Chọn lịch làm việc của các quá trình sản xuất tương ứng với các máy mĩc thiết bị sử dụng như sau:
Bảng 4.5. Lịch làm việc của thiết bị
Lịch làm việc Tổng thời gian (h) Giờ làm việc Mẻ 1 Mẻ 2 Mẻ 3 Sàng, sấy, táchvỏ, chần, nghiền, lọc 1,5 8.00-9.30 9.30-11.00 11.00- 12.30 Nấu, phối trộn 0,5 9.30-10.00 11.00- 11.30 12.30- 13.00 Đồng hĩa, tiệt trùng 1,5 10.00-11.30 11.30- 13.00 13.00- 14.30 Rĩt hộp 1,5 11.30-13.00 13.00- 14.30 14.30- 16.00 Tổng 5 4.2.1. Tính và chọn thiết bị chính 4.2.1.1. Chọn thiết bị sàng
- Lượng đậu dùng trong một mẻ là 481,28 (kg)
- Máy làm việc 1,5 giờ/mẻ năng suất yêu cầu của máy là : /1,5 =320,85 (kg/h) - Hiệu suất của máy là η = 80%
Chọn máy cĩ năng suất 500(kg/h) Số lượng: 01
Chọn thiết bị sàng cĩ thể kết hợp làm sạch đậu như sau: • Cấu tạo:
- 1: Cơ cấu nạp liệu
- 2: Quạt hút: hút tạp chất nhẹ như rác, bụi bẩn…
- 3: Sàng ( 3 sàng) loại bỏ những tạp chất nặng như đất đá… Đậu nằm ở sàng thứ ba
• Nguyên lý hoạt động
- Đậu nành hạt được đưa vào thiết bị sàng qua phễu cấp liệu. Bụi sẽ được hút thơng qua quạt hút giĩ ra ngồi, cịn các tạp chất nhẹ sẽ thốt ra ngồi cửa thải tạp chất.
- Cịn đậu nành hạt và các tạp chất lớn tiếp tục chuyển động trên sàng thứ nhất và thứ hai. Tại đây các tập chất lớn sẽ bị loại bỏ chỉ cịn lại đậu nành hạt trên sàng thứ ba để loại bỏ nốt các tạp chất bé cịn lại và chảy ra ngồi.
Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị sàng CẤP LIỆU BỤI Tạp chất nhẹ Tạp chất lớn I II Tạp chất lớn Tạp chất bé Hạt chính 1 2 3
4.2.1.2. Chọn thiết bị gia nhiệt (sấy nhẹ)
- Lượng đậu sấy một mẻ lớn nhất là: 475,04 (kg/mẻ) - Số lượng: 01
Cĩ thể chọn kiểu máy gia nhiệt như sau: • Thơng số kỹ thuật:
- Nhiệt độ khơng khí: 95o C - Thời gian gia nhiệt:15 phút - Vận tốc dịng khí: 0,5 -1,5 m/s - Vận tốc băng tải: 4- 6m/s • Cấu tạo:
- 1: Hệ thống 3 băng tải vận chuyển nguyên liệu chuyển động ngược chiều nhau, dài 20-30 m/ băng tải, rộng 1-3m/băng
- 2: Buồng gia nhiệt
- 3: Quạt vận chuyển khơng khí nĩng vào thiết bị - 4: Bộ phận lọc khơng khí
- 5: Bộ phận gia nhiệt khơng khí • Nguyên tắc hoạt động
− Đậu nành sau khi làm sạch được vận chuyển theo hệ thống gầu tải vào cửa nhập liệu của thiết bị gia nhiệt.
− Trong thiết bị gia nhiệt, đậu nành được vận chuyển bằng hệ thống 3 băng tải chuyển động ngược chiều nhau, khi đi hết băng tải này nguyên liệu rơi xuống băng tải khác đến khi ra khỏi thiết bị.
− Khơng khí qua bộ phận lọc được gia nhiệt (950C) trước khi vào thiết bị. Dịng khơng khí được phân phối đều nhờ hệ thống phân phối đảm bảo cho quá trình gia nhiệt diễn ra đồng đều.
− Khơng khí sau khi trao đổi nhiệt với nguyên liệu sẽ thốt ra ngồi theo ống dẫn khí.
− Vận tốc băng tải được điều chỉnh phù hợp đảm bảo nguyên liệu được gia nhiệt đủ thời gian trước khi ra khỏi thiết bị.
Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của thiết bị gia nhiệt Đậu nành hạt Khơng khí Đậu nành hạt sau gia nhiệt 1 2 3 4 5
4.2.1.3. Chọn thiết bị tách vỏ
- Lượng đậu tách vỏ lớn nhất 1 mẻ là: 463,76 (kg)
- Máy làm việc 1,5 h/mẻ nên năng suất của máy là: 463,76 /1,5 =309,17 (kg/h)
- Hiệu suất làm việc của máy η = 80%
- Năng suất thực tế của máy là: 309,17/0,8 = 386,47 (kg/h) - Chọn máy tách vỏ cĩ năng suất: 500kg/h
- Số lượng: 01
Chọn máy tách vỏ như sau: • Cấu tạo:
- 1: Phễu nhập liệu - 2: Bộ phận phân phối - 3: Hai trục cán cao su
- 4: Quạt để hút vỏ ra khỏi buồng tách vỏ • Nguyên tắc hoạt động
− Hạt đậu nành sau khi được gia nhiệt làm nứt vỏ được chuyển vào thiết bị tách vỏ đơi trục cao su. Hạt đậu nhập liệu qua phễu rồi qua bộ phận phân phối đi vào khe hẹp giữa hai trục.
− Dưới tác dụng của dịng khơng khí, vỏ được quạt hút ra ngồi, nhân khơng bị hút rơi xuống và được thu hồi.
Hình 4.3. Thiết bị tách vỏ hạt đậu nành Hình 4.4. Thiết bị tách vỏ hạt đậu nành Không khí vỏ Đậu nành hạt 1 2 3 4
4.2.1.4. Chọn thiết bị chần
Lượng đậu lớn nhất một mẻ là 425,68 kg
Thiết bị làm việc một mẻ 1,5h nên năng suất của thiết bị chần đậu là : 425,68/1,5 =283,79 (kg/h)
Chọn thiết bị làm việc cĩ năng suất 500kg/h • Cấu tạo:
- 1: Băng tải vận chuyển nguyên liệu
- 2: Hệ thống vịi phun để phân phối nước trong 3 giai đoạn xử lý nhiệt - 3: Thiết bị gia nhiệt cho nước chần
- 4: Bộ phận trao đổi nhiệt : gia nhiệt cho nước trong giai đoạn gia nhiệt sơ bộ
• Nguyên tắc hoạt động
- Sau khi vào cửa nhập liệu, hạt đậu nành được gia nhiệt sơ bộ bằng nước nĩng (700C) phun qua vịi từ trên xuống. Sau đĩ, đậu nành được chần bằng nước nĩng 950C từ trên xuống.
- Nước chần được gia nhiệt bằng hơi. Để tiết kiệm năng lượng, nước sau khi chần sẽ thu hồi và tiếp tục được gia nhiệt, bơm tuần hồn trở lại thiết bị chần.
- Sau khi chần, đậu nành qua giai đoạn làm nguội. Do nước thu được trong quá trình làm nguội cĩ nhiệt độ cao nên được tái sử dụng cho giai đoạn gia nhiệt sơ bộ ban đầu.
.
Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động thiết bị chần
Hạt đậu nành đã tách vỏ
Gia nhiệt Chần Làm nguội
1
2
3
4.2.1.5. Chọn thiết bị nghiền ướt
- Lượng đậu nghiền lớn nhất là : 1630,4 (kg)
- Máy nghiền ướt làm việc 1,5 h nên năng suất của máy là : 1630,4/1,5 =1086,93 (kg/h)
Chọn máy nghiền cĩ năng suất 1500 (kg/h) Số lượng : 01
Chọn thiết bị nghiền ướt: • Cấu tạo:
- 1: Bộ phận nhập liệu
- 2: Vít xoắn: đẩy nguyên liệu vào đĩa nghiền
- 3: Đĩa nghiền nguyên liệu ( 2 đĩa đứng, 2 đĩa quay) - 4: Puli dẫn động và đai truyền động
- 5: Cơ cấu tháo sản phẩm • Nguyên tắc hoạt động
- Nguyên liệu từ bộ phận nhập liệu rơi xuống vít xoắn. Vít xoắn cĩ nhiệm vụ đẩy hạt vào khoang nghiền.
- Hai đĩa nghiền cố định, hai đĩa khác được puli dẫn động, nhờ vậy nguyên liệu được đĩa nghiền thành bột theo yêu cầu.
- Sản phẩm sau khi ra khỏi đĩa nghiền được đẩy vào cửa tháo liệu. Khe nghiền cĩ thể điều chỉnh nhờ cần gạt để đạt kích thước hạt theo yêu cầu. - Trong quá trình nghiền, nước nĩng được bổ sung vào cũng với nguyên
Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý làm việc thiết bị nghiền 1 2 3 5 4 Đậu nành hạt Nước
4.2.1.6. Thiết bị lọc
- Lượng dịch lọc một mẻ lớn nhất là: 8076,16 (kg)
Thiết bị lọc làm viêc 1,5 h/mẻ nên năng suất của thiết bị lọc: 8076,16/1,5=5384,11 (kg/h)
Chọn thiết bị lọc cĩ năng suất 5500 kg/h Số lượng : 01
Chọn thiết bị lọc: • Cấu tạo: - Buồng lọc
- Ống cấp dịch để cung cấp dịch cần lọc vào thiết bị
- Ống tháo dịch và màng lọc để tháo sản phẩm của quá trình lọc - Ống tháo bã để tháo bã ra khỏi thiết bị
- Trục vít xoắn để tách bã ra khỏi dịch cần lọc - Động cơ để quay trục vít
• Nguyên tắc hoạt động
-Dịch lọc qua bộ phận cấp dịch vào buồng lọc. Trục vít xoắn quay tạo ra lực ly tâm làm cho các hạt rắn chuyển động ra khỏi tâm buồng lọc và va vào thành thiết bị. Những hạt rắn này sẽ được vít đẩy về ống tháo bã. Phần lỏng cịn lại tiếp tục qua màng lọc theo ống tháo sản phẩm ra ngồi.
Hình 4.7. Thiết bị lọc Chú thích: Ống cấp dịch Ống tháo dịch Ống tháo bã Màng lọc Bã Trục vít xoắn
4.2.1.7. Thiết bị nấu
Khối lượng dịch sữa đâụ sau khi phối trộn : 8210,8 kg hay 8129,51 lit=8,13 m3
Thể tích sử dụng của nồi là 75% Vậy thể tích thực của nồi nấu là: 8,13/0,75=10,84 m3
Dựa vào thể tích thực của nồi ta họn nồi nấu là thiết bị hai vỏ, thân hình trụ, đường kính D, chiều cao H, đáy và nắp hình chỏm cầu cĩ chiều cao h1,h2. Thùng chế tạo bằng thép khơng gỉ, cĩ bố trí cánh khuấy.
H=2D, h1=0,2 D, h2=0,2 D
Thể tích nồi được tính theo cơng thức:
Vt =Vtrụ +Vđáy= ) 6 8 ( 4 3 1 1 2 2 h h D H D π π π + + = 2 2 (0,2 )3 6 2 , 0 8 6 , 0 4 D D D D D π π π + + =0,554D3 Ta cĩ: 0,554D3=10,84 Suy ra: D= 2,69 m
Vỏ áo hơi và bảo ơn dày 100mm, đường kính ngồi của nồi nấu là: Dngồi = D+ 2 x 0,1=2,89 m
Chiều cao phần trụ: H= 2x2,69=5,38 m h1= 0,2D = 0,2x2,69 =0,538 m
h2 = 0,2D = 0,2 x2,69=0,538m
Chiều cao phần hai vỏ: 2,2xD=2,2x2,69=5,92m
Diện tích trao đổi nhiệt 0,5m2/m3 dịch, thể tích dịch trong nồi nấu là 8,13 m3 Tổng diện tích bề mặt trao đổi nhiệt F: 0,5 x 8,13=4,07 m2
4.2.1.8. Thiết bị đồng hĩa
- Khối lượng sữa mỗi mẻ : 8210,8 kg/mẻ
- Mỗi mẻ được đồng hĩa- tiệt trùng UHT trong 1,5 h
Năng suất thiết bị đồng hĩa là 8210,8/1,5 = 5743,87 (kg/h) hay 5687 (l) Chọn thiết bị đồng hĩa cĩ năng suất 6000 lit/h
- Số lượng:01 • Cấu tạo
Thiết bị đồng hĩa hai cấp bao gồm một bơm piston để đưa nguyên liệu vào máy, hai khe hẹp và hai hệ thống thủy lực tạo đối áp. Người ta thường sử dụng chung một bể dầu cho hai hệ thống thủy lực.
• Nguyên tắc hoạt động
- Sữa sẽ được đưa vào thiết bị đồng hĩa bởi một bơm piston. Bơm sẽ tăng áp lực cho sữa lên 3500 psi tại đầu vào của khe hẹp thứ nhất. Người ta sẽ tạo một đối áp lên sữa bằng cách hiệu chỉnh khoảng cách khe hẹp trong thiết bị.
- Sau khi qua khe hẹp thứ nhất các hạt pha phân tán bị phá vỡ và giảm kích thước. Tuy nhiên chúng cĩ thể bị kết dính với nhau và tạo thành chùm hạt. Sau đĩ, sữa được tạo đối áp để tăng áp lực lên 500 psi tại đầu vào của khe hẹp thứ hai.
- Việc thực hiện gia đoạn đồng hĩa cấp một, đồng thời tạo điều kiện cho các chùm hạt của pha phân tán tách ra thành từng hạt phân tán riêng lẻ, chống lại hiện tượng tách pha trong quá trình bảo quản sữa đậu nành sau này.
- Khi ra khỏi thiết bị, các hạt cĩ kích thước nhỏ hơn, phân bố đều trong pha liên tục.
Hình 4.8. Thiết bị đồng hĩa Chú thích:
1. Đồng hĩa giai đoạn 1 2. Đồng hĩa giai đoạn 2
4.2.1.9. Hệ thống tiệt trùng UHT
- Lượng sữa cần tiệt trùng trong một mẻ 8194,4 kg/mẻ - Thời gian tiệt trùng 1 mẻ là 1,5 h
Năng suất thiết bị tiệt trùng 1 mẻ là : 8194,4/1,5 =5462,93 (kg/h) hay 5408,84 lit/h
- Chọn thiết bị tiệt trùng UHT cĩ năng suất 8000 lit/h
4.2.1.10. Thiết bị rĩt sữa UHT
- Chọn dạng bao bì đĩng gĩi là bao giấy 7 lớp của TetraPak, thể tích 200 ml - Thể tích sữa cần rĩt trong một mẻ là 8000 lit
Thời gian rĩt là 1,5 h nên năng suất thiết bị rĩt là : 8000/1,5 =5333,33 lit/h
- Sữa đĩng bịch 200 ml/hộp, năng suất thiết bị rĩt theo hộp là: 5333,33 x1000/200 ≈ 26666,67 (hộp/h)
- Chọn hai máy rĩt, năng suất 1 máy là 14000 hộp/h
4.2.1.11. Hệ thống CIP
Hệ thống CIP gồm: 1 thùng NaOH 1%, 1 thùng HNO3, 1 thùng nước nĩng, 1 thùng nước lạnh
Chọn thùng CIP làm bằng thép khơng gỉ, thân trụ H = 1,5D, đáy cầu: h1 = 0,1D, nắp cầu h2 = 0,1D. Thể tích mỗi thùng: V = ) 6 8 ( 4 3 1 1 2 2 D h h H D π π π + + = 6 ) 1 , 0 ( 8 1 , 0 5 , 1 4 3 2 2 D D D D D π π π + + = 1,218D3
Lượng CIP rửa thường bằng 5 – 8% thể tích thùng.Ta tính cho nồi nấu là thiết bị cĩ thể tích lớn nhất 10,84 m3, thể tích sử dụng của thùng là 80% thì thể tích của thùng CIP cần đạt: 0,08 x 100,,848 = 1,084 (m3) Ta cĩ : 1,218D3 = 1,084 (m3) => D = 0,96 (m) Quy chuẩn: D = 1m , H = 1,5D =1,5 m h1 = h2 = 0,1D = 0,1 m
Thể tích thực của mỗi thùng: V = 1,218D3 = 1,218 x13 = 1,218 (m3) Các thùng cĩ thành dày 5mm, đường kính ngồi của thùng:
Dng = D + 2 x 0,005 = 1,01 (m)
• Chế độ làm việc của hệ thống CIP: Chế độ làm việc của hệ thống CIP:
Các thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hơn hợp nguyên liệu cĩ xử lý nhiệt: thiết bị nấu, phối trộn,… cĩ các giai đoạn CIP sau:
- Tráng rửa nước ấm trong khoảng 10 phút
- Bơm tuần hồn dung dịch kiềm ( NaOH) 0,5- 1,5% trong khoảng 30 phút ở nhiệt độ 75oC
- Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 5 phút
- Bơm tuần hồn dung dịch acid (HNO3) 0,5 – 1% trong khoảng 20 phút ở nhiệt độ 70oC
- Tráng rửa dung dịch acid bằng nước lạnh trong 5 phút - Làm lạnh từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 8 phút
Các thiết bị khác tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu khơng cĩ xử nhiệt: đường ống, thùng chứa, thiết bị phối trộn... cĩ các giai đoạn CIP sau:
- Tráng rửa nước ấm trong khoảng 3 phút
- Bơm tuần hồn dung dịch kiềm ( NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 10 phút ở nhiệt độ 75oC
- Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 3 phút - Tiệt trùng thiết bị bằng nước nĩng 85oC trong 5 phút
- Làm nguội từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 10 phút
Các thiết bị sau khi CIP nếu khơng sử dụng ngay, sau một thời gian muốn sử dụng lại phải chạy nước nĩng trước khoảng 10 – 30 phút.
4.2.1.12. Nồi đun nước nĩng
Chọn nồi đun nước nĩng, thùng thân trụ H = 1,5D, đáy bằng, nắp chỏm cầu nhơ lên: h2 = 0,1D
Thể tích nồi là: V = D H 4 2 π = D D 5 , 1 4 2 π = 1,178D3 Một mẻ nghiền đậu lượng nước sử dụng là:
Nước rửa bã: 1,015 (m3)
Nước vệ sinh thiết bị khoảng 2% thể tích thiết bị, ta chọn tổng nước vệ sinh 14% thể tích thiết bị lớn nhất là nồi nấu, phối trộn:
0,14 x 10,84 = 1,52 (m3)
Tổng cộng nước cần cho một mẻ là: 1,01 + 1,52 = 2,53 (m3)
Ta tính nồi chứa nước đủ cho 3 mẻ nấu.Thể tích chứa của nồi 85%, thể tích cần đạt: 2,053,85×3= 8,93 ( m3)
Ta cĩ: 1,178D3 = 8,93 (m3) => D = 1,96
Quy chuẩn: D =2 m. H =1,5D = 3 m ; h2 = 0,1D =0,2 m Thể tích thực của nồi: V = 1,178D3 = 1,178 x 23 =9,42 (m3)
Ở nồi nước nĩng , nước được đun nĩng tới nhiệt độ 85oC bằng hơi bão hịa cấp qua đường ống xoắn ruột gà lớp bảo ơn dày 100 mm.Đường kính ngồi của nồi: Dng = D + 2 x 0,1 = 2,2 (m)
4.2.2. Chọn thiết bị phụ
4.2.2.1. Chọn silo
Dùng để chứa đậu nành trong nửa tháng Lượng đậu nành dùng trong 1 ngày1443,84 kg
Lượng đậu dùng trong nửa tháng 1443,84x10 =14438,4 kg Khối lượng riêng của hạt đậu nành khơ 700kg/m3
Thể tích khối đậu nành : 20,63 3 700 4 , 14438 m =
Chọn silo bê tơng cĩ tiết diện hình chữ nhật 2,5x2 m cao5 m Thể tích silo: Vsilo = 2,5x2x5=25m3
Chọn hệ số điền đầy là 0,85
Số lượng silo sử dụng chứa đậu nành là: 20,63/21.25 =0,98 chiếc Vậy số lượng silo cần là: 1 chiếc
4.2.2.2. Chọn gầu tải, vít tải
Số gầu tải chọn là 2, trong đĩ 1 gàu tải làm nhiệm vụ nhập nguyên liệu vào si