Luận văn thạc sĩ nghiên cứu khả năng tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất đường, ứng dụng cho nhà máy đường

đặng nguyên thoại

bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
---------------------------------------

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : công nghệ hoá học

CÔNG NGHệ hóa học

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

đặng nguyên thoại

2007 - 2009
Hµ Néi
2009

Hµ néi - 2009


bộ giáo dục và đào tạo
trường đại học bách khoa hà nội
--------------------------------------đặng nguyên thoại

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

luận văn thạc sĩ khoa học
ngành : công nghệ hoá học
NGI HNG DN KHOA HC:
TS. NGUYN BIN

Hµ néi - 2009


MụC LụC
Trang
Mở ĐầU ........................................................................................................... 1
PHầN 1. TổNG QUAN ................................................................................... 3
CHƯƠNG 1. TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG ..... 3
1.1.1. Công nghệ sản xuất đường .............................................................. 3
1.1.1.1. Lịch sử phát triển ngành công nghiệp đường ........................ 3
1.1.1.2. Qui trình sản xuất đường ...................................................... 4
1.1.1.3. Qui trình sản xuất đường bằng phương pháp sulphit hóa
axit tính .............................................................................................. 5
1.1.2. Giới thiệu về Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên ................. 10
CHƯƠNG 2. VấN Đề NĂNG LƯợNG TRONG CÔNG NGHệ SảN
XUấT ĐƯờNG ......................................................................................... 12
1.2.1. Nhu cầu sử dụng hơi trong nhà máy đường .................................. 12
1.2.2. Sơ đồ cấp hơi trong nhà máy đường ............................................. 13
1.2.3. Tiêu thụ hơi trong các công đoạn của công nghệ sản xuất đường. 14
1.2.4. Cô đặc nước mía ........................................................................... 15
CHƯƠNG 3. Hệ THốNG CÔ ĐặC TRONG CÔNG NGHệ SảN XUấT
ĐƯờNG ..................................................................................................... 16

1.3.1. Những đặc điểm của quá trình cô đặc .......................................... 16
1.3.2. Hệ thống cô đặc nhiều nồi trong công nghệ sản xuất đường ....... 17
1.3.2.1. Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi .............................................. 18
1.3.2.2. Giới hạn nhiệt độ của hơi đốt ............................................. 18

1.3.2.3. Giới hạn độ chân không nồi cuối ....................................... 19
1.3.2.4. Số nồi thích hợp trong hệ thống cô đặc nhiều nồi ............. 20
CHƯƠNG 4. CáC BIệN PHáP TIếT KIệM NĂNG LƯợNG HƠI
TRONG CÔNG NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG ......................................... 23
1.4.1. Nguyên tắc chung làm giảm lượng hơi tiêu hao cho công nghệ .. 23


1.4.1.1. Sử dụng hơi thứ thay thế cho hơi thải ................................ 23
1.4.1.2. N©ng cao hƯ sè trun nhiƯt cho thiÕt bị cô đặc................ 24
1.4.1.3. Giảm tối đa nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh ....... 25
1.4.2. Các biện pháp làm giảm lượng hơi tiêu hao cho công nghệ sản
xuất đường.............................................................................................. 26
1.4.2.1. Sử dụng các thiết bị hiện đại ............................................. 26
1.4.2.2. Lựa chọn phương án cô đặc hợp lý ................................... 31
1.4.2.3. Tăng cường việc sử dụng hơi thứ thay thế cho hơi thải .... 32
1.4.2.4. Tận dụng hơi tự bốc cđa n­íc ng­ng ................................ 35
1.4.2.5. TËn dơng nhiƯt tõ n­íc ngưng .......................................... 36
1.4.2.6. Sử dụng hơi thứ nồi cô đặc cuối ........................................ 37
1.4.2.7. Giảm tối đa tổn thất nhiệt ra môi trường xung quanh....... 37
1.4.2.8. Các biện pháp khác ........................................................... 38
PHầN 2. PHƯƠNG PHáP NGHIÊN CứU .................................................... 42
2.1. Đối tượng nghiªn cøu .......................................................................... 42
2.2. Néi dung nghiªn cøu ........................................................................... 42
2.3. Phương pháp nghiên cứu ..................................................................... 42
2.3.1. Tính cân bằng vật chất ................................................................ 42

2.3.2. Tính cân bằng nhiệt lượng .......................................................... 43
2.3.2.1. HƯ thèng gia nhiƯt n­íc mÝa ............................................ 43
2.3.2.2. HƯ thèng nấu đường ......................................................... 44
2.3.2.3. Hệ thống cô đặc nhiều nồi ................................................ 44
2.3.3. Tính phương án sử dụng hơi hiệu quả ........................................ 48
2.4. Phương án cải tiến công nghệ sản xuất đường tại Nhà máy đường Tuy
Hòa, năng suất 1500 tấn mía/ngày ............................................................ 49
2.4.1. Khảo sát hệ thống cô đặc hiện tại của Nhà máy đường Tuy Hòa .... 49
2.4.2. Đề xuất phương án sử dụng tiết kiệm năng lượng ........................... 50
PHầN 3. KếT QUả Và THảO LUậN ......................................................... 51
3.1. Tính toán sơ bộ lượng hơi tiêu thụ cho các công đoạn ......................... 51
3.1.1. Nước chè trong và mật chè ........................................................... 51


3.1.2. Nhu cầu hơi công nghiệp .............................................................. 51
3.1.2.1. Gia nhiệt nước chè .............................................................. 52
3.1.2.2. Cô đặc nước chè ................................................................. 52
3.1.2.3. Nấu đường .......................................................................... 53
3.2. Tiêu hao hơi cho công nghệ sản xuất đường ........................................ 54
3.2.1. Hệ cô đặc 4 nồi không trích hơi thứ ............................................. 54
3.2.2. Hệ cô đặc 4 nồi trích hơi thứ nồi 1 ............................................... 55
3.2.3. Hệ cô đặc 4 nồi trích hơi thứ nồi 1 và nồi 2 ................................. 56
3.2.4. Hệ cô đặc 4 nồi trích hơi thø nåi 1, nåi 2 vµ nåi 3 ....................... 58
3.2.5. Hệ cô đặc 5 nồi không trích hơi thứ ............................................. 61
3.2.6. Hệ cô đặc 5 nồi trích hơi thứ nồi 1 ............................................... 63
3.2.7. Hệ cô đặc 5 nồi trích hơi thứ nồi 1 và nồi 2 ................................. 64
3.2.8. Hệ cô đặc 5 nồi trích hơi thứ nồi 1, nồi 2 và nồi 3 ....................... 66
3.2.9. Hệ cô đặc 5 nồi trích hơi thứ nồi 1, nồi 2, nồi 3 và nồi 4 ............. 67
3.3. Xây dựng chương trình tính toán cho hệ thống cô đặc 4 nồi và 5 nồi ... 70
3.3.1. Phương án cô đặc 4 nồi có trích hơi thứ nồi 1, nồi 2 và nồi 3 ........... 70

3.3.2. Phương án cô đặc 5 nồi có trích hơi thø nåi 1, nåi 2, nåi 3 vµ nåi 4 .. 74
3.4. Phương án cải tiến công nghệ sản xuất đường tại Nhà máy đường Tuy
Hòa, tỉnh Phú Yên ........................................................................................ 76
3.4.1. Sơ đồ phân phối hơi hiện tại của Nhà máy ................................... 76
3.4.1.1. Sơ đồ phân phối hơi ............................................................. 76
3.4.1.2. Các điều kiện về công nghệ ................................................ 77
3.4.1.3. Các điều kiện về thiết bị ...................................................... 77
3.4.2. Lượng hơi tiêu hao cho từng công đoạn tại Nhà máy đường Tuy
Hòa ......................................................................................................... 78
3.4.3. Nhận xét hiệu quả làm việc của hệ thống ..................................... 78
3.4.4. Đề xuất phương án cải tiến công nghệ sản xuất đường cho Nhà
máy đường Tuy Hòa ............................................................................... 80
KếT LUậN ..................................................................................................... 82
TàI LIệU THAM KHảO ............................................................................... 83


PHô LôC ........................................................................................................ 85
PHô LôC 1................................................................................................ 85
PHô LôC 2................................................................................................ 86
Phô lục 3................................................................................................ 87
Phụ lục 4.............................................................................................. 101
tóm tắt luận văn ................................................................................ 116
abstract .................................................................................................. 117


-1-

Mở ĐầU
Với sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của nhiều ngành khoa học kỹ
thuật thì vấn đề năng lượng luôn được các quốc gia đặt lên hàng đầu. Bên

cạnh việc tìm ra các nguồn năng lượng mới thay thế cho các nguồn nhiên liệu
truyền thống đang ngày càng cạn kiệt thì việc nghiên cứu các biện pháp nhằm
tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất cũng đang được quan tâm.
Cũng như các ngành khoa học kỹ thuật khác, trong ngành công nghiệp
mía đường thì năng lượng tiêu thụ nhiều đến mức là một trong các yếu tố ảnh
hưởng lớn đến giá thành sản phẩm. Năng lượng sử dụng trong công nghệ sản
xuất đường chủ yếu là điện, hơi, nhiệt; trong đó năng lượng hơi đóng vai trò
quan trọng nhất. Hơi sử dụng trong công nghệ sản xuất đường chủ yếu là các
loại hơi nước: hơi áp suất cao, hơi trung áp và hơi bÃo hòa áp suất thấp. Việc
nghiên cứu các biện pháp tiết kiệm năng lượng hơi trong công nghệ sản xuất
đường không những làm giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ như than, dầu FO mà
còn tham gia vào quá trình sản xuất ra điện năng phục vụ nhu cầu cho nhà
máy. Hơn nữa, lượng bà mía dư từ quá trình đốt bà mía sẽ là nguồn nguyên
liệu cho ngành công nghệ sản xuất giấy, ván ép,
Trên thế giới, vấn đề tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất
đường đà được quan tâm từ khi ngành công nghiệp mía đường ra đời; đặc biệt
ở các nhà máy đường củ cải - nơi mà không có bà mía để phục vụ nhu cầu đốt
lò hơi thì vấn đề tiết kiệm năng lượng luôn được đặt lên hàng đầu.
Ngành công nghiệp mía đường ở Việt Nam còn non trẻ so với các nước
trên thế giới. Trong những năm đầu mới thành lập, do chưa chú ý đến vấn đề
tiết kiệm năng lượng trong công nghệ sản xuất đường nên lượng hơi tiêu hao
là rất lớn (chiếm từ 55 - 60 tấn hơi/100 tấn mía). Do lượng hơi tiêu hao cho
công nghệ rất lớn nên không đủ bà mía để đốt lò hơi; vì vậy các nhà máy cần
sử dụng các loại nhiên liệu truyền thống khác như than, dầu FO, Điều này
làm tăng giá thành sản phẩm, giảm khả năng cạnh tranh với các sản phẩm
nước ngoài. Hiện nay, các nhà máy đường trong nước không ngừng nghiên

luận văn thạc sĩ khoa học

-2cứu các khả năng tiết kiệm năng lượng trong công nghệ để vừa đảm bảo chất
lượng sản phẩm vừa giảm giá thành sản phẩm, tăng khả năng cạnh tranh của
sản phẩm trên thị trường.
Khả năng tiết kiệm năng lượng hơi trong công nghệ sản xuất đường phụ
thuộc vào nhiều yếu tố: điều kiện trang thiết bị, trình độ tự động hóa, trình độ
quản lý sản xuất, vận hành thiết bị, việc phân phối hơi cho toàn nhà máy hợp
lý và đặc biệt là việc bố trí hệ thống cô đặc. Các yếu tố này không chỉ đảm
bảo được các yêu cầu công nghệ, yêu cầu về chất lượng sản phẩm mà còn cho
phép tiết kiệm được năng lượng trong quá trình sản xuất.
Trên cở sở phân tích trên, tôi chọn đề tài cho bản luận văn thạc sĩ có
tiêu đề: 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
Mục đích của đề tài là:
- Nghiên cứu những công đoạn của công nghệ sản xuất đường theo yêu
cầu năng lượng. Cụ thể tính toán lượng hơi tiêu thụ cho các công đoạn gia
nhiệt, cô đặc và nấu đường. Từ đó đưa ra phương án sử dụng hơi tiết kiệm
nhất.
- Khảo sát công nghệ sản xuất hiện tại của Nhà máy đường Tuy Hòa.
Từ đó đưa ra phương án để tiết kiệm năng lượng cho Nhà máy đường Tuy
Hòa, tỉnh Phú Yên.

luận văn thạc sĩ khoa học


-3-

PHầN 1. TổNG QUAN
CHƯƠNG 1. TổNG QUAN Về CÔNG NGHệ SảN XUấT
ĐƯờNG

1.1.1. Công nghệ sản xuất đường
1.1.1.1. Lịch sử phát triển ngành công nghiệp đường [3,13,17]
Đường rất quan trọng trong cuộc sống hàng ngày của con người. Đường
không chỉ làm gia tăng vị ngon và màu sắc của thực phẩm mà còn có những
đặc tính khác (như dùng làm chất bảo quản, chất nền cho quá trình lên men,
nguồn gốc tạo ra năng lượng,). Từ xưa, đường được lấy từ mật ong và quả
dại. Xét về góc độ lịch sử, đường mía xuất hiện khá muộn mặc dù cây mía
được trồng từ rất sớm, từ khoảng 3000 năm trước công nguyên.
Trong suốt thời gian dài từ thời kỳ Cổ đại cho đến thời kỳ Trung cổ,
việc sản xuất đường là hoàn toàn bằng phương pháp thủ công, dùng sức người
hoặc søc ®éng vËt ®Ĩ trÝch ly n­íc mÝa. Sau ®ã người ta thu hồi đường trong
nước mía trên các chảo nấu đường được đun nóng bằng củi. Nước đường được
cô đặc tới nồng độ yêu cầu và được làm nguội để kết tinh. Quá trình này tiêu
hao rất nhiều năng lượng và chỉ thu được đường nâu với chất lượng thấp.
Những bước tiến quan trọng nhất trong lịch sử phát triển ngành công
nghiệp đường mía là việc phát minh ra máy ép 2 trục đứng (năm 1637), sử
dụng hệ thống các nồi làm sạch và nấu đường liên tiếp (năm 1650). Sự khan
hiếm nhiên liệu đà làm nảy sinh ý tưởng sử dụng bà mía làm nhiên liệu đun
nóng nước mía và nấu đường từ năm 1675. Năng lượng từ hơi nước được tìm
ra năm 1722 và bắt đầu được áp dụng vào ngành đường từ năm 1800 đà làm
thay đổi sâu sắc ngành sản xuất đường dẫn đến việc phát minh ra hệ nhiều
máy ép (năm 1794), nồi nấu đường chân không (năm 1813), máy ly tâm (năm
1837), hệ cô đặc nhiều nồi (1844) và máy xé tơi mía (năm 1854). Các phát
minh này đà tạo cơ sở phát triển ngành công nghiệp sản xuất đường mía hiện
đại có năng suất cao và công suất lớn nhờ cơ khí hóa quá trình sản xuất. Đặc
biệt, Rillieux đà phát minh ra hệ thống cô đặc nhiều nồi và biện pháp trích hơi
luận văn thạc sĩ khoa học


-4thứ dùng làm hơi đốt đà làm giảm năng lượng tiêu hao trong sản xuất. Đây là

một bước tiến quan trọng trong lịch sử ngành công nghiệp mía đường.
1.1.1.2. Qui trình sản xuất đường [1,2]
Mía cây

Xử lý mía

ép lấy nước mía

Làm sạch nước mía

Cô đặc

Nấu đường, kết tinh, phân mật, sấy và đóng bao

Đường thành phẩm
Hình 1.1.1. Sơ đồ qui trình sản xuất đường
Đường cát trắng là tinh thể Saccarozơ (C12H22O11) kết tinh với độ tinh
khiết cao (> 99,62%), còn gọi là đường kính trắng. Saccarozơ có thể được sản
xuất từ củ cải đường hoặc từ mía. Nước ta là một nước nông nghiệp nhiệt đới
nên đường kính được sản xuất từ cây mía.
Công nghệ sản xuất đường đà phát triển và thay đổi qua rất nhiều thời
kỳ nhưng việc thu hồi đường từ cây mía vẫn dựa trên các bước cơ bản sau:
(Hình 1.1.1)

luận văn thạc sĩ khoa học


-5- Mía cây được thu hoạch từ các vùng trồng mía và vận chuyển về nhà
máy. Tại đây mía được xử lý nhằm phá vỡ lớp vỏ cứng và cấu trúc chặt chẽ
của thân mía tạo điều kiện thuận lợi cho việc lấy nước mía;

- Nước mía được lấy ra khỏi cây mía nhờ phương pháp ép nên có chứa
một lượng nhất định các tạp chất. Vì vậy cần phải được đưa đi làm sạch để
loại bỏ các tạp chất không đường trước khi đưa tới các công đoạn tiếp sau;
- Quá trình thu hồi đường qua 2 công đoạn: cô đặc và nấu đường
+ Quá trình cô đặc nhằm bốc hơi một phần nước trong hỗn hợp nước
mía, đưa dung dịch đường đến nồng độ thuận lợi cho quá trình nấu đường
nhằm thu hồi đường dưới dạng tinh thể.
+ Quá trình nấu đường: đường tinh thể được tách ra từ hỗn hợp tinh thể
đường và mật hay còn được gọi là đường non rồi xử lý ra sản phẩm cuối cùng
là đường thành phẩm.
1.1.1.3. Qui trình sản xuất đường bằng phương pháp sulphit hóa axit tính
[1,2]
Có rất nhiều phương pháp khác nhau để thu được đường thành phẩm.
Sự khác nhau giữa các phương pháp chủ yếu là ở công đoạn làm sạch nước
mía. Làm sạch nước mía là khâu rất quan trọng, quyết định đến chất lượng
sản phẩm. Vì vậy, để sản xuất các loại đường nâu ta có thể dùng vôi để làm
sạch dung dịch. Trong khi đó muốn có đường trắng, ngoài vôi ta còn phải
dùng hóa chất mạnh hơn như SO2, CO2, Hiện nay ở Việt Nam, các nhà máy
đường chủ yếu sản xuất đường trắng bằng phương pháp sulphit hóa axit tính.
Phương pháp này sử dụng tác nhân làm sạch nước mía chủ yếu là khí SO2 và
vôi. Khí SO2 khi xông vào hỗn hợp nước mía đưa nước mía về môi trường axit
có độ pH = 3 ữ 4. Vì vậy sản xuất đường theo phương pháp này được gọi là
phương pháp sulphit hóa axit tính. Công nghệ sản xuất đường trắng theo
phương pháp này khá đơn giản, sơ đồ công nghệ và thiết bị tương đối đơn
giản, tiêu hao hóa chất ít, vốn đầu tư thiết bị thấp. Qui trình sản xuất đường
theo phương pháp sulphit hóa axit tính được mô tả ở hình 1.1.2.

luận văn thạc sĩ khoa học

-6Mía cây

Xử lý sơ bộ
ép mía

BÃ mía

Hỗn hợp nước mía
Ca(OH)2 + H3PO4

Bùn lọc

Gia vôi sơ bộ

pH = 6,8 - 7,0

Gia nhiệt lần 1

t = 60 - 700C

Khí SO2

Xông SO2 lần 1

pH = 3,4 - 3,8

Ca(OH)2

Trung hßa

pH = 7,3 - 7,5

Gia nhiệt lần 2

t = 100 - 1040C

Nước bùn

Lắng

Lọc

Nước lắng trong

Nước lọc trong

Lọc
Nước mía trong
Gia nhiệt lần 3

luận văn thạc sĩ khoa häc

t = 110 ÷ 1120C


-7-

Cô đặc

Mật chè thô

Khí SO2

Xông SO2 lần 2

pH =6,2 - 6,6

Lọc

Mật chè tinh

Nấu đường

Đường non

Trợ tinh

Ly tâm

Mật rỉ

Sấy đường

Đóng bao và bảo quản

Đường thành phẩm
Hình 1.1.2. Qui trình sản xuất đường trắng theo phương pháp sulphit hóa
axit tính
luận văn thạc sÜ khoa häc

-81. Mía cây: trong đó có khoảng 12% đường Saccarozơ (phụ thuộc vào
nhiều yếu tố: giống mía, đất đai, chế độ canh tác, điều kiện khí hậu từng địa
phương và thời gian thu hoạch mà thành phần đường có thể thay đổi từ 10 ữ
15%). Sau khi thu hoạch từ 2 ữ 3 ngày nên được ép ngay.
2. Xử lý sơ bộ và ép mía: mía cây từ bÃi mía được cẩu lên bục xả mía.
Từ bục xả, mía được chuyển xuống băng tải mía, qua máy san bằng và đi vào
máy băm mía. Mía sau khi đi qua 2 máy băm mía và máy đánh tơi, độ xé tơi
của mía có thể đạt được 80 ữ 85%. Mía tiếp tục được qua máy san bằng và
máy khử sắt rồi đi vào hệ máy ép. Hệ máy ép thường có 4 máy ép. Trong quá
trình ép mía cho thêm nước thẩm thấu để lấy được nhiều đường trong mía.
Nước mía ép ra từ máy 1 và máy 2 gọi là hỗn hợp nước mía và chuyển sang
bộ phận lọc cám, vụn mía. BÃ mía từ máy ép số 4 đưa đi đốt lò hơi.
3. Làm sạch và cô đặc: hỗn hợp nước mía qua cân nước mía được gia
vôi sơ bộ đến pH = 6,8 ữ 7,0 và có thể bổ sung một lượng P2O5 (khoảng 250 ữ
300 ppm) có tác dụng nâng cao hiệu quả làm sạch. Sau đó, n­íc mÝa ®i gia
nhiƯt ®Õn nhiƯt ®é t = 60 ữ 700C để xông SO2 và trung hòa nước mía đến pH =
7,3 ữ 7,5. Việc xông SO2 và trung hòa được thực hiện trong cùng một thiết bị
phản ứng đường ống thẳng đứng và nằm ngang. Trong thiết bị cã mét hc
nhiỊu miƯng phun. N­íc mÝa sau khi qua miệng phun sẽ tạo áp suất chân
không để SO2 được hấp thụ vào nước mía. Sau đó gia nhiệt nước mía lần thứ 2
đến t = 100 ữ 1040C và đi vào thiết bị lắng.
Nước mía sau khi lắng gọi là nước mía trong (hoặc nước chè), còn nước
bùn đưa đi lọc chân không hoặc lọc ép được nước lọc trong (hỗn hợp với nước
mía trong), bùn lọc dùng làm phân bón. Nước mía trong đi gia nhiệt lần thứ 3
đến t = 110 ữ 1120C và vào hệ thống cô đặc. Hệ thống cô đặc thường gồm từ 4
ữ 5 nồi làm việc liên tục dưới điều kiện áp lực và chân không. Nước mía sau
khi cô đặc có nồng độ chất rắn hòa tan 60 ữ 65 Bx gọi là mật chè thô. Mật chè
thô đi qua hệ thống xử lý lắng nổi để loại các tạp chất lơ lửng, sau đó đi xông
SO2 để tẩy màu và được mật chè tinh.

luận văn thạc sĩ khoa học


-94. NÊu ®­êng: mËt chÌ tinh ®­a ®i nÊu ®­êng và thực hiện chế độ nấu
3 loại đường non A, B, C. Đường non A sau khi trợ tinh, phân mật được đường
A là đường thành phẩm, mật nguyên A1 và mật loÃng A2. Mật A2 dùng nấu
đường non A hoặc cùng mật chè nấu giống cho đường non B và C. Mật A1
dùng nấu đường non B. Đường B hỗn hợp với mật chè hoặc nước nóng tạo
đường hồ làm đường giống nấu đường non A, còn mật B dùng nấu đường non
C. Đường C hòa tan nấu lại đường non A và mật rỉ là sản phẩm phụ của nhà
máy có thể dùng làm nguyên liệu sản xuất cồn, mì chính,
Sơ đồ nấu đường 3 hệ thể hiện ở hình 1.1.3
Mật chè
Đường non A
Đường A

Mật A2

Đường non B
Mật A1 Đường B

Đường non C
Mật B

Đường hồ

Đường C

Mật rỉ

Hòa tan lại

Hình 1.1.3. Sơ đồ nấu đường 3 hệ
5. Sấy, đóng bao và bảo quản đường
Đường A sau khi li tâm được đưa đi sấy khô trong thiết bị sấy đứng, sấy
nằm ngang hoặc sấy sàng rung. Sau khi sấy, đường qua cân, đóng bao 50 kg
và vận chuyển vào kho thành phẩm. Đường cần được bảo quản nơi khô ráo, độ
ẩm không khí 60% là tốt nhất.

luận văn thạc sĩ khoa häc


-10* Tiêu chuẩn đường trắng cho ở bảng 1.1.1
Bảng 1.1.1. Tiêu chuẩn đường trắng [2]
Chỉ tiêu
- Hàm lượng Saccarozơ tính bằng % chất khô không

Đường kính

Đường

thượng hạng kính loại I
99,75

99,62

- Độ ẩm tính bằng % chất khô không lớn hơn

0,05

0,07

- Hàm lượng đường khử tính bằng % không lớn hơn

0,05

0,10

- Hàm lượng tro tính bằng % chất khô không lớn hơn

0,05

0,07

- Độ màu tính bằng % độ Stame (0St) không lớn hơn

1,4

2,5

nhỏ hơn

1.1.2. Giới thiệu về Nhà máy đường Tuy Hòa, tỉnh Phú Yên
Phú Yên là một tỉnh duyên hải Nam Trung Bộ có khí hậu nhiệt đới rõ
rệt. Vì vậy, từ những năm đầu mới tách tỉnh, Phú Yên đà xác định cây mía là
cây công nghiệp ngắn ngày chủ lực, ngành công nghiệp mía đường là ngành
mũi nhọn của tỉnh. Do đó, năm 1993 Nhà máy đường Tuy Hòa (TUCSUCO)
đà khởi công đầu tư xây dựng với công suất 1.250 tấn mía/ngày, chính thức đi
vào hoạt động vào vơ mÝa 1995 - 1996. HiƯn nay sau khi s¾p xếp và nâng
công suất ép, năng suất của Nhà máy là 1.500 tấn mía/ngày.

Công nghệ sản xuất đường của Nhà máy đường Tuy Hòa cũng theo
phương pháp sulphit hóa axit tính. Sơ đồ công nghệ sản xuất đường
TUCSOCO ở hình 1.1.4.

luận văn thạc sĩ khoa học


-11(trang này để vẽ sơ đồ dây chuyền trên khổ A3)

luận văn thạc sĩ khoa học


-12-

CHƯƠNG 2. VấN Đề NĂNG LƯợNG TRONG CÔNG
NGHệ SảN XUấT ĐƯờNG
1.2.1. Tiêu thụ hơi trong các công đoạn của công nghệ sản xuất đường
Năng lượng cung cấp cho nhà máy đường là từ việc tận dụng bà mía và
một phần từ điện lưới hoặc từ các nguồn năng lượng khác. Nhà máy chủ yếu
sử dụng năng lượng dưới dạng nhiệt, điện, hơi vào các mục đích chính sau:
Cấp nhiệt cho lò hơi;
Cấp nhiệt cho quá trình gia nhiệt, cô đặc, nấu đường;
Với các mục đích khác (chiếu sáng,)
Với thực trạng ngành công nghiệp mía đường Việt Nam hiện nay, phần
lớn các nhà máy đà cũ với nhiều hạn chế về thiết bị, trình độ tự động hóa
thấp, Đồng thời các nhà máy cũng chưa quan tâm nhiều đến việc tiết kiệm
hơi trong các công đoạn của công nghệ sản xuất đường để giảm tiêu hao năng
lượng. Do đó, lượng hơi tiêu hao trong các nhà máy là khá lớn, tiêu hao hơi so
với mía vẫn nằm từ 0,55 - 0,6 tấn hơi/tấn mía.
Bảng 1.2.1. Tiêu hao năng lượng trong một nhà máy sản xuất đường ở

Đài Loan [18]
Năng lượng tiêu hao,
Tỷ lệ, %
Công đoạn
KJ/tấn mía
- Tuabin phát điện
- Máy ép
- Các bơm
Tổng cho động lực
- Gia nhiệt, cô đặc
- Nấu đường
Tổng cho chế luyện
- Tổn thất do bức xạ
- Tổn thất theo nước ngưng
Tổng tổn thất
Tổng các yêu cầu khác
TổNG TIÊU HAO NHIệT
luận văn thạc sĩ khoa häc

72.000
52.744
18.000
142.744

5,26
3,85
1,32
10,43

635.435

376.740
1.012.175

46,43
27,53
73,96

44.372
167.440
211.812

3,24
12,23
15,47

1.968

0,14

1.368.699

100


-13Bảng 1.2.1 cho thấy tiêu hao năng lượng trong các công đoạn của công
nghệ sản xuất đường tại nhà máy sản xuất đường ở Đài Loan. Qua đây ta thấy
năng lượng sử dụng cho công đoạn gia nhiệt, cô đặc, nấu đường chiếm một tỷ
lệ lớn nhất (73,96% tổng lượng hơi tiêu hao cho toàn bộ nhà máy). Vì vậy để
tiết kiệm năng lượng cho công nghệ sản xuất đường thì bên cạnh việc nâng
cấp, hoàn thiện các thiết bị cấp nhiệt, nâng cao hiệu suất sử dụng năng lượng,

sử dụng nguồn nguyên liệu bà mía hợp lý thì giải pháp tốt nhất là tối ưu việc
sử dụng hơi trong các công đoạn gia nhiệt, cô đặc, nấu đường. Do hạn chế về
điều kiện thời gian thực hiện luận văn nên chúng tôi này chỉ đưa ra những giải
pháp tiết kiệm hơi trong công nghệ sản xuất đường.
1.2.2. Nhu cầu sử dụng hơi trong nhà máy đường
Trong nhà máy đường, nhu cầu sử dụng hơi rất phong phú và đa dạng.
Việc phân phối và sử dụng hơi phụ thuộc rất nhiều yếu tố như:
- Chất lượng nguyên liệu mía đầu vào;
- Qui trình công nghệ sản xuất;
- Điều kiện thiết bị trong nhà máy;
- Kỹ năng thao tác, vận hành.
Tuy nhiên, theo kinh nghiệm quản lý và điều kiện của các nhà máy
đường hiện nay, nhiệt lượng phân phối cho các công đoạn trung bình như sau:
10 - 12% cung cấp điện năng;
70 - 78% cung cấp cho chế luyện (gia nhiệt, cô đặc, nấu đường,);
1,2 - 1,3% tỉn thÊt nhiƯt do bøc x¹;
 0,1 - 7,3% cung cấp cho ly tâm, sấy đường, lọc;
9,7 - 13% tổn thất trong nước ngưng.
Trong công nghệ sản xuất đường vàng thì lượng hơi tiêu thụ vào
khoảng 0,45 - 0,55 tấn hơi/tấn mía. Lượng hơi này sẽ tăng cao trong công
nghệ sản xuất đường trắng (từ 0,55 - 0,6 tấn hơi/tấn mía). Tuy nhiên nếu ta áp
dụng các biện pháp trích hơi thứ hiệu quả thì có thể giảm đáng kể lượng hơi
tiêu thụ trong công nghệ sản xuất đường.

luận văn thạc sĩ khoa học


-141.2.3. Sơ đồ cấp hơi trong nhà máy đường
Hình 1.2.1 mô tả sơ đồ cấp hơi trong nhà máy đường. Trong nhà máy
đường có rất nhiều bộ phận hơi sử dụng hơi với áp suất khác nhau. Có 3 loại

hơi là hơi cao áp, hơi trung áp và hơi hạ áp. Hơi sử dụng trong toàn nhà máy
được sản sinh ra từ lò hơi cung cấp hơi có áp suất 16 - 45 at. Hơi cao áp cung
cấp năng lượng để chạy tuabin phát điện và tuabin máy ép, từ đó sản sinh ra
hơi thải có áp suất thấp cung cấp cho công nghệ. Do lượng hơi thải từ các
tuabin đôi khi không đủ cho nhu cầu hơi có áp suất thấp dùng trong công
nghệ nên một phần hơi sống từ lò hơi đà qua giảm áp được bổ sung cho hơi
công nghệ. Ngoài ra trong nhà máy còn có một số thiết bị sử dụng hơi áp suất
6 - 15 at nên một phần hơi sống được giảm áp tạo nên hệ thống hơi trung áp
trong nhà máy.
Hệ thống hơi hạ áp sử dụng trong công nghệ sản xuất đường bao gồm
hơi thải từ các tuabin và một phần hơi sống của lò hơi qua giảm áp; lượng hơi
này phần lớn được dùng cho hệ thống cô đặc. Hệ thống cô đặc lại có nhiệm vụ
phân phối hơi thứ có áp suất thấp hơn tới các bộ phận dùng nhiệt khác. Nước
ngưng tụ ở nồi đầu tiên có nhiệt độ và độ tinh khiết cao được quay trở về cung
cấp cho lò hơi. Lượng nước này đáp ứng khoảng 40 - 50% nhu cầu nước dùng
trong lò hơi. Chính vì vậy, có thể coi hệ thống cô đặc là một chu trình hoàn
chỉnh.

.
.

Lò HƠI
Tuabin phát điện

Tuabin máy ép

Giảm áp - Giảm ôn

CHế LUYệN
(làm sạch, gia nhiệt, cô đặc, nấu ®­êng,…)

N­íc ng­ng tơ s¹ch

N­íc ng­ng tơ

N­íc ng­ng tơ CN

D­ thõa - Xả
Hình 1.2.1. Sơ đồ cấp hơi trong nhà máy đường
luận văn thạc sĩ khoa học


-151.2.4. Cô đặc nước mía
Nước mía sau khi được tách ra từ cây mía bằng phương pháp ép hoặc
khuếch tán được đưa đi làm sạch để loại bỏ các chất không đường, người ta
thu được nước mía trong có nồng ®é tõ 12 ÷ 15 0Bx. Sau ®ã n­íc mÝa trong
được đem đi cô đặc ở hệ thống cô đặc đến nồng độ 55 ữ 60 0Bx nhằm tạo điều
kiện thuận lợi cho quá trình nấu đường và thu hồi đường tinh thể.
Quá trình cô đặc được thực hiện ở hệ thống cô đặc nhiều nồi làm việc
nối tiếp nhau. Trong đó, nước mía lần lượt đi qua các nồi và được bốc hơi một
phần nước ở mỗi nồi cho đến khi thu được mật chè có nồng độ yêu cầu ở nồi
cuối cùng.
Hệ thống cô đặc nhiều nồi sử dụng nguồn năng lượng là hơi thải từ các
tuabin và được bổ sung bằng hơi sống từ lò hơi qua giảm áp để làm bốc hơi
một phần nước. Đồng thời hơi thứ của nồi đầu có năng lượng cao được dùng
làm hơi đốt cho các nồi sau hoặc cung cấp năng lượng cho quá trình gia nhiệt
và nấu đường.
Chính vì vậy, hệ thống cô đặc không những đóng vai trò là một mắc
xích trong công nghệ sản xuất đường, mà còn là trung tâm nhiệt của toàn bộ
nhà máy, tạo ra sự cân bằng trong sử dụng và phân phối nhiệt. Hệ thống cô
đặc tận dụng nhiệt trong hơi thải từ các thiết bị sử dụng hơi nước cao áp và

sau khi sử dụng cho mục đích cô đặc nước mía, năng lượng lại được phân phối
tới các thiết bị dùng hơi khác. Nhờ tận dụng khả năng này của hệ thống cô
đặc, người ta có thể tiết kiệm được một lượng hơi rất lớn trong nhà máy
đường. Việc chọn sơ đồ phân phối hơi hợp lý cho hệ thống cô đặc có thể làm
tiết kiệm được lượng hơi dùng trong công nghệ, góp phần giảm giá thành sản
phẩm.

luận văn th¹c sÜ khoa häc


-16-

CHƯƠNG 3. Hệ THốNG CÔ ĐặC TRONG CÔNG NGHệ
SảN XUấT ĐƯờNG
Cô đặc là một giai đoạn quan trọng trong công nghệ sản xuất đường.
Quá trình cô đặc tiêu tốn khoảng 40 ữ 50% năng lượng cung cấp cho toàn dây
chuyền công nghệ sản xuất, nên để nâng cao khả năng tiết kiệm năng lượng
trong công nghệ sản xuất đường cần nắm vững quá trình này.
1.3.1. Những đặc điểm của quá trình cô đặc [3,4,5,19]
Cô đặc là quá trình làm bay hơi một phần dung môi của dung dịch chứa
chất tan không bay, ở nhiệt độ sôi, với mục đích:
- Làm tăng nồng độ chất tan;
- Tách chất rắn hòa tan ở dạng tinh thể (kết tinh);
- Thu dung môi ở dạng nguyên chất.
Cô đặc được tiến hành ở nhiệt độ sôi, ở mọi áp suất (áp suất chân
không, áp suất th­êng hay ¸p st d­), trong hƯ thèng mét nåi hay nhiều nồi.
Quá trình có thể gián đoạn hay liên tục. Hơi bay ra trong quá trình cô đặc gọi
là hơi thứ - thường có nhiệt độ cao, ẩn nhiệt hóa hơi lớn nên được sử dụng làm
hơi đốt cho các nồi cô đặc kế tiếp.
Cô đặc chân không dùng cho các dung dịch có nhiệt độ sôi cao và dung

dịch dễ bị phân hủy về nhiệt, ngoài ra còn làm tăng hiệu số nhiệt độ có ích
giữa nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của dung dịch. Mặc khác,
vì cô đặc chân không nên nhiệt độ sôi của dung dịch thấp; do đó có thể tận
dụng nhiệt thừa của các quá trình sản xuất khác hoặc sử dụng hơi thứ của quá
trình cô đặc.
Cô đặc ở áp suất cao hơn áp suất khí quyển thường dùng cho các dung
dịch không bị phân hủy ở nhiệt độ cao (như các dung dịch muối vô cơ), để sử
dụng hơi thứ cho cô đặc và các quá trình đun nóng khác.
Cô đặc ở áp suất khí quyển thì hơi thứ không được sử dụng mà được
thải ra ngoài không khí. Đây là phương pháp tuy đơn giản nhưng không kinh
tế.
luận văn thạc sĩ khoa học


-17Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi thì nồi đầu tiên thường làm việc ở áp
suất lớn hơn áp suất khí quyển, các nồi sau làm việc ở áp suất chân không.
1.3.2. Hệ thống cô đặc nhiều nồi trong công nghệ sản xuất đường
[3,4,5,17,18]
Như đà nói ở trên, sự ra đời hệ thống cô đặc nhiều nồi là sự phát minh
nổi bật nhất của ngành công nghiệp mía đường. Đây là phát minh của nhà
khoa học người Mỹ gốc Pháp, Norbert Rillieux, được giới thiệu tại trường đại
học Louisiana (Mỹ) vào năm 1844 [18].
Quá trình cô đặc thực hiện trong những nồi hở và sử dụng lửa để gia
nhiệt đà không được sử dụng nữa mà thay vào đó là dùng hơi đốt. ý tưởng của
Rillieux là sử dụng hơi thứ của nồi trước có áp suất cao làm hơi đốt cho nồi
sau có áp suất thấp, nồi đầu thường làm việc ở áp suất lớn hơn áp suất khí
quyển còn các nồi sau làm việc ở áp suất chân không. Vì vậy, cần phải duy trì
hiệu số nhiệt độ có ích trong toàn hệ thống cô đặc để đảm bảo việc sử dụng
hơi thứ hiệu quả.
Hơi thứ

Đến thiết bị
ngưng tụ

Nước mía
Hơi đốt

Mật chè
Nước ngưng

Hình 1.3.1. Hệ thống cô đặc nhiều nồi trong công nghệ sản xuất đường
Trong công nghệ sản xuất đường, cần phải bay hơi một lượng lớn nước
trong dung dịch đường, nên cần tiêu thụ một lượng hơi nước lớn. Nếu dùng
một nồi cô đặc muốn bay hơi 1 kg nước trong dung dịch đường phải dùng đến
hơn 1 kg hơi nước. Như vậy, khi làm bay hơi một lượng nước lớn thì rất tốn
luận văn thạc sÜ khoa häc


-18kém hơi nước. Với việc ra đời hệ thống cô đặc nhiều nồi, hàng triệu tấn nhiên
liệu đà được tiết kiệm mỗi năm do việc sử dụng hơi thứ thay cho hơi thải.
1.3.2.1. Nguyên tắc cô đặc nhiều nồi [3,4,5]
Nồi thứ nhất, dung dịch được đun nóng bằng hơi đốt; hơi thứ của nồi
này làm hơi đốt nồi thứ hai. Hơi thứ của nồi thứ hai được đưa vào làm hơi đốt
nồi thứ ba,; hơi thứ nồi cuối cùng vào thiết bị ngưng tụ (hình 1.3.1). Dung
dịch đi vào lần lượt từ nồi nọ sang nồi kia, qua mỗi nồi dung môi (nước) được
bốc hơi một phần, nồng độ của dung dịch tăng dần lên.
Trong hệ thống cô đặc nhiều nồi, quá trình truyền nhiệt xảy ra là nhờ
có sự chênh lệch nhiệt độ giữa nhiệt độ hơi đốt và nhiệt độ sôi trung bình của
dung dịch đường. Để tạo ra sự chênh lệch nhiệt độ cần phải tăng thêm số lần
sử dụng hơi đốt, tăng chênh lệch áp suất (chênh lệch nhiệt độ) của hơi đốt vào

nồi đầu tiên và hơi thứ ở nồi cuối cùng. Đó là bằng cách tăng áp suất hơi đốt
đun nóng của nồi thứ nhất hoặc giảm áp suất hơi thứ của nồi cuối cùng (tức là
tăng độ chân không), cũng có thể bằng cả hai cách. Vì vậy, ở một số nồi cuối
cùng thường làm việc ở áp suất chân không.
1.3.2.2. Giới hạn nhiệt độ của hơi đốt [3,18]
Do tính chất hóa học của dung dịch đường Saccarozơ nên rất cần chú ý
đến nhiệt độ của hơi đốt dùng trong cô đặc. Các nghiên cứu đà chỉ ra rằng tồn
tại một giá trị nhiệt độ xác định gọi là giới hạn an toàn của dung dịch đường
[18]. Nếu dung dịch đường có nhiệt độ vượt quá nhiệt độ giới hạn đó thì sẽ có
xu hướng làm tổn thất đường Saccarozơ do sự thủy phân đường, đồng thời với
quá trình hình thành các chất màu do phản ứng caramen hóa làm giảm chất
lượng đường thành phẩm.
Đối với dung dịch nước mía trong có độ pH trung bình (pH = 6,5 ữ 7,2)
thì tổn thất đường do chuyển hóa rất hiếm khi vượt quá 0,1%/giờ ở nhiệt độ
không quá 1100C. Tuy nhiên, nếu nhiệt độ vượt quá 1100C thì tổn thất do thủy
phân đường sẽ tăng rất nhanh [18]. ở nhiệt độ trên 1100C thì đường Saccarozơ
bị thủy phân thành đường Fructozơ và Glucozơ. Đây là các thành phần không
mong muốn trong đường thành phẩm, làm giảm chất lượng đường.
luận văn thạc sĩ khoa học


-19Giới hạn nhiệt độ của hơi đốt còn phụ thuộc vào loại dung dịch đường.
Đối với dung dịch đường củ cải, do hàm lượng đường khử thấp hơn rất nhiều
so với dung dịch đường mía nên dung dịch đường củ cải có tính bền nhiệt cao
hơn, có thể đạt trên 1300C. Ngoài ra, đặc tính nồi cô đặc cũng ảnh hưởng đến
giới hạn nhiệt độ của hơi đốt.
Bảng 1.3.1. Nhiệt độ tối đa cho phép trong hệ thống cô đặc nhiều nồi [18]
Nhiệt độ hơi đốt

áp suất hơi đốt

nồi 1, 0C

nồi 1, kg/cm2

- Nồi cô đặc ống tuần hoàn trung t©m

125 - 130

1,3 - 1,7

- Nåi Kestner

130 - 135

1,7 - 2,2

Loại nồi

1.3.2.3. Giới hạn độ chân không nồi cuối [18]
Trong công nghệ sản xuất đường, giới hạn độ chân không nồi cuối
khoảng 630 - 680 mmHg (tương ứng với nhiệt độ của hơi thứ nồi cuối từ 560C
- 470C). Độ chân không cao có 2 thuận lợi lớn sau:
- Làm tăng hiệu số nhiệt độ có ích giữa nhiệt độ của hơi đốt và nhiệt độ
sôi trung bình của dung dịch đường; từ đó làm tăng năng suất bốc hơi;
- Đảm bảo quá trình bốc hơi được thực hiện ở nhiệt độ thấp và an toàn
cho dung dịch đường, giảm tổn thất đường do chuyển hóa và giảm độ màu của
dung dịch đường.
Tuy nhiên, xét về mặt công nghệ, nồi cuối không làm việc ở độ chân
không cao như vậy vì những lý do sau:

- Độ chân không quá cao sẽ gây ra hiện tượng chạy đường làm mất
đường theo hơi thứ;
- Khi độ chân không cao, nhiệt độ mật chè ra khỏi nồi cuối giảm. Nếu
mật chè vào nồi nấu đường ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ đường non thì sẽ có
xu hướng hình thành các tinh thể trong nồi nấu đường. Hơn nữa, khi độ chân
không nồi cuối cao thì mật chè có độ nhớt lớn, nên khó vận chuyển.
Vì vậy, nên khống chế độ chân không nồi cuối thấp hơn độ chân không
nồi nấu đường, sao cho nhiệt độ mật chè vào nồi nấu đường cao hơn hoặc
luận văn thạc sĩ khoa học