cho hệ thống
• 2.6.2. Đề xuất phương án cải thiện thiết bị cho hệ thống
• 2.7. Đánh giá khả năng vận hành của hệ thống khi gặp sự cố ngắt nước thủy cục
• 2.7.1. Ảnh hưởng tức thời
• 2.7.2. Ảnh hưởng về sau
• 2.8. Quy trình tìm thông số bộ điều khiển PID
• 2.8.1. Các bước thực hiện
• 2.8.2. Đánh giá chất lượng điều khiển
• 2.9. Thiết kế giao diện giám sát an toàn
• 2.9.1. Mục đích của thiết kế giao diện giám sát an toàn
• 2.9.2. Ý nghĩa của các mốc cảnh báo
• 2.9.3. Sản phẩm giao diện
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM CÔ ĐẶC ĐƯỜNG MÍA
• 3.1. Cân bằng vật chất
• 3.1.1. Dữ kiện ban đầu
• 3.1.2. Nhập liệu một lần
• 3.1.3. Nhập liệu nhiều lần (bán liên tục)
• 3.2. Cân bằng năng lượng
• 3.2.1. Tổn thất nhiệt độ trong quá trình bốc hơi
• 3.2.2. Tính toán thời gian cô đặc
• 3.3. Thực nghiệm cô đặc đường mía
• 3.3.1. Nguyên liệu, thiết bị và dụng cụ
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• DANH MỤC HÌNH
• DANH MỤC BẢNG

Tóm tắt

I. Tổng quan về an toàn trong hệ thống cô đặc chân không đường mía

Ngành công nghiệp đường mía đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế Việt Nam, tuy nhiên, việc đảm bảo an toàn thực phẩm trong quá trình sản xuất là một thách thức lớn. Hệ thống cô đặc chân không hiện tại thường không đủ tiêu chuẩn về an toàn lao động và kiểm soát chất lượng. Việc cải thiện an toàn không chỉ giúp bảo vệ người lao động mà còn nâng cao chất lượng sản phẩm. Theo nghiên cứu của tác giả, việc áp dụng các công nghệ mới trong hệ thống cô đặc có thể giảm thiểu rủi ro và nâng cao hiệu quả sản xuất. Đặc biệt, việc thực hiện phân tích nguy hiểm và khả năng vận hành (HAZOP) là một bước quan trọng để xác định các điểm yếu trong quy trình sản xuất.

1.1. Nguyên lý hoạt động của hệ thống cô đặc chân không

Hệ thống cô đặc chân không hoạt động dựa trên nguyên lý giảm áp suất để tăng tốc quá trình bốc hơi. Điều này giúp giảm nhiệt độ cần thiết cho quá trình cô đặc, từ đó bảo vệ nguyên liệu thực phẩm và giữ lại các chất dinh dưỡng. Tuy nhiên, việc kiểm soát áp suất và nhiệt độ là rất quan trọng để tránh xảy ra sự cố. Hệ thống cần được thiết kế với các tiêu chuẩn an toàn nghiêm ngặt để đảm bảo rằng mọi yếu tố đều được kiểm soát chặt chẽ, giúp giảm thiểu các rủi ro có thể xảy ra trong quá trình vận hành.

II. Phân tích và cải thiện hệ thống cô đặc chân không

Phân tích HAZOP được thực hiện để xác định các nguy cơ tiềm ẩn trong quá trình sản xuất. Các yếu tố như nguy cơ rủi ro từ thiết bị, quy trình và công nghệ cô đặc đều được xem xét. Kết quả phân tích cho thấy, nhiều điểm yếu trong thiết kế và vận hành có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng. Do đó, việc cải thiện hệ thống là cần thiết. Tác giả đề xuất các phương án cải thiện bao gồm nâng cấp thiết bị, cải tiến quy trình vận hành và thiết kế giao diện giám sát an toàn. Những cải tiến này không chỉ giúp tăng cường an toàn mà còn nâng cao hiệu quả sản xuất, từ đó giảm thiểu thiệt hại có thể xảy ra.

2.1. Đề xuất thiết kế an toàn cho hệ thống

Thiết kế an toàn cho hệ thống cô đặc bao gồm việc xây dựng các vòng điều khiển an toàn và các phương án sửa đổi thiết bị theo hướng an toàn. Các vòng điều khiển này giúp kiểm soát các thông số quan trọng như áp suất và nhiệt độ, đảm bảo rằng hệ thống hoạt động trong giới hạn an toàn. Hệ thống cũng cần được trang bị các thiết bị giám sát để phát hiện sớm các dấu hiệu bất thường, từ đó có thể thực hiện các biện pháp khắc phục kịp thời. Việc thiết kế này không chỉ giúp bảo vệ con người mà còn đảm bảo chất lượng sản phẩm, đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm.

III. Thực nghiệm và đánh giá hiệu quả

Quá trình thực nghiệm cô đặc đường mía cho thấy những cải tiến trong hệ thống đã mang lại kết quả tích cực. Số liệu ghi nhận cho thấy, việc áp dụng phương thức nhập liệu bán liên tục giúp nâng cao năng suất và giảm thời gian cô đặc. Điều này chứng tỏ rằng, việc cải thiện quy trình sản xuất và ứng dụng công nghệ mới có thể mang lại lợi ích lớn cho ngành công nghiệp đường. Hệ thống cũng cho thấy khả năng đáp ứng nhanh và ổn định khi có nhiễu tác động, điều này cho thấy tính hiệu quả của các vòng điều khiển đã được thiết kế. Kết quả thực nghiệm không chỉ chứng minh tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất mà còn mở ra hướng đi mới cho việc cải thiện an toàn lao động và chất lượng sản phẩm trong ngành công nghiệp này.

3.1. Đánh giá chất lượng điều khiển

Chất lượng điều khiển của hệ thống được đánh giá thông qua các thông số như thời gian xác lập, độ vọt lố và sai lệch tĩnh. Kết quả cho thấy, thời gian xác lập ngắn hơn 657 giây so với quy trình trước đó, cho thấy sự cải thiện rõ rệt trong khả năng điều khiển. Độ vọt lố bằng 0 và sai lệch tĩnh gần như bằng 0 cho thấy hệ thống đã hoạt động ổn định và hiệu quả. Những kết quả này không chỉ khẳng định sự thành công của các cải tiến mà còn tạo ra nền tảng vững chắc cho việc phát triển các hệ thống cô đặc trong tương lai.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp mía đường Việt Nam đóng vai trò then chốt trong nền kinh tế nông nghiệp khi tạo sinh kế ổn định cho hàng triệu nông dân và hơn 20.000 công nhân tại các nhà máy chế biến. Tuy nhiên, trước sức ép cạnh tranh gay gắt từ Hiệp định thương mại hàng hóa ASEAN (ATIGA) và nguồn đường nhập lậu giá rẻ, các doanh nghiệp bắt buộc phải tối ưu hóa chi phí sản xuất, trong đó công đoạn bốc hơi tiêu tốn hơn 30% tổng năng lượng toàn dây chuyền. Hạn chế lớn nhất của các hệ thống cô đặc truyền thống và các nghiên cứu tự động hóa trước đây là chỉ tập trung duy trì thông số nhiệt - áp mà chưa tích hợp phân tích an toàn quá trình, dẫn đến nguy cơ quá áp, sôi bùng và thất thoát nguyên liệu.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Kỹ thuật Hóa học của tác giả Trần Thanh Minh Tâm, dưới sự hướng dẫn của Tiến sĩ Bùi Ngọc Pha tại Trường Đại học Bách Khoa – ĐHQG TP.HCM (giai đoạn tháng 9/2022 đến tháng 12/2022), đã giải quyết triệt để bài toán trên. Đề tài tập trung phân tích nguy cơ theo phương pháp HAZOP, cải tạo kết cấu cơ khí và phát triển hệ thống điều khiển an toàn trên nền tảng PLC S7-300 và phần mềm TIA Portal cho hệ cô đặc chân không một nồi bán liên tục.

Kết quả nghiên cứu mang lại giá trị thực tiễn vượt trội khi chuyển đổi thành công quy trình cô đặc từ nồng độ 26 °Bx lên 65 °Bx. Hệ thống mới giúp nâng sản lượng từ 3.3 kg lên 9.8 kg thành phẩm trong một chu kỳ, rút ngắn thời gian xác lập 657 giây, triệt tiêu độ vọt lố về mức 0% và bảo đảm an toàn vận hành tuyệt đối.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng ba khối lý thuyết chuyên sâu:

• Lý thuyết nhiệt động và truyền nhiệt cô đặc chân không: Phân tích bản chất bay hơi của dung dịch đường mía ở áp suất chân không 0.2 at tuyệt đối. Tại môi trường này, nhiệt độ sôi của dung dịch giảm xuống dưới 65 °C, giúp bảo toàn tối đa hàm lượng đường saccarozơ, hạn chế phản ứng caramen hóa và ngăn ngừa sự phân hủy nhiệt tạo thành đường khử làm sẫm màu sản phẩm.
• Lý thuyết điều khiển quá trình phản hồi: Ứng dụng thuật toán điều khiển tỉ lệ - tích phân - vi phân (PID) kết hợp thuật toán đóng mở hai vị trí (ON/OFF) có dải chết. Cấu trúc điều khiển vòng kín liên tục đo đạc tín hiệu nhiệt độ đáy, áp suất buồng bốc và mức chất lỏng để xử lý triệt để hiện tượng sai lệch tĩnh và bão hòa tích phân.
• Lý thuyết an toàn quá trình và các lớp bảo vệ (LOPA): Thiết lập hệ thống thiết bị an toàn (SIS) đa tầng gồm cụm cảm biến đo lường (S), khối xử lý logic PLC (LS) và cơ cấu chấp hành khẩn cấp (FE), tạo màng chắn ngăn ngừa sự cố từ cấp điều khiển cơ bản đến cấp dừng khẩn cấp tự động.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu của đề tài được thu thập từ hệ thống thực nghiệm cô đặc chân không đường mía một nồi bán liên tục tại Phòng thí nghiệm Quá trình và Thiết bị Hóa chất. Đối tượng khảo sát là dung dịch đường mía tinh khiết được pha chế chính xác về nồng độ 26 °Bx bằng nước lọc tinh khiết có độ dẫn điện dưới 5 µS/cm.

Cỡ mẫu thực nghiệm được thiết kế toàn diện với hai kịch bản vận hành trọng điểm:

• Mẫu cô đặc nhập liệu một lần với khối lượng ban đầu 8.33 kg.
• Mẫu cô đặc bán liên tục với tổng khối lượng nhập liệu 24.72 kg qua 6 chu kỳ bổ sung nguyên liệu tự động.

Phương pháp phân tích định tính HAZOP được lựa chọn để rà soát toàn diện các sai lệch thông số lưu lượng, áp suất, mức chất lỏng và nhiệt độ. Đồng thời, phương pháp nhận dạng hàm truyền đối tượng thông qua công cụ PID Tuner trên TIA Portal được áp dụng nhằm tính toán chính xác bộ thông số Kp, Ki, Kd, đảm bảo hệ thống triệt tiêu dao động phi tuyến khi có tải nhiệt thay đổi liên tục trong suốt giai đoạn từ tháng 9/2022 đến tháng 12/2022.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình thực nghiệm và kiểm thử hệ thống ghi nhận các kết quả nổi bật sau:

• Đột phá về năng suất sản phẩm: Khi vận hành ở chế độ nhập liệu một lần, 8.33 kg dung dịch 26 °Bx chỉ thu được 3.3 kg mật đường 65 °Bx. Khi chuyển sang chế độ bán liên tục, hệ thống xử lý thành công 24.72 kg dung dịch 26 °Bx và thu về 9.8 kg đường 65 °Bx, giúp tăng sản lượng thực nghiệm lên 196.97% trên cùng một dung tích nồi đun.
• Rút ngắn thời gian tạo chân không: Việc nâng cấp cấu hình bơm hút giúp thời gian kéo áp suất buồng bốc từ áp suất khí quyển về 0.2 at tuyệt đối giảm mạnh từ 15 phút xuống chỉ còn 9 phút (rút ngắn 40% thời gian khởi động).
• Chất lượng điều khiển vượt bậc: Thời gian xác lập trạng thái làm việc ổn định của hệ thống nhanh hơn 657 giây so với hệ thống cũ. Độ vọt lố áp suất được kiểm soát ở mức 0%, sai lệch tĩnh triệt tiêu hoàn toàn quanh điểm cài đặt 0.2 at tuyệt đối.
• Tối ưu hóa hiệu suất truyền nhiệt: Hệ thống phân phối nước làm mát mới giúp tăng độ chênh lệch nhiệt độ nước vào và ra khỏi tháp giải nhiệt từ dải 0 – 0.6 °C lên mức 0.6 – 1.2 °C, giải phóng nhiệt ngưng tụ hiệu quả cho hơi thứ.

Thảo luận kết quả

Hiện tượng sôi bùng và tăng áp đột ngột trong quy trình cũ được xác định do sự tích tụ của khí không ngưng trong buồng ngưng tụ ống chùm làm suy giảm hệ số ngưng tụ hơi nước. Để xử lý, tác giả đã thiết lập chiến lược điều khiển luân phiên: khi áp suất buồng bốc chạm mốc 0.205 at tuyệt đối, hệ thống tự động ngắt điện trở gia nhiệt và kích hoạt bơm phụ; khi áp suất hạ về 0.195 at tuyệt đối, điện trở được cấp nguồn trở lại và bơm phụ tắt. Thuật toán này giúp tống khứ toàn bộ khí không ngưng ra bình chứa lỏng chỉ sau 120 giây mà không gây gián đoạn quá trình sôi.

Về phần cứng, việc phát hiện và đảo chiều lắp đặt van điện từ cấp liệu VĐ1 đã tận dụng áp lực thủy tĩnh của dòng lưu chất cộng hưởng cùng lực lò xo, giúp van đóng kín 100% và chấm dứt hiện tượng dung dịch tự tràn vào buồng đốt sau 30 phút vận hành.

So với các công bố của nhóm nghiên cứu tiền nhiệm năm 2021, hệ thống cải tiến đã khắc phục hoàn toàn hiện tượng dao động áp suất biên độ 0.05 at chân không lặp lại. Dữ liệu thực nghiệm được trực quan hóa rõ nét qua đồ thị đáp ứng áp suất đường thẳng mượt mà và đồ thị tương quan nhiệt độ đáy - nồng độ Brix tăng tịnh tiến từ 59.8 °C đến 62.5 °C, chứng minh tính tin cậy tuyệt đối của phương pháp đo nồng độ gián tiếp qua nhiệt độ sôi.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả thực nghiệm, 4 giải pháp trọng tâm được đề xuất nhằm nâng cấp hệ thống:

• Tích hợp cảm biến đo độ Brix online dạng khúc xạ quang học: Nhóm kỹ sư nghiên cứu cần lắp đặt đầu đo trực tiếp tại đáy nồi trong vòng 3 tháng tới, mục tiêu kiểm soát sai số nồng độ dưới ±0.2 °Bx theo thời gian thực thay vì sử dụng phương pháp đo gián tiếp qua nhiệt độ sôi 62.5 °C.
• Trang bị biến tần điều khiển lưu lượng bơm chân không: Kỹ sư điều khiển tự động hóa cần tiến hành lập trình điều khiển biến tần trong thời gian 2 tháng, hướng tới mục tiêu duy trì áp suất buồng bốc ổn định tại 0.20 ± 0.005 at tuyệt đối và tiết kiệm 15% đến 20% điện năng tiêu thụ cho cụm bơm.
• Gia công tấm phá xoáy và nón chắn bọt lôi cuốn: Đội ngũ kỹ thuật cơ khí cần hoàn thiện lắp đặt tấm phá xoáy đáy nồi và nón chắn giọt lỏng tại cổ buồng bốc trong vòng 1 tháng, nhằm hạ tỷ lệ tổn thất đường theo hơi thứ sang bình ngưng tụ xuống dưới 0.1%.
• Nâng cấp hệ thống dừng khẩn cấp độc lập đạt chuẩn an toàn SIL-2: Bộ phận quản lý an toàn công nghệ cần kiểm định và cấu hình các vòng khóa liên động an toàn trong thời hạn 4 tháng, bảo đảm thời gian ngắt toàn bộ nguồn nhiệt và xả áp chân không tự động dưới 3 giây khi phát hiện cạn nước nồi đun hoặc nhiệt độ vượt ngưỡng 70 °C.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng thực tiễn cao cho 4 nhóm đối tượng:

• Kỹ sư công nghệ Hóa học và Thực phẩm: Tiếp cận quy trình tính toán cân bằng vật chất - năng lượng chi tiết, nắm bắt cơ chế kiểm soát nhiệt độ sôi dưới 65 °C để giữ trọn vẹn hương vị và cấu tử đường mía.
• Kỹ sư Tự động hóa và Điều khiển quá trình: Khai thác toàn bộ lưu đồ công nghệ P&ID, thuật toán lập trình PID Tuner trên PLC S7-300 và kỹ thuật thiết kế giao diện SCADA/HMI trên TIA Portal giúp tối ưu hóa thời gian xác lập dưới 657 giây.
• Chuyên gia Quản lý An toàn và Vận hành nhà máy: Vận dụng bảng ma trận phân tích nguy cơ HAZOP thực tế để xây dựng hệ thống rào chắn bảo vệ, ngăn ngừa sự cố cháy nổ áp lực và cạn nước nồi hơi.
• Học viên cao học và Giảng viên ngành Kỹ thuật: Sử dụng làm tài liệu tham khảo chuẩn mực trong việc kết hợp giữa mô phỏng lý thuyết và triển khai thực nghiệm trên mô hình thiết bị thật với tập dữ liệu đo đạc chính xác từ 8.33 kg đến 24.72 kg dung dịch.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần duy trì áp suất buồng bốc cố định ở 0.2 at tuyệt đối?
Áp suất 0.2 at tuyệt đối giữ nhiệt độ sôi của dung dịch đường mía ở mức thấp từ 59.8 °C đến 62.5 °C. Điều này giúp ngăn ngừa hoàn toàn phản ứng caramen hóa làm cháy đường, đồng thời cho phép xác định chính xác thời điểm kết thúc cô đặc đạt 65 °Bx thông qua cảm biến nhiệt độ PT100.

Phương thức cô đặc bán liên tục mang lại lợi thế kinh tế gì so với nhập liệu một lần?
Vận hành bán liên tục xử lý được 24.72 kg dịch đường 26 °Bx để thu về 9.8 kg đường đặc 65 °Bx, cao gấp 2.97 lần so với mức 3.3 kg của phương pháp nhập liệu một lần. Giải pháp này tối đa hóa công suất bốc hơi của thiết bị mà không cần tốn chi phí mở rộng thể tích buồng đốt.

Hệ thống xử lý hiện tượng sôi bùng và tăng vọt áp suất bằng cách nào?
Hệ thống sử dụng thuật toán điều khiển luân phiên: khi áp suất vượt 0.205 at tuyệt đối, điện trở nhiệt tự ngắt và bơm phụ bật để hỗ trợ ejector hút sạch khí không ngưng. Khi áp suất về 0.195 at tuyệt đối, điện trở tự bật lại, giúp triệt tiêu hiện tượng sôi bùng và đưa độ vọt lố về 0%.

Nguyên nhân van điện từ cấp liệu bị rò rỉ và cách khắc phục như thế nào?
Van điện từ cấp liệu ban đầu bị lắp ngược chiều khiến áp lực dòng chảy thắng lực đàn hồi lò xo, đẩy hở đĩa van làm dịch đường tự tràn vào nồi. Sau khi đảo đúng chiều kỹ thuật, áp lực chất lỏng cộng hưởng cùng lực lò xo giúp ép chặt đĩa van, bảo đảm độ kín khít 100%.

Giàn phân phối lỏng tại tháp giải nhiệt được cải tạo mang lại hiệu quả ra sao?
Giàn ống đục lỗ cũ được thay thế bằng hệ 4 vòi sen phun áp lực phân tán đều nước lên khối đệm. Cải tiến này giúp nâng độ chênh nhiệt độ nước vào - ra tháp lên 0.6 – 1.2 °C, duy trì khả năng ngưng tụ hơi thứ ổn định và rút ngắn thời gian tạo chân không xuống 9 phút.

Kết luận

• Đề tài đã xây dựng hoàn chỉnh hệ thống cô đặc chân không đường mía một nồi bán liên tục tích hợp đồng thời mục tiêu năng suất và an toàn quá trình dựa trên ma trận HAZOP.
• Cải tiến cơ khí then chốt thông qua việc đảo chiều van điện từ cấp liệu và lắp đặt giàn 4 vòi sen tháp giải nhiệt giúp triệt tiêu rò rỉ và nâng cao độ chênh nhiệt độ làm mát lên 0.6 – 1.2 °C.
• Làm chủ thuật toán điều khiển PID trên TIA Portal/PLC S7-300 kết hợp giải pháp luân phiên bật tắt điện trở - bơm phụ, giúp triệt tiêu độ vọt lố về 0% và rút ngắn 657 giây thời gian xác lập.
• Kiểm chứng thực nghiệm thành công với sản lượng 9.8 kg mật đường 65 °Bx từ 24.72 kg nguyên liệu 26 °Bx, khẳng định tính khả thi vượt trội của phương thức bán liên tục.
• Thiết lập hệ thống giám sát SCADA trực quan, định hình tiêu chuẩn an toàn mới cho các hệ thống thiết bị nhiệt trong công nghệ hóa học và thực phẩm.

Trong giai đoạn tiếp theo của năm 2023 – 2024, nhóm nghiên cứu dự kiến chuyển giao công nghệ và thử nghiệm mở rộng trên quy mô pilot công nghiệp với cảm biến Brix trực tuyến. Các đơn vị sản xuất và cơ sở nghiên cứu quan tâm vui lòng liên hệ Bộ môn Quá trình và Thiết bị – Trường Đại học Bách Khoa TP.HCM để nhận tài liệu thiết kế chi tiết và hợp tác ứng dụng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1. Tổng quan hệ thống cô đặc 1. Định nghĩa cô đặc Cô đặc là phương pháp dùng để tăng nồng độ các chất hòa tan trong dung dịch hai hay nhiều cấu tử. Tùy theo tính chất của cấu tử khó hay dễ bay hơi để lựa chọn phương pháp nhiệt (đun nóng) hay phương pháp làm lạnh kết tinh để tách một phần dung môi.

Trong luận văn này, em sử dụng dùng phương pháp nhiệt. Dưới tác dụng của nhiệt, dung môi chuyển từ trạng thái lỏng sang trạng thái hơi khi áp suất riêng phần của nó bằng áp suất trên mặt thoáng dung dịch. Bản chất của sự cô đặc do nhiệt Để tạo thành hơi (trạng thái tự do) thì tốc độ chuyển động vì nhiệt của các phân tử chất lỏng gần mặt thoáng lớn hơn tốc độ giới hạn. Phân tử khi bay hơi sẽ thu nhiệt để thắng lực liên kết ở trạng thái lỏng và trở lực bên ngoài.

Do đó, ta cần cung cấp nhiệt để các phần tử đủ năng lượng thực hiện quá trình này. Bên cạnh đó, sự bay hơi chủ yếu là do các bọt khí hình thành trong quá trình cấp nhiệt và chuyển động liên tục, do chênh lệch khối lượng riêng các phần tử ở trên bề mặt và dưới đáy tạo nên sự tuần hoàn tự nhiên trong nồi cô đặc. Phân loại thiết bị cô đặc nhiệt  Theo cấu tạo, thiết bị cô đặc được chia làm 3 nhóm: - Nhóm 1: Dung dịch được đối lưu tự nhiên hay tuần hoàn tự nhiên. Thiết bị dạng này dùng để cô đặc các dung dịch khá loãng, độ nhớt thấp, đảm bảo sự tuần hoàn tự nhiên của dung dịch dễ dàng qua bề mặt truyền nhiệt.

Gồm: 5 + Có buồng đốt trong (đồng trục buồng bốc), có thể có ống tuần hoàn trong hoặc ngoài. + Có buồng đốt ngoài (không đồng trục buồng bốc). - Nhóm 2: Dung dịch đối lưu cưỡng bức hay tuần hoàn cưỡng bức. Thiết bị trong nhóm này được dùng cho các dung dịch khá sệt, độ nhớt cao, giảm được sự bám cặn hay kết tinh từng phần trên bề mặt truyền nhiệt.

Gồm: + Có buồng đốt trong, ống tuần hoàn ngoài. + Có buồng đốt ngoài, ống tuần hoàn ngoài. - Nhóm 3: Dung dịch chảy thành màng mỏng, màng có thể chảy ngược lên hay xuôi xuống. Thiết bị nhóm này chỉ cho phép dung dịch chảy thành màng qua bề mặt truyền nhiệt một lần tránh sự tác dụng nhiệt độ lâu làm biến chất một số thành phần của dung dịch.

Đặc biệt thích hợp cho các dung dịch thực phẩm như dung dịch nước trái cây, hoa quả ép…Gồm: + Màng dung dịch chảy ngược, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi tạo bọt khó vỡ. + Màng dung dịch chảy xuôi, có buồng đốt trong hay ngoài: dung dịch sôi ít tạo bọt và bọt dễ vỡ.  Theo phương pháp thực hiện, thiết bị cô đặc được chia thành: - Cô đặc áp suất thường (thiết bị hở): có nhiệt độ sôi, áp suất không đổi. Thường dùng cô đặc dung dịch liên tục để giữ mức dung dịch cố định để đạt năng suất cực đại và thời gian cô đặc là ngắn nhất.

Tuy nhiên, nồng độ dung dịch đạt được là không cao. - Cô đặc áp suất chân không: Dung dịch có nhiệt độ sôi dưới 100oC, áp suất chân không. Dung dịch tuần hoàn tốt, ít tạo cặn, sự bay hơi nước liên tục. - Cô đặc nhiều nồi: Mục đích chính là tiết kiệm hơi đốt.

Số nồi không nên lớn quá vì sẽ làm giảm hiệu quả tiết kiệm hơi. Có thể cô chân không, cô áp lực hay phối hợp cả hai phương pháp. Đặc biệt có thể sử dụng hơi thứ cho mục đích khác để nâng cao hiệu quả kinh tế.