Độ ẩm ban đầu: W= 12% Hàm lượng protein: 35,56% 4.2.2. Số liệu đầu ra a. Sản phẩm là natto dạng nguyên hạt (175g) Độ ẩm thành phẩm: W= 64% Hàm lượng protein: 31g Cacbonhydrat: 25g Sản phẩm là natto dạng bột: (100g)[41]
Độ ẩm thành phẩm: W=10%
Hàm lượng protein: 40,3g
Cacbonhydrat: 25,5g
4.3. Hao hụt qua các công đoạn
Hao hụt là lượng nguyên liệu bị mất đi hoặc tạo thành phế liệu, phế phẩm trong quá trình sản xuất ra sản phẩm. Trong quá trình sản xuất công nghiệp hay chế biến bất kỳ sản phẩm nào, đều xảy ra hiện tượng hao hụt nguyên liệu trong từng giai đoạn.
Nguyên nhân có thể là do nguyên liệu còn bám lên các thiết bị hay các đường ống dẫn, có thể là do quá trình bay hơi trong quá trình sấy hay do sự co rút cấu trúc của bán thành phẩm sau khi làm lạnh hay hao hụt do quá trình thao tác của công nhân và một phần do sự chưa chính xác tuyệt đối của dụng cụ đo lường. Thông thường, người ta chia làm hai loại hao hụt chính: hao hụt vận chuyển và hao hụt ẩm.
Lợi ích của việc xây dựng bảng mức tiêu hao nguyên vật liệu: Giúp doanh nghiệp kiểm soát được lượng nguyên vật liệu xuất ra để đưa vào sản xuất thành phẩm, đưa ra giá bán cạnh tranh với đối thủ, tính toán trước được lợi ích đạt được từ một đơn hàng trước khi sản xuất.
4.3.1. Hao hụt vận chuyển
Định nghĩa: hao hụt vận chuyển là hao hụt mất đi do quá trình vận chuyển từ thiết bị này sang thiết bị khác do bị bám dính hoặc rơi vãi.
Bảng 4.3 Hao hụt vận chuyển qua từng công đoạn.
STT Tên công đoạn Hao hụt α (%)
Giai đoạn chung
1 Phân loại 1 2 Làm sạch 1.5 3 Ngâm 0.5 4 Hấp 0.5 5 Làm nguội 0.5 6 Phun giống 0.5
Giai đoạn sản xuất natto dạng hạt
Giai đoạn sản xuất natto dạng bột 8 Lên men 0.5 9 Làm lạnh 0.5 10 Sấy 0.2 11 Nghiền 1 12 Đóng gói 0.5
Công thức tính hao hụt vận chuyển:
Giả sử hao hụt ở công đoạn A là α%, khối lượng trước công đoạn A là Gx (kg). Khối lượng sau công đoạn A là Gy (kg).
Vậy khối lượng Gx (kg) thu được sau công đoạn A được tính theo công thức 4.1 là: Gy = Gx×100−α
100 , [kg] hay Gx = Gy× 100
100−α , [kg], [42] (4.1)
4.3.2. Hao hụt ẩm
Trong quá trình sản xuất natto, một số công đoạn có sự thay đổi về độ ẩm cho nên hao hụt nguyên vật liệu trong các công đoạn đó bao gồm hao hụt ẩm và hao hụt vận chuyển trong quá trình sản xuất.
Giả sử độ ẩm sau quá trình là Wj%, độ ẩm trước là Wj%. Khối lượng trước công đoạn sấy là Gi’, khối lượng sau quá trình sấy là Gj’, vậy khối lượng thu được sau quá trình sấy là:
Gj’ =G𝑖’ ×100−Wi
100−Wj , [tấn], hay Gi’ =Gj’ ×100−Wj
100−Wi [42] , (4.2) Bảng 4.4 Bảng hao hụt ẩm.
STT Quá trình hao hụt ẩm Độ ẩm ban đầu (%) Độ ẩm sau ( %)
1 Quá trình ngâm 12 45
2 Quá trình hấp 45 55
3 Quá trình làm nguội 55 50
4 Quá trình lên men 50 65
5 Quá trình sấy lạnh 65 10
4.4. Tính cân bằng vật chất
4.4.1. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất natto dạng hạt với năng suất 1,2 tấn/ca 1,2 tấn/ca
Lượng sản phẩm trước khi cho vào bao bì là:
Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi vào công đoạn cho vào bao bì là:
G1= G0 × 100
100−α= 1.2 × 100
100−0.5 = 1.206 tấn/ca
4.4.2. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất natto dạng bột với năng suất 2 tấn/ca 2 tấn/ca
4.4.2.1. Công đoạn đóng gói
Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi vào công đoạn cho vào bao bì là:
G3= G2 × 100
100−α= 2 × 100
100−0.5 = 2.01 tấn/ca
4.4.2.2. Giai đoạn nghiền
Hao hụt vận chuyển là 1%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi vào công đoạn cho vào nghiền là:
G4= G3 × 100
100−α= 2.01 × 100
100−1 = 2.03 tấn/ca
4.4.2.3. Giai đoạn sấy lạnh
Hao hụt vận chuyển là 0.2%
Ta thấy quy trình sấy lạnh thì độ ẩm nguyên liệu sẽ được thay đổi do sự bay hơi của nước làm giảm độ ẩm của khối nguyên liệu.
Độ ẩm của nguyên liệu trước khi sấy là: W2= 65% Độ ẩm nguyên liệu sau khi sấy là: W1= 10%
G3 Đóng gói G2
G1 Cho vào bao bì G0
G4 Nghiền G3
Áp dụng công thức (4.1) và công thức (4.2) , khối lượng nguyên liệu trước khi cho nguyên liệu vào sấy lạnh là:
G5= G4× 100 100−α×100−W1 100−W2× 100= 2.03 × 100 100−0.2×100−10 100−65 = 5.23 tấn/ca 4.4.2.4. Giai đoạn làm lạnh Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi vào công đoạn cho vào làm lạnh là:
G6= G5 × 100
100−α= 5.23 × 100
100−0.5 = 5.26 tấn/ca
4.4.2.5. Giai đoạn lên men
Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Ta thấy quy trình lên men thì độ ẩm nguyên liệu sẽ được thay đổi. Độ ẩm của nguyên liệu trước khi lên men là: W3= 50%
Độ ẩm nguyên liệu sau khi lên men là: W2= 65%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi cho vào công đoạn lên men là: G7 = G6× 100 100−α×100−W2 100−W3× 100 = 5.26 × 100 100−0.5×100−65 100−50 = 3.7 tấn/ca
4.4.3. Tính cân bằng vật chất cho dây chuyền chung: 4.4.3.1. Công đoạn phun giống 4.4.3.1. Công đoạn phun giống
Khối lượng nguyên liệu sau khi phun giống là:
Gtổng = G1× 100 100−α + G7× 100 100−α = 1.206 × 100 100−0.5 + 3.7 × 100 100−0.5 = 4.93 tấn/ca Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi cho vào công đoạn phun giống là:
G8= Gtổng× 100
100−α= 4.93 × 100
100−0.5 = 4.955 tấn/ca Lượng giống được sử dụng trong dây chuyền là:
G6 Làm lạnh G5
G7 Lên men G6
G8 Phun giống Gtổng
Ggiống= G8 ×3% = 4,955×3% = 0,149 tấn/ca
4.4.3.2. Công đoạn làm nguội
Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Ta thấy quy trình làm nguội thì độ ẩm nguyên liệu sẽ được thay đổi do quá trình thất thoát hơi nước.
Độ ẩm của nguyên liệu trước khi làm nguội là: W4= 55% Độ ẩm nguyên liệu sau khi làm nguội là: W3= 50%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi cho vào công đoạn làm nguội là: G9 = G8× 100 100−α×100−W3 100−W4× 100 = 4,955 × 100 100−0.5×100−50 100−55 = 5,533 tấn/ca 4.4.3.3. Công đoạn hấp Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Ta thấy quy trình hấp thì độ ẩm nguyên liệu sẽ được thay đổi. Độ ẩm của nguyên liệu trước khi hấp là: W5= 45%
Độ ẩm nguyên liệu sau khi hấp là: W4= 55%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi cho vào công đoạn hấp là: G10= G9× 100 100−α×100−W4 100−W5× 100= 5,533 × 100 100−0.5×100−55 100−45 = 4,55 tấn/ca
4.4.3.4. Công đoạn ngâm
Hao hụt vận chuyển là 0.5%
Ta thấy quy trình lên men thì độ ẩm nguyên liệu sẽ được thay đổi do sau khi ngâm nguyên liệu sẽ trương nở ra.
Độ ẩm của nguyên liệu trước khi ngâm là: W6= 12% Độ ẩm nguyên liệu sau khi ngâm là: W5= 45%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi cho vào công đoạn ngâm là: G11 = G10 × 100 100−α×100−W5 100−W6× 100 = 4.55 × 100 100−0.5×100−45 100−12 = 2.858 tấn/ca G9 Làm nguội G8 G10 Hấp G9 G11 Ngâm G10
Khối lượng nước cần cho quá trình ngâm là:
Gnước = G11 × 3 = 4.55 × 3 = 13.65 tấn/ca
4.4.3.5. Công đoạn làm sạch
Hao hụt vận chuyển là 1.5%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi vào công đoạn cho vào làm sạch là:
G12= G11× 100
100−α= 2.858 × 100
100−1.5 = 2.902 tấn/ca
4.4.3.6. Công đoạn phân loại
Hao hụt vận chuyển là 1%
Áp dụng công thức (4.1), khối lượng nguyên liệu trước khi vào công đoạn cho vào công đoạn phân loại là:
G13 = G12× 100
100−α = 2.902 × 100
100−1 = 2.931 tấn/ca
4.5. Tính bao bì
4.5.1. Bao bì cho sản phẩm natto dạng hạt
Giả sử mỗi hộp chứa được khoảng 30g để sử dụng ở công đoạn đóng gói vô trùng, vậy số hộp cần dùng với hao hụt hộp là 3%:
N1= 1.2× 105
30 × 100
100−1 = 4040.40 ≈ 4040 hộp
4.5.2. Bao bì cho sản phẩm natto dạng bột
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.