CHƯƠNG 8 : TÍNH TỐN NĂNG LƯỢNG – ĐIỆN – NƯỚC
2. Tính hơi nước
2.1. Q trình sản xuất
Hydrate hĩa nấm men:
- Khối lượng cần gia nhiệt: 0,31kg nấm men + 2,79kg nước (nấm men:nước = 1:9) - Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt nước:
Q11 = m.c(t2 − t1) = (2,79 + 0,31)*4,2*(37 − 25) = 156,24 (kJ) - Nhiệt lượng cần cung cấp để giữ nhiệt 20p:
Q12 = 2060 * 0,1 * Q11 = 0,1 * 2060 * 156,24 = 5,21 (kJ) - Tổng nhiệt cần cung cấp:
Qhydrate = Q11 + Q12 = 161,45 (kJ)
Nấu syrup
Tổng khối lượng đường, nước nấu syrup cả 2 quá trình (xem các chất khác khơng đáng kể): - Đường sucrose 99,9%: 182,4 kg
- Nước: 91 kg
Bảng 25: Thành phần sử dụng trong quá trình nấu syrup
- Nhiệt dung riêng của syrup là:
csyrup = 66,7%*cđường + 33,3%*cnước = 66,7%*1,244 + 33,3%*4,18 = 2,22 (kJ/kg.độ) với nhiệt dung riêng của đường RE là: c = 1,244 kJ/kg.độ
- Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt syrup từ 25oC đến 70oC là: - Nhiệt lượng cần cung cấp để giữ nhiệt syrup 1h:
- Tổng nhiệt cần cung cấp:
Qsyrup = Q21 + Q22 = 30043,93 (kJ)
Thanh trùng
- Khối lượng sản phẩm cần thanh trùng: 1334,65 kg (1224,45 L).
- Giả sử các thành phần khác khơng đáng kể, tồn bộ lượng đường trong sản phẩm là đường RE cĩ nhiệt dung riêng: c = 1,244 kJ/kg.độ.
Bảng 26: Thành phần cider trước thanh trùng
Nước
Tổng
- Nhiệt dung riêng của cider thành phẩm là:
c = 15%*cđường + 81,5%*cnước + 4,5%*ccồn = 15%*1,244 + 81,5%*4,18 + 4,5%*2,48 = 3,70 (kJ/kg.độ)
- Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt cider từ 30oC đến 80oC: - Nhiệt lượng cần cung cấp để giữ nhiệt cider 10p:
- Tổng nhiệt cần cung cấp:
Qthanh trùng = Q31 + Q32 = 246910,25 + 8230,34 = 255140,59 (kJ)
Tính tốn tổng lượng nhiệt sử dụng trong sản xuất
- Tổng nhiệt cần cung cấp đối với 1000kg táo:
Q1 = Qhydrate + Qsyrup + Qthanh trùng = 161,45 + 30043,93 + 255140,59 = 285343,74 (kJ)
- Tổng nhiệt cần cung cấp đối với 1 ngày sản xuất:
Q2 =285343,74 ∗30000 = 7026267,3 (kJ)
1218,33
-Giả sử nhiệt năng sử dụng bị hao tổn 10% ra ngồi mơi trường. Qngày = Q2 + Qtt = Q2 + 10%*Q2 = 7728894 (kJ)
Tính lượng hơi trong sản xuất
- Lượng hơi sử dụng đối với 1 ngày sản xuất của các quá trình: Hsản xuất =
0,9: lượng hơi ngưng 90%
r = 2208 kJ/kg : ẩn nhiệt hĩa hơi của nước ở 2at
2.2. Tính tốn cho CIP
- Lượng nước sử dụng cho CIP trong 1 ngày: 15,4 m3 (Chương 8 - Mục 4) -Dung dịch xút, acid để CIP nĩ nồng độ nhỏ, giả sử nhiệt dung riêng và khối lượng riêng xấp xỉ của nước: c = 4,18 kJ/kg.độ
-Nhiệt độ của các dung dịch cần gia nhiệt khoảng từ 60-700C. Chọn gia nhiệt dung dịch từ 250C lên đến 700C.
- Cần duy trì nhiệt độ trong suốt thời gian CIP = 30 phút.
- Nhiệt lượng cần cung cấp để gia nhiệt 15,4 m3 nước từ 25 – 700C.
- Nhiệt lượng cần cung cấp để giữ nhiệt 15,4 m3 nước trong 30p.
Q42 =3060 * 0,1 * Q11 =3060 * 0,1 * 2896740 = 144837 (kJ)
- Giả sử nhiệt năng sử dụng bị hao tổn 10% ra ngồi mơi trường.
- Lượng hơi sử dụng đối với 1 ngày CIP: HCIP =
Với: 1,1: tổn thất nhiệt, đường ống và hơi ra mơi trường 10% 0,9: lượng hơi ngưng 90%
r = 2208 kJ/kg : ẩn nhiệt hĩa hơi của nước ở 2at
2.3. Tổng kết và chọn nồi hơi
2.3.1. Lượng hơi sử dụng
- Lượng hơi sử dụng trong 1 ngày của nhà máy:
- Lượng hơi sử dụng trong 1h của nhà máy: Các tổn thất nhiệt là 10%, hệ số sử dụng khơng đồng thời n = 1,3.
Hthực = 6131∗1,1 ∗ 1,3 = 365,3 (kg/h)
24
2.3.2. Chọn nồi hơi
- Chọn nồi hơi cơng suất từ 500 (kg/h) trở lên
Hình 39: Nồi hơi
Nhà phân phối: Zu How Industry Nơi sản xuất: Đài Loan
Model: ZH-500KE Thơng số thiết bị:
Năng suất Kích thước máy Điện năng tiêu thụ Hiệu quả
Áp suất Nguyên liệu
3. Tính năng lượng lạnh 3.1. Kho bảo quản táo
- Nhiệt độ tối thiểu trong kho lạnh phải đạt 8 - 12 độ C và độ ẩm từ 90-95% thì các loại hoa quả mới cĩ sự hơ hấp thấp nhất.
- Kích thước kho bảo quản: 34 x 35 x 7m + Chiều dài: 34 m
+ Chiều rộng: 35 m + Chiều dài: 7 m - Thể tích kho lạnh:
- Nhiệt độ kho lạnh bảo quản: 100C
- Khối lượng táo nhập 1 tuần 1 lần để bảo quản: 172,34 tấn. Lấy tương đối khối lượng cần làm lạnh trong kho lạnh khoảng 180 tấn.
- Nhiệt dung riêng của quả táo, mơi trường, các yếu tố khác, lấy xấp xỉ bằng nhiệt dung riêng của quả táo: c = 3,64 kJ/kg.độ
- Lượng nhiệt cung cấp để làm lạnh kho từ 200C xuống 100C. - Lượng nhiệt duy trì kho lạnh 1 ngày 24h.
- Tổng lượng nhiệt cần để duy trì kho lạnh 1 ngày: Qkho lạnh = Q51 + Q52 = 22,28 * 106 (kJ)
3.2. Lên men
Nhiệt độ ban đầu: t1 = 400C Nhiệt độ cần duy trì: t2 = 200C Thời gian: 7 ngày = 168h
Khối lượng đầu vào tính theo 1000kg táo: 809,61 (kg)
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp (lấy tương đương dung dịch đường 16%) c = 0,16*1,244 + 0,84*4,18 = 3,71 (kJ/kg.độ)
- Lượng nhiệt cần cung cấp để làm lạnh từ 400C xuống 200C:
- Lượng nhiệt cần cung cấp để duy trì làm lạnh 1 ngày = 24h:
- Lượng nhiệt cần cung cấp để duy trì làm lạnh 1 ngày: Qlên men = 144176 + 60073,06 = 205250 (kJ)
3.3. Thanh trùng
Nhiệt độ ban đầu: t1 = 800C Nhiệt độ sau: t2 = 200C
Khối lượng đầu vào tính theo 1000kg táo: 1334,65 (kg)
Nhiệt dung riêng của hỗn hợp (theo cider ở phần tính nhiệt): c = 3,70 (kJ/kg.độ)
- Lượng nhiệt cần cung cấp để làm lạnh từ 800C xuống 200C: Qthanh trùng = m.c(t2 − t1) = 1334,65*3,7*(80 – 20) = 60073,06 (kJ)
3.4. Làm nguội syrup
- Nhiệt dung riêng của syrup là:
csyrup = 66,7%*cđường + 33,3%*cnước = 66,7%*1,244 + 33,3%*4,18 = 2,22 (kJ/kg.độ) với nhiệt dung riêng của đường RE là: c = 1,244 kJ/kg.độ - Nhiệt lượng cần cung cấp để làm nguội syrup từ 70 xuống 25oC là:
Qlàm nguội syrup = m.c(t2 − t1) = (182,4 + 91)*2,22*(70 – 25) = 27312,66 (kJ)
3.5. Tổng kết và chọn máy nén lạnh
- Nhiệt lượng cần cung cấp tính theo 1000kg táo của các quá trình (trừ kho lạnh): Q1 = Qlên men + Qthanh trùng + Qlàm nguội syrup = 292635,72 (kJ)
- Tổng nhiệt lạnh cần cung cấp đối với 1 ngày sản xuất: (trừ kho lạnh) Q2 = 292635,72 ∗30000 = 72058245 (kJ)
1218,33
- Tổng nhiệt lạnh cần cung cấp trong 1 ngày sản xuất bao gồm kho lạnh, trong đĩ tổn thất nhiệt ra ngồi mơi trường là 10%.
Qngày = 1,1 * (Qkho lạnh + Q2) = 1,1 *(22,28*106 + 72058245) = 10,4 * 107 (kJ) - Nhiệt lạnh trung bình cho 1h:
Qtb = à 24 = 4,33 * 106 (kJ/h) = 1204 kW/h Chọn máy nén lạnh - Chọn máy nén 6GE-40Y-40P của Bizter.
Hình 40: Máy nén lạnh
Model: 6GE-40Y-40P Thơng số thiết bị: Năng suất Kích thước máy Cơng suất Cơng suất lạnh Số lượng 4. Tính nước
4.1. Nước cho sản xuất, sinh hoạt
Nước sử dụng trong nhà máy gồm 2 phần chính: − Nước cơng nghệ: cho vào sản phẩm
− Nước phi cơng nghệ: phục vụ cho nồi hơi, vệ sinh thiết bị, nhà xưởng và phục vụ cho sinh hoạt của cơng nhân.
− Từ cân bằng vật chất, ta cĩ:
➔ Nước cơng nghệ 1 ngày: 12 m3/ngày
➔ Nước phi cơng nghệ 1 ngày: 6 m3/ngày
4.2. Nước cho CIP
Vệ sinh thiết vị trong phân xưởng bao gồm hai loại:
- Vệ sinh thường: với các loại thiết bị hở, khơng khép kín. Chế độ vệ sinh: Vệ
sinh bằng nước.
- Vệ sinh CIP: với các thiết bị hệ thống nồi, thùng hoặc đường ống nguyên trạng
khép kín và khơng tháo mở. • Chế độ CIP 1:
- Rửa bằng nước nước nĩng 600C trong 10 phút
- Rửa bằng dung dịch kiềm 1,5% với nhiệt độ 700C trong 10 phút.
- Tráng rửa kiềm bằng nước nĩng 60 0C trong 5 phút.
- Rửa bằng acid nitric 1,5% với nhiệt độ 700C trong 10 phút.
- Tráng rửa acid bằng nước nĩng 600C trong 5 phút.
- Rửa và làm nguội bằng nước thường trong 10 phút • Chế độ CIP 2 :
- Rửa bằng nước nước nĩng 600C trong 5 phút
- Rửa bằng dung dịch kiềm 1,5% với nhiệt độ 700C trong 10 phút.
- Tráng rửa kiềm bằng nước nĩng 600C trong 5 phút..
- Rửa và làm nguội bằng nước thường trong 10 phút
Gỉả sử, các dung dịch kiềm và acid citric nồng độ thấp, cĩ khối lượng riêng xấp xỉ bằng nước thường dùng để vệ sinh. Thời gian trung bình để CIP cho các thiết bị là 30p. Sau mỗi ca CIP 1 lần.
Để đơn giản, thể tích nước dùng để CIP tính theo thể tích của thiết bị lên men, khuấy trộn là khoảng 10 m3.
+ Tổng số các thiết bị cần vệ sinh 1 ca: 23 thiết bị (tính cả thiết bị đĩng gĩi, dán nhãn),
thiết bị lên men 1 ngày vệ sinh 1 thiết bị.
+ Thể tích nước và hĩa chất cần để tương đương khoảng 2% thể tích thiết bị.
+ Riêng thiết bị lên men, mỗi ngày CIP 1 thiết bị do đã đủ thời gian lên men.
- Thể tích nước cần để vệ sinh 1 thiết bị: 2% * 10 = 0,2 (m3) - Thể tích nước cần để vệ sinh 23 thiết bị trong 1 ca: 0,2 * 23 = 4,6 (m3)
-Thể tích nước cần để vệ sinh trong 1 ngày,
bao gồm thêm 1 thiết bị lên men: (4,6 * 3) + 0,2 = 14 (m3)
- Thể tích tổng cần vệ sinh cao hơn khoảng 10% so với lý thuyết. 14 * (1 + 10%) = 15,4 (m3)
- Thể tích thiết bị CIP cần chọn cao hơn 20% để cho nhu cầu tương lai. 15,4 * (1 + 20%) = 18,48 (m3)
4.3.2. Chọn bể nước
- Chọn bể nước cĩ thể tích khoảng 80 – 100 m3 do ngồi trong sản xuất, cịn sử dụng trong phịng cháy chữa cháy, hao hụt, hay các mục đích khác.
- Chọn 3 bể nước dung tích 30 m3.
Hình 41: Bể nước 30m3
Nhà phân phối: Cơng ty Sơn Hà Nơi sản xuất: Việt Nam
Model: F2200 Thơng số thiết bị: Thể tích Kích thước máy Đường kính Vật liệu
5. Tính điện năng
5.1. Điện năng các thiết bị sử dụng trong phân xưởng
Bảng 28: Thiết bị và điện năng sử dụng trong phân xưởng
Thiết bị Thiết bị phân loại dạng băng chuyền Thiết bị rửa dạng băng chuyền Thiết bị nghiền trục vis Bồn ủ enzyme Thiết bị ép băng tải
Thiết bị lọc khung bản
Thiết bị khuấy trộn cĩ cánh khuấy
Bồn lên men Bộ bão hịa CO2
Máy chiết rĩt lon nhơm tự động Thiết bị thanh trùng đường hầm Máy dán nhãn tự động Máy đĩng thùng tự động
Thiết bị trao đổi nhiệt bản mỏng Thiết bị nhân giống
Nồi nấu syrup Nồi hơi Tổng cơng suất thiết bị chính Điện lạnh Tổng 5.2. Điện lực
- Cơng suất tiêu thụ của các thiết bị khác (TBK), lấy bằng 10% cơng suất thiết
bị chính (TBC):
PTBK = 10% * 124 = 12,4 (kW)
- Cơng suất tiêu thụ cho các mục đích khác và hao hụt bằng 10% tổng cơng suất
của nhà máy:
Pdl = 1,1 * k * (PTBC + PTBC + Plạnh) = 1,1 * 0,8 * (12,4 + 124 + 604) = 652 (kW)
5.3. Điện dân dụng
- Điện dân dụng lấy bằng 15% cơng suất điện sản xuất, hệ số sử dụng khơng đồng thời k = 0,8:
Pdd = 0,15 * k * Pdd = 0,15 * 0,8 × 652 = 78,24 (kW)
5.4. Chọn tụ điện
- Với các thiết bị, chọn cos dl = 0,6 → tg dl = 1,33
- Với hệ thống thiết bị điện dân dụng, chọn cos dd= 0,8 → tg dd = 0,75
- Để nâng cao hệ số cơng suất tới cos 2= 0,95 (khi đĩ tg 2=0,329) là hệ số cơng suất thường dùng của máy phát điện thì trong mạch phải mắc thêm tụ điện cĩ dung lượng bù là:
Qbù = Pdl * (tgφdl − tgφ2) + Pdd * (tg dd - tg 2) = 652 * (1,33 – 0,329) + 78,24 * (0,75 – 0,329) = 686,6 (kVA)
Chọn 4 tụ bù 3 pha mã số MX07-400/177.8-440/200 của hãng Mirko
- Dung lượng bù: Q = 200 kVar
- Dùng với tụ 440V
- Tần số 50Hz
- Uhệ thống = 380 – 400V; Iđm = 246.6A
5.5. Chọn máy biến áp
Ptổng = Pdl + Pdd = 652 + 78,24 = 730,24 (kW)
- Cơng suất tính theo lý thuyết của máy biến áp:
Stổng = Ptổng / cos 2 = 730,24 / 0,95 = 768,67 (kVA)
- Chọn cơng suất biển kiến định mức của máy biến áp là Sdm (kVA) sao cho: Sdm ≥ Stổng / 0.8 = 768,67 / 0,8 = 961 (kVa)
Chọn máy biến áp 3 pha THIBIDI 1000 kVA QĐ 797 ĐL HCM
- Model: ONAN - 1000
- Cơng suất: 1000 kVA
- Điện áp: 22 ± 2 x 2,5% - 15 / 0,4 kV
- Tần số: 50Hz
CHƯƠNG 9: THIẾT KẾ MẶT BẰNG NHÀ XƯỞNG
1. Quy tắc thiết kế
-Đánh giá các điều kiện tự nhiên, nhân tạo của khu đất xây dựng nhà máy làm cơ sở cho các giải pháp bố trí sắp xếp các hạng mục cơng trình, các cơng trình kỹ thuật, các biện pháp giải quyết các vấn đề vi khí hậu của nhà máy và các phân xưởng sản xuất… Sao cho phù hợp tối đa với yêu cầu dây chuyền cơng nghệ của nhà máy cũng như của các nhà máy lân cận trong vùng cơng nghiệp.
-Xác định cơ cấu mặt bằng, hình khối kiến trúc của các hạng mục cơng trình, định hướng nhà, tổ chức mạng lưới cơng trình phục vụ cơng cộng, trồng cây xanh, hồn thiện khu đất xây dựng, định hướng phân chia thời kì xây dựng, nghiên cứu khả năng mở rộng và phát triển của nhà máy.
- Giải quyết các vấn đề cĩ liên quan đơ thị với mơi trường qua các giải pháp để đảm bảo các yêu cầu về vệ sinh cơng nghiệp, chống ồn, chống ơ nhiễm mặt nước và khí quyển, cũng như các vấn đề liên quan đến an tồn sản xuất như hỏa hoạn và các sự cố đặc biệt khác. - Giải quyết các vấn đề liên quan đơ thị với mơi trường tạo khả năng hịa nhập của nhà máy với các nhà máy lân cận, phù hợp hài hịa với khơng gian tự nhiên của vùng.
- Đánh giá hiệu quả kinh tế kỹ thuật của phương án thiết kế về các phương diện như hiệu quả sử dụng đất, các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật chuyên ngành.
Yêu cầu khi thiết kế mặt bằng nhà máy:
- Giải pháp thiết kế tổng mặt bằng nhà máy phải đáp ứng được mức cao nhất của dây chuyền cơng nghệ sao cho chiều dài dây chuyền sản xuất ngắn nhất, khơng trùng lặp, lộn xộn, hạn chế tối đa sự giao nhau. Bảo đảm mối liên hệ mật thiết giữa các hạng mục cơng trình với hệ thống giao thơng, các mạng lưới cung cấp kĩ thuật khác bên trong và bên ngồi nhà máy.
- Trên khu đất xây dựng nhà máy phải được phân thành các khu vực chức năng theo đặc điểm của sản xuất, yêu cầu vệ sinh, đặc điểm sự cố, khối lượng phương tiện vận chuyển, mật độ cơng nhân… tạo điều kiện tốt cho quản lý vận hành các khu vực chức năng.
-Diện tích khu đất xây dựng được tính tốn thỏa mãn mọi yêu cầu địi hỏi của dây chuyền cơng nghệ trên cơ sở bố trí hợp lý các hạng mục cơng trình, tăng cường vận dụng các khả năng hợp khối nâng tầng sử dụng tối đa các diện tích khơng xây dựng để trồng cây xanh tổ chức mơi trường cơng nghiệp và định hướng phát triển mở rộng nhà máy trong tương lai. - Tổ chức hệ thống giao thơng vận chuyển hợp lí phù hợp với dây chuyền cơng nghệ, đặc tính hàng hĩa đáp ứng mọi yêu cầu sản xuất và quản lý, luồng người, luồng hàng phải ngắn
- Phải thoả mãn các yêu cầu về vệ sinh cơng nghiệp, hạn chế tối đa các sự cố sản xuất, đảm bảo yêu cầu vệ sinh mơi trường bằng các giải pháp phân khu chức năng, bố trí hướng nhà hợp lý theo hướng giĩ chủ đạo của khu đất. Khoảng cách các hạng mục cơng trình phải