BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỦY PHÂN TINH BỘT MALT ĐẠI MẠCH BẰNG ENZYME β – AMYLASE, NĂNG SUẤT GVHD TP Hồ Chí Minh, Tháng 32022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2 1 1 Nguyên liệu 2 1 2 Enzyme β – amylase 4 1 3 Quy trình công nghệ sản xuất bia 8 1 4 Quá trình thủy phân tinh bột 11 1 4 1 Mục đích 11 1 4 2 Quá trình thủy phân tinh bột 12 1 5 Thiết bị thủy phân tinh bột 16 CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG.
BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỦY PHÂN TINH BỘT MALT ĐẠI MẠCH BẰNG ENZYME β – AMYLASE, NĂNG SUẤT GVHD: TP Hồ Chí Minh, Tháng 3/2022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………….1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN .2 1.1 Nguyên liệu 1.2 Enzyme β – amylase .4 1.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia 1.4 Quá trình thủy phân tinh bột 11 1.4.1 Mục đích 11 1.4.2 Quá trình thủy phân tinh bột 12 1.5 Thiết bị thủy phân tinh bột 16 CHƯƠNG 2: CÂN BẰNG VẬT CHẤT 19 2.1 Tính lượng nguyên liệu malt nước 19 2.2 Tính lượng chất hòa tan bã 20 2.3 Khối lượng riêng huyền phù 21 CHƯƠNG 3: CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG 22 3.1 Nhiệt lượng cung cấp cho trình đun nóng ngun liệu 23 3.2 Bề mặt truyền nhiệt 25 3.3 Nhiệt lượng làm nóng nồi .25 3.4 Nhiệt lượng tổn thất 26 3.5 Nhiệt lượng điện trở cần cung cấp để đun sôi nước 27 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ THIẾT BỊ 28 4.1 Chọn kích thước thiết bị phù hợp 29 4.1.1 Kích thước thân 29 4.1.2 Kích thước vỏ áo 30 4.2 Bề dày thân trụ thiết bị 31 4.2.1 Lớp thép tiếp xúc với dịch đường (chịu áp suất ngoài) 31 4.2.2 Bề dày lớp thép vỏ áo (chịu áp suất trong) .33 4.3 Bề dày đáy elip .34 4.3.1 Đáy chịu áp suất (lớp đáy thép elip tiếp xúc với dịch đường) 34 4.3.2 Tính đáy elip chịu áp suất (vỏ áo) 35 4.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt 37 4.5 Tính cánh khuấy thiết bị 38 4.5.1 Tính cơng suất cánh khuấy 39 4.5.2 Động điện 39 4.5.3 Tính trục khuấy 40 4.6 Thiết kế chân đỡ thiết bị .41 4.6.1 Khối lượng lớp thép thân thiết bị 43 4.6.2 Khối lượng lớp thép vỏ áo .44 4.6.3 Khối lượng nắp thiết bị 45 4.6.4 Khối lượng cánh khuấy 45 4.6.5 Khối lượng lớp cách nhiệt 45 4.6.6 Khối lượng thép thiết bị .46 4.6.7 Kích thước bu lơng 47 4.6.8 Chọn ống dẫn 48 4.6.9 Khối lượng chân đỡ cần chịu 48 KẾT LUẬN………………………………………………………………………… 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO .51 CHƯƠNG 1: 1.1 TỔNG QUAN Nguyên liệu Malt đại mạch nguyên liệu chính, thiết yếu dùng để sản xuất bia Đại mạch thuộc họ Hordeum Sativum, có số thuộc họ H.Muvirum, H.Jubatum Malt sản phẩm dựa chuyển hóa sinh trình nảy mầm tự nhiên từ đại mạch Mục đích q trình cho hạt nảy mầm để hoạt hóa, tích lũy khối lượng hoạt lực hệ enzyme có hạt đại mạch Kích thước, hình dáng hạt malt giữ nguyên vẹn hạt đại mạch thành phần hóa học bên hạt malt so với hạt đại mạch có nhiều q trình chuyển hóa quan trọng với mức độ khác Chính q trình tạo hạt malt có đặc tính riêng Hình 1.1 Cấu tạo hạt đại mạch Chỉ tiêu nguyên liệu Chỉ tiêu cảm quan - Màu sắc: hạt malt vàng có màu vàng rơm, sáng óng ánh, màu chuẩn 0,3 độ iod; (malt đen có màu sẫm) - Mùi vị: mùi vị đặc trưng cho malt vàng vị nhẹ hay dịu, có hương thơm đặc trưng, khơng có mùi vị lạ - Độ malt cho phép 0,5% hạt gãy vỡ, 1% tạp chất khác Chỉ số lý - Trọng lượng khô tuyệt đối: 28 – 38g/1000hạt - Dung trọng: 530 – 560 g/l - Độ ẩm: – 8% - Độ hoà tan: 70 – 80% - Thời gian đường hoá: 10 – 20phút 70˚C - Đường maltose chiếm từ 65 – 70% tổng chất hoà tan, tỷ lệ: đường maltose/đường phi maltose = 1/0,4 – 1/0,51 Thành phần STT 1.2 Thành phần hóa học malt % chất khô Tinh bột 58 – 65 Đường khử Saccarose Pentose Nitơ formol 0,7-1 Chất khống 2,5 Pentozan khơng hồ tan Hexozan Cellulose Các chất chứa nitơ 10 10 Các chất chứa nitơ không đông tụ 2,5 11 Chất béo 2,5 Enzyme β – amylase Enzyme β – amylase, gọi 1,4 – α – D – glucan maltohydrolase, phân bố chủ yếu thực vật (hạt, củ) đặc biệt có nhiều ngũ cốc nảy mầm, có pH opt = – 5, topt khoảng 50 – 650C, 700C enzyme hoạt tính, bền với acid, cắt đứt liên kết – glucoside từ đầu không khử gốc glucose phân giải 40 – 50% tinh bột, gọi enzyme đường hóa Sản phẩm thủy phân chủ yếu maltose β – dextrin (dextrin giới hạn) Cấu tạo Enzyme β – amylase, gọi 1,4 – α – D – glucan maltohydrolase, phân bố chủ yếu thực vật (hạt, củ) đặc biệt có nhiều ngũ cốc nảy mầm Trong hạt ngũ cốc nảy mầm, β – amylase xúc tác thủy phân liên kết 1,4 – α – D – glucan tinh bột, glucogen polysaccharide, phân cắt nhóm maltose từ đầu không khử mạch Maltose tạo thành xúc tác β – amylase Ở ngũ cốc, β – amylase tham gia vào phân giải tinh bột trình nảy mầm hạt Ở lúa, β – amylase tổng hợp suốt q trình hạt khơng tổng hợp hạt khơ Ở lúa mạch, enzyme có mặt hạt khơ, tích lũy suốt q trình hạt, dạng liên kết, enzyme phân tử có trọng lượng phân tử 64.000 Da bị phân cắt protease phóng thích dạng tự có khối lượng phân tử 59.000 Da Cơ chế tác dụng β – amylase β – amylase enzyme ngoại bào (exoenzyme) Tiến trình phân giải đầu khơng khử nhánh ngồi chất β – amylase phân cắt liên kết α – 1,4 glucoside gặp liên kết α – 1,6 glucoside ngừng tác dụng Phần polysaccharide cịn lại dextrin phân tử lớn có chứa nhiều liên kết α – 1,6 glucoside gọi β – dextrin - Cơ chế tác dụng β – amylase lên tinh bột β – amylase Tinh bột Maltose (54 – 58%) + β – dextrin (42 – 46%) (Glucogen) - Tinh bột bị thủy phân đồng thời α – amylase β – amylase lượng tinh bột thủy phân tới 95% Đặc tính β – amylase - β – amylase albumin, tâm xúc tác có chứa nhóm –SH, nhóm XCOOH vịng imidazol gốc histidine enzyme ngoại bào (exoenzyme) - β – amylase không bền có Ca2+, β – amylase bị kìm hãm Cu2+, Hg2+, ureaa, iodineoacetamide, iodine, ozon… - β – amylase chịu nhiệt α – amylase bền với acid β – amylase bị bất hoạt nhiệt độ 700C, có pHopt = – 5, topt khoảng 50 – 650C pHopt topt 5,5 55 - 65 5,2 – 5,6 55 Đỗ tương 5,4 55 Khoai lang 5,0 – 6,0 50 – 55 Nguồn gốc enzyme Đại mạch Lúa mỳ B cerus 7,0 40 B polymyxa 7,5 40 B megaterium 6,5 40 - 65 Một số ứng dụng amylase - Ứng dụng amylase sản xuất bia: + Trong công nghệ sản xuất bia truyền thống, enzyme amylase malt sử dụng để thủy phân tinh bột malt, sau đến giai đoạn rượu hóa nấm men Saccharomyces spp Cơ sở khoa học việc sử dụng amylase malt chỗ, đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang trạng thái nảy mầm (malt), enzyme amylase tổng hợp enzyme thủy phân tinh bột có hạt tạo lượng vật chất cho tạo thành mầm Như vậy, việc đường hóa tinh bột hạt nhờ enzyme + Để giảm giá thành, q trình lên men tạo bia nhà sản xuất khơng sử dụng hoàn toàn 100% nguyên liệu malt đại mạch mà có pha trộn theo cơng thức để thay malt bổ sung nguồn tinh bột cho trình lên men Lý phần để tạo hương vị cho bia, màu sắc, độ cồn phù hợp cho người tiêu dùng phần làm giảm giá thành cho sản phẩm bia Chính điều này, nhà sản xuất bia sử dụng chế phẩm enzyme amylase cung cấp cho trình thủy phân tinh bột Ngoài ra, sản xuất bia, người ta cịn sử dụng chế phẩm enzyme cellulose có tác dụng phá vỡ thành tế bào, tạo điều kiện để thành phần có tế bào hạt phía ngồi nhờ chất lượng bia nâng cao Một loại enzyme khác sử dụng rộng rãi glucose amylase, enzyme sử dụng để loại trừ O có bia, giúp trình bảo quản bia kéo dài + Sử dụng chế phẩm enzyme để nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm, sử dụng nguyên liệu thay thế, tăng khả lọc dịch đường, tăng độ hòa tan hợp chất nitơ, tăng khả giữ bọt độ bền vững bia - Ứng dụng amylase sản xuất cồn: + Để sản xuất cồn từ nguồn nguyên liệu tinh bột, nước sử dụng nguyên liệu khác Quá trình sản xuất cồn trải qua hai giai đoạn: giai đoạn đường hóa giai đoạn rượu hóa + Trong giai đoạn đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzyme amylase Đến kỷ XIX Takamine người Nhật đưa nấm mốc Aspergillus sang Mỹ, người Mỹ áp dụng để sử dụng phương pháp Mycomalt (mầm mốc) sản xuất cồn rượu Nhờ du nhập kỹ thuật từ Nhật mà người Mỹ tiết kiệm khối lượng malt khổng lồ sản xuất rượu + Phương trình đường hóa: Hệ enzyme amylase (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6 Tinh bột Glucose + Giai đoạn rượu hóa: Nhờ nấm men Saccharomyces cerevisiae, xem q trình sử dụng hệ enzyme oxy hóa khử nấm men để chuyển hóa đường thành rượu Rượu hóa q trình phức tạp, trải nhiều giai đoạn chuyển hóa từ đường thành cồn nhờ tham gia nhiều enzyme khác Điểm khác với enzyme amylase chỗ enzyme tham gia q trình rượu hóa nằm tế bào nấm men Việc điều khiền q trình chuyển hóa enzyme tế bào thực chất trình trao đổi chất nấm men mơi trường chứa đường + Phương trình rượu hóa: Nấm men C6H12O6 C2H5OH + CO2 + Ngoài ra, enzyme amylase nghiên cứu ứng dụng rộng rãi sản xuất đường bột, sản xuất dextrin, maltodextrin, dịch glucose, siro, glucose – fructose, sản xuất tương nước chấm…ở quy mơ cơng nghiệp 1.3 Quy trình cơng nghệ sản xuất bia Nghiền Malt Nhằm để làm giảm kích thước hạt, phá vỡ cấu trúc tinh bột, làm cho Nghiền nước xâm nhập vào nội nhũ nhanh hơn, thúc đẩy q trình đường hố, thuỷ phân tinh bột diễn nhanh triệt để Đường hóa Vỏ malt giữ nguyên tốt Nếu giữ nguyên vỏ malt ngăn chặn việc chuyển chất khơng có lợiBã từ vỏ vào dịch đường Lọc bã bia Mặt khác, vỏ malt nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho trình lọc, nâng cao vận tốc hiệu suất lọc Nấu hoa Hoa houblon Nội nhũ phải nghiền nhỏ Tuy nhiên, tỷ lệ bột mịn, bột q cao lọc dịch đường khó khăn giảm hiệu suất thu hồi Vì vậy, Lắng nghiền cần tạo tỷ lệ thích hợp thơ, mịn bột phù hợp với loại thiết bị lọc Đường hóa Làm lạnh Chuyển chất có ngun liệu từ trạng thái khơng hồ tan sang Nấm men Lên men trạng thái hoà tan nhờ tác động hệ enzyme thuỷ phân Sau nghiền xong, nguyên liệu nên đem nấuCặn để lâu bột Lọc bia bị chua, làm ảnh hưởng đến chất lượng bán thành phẩm thành phẩm sau Lọc bã Bão hòa CO2 Dịch đường hố bao gồm chất hồ tan chất khơng hồ tan nên Thanh trùng cần phải lọc để tách chất hoà tan khỏi chất khơng hồ tan Lọc dịch đường có giai đoạn: giai đoạn thứ lọc để tách dịch Đóng chai đường khỏi bã, giai đoạn 2: rửa bã để thu nốt phần chất hồ tan cịn sót lại bã Sản phẩm Nấu hoa Hòa tan chuyển hóa chất đắng, thơm hoa houblon để tạo hương vị đặc trưng cho dịch houblon hòa bia sau Đồng thời loại trừ hợp chất bền, tạo sản phẩm làm tăng cường độ màu hương thơm hấp dẫn, làm tăng nồng độ chất hòa tan trùng dịch hoa houblon hóa, chuẩn bị cho q trình lên men bia Dịch đường nước rửa bã từ thiết bị lọc chuyển thẳng vào nồi houblon hóa Khi nước rửa bã chảy vào nồi gần kết thúc bắt đầu nâng nhiệt đến sơi cho tồn lượng cao hoa vào nồi nhằm thu chất đắng Giữ sôi tiếp tục cho 1/2 lượng hoa viên vào Trước kết thúc q trình houblon hóa khoảng 30 phút cho tiếp 1/3 lượng hoa viên lại nhằm tạo hương kết lắng protein Việc bổ sung hoa chia làm hai lần nhằm mục đích tạo hương tốt cho bia, trình đun hoa lượng tinh dầu thơm tổn hao 80-90% Vì việc bổ sung làm hai lần giảm tổn thất Trong q trình đun sơi số để kết thúc q trình đun sơi nồng độ dịch đường, số khác có mặt kết tủa protein độ dịch đường Lắng Làm lạnh - Lắng tách cặn để làm dịch đường - Hạ nhiệt độ dịch đường đến nhiệt độ lên men - Bão hòa oxy cho dịch lên men Lên men Quá trình lên men q trình chuyển hố chất đường dextrin thấp phân tử dịch lên men thành C2H5OH, CO2 số chất hữu khác tác dụng nấm men: C6H12O6 2C2H5OH + 2CO2 + Q Đồng thời, tạo sản phẩm phụ như: este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit, glyxerin,…hoà tan vào dịch lên men tạo thành bia non Lọc bia 10 toC Thép austenit 20 2,05.105 400 1,82 105 Nội suy: : Tỉ số giới hạn đàn hồi vật liệu làm đáy với giới hạn chảy nhiệt độ tính tốn, thép khơng gỉ x = 0,7 + : Giới hạn chảy vật liệu 100 oC Khi: (93,12 < 182,92) Thì áp suất ngồi cho phép [ tính theo cơng thức 6-13, trang 127, [10]: Trong đó: + : Ứng suất nén cho phép vật liệu X18H10T 100oC + β = = 1,897 Vậy bề dày đáy thép elip tiếp xúc với dịch đường: Sd = (mm) Chọn chiều cao gờ: hg = 25mm (XIII.12, trang 385, [7]) 4.3.2 Tính đáy elip chịu áp suất (vỏ áo) - Bề dày tối thiểu thành nắp: (Trang 126, [10]) Trong đó: + : Áp suất tính tốn thiết bị + Ứng suất cho phép kéo vật liệu làm đáy (Đồ thị 1.2, trang 16, [10]) + : Hệ số bền mối hàn, (tra bảng XIII8, trang 362, [7]) 30 Khi: Thì bề dày tối thiểu lớp thép vỏ áo tính cơng thức 6-9, trang 126,[10]: Trong đó: + : Bề dày tối thiểu lớp thép đáy elip vỏ áo (mm) + (Trang 126, [10]) : hệ số bền mối hàn (tra bảng XIII8, trang 362, [7]) Dựa vào công thức 5-9, trang 96, [10]: Với: (1-10, trang 20, [10]) Trong đó: : Hệ số ăn mịn hóa học thiết bị làm việc 10-15 năm (mm): Vật liệu xem bền học : Hệ số bổ sung sai lệch chế tạo (tra bảng XIII.9, trang 364, [7]) : Hệ số quy tròn Bề dày lớp thép vỏ áo đáy là: Kiểm tra bề dày lớp thép vỏ áo đáy: Áp dụng cơng thức 6-10, trang 126, [10]: Áp suất tính toán cho phép: 31 Vậy bề dày lớp thép vỏ áo đáy là: Chọn chiều cao gờ: hg’ = 25mm (XIII.12, trang 385, [7]) 4.4 Tính bề dày lớp cách nhiệt Nhiệt lượng tổn thất qua thân thiết bị lớp cách nhiệt: (1.62, trang 28, [8]) Qtổn thất = K.F.(tN −tKK) K = = Trong đó: Trong đó: + α: hệ số cấp nhiệt (W/�2.℃) (VI.67, trang 92, [7]) α1 = 9,3 + 0,058.tN = 9,3 + 0,058.100 = 15,1 (W/�2.℃) α2 = 9,3 + 0,058.tKK = 9,3 + 0,058.30 = 11,04 (W/�2.℃) + tN: Nhiệt độ trung bình thành vỏ áo giai đoạn đun nóng, tN = 100℃ + tKK: Nhiệt độ trung bình dịch malt; tKK = 30℃ + K: Hệ số truyền nhiệt (W/�2.℃) + : Bề dày lớp cách nhiệt (m) + : Bề dày vỏ áo (m), = 0,005m + : Bề dày lớp thép thiết bị (m), = 0,005m + : Hệ số dẫn nhiệt (W/m.℃), Hệ số dẫn nhiệt thủy tinh: = 0,0372 W/�.℃ (Tra bảng I.126, trang 128, [6]) Hệ số dẫn nhiệt thép: = 16,86 W/�.℃ (Tra bảng I.125, trang 127, [6]) + F: Bề mặt truyền nhiệt (m2), F = 0,7 m2 Bề dày lớp cách nhiệt: K= = = 0,28m = 28mm 4.5 Tính cánh khuấy thiết bị Yêu cầu khuấy trộn nồi đường hoá tăng cường khả trao đổi nhiệt thành nồi huyền phù hạn chế dính tinh bột vào thành nồi để đề phòng khê cháy ta chọn cấu khuấy kiểu mỏ neo làm vật liệu inox 304, trục khuấy làm thép khơng gỉ 32 Hình 4.8 Mơ hình cánh khuấy (minh họa) Theo Bảng 6.2, trang 213, [11]: dk = 0,9Dt = 0,9 386 = 347,4 (mm) sk = 0,2 Ht = 0,2 x 580 = 116 (mm) hk = k = 347,4 (mm) Ta chọn số vòng quay cánh khuấy: n 0,5 (vòng/s) = 30 (vịng/phút) Ta chọn vận tốc vịng thích hợp đầu cánh khuấy là: (m/s) (Trang 43, [12]) 4.5.1 Tính cơng suất cánh khuấy Cơng suất khuấy trộn phải đảm bảo yêu cầu tạo hệ huyền phù đồng nhất, trình khuấy trộn phải đảm bảo trao đổi nhiệt vỏ nồi với tác nhân gia nhiệt tốt không xảy tượng nhiệt cục gây tượng khê cháy dịch malt vùng có nhiệt độ tăng lên cao Chuẩn số Reynolds hệ huyền phù (Trang 617, [6]): Re = = = 100612 Giá trị Re > 104 nên ta suy dòng chuyển động hệ huyền phù q trình khuấy trộn dịng chảy rối (chảy xốy) Trong đó: 33 + hp: Khối lượng riêng hệ huyền phù (kg/m3) + n: Vận tốc vòng cánh khuấy (vịng/s) + dk: Đường kính cánh khuấy (m) + hp: Độ nhớt huyền phù (N.s/m2) Công suất khuấy trộn (VI.4, Trang 616, [6]) N = A n3 = 6,3 0,53 0,34745 = 112,5 (W) = 0,1125 (kW) Trong : + A: Hệ số (tra bảng IV.1, trang 618, [6]) A = 6,3 + n: Số vòng quay (vịng/s) + dk: Đường kính cánh khuấy (m) + hp: Khối lượng riêng hệ huyền phù (kg/m3) 4.5.2 Động điện Động điện ngắn mạch không đồng dạng phổ biến động dẫn động công suất nhỏ trung bình, cấu trúc đơn giản, kết cấu rôtô bền vững, đồng thời giá thành thấp Nhược điểm dòng điện mở máy lớn gấp – lần dòng điện làm việc nối trực tiếp với lưới điện (Trang 55, [12]) Công suất động điện xác định sau: NĐC = (IV.15, trang 622, [6]) Trong đó: + NĐC: Cơng suất động điện (W) + N: Công suất khuấy trộn (W) + η: Hiệu suất (khả truyền lực từ động sang cánh khuấy) Chọn η = 0,6 Tra bảng P1.3, trang 238 [13] Chọn động có số hiệu 4A71B8Y3 Thông số động cơ: 34 - Công suất động cơ: 0,25 kW - Vận tốc quay: 680 vịng/phút - Hiệu suất động cơ: 56% 4.5.3 Tính trục khuấy Đường kính trục: (5-1, trang 132, [12]) dt(k) = Trong đó: + dt(k): đường kính trục (m) + cp: ứng suất cắt cho phép (N/m2) Với: cp = = 142 (N/mm2) = 142.106 (N/m2) (1-8, trang 15, [10]) + Mx: mômen xoắn (5-1a, trang 132, [12]) Mx = = = 89,52 Trong đó: + NĐC: Cơng suất động (W) + ω: Vận tốc góc trục (rad/s), ω = 0,5 vòng/s = rad/s + Cx: Hệ số dao động tải, chọn Cx = 1,5 Vậy đường kính trục: dt(k) = = = 0,023 (m) = 23 (mm) 4.6 Thiết kế chân đỡ thiết bị Chọn vật liệu chân đỡ thiết bị: Thép CT3 Chọn số chân đỡ 2, kiểu IV, trang 436, [7] Khối lượng chân đỡ cần chịu: m = mtb + mdd Tổng khối lượng thép làm thiết bị: mtb = mnắp + mthân + mvỏ áo + mcánh khuấy + mbảo ơn Trong đó: 35 + Khối lượng riêng thép không gỉ X18H10T ρ = 7900kg/m3 (bảng XII.7, trang 313,[7]) + m: Khối lượng chân đỡ cần chịu (kg) + mtb: Khối lượng thiết bị (kg) + mdd: Khối lượng dịch đường (kg) + mnước: Khối lượng nước vỏ áo (kg) + mcách nhiệt: Khối lượng lớp cách nhiệt (kg) Hình 4.9 Sơ đồ tính tốn khối lượng thiết bị Khối lượng lớp thép thân thiết bị Khối lượng thân trụ thân Thân hình trụ, làm thép khơng gỉ X18H10T: Đường kính thân: Dt = 386 (mm) Độ dày: St = (mm) Đường kính thân: Dn(t) = Dt + 2.St = 386 + 2.4 = 394 (mm) = 0,394 (m) Chiều cao thân Ht = 580 (mm) Thể tích thép làm thân thiết bị hình trụ: Vthép(t) =(=(0,3942 – 0,3862).0,58 = 2,843.10-3 (m3) Khối lượng thép làm thân trụ: mt =.=7900 2,843.10-3 = 22,46 (kg) Khối lượng đáy elip thân Đáy elip làm thép không gỉ X18H10T Đường kính đáy trong: Dd = Dt = 386 (mm) Bề dày đáy: Sd = (mm) Dn(d) = 386 + 4.2 = 394 (mm) 36 Chiều cao đáy: Hd = 100 (mm) Chiều cao gờ: hg = 25 (mm) Thể tích thép làm đáy thiết bị (có tính gờ): Vđ = - ) = 1,644.10-4 (m3) Khối lượng thép làm đáy elip: md = =1,644.10-4.7900 = 1,3 (kg) 4.6.1 Khối lượng lớp thép vỏ áo Khối lượng lớp thép thân trụ vỏ áo Lớp thép vỏ áo có: - Đường kính lớp vỏ áo: - Bề dày lớp vỏ thép: St’ = mm Dn(t’) = 514 + 2.5 = 524 (mm) - Chiều cao lớp vỏ áo thân trụ: Ht’ = 580 + 66 = 646 (mm) Thể tích lớp thép vỏ áo thân: Vthép(t’) =(=(0,5242 – 0,5142).0,646 = 4.10-3 (m3) Khối lượng lớp thép vỏ áo thân: mt’ = ρ1.Vthép(t’) = 7900.4.10-3 = 31,6 (kg) Khối lượng lớp thép đáy elip vỏ áo Đáy elip làm thép không gỉ X18H10T - Lớp thép vỏ áo đáy có bề dày: - Đường kính vỏ thép đáy: - Đường kính ngồi vỏ thép đáy: - Chiều cao lớp vỏ đáy trong: 37 Thể tích lớp vỏ đáy hình elip: Vthép(d’) = - ) = 5,26.10-4 (m3) Khối lượng lớp thép vỏ áo dạng elip: 4.6.2 Khối lượng nắp thiết bị Nắp nón thiết bị làm thép khơng gỉ X18H10T có kích thước với đáy elip thân thiết bị Đường kính đáy trong: Dn = Dd = 386 (mm) Bề dày nắp: Sn = Sd = (mm) Dn(n) = Dn(d) = 394 (mm) Chiều cao đáy: Hn = Hd = 100 (mm) Chiều cao gờ: hg = 25 (mm) Thể tích thép làm nắp thiết bị (có tính gờ): Vthép(n) = - ) = 1,644.10-4 (m3) Khối lượng thép làm nắp elip: mn = = 7900.1,644.10-4 = 1,3 (kg) 4.6.3 Khối lượng cánh khuấy - Trục khuấy thiết bị làm thép không gỉ X18H10T - Cánh khuấy thiết bị làm inox 304 có - Chiều cao trục cánh khuấy: Hk = Hn + Ht + Hd – sk = 100 + 580 + 100 – 116 38 = 664 (mm) - Đường kính trục cánh khuấy: Dk(t) = 23 mm - Khối cánh khuấy: mk = ( [2.[0,0232.0,3474 - (0,023 – 0,005.2)2.(0,3474 – 0,005.2)] + (0,3474 – 0,023.2).(0,023 – 0,005.2)2].7930 = 3,5 (kg) 4.6.4 Khối lượng lớp cách nhiệt Khối lượng riêng lớp cách nhiệt thủy tinh: ρc = 200 kg/m3 (Tra bảng I.1, trang 8, [6]) Khối lượng thân trụ lớp cách nhiệt Lớp cách nhiệt gồm có: - Đường kính trong: Dc = Dt’ + 2.St’ = 514 + 2.5 = 524 (mm) - Đường kính ngồi: Dc(n) = Dc + 2.Sc = 524 + 2.28 = 580 (mm) - Chiều cao lớp cách nhiệt thân trụ: Hc = 580 + 66 = 646 (mm) Thể tích lớp thép vỏ áo thân: Vc(t) =(=(0,5802 – 0,5242).0,688 = 33.10-3 (m3) Khối lượng lớp trụ cách nhiệt: mc(t) = ρc.Vc(t) = 200.33.10-3 = 6,6 (kg) Khối lượng đáy cách nhiệt - Lớp thủy tinh cách nhiệt đáy có bề dày: - Đường kính trong: Dc(d) = Dt’ + 2.St’ = 514 + 2.5 = 524 (mm) - Đường kính ngồi: Dc(d,n) = Dc + 2.Sc = 524 + 2.28 = 580 (mm) Chiều cao lớp vỏ đáy trong: Thể tích lớp vỏ đáy hình elip: Vc(d) = 4,97.10-3 (m3) Khối lượng lớp đáy cách nhiệt: 39 4.6.5 Khối lượng thép thiết bị Khối lượng thân trụ thiết bị Thân hình trụ, làm thép khơng gỉ X18H10T: Đường kính thân: Dt(l) = Dc(n) = 580 (mm) Độ dày: St(l) = (mm) Đường kính ngồi thân: Dt(l) = Dc(n) + 2.St(l) = 580 + 2.5 = 590 (mm) Chiều cao thân Ht(l) = 580 + 66 = 646 (mm) Thể tích thép làm thân thiết bị hình trụ: Vt(l) =(=(0,5902 – 0,5802).0,646 = 6,32.10-3 (m3) Khối lượng thép làm thân trụ: mt(l) =.=7900 6,32.10-3 = 50 (kg) Khối lượng đáy elip thân Đáy elip làm thép khơng gỉ X18H10T Đường kính đáy trong: Dd(l) = Dc(d,n) = 576 (mm) Bề dày đáy: Sd(l) = (mm) Dd(n,l) = 576 + 5.2 = 586 (mm) Chiều cao đáy: Hd = 128,5 (mm) Chiều cao gờ: hg = 25 (mm) Thể tích thép làm đáy thiết bị (có tính gờ): Vđ = - ) = 3,15.10-4 (m3) Khối lượng thép làm đáy elip: md(l) = =3,15.10-4.7900 = 2,5 (kg) 40 4.6.6 Kích thước bu lơng Cơng thức tính đường kính bulơng: (Trang 361, [14]) Trong đó: - d0: Đường kính ren bulơng (cm) - P’: Lực tác động lên bulơng (kg) Với - Dn: Đường kính thân thiết bị, Dn = 386 + 4.2 = 394 mm = 39,4 cm - n: Số chốt vặn bulông, n = - P: Áp suất làm việc, P = 1at = 1,064 kg/cm2 P' 216,208 kg ) = 13 (mm) Chọn đường kính bulơng theo tiêu chuẩn 16 mm (Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1916:1995 Bulơng, vít, vít cấy đai ốc) 4.6.7 Chọn ống dẫn - Ống nhập liệu: Đường kính 40 mm, bề dày 2,5 mm Ống tháo sản phẩm: Đường kính 20 mm, bề dày 3,35 mm Ống dẫn nước vào: Đường kính 40 mm, bề dày 3,35 mm Ống xả nước: Đường kính 32 mm, bề dày 2,3 mm 4.6.8 Khối lượng chân đỡ cần chịu - Khối lượng thiết bị là: mtb = mnắp + mthân + mvỏ áo + mcánh khuấy + mcách nhiệt + mngoài = mnắp + mt + md + mt’ + md’ + mk + mcách nhiệt + mt(l) + md(l) = 1,3 + 22,46 + 1,3 + 31,46 + 4,16 + 3,5 + 6,1 + + 50 + 2,5 = 123,78 (kg) - Khối lượng dịch đường: mdd = 54,67 (kg) - Khối lượng nước vỏ áo: mnước = 40 (kg) - Khối lượng chân đỡ cần chịu: m = mtb + mdd + mnước = 123,78 + 54,67 + 40 = 218,45 (kg) - Chọn khối lượng chân đỡ cần chịu: 250 kg - Tải trọng cho chân đỡ: 41 - Tra bảng trang 437, [7], ta chọn chân đỡ có kích thước: Hình 4.10 Hình ảnh minh họa chân đỡ thiết bị Tải trọng cho Bề mặt đỡ Tải trọng cho phép (F.104 m2) chân phép bề (G.10-4 N) (q.10-6 N/m2) 0,1 L B B1 B2 mặt đỡ 40,5 0,25 H h s l d 30 14 mm 70 60 60 90 15 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Hồng Đình Hịa, Cơng nghệ sản xuất Malt & Bia (2002), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Lê Thị Hồng Ánh (chủ biên), Giáo trình Hóa sinh học thực phẩm (2019), NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [3] Đàm Sao Mai (chủ biên), Hóa sinh thực phẩm (2009), NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh [4] GS TS Nguyễn Thị Hiền (chủ biên), Khoa học – Công nghệ Malt Bia (2007), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [5] Nguyễn Hữu Quyền, Bài giảng Thiết kế công nghệ nhà máy thực phẩm (2015), Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP Hồ Chí Minh 42 [6] Tập thể tác giả: Bộ mơn Q trình – thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm, Sổ tay trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập (1992), NXB Khoa học Kỹ thuật [7] Tập thể tác giả: Bộ môn Q trình – thiết bị cơng nghệ hố chất thực phẩm, Sổ tay q trình thiết bị cơng nghệ hóa chất, Tập (2006), NXB Khoa học Kỹ thuật [8] Giáo trình Kỹ thuật thực phẩm (2018), Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP Hồ Chí Minh [9] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt chuyển khối (2006), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [10] Hồ Lê Viên, Tính tốn, thiết kế chi tiết thiết bị hóa chất dầu khí (2006), NXB Khoa học Kỹ thuật [11] GS TSKH Nguyễn Bin, Các trình, thiết bị cơng nghệ hóa chất thực phẩm, Tập (2007), NXB Khoa học Kỹ thuật [12] GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển, Quá trình thiết bị khuấy trộn công nghệ (2006), NXB Xây dựng [13] PGS TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển, Tính tốn thiết kế Hệ dẫn động khí (Tập 1) (2006), NXB Giáo dục [14] Tôn Thất Minh (chủ biên), Giáo trình Các q trình thiết bị Cơng nghệ thực phẩm – Công nghệ sinh học (Tập 2) (2017), NXB Bách Khoa Hà Nội 43 44 ... – amylase lên tinh bột β – amylase Tinh bột Maltose (54 – 58%) + β – dextrin (42 – 46%) (Glucogen) - Tinh bột bị thủy phân đồng thời α – amylase β – amylase lượng tinh bột thủy phân tới 95% ... phân phân tử tinh bột dịch thủy phân không làm màu Iot gọi thời gian đường hóa Hình 1.2 Quá trình phân giải tinh bột enzyme β – amylase sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành1 Các sản phẩm thủy phân. .. được) Tinh bột thủy phân thành đường dextrin, hỗn hợp không làm màu iot Xét mặt kinh tế, thủy phân hết tinh bột tốt, phần tinh bột cịn sót lại gây đục bia thành phẩm Quá trình thủy phân tinh bột