1
đường Acid hóa rỉ đường 42930
2 Lượng rỉ đường ly tâm (lít/ca) 38301
3 Lượng môi trường đem đi pha chế
Lượng dịch đường đem đi pha
chế(lít/ca) 36155
Lượng nước thêm vào (lít/ca) 29417
Khối lượngFeHPO4 (kg/ngày) 14 Khối lượngKH2PO4 (kg/ngày) 14 Khối lượng MgSO4 (kg/ngày) 7 Khối lượng MnSO4 (kg/ngày) 4
4 Tiệt trùng và làm nguội (lít/ca) 65280
5 Lên
men
Lượng môi trường đem lên men
(lít/ca) 65608
Lượng giống sản xuất đưa vào
lênmen(lít/ca) 5905
Lượng giốngcấp 2 đưa vào lên
men(lít/ca) 540
Lượng giống cấp 1 đưa vào lên
men(lít/ca) 50
6
Ly tâm lần 1
Thể tích canh trường đem đi ly
tâm (lít/ca) 16930
7
Rửa sinh khối
Thể tích dịch đem đi rửa
(lít/ngày) 25140
8
Ly tâm lần 2
Khối lượng dịch canh trường sau
khi đem đi ly tâm 8915
Sấy
CHƯƠNG 5: TÍNH TOÁN VÀ CHỌN THIẾT BỊ5.1 Công thức tính thiết bị 5.1 Công thức tính thiết bị
5.1.1 Công thức số thiết bị được sử dụng
Số lượng thiết bị được xác định theo 2 phương pháp sau : - Nếu thiết bị làm việc liên tục thì áp dụng công thức: - Nếu thiết bị làm việc gián đoạn thì áp dụng công thức 2: Trong đó:
n là số thiết bị yêu cầu;
M là năng suất giờ của thiết bị;
N là năng suất giờ của dây chuyền ở từng công đoạn;
T là thời gian tổng cộng của mỗi chu kỳ làm việc của máy (phút); 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 thiết bị để dự trữ.
Ví dụ n = 6,3 thì ta làm tròn thành 7 và cộng thêm 1 thiết bị dự trữ, tổng cộng sử dụng 8 thiết bị.
5.1.2 Công thức tính các thiết bị hình trụ, đáy tròn:
Thiết bị hình trụ đứng, có đáy và nắp hình chỏm cầu và hệ thống cánh khuấy để đảo đều nguyên liệu bên trong thiết bị, thiết bị làm việc gián đoạn.
Hình 5. 1: Thiết bị hình trụ đáy cầu
Trong đó:
D là đường kính thân hình trụ.
h1 là chiều cao của 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 + 20.3D = 1.9D Thể tích thiết bị:
Vthiết bị = Vtrụ + 2Vcầu
Thể tích phần hình trụ:
Vtrụ = h1 = 1.3D = 1.021 Thể tích phần chòm cầu:
Vcầu = π/6 x h2 x ((h2)2 + 3r2) = 0,132 D3 (5.4) Vậy thể tích của thiết bị là :
Vthiết bị = Vtrụ + 2Vcầu= 1.021 2 0,132 D3= 1,285 Suy ra đường kính của thùng chứa :
Nguyên tắc chọn thiết bị
Khi chọn thiết bị cần phải đảm bảo tuân thủ các nguyên tắc sau đây:
- Thiết bị phải đảm bảo chất lượng sản phẩm cao, lãng phí nguyên liệu ít nhất.
- Đây phải là những thiết bị hiện hành ở trong hoặc ngoài nước.
- Thiết bị làm việc liên tục, có cấu tạo đơn giản, rẻ tiền, dễ sử dụng và sửa chữa.
- Kích thước nhỏ gọn, năng suất cao và ít tiêu hao năng lượng.
5.2.3 Công thức tính các thiết bị hình trụ, đáy hình chóp
Thiết bị hình trụ đứng, nắp hình chỏm cầu, đáy hình chóp và hệ thống cánh khuấy để đảo đều nguyên liệu bên trong thiết bị, thiết bị làm việc gián đoạn.
Hình 5. 2: Thiết bị hình trụ đáy chóp
h2 là chiều cao của hình chỏm cầu và hình chóp.
H là tổng chiều cao thiết bị. Chọn h1= 0.8D và h2=0.2D. Vậy chiều cao thiết bị là:
H = h1+2h2 = 0.8D + 20.2D = 1.2D Thể tích thiết bị: Vthiết bị = Vtrụ + Vcầu + Vchóp Thể tích phần hình trụ: Vtrụ = h1 = 0.8D = 0. Thể tích phần chỏm cầu: Vcầu = π/6 x h2 x ((h2)2 + 3r2) = 0,154 D3 (5.7) Thể tích phần chóp: Vchóp = π/3 x (h2/4)2 x h2= 0,052 D3 (5.8) Vậy thể tích của thiết bị là :
Vthiết bị = Vtrụ + Vcầu+ Vchóp = 0.6280.154 + 0,052 D3= Suy ra đường kính của thùng chứa :
5.2 Tính và chọn thiết bị trong nhà máy
5.2.1 Thiết bị pha loãng rỉ đường
Chọn thùng có dạng hình trụ đứng, vỏ thùng được làm bằng thép không gỉ. Bên trong có cánh khuấy, nắp và đáy bằng chỏm cầu (hình 5.1).
Lượng rỉ đường cần pha loãng trong 1 ca là 38431,848 (L/ca). Giả sử khối lượng riêng của dung dịch rỉ đường là 1,414.
Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là: φ = 0,8. Vậy thể tích thực tế của thiết bị :
V = 48 (m3/ngày)
Ta thiết kết một thiết bị pha loãng rỉ đường với năng suất chứa là 25 m3
Áp dụng công thức 5.4 ta có:
D = = 2,690 (m) = 2690 (mm) Suy ra: H1 = 1,3D = 1,3 x 2690 = 3497 (mm)
H2 = 0,3D = 0,3 x 2690 = 1049 (mm) H = H1 + 2H2 = 3497 + 1049 = 5595 (mm)
Vậy chọn 2 thiết bị pha loãng rỉ đường có kích thước là: D = 2690 mm, H= 5595 mm.
Hình 5. 3: Thiết bị pha loãng rỉ đường
5.2.2 Thiết bị thủy phân rỉ đường
Chọn thiết bị có hình trụ với hai hình côn trên và dưới. Bề mặt bên trong của thiết bị được phủ lớp vật liệu composite chịu nhiệt và chịu acid và có hệ thống cánh khuấy.
Hình 5. 4: Thiết bị acid hóa rỉ đường [26]
Thể tích dung dịch rỉ đường sau khi acid hóa là: V= 38476,42 (L/ca)
Ta thiết kết một thiết bị acid hóa rỉ đường với năng suất chứa là 25 m Áp dụng công thức 5.4 ta có: D = = 2,690 (m) = 2690 (mm) Suy ra: H1 = 1,3D = 1,3 x 2690 = 3497 (mm) H2 = 0,3D = 0,3 x 2690 = 1049 (mm) H = H1 + 2H2 = 3497 + 1049 = 5595 (mm)
Vậy chọn 2 thiết bị pha loãng rỉ đường có kích thước là: D = 2690 mm, H= 5595 mm.
Nguyên tắc hoạt động: Thiết bị thuỷ phân rỉ đường bên trong có tráng men chịu
acid làm việc gián đoạn, có dạng hình trụ, nắp bằng và đáy hình nón. Vận tốc cánh khuấy 0,2-0,3 vòng/s. Dịch được nạp liên tục vào hệ thống ống khuếch tán bên dưới đáy, sản phẩm sẽ được thu nhận qua ống góp nằm dưới mức trên của ống xilanh. Để nén và thấm ướt nguyên liệu cần cho nước và acid vào đồng thời.
5.2.3 Thiết bị ly tâm trục vít nằm ngang
Lượng rỉ đường đem ly tâm trong một ca là :36154,82 lít/ca = 4,52 m3/h. Thời gian công đoạn ly tâm, tháo và nạp liệu là 1h.
Chọn thiết bị ly tâm có thông số như bảng 5.2. Số thiết bị ly tâm cần dùng cho công đoạn này là:
n = = 0,04 Vậy chọn 1 máy ly tâm lọc lắng nằm ngang.
Bảng 5. 1: Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm nằm ngang[27]
Hình 5. 5: Thiết
bị ly tâm nằm ngang
ST
T Model LW650 - 2600
1 Năng suất, m3/h 20
2 Đường kính của rôto,mm 650
3 Bề dày thành của trống quay,mm 10 4 Số vòng quay lớn nhất của roto, v/p 4000
5 Yếu tố phân chia 3140
6 Công suất động cơ, kw 55/90
7 Kích thước cơ bản, mm 4900*1450*1650
8 Khối lượng, kg 6500
Nguyên tắc hoạt động: Dưới tác dụng của lực ly tâm, huyền phù được phân chia và các tiểu phần của pha rắn được lắng trên tường của roto. Chất lỏng trong chảy vào cửa rót, tràn qua ngưỡng rót và được tháo ra khỏi roto. Đường kính của ngưỡng tràn được điều chỉnh bởi van điều tiết.Hoạt động của máy ly tâm được điều chỉnh bởi số vòng quay của roto bằng cách thay đổi đường kính bánh đai, thay đổi tốc độ nạp huyền phù và thay đổi đương kính của ngưỡng tràn.
Hình 5. 6: Tank chứa bả ly tâm
Thông số kỹ thuật của bồn chứa inox 1200 lít AB – 01 – 1200 [28]
- Bồn được gia công bằng vật liệu inox 304
- Thể tích chứa 1200 L trở xuống
- Chất liệu thân bồn và đáy bồn làm bằng vật liệu dày, phù hợp với từng nhu cầu
- Chân bồn linh động có thể gắn bánh xe hoặc cố định
Gia công thiết kế theo thông số:
- Dung tích (L): 1200L
- Đường kính(D): 1050 mm
- Chiều cao(H): 2380 mm
Lượng bả sau ly tâm trong một ca là :2146,52 lít/ca = 2,15 m3/ca. Số thiết bị ly tâm cần dùng cho công đoạn này là:
n = = 1,43 Vậy chọn 2 tank chứa bả sau ly tâm.
5.2.4 Thiết bị pha chế dịch lên men
Tổng thể tích môi trường pha chế dịch lên men trong 1 ca là:V = 64069,93 (lít/ca). Chọn hệ số chứa đầy là φ = 0,8.
Ta có thể tích thực tế của thùng pha chế là: Vthiết bị = = 80,08 (m3). Vậy chọn thùng có thể tích 25 m3.
Hình 5. 7: Thiết bị pha chế dịch lên men
Áp dụng công thức 5.9 ta có:
= 3,975 (m)
Suy ra: H1 = 1,3D = 1,3 x 3975 = 3180 (mm)
H2 = 0,3D = 0,3 x 3975 = 795(mm) H = H1 + 2H2 = 3497 + 1049 = 4770 (mm) Chọn 1 thùng pha chế có kích thước như sau
Bảng 5. 2: Bảng thông số thiết bị pha chế dịch lên men
Thành phần Thông số Đơn vị
Đường kính 3975 mm
Chiều cao 4770 mm
Số lượng 4 Cái
5.2.5Thiết bị tiệt trùng và làm nguội
Năng suất của dịch đem tiệt trùng và làm nguội là 65279,67 (kg/ca). Thời gian cho công đoạn tiệt trùng làm nguội và vệ sinh thiết bị là 2h. Chọn thiết bị tiệt trùng và làm nguội có năng suất là 10 000 kg/h Số lượng thiết bị cần là:
Vậy ta chọn 4 thiết bị tiệt trùng và làm nguội dạng tấm có các thông số kĩ thuật cơ bản như sau:
Bảng 5. 3: Thông số kỹ thuật của thiết bị tiệt trùng và làm nguội dạng tấm[30]
ST
T Model BS – 10
1 Năng suất, lít/h 10000
2 Diện tích trao đổi nhiệt, m2 52
3 Áp lực kế, Mpa 1
4 Kích thước tấm, mm 1500 x 460 x 600
5 Kích thước thiết bị, mm 2500*2200*2500
6 Nhiệt độ thiết kế, oC 130oC
7 Nhiệt độ ra, oC 50oC
8 Nhiệt độ nguyên liệu vào, oC 85oC - 95oC 9 Tốc độ trao đổi nhiệt năng, kcal/h 5x104
10 Số lượng 4
Hình 5. 8: Thiết bị tiệt trùng làm nguội UHT BS – 10[29]
Tùy vào cấu tạo của máy và mục đích sử dụng trong sản xuất thực phẩm (chiết rót nóng, chiết rót lạnh, sử dụng chai PET, chai thủy tinh hay hộp giấy Tetra Pak…) mà máy có cấu tạo khác nhau.
Ở Việt Nam chúng ta có các loại máy tiệt trùng UHT dạng ống lồng ống (dùng cho chiết rót nóng các thực phẩm lỏng, tức là không có công đoạn hạ nhiệt nhanh sau khi tiệt trùng), máy tiệt trùng UHT dạng tháp, máy tiệt trùng UHT mini (như hình ảnh). Tùy vào công suất hoạt động của máy mà ta có thể áp dụng trong các phòng thí nghiệm, phòng R&D, hoặc trong các công ty sản xuất từ quy mô nhỏ đến lớn.
Phần tiếp xúc với sản phẩm chế tạo bằng Inox 304, kết cấu vững chắc, hệ thống luôn đảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm. Tính năng ổn định, thao tác đơn giản, sửa chữa thuận tiện, đảm bảo không có sự lắng cặn và tăng khả năng trao đổi nhiệt. Lắp đặt, tháo dỡ, vệ sinh dễ dàng, tính tự động hoá cao, kín đáo làm giảm khả năng nhiễm khuẩn của thực phẩm.
Nguyên lý:
Máy tiệt trùng UHT có cấu tạo khác nhau ở mỗi nhà sản xuất khác nhau, tuy nhiên nguyên lý hoạt động chung vẫn là trao đổi nhiệt giữa thực phẩm lỏng với vách ngăn chứa chất tải nhiệt.
Quy trình tiệt trùng thương mại: Nguyên liệu được xử lý ở nhiệt độ 135-140oC trong thời gian rất ngắn (khoảng 2 – 5 giây), rồi làm nguội nhanh xuống 20 – 25oC, giúp tiêu diệt hầu hết vi khuẩn có hại và giữ lại tối đa dưỡng chất.
5.2.6 Thiết vị lên men
Năng suất của dịch đem lên men cho mỗi mẻ ứng là 62622,84 (l/ca). Chọn hệ số chứa đầy là φ = 0,65.
Thể tích thực của thiết bị là:
V = = 96,3 (m3/ngày). Vậy chọn thiết bị lên men với thông số kỹ thuật là:
Bảng 5. 4: Thông số kỹ thuật của thiết bị lên men dạng đứng [30]
Thể tích, m3 15
Lượng môi trường nạp vào,m3 <12
Áp suất, Mpa 0,1 – 0,6
Số vòng quay của trục, vòng/phút 500
Ta có, thời gian lên men một mẻ là 1ngày. Nên số thiết bị thủy phân cần sử dụng là:
n = = 6,42
Vậy ta chọn 8 thiết bị lên men (thêm 1 thiết bị dự trữ).
Vì nhà máy sản xuất 2 ca liên tục nên số lượng thiết bị cho quá trình lên men là 16
Hình 5. 9: Thiết bị lên men SSG - 15Bảng 5. 5: Thông số kỹ thuật Bảng 5. 5: Thông số kỹ thuật
STT Thiết bị lên men SSG - 15
1 Model SSG - 15
2 Thể tích, L 15000
3 Đường kính 2650
4 Chiều cao 4450
5.2.7Thi t b ly tâm tách sinh kh iế ị ố
Khối lượng canh trường cần ly tâm là 77495,8 (L/ca)
Chọn thời gian ly tâm là 1 giờ 30 phút nên năng suất thiết bị cần dùng là 51663,9 L/h.
n = = 4,86
Chọn 5 thiết bị lọc ly tâm dạng đĩa DHC-500có các thông số sau:
Bảng 5. 6: Thông số kỹ thuật của thiết bị ly tâm dạng đĩa [31]
STT Thiết bị ly tâm dạng đĩa DHC500
4 Tốc độ, vòng/ phút 6700
5 Kích thước (L × W × H ), mm 1500 × 900 × 1500
Hình 5. 10: Thiết bị ly tâm dạng đĩa [26] 5.2.8 Thiết bị nhân giống
5.2.8.1 Thiết bị nhân giống sản xuất
Thể tích môi trường nhân giống sản xuất là 5255,38 lít/ca. Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là = 0,7.
Thể tích thực của thiết bị là: V = = 75,07 (m3/ca).
Thời gian lên men giống sản xuất là 24 h, vậy chọn 8 thiết bị nuôi cấy giống sản xuất với kích thước D = 1360mm, H = 2500 mm, mỗi thiết bị nhân giống cho 1 ca sản xuất.
Bảng 5. 7: Bảng thông số thiết bị nhân giống sản xuất
STT Thiết bị nhân giống sản xuất HEM - 1000
1 Model HEM - 1000
2 Chiều cao (mm) 2500
3 Đường kính (mm) 1360
4 Diện tích sưởi ấm (m2) 2,6
5 Trộng lượng (US gallon) 24
Hình 5. 11: Thiết bị nhân giống sản xuấtHEM - 1000
5.2.8.2 Thiết bị nhân giống cấp 2
Thể tích môi trường nhân giống cấp 2 là 470,63 lít/ca. Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là = 0,7.
Thể tích thực của thiết bị là: V = = 0,67 (m3/ca).
Chọn thiết bị nhân giống cấp 2 giống với thiết bị nhân giống sản xuất nhưng với thể tích 0,1(m3).
Thời gian nhân giống cấp 2 là 12h. Chọn số thiết bị nuôi cấy giống cấp 2 là 8 thiết bị.
Hình 5. 12: Thiết bị nhân giống sản xuất BLBIO – 100SJA
5.2.8.3 Thiết bị nhân giống cấp 1
Thể tích môi trường nhân giống cấp 1 là 42,89 L/ca. Chọn hệ số chứa đầy của thiết bị là = 0,7.
Thể tích thực của thiết bị là: V = = 0,061 (m3/ca).
Chọn thiết bị nhân giống cấp 1 giống với thiết bị nhân giống sản xuất nhưng với thể tích 0,04(m3).
Thời gian nhân giống cấp 1 là 12h. Chọn số thiết bị nuôi cấy giống cấp 1 là 2 thiết bị.
Hình 5. 13: Thiết bị nhân giống sản xuất MINGYI
5.2.8.4 Hoạt hóa giống
Môi trường nhân giống cấp 1 trong một ngày là 5,6 lít
Chọn bình tam giác thể tích 1000 ml. Vậy số lượng bình tam giác cần cho nhân
giống là: n = = 5,6 (bình)
Vậy chọn 10 bình tam giác thể tích 1000 ml.
5.2.9 Thiết bị ly tâm
Thể tích dung dịch trước khi vào ly tâm là 19200 lít/ca. Thời gian để ly tâm một mẻ là 1giờ 30phút .Số thiết bị ly tâm cần dùng là:
n = = 2,56
Hình 5. 14: Thiết bị ly tâm tách pha dạng đĩa
Cấu tạo và nguyên lý hoạt động:
Thiết bị ly tâm tách pha dạng đĩa, ở giữa của thiết bị là trục của động cơ ly tâm. Bên trong là trục hình trụ chuyển động xoay tròn trên đỉnh có gắn các pec phun nước để rửa liệu, dung dịch sẽ được nhập vào bồn bằng hệ thống van và lượng dịch sẽ được điều chỉnh nhờ hệ thống phao định lượng. Dưới tác dụng của lực ly tâm, các cấu tử rắn chuyển động về phía thành của hệ thống máy ly tâm nhằm tách phần dịch ra khỏi phần rắn.
5.2.10 Tank rửa sinh khối
Tổng thể tích canh trường sau lên men trong 1 ca là:V = 27619,5 (lít/ca).