BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
****************

NGUYỄN HỮU THẾ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ
NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HÒA NƯỚC MÍA
HỖN HỢP TRONG QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT

Thành phố Hồ Chí Minh
Tháng 4/2010


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NÔNG LÂM TP. HỒ CHÍ MINH
****************

NGUYỄN HỮU THẾ

NGHIÊN CỨU GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ
NÂNG CAO HIỆU QUẢ TRUNG HÒA NƯỚC MÍA
HỖN HỢP TRONG QUÁ TRÌNH
SẢN XUẤT ĐƯỜNG RS
Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí
Mã số: 60.52.14
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT



ii


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số
liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tác giả luận văn

Nguyễn Hữu Thế

iii


CẢM TẠ
Để hoàn thành luận văn thạc sĩ này tôi xin chân thành bày tỏ lòng kính trọng và
biết ơn sâu sắc đến:
- Thầy TS Nguyễn Văn Hùng, Trưởng bộ môn Cơ điện tử Trường Đại học Nông
lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn và động viên tôi thực
hiện luận văn này.
- Ban Giám hiệu, Phòng sau đại học, Cô PGS.TS Trần Thị Thanh, Chủ nhiệm
Khoa và tập thể Giảng viên của Khoa Cơ khí - Công nghệ Trường Đại học Nông
Lâm thành phố Hồ Chí Minh đã tận tình giảng dạy, truyền đạt những kiến thức
quí báu và tạo mọi điều kiện tốt nhất trong quá trình học Cao học cũng như thực
hiện luận văn.
- Tôi cũng xin chân thành cảm ơn:
- Anh Nguyễn Đình Buôn, Trưởng phòng Kỹ thuật Công ty Cổ phần Đường
Quảng Ngãi đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình thực tập tại công ty.
- Ban giám đốc nhà máy, anh Phạm Thành Phòng kỹ thuật, anh Đặng Phúc Đạt Tổ

phương án bậc hai toàn phần, tổng số thí nghiệm được tính là 12, trong đó số thí
nghiệm ở tâm là 3. Số liệu thực nghiệm được xử lý bằng phần mềm Statgraphics
Vers 7.0 trên máy tính. Kết quả cho thấy thời gian trung hòa của nước mía hỗn hợp
là hàm đa thức bậc II phụ thuộc vào tốc độ khuấy và nhiệt độ :
tg = 435,972 – 1,84444*n – 5,17222*t + 0,00458333*n2 + 0,0405556*t2
Kết quả giải bài tối ưu với hàm mục tiêu chính là phương trình hồi qui trên
nhận được giá trị chế độ làm việc của thiết bị trung hoà thích hợp nhất với tốc độ
khuấy là 180 vòng/phút, nhiệt độ 640C và thời gian trung hòa là 86 giây
- Thiết bị trung hoà nước mía hỗn hợp trong dây chuyền sản xuất đường
công suất 1600 tấn mía/ngày và bộ phận điều khiển tự động cấp sữa vôi theo độ pH
đã được thiết kế dựa vào các điều kiện thực tế nhà máy và các thông số từ kết quả
thực nghiệm.

v


ABSTRACT
Thesis for “Study on technology and equipment solutions neutralizing mixture
of cane juice in RS sugar processing” was done at the faculty of Engineering, Nong
Lam University of HCM and The sugar processing company Phophong, Quangngai
from March 2009 to March 2010 with the summary result as following:
- Studied and found out the reasons of problems such as deposits in cane juice
and the instability of cane juice pH.
- Studied on the factors influencing the neutralization of cane juice. Results of
studied factors were used to design the neutralizing equipment of cane juice for the
sugar processing system of 1600 ton of sugar cane per day.
As the result of experiment, the dependence of the neutralizing time on the
factors of stirring velocity and neutralizing temperature was defined as following:
tg = 435,972 – 1,84444*n – 5,17222*t + 0,00458333*n2 + 0,0405556*t2
Where n is RPM of stirring velocity and t is neutralizing temperature.

v

Tóm tắt tiếng Anh

vi

Mục lục

vii

Danh sách liệt kê các ký hiệu

xi

Danh sách các hình

xiv

Danh sách các bảng

xvi

1. MỞ ĐẦU

1

1.1. Dẫn nhập

1


9

2.2.5 Dùng vôi trung hòa nước mía hỗn hợp

10

vii


2.2.5.1 Tính chất của sữa vôi

10

2.2.5.2 Tác dụng của vôi

10

2.2.5.3 Các biến đổi hóa lý sau khi đưa sữa vôi vào nước mía hỗn hợp

10

2.2.5.4 Tác dụng của khuấy trộn sau khi gia vôi

11

2.3 Tổng quan về thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp trong và
ngoài nước

11


22

2.4.3.5 Tính toán trục khuấy

27

2.5 Sơ lược về PLC LOGO được ứng dụng để
điều khiển hệ thống

31

3. NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

34

3.1. Nội dung nghiên cứu

34

3.2 Phương pháp nghiên cứu

34

3.2.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

34

3.2.1.1 Phương pháp tiếp cận hệ thống

34

37

4. KẾT QUẢ VÀTHẢO LUẬN

39

4.1 Nghiên cứu, thảo luận lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp
với quá trình trung hòa nước mía hỗn hợp
4.1.1 Nghiên cứu, thảo luận về thiết bị trung hòa hiện tại

39
39

4.1.2 Lựa chọn phương pháp khuấy trộn phù hợp với quá trình
trung hòa nước mía hỗn hợp

41

4.2 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm xác định các thông số tối ưu
ảnh hưởng đến hiệu quả trung hòa nước mía hỗn hợp
4.2.1 Xác định các thông số ra

42
42

4.2.2 Xác định các thông số vào

43

4.2.3 Phát biểu bài toán hộp đen


4.2.7.2 Lập ma trận thí nghiệm
4.2.7.3 Xử lý kết quả thực nghiệm

4.3 Kết quả thiết kế thiết bị khuấy trộn tăng hiệu quả trung hòa nước

53
54

mía hỗn hợp trong dây chuyền sản xuất đường RS tại nhà máy
đường Phổ Phong - Công ty cổ phần Đường Quảng Ngãi.
4.3.1 Yêu cầu thiết kế

58

4.3.2 Các thông số đầu vào để thiết kế

58

4.3.3 Chuẩn số Reynolds và thông số hình học của thùng khuấy
4.3.4 Công suất khuấy trộn

58
59

4.3.5. Tính bền cơ cấu khuấy

60

4.3.5.1 Lực tác dụng lên trục khuấy

68

TÀI LIỆU THAM KHẢO

69

PHỤ LỤC

70

x


Phụ lục 1: Kết quả thực nghiệm ở dạng mã hóa
Phụ lục 2: Giải bài toán tối ưu

72

Phụ lục 3: Phạm vi sử dụng công nghệ của các loại cơ cấu khuấy thông

74

dụng

75

Phụ lục 4: Độ nhớt của nước mía hỗn hợp dùng trong thí nghiệm

78



b

m

Chiều rộng cánh khuấy

B

m

Chiều rộng tấm chắn

Cx

-

Hệ số chú ý tới dao động lực cản

C x'

-

Hệ số dao động tải (lực cản)

D

m

Đường kính thiết bị

f(x1,x2)

-

Hàm mục tiêu

Fr

kN

Lực hướng kính

Fa

kN

Lực hướng trục

h

mm

Chiều cao cánh khuấy

hc

mm

Chiều cao cánh



Chiều cao tấm chặn

KN

-

Chuẩn số công suất khuấy (không thứ nguyên)

Kd

-

Hệ số quá tải khi khởi động

Kđ

-

Hệ số dự trữ công suất

Mx

Nm

Mômen xoắn dụng lên trục khuấy

Mx

-


RS

-

Đường kính trắng

S

mm

t

o

C

Mômen xoắn trung bình
Số vòng quay của cánh khuấy

Số thí nghiệm ở tâm
Áp suất

Chiều dày của thùng khuấy
Nhiệt độ của dung dịch

tg

giây (s)


X2

o

C

Mã hóa nhiệt độ khuấy

X1

vòng/phút

Mã hóa số vòng quay của trục khuấy

zc

-

Số cánh

Zn

-

Số tấm chặn



kG/m3


%

Hiệu suất khớp đàn hồi

hd

%

Hiệu suất của hộp đệm

gt

%

Hiệu suất của hộp giảm tốc

ξk

-

Hệ số trở lực cánh khuấy

ξk

-

Hệ số trở lực cánh khuấy

-


Biên độ ứng suất pháp sinh ra trong tiết diện của



trục

xiv


a

N/mm2

Biên độ ứng suất tiếp sinh ra trong tiết diện của
trục

-1

N/mm2

Giới hạn mỏi uốn ứng với chu kỳ đối xứng

-1

N/mm2

Giới hạn mỏi xoắn ứng với chu kỳ đối xứng

xv


53

Bảng 4.7 Kết quả xử lý số liệu phân tích phương sai ở dạng thực có đầy

54

đủ các hệ số hồi qui.
Bảng 4.8 Kết quả xử lý số liệu phân tích phương sai ở dạng thực khi loại

55

bỏ hệ số hồi qui không tin cậy.
Bảng PL 1.1. Ma trận thí nghiệm và kết quả thực nghiệm ở dạng mã hóa.
Bảng PL 1.2. Kết quả xử lý số liệu phân tích phương sai ở dạng mã hóa
có đầy đủ các hệ số hồi qui.
Bảng PL 1.3. Kết quả xử lý số liệu phân tích phương sai ở dạng mã hóa
khi loại bỏ hệ số hồi qui không tin cậy.

56
72

73

Bảng PL6.1Thông số để tính chuẩn số công suất K N dùng cho cơ cấu
chân vịt

73

Bảng PL6.2 Thông số để tính chuẩn số công suất KN dùng cho cơ cấu


Trang
Hình 2.1 Qui trình sản xuất đường mía tại nhà máy đường Phổ Phong

5

Hình 2.2 Thiết bị trung hòa đường ống nằm ngang

12

Hình 2.3 Thiết bị trung hòa đường ống kiểu SH - T

12

Hình 2.4 Thiết bị trung hòa đường ống kiểu hút đứng

13

Hình 2.5 Thiết bị trung hòa có khuấy trộn dạng cơ học

13

Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo thiết bị khuấy

16

Hình 2.7 Lựa chọn cơ cấu khuấy theo độ nhớt chất lỏng và thể tích chất
lỏng

18


40

Hình 4.2 Cấu cặn bám vào phểu của thùng trung hòa

41

Hình 4.3 Mô hình bài toán hộp đen

45

Hình 4.4 Cơ cấu khuấy tua bin hở cánh thẳng

45

Hình 4.5 Sơ đồ cấu tạo thùng khuấy thí nghiệm

48

Hình 4.6 Sơ đồ cấu tạo cửa thoát thùng khuấy trộn

48

xviii


Hình 4.7 Đồ thị của phương trình hồi quy

57

Hình 4.8 Biểu đồ mômen trục khuấy

84

Hình PL6.3 Đường biểu diễn KN = f(Rek,Fek) dùng cho cơ cấu tuabin hở
cánh dài nghiêng và cơ cấu khuấy bản cánh nghiêng
Hình PL6.4 Đường biểu diễn KN = f(Rek,Fek) dùng cho cơ cấu khuấy bản
Hình PL6.5 Đường biểu diễn KN = f(Rek,Fek) dùng cho cơ cấu khuấy mỏ

84
84

neo, chong chóng, băng và vít tải
Hình PL 7 Bảng vẽ tổng thể thùng khuấy trộn.
Hình PL 8.1 Đo độ nhớt nước mía hỗn hợp dùng để thí nghiệm
Hình PL 8.2 Thùng khuấy thí nghiệm chế tạo xong
Hình PL 8.3 Đồng hồ đo pH và nhiệt độ khuấy
Hình PL 8.4 Dòng chất lỏng trong thùng khuấy trong quá trình khuấy

85
86
87
87
87

trộn
Hình PL 8.5 Cánh khuấy tuabin kiểu hở

87

Hình PL 8.6 Quá trình thí nghiệm khuấy trộn nước mía hỗn hợp


và kết tinh. Trong các giai đoạn trên, làm sạch nước mía hỗn hợp là giai đoạn quan
trọng nhất vì nó quyết định chất lượng đường thành phẩm và tỉ lệ thu hồi đường.
Theo công nghệ sản xuất đường RS của Trung quốc, nước mía hỗn hợp sau khi ép
được gia vôi sơ bộ sau đó đưa đi gia nhiệt lần 1. Sau đó đưa đi tẩy màu bằng cách
xông khí SO2, người ta tiếp tục gia vôi vào nước mía hỗn hợp để trung hòa độ pH
và đưa đi gia nhiệt lần 2. Nhiệm vụ của thiết bị trung hòa là trung hòa độ pH của
nước mía hỗn hợp từ 3,4 – 3,6 lên đến 7,1 – 7,3 và luôn ổn định ở đầu ra. Với thiết
bị trung hòa hiện tại của các nhà máy, độ pH đầu ra không ổn định, chính điều này
gây ra các nhược điểm như: tiêu hao rất nhiều vôi, tỉ lệ thu hồi đường, chất lượng
đường thành phẩm thấp và đặc biệt là lượng cấu cặn bám vào thiết bị rất nhiều làm
tắc nghẽn đường ống, gây khó khăn trong vận hành sản xuất.

1


Chính vì những lý do trên, việc nghiên cứu giải pháp công nghệ và thiết bị
nhằm nâng cao hiệu quả trung hòa nước mía hỗn hợp trong quá trình sản xuất
đường RS là cần thiết và cấp bách. Từ đó giảm chi phí sản xuất, giảm giá thành và
nâng cao lợi nhuận cho nhà máy.
Với mong muốn ứng dụng kiến thức đã học vào thực tế, được sự chấp thuận
của Tiểu ban đào tạo sau Đại học - Trường Đại học Nông lâm Thành phố Hồ Chí
Minh và sự hướng dẫn của thầy TS. Nguyễn Văn Hùng, chúng tôi đề xuất xin thực
hiện đề tài:
“Nghiên cứu giải pháp công nghệ và thiết bị nâng cao hiệu quả trung hoà nước
mía hỗn hợp trong quá trình sản xuất đường RS.”
1.2 Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu phương pháp khuấy trộn và ảnh hưởng của các thông số nhiệt độ,
cường độ khuấy đến quá trình trung hòa nước mía hỗn hợp. Bằng lý thuyết kết hợp
thực nghiệm xác định chế độ làm việc tối ưu thiết bị trung hòa nước mía hỗn hợp.
Từ đó thiết kế thiết bị trung hòa trong dây chuyền sản xuất đường RS, thiết bị góp

đến các nồi nấu đường. Đường sau khi kết tinh được đưa đến các máy li tâm để tách

3


mật. Đường sau khi li tâm được đưa đi sấy, sấy xong đưa đến hệ thống phân loại và
vào bao.
Khoan mía
xác định chữ
đường

Tiếp nhận
Mía

Cân mía
Băng tải mía
Băm mía 1
Băm mía 2
Máy hút sắt

Lò hơi

Bã mía

Ép mía
Nước mía
hỗn hợp

Phát điện
3MW