Bảng 4.2 Sơ đồ thu nhập nguyên liệu
Tháng Nguyên liệu Cà chua Cà rốt Chú thích: 4.3 Kế hoạch sản xuất
- Tháng không có nguyên liệu
- Trong năm nghỉ một tháng để sửa chữa thiết bị, đại tu phân xƣởng. Nhà máy nghỉ tháng 1 vì nguyên liệu ít, đồng thời để tu sửa máy móc thiết bị.
- Ngày sản xuất ba ca, mỗi ca làm việc 8 h. Chủ nhật và các ngày lễ lớn trong năm đƣợc nghỉ. Vậy một năm có 285 ngày làm việc.
Bảng 4. 3 Số ngày làm việc/ số ca trong tháng Tháng
chua ép Mứt cà
rốt
4.4 Chọn năng suất cho từng dây chuyền
- Năng suất của đồ hộp nƣớc cà chua: 1,2 tấn sản phẩm/giờ.
- Năng suất của mứt cà rốt: 12 tấn nguyên liệu/ca.
4.5 Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất nƣớc cà chua ép
Bảng 4.4 Bảng tiêu hao nguyên liệu qua từng công đoạn
STT 1 2 3 4 5 6 7
Gọi M là lƣợng nguyên liệu ban đầu (kg/h)
4.5.1 Công đoạn bảo quản, dấm chín
Lƣợng nguyên liệu thu đƣợc sau khi bảo quản, dấm chín:
M1 = (kg/h)
4.5.2 Công đoạn lựa chọn, phân loại
M2 = (kg/h)
4.5.3 Công đoạn rửa
Lƣợng nguyên liệu thu đƣợc sau khi rửa:
M3 = (kg/h)
4.5.4 Công đoạn nghiền, xé
Lƣợng nguyên liệu thu đƣợc sau khi nghiền, xé:
M4 = (kg/h)
4.5.5 Công đoạn đun nóng
Lƣợng nguyên liệu thu đƣợc sau khi đun nóng:
M5 = (kg/h)
4.5.6 Công đoạn ép
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi ép:
M6 = (kg/h)
4.5.7 Công đoạn lọc
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi lọc:
M7 = (kg/h)
4.5.8 Công đoạn phối chế
4.5.8.1 Chi phí nguyên liệu cà chua và xirô dùng trong phối chế
Hàm lƣợng chất khô trong sản phẩm cuối cùng theo yêu cầu 10 % [50], trong khi đó hàm lƣợng chất khô trung bình trong nguyên liệu cà chua là 5,5 % [2; tr6]. Đƣờng bổ sung dƣới dạng xirô nồng độ 30%.
Ta có:
30 × Mxr + 5,5 × Mc = Mt × 10 (1) Mxr + Mc + 0,005 × Mc = Mt (2) Trong đó:
- Mc: khối lƣợng nƣớc cà chua đem đi phối trộn. Mc = M7 = 0,626 (kg/h)
- Mt: khối lƣợng tổng.
Từ (1) và (2) => 30 Mxr + 5,5
=> Mxr = 0,14
4.5.8.2 Chi phí axit citric
Cà chua có độ acid 0,3% [42]. Sản phẩm đƣợc
phối chế để có hàm lƣợng axit là 0,6%. Mxr, y% Mc, 0,3%
Ta có: 0,3 × Mc + y × Mxr = 0,6 × Mt (3) Với:
- Mc là khối lƣợng nƣớc cà chua sau lọc. Mc = 0,626
- Mxr là khối lƣợng xirô dùng để phối trộn. Mxr = 0,14
- Khối lƣợng tổng: Mt = Mxr + Mc = 0,767 (kg/h)
Mt, 0,6% (kg/h)
(kg/h)
Từ (3) và (4) ta có: y =
Vậy hàm lƣợng acid citric trong xirô là: 1,93 %. Khối lƣợng acid cần sử dụng: Max =
4.5.8.3 Chi phí đường, nước
Lƣợng xirô sử dụng để phối chế Mxr = 0,14 Ta có: Mxr = Mđ + Max + Mn => Mđ + Mn = 0,14
Xirô có nồng độ đƣờng là 30%.
Lƣợng đƣờng sử dụng: Mđ =
Lƣợng nƣớc sử dụng: Mn = 0,138
Lƣợng nƣớc thực tế cần để nấu xirô: Mntt = Mn + 5% Mntt, ( nƣớc hao hụt 5 %) Mntt =
Lƣợng muối sử dụng 0,5% lƣợng nƣớc cà chua sau khi lọc.
Vậy lƣợng muối dùng: Mm =
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau công đoạn phối trộn với hao hụt 0,5% M8 =
4.5.9 Công đoạn đồng hóa
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi đồng hóa: M9 =
4.5.10 Công đoạn bài khí
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi bài khí: M10 =
4.5.11 Công đoạn rót hộp
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi rót hộp: M11 =
4.5.12 Công đoạn thanh trùng
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi thanh trùng: M12 =
4.5.13 Công đoạn bảo ôn
Lƣợng nƣớc cà chua thu đƣợc sau khi bảo ôn: M13 =
Ta có M13 = 1,2 (tấn sản phẩm/h) = 1200 (kg/h) Vậy khối lƣợng nguyên liệu đầu vào:
M =
Đối với sản phẩm đồ hộp nƣớc cà chua đƣợc đóng hộp số 8 có thể tích sản phẩm
330ml thì số hộp cần cho 1h sản xuất là :H = = 3766,79 (hộp/h). Ta làm tròn
thành 3767 hộp/h.
(Với: 980 kg/m3 là khối lƣợng riêng của sản phẩm [36]). Giả sử hao hụt do hƣ hỏng là: 4 %.
Lƣợng hộp thực tế là: HTT = 3767 × = 3616,12 (hộp/h), làm tròn thành 3616 (hộp/ h).
Tổng kết:
- Lƣợng nguyên liệu ban đầu: M = 1614,03 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi bảo quản, dấm chín: M1 = 0,900 × M = 0,900 × 1614,03 = 1452,63 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi lựa chọn, phân loại: M2 = 0,886 × M = 0,886 × 1614,03 = 1430,84 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi rửa:
M3 = 0,878 × M = 0,878 × 1614,03 = 1416,53 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi nghiền, xé:
M4 = 0,869 × M = 0,869 × 1614,03 = 1402,37 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi đun nóng:
M5 = 0,860 × M = 0,860 × 1614,03 = 1388,34 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi ép:
M6 = 0,645 × M = 0,645 × 1614,03 = 1041,26 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi lọc:
M7 = 0,626 × M = 0,626 × 1614,03 = 1010,02 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi phối chế:
M8 = 0,766 × M = 0,767 × 1614,03 = 1236,67 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi đồng hóa:
M9 = 0,762 × M = 0,762 × 1614,03 = 1230,49 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi bài khí:
M10 = 0,755 × M = 0,755 × 1614,03 = 1218,18 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi rót hộp:
M11 = 0,751 × M = 0,751 × 1614,03 = 1212,09 (kg/h)
- Lƣợng nguyên liệu sau khi thanh trùng:
- Lƣợng nguyên liệu sau khi bảo ôn: M13 = 0,743 × M = 0,743 × 1614,03 = 1200 (kg/h) - Lƣợng thành phẩm là 1200 (kg/h) - Lƣợng muối: Mm = 0,0031 × M = 0,0031 × 1614,03 = 5,05 (kg/h) - Lƣợng đƣờng: Mđ = 0,04 × M = 0,04 × 1614,03 = 67,02 (kg/h) - Lƣợng acid citric: Max = 0,0027 × M = 0,0027 × 1614,03 = 4,39 (kg/h)
- Khối lƣợng xirô đem đi phối trộn:
Mxr = 0,141 × M = 0,141 × 1614,03 = 227,81 (kg/h)
4.6 Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất mứt cà rốt
Bảng 4.5 Tiêu hao nguyên liệu qua các công đoạn
STT 1 2 3 4 5
Lƣợng nguyên liệu cà rốt ban đầu
G = 12 (tấn nguyên liệu/ca) = 1500 (kg/h)
4.6.1 Công đoạn lựa chọn, phân loại
Lƣợng cà rốt thu đƣợc sau khi lựa chọn, phân loại:
G1 = (kg/h)
4.6.2 Công đoạn rửa
G2 = (kg/h)
4.6.3 Công đoạn gọt vỏ
Lƣợng cà rốt thu đƣợc sau khi gọt vỏ:
G3 = (kg/h)
4.6.4 Công đoạn cắt định hình
Lƣợng cà rốt thu đƣợc sau khi cắt định hình:
G4 = (kg/h)
4.6.5 Công đoạn chần
Lƣợng cà rốt thu đƣợc sau khi chần:
G5 = (kg/h)
4.6.6 Công đoạn ướp đường
Ta có tỉ lệ cà rốt : đƣờng = 1 : 0,6
Vậy khối lƣợng đƣờng cho vào khi ƣớp đƣờng là G đƣờng = G5
Khối lƣợng tổng cà rốt và đƣờng sau khi ƣớp đƣờng là: G6 = (Gđƣờng + G5)
Hàm lƣợng chất khô của cà rốt là 12 % [2.1.2.2].
Hàm lƣợng chất khô của đƣờng là 99,4 % [mục 2.2.2].
Gọi a là hàm lƣợng chất khô của bán thành phẩm sau khi ƣớp đƣờng.
Ta có: 1326,84 12% + 796,11 99,4% = 2101,72 a
a = 45,23 %
Vậy hàm lƣợng chất khô của bán thành phẩm sau khi ƣớp đƣờng là 45,23%
4.6.7 Công đoạn cô đặc
Ta có, hàm lƣợng chất khô của bán thành phẩm sau khi ƣớp đƣờng là 45,23 % Vậy, độ ẩm của mứt cà rốt sau khi ƣớp đƣờng là W1 = 100 - 45,23 = 54,77 %
Chỉ tính theo độ giảm ẩm của sản phẩm từ 54,77 % xuống 40 %.
M2 = M1 = (kg/h)
M1, M2: lƣợng bán thành phẩm liệu trƣớc khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị cô đặc, kg/h.
W1, W2:độ ẩm ban đầu, cuối của vật liệu (tính theo khối lƣợng chung, %). Độ ẩm đầu: W1 = 54,77 %. Độ ẩm sau khi cô đặc: W2 = 40 %.
Lƣợng bán thành phẩm sau khi cô đặc
G7 = M2 (kg/h)
4.6.8 Công đoạn sấy
Cho độ ẩm của sản phẩm: 20 %
Chỉ tính theo độ giảm ẩm của sản phẩm từ 40 % xuống 20 %.
M2 = M1 = (kg/h)
M1, M2: lƣợng vật liệu trƣớc khi vào và sau khi ra khỏi thiết bị sấy, kg/h. W1, W2:độ ẩm ban đầu, cuối của vật liệu (tính theo khối lƣợng chung, %). Độ ẩm đầu: W1 = 40 %. Độ ẩm sau khi cô đặc: W2 = 20 %.
Lƣợng nguyên liệu sau khi sấy
G8 = M2 (kg/h)
4.6.9 Công đoạn bao gói
Lƣợng mứt cà rốt thu đƣợc sau khi bao gói
Bảng 4.6 Bảng tổng kết nguyên liệu của dây chuyền sản xuất nƣớc cà chua ép qua các công đoạn STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19
Bảng 4.7 Bảng tổng kết nguyên liệu của dây chuyền sản xuất mứt cà rốt qua các công đoạn STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
CHƢƠNG 5: TÍNH NHIỆT
5.1 Tính nhiệt cho dây chuyền sản xuất mứt cà rốt
5.1.1 Công đoạn sấy
Máy sấy băng tải
Lƣợng nguyên liệu cần sấy: G5 = 1568,41 (kg/h) [bảng 4.7] Độ ẩm vật liệu vào : W1 = 40 %.
Độ ẩm vật liệu ra : W2 = 20 %.
Nhiệt độ sấy cho phép: t1 = 70 oC , suy ra P1bh = 0,3177 (at) [5; tr 312] Nhiệt độ ra của tác nhân sấy: t2 = 40 oC, suy ra P2bh = 0,0752 (at).
5.1.1.1 Tính các thông số của không khí trước khi vào calorifer
Trạng thái không khí ngoài trời nơi đặt thiết bị sấy ở Hải Dƣơng nên ta chọn nhiệt độ là: t0 = 23,5 oC, độ ẩm là: ϕ = 84 %.
Vậy Pbh = 0,03 (at)
Hàm ẩm của không khí đƣợc tính theo công thức sau: x0 = 0,622 ×
= 0,622 ×
Hàm nhiệt của không khí ẩm trƣớc khi qua calorifer: I0 = (1 + 1,97 × x0) × t0 + 2493 × x0
= (1 + 1,97 × 0,016) × 23,5 + 2493 × 0,016 = 64,13 (kJ/kgkkk)
5.1.1.2 Các thông số của không khí khi qua calorifer trước khi vào máy sấy
Chọn nhiệt độ sấy: t1 = 70oC, suy ra P1bh = 0,3177 (at) [5; tr 312]
Khi đi qua calorifer, không khí chỉ thay đổi nhiệt độ nhƣng không thay đổi hàm ẩm nên: x1 = x0 = 0,016 (kg/kgkkk)
Nhiệt lƣợng riêng của không khí lúc này: I1 = (1 + 1,97 × x1) × t1 + 2493 × x1
= (1 + 1,97 × 0,016) × 70 + 2493 × 0,016 = 112,09 (kJ/kgkkk) Độ ẩm của không khí ở 70 oC:
φ1 =
=
5.1.1.3 Thông số của không khí sau sấy
Chọn nhiệt độ khi ra khỏi máy sấy: t2 = 40 oC Suy ra, P2bh = 0,0752 (at)
Vì là quá trình sấy lý thuyết nên nhiệt lƣợng riêng của không khí không thay đổi trong suốt quá trình sấy: I2 = I1 = 112,09 (kJ/kgkkk)
Hàm ẩm của tác nhân sấy: x2 =
Độ ẩm của tác nhân sấy: φ2 =
Tính nhiệt độ điểm sƣơng:
x2 = 0,622 × Suy ra: Pbh =
Dựa vào bảng I.251, [5; tr 312], ta đƣợc: t Do đó: ∆t = t2 –ts = 40 – 30,44 = 9,55 0C
Vì ∆t < 10 oC nên việc ta chọn t2 = 40 0C là thích hợp
5.1.1.4 Lượng không khí khô tiêu hao riêng để bốc hơi 1 kg ẩm
l =
Theo mục 4.2.2.7, có U = ΔG = 1568,41 - 1176,31= 392,10 (kg/h) Suy ra: L = 87,11 × 392,10 = 32586,31 (kgkkk/h)
5.1.1.6 Cân bằng nhiệt cho quá trình sấy
* Lƣợng nhiệt cần thiết làm bay hơi 1 kg ẩm
q1 = =
–
* Tổng nhiệt lƣợng cần thiết cho quá trình bay hơi ẩm Q1 = q1 × U [6; tr 102]
= 3997,03 × 392,10 = 1559243 (kJ/h)
* Nhiệt lƣợng cần cung cấp để đun nóng nguyên liệu sấy Q2 = G × C1 × ( ttb – t0)
Trong đó:
- G là lƣợng nguyên liệu ban đầu đƣa vào sấy, G7 = 1568,41 (kg/h) [bảng 4.7].
- C1 là nhiệt dung riêng của vật liệu sấy, C1 = 3870 (J/kg.oC).
- to là nhiệt độ ban đầu của nguyên liệu sấy, to = 50 oC.
- ttb là nhiệt độ đun nóng cho phép nguyên liệu sấy:
ttb = = = 55 oC
Suy ra: Q2 = 1568,41× 3870 × ( 55 - 50) = 30348734 (J/h) = 30348,73 (kJ/h) * Nhiệt lƣợng tổn thất do vật liệu sấy mang ra:
Q vl = M2
Với:
- M2b= 1176,31 (kg/h)
- θ1 là nhiệt độ lúc đầu của vật liệu sấy, θ1 = t0 = 50 oC.
- θ2 là nhiệt độ ra của vật liệu sấy, thông thƣờng lấy thấp hơn nhiệt độ tác nhân sấy là 10oC, vậy chọn θ2 = 70 – 10 = 60 oC.
- Cvl là nhiệt dung riêng của vật liệu ẩm: Cvl = 2,84 (kJ/Kg.0C) [39] Suy ra: Q vl = 1176,31 × 2,84 × (60 - 50) = 33407,2 (kJ/h)
* Tổn thất nhiệt ra môi trƣờng Qmt =
Trong đó:
K: Hệ số truyền nhiệt của thiết bị
K = Trong đó:
- α1, α2: là hệ số cấp nhiệt trong và ngoài thiết bị (W/m2.oC).
α1 = α2 = 6,15 + 4,17 × v = 6,15 + 4,17 × 3 = 18,66 (W/m2.oC). (Với v là vận tốc sấy, m/s)
- 1, 2: hệ số dẫn nhiệt của lớp vật liệu buồng sấy và lớp cách nhiệt (W/m.oC). 1 = 20,9 (W/m.0C); 2 = 0,116 (W/m.oC). [5; tr 127]
- δ1, δ 2: chiều dày lớp vật liệu buồng sấy và lớp cách nhiệt (W/m2.oC). δ1 = 0,02 (m);
Suy ra: K =
F: Diện tích xung quanh của thiết bị sấy
F = P × H = 2 × (L + W) × H = 2 × (14,675 + 2,408) × 3,385 = 115, 65 (m2)
( P, L, W, H lần lƣợt là chu vi đáy, chiều dài, chiều rộng và chiều cao thiết bị, m) Δttb: Hiệu số nhiệt độ trung bình
= × [6; tr 5]
Với ∆t1, ∆t2 hiệu số nhiệt độ đầu và cuối
∆t1 = 70 – 40 = 30 oC ; ∆t2 = 50–40 = 10 oC
ε∆tb: Hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ, phụ thuộc vào các thông số R, P [4;tr69]
Tra bảng chọn ε = 0,95 Từ đó, ta có:
Tổng tổn thất trong quá trình sấy:
* Nhiệt do ẩm của vật liệu sấy mang vào: Q4 = U × θ1 × Ca [6; tr 102]
= 392,10× 50 × 4,18 = 81948,9 (kJ/h)
* Nhiệt lƣợng cần để cung cấp cho calorifer
Q =Q1+Q2+Q3-Q4
= 1559243 + 30348,73 + 92178,38 - 81948,9 = 1599821 (kJ/h) Lƣợng hơi nƣớc bão hòa dùng cho máy sấy:
D1 = = (kg/h)
Trong đó: r là ẩn nhiệt hoá hơi của hơi nƣớc bão hoà ở nhiệt độ 120 oC. rhh = 526,7 (kcal/kg) = 2201,61 (kJ/kg) [5; tr 313]
5.1.2 Công đoạn cô đặc
Lƣợng hơi cần cung cấp cho quá trình cô đặc: D2’ = 130 (kg/h) [mục 6.2.7]. Thời gian cô đặc là 2 h.
Vậy lƣợng hơi cần cung cấp là: D2 = 130 × 2 = 260 (kg/h). Ta có: D2 =
Trong đó:
Cô đặc ở nhiệt độ 60 0C. Vậy ẩn nhiệt hóa hơi: rhh = 2356,9 (kJ/kg) [5; tr 313]. Nhiệt lƣợng cần cung cấp cho quá trình cô đặc:
Qcđ = D2 × rhh = 260 × 2356,9 = 612794 (kJ/h)
Theo bảng 4.7, lƣợng bán thành phẩm đƣa vào quá trình chần: G4 = 1333,51 (kg/h), sử dụng thiết bị chần băng tải thì các thông số của nguyên liệu nhƣ sau:
Nhiệt dung riêng của cà rốt: Ccr = 3,81 kJ/kg.độ [39]. Nhiệt độ ban đầu của cà rốt: t1 = 23,5 oC, nhiệt độ cao nhất của cà rốt khi chần: t2 = 90 oC.
Nhiệt lƣợng cần cung cấp:
Q1 = G4 × Ccr × (t2 - t1) = 1333,51 × 3,81 × (90 – 23,5) = 337864,80 (kJ/h) Nhiệt lƣợng cần cung cấp để đun nóng nƣớc ( nhiệt lƣợng này cần thêm 30 % so với nhiệt lƣợng cần để chần cà rốt ):
Q2 = 1,3 × 337864,80 = 439224,20 (kJ/h) Đặc tính hơi gia nhiệt:
- Áp suất: p = 3 - 4 atm.
- Nhiệt hóa hơi: rhh = 2285 kJ/kg [5, tr 313].
- Hơi ngƣng tụ chiếm 90 % so với tổng lƣợng hơi cấp vào.
Lƣợng hơi cần cung cấp để đun nóng nƣớc ( giả sử tổn thất nhiệt ra môi trƣờng 5% ):
D3 = 1,05 × = 1,05 × 213,58 (kg/h)
Tổng lƣợng hơi cung cấp cho dây chuyền mứt cà rốt là: D = D1 + D2 + D3 = + 260 + 213,58 = 1200,24 (kg/h)
5.2 Tính nhiệt cho dây chuyền sản xuất nƣớc cà chua ép
5.2.1 Công đoạn đun nóng cà chua sau khi nghiền, xé
Theo bảng 4.6, lƣợng bán thành phẩm đƣa vào quá trình chần: M4 = 1402,37 (kg/h), sử dụng thiết bị nồi 2 vỏ có cánh khuấy thì các thông số của nguyên liệu nhƣ sau:
- Nhiệt dung riêng của cà chua: Ccc = 3,98 kJ/kg.độ [39].
- Nhiệt độ ban đầu của cà chua: t1 = 23,5 oC.
- Nhiệt độ cao nhất của cà chua khi đun nóng: t2 = 80 oC. Nhiệt lƣợng cần cung cấp:
Q1 = M4 × Ccc × (t2 - t1) = 1402,37 × 3,98 × (80 – 23,5) = 315350,90 (kJ/h) Đặc tính hơi gia nhiệt:
- Áp suất: p = 0,5 kg/cm2.
- Nhiệt hóa hơi: rhh = 2310 kJ/kg [5, tr 313].
- Hơi ngƣng tụ chiếm 90 % so với tổng lƣợng hơi cấp vào.
Lƣợng hơi cần cung cấp để đun nóng cà chua sau khi xé ( giả sử tổn thất nhiệt ra