Giả sử mỗi gói chứa được khoảng 100g để sử dụng ở công đoạn đóng gói , vậy số gói cần dùng với hao hụt hộp là 3%:
N2= 2× 10 5 100 × 100 100−3 = 2061.86 ≈ 2062 gói 4.6. Tổng kết tính cân bằng vật liệu Bảng 4.5 Bảng tổng kết.
STT Tên công đoạn Hao hụt α
(%) Khối lượng ( tấn/ca)
Giai đoạn chung
1 Nhập nguyên liệu 0 2.931
2 Phân loại 1 2.902
G12 Làm sạch G11
3 Làm sạch 1.5 2.858
4 Ngâm 0.5 4.55
5 Hấp 0.5 5.533
6 Làm nguội 0.5 4.955
7 Phun giống 0.5 4.93
Giai đoạn sản xuất natto dạng hạt
7 Cho vào bao bì 0.5 1.21
Giai đoạn sản xuất natto dạng bột
8 Lên men 0.5 3.7
9 Làm lạnh 0.5 5.26
10 Sấy 0.2 5.23
11 Nghiền 1 2.03
Chương 5: TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
5.1. Cách chọn và tính thiết bị
5.1.1. Chọn thiết bị
Xuất phát từ các yêu cầu kỹ thuật việc chọn thiết bị rất cần thiết cho quá trình sản xuất.
Nguyên tắc chọn:
Thiết bị phải đảm bảo tạo ra sản phẩm có chất lượng cao, sự tiêu hao nguyên liệu là ít nhất.
Đây là những thiết bị hiện hành ở nước ta hoặc nước ngoài.
Thiết bị làm việc liên tục, có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, việc sử dụng và sữa chữa dễ dàng, kích thước gọn, năng suất cao và tiêu hao năng lượng ít.
Thường thì có rất nhiều thiết bị có chức năng như nhau nên khi lựa chọn thiết bị ta phải đảm bảo những nguyên tắc như trên.
5.1.2. Nguyên tắc tính và chọn số lượng thiết bị
Số lượng thiết bị được tính theo hai công thức sau: [42]
Nếu thiết bị làm việc liên tục thì áp dụng công thức (5.1): n= 𝑁
𝑀 (5.1)
Nếu thiết bị làm việc gián đoạn thì áp dụng công thức (5.2): n= 𝑁 ×𝑇
60 ×𝑉 (5.2) Trong đó:
n là số thiết bị yêu cầu.
M là năng suất của thiết bị.
N là năng suất của dây chuyền từng công đoạn
T là thời gian tổng cộng của mỗi chu kì làm việc của máy.
V là thể tích làm việc của thiết bị, được tính cùng đơn vị với N.
Thông thường sau khi tính ra n là số lẻ, ta làm tròn số và thường cộng thêm 1 hoặc 2 để dự trữ.
Ví dụ nếu tính ra n = 3.3 thì ta sẽ chọn số thiết bị là 4 và có thể thêm 1 hoặc 2 thiết
bị dự trữ nữa nếu cần thiết.
Bảng 5.1 Bảng thiết bị sử dụng trong dây chuyền.
Dây chuyền STT Tên thiết bị
Dây chuyền chung
1 Thùng chứa nước
2 Thùng chứa nguyên liệu đậu nành 3 Thiết bị phân loại
4 Thiết bị dò kim loại 5 Thiết bị rửa nguyên liệu. 6 Thiết bị cân định lượng 7 Thiết bị ngâm
8 Thiết bị hấp 9 Gàu tải 10 Bơm ly tâm 11 Băng tải
12 ống nhựa nối với thiết bị dò kim loại 13 Thiết bị đóng thùng carton
Dây chuyền sản xuất natto dạng hạt
1 Thiết bị đóng gói tự động 2 Thiết bị đóng gói thứ cấp
Dây chuyền sản xuất natto dạng bột
1 Thiết bị lên men 2 Thiết bị sấy 3 Thiết bị nghiền 4 Thiết bị xử lí vốn cục 5 Cân, đóng gói dán nhãn
5.2.1. Thiết bị chung cho cả hai dây chuyền 5.2.1.1. Thiết bị thùng chứa nước 5.2.1.1. Thiết bị thùng chứa nước
làm việc gián đoạn.
Trong đó:
D là đường kính thân hình trụ. h1 là chiều cao thân hình trụ. h2 là chiều cao của hình chỏm cầu. H là tổng chiều cao thiết bị.
Chọn h1= 1.3D và h2= 0.3D. Vậy chiều cao thiết bị là:
H = h1+2h2 = 1.3D + 2×0.3D = 1.9D Thể tích thiết bị: Vthiết bị = Vtrụ+ 2Vchòm Thể tích phần hình trụ: [43] Vtrụ= D 2×π 4 × h1= D 2×π 4 × 1.3×D = 1.021 ×D3 (5.3) Thể tich phần hình chõm là: [44] Vchõm= h2×(h2 2 +3r2)×π 6 × h1 = 3.14×0.3D×[(0.3D) 2+3×(D2)2] 6 × 1.3 × D = 0.132 × D3
Vậy thể tích của thiết bị là :
Vthiết bị= Vtrụ +2 Vchõm = 1.021D3 + 2 × 0.132D3 = 1.284D3 (5.4) Suy ra đường kính của thùng chứa là:
D= √Vthiết bị 1.284 3
(5.5)
Lượng nước cần dùng cho quá trình là 13.65 tấn/ca
Tỷ trọng của nước là 0.977 ( tấn/m3) [45] ở nhiệt độ là 25oC. Chọn 1 thùng chứa có hệ số chứa đầy là 0.8.
Suy ra thể tích cần dùng trong 1 giờ là: V= 13.65
0.977×0.8 = 17.464 ( m3 )
Đường kính thùng chứa ta áp dụng công thức (5.5)
D= √17.464 1.284 3 = 2.387 m ≈ 2400 mm Suy ra: Hình 5.1 Mô phỏng thùng chứa
h1= 1.3 × D= 1.3 × 2400= 3120 mm
h2= 0.3 × D= 0.3 × 2400= 720 mm H= h1+2h2 = 3120 + 2 × 720= 4560 mm Thiết bị được đặt trên giá đỡ là 600mm
Vậy ta có thông số của thùng chứa nước như sau:
Bảng 5.2 Thông số kỹ thuật thùng chứa nước.
Thông số Kích thước
Chiều cao 4560
Đường kính thân trụ 2400
Số lượng 1
5.2.1.2. Thiết bị chứa nguyên liệu đậu nành
Thiết bị cyclo chứa là thiết bị dùng để chứa đậu nành dùng cho nhu cầu sản xuất trong ngày của phân xưởng. Cyclo đóng vai trò như một thiết bị chứa.
Cấu tạo của cyclo chứa:
Trong đó:
D là đường kính phân thân trụ. H là chiều cao cyclo.
h1 là chiều cao phần thân trụ. h2 là chiều cao phần chóp cụt. h3 là chiều cao phần tháo liệu. d là đường kính cửa tháo liệu.
Cyclo chứa có thể tích đủ để chứa nguyên liệu sản xuất trong một ngày sản xuất, có dạng hình trụ, đáy nón có góc nghiêng 𝛼 = 60o, mục đích dễ tháo liệu, nguyên liệu đi ra nhanh và không bị dính lại trong thùng chứa, được chế tạo bằng thép không gỉ. Chọn số thiết bị n = 1 với hệ số chứa đầy là φ = 0.7.
Thể tích cyclo chứa:
Vthiết bị = Vtrụ + Vnón = 𝑚
× (5.6) Trong đó:
Vtrụ thể tích của phần hình trụ (m3). Hình 5.2 Mô phỏng kích thước Cyclo.
Vnón là thể tích phần hình nón cụt (m3).
m là khối lượng nguyên liệu cần chứa (kg).
khối lượng riêng của nguyên liệu (kg/m3).
là hệ số chứa đầy của thiết bị. Chiều cao phần nón : h2 = 𝐷−𝑑 2 𝑡𝑎𝑛600 = √3 2 × ( D − d ) Thể tích hình nón cụt : Vnón = 1 3 ×𝜋× h2×𝐷2 × 𝑑2 +𝐷𝑑 4 = √3 24 × 𝜋× ( 𝐷3 − 𝑑3) Thể tích phần hình trụ : Vtrụ = 𝐷 2 × 𝜋 4 × h1 Vthiết bị = Vtrụ + Vnón = √3 24 ×𝜋× ( 𝐷3 − 𝑑3) +𝐷2 × 𝜋 4 × h1 (5.7)
Khối lượng đậu nành đưa vào sản xuất trong một ngày dùng cho sản xuất tối đa là 8.793 (tấn/ngày).
Giả sử ta có :
Khối lượng riêng của đậu nành là 1250 (kg/m3).
Hệ số sử dụng của cyclo là 0.7
Chỉ sử dụng duy nhất 1 cylo để chứa.
Nên áp dụng công thức 5.6 ta có thể tích của cyclo cần thiết để chứa đậu nành là: Vthiết bị = 𝑚 × = 8.793 0.7 × 1.250 = 10.049 ( m3 ) Chọn D = 2m; d = 0.5m; h3 = 0.5m và áp dụng công thức 6.7 ta được : Vthiết bị = √3 24 × 𝜋× ( 23 − 0.53) +22 × 𝜋 4 × h1 = 10.049 ( m3 ) Suy ra : h1 = 3.126 m h2 = √3 2 × ( 2 − 0.5 ) = 1.299 m Tổng chiều cao của thiết bị là :
H = h1 + h2 +h3 = 3.126 + 1.299+ 0.5 = 4.925 m ≈ 5 m Thiết bị Cyclo được đặt trên 1 giá đỡ có chiều cao 0.583 m.
Bảng 5.3 Thông số kỹ thuật cyclo.
Thông số Kích thước
Chiều cao 5 m
Đường kính thân trụ 2 m
Số lượng cái
5.2.1.3. Thiết bị phân loại
Sàng phân loại được sử dụng để phân loại kích thước đậu nành phù hợp cho nhu cầusản xuất natto. Ngoài ra nó còn giúp loại bỏ các thành phần tạp chất có trongnguyên liệu ban đầu.Hạt đậu được lựa chọn để sản xuất thường là các hạt nhỏ hoặc vừa có kích thước hạttừ < 7.3 mm để tạo hương vị đặc trưng cho sản phẩm. Để tiến hành lựa chọn hạt đậu nành đạt yêu cầu cũng như loại bỏ các thành phần khácta lựa chọn thiết bị sàng rung phân loại hình chữ nhật Classifier Separator MTRC-100/200. Khối lượng đậu cần sàng trong công đoạn này là 2.931 tấn/ca, khối lượng nguyên liệu trong 1h là 0.366 tấn/giờ. [46]
Hình 5.3 Sàn phân loại Classifier Separator MTRC- 100/200.
Thông số kỹ thuật:
Bảng 5.4 Thông số kỹ thuật sàng phân loại.
Model MTRC-100/200 Kích thước máy (mm) 2743x 1608 x 1800 Số tầng sàng 3 Diện tích lưới (cm) 100x 200 Năng suất (tấn /h) 16 Kích cỡ mắt lưới (mm) - Tầng 1: 7.3mm - Tầng 2: 5.5mm Tốc độ quay motor (vòng/phút) 960 Biên độ (mm) 4-6 Công suất (Kw) 2 x 0.3 Độ nghiêng 60 - 10
Với năng suất thiết bị sàng phân loại là 16 tấn/giờ thì số thiết bị sàng phân loại ta cần là áp dụng công thức (5.1)
N = 0.366
16 = 0.023
Vậy chọn 1 thiết bị sàng phân loại.
Nguyên lí hoạt động:
Nguyên liệu sẽ được nạp vào theo cổng số (1) sau đó được đưa qua dao động (2), khi nguyên liệu được đưa vào nhờ cổng (1) thì nguyên liệu sẽ được đưa vào giữa máy, vách ngăn phân phối (3) với cổng trượt co thể điều chỉnh phân phối (4) sản phẩm trên toàn bộ thiết bị cho đồng đều, sản phẩm chảy vào đầu (5) ngăn trên (6) của lưới sàn (7), sản phẩm có kích thước lớn hơn 7.3 mm sẽ được đưa ra đầu trên là (9) và thoát ra khỏi thiết bị thông qua số (10). Còn những nguyên liệu có kích thước nhỏ hơn 7.3 mm thì sẽ rơi xuống sàn (11) sau đó được xả ra cửa xả phía dưới, dòng sản phẩm ở tầng sàng (8) (sản phẩm chính) thường được đưa ra đầu số (12).
5.2.1.4. Thiết bị dò kim loại
Phần lớn nguyên nhân chính của việc nhiễm kim loại bắt nguồn từ việc một thiết bị hoặc đường ống nào đó bị bào mòn và gây ra các mảnh kim loại hoặc bụi kim loại có kích thước rất nhỏ. Những bụi kim loại này phần lớn không bị phát hiện thông qua máy dò kim loại. Bên cạnh việc lắp đặt máy dò kim loại, máy tách kim loại là rất cần thiết để loại bỏ nguy cơ nhiễm kim loại từ các bụi kim loại trong quy trình sản xuất. Vì vậy ta sử dụng máy tách kim loại để loại bỏ những kim loại còn sót lại bên trong nguyên liệu. [47]
Máy tách kim loại tự động dòng Auto-shuttle của hãng Eclipse giúp kiểm soát, hút các mảnh nhỏ và vụn kim loại trong dòng sản phẩm 24 /7, không cần can thiệp vệ sinh thanh nam châm một cách thủ công. Hệ thống tự động thực hiện việc làm sạch nam châm hoàn toàn mà không cần dừng quá trình. [47]
Hình 5.5 Thiết bị tách kim loại Auto Shuttle 0013
Thông số thiết bị:
Bảng 5.5 Thông số thiết bị tách kim loại Auto Shuttle 0013
Model Auto Shuttle 0013
Kích thước máy (mm ) 1090 x 628 x 493
Loại nam châm Nam châm vĩnh cửu Neodymium Iron Boron – (NdFeb)
Vật liệu chế tạo Inox 316
Nguyên lí hoạt động:
Hình 5.6 Nguyên lí thiết bị tách kim loại Auto Shuttle 0013
Bộ phận nam châm là các thanh có thể được kéo ra một cách tự động, khi sản phẩm rơi từ trên xuống thì các thanh nam châm sẽ giữ các mảnh vụn sắt có trong nguyên liệu lại, sau đó nam châm di chuyển ra bên ngoài dòng từ trường thì chúng rơi ra khỏi các thanh nam châm, sau khi xong thì các thanh nam châm sẽ được đưa vào lại để tiếp tục quá trình.
5.2.1.5. Thiết bị rửa nguyên liệu
Rửa nguyên liệu với mục đích loại bỏ các tạp chất, bụi bẩn ra khỏi nguyên liệu. Khối lượng nguyên liệu rửa trong một ca là 8.574 tấn vậy khối lượng nguyên liệu rửa trong một giờ là 1.072 tấn.
Ta chọn thiết bị rửa nguyên liệu của HATEX với năng suất là 1500-2000 kg/giờ.
[48]
Hình 5.7 Thiết bị rửa xối MRT-1500. Thông số kĩ thuật:
Bảng 5.6 Thông số kĩ thuật của thiết bị rửa xối MRT-1500.
Model MRT - 1500
Kích thước máy (mm) 5130 x 1338 x 2000
Năng suất (tấn /h) 1.5 - 2
Điện năng tiêu thụ 4.5kW
Vật liệu chế tạo Inox 304
Thiết bị làm việc liên tục nên ta áp dụng công thức (5.1) n= 1.072
2 = 0.536 Số thiết bị cần chọn là 1 thiết bị.
Nguyên lí hoạt động:
Máy được cấu tạo gồm một băng tải bằng thép không rỉ và thùng chứa nước rửa có thể tích tương đối lớn. Băng tải được chia làm 3 phần, phần nằm ngang ngập trong nước, phần nghiêng có các ống phun nước mạnh và một phần nằm ngang ở phía cao. Bên dưới băng tải phần ngập trong nước có bố trí các ống thổi khí nhận không khí từ một quạt đặt bên ngoài. [49]
Trong giai đoạn ngâm, nguyên liệu ở trên phần băng nằm ngang ngập trong nước, các cặn bẩn bám trên ngoài bề mặt nguyên liệu bị bong ra. Băng tải di chuyển sẽ mang nguyên liệu đi dần về phía phần băng nghiêng. Hiệu quả của quá trình ngâm được tăng cường nhờ thổi khí làm xáo trộn nước và nguyên liệu trên mặt băng, làm tăng diện tích tiếp xúc của nguyên liệu và nước nên thời gian ngâm được rút ngắn. Khi nguyên liệu di chuyển đến phần nghiêng của băng, các vòi phun nước với áp suất cao đến 2-3 at sẽ rửa sạch cặn bẩn. Ở cuối quá trình rửa, nguyên liệu di chuyển đến phần nằm ngang phía trên để được làm ráo nước. [49]
5.2.1.6. Thiết bị cân định lượng
Thiết bị cân định lượng giúp xác định khối lượng chính xác nguyên liệu đậu nành và gạo cần thiết để lấy cho một mẻ sản xuất. Vì trong quá trình sản xuất đòi hỏi tính liên tục, pha trộn nguyên liệu có độ chính xác, phải thấy và cân được khối lượng nguyên vật liệu đã được vận chuyển theo yêu cầu của thành phẩm nên để giải quyết vấn đề trên ta sử dụng cân định lượng. Hệ thống cân băng định lượng là một trong những khâu quan trọng giúp cho nhà máy hoạt động một cách liên tục.
Khối lượng nguyên liệu cần sản xuất cho một giờ là 0.568 tấn. Thiết bị làm việc liên tục.
Hình 5.8 Cân định lượng băng tải ASO.
Thông số kỹ thuật:
Bảng 5.7 Cân định lượng băng tải ASO
Model ASO
Kích thước (mm) 2000 x 700 x 1200
Nguồn điện sử dụng 220v/50Hz
Năng suất làm việc (T/h) 40
Sai số cho phép (%) <1.5%
Tốc độ băng tải (cm/phút) 2
Loại băng tải Băng tải phẳng
Môi trường hoạt động - Nhiệt độ: -200C ÷ +750C - Độ ẩm: ≤ 85% Áp dụng công thức 5.1 ta có số thiết bị cân định lượng cần sử dụng là :
n = 0.568
40 = 0.014
Vậy ta chỉ cần sử dụng 2 cân định lượng.
5.2.1.7. Thiết bị ngâm
Sau khi làm sạch các hạt đậu nành sẽ được dẫn qua thiết bị ngâm nguyên liệu . Thiết bị sử dụng để ngâm đậu nành là thiết bị hình hộp đáy chóp.
Ta có khối lượng riêng của đậu nành là 1250 kg/m3. Khối lượng đậu nành được ngâm trong 1 giờ là 0.568 tấn. Vậy thể tích của đậu nành là :
Vđậu nành = 568
Lượng nước được sử dụng trong một ca cần sử dụng là 13.65 tấn/ca nên thể tích nước sử dụng trong một lần ngâm là 1.706 tấn/giờ. Khối lượng riêng của nước là 997 kg/m3 (ở nhiệt độ 250C). Vậy thể tích của nước là:
Vnước = 1706
997 = 1.711 ( m3 )
Tổng thể tích nước và nguyên liệu đưa vào thiết bị ngâm là :
Vhốn hợp = Vđậu nành + Vnước = 0.454 + 1.711 = 2.165( m3 ) Sử dụng thiết bị hình trụ đứng, có đáy hình chóp, nắp phẳng và hệ thống cánh khuấy.
Ta chọn thiết bị ngâm có thông số như sau:
D = 2000 mm
h1 = 1.3D = 2600 mm
h3= 500 mm
d = 500 mm
H = 4399 mm
Áp dụng công thức 5.6 cho thiết bị hình trụ đáy nón ta có : Vthiết bị = Vtrụ + Vnón
Thể tích của thiết bị là : Vthiết bị = √3
24 × 𝜋× ( 𝐷3 − 𝑑3) +𝐷2 × 𝜋
4 × h1 = 34.458 [ m3]
Thiết bị ngâm đậu là thiết bị làm việc gián đoạn. Mỗi giờ đậu sẽ được ngâm trong vòng 18 giờ. Hệ số chứa của thiết bị là 0.7. Số thiết bị ngâm đậu cần có là :
n = 𝑉ℎố𝑛 ℎợ𝑝 × T
𝑉𝑡ℎ𝑖ế𝑡 𝑏ị × 0.7 = 2.165 × 18
34.458 ×0.7 = 1.615 Vì cần có thiết bị xoay cua nên ta chọn số thiết bị là 2. Ta chọn thiết nị ngâm CESTI [51]