Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất 2150 tấn mía/ngày theo phương pháp khuếch tán

Thiết kế nhà máy sản xuất đường thô hiện đại năng suất
2150 tấn mía/ngày theo phương pháp khuếch tán
CHƯƠNG III: CHỌN VÀ THUYẾT MINH DÂY CHUYỀN
CÔNG NGHỆ
3.1.3. Chọn phương pháp nầu và chế độ nấu
3.1.3.1. Chọn phương pháp nấu
Có 2 phương pháp nấu đường: nấu đường gián đoạn và nấu đường liên tục
Theo các tài liệu thì nấu đường liên tục có nhiều ưu điểm:
+ Năng suất tăng lên ít nhất 25%
+ An toàn về hơi
+ Tổn thất đường thấp
+ Dễ tự động hoá
Tuy nhiên, hiện nay nấu đường liên tục vẫn chưa được áp dụng rộng rãi do
những khó khăn sau:
+ Thiết bị phức tạp, thao tác khó, đòi hỏi các thiết bị, dụng cụ kiểm tra và
thao tác phải đồng bộ
+ Chất lượng đường chưa tốt
Vì vậy trong đồ án này, em chọn phương pháp nấu đường gián đoạn, tuy còn
nhiều hạn chế nhưng nó phù hợp với điều kiện ở nước ta: thiết bị đơn giản, thao tác
tương đối dễ dàng.
3.1.3.2. Chọn chế độ nấu
Trong ngành sản xuất đường hiện nay, người ta thường sử dụng các chế độ nấu
đường: nấu 2 hệ, nấu 3 hệ, nấu 4 hệ. Đối với chế độ nấu 2 hệ, có nhiều ưu điểm: thể
tích đường non nhỏ, chất lượng đường thương phẩm đồng nhất, giảm hệ số nấu lại,
năng suất nấu tăng lên đáng kể…tuy nhiên lượng đường còn lại trong mật cuối
nhiều gây tổn thất đường, làm giảm hiệu quả kinh tế. Với chế độ nấu 4 hệ thì giảm
được tổn thất đường trong mật cuối nhưng dây chuyền công nghêi tương đối phức
tạp, tốn nhiều thiết bị…Vì vậy ở đây ta chọn chế độ nấu 3 hệ vì có những ưu điểm:


AP mật chè > 80% phù hợp với chất lượng mía được trồng ở nước ta, thu được

đường có độ tinh khiết cao, giảm được tổn thất đường trong mật cuối
Mật chè
Non A
Đường A

Non B
Mật A

Đường B

Mật B

Non C
Đường C

Mật cuối

Đường hồ B
Hồi dung C
3.2.2.5. Nấu đường – Trợ tinh – Ly tâm
a. Nấu đường
- Mục đích: Nấu đường là tách nước từ mật chè, đưa dung dịch đến nồng độ
quá bão hoà tạo điều kiện thuận lợi cho sự xuất hiện các tinh thể đường và nuôi cho
những tinh thể đường lớn lên đến kích thước theo yêu cầu bảo đảm chất lượng
đường thành phẩm. Sản phẩm của quá trình nấu đường gọi là đường non, nó gồm
tinh thể đường và mật cái.
- Ta chọn chế độ nấu đường 3 hệ. Đây là chế độ nấu phổ biến nhất để nhận
được đường cát với độ tinh khiết cao. Nấu đường được tiến hành ở điều kiện chân
không, tuỳ thuộc vào từng loại đường và từng giai đoạn nhưng thông thường áp suất
từ 640 – 670 mmHg, nhiệt độ 60 – 700C nhờ vậy tránh được hiện tượng phân huỷ

và caramen hoá đường Sacaroza. Thời gian nấu của các mẻ như sau:
+ Non A: 2 - 4 h/mẻ, nhiệt độ nấu 60 – 650C
+ Non B: 4 - 6 h/mẻ, nhiệt độ nấu 70 – 800C
+ Non C: 8 - 12 h/mẻ, nhiệt độ nấu 70 – 800C
- Chọn thiết bị nấu đường dạng ống chùm thẳng đứng có ống tuần hoàn trung
tâm đảm bảo cho sự đối lưu của đường non có độ nhớt lớn, thiết bị này có tốc độ
truyền nhiệt lớn, cấu tạo đơn giản nên dễ dàng vệ sinh và lắp đặt.


Hình 3.11 – Thiết bị nấu đường [16]
c. Trợ tinh
- Mục đích: Để tinh thể đường ổn định, nếu tiếp tục nấu ở chế độ chân không,
do độ nhớt đường non lớn nên tốc độ kết tinh phần đường còn lại rất chậm, thời
gian kéo dài ảnh hưởng đến chất lượng màu sắc của sản phẩm, không hiểu quả kinh
tế. Vì vây khi nấu đến nồng độ chất khô nhất định đối với mỗi nồi, tiến hành cho
đường non vào thiết bị trợ tinh để trợ tinh thêm, đồng thời tạo điều kiện thuận lợi
cho quá trình ly tâm.
- Nguyên tắc của quá trình trợ tinh là giảm nhiệt độ làm cho đường non tiếp
tục quá bão hoà và kết tinh.
+ Đối với đường non A và B do mật A, B còn dung phối liệu nấu lại nên
việc kết tinh làm lạnh không cần phải nghiêm ngặt lắm. Vì vậy sử dụng thiết bị trợ
tinh có cánh khuấy ruột gà.
+ Đối với trợ tinh C, do mật C là mật cuối tạp chất nhiều, độ nhớt cao,
không dùng nấu lại nên yêu cầu phải làm cho tinh thể đường hấp thụ phần đường
trong mẫu dịch ở mức độ cao nhất để giảm tổn thất đường trong mật cuối. Vì vậy
thiết bị trợ tinh C phải có hệ thống cánh khuấy và làm lạnh cưỡng bức đồng thời
gian trợ tinh dài.
+ Trợ tinh non A là 2 – 4h, trợ tinh non B là 4 – 6h, trợ tinh non C là 18 –
20h.
- Thiết bị trợ tinh: Chọn thiết bị trợ tinh A, B là loại trợ tinh ngang dạng ống

xoắn ruột gà, thiết bị trợ tinh C là đĩa khuyết quay.


.
Hình 3.12 - Thiết bị trợ tinh ngang [13]

CHƯƠNGIV:

CÂN BẰNG VẬT CHẤT

4.3. Tính toán công đoạn nấu đường
Chọn chế độ nấu đường theo sơ đồ sau
Mật chè
Non A

Giống B

Giống C

Đường A. Mật A.

Non B

Non C

Đường B
Đường hồ

Mật B

Đường C Mật cuối
Hồi dung C
Nấu non A, B

Dựa vào độ tinh khiết, nồng độ chất khô của sản phẩm và nguyên liệu, tra bảng
[V-5/(10-263)]. Chọn giá trị Ap và Bx của nguyên liệu, thành phẩm và bán thành
phẩm theo bảng 4.3. Cơ sở tính cho 100 tấn chất khô mật chè.
Bảng 4.3 - Ap, Bx của nguyên liệu và thành phẩm
STT
1
2
3
4
5
6

Hạng mục
Mật chè
Non A
Non B
Non C
Mật A
Mật B

Ap (%)
82,095
83
68
56
66

40

Bx (%)
60,167
93
95
99,2
80
84


7
8
9
10
11
12
13

Mật cuối (rỉ)
Đường A
Đường B
Đường C
Giống B, C
Hồ B
Hồi dung C

30
98,5
90

82
72
85
82

84
99
98
97
90
85
65

4.3.1. Tính đường thành phẩm.
- Lượng đường thành phẩm sản xuất từ 100 tấn chất khô mật chè:
Ap mật chè - Ap mật C
82,095 − 30
G1 =100 x
=
x100 = 76,051 (T)
98,75 − 30
Ap đường A- Ap mật C
- Khối lượng mật rỉ: G2 = 100 – G1 = 100 – 76,051 = 23,949 (T)
4.3.2. Tính đường non C
* KL non C cần nấu:
Ap đường C - Ap mật C
82 − 30
G3 = G2 x Ap đường C - Ap non C = 23,949 x
= 47,898 (T)
82 − 56

* KL đường C sản xuất từ non C: G4 = G3 – G2 = 47,898 – 23,949 = 23,949 (T)
* Tính phối liệu nấu non C.
- Lượng giống nấu non C: G5 = G3 x

23
= 47,898 x 0,23 = 11,016 (T) [3-249]
100

- Nấu giống C từ mật chè và mật A. Theo công thức nhân chéo [3-261]
Ap mật chè: 82,095

KL mật chè
Ap giống C: 72

Ap mật A: 66

KL mật A.

+ KL mật chè nấu giống C:
Ap giống C – Ap mật A
72 − 66
G6 = G5 x
= 11,016
= 4,107 (T)
82,095 − 66
Ap mật chè – Ap mật A
+ KL mật A nấu giống C: G7 = G5 – G6 = 11,016 – 4,107 = 6,910 (T)
- Nấu non C từ mật B và giống C:

Ap giống C – Ap non C
+ KL mật B nấu non C:G8 = G5 x
= 11,016(T)
Ap non C – Ap mật B
+ KL non C được nấu: G9 = G5 + G8 = 11,016 + 11,016 = 22,032 (T)

- KL đường non cần nấu thêm: G10 = G3 – G9 = 47,898 – 22,032 = 25,865 (T)
- Nấu non C từ mật A và mật B:
Ap mật A.66

KL mật A.


Ap non C: 56
Ap mật B. 40

KL mật B

+ KL mật A nấu thêm non C:
Ap non C – Ap mật B
56 − 40
G11 = G10 x
= 25,865 x
= 15,917 (T)
Ap mật A – Ap mật B
66 − 40
+ KL mật B nấu thêm non C: G12 = G10 – G11 = 25,865 – 15,917 = 9,948 (T)
Bảng 4.4: Tổng kết phối liệu nấu non C
STT
1

2
3

Hạng mục
Mật chè
Mật A.
Mật B
Tổng

KL chất khô
4,107
22,827
20,965
47,898

Thử lại độ tinh khiết non C: Ap = 100 x

Ap (%)
82,095
66
40

Pol (%)
3,372
15,066
8,386
26,824

26,824
= 56,002 %. Phù hợp giả thuyết.

47,898

4.3.4. Tính đường non B
- Lượng non B cần nấu: G13 = (G8 + G12) x

Ap đường B – Ap mật B
Ap đường B – Ap non B

90 − 40
=
x(11,016 +9,948) = 47,647 (T)
90 − 68

- KL mật B nấu non C: G14 = G8 + G12 = 11,016 + 9,948 = 20,965 (T)
- KL đường B sản xuất được: G15 = G13 – G14 = 47,647 – 20,965 = 26,682 (T)
- KL giống B nấu non B thường là 6-8% so với non B. Chọn 8%.
G16 = G13 x 8% = 47,647 x 0,08 = 3,812 (T).
- Nấu giống B từ mật chè và mật A.
Ap mật chè: 82,095

KL mật chè
Ap giống B: 72

Ap mật A. 66

KL mật A.

+ KL mật chè nấu giống B:
Ap giống B – Ap mật A.
72 − 66

G17 = G16 x
= 3,812 x
= 1,421(T).
82,095 − 66
Ap mật chè – Ap mật A.
+ KL mật A nấu giống B: G18 = G16 – G17 = 3,812 – 1,421 = 2,391 (T).
- Nấu non B từ giống và mật A:
+ KL mật A nấu non B: G19 = G16 x

Ap giống B – Ap non B
AP giống B – AP mật A

72 − 68
=
x 3,812 = 2,541 (T).
72 − 66


+ KL non B đã nấu được: G20 = G16 + G19 = 3,812 + 2,541 = 6,353 (T)
+ KL non B cần nấu thêm: G21 = G13 – G20 = 47,647 – 6,353 = 41,294 (T).
- Nấu thêm non B từ mật A và hồi dung C:
Ap hồi dung C 82.

KL hồi dung C
Ap non B
68

Ap mật A. 66

KL mật A.

Ap non B –
+ KL hồi dung C nấu non B: G22 = G21 x Ap mật A.
=

68 − 66
hồi dung
x 41,294Ap
= 5,126
(T).–
82 − 66

Ap mật A
+ KL mật A nấu thêm non B = G23 = G21- G22 = 41,294 – 5,126 = 36,132 (T).
Tổng kết phần tính nguyên liệu nấu non B theo bảng 4.5.
Bảng 4.5 - Tổng kết nấu non B.
STT
1
2
3

Hạng mục
Mật chè
Mật A.
Hồi dung C
Tổng

KL chất khô
1,421
41,064
5,162

47,647

Thử độ tinh khiết non B: Ap = 100 x

Ap (%)
82,095
66
82

Pol (%)
1,167
27,102
4,233
32,502

32,502
= 68,082 % phù hợp giả thuyết
47,647

4.3.4. Tính đường non A
- Chọn hiệu suất kết tinh non A: K = 52 (%).
- KL non A cần nấu: G24 = G1 x 1/K = 76,051 x

1
x 100 = 146,252 (T).
52

- KL mật A thu được: G25 = G24 – G1 = 146,252 – 76,051 = 70,201 (T)
- KL mật A còn lại: G26 = G25 – (G19 + G23 + G18 + G11 +G7)
= 70,201 – ( 41,064 + 22,827) = 6,311 (T).

- KL đường hồ B nấu non A: ( dùng mật chè để đường hồ B)
Ap đường B - Ap mật chè 90 − 82,095
G27 = G15 x
=
x 26,682 = 72,607 (T).
Ap hồ B – Ap 85 − 82,095
mật
chè hồ B: G28 = G27 – G15 = 72,607 – 26,682 = 45,924 (T).
- KL mật chè
đường
- KL mật chè nấu non A.
G29 = 100 – (G6 + G17 + G28) = 100 – (4,017 + 1,421 + 45,924) = 48,548 (T)
- KL hồi dung C nấu non A: G30 = G4 – G22 = 23,949 – 5,162 = 18,787 (T).
Bảng 4.6 - Tổng kết nấu non A


STT
1
2
3
4

Hạng mục
Mật chè
Mật A.
Đường hồ B
Hồi dung C
Tổng

KL chất khô

94,472
6,311
72,607
18,787
192,177

Thử lại độ tinh khiết non A: Ap = 100 x

Ap ( %)
82,095
66
85
82

Pol (%)
77,257
4,165
62,716
15,405
159,543

159,543
= 83,02 (%). Phù hợp giả thuyết.
192,177

4.3.5. Khối lượng các thành phần tính theo năng suất nhà máy
Hệ số sản xuất K =

309,154
TL chaˆt khoˆ maˆt chè

=
= 3,09154
100
100

TL chất khô sản phẩm hay bán thành phẩm = K x TL chất khô tính theo 100
tấn chất khô mật chè
TL đường trong thành phẩm hay bán thành phẩm = (TL chất khô x AP)/ 100
TL thành phẩm hay bán thành phẩm =

TL chât khoˆ
x100
Bx

Thể tích thành phẩm hay bán thành phẩm = TL thành phẩm hay bán thành
phẩm /ρ
Bảng 4.7 - Tổng kết công đoạn nấu đường
Ap
(%)

Bx
(%)

d
(T/m3)

Mật chè

82,095

60,167

Non A

83

Mật A

Hạng mục

Tính cho 2150 tấn/ngày
TLCK
(T/ngày)

TL
(T/ngày)

V
(m3/ngày)

% so
với mía

1,28972

309,154

513,827

398,403

23,899

93

1,50387

452,144

486,177

323,284

22,613

66

80

1,41421

217,029

271,287

191,829

12618

Cát A

99

99,2

235,115

237,490

Non B

68

95

1,51814

147,301

155,054

102,134

7,212

Mật B

40

84

1,44112

64,813

77,158

53,540

3,589

Cát B

90

98

1,53988

82,489

84,172

54,662

3,915

Non C

56

99

1,54719

148,078

149,574

96,674

6,957

Mật C

30

84

1,44112

74,039

88,142

61,162

4,100

Cát C

82

97

1,53260

74,039

76,329

49,804

3,550

Giống B

72

90

1,48259

11,784

13,093

8,831

0,609

11,046


Giống C

72

90

1,48259

34,058

37,842

25,524

1,760

Hồ B

85

85

1,44794

224,466

264,078

182,382

12,283

Hồi dung C

82

65

1,31866

58,081

89,356

67,763

4,156

CHƯƠNG V: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
5.3. Cân bằng nhiệt cho hệ nấu đường
Dùng hơi thứ hiệu I để nấu đường: t0 = 123,885 0C; P = 2,291 at
Chọn tổn thất nhiệt trên đường ống là 10C ⇒ t0 = 122,885 0C; P = 2,222 (at)
Cân bằng nhiệt lượng cho nấu đường:
- Nhiệt vào :
+ Do hơi đốt mang vào

: D.I

(Kcal/h)

+ Do nguyên liệu mang vào : Qngl = G.C.t

(Kcal/h)

- Nhiệt ra :
+ Do đường non mang ra

: Qnon = Gnon .Cnon .tnon

(Kcal/h)

+ Do hơi thứ mang ra

: W.iht

(Kcal/h)

+ Do nước ngưng mang ra : D.Cn.tn

(Kcal/h)

+ Do tổn thất

(Kcal/h)

:Qtt = 10% D.I

Phương trình cân bằng nhiệt :
D.I + Qngl = W.iht + D.Cn.tn + Qtt + Qnon (1)
Từ (1) suy ra :
D=

W.i ht + Qnon − Qngl
0,9.I − t n C n

(2)

Trong đó: tn : Nhiệt độ nước ngưng, (0C)
Cn: Nhiệt dung riêng của nước ngưng, (kcal/kg0C)
I : Hàm nhiệt của hơi đốt, (kcal/kg)
5.3.1. Nấu non A
Bảng 5.4 - Lượng nguyên liệu dùng để nấu non A
Tấn/ngày
Kg/h

Mật chè

Mật A

Hồ B

Hồi dung C

Non A

249,452

24,387

264,078

89,356

486,177

10393,815

1016,116

11003,237

3723,164

20257,363


Trong quá trình nấu đường ta dùng một lượng nước bổ sung để điều chỉnh.
Lượng nước sử dụng được lấy bằng 5% so với lượng đường non thu được.
Khối lượng nước dùng chỉnh lý là: 0,05 x 20257,363 = 1012,868 kg/h
Lượng nước bốc hơi trong quá trình nấu non A :
W = Gngl + Gnướcchỉnhlí - GnonA = 6891,837 (kg/h)
a. Chọn chế độ nấu A
Chọn chế độ chân không của buồng bốc ở nồi nấu A là 640 mmHg tương ứng
với áp suất hơi thứ: P = 0,145 at.
Nhiệt độ hơi thứ

[10-312]

: tht = 52,067 0C

Hàm nhiệt hơi thứ : iht = 618,933 (Kcal/kg)
Ẩn nhiệt hơi thứ

[10-314]
[10-315]

: rht = 566,833 (Kcal/kg)

b. Tính nhiệt độ sôi của đường non A
- Tổn thất nhiệt độ do tăng nhiệt độ sôi (∆’). Áp dụng công thức :
∆’ = 0,003872. ∆ a.T2/r (0C)

[3-197]

Trong đó: ∆ a: Độ tăng nhiệt độ sôi ở áp lực thường.
Với Bx = 93% ⇒ ∆ a = 28 0C

[3-196]

T = 52,067 + 273 = 325,067 0K
r = 2375,122 J/kg

[10-314]

 ∆’ = 0,003872 x 28x 325,0672/2375,122 = 4,823 0C
- Tổn thất áp suất thủy tĩnh (∆”): ∆P = ρ.h 10-4/2 (at)

Với Bx = 93% => ρ = 1503,87 (Kg/m3)
Chọn h = 2 m => ∆ P = 10-4 x 1503,87 x 1,4/2 = 0,15 (at)
=> Áp suất giữa ống là: P = 0,14 + 0,15 = 0,29 (at)
=> t = 63,80C (nhiệt độ sôi của dung dịch ứng với P = 0,29 (at)
Tổn thất nhiệt độ do tĩnh áp là: ∆” = 63,8 – 52,067 = 11,733 0C
- Vậy nhiệt độ sôi của dung dịch non A :
tsA = tht + ∆’ +∆ “ = 52,067 + 4,823 + 11,733 = 68,623 0C
- Nguyên liệu đưa vào nấu phải có nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ trong nồi từ 35 0C. Chọn nhiệt độ của nguyên liệu đưa vào và nhiệt độ của nước chỉnh lí là: 72 0C.
- Nhiệt dung riêng của các loại nguyên liệu và non A được tính theo công
thức:

C = 1-0,0057. Bx (Kcal/kg.0C)


Bảng 5.5 - Kết quả tính toán các thông số nấu non A
Nguyên liệu nấu non A
Mật chè
Mật A
Hồi dung C
Hồ B
Nước chỉnh lý 5%
Non A

Bx
(%)
60,167
80
65
85
93

Khối lượng
(kg/h)
10393,815
1016,116
3723,164
11003,237
1012,868
20257,363

T
( C)
72
72
72
72
72
68,623
0

C
(kcal/kg0C)
0,567
0,544
0,629
0,515
1,0
0,47

Q

(Kcal/h)
424317,104
39799,231
168614,651
408000,028
72926,496
653356,88

c. Cân bằng nhiệt nấu non A
- Nhiệt vào:
Tổng nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào:
Qvào = q1 + q2 +q3 + q4 + q5 = 1113657,243 Kcal/h
- Nhiệt ra:
+ Nhiệt do hơi thứ mang ra:
Qht = WA . Iht = 6891,837 x 618,933 = 4265585,35 Kcal/h
+ Nhiệt do đường non A mang ra :
Qnon = 653356,88 Kcal/h
Hơi đốt dùng nấu đường là hơi thứ của hiệu I, t ht = 123,885 0C. Do tổn thất nhiệt
trên đường ống dẫn là 1 oC nên nhiệt độ nước ngưng là: t ng = 122,885 0C . Vì vậy
theo [1-Tr318] ta có:
+ Nhiệt dung riêng của nước ngưng là: Cng = 1,012 Kcal/kg
+ Nhiệt lượng riêng của nước ngưng là: I = 647,35 Kcal/kg
Do đó lượng hơi đốt cần dùng là:
D=
=

Q ht + Qnon − Qngl
0,9.I − t n C n
4265585,35 + 653356,88 - 1113657,243
= 8303,852 kg/h

0,9 x647,35 − 122,885 x1,012

Để bảo đảm cho sự ổn định của quá trình nấu đường ta dùng 70% lượng nhiệt là
hơi thứ.

[3-Tr215]

- Lượng hơi thứ hiệu I dùng cho nấu non A là:
RA = DA x 60% = 5812,696 kg/h
- Lượng hơi sống dùng cho nấu non A là: D’A = DA- RA = 2491,156 kg/h


5.3.2. Nấu non B
a. Chọn chế độ nấu non B.
Chọn chế độ nấu chân không của buồng bốc ở nồi nấu non B là 620 mmHg
ứng với áp suất là: 0,157 at và tht = 54,58 0C; iht = 621,902 (Kcal/kg); rht = 567,294
(Kcal/kg)
b. Tính nhiệt độ sôi của đường non B.
- Tổn thất nhiệt độ do tăng nhiệt độ sôi (∆’). Áp dụng công thức :
∆’ = 0,003872 x ∆ a x T2/r (0C)

[3-197]

Trong đó: ∆ a: Độ tăng nhiệt độ sôi ở áp lực thường.
Với Bx = 94% ⇒ ∆a = 29,5 0C

[3-196]

T = 327,58 0K; r = 2369,751 (J/kg)
 ∆’ = 0,003872 x 29,5x327,582/2369,751 = 5,172 0C

- Tổn thất áp suất thủy tĩnh (∆”): Tính tương tự như ở phần nấu non A ta được
∆” = 10,79 0C
- Vậy nhiệt độ sôi của dung dịch non B :
tsB = tht + ∆’ +∆ “ = 54,58 + 5,172 + 10,79 = 70,542 0C
Nguyên liệu đưa vào nấu phải có nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ trong nồi từ 3-5
0

C. Chọn nhiệt độ của nguyên liệu đưa vào và nhiệt độ của nước chỉnh lí là: 740C.
Nhiệt lượng từ các loại nguyên liệu đưa vào tính theo công thức Q = G.C.t

(kcal/h).
Bảng 5.6 - Kết quả thông số nấu non B
Nguyên liệu nấu non B
Mật chè
Mật A
Hồi dung C
Nước chỉnh lý 5% non B
Non B

Bx
60,167
80
65
95

Khối lượng
(Kg/h)
304,22
6612,02
1022,926

323,029
6460,588

T (0C)
74
74
74
74
70,542

C
Q (kcal/h)
(kcal/kg.0C)
0,657
14790,568
0,544
266173,477
0,629
47613,114
1
23904,146
0,458
208958,073

Lượng nước bốc hơi trong quá trình nấu non B:
W = Gngl + Gnướcchỉnhlí - GnonB = 1801,607 (kg/h)
c. Cân bằn nhiệt nấu B.
- Tổng nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào:

Qvào = q1 + q2 +q3 + q4 = 352481,305 (Kcal/h)
- Nhiệt ra:
+ Nhiệt do hơi thứ mang ra:
Qht = WA . Iht = 1801,607 x 621,902 = 1120422,997 (Kcal/h)
+ Nhiệt do đường non B mang ra:
Qnon = 208958,073 (Kcal/h)
- Ta dùng hơi thứ hiệu I để thực hiện quá trình nấu đường, do đó lượng hơi đốt
cần dùng là:
D=
=

Q ht + Qnon − Qngl
0,9.I − t n C n
1120422,997 + 208958,073 - 352481,305
= 2243,93 (kg/h)
0,9 x621,902 − 122,885 x1,012

Để bảo đảm cho sự ổn định của quá trình nấu đường ta dùng 70% lượng nhiệt
là hơi thứ.

[3-215]

- Lượng hơi thứ hiệu I dùng nấu non B là: RB = DB x 60% = 1570,751 (kg/h)
- Lượng hơi sống dùng nấu non B là: D’B = DB- RB = 673,179 (kg/h)
5.3.3. Nấu non C
a. Chọn chế độ nấu non C
Chọn chế độ nấu chân không của buồng bốc ở nồi nấu non B là 620 mmHg
ứng với áp suất là: 0,157 at và tht = 54,58 0C; iht = 621,902 (Kcal/kg); rht = 567,294
(Kcal/kg)
b. Tính nhiệt độ sôi của đường non C

Tính tương tự như ở nấu non A và non B ta có được
∆’ = 5,26 0C; ∆’’=10,970C.
Vậy nhiệt độ sôi của dung dịch non B:
tsC = tht + ∆’ +∆ “ = 54,58 + 5,26 + 10,97 = 70,81 0C
Nguyên liệu đưa vào nấu phải có nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ trong nồi từ 3-5
0

C. Chọn nhiệt độ của nguyên liệu đưa vào và nhiệt độ của nước chỉnh lí là: 74 0C.
Nhiệt lượng từ các loại nguyên liệu đưa vào tính theo công thức Q = G.C.t
Bảng 5.7 - Kết quả thông số nấu non C
T

Nguyên liệu

Bx

Khối lượng

T ( 0C )

C

Q (kcal/h)


T
1
2
3
4

5

nấu non C
Giống C
Mật A
Mật B
Non C
Nước chỉnh lý

90
80
84
99

(Kg/h)
1576,757
2562,889
3214,911
6232,24
311,612

74
74
74
70,81
74

(kcal/kg.0C)
0,487
56823,169

0,544
103171,66
0,521
123947,679
0,434
191526,333
1
23059,288

Lượng nước bốc hơi trong quá trình nấu non B:
W = Gngl + Gnướcchỉnhlí - GnonC = 1433,929 (kg/h)
b. Cân bằng mhiệt nấu non C
- Tổng nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào:
Qvào = 307028,796 (Kcal/h)
- Nhiệt ra do hơi thứ mang ra:
Qht = Wc . Iht = 1433,929 x 621,902 = 891763,313 (Kcal/h)
- Nhiệt ra do đường non C mang ra :
Qnon = 191526,333 (Kcal/h)
- Ta dùng hơi thứ hiệu I để thực hiện quá trình nấu đường, do đó lượng hơi đốt
cần dùng là:
D=
=

Q ht + Qnon − Qngl
0,9.I − t n C n
891763,313 + 191526,333 - 307028,796
= 1783,064 (kg/h)
0,9 x621,902 − 122,885 x1,012

Để bảo đảm cho sự ổn định của quá trình nấu đường ta dùng 70% lượng nhiệt là

hơi thứ.
- Lượng hơi thứ hiệu I dùng cho nấu non C là:
Rc = Dc x 60% = 1248,145 (kg/h)
- Lượng hơi sống dùng cho nấu non C là: D’c = Dc- Rc = 534,919 (kg/h)
5.3.4. Nấu giống B,C
a. Chọn chế độ nấu giống B, C
Chọn chế độ nấu chân không của buồng bốc ở nồi nấu non B là 620 mmHg
ứng với áp suất là: 0,157 at và tht = 54,58 0C; iht = 621,902 (Kcal/kg); rht = 567,294
(Kcal/kg)
b. Tính nhiệt độ sôi của đường non B


- Tính tương tự như các phần trên ta có:
∆’ = 4,383 0C ; ∆’’= 10,59 0C.
- Vậy nhiệt độ sôi của dung dịch giống B,C.
ts = tht + ∆’ +∆ “ = 54,58 + 4,383 + 10,59 = 69,553 0C
Nguyên liệu đưa vào nấu phải có nhiệt độ sôi lớn hơn nhiệt độ trong nồi từ 3-5
0

C. Chọn nhiệt độ của nguyên liệu đưa vào và nhiệt độ của nước chỉnh lí là: 730C.

Nhiệt lượng từ các loại nguyên liệu đưa vào tính theo công thức Q = G.C.t ( kcal/h).
Bảng 5.8 - Kết quả thông số nấu nấu giống B và C
TT
1
2
3

Nguyên liệu
nấu non B

Mật chè
Mật A
Giống B, C

Bx
60,167
80
90

Khối lượng
(Kg/h)
1183,463
1497,539
2122,318

T ( 0C )
73
73
69,553

C
(kcal/kg.0C)
0,657
0,544
0,487

Q (kcal/h)
56760,069
59470,269
71867,144

Lượng nước bốc hơi trong quá trình nấu non B
W = Gngl - Gnon giống B,C = 558,684 kg/h
c. Cân bằng nhiệt nấu giống B,C
- Tổng nhiệt lượng do nguyên liệu mang vào:
Qvào = q1 + q2 = 116230,338 kcal/h
- Nhiệt ra do hơi thứ mang ra:
Qht = W.Iht = 558,648 x 621,902 = 347424,308 (Kcal/h)
- Nhiệt do Giống B, C mang ra
QgiongB,C = 71867,144 (Kcal/h)
- Ta dùng hơi thứ hiệu I để thực hiện quá trình nấu đường, do đó lượng hơi đốt
cần dùng là : D =
=

Q ht + Q giongB ,C − Qngl
0,9.I − t n C n
347434,308 + 71867,144 - 116230,338
= 680,314 (kg/h)
0,9 x 621,902 − 122,885 x1,012

Để bảo đảm cho sự ổn định của quá trình nấu giống ta dùng 70% lượng nhiệt là
hơi thứ.
- Lượng hơi thứ hiệu I dùng cho nấu giống B, C là:
RB,C = DB,C x 60% = 476,22 (kg/h)
- Lượng hơi sống dùng cho nấu giống B, C là: D’B,C = DB,C - RB,C = 204,094 (kg/h)


Bảng 5.9 - Tổng kết nhiệt trong quá trình nấu
TT
Hạng mục

1 Hơi sống(kg/h)
2 Hơi thứ(kg/h)

Nấu A
Nấu B
Nấu C
2491,156 673,179 534,919
5812,696 1570,751 1248,145

Nấu giống
204,094
476,22

Tổng hơi
3903,348
9107,812

5.5. Nhiệt dùng cho những yêu cầu khác
5.5.1. Lượng hơi dùng cho li tâm.
- Lượng hơi dùng cho li tâm khoảng 2 ÷ 3 % so với lượng non A. Chọn 3%
- Lượng đường non A nấu được là: 20257,363 (kg/h)
- Lượng hơi cần dùng: D2= 3%.20257,363 = 607,721 (kg/h)
5.5.2.Lượng hơi dùng cho lọc chân không
- Lượng hơi dùng cho lọc chân không khoảng 2% SVM .
TLM =

2150x1000
= 89583,333 (kg/h)
24

D3 = 0,02.89583,333 = 1791,667 (kg/h)
5.5.3. Nhiệt dùng cho thiết bị khuếch tán
- Lượng hơi tiêu thụ cho thiết bị khuếch tán theo cataloge là 80–85 kg/tấn mía.
- Vậy lượng hơi cần dùng: D4 =

2150.85
= 7614,58 (kg/h).
24

5.5.4. Nhiệt dùng cho việc rửa thiết bị
- Lượng hơi sử dụng cho yêu cầu này lấy khoảng 0,5% so với mía.
D5 = 0,5% x 89583,333 = 447,917 (kg/h).
5.5.5. Nhiệt dùng gia nhiệt cho nguyên liệu đem đi nấu đường
- Để đơn giản cho tính toán ta giả thuyết các nguyên liệu đều được nâng nhiệt từ
25 – 75 0C, chỉ trừ hồ B và hồi dung C do được ly tâm nên nhiệt đo ban đầu là 50 0C
- Nhiệt lượng được tính theo công thức: Q = G.C. ∆ t (kcal/h)

Bảng 5.14 - Tính lượng hơi dùng để gia nhiệt nguyên liệu nấu đường
TT

Nguyên liệu

1
2

Mật chè
Mật A

Khối lượng
(kg)

21409,458
11303,625

C (kcal/kg.0C)

∆ t (0C)

Q (kcal/h)

0,657
0,544

50
50

703300,695
307458,6


4
5
6
7

Mật B
Hồ B
Hồi dung C
Giống B,C

3214,917

11003,25
3723,167
2122,292
Tổng Q

0,521
0,515
0,629
0,487

50
25
25
50

83748,588
141666,844
58546,801
51677,81
1811500,338

Với P = 3at, I = 651,6 (kcal/h), Cng = 1,014; tng = 131,9 0C
Q

- Lượng hơi cần dùng: D6 = I − C .t = 3498,095 (kg/h)
hd
ng n

CHƯƠNG VI: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
6.3. Thiết bị ở công đoạn nấu đường và thành phẩm

6.3.1. Thiết bị nấu đường.
6.3.1.1. Hệ số truyền nhiệt
Theo thực nghiệm sản xuất ở các nhà máy thì hệ số K có được là:
- Nồi nấu A: KA = 500 Kcal/m2.h.oC.
- Nồi nấu B: KB = 200 Kcal/m2.h.oC
- Nồi nấu C: KC = 90 Kcal/m2.h.oC.
6.3.1.2. Nhiệt lượng cung cấp cho nấu đường
- Nhiệt lượng cần cho các nồi nấu là: Q = D’. IHD + R. IHT
Trong đó: D’ là lượng hơi sống bổ sung để nấu đường, kg/h.
R là lượng hơi thứ dùng nấu đường, kg/h.
IHD là hàm nhiệt hơi đốt vào nấu đường, Kcal/kg.
IHT là hàm nhiệt hơi thứ nấu đường, Kcal/kg.
Theo số liệu tính được từ bảng 5.14 phần CBN thay vào công thức trên ta tính
được các giá trị như sau.
Bảng 6.4 - Nhiệt lượng cung cấp cho nấu đường
Nồi nấu

D’(kg/h)

R (kg/h)

IHD(Kcal/kg)

IHT(Kcal/kg)

Q (kcal/h)

Nấu A

2491,156

5812,696

651,6

648,268

5391422,06

Nấu B

673,179

1570,751

651,6

648,268

1456911,05

Nấu C

534,919

1248,145

651,6

648,268

1187685,68

6.3.1.3. Bề mặt truyền nhiệt


- Diện tích truyền nhiệt được tính theo công thức: F =

Qi
(m2).
K i × ∆t i

Trong đó: Qi là nhiệt lượng cung cấp cho nồi nấu thứ I, Kcal/h.
Ki là hệ số truyền nhiệt của nồi nấu I, Kcal/m2hoC.
∆ti = t HT – tSi là hệ số nhiệt độ có ích, oC.
Với tHT = 123,885 oC. nhiệt độ hơi thứ [phần CBVC].
tSi nhiệt độ sôi dung dịch của nồi nấu thứ I, oC.
Bảng 6.5 - Diện tích bề mặt truyền nhiệt của các nồi nấu
Nồi nấu

Q (Kcal/h)

K (Kcal/m2hoC)

tSi (oC)

∆ti (oC)

F (m2)

Non A

5391422,06

500

68,623

55,262

195,12

Non B

1456911,05

200

70,542

53,343

136,56

Non C

1187685,68

90

70,81

53,075

248,63

Căn cứ vào kết quả tính toán, chọn nồi nấu đường gián đoạn kiểu tuần hoàn tự
nhiên bằng ống tuần hoàn trung tâm. Tính theo nồi nấu có diện tích bề mặt lớn nhất.
- F = 248,63 (m2). Chọn F = 250 m2
- Kích thước ống truyền nhiệt: dn x dtr x l =110 x 105 x 1100 (mm) (thực tế)
- Số ống truyền nhiệt được tính theo công thức sau:
nC =

FC
250
= 689,33 (ống).
=
π .d tr .l
3,14 x0,105 x1,1

Chọn theo qui chuẩn nC = 721 (ống)
[BảngVI,11-48]
- Diện tích thiết diện ống tuần hoàn
trung tâm khoảng 15 ÷ 20% tổng diện tích ống

H tht

truyền nhiệt [12-Tr75] ⇒ Chọn 20 %.
0,2 x 0,105 2 x3,14
S th =

x721 = 1,25 m2
4

- Ðường kính ống tuần hoàn:
4 x1,25
4.Sth
= 1,26(m)
Dth =
=
3,14
π

Db
Dt

Hb
H ngh
Hd
H dáy


- Chọn chiều dày của ống tuần hoàn là 0,01 m. Vậy đường kính ngoài của ống
tuần hoàn.
Dnth = 1,26 + 0,01 x 2 = 1,28 (m)
- Ðường kính buồng đốt:
Dt =

0,4.β .sinα . F. d n
+ (D th + 2β .d n ) 2 (m)
Ψ. l

[11-74]

Trong đó: thường lấy β =1,3 ÷ 1,5; Chọn β = 1,5.
dn = 0,11 (m)
ψ : hệ số sử dụng lưới đỡ ống, ψ = 0,7 ÷ 0,9; Chọn ψ =0,8.
l : chiều dài ống truyền nhiệt; l = 1,1 m.
Dth: đường kính ngoài của ống tuần hoàn. Dth = 1,26 m
sinα = sin600 =

3
2

F : diện tích bề mặt truyền nhiệt của thiết bị nấu, F = 250 m2
Dt =

3
x 250 x0,11
(m)
2
2
+ (1,26 + 2 x1,5 x 0,11) = 4,33
0,8 x1,1

0,4 x1,5 x

- Ðường kính buồng bốc: Db = 1,1Dt = 1,1.4,33 = 4,76 (m)
- Chiều cao buồng bốc: Hb = (1,5 ÷ 2,5)L, chọn Hb = 2,5L (m) ⇒ Hb = 2,75 (m)
- Chiều cao phần thoát hơi thứ, chọn Htht = 1,3 (m)
- Chiều cao đáy nồi: Hđáy = 0,8 (m)

[11-388]

- Phần nghiêng giữa buồng đốt và buồng bốc: Hngh = 0,3 (m)
- Lỗ thoát đường non c = 1 (m)
- Ðường kính tháp thoát hơi thứ: 2 (m)
⇒ Tổng chiều cao nồi: H = Hb + Hđ + Hđáy + Htht + Hngh

= 2,75 + 1,1 +0,8 + 1,3 + 0,3 = 6,25 (m)
- Thể tích thiết bị chứa được: Vt = Vb + Vđ + Vđáy
Vb: thể tích buồng bốc
π.D 2b
3,14 x 4,76 2
Vb =
x Hb =
x 2,75 = 48,97 (m3)
4
4

Vđ: thể tích buồng đốt chứa đường non,


Vd =

π .(d tr ) 2 .l.n
π .(d th ) 2 .l
+
= 8,23 (m3)
4
4

Vđáy: thể tích phần đáy chứa đường non, (Dđáy = Dt).
π . h day 2
( Dd + c 2 + c.D d ) = 5,95 (m3)
12

Vđáy =

- Thể tích của nồi nấu đường non C là:
Vt = Vb + Vđ + Vđáy = 48,97 + 8,23 + 5,95 = 63,15 (m3)
- Hệ số chứa khi nấu đường non là: ϕ = 0,7 (thực tế sản xuất).
Như vậy thể tích đường non cho phép nấu là: Vcp = 44,21 (m3)
- Tính số nồi nấu theo công thức sau:
n=

V0 x τ
(nồi)
24 x V

Trong đó: V0 : thể tích đường non nấu,
t : thời gian nấu 1 nồi,

(m3/ngày)
(h)

V: dung tích của nồi nấu được, (m3)
- Dựa theo các số liệu từ Bảng 4.7 [phụ lục 3] ta có bảng sau:
Bảng 6.6 - Kết quả tính toán thiết bị nấu
G
ρ

(tấn/ngày) (tấn/m3)
Non A 486,177 1,50387
Non B 155,054 1,51814
Non C 149,574 1,54719

Hạng mục

V0
V
(m3/ngày) (m3/mẻ)
323,284 44,21
102,134 44,21
96,674 44,21

T
(h)
3
6
10

n
Chọn
(nồi)
0,91
1
0,58
1
0,91
1

- Như vậy, chọn nồi nấu như sau:
+ 01 nồi nấu A.
+ 01 nồi nấu C.
+ 01 nồi vừa dùng để nấu B vừa dùng để nấu giống xen kẽ nhau.
6.3.2. Thiết bị trợ tinh
6.3.2.1. Tính số lượng thiết bị
- Thiết bị trợ tinh A, B là thiết bị dạng ống xoắn ruột gà.
- Thiết bị trợ tinh C là loại đĩa khuyết quay.
Thể tích thiết bị tính theo công thức: VTT = (1,1 – 1,25).VCP
Trong đó: V là thể tích có ích của nồi nấu tương ứng, m3.


VTT là thể tích thiết bị trợ tinh, m3.
VCP là thể tích có ích, (m3). Chọn: VTT = 1,25.VCP
- Số lượng thiết bị trợ tinh là: m =

Vo × τ × n
24 × V

Trong đó: Vo là thể tích đường cần trợ tinh, m3/ngày.
τ là thời gian trợ tinh, h.
n là số nồi nấu đường.
Từ các công thức trên ta kết quả theo bảng sau:
Bảng 6.7 - Số lượng thiết bị trợ tinh
Hạng mục
Trợ tinh A
Trợ tinh B
Trợ tinh C

Vo

323,284
102,134
96,674

τ
3
6
18

VCP
44,21
44,21
44,21

VTT
55,26
55,26
55,26

n
1
1
1

m
0,73
0,46
1,31

Chọn m

1
1
2

6.3.2.2. Kích thước thiết bị trợ tinh
Chọn thiết bị có hình chữ nhật, đáy bán trụ đặt nằm ngang. Cấu tạo thiết bị mô
tả theo hình sau:

H2

L

D
H1

- Thể tích phần bán trụ tính theo công thức: Vt =

1
π.D2.L (m3).
8

Trong đó: Vt là thể tích phần bán trụ, m3.
D là đường kính phần bán trụ, m. Chọn D = 3000 mm.
L là chiều dài thiết bị, m. Chọn L = 6000 mm.
⇒

Vt =

1
x 3,14 x 32 x 6 = 21,19 (m3).

8

- Chiều cao phần bán trụ: H1 =

21,19
Vt
=
= 1,2 (m).
3× 6
D×L

- Thể tích phần hình chữ nhật: V2 = VTT – Vt = 55,26 – 21,19 = 34,07 (m3).


- Chiều cao phần hình chữ nhật: H2 =

34,07
V2
=
= 1,9 (m).
D × L 3× 6

- Chiều cao toàn thiết bị: H = H1 + H2 = 1,9 + 1,2 = 3,1 (m).
Tổng kết: + Kích thước thiết bị: D x L x H = 3000 x 6000 x 3100 mm.
+ Số lượng thiết bị: 4.