Luận văn nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất đường ứng dụng cho nhà máy đường tuy hòa tỉnh phú yên

Tài liệu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất đường ứng dụng cho nhà, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thực Phẩm
• Đề tài: Tiết Kiệm Năng Lượng Trong Sản Xuất Đường
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: Tuy Hòa

Mục lục chi tiết

• PHẦN 1. TỔNG QUAN
• 1.1. TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG
• 1.1.1. Công nghệ sản xuất đường
• 1.1.2. Quy trình sản xuất đường
• 1.1.3. Tiêu chuẩn đường trắng
• 1.1.4. Giới thiệu về Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên
• CHƯƠNG 2. VẬN HÀNH NĂNG LƯỢNG TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG
• 2.1. Tiêu thụ hơi trong các công đoạn của công nghệ sản xuất đường
• 2.1.1. Năng lượng cung cấp cho nhà máy đường
• 2.1.2. Nhu cầu sử dụng hơi trong nhà máy đường
• 2.1.3. Sự cấp hơi trong nhà máy đường
• CHƯƠNG 3. HỆ THỐNG CẤU ĐẶC TRONG CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT ĐƯỜNG
• 3.1. Cấu đặc là một giai đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất đường

Tóm tắt

I. Giới thiệu

Năng lượng là yếu tố quan trọng trong sản xuất đường. Việc tiết kiệm năng lượng không chỉ giúp giảm chi phí mà còn bảo vệ môi trường. Trong ngành công nghiệp sản xuất đường, năng lượng tiêu thụ chủ yếu đến từ điện, hơi nước và nhiệt. Nghiên cứu này tập trung vào việc phân tích quy trình sản xuất đường tại Nhà máy đường Tuy Hòa và đề xuất các biện pháp tiết kiệm năng lượng hiệu quả.

1.1. Tình hình hiện tại

Nhà máy đường Tuy Hòa hiện đang sử dụng nhiều nguồn năng lượng khác nhau. Tuy nhiên, việc tiêu hao năng lượng vẫn còn cao. Theo thống kê, lượng năng lượng tiêu thụ cho mỗi tấn mía đạt khoảng 55-60 tấn hơi nước. Điều này cho thấy cần có những biện pháp cải tiến để giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ trong quy trình sản xuất.

II. Quy trình sản xuất đường

Quy trình sản xuất đường bao gồm nhiều bước từ thu hoạch mía đến chế biến thành phẩm. Mỗi bước đều tiêu tốn một lượng lớn năng lượng. Việc áp dụng công nghệ mới có thể giúp tiết kiệm chi phí và nâng cao hiệu quả sản xuất. Các công nghệ như năng lượng tái tạo và hệ thống quản lý năng lượng thông minh có thể được áp dụng để giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ.

2.1. Các bước trong quy trình

Quy trình sản xuất đường bao gồm các bước chính như thu hoạch, ép mía, tinh chế và đóng gói. Mỗi bước đều có những yêu cầu về năng lượng khác nhau. Việc tối ưu hóa từng bước trong quy trình sản xuất có thể giúp giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ. Đặc biệt, việc cải tiến công nghệ ép mía có thể giúp tăng cường hiệu suất và giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ.

III. Biện pháp tiết kiệm năng lượng

Để tiết kiệm năng lượng trong sản xuất đường, cần áp dụng một số biện pháp như cải tiến công nghệ, nâng cao hiệu suất thiết bị và quản lý năng lượng hiệu quả. Việc sử dụng năng lượng tái tạo như năng lượng mặt trời hoặc gió cũng là một giải pháp khả thi. Ngoài ra, việc đào tạo nhân viên về quản lý năng lượng cũng rất quan trọng.

3.1. Cải tiến công nghệ

Cải tiến công nghệ sản xuất là một trong những biện pháp quan trọng nhất để tiết kiệm năng lượng. Việc áp dụng các công nghệ mới như máy ép mía hiệu suất cao, hệ thống thu hồi nhiệt và các thiết bị tiết kiệm năng lượng có thể giúp giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc đầu tư vào công nghệ mới có thể mang lại lợi ích kinh tế lớn cho nhà máy.

IV. Đánh giá hiệu quả

Việc áp dụng các biện pháp tiết kiệm năng lượng không chỉ giúp giảm chi phí sản xuất mà còn góp phần bảo vệ môi trường. Các nhà máy sản xuất đường có thể giảm lượng khí thải và tiết kiệm chi phí vận hành. Đánh giá hiệu quả của các biện pháp này cần được thực hiện thường xuyên để đảm bảo tính khả thi và hiệu quả lâu dài.

4.1. Lợi ích kinh tế

Lợi ích kinh tế từ việc tiết kiệm năng lượng là rất rõ ràng. Các nhà máy có thể giảm chi phí sản xuất, tăng cường khả năng cạnh tranh và nâng cao lợi nhuận. Hơn nữa, việc giảm thiểu lượng năng lượng tiêu thụ cũng giúp giảm thiểu tác động đến môi trường, từ đó nâng cao hình ảnh của doanh nghiệp trong mắt công chúng.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Ngành công nghiệp sản xuất đường mía đóng vai trò quan trọng trong nền kinh tế nhiều quốc gia, trong đó Việt Nam là một trong những nước có tiềm năng phát triển ngành này. Theo ước tính, năng lượng tiêu thụ trong các nhà máy đường chủ yếu là điện, hơi và nhiệt, trong đó hơi sử dụng chiếm tỷ trọng lớn nhất, đặc biệt là hơi áp suất cao, trung áp và hơi bão hòa áp suất thấp. Tuy nhiên, hiện nay các nhà máy đường trong nước còn nhiều hạn chế về thiết bị, trình độ tự động hóa thấp, dẫn đến tiêu hao hơi lớn, khoảng 55-60 tấn hơi/100 tấn mía, làm tăng chi phí sản xuất và giảm khả năng cạnh tranh so với sản phẩm nhập khẩu.

Luận văn tập trung nghiên cứu các biện pháp tiết kiệm năng lượng hơi trong công nghệ sản xuất đường, đặc biệt áp dụng cho Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên với công suất 1500 tấn mía/ngày. Mục tiêu cụ thể là khảo sát các công đoạn gia nhiệt, cô đặc và nấu đường, tính toán lượng hơi tiêu thụ cho từng công đoạn, từ đó đề xuất phương án sử dụng hơi tiết kiệm nhất nhằm giảm tiêu hao năng lượng, nâng cao hiệu quả sản xuất và giảm giá thành sản phẩm. Nghiên cứu có phạm vi thời gian thực hiện trong giai đoạn hiện tại tại Nhà máy đường Tuy Hòa, với ý nghĩa thiết thực trong việc nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng trong ngành công nghiệp mía đường Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về:

• Công nghệ sản xuất đường mía: Quá trình thu hoạch, xử lý mía, tách nước mía, cô đặc và nấu đường theo phương pháp sulphit hóa axit tính, với các công đoạn làm sạch, gia nhiệt, cô đặc và kết tinh đường.
• Hệ thống hơi trong công nghiệp: Phân loại hơi áp suất cao, trung áp và bão hòa áp suất thấp; nguyên lý hoạt động của hệ thống hơi nhiều nồi (multi-effect evaporator) và hệ thống cô đặc nhiều nồi.
• Nguyên lý tiết kiệm năng lượng hơi: Sử dụng hơi thừa (hơi thở) thay thế cho hơi tươi, nguyên lý cân bằng vật chất và năng lượng trong hệ thống hơi, nguyên lý cân bằng nhiệt và truyền nhiệt trong thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm và dạng ống.
• Các khái niệm chính: Hiệu suất truyền nhiệt, tổn thất nhiệt do bốc hơi và thoát hơi, cân bằng hơi trong hệ thống, áp suất chân không, nhiệt độ sôi của dung dịch đường, nhiệt độ hơi bão hòa.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Thu thập số liệu thực tế tại Nhà máy đường Tuy Hòa, bao gồm công suất, lượng mía chế biến, lượng hơi tiêu thụ, nhiệt độ, áp suất hơi, thành phần dung dịch đường và các thông số vận hành thiết bị.
• Phương pháp phân tích: Sử dụng phương pháp cân bằng vật chất và năng lượng để tính toán lượng hơi tiêu thụ cho từng công đoạn gia nhiệt, cô đặc và nấu đường. Áp dụng mô hình tính toán trên phần mềm Excel và Turbo Pascal để mô phỏng các phương án sử dụng hơi khác nhau.
• Timeline nghiên cứu: Nghiên cứu được thực hiện trong vòng khoảng 6 tháng, bao gồm khảo sát hiện trạng, thu thập số liệu, phân tích và tính toán, đề xuất phương án và đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Tiêu hao hơi hiện tại tại Nhà máy Tuy Hòa: Lượng hơi tiêu hao trung bình khoảng 0,55 - 0,6 tấn hơi/tấn mía, cao hơn so với mức tiêu hao lý tưởng trong ngành (khoảng 0,45 - 0,55 tấn hơi/tấn mía). Tiêu hao hơi chủ yếu tập trung ở các công đoạn gia nhiệt, cô đặc và nấu đường, chiếm tới 73,96% tổng lượng hơi tiêu hao.

2. Phân phối hơi trong hệ thống nhiều nồi: Hệ thống hơi nhiều nồi 4 và 5 nồi được khảo sát cho thấy hiệu suất truyền nhiệt và phân phối hơi chưa tối ưu, với tổn thất nhiệt do bốc hơi và thoát hơi chiếm khoảng 9,8% tổng nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống 4 nồi.

3. Ảnh hưởng của áp suất và nhiệt độ hơi: Việc duy trì áp suất chân không ở mức 630 - 660 mmHg tại nồi cuối cùng giúp giữ nhiệt độ sôi dung dịch đường ở khoảng 52 - 56°C, hạn chế sự phân hủy đường và giảm tổn thất nhiệt. Áp suất và nhiệt độ hơi đầu vào ảnh hưởng trực tiếp đến lượng hơi tiêu hao và hiệu suất truyền nhiệt.

4. Phương án sử dụng hơi thở thay thế hơi tươi: Sử dụng hơi thở (hơi thừa) thay cho hơi tươi trong các công đoạn gia nhiệt và cô đặc có thể tiết kiệm được khoảng 10-15% lượng hơi tiêu hao, đồng thời giảm chi phí nhiên liệu và tăng hiệu quả sản xuất.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến tiêu hao hơi lớn là do hệ thống thiết bị trao đổi nhiệt chưa được tối ưu, phân phối hơi không đồng đều và áp suất hơi không được duy trì ổn định. So sánh với các nghiên cứu trong ngành công nghiệp đường tại Đài Loan và các nước phát triển, mức tiêu hao hơi tại Nhà máy Tuy Hòa còn cao hơn khoảng 10-15%, cho thấy tiềm năng cải tiến lớn.

Việc áp dụng hệ thống hơi nhiều nồi với cân bằng nhiệt hợp lý, kết hợp với sử dụng thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có hiệu suất truyền nhiệt cao (khoảng 1279 - 1686 W/m².K đối với dung dịch sạch) giúp nâng cao hiệu quả truyền nhiệt, giảm tổn thất nhiệt do bốc hơi và thoát hơi. Ngoài ra, việc kiểm soát nhiệt độ và áp suất hơi trong từng nồi cô đặc giúp hạn chế sự phân hủy đường, giảm tổn thất chất lượng sản phẩm.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân phối hơi trong hệ thống nhiều nồi, bảng so sánh hiệu suất truyền nhiệt của các thiết bị trao đổi nhiệt, và biểu đồ tiêu hao hơi theo từng phương án sử dụng hơi thở và hơi tươi.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa hệ thống hơi nhiều nồi: Điều chỉnh áp suất chân không và nhiệt độ hơi đầu vào, duy trì áp suất chân không ở mức 630 - 660 mmHg tại nồi cuối cùng để giảm tổn thất nhiệt và bảo vệ chất lượng đường. Thời gian thực hiện: 3-6 tháng; Chủ thể: Ban kỹ thuật nhà máy.

2. Sử dụng hơi thở thay thế hơi tươi: Áp dụng phương án sử dụng hơi thở trong các công đoạn gia nhiệt và cô đặc nhằm tiết kiệm 10-15% lượng hơi tiêu hao. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Phòng vận hành và bảo trì.

3. Nâng cấp thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm: Thay thế hoặc bổ sung thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có hiệu suất truyền nhiệt cao, giảm tổn thất nhiệt do bốc hơi và thoát hơi. Thời gian thực hiện: 12 tháng; Chủ thể: Ban đầu tư và kỹ thuật.

4. Kiểm soát và xử lý nước ngưng: Thu hồi và tuần hoàn nước ngưng để giảm tổn thất nhiệt, đồng thời xử lý nước ngưng để tránh hiện tượng đóng cặn và ăn mòn thiết bị. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Phòng môi trường và kỹ thuật.

5. Đào tạo và nâng cao nhận thức vận hành: Tổ chức đào tạo cho công nhân vận hành về kỹ thuật tiết kiệm năng lượng hơi, kiểm soát áp suất và nhiệt độ hơi, vận hành thiết bị hiệu quả. Thời gian thực hiện: liên tục; Chủ thể: Ban quản lý nhân sự và kỹ thuật.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành nhà máy đường: Nắm bắt các biện pháp tiết kiệm năng lượng hơi, tối ưu hóa hệ thống hơi nhiều nồi, nâng cao hiệu quả sản xuất.

2. Các chuyên gia nghiên cứu và phát triển công nghệ ngành mía đường: Áp dụng các mô hình tính toán cân bằng vật chất và năng lượng, phát triển thiết bị trao đổi nhiệt hiệu suất cao.

3. Các nhà hoạch định chính sách năng lượng và môi trường: Hiểu rõ về tiềm năng tiết kiệm năng lượng trong ngành công nghiệp đường, từ đó xây dựng chính sách hỗ trợ phát triển bền vững.

4. Sinh viên và học viên cao học chuyên ngành công nghệ thực phẩm, kỹ thuật nhiệt: Tham khảo phương pháp nghiên cứu, mô hình tính toán và ứng dụng thực tiễn trong ngành công nghiệp đường.

Câu hỏi thường gặp

1. Tiêu hao hơi trong sản xuất đường mía là bao nhiêu?
   Tiêu hao hơi trung bình tại các nhà máy đường Việt Nam khoảng 0,55 - 0,6 tấn hơi/tấn mía, cao hơn mức lý tưởng 0,45 - 0,55 tấn hơi/tấn mía. Việc giảm tiêu hao này giúp giảm chi phí và tăng tính cạnh tranh sản phẩm.

2. Hệ thống hơi nhiều nồi hoạt động như thế nào?
   Hệ thống hơi nhiều nồi sử dụng hơi áp suất cao để làm bay hơi nước trong dung dịch đường qua nhiều nồi cô đặc liên tiếp, tận dụng nhiệt độ và áp suất giảm dần để tiết kiệm năng lượng.

3. Làm sao để tiết kiệm năng lượng hơi hiệu quả?
   Sử dụng hơi thở thay thế hơi tươi, duy trì áp suất chân không hợp lý, nâng cấp thiết bị trao đổi nhiệt, thu hồi nước ngưng và đào tạo vận hành là các biện pháp hiệu quả.

4. Áp suất chân không ảnh hưởng thế nào đến chất lượng đường?
   Áp suất chân không thấp giúp giảm nhiệt độ sôi dung dịch đường, hạn chế sự phân hủy đường và tạo ra sản phẩm chất lượng cao hơn.

5. Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm có ưu điểm gì?
   Thiết bị này có hiệu suất truyền nhiệt cao, diện tích bề mặt lớn, dễ dàng vệ sinh và bảo trì, giúp nâng cao hiệu quả truyền nhiệt và tiết kiệm năng lượng.

Kết luận

• Tiêu hao hơi trong sản xuất đường tại Nhà máy Tuy Hòa còn cao, chủ yếu do hệ thống hơi và thiết bị trao đổi nhiệt chưa tối ưu.
• Hệ thống hơi nhiều nồi 4 và 5 nồi được khảo sát cho thấy hiệu suất truyền nhiệt và phân phối hơi chưa đồng đều, gây tổn thất nhiệt đáng kể.
• Việc duy trì áp suất chân không hợp lý và sử dụng hơi thở thay thế hơi tươi giúp tiết kiệm 10-15% lượng hơi tiêu hao.
• Nâng cấp thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm và kiểm soát nước ngưng là các giải pháp kỹ thuật quan trọng để nâng cao hiệu quả sử dụng năng lượng.
• Đề xuất thực hiện các biện pháp tiết kiệm năng lượng trong vòng 6-12 tháng nhằm giảm chi phí sản xuất và nâng cao năng lực cạnh tranh của nhà máy.

Các nhà quản lý và kỹ sư vận hành nên áp dụng các giải pháp đề xuất, đồng thời tiếp tục nghiên cứu cải tiến công nghệ để phát triển bền vững ngành công nghiệp đường Việt Nam.

Trích đoạn nội dung tài liệu

-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 -2- cøu 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. C«ng nghÖ s¶n xuÊt ®­êng 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 -4- thø 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.

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. 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) 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.

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. luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -6- MÝa c©y Xö lý s¬ bé Ðp mÝa B· mÝa Hçn hîp n­íc mÝa Ca(OH)2 + H3PO4 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 Bïn läc Läc N­íc l¾ng trong N­íc läc trong Läc N­íc mÝa trong Gia nhiÖt lÇn 3 t = 110 ÷ 1120C luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -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. Qui tr×nh s¶n xuÊt ®­êng tr¾ng theo ph­¬ng ph¸p sulphit hãa axit tÝnh luËn v¨n th¹c sÜ khoa häc -8- 1.

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. 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.