Quá trình
Tỷ lệ tổn thất
Hiệu suất
quá trình Tài liệu tham khảo
Chuẩn bị nguyên liệu 5% Phối trộn 0,3% Thanh trùng và làm nguội 1,5%
Lên men 2% 70%
Nghiền 0,5% 85% Lê Văn Hồng, 2004
Trích ly 3% 80% Lê Văn Hoàng, 2004
Kết tủa 2% 62,23% Trần Thanh Trúc,
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 24 Ly tâm 1,8% 85% Phạm Thị Thúy An và cs, 2015 Lọc 2% 80% Sấy 1,5% 90% Bao gói 0,1% Cân bằng vật chất 3.2.1. Bao gói Tỷ lệ tổn thất là 0,1%
Lượng sản phẩm trước khi bao gói là: PTB = mPME× 100
100 − 0,1 =
641,03 × 100
100 − 0,1 = 641,7 ( kg/mẻ)
3.2.2. Quá trình sấy
Lượng sản phẩm sau khi sấy là PSS = PTB = 641,7 (kg/mẻ)
Độ ẩm vật liệu trước khi sấy là W1 = 50% (lượng enzyme sau khi lọc ở dạng sệt)
Độ ẩm vật liệu sau khi sấy là W2 = 3%. Lượng ẩm bay hơi là W:
Ta có cơng thức tính lượng ẩm dựa theo “Sổ tay quá trình và thiết bị cơng
nghệ hóa chất tập 2” do Nguyễn Bin và cộng sự biên soạn (2006)
PTS = PSS + W Và: W = W1− W2 100 − W2× PTS => W = W1− W2 100 − W2× (PSS+ W) = 50 − 3 100 − 3× (641,7 + W) => W = 603,198 (kg/mẻ)
Tỷ lệ tổn thất 1,5% và hiệu suất quá trình đạt H = 90% Ta có lượng sản phẩm trước khi sấy là :
PTS = (641,7 + 603,198) × 100 100 − 1,5×
100
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 25
3.2.3. Quá trình lọc
Tỷ lệ tổn thất 2% và hiệu suất quá trình đạt H = 80% Lượng sản phẩm trước khi lọc:
PTLo = 1404,3 × 100 100 − 2×
100
80 = 1791,2 (kg/mẻ)
Ta có khới lượng của enzyme là 1791,2 kg/mẻ kèm theo lượng muối đã kết tủa enzyme là 1764,7 kg được tính từ quá trình kết tủa.
Khới lượng riêng của enzyme là 1,05 kg/l, thể tích của enzyme là:
VEnzyme =1791,2
1,05 = 1705,9 (lit)
Ta có khới lượng riêng của ḿi (NH4)2SO4 là 1,77 g/cm3, thể tích của ḿi đã kết tủa là:
VMuối tủa =1764,7 x 1000
1,77 = 997005,65 (cm 3)
VMuối tủa = 997,00565 lit.
Vậy nên ta sẽ sử dụng lượng muối để kết tủa enzyme là: 997,1 lit. Tổng thể tích vật chất trong quá trình lọc là:
VL = VMuối tủa + VEnzyme = 997,1 + 1705,9 = 2703 (lit)
3.2.4. Quá trình ly tâm
Tỷ lệ tổn thất 1,8% và hiệu suất quá trình đạt H = 85% Lượng sản phẩm trước khi ly tâm:
PTLy = 1791,2 × 100 100 − 1,8×
100
85 = 2145,93 (kg/mẻ)
Sau quá trình kết tủa ta thu được 2145,93 kg enzyme trong đó cịn khới lượng muối bổ sung vào là M(NH4)2SO4 = 2835,72 (kg)
Khối lượng riêng của enzyme là 1,05 kg/l, thể tích của enzyme là:
VEnzyme =2145,93
1,05 = 2043,743 (lit)
Ta có khới lượng riêng của ḿi (NH4)2SO4 là 1,77 g/cm3, thể tích của ḿi đã kết tủa là:
VMuối =2835,72 x 1000
1,77 = 1602101,695 (cm
3)
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 26 Tổng thể tích vật chất trong quá trình ly tâm là:
VLT = VMuối + VEnzyme = 1602,102 + 2043,743 = 3645,845 (lit)
3.2.5. Quá trình kết tủa
Tỷ lệ tổn thất 2% và hiệu suất quá trình đạt H = 62,23% Lượng sản phẩm trước khi kết tủa:
PTKT = 2145,93 × 100 100 − 2×
100
62,23 = 3518,8 (kg/mẻ)
Giả sử sau quá trình trích ly tồn bộ dung dịch đệm đã được loại bỏ hồn tồn, do đó trong quá trình kết tủa có bổ sung thêm ḿi để thu nhận enzyme mà tỷ lệ (NH4)2SO4 : PME thô từ 55 : 65 (w/v) [Trần Thanh Trúc, 2013].
Khối lượng riêng của enzyme là: 1,05 kg/l, thể tích của enzyme là:
VEnzyme =3518,8
1,05 = 3351,3 (lit) Vậy khối lượng muối cần sử dụng là:
(NH4)2SO4 Enzyme = 55 65= (NH4)2SO4 3351,3 => M(NH4)2SO4 = 2835,72 (kg)
Với hiệu suât kết tủa enzyme là 62,23% trong 2835,72 kg ḿi thì có 62,23% lượng muối kết tủa được enzyme. Vậy lượng muối đã kết tủa enzyme là:
2835,72 x 62,23% = 1764,7 (kg)
3.2.6. Q trình trích ly
Tỷ lệ tổn thất 3% và hiệu suất quá trình đạt H = 80% Lượng canh trường trước khi trích ly:
PTTL= 3518,8 × 100 100 − 3×
100
80 = 4534,54 (kg/mẻ)
Trong quá trình trích ly ta bổ sung thêm dung dịch đệm citrate với tỷ lệ dung dịch đệm : cơ chất là 2 : 1 v/w [Lê Thị Thu Trang, 2011]
Thể tích của dung dịch đệm citrate cần dùng là: 4534,54 x 2 = 9069,08 (lít)
3.2.7. Q trình nghiền
Tỷ lệ tổn thất 0,5% và hiệu suất quá trình đạt H = 85% Lượng sản phẩm trước khi nghiền
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 27 PTN = 4534,54 × 100
100 − 0,5× 100
85 = 5361,56 (kg/mẻ)
3.2.8. Quá trình lên men
Tỷ lệ tổn thất 2%, giả xử hiệu suất quá trình đạt H = 70% lượng mơi trường (khơng tính đến khới lượng giớng và nước) được sử dụng để tạo ra 4103,4 kg enzyme thô.
Khối lượng môi trường
MTLM = 5361,56 × 100 100 − 2×
100
70 = 7815,69 (kg/mẻ)
3.2.9. Quá trình thanh trùng và làm nguội
Tỷ lệ tổn thất là 1,5%
Ta có lượng mơi trường trước khi thanh trùng và làm nguội là:
MTT−LN = 7815,69 × 100
100 − 1,5= 7934,72 (kg/mẻ)
3.2.10. Quá trình phối trộn
Tỷ lệ tổn thất là 0,3%
Ta có lượng mơi trường trước khi phới trộn là: MPT = 7934,72 × 100
100 − 0,3= 7958,6 (kg/mẻ)
3.2.11. Quá trình chuẩn bị nguyên liệu
Bao gồm các q trình nghiền ngun liệu thơ tới kích thước cần thiết. Tỷ lệ tổn thất là 5%
Ta có khới lượng môi trường trước khi nghiển là: MNg = 7958,6 × 100
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 28 Từ khối lượng tổng của các nguyên liệu và tỷ lệ từng thành phần ta có khới lượng từng nguyên liệu như bảng sau:
Bảng 3.2: Khối lượng từng thành phần STT Thành phần Hàm lượng (%) Hàm lượng 1 Bột cám 62 5194,04 kg 2 Trấu 25 2094,37 kg 3 Cám mì 5 418,874 kg 4 Bã táo 5 418,874 kg 5 (NH4)2SO4 + (NH4)2Cl 1 83,78 kg 6 (NH4)3PO4 2 167,55 kg 7 Nước 55 55% × 8377,48 1000 = 4,61 (m3) 8 Giớng 16,5 v/w 16,5 × 8377,48 100 = 1382,3 (l) 9 Tổng
Khối lượng nguyên liệu = 8377,488 (kg) Thể tích nước, giống = 5,9923 (m3)
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 29
CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN THIẾT BỊ 4.1. Thiết bị nghiền ngun liệu 4.1. Thiết bị nghiền nguyên liệu
Chọn thiết bị nghiền 2012GM. Sản phẩm của công ty CPĐT Tuấn Tú.
Hình 4.1: Thiết bị nghiền 2012GM
Bảng 4.1: Bảng thơng số thiết bị nghiền nguyên liệu
Đặc điểm Thông số
Động cơ 42 Kw
Nguồn điện 380 V
Tớc độ trục chính 3000 – 3500 vịng /phút
Năng suất 1200 kg/h
Trọng lượng máy không động cơ 1500 kg
Thành phần nguyên liệu trước khi nghiền bao gồm: bột cám 5194,04 kg, cám mì 418,847 kg, bã táo 418,874 kg. Tổng khối lượng nguyên liệu nghiền là:
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 30 Giả sử thời gian nghiền nguyên liệu là 6 giờ với công suất máy nghiền là 1200 kg/h thì sớ thiết bị nghiền cần dùng sẽ là:
n = khối lượng nghiền trong 1 mẻ năng suất × thời gian nghiền =
6031,734
1200 x 6 = 0,84 (máy) Chọn số thiết bị nghiền nguyên liệu sử dụng là 1 máy
4.2. Thiết bị phối trộn
Chọn thiết bị máy trộn Coulter Mixer LDH-2 có các thơng sớ:
Hình 4.2: Thiết bị trộn Coulter Mixer LDH-2 Bảng 4.2. :Bảng thông số thiết bị phối trộn Bảng 4.2. :Bảng thông số thiết bị phối trộn
Đặc điểm Thông số Công suất 18,5 KW Năng suất 800 - 1200 kg/h Kích thước (L x W x H) 4200 x 2200 x 1650 mm Điện áp 220 – 380 V Khả năng sản xuất 5-50 tấn/h
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 31
Tớc độ 110 vịng/phút
Giấy xác nhận ISO9001: 2008
Ta có lượng sản phẩm trước khi phối trộn MPT = 7958,6 (kg/mẻ)
Giả sử thời gian phối trộn nguyên liệu là 8 giờ với cơng suất máy là 1200 kg/h thì sớ thiết bị nghiền cần dùng sẽ là:
n = lượng phối trộn trong 1 mẻ năng suất × số giờ =
7958,6
1200 × 8 = 0,83 (máy) Chọn số thiết bị phối trộn nguyên liệu sử dụng là 1 máy
4.3. Thiết bị thanh trùng
Chọn thiết bị thanh trùng nằm ngang, thiết bị hoạt động liên tục
Hình 4.3: Thiết bị thanh trùng nằm ngang Bảng 4.3: :Bảng thông số thiết bị thanh trùng Bảng 4.3: :Bảng thông số thiết bị thanh trùng
Đặc điểm Thông số
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 32
Thể tích 1800 L
Nhiệt độ làm việc lớn nhất 143°C Năng suất của thiết bị 300 Kg/h
Kích thước (L x W x H) 2150 x 1650 x 1450 mm
Cân nặng 910 Kg
Đường kính trong Ø 1100 mm
Lượng môi trường cần thanh trùng trong 1 mẻ: 7934,72 kg
Giả sử thời gian thanh trùng nguyên liệu là 24 giờ với công suất máy thanh trùng là 300 kg/h thì sớ thiết bị thanh trùng cần dùng sẽ là:
n = khối lượng thanh trùng trong 1 mẻ năng suất × thời gian thanh trùng =
7934,72
300 x 12= 1,102 (máy) => Chọn số thiết bị thanh trùng nguyên liệu sử dụng là 2 máy
4.4. Thiết bị lên men
Ta có khới lượng ngun liệu là 8377,488 kg, khối lượng nước là 4607,614 kg, giả sử khối lượng riêng của giống là 1,05 kg/lit nên khối lượng giống sẽ là 1451,415 kg.
Tổng khối lượng môi trường lên men rắn:
8377,488 + 4607,614 + 1451,415 = 14436,517 kg Khay với kích thước 50x40x10 cm đựng được ½ chiều cao tức 5 cm Thể tích phần khay chứa mơi trường: 50x40x5 = 10000 cm3 = 0,01 m3
Vậy với thể tích này, khới lượng mơi trường lên men rắn được bổ sung vào mỗi khay tương đương với 9 kg.
Từ đó, sớ khay cần: 14436,517
9 = 1604,06 (𝑘ℎ𝑎𝑦) ≈ 1605 (𝑘ℎ𝑎𝑦)
Thiết kế giá chứa khay sao cho khay được xếp thành một hàng, gồm 5 tầng mỗi tầng 5 khay. Các khay cách nhau 10 cm.
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 33 Do đó, chiều dài giá là: (40 x 5) + (4 x 10) = 240 cm = 2,4 m
Mỗi tầng của giá cách nhau 30 cm và tầng sát đất cách mặt đất 40 cm, vậy chiều cao giá là: 30 x 4 + 40 = 160 cm = 1.6 m
Bảng 4.4: Thông số giá lên men
Thơng số Kích thước (m)
Chiều dài 2.4
Chiều rộng 0.5
Chiều cao 1.6
Ta có thơng sớ phịng lên men là 18x4,5x2,1 (m)
Bớ trí các giá sao cho các giá xếp thành hàng theo chiều dài của phòng Mỗi hàng gồm 6 giá với khoảng cách giữa các giá 0,4 m
Khoảng cách các giá là 1 m, cách tường 0,4 m vậy sẽ xếp được 3 giá theo chiều rộng của phịng.
Từ đó trong 1 phịng sẽ chứa được 6 giá gồm: 6 x 3 x 5 x 5 = 450 khay Vậy sớ phịng cần thiết là
1605
450 = 3,57 phòng ~ 4 phòng Tổng diện tích 4 phịng lên men là: (18 x 4,5) x 4 = 324 m2
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 34 Các bộ điều hoà độc lập được phân bổ trên các phòng tiệt trùng nhằm để đẩy khơng khí có nhiệt độ 22 ÷ 320C, độ ẩm tương đới 96 ÷ 98% vào phịng. Khơng khí tuần hồn có bổ sung 10% khơng khí sạch từ bộ điều hồ chính, các hành lang nạp và tháo của các phòng cần phải cách ly các phòng bên cạnh. Điều đó thực hiện được nhờ thơng gió hai chiều khi trao đổi khơng khí nhiều lần (đến 8 lần) và nhờ làm sạch khơng khí thải khỏi các bào tử.
Việc ni cấy giớng trong các phịng tiệt trùng đã được sử dụng trong các giai đoạn đầu của sự phát triển sản xuất ra các chế phẩm enzyme.
4.5. Thiết bị nhân giống.
Thiết bị nhân giống cấp I
Lượng giống cho vào canh trường lên men: V= 1382,3 lit =1,3823 m3
Lượng nhân giống cấp 1 bằng 10% lượng giống cấp 2:
Vgiống 1 = 1,3823 x 10
100 = 0,13823 m
3 = 138,23 lit
Chọn hệ sớ chứa đầy φ = 0,6 (Lê Văn Hồng, 2004) Thể tích của thiết bị nhân giống cấp 1:
Vthiết bị 1 =138,23
0,6 = 230,38 (lit) Chọn thiết bị nhân giớng có thể tích là 250 lit = 0,25 m3
Nhân giớng cấp 1 được thực hiện trong các nồi lên men có dạng hình trụ, nắp và đáy hình chỏm cầu.
Trong đó:
D: đường kính thiết bị h2: chiều cao nắp và đáy h1: chiều cao thân thiết bị
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 35 VThiết bị 1 = Vthân + 2Vnắp Vthân = πr2H = πD 2H 4 = πD 2 x 1,6D 4 = 0,4πD 3 Vnắp =π 6h (h 2+3D 2 4 ) = π 6h 3+3πhD 2 24 = 19πD3 1500 Vthiết bị 1 = Vthân+ 2Vnắp = 0,4πD3+ 2 x 19πD 3 1500 = 0,42πD 3 Suy ra: D = √Vthiết bị 1 0,42π 3 Ta được: D = √Vthiết bị 1 π × 0,42 3 = √ 0,25 π × 0,42 3 = 0,58 (m) Suy ra: h1 = 1,6D = 1,6 x 0,58 = 0,928 (m) h2 = 0,1D = 0,1 x 0,58 = 0,058 (m)
Chiều cao tồn bộ thiết bị nhân giớng cấp 1:
H = h1+ 2h2 = 0,928 + 2 × 0,058 = 1,044 (m) Vậy chọn thiết bị lên men có kích thước sau:
D = 0,58 (m) H = 1,044 (m)
Số thiết bị nhân giống cấp 1 sử dụng là: 1 thiết bị. Thiết bị nhân giống cấp II
Lượng nhân giống cần cung cấp trong một mẻ: Vgiống 2 = 1382,3 lit Chọn hệ số chứa đầy φ = 0,6 (Lê Văn Hồng, 2004)
Thể tích của thiết bị nhân giớng là: Vthiết bị 2 =1382,3
0,6 = 2303,83 (L) Chọn thể tích bồn nhân giớng cấp 2 là 1500 lit = 1,5 m3 Do đó sớ thiết bị nhân giớng cấp 2 là:
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 36 𝑛 = 2303,83
1500 = 1,54 Vậy số thiết bị nhân giống cấp 2 là 2 thiết bị.
Nhân giống cấp 2 được thực hiện trong các nồi lên men có dạng hình trụ, nắp và đáy hình chỏm cầu.
Ta được: D′ = √Vthiết bị 2 π × 0,42 3 = √ 1,5 π × 0,42 3 = 1,044 (m) Suy ra: h’1 = 1,6D’ = 1,6 x 1,044 = 1,67 (m) h’2 = 0,1D’ = 0,1 x 1,044 = 0,1044 (m) Chiều cao toàn bộ thiết bị:
𝐻′ = ℎ′1+ 2ℎ′2= 1,67 + 2 × 0,1044 = 1,88 (𝑚) Vậy chọn thiết bị nhân giớng cấp 2 có kích thước sau:
D’ = 1,044 (m) H’ = 1,88 (m)
4.6. Thiết bị nghiền
Chọn thiết bị nghiền có mã DP28 của cơng ty Bình Qn. Trong đó:
D’: đường kính thiết bị h’2: chiều cao nắp và đáy h’1: chiều cao thân thiết bị
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 37
Hình 4.5: Máy nghiền DP28 Bảng 4.5: Bảng thơng số thiết bị nghiền Bảng 4.5: Bảng thông số thiết bị nghiền
Đặc điểm Thông số
Năng suất 800-1000 kg/h
Tớc độ 4500-5000 vịng/phút
Cơng suất động cơ 10-11 kw
Điện năng 380 V
Trọng lượng 110 kg
Lượng vật chất cần nghiền sau khi lên men trong 1 mẻ: 5361,56 kg
Giả sử thời gian nghiền là 6 giờ với công suất máy nghiền là 900 kg/h thì sớ thiết bị nghiền cần dùng sẽ là:
n = khối lượng nghiền trong 1 mẻ năng suất × thời gian nghiền =
5361,56
900 x 6 = 0,99 (máy) => Chọn số thiết bị nghiền sử dụng là 1 máy
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 38
4.7. Thiết bị trích ly
Cấu tạo: Máy trích ly được sản xuất từ thép chứa ít cacbon và là một khới kín bất động, bên trong có roto được chia ra thành 16 hình quạt là quay trục đứng.
Ứng dụng:
Để trích ly enzyme một cách liên tục từ các canh trường nấm mớc và vi khuẩn. Đặc tính kỹ thuật của máy trích ly dạng roto tác động liên tục:
1- Bộ nạp liệu. 2- Khoang hình quạt. 3- Máy sấy bã sinh học.
4- Các thùng chứa. 5- Bơm.
6- Đường ống dẫn dung dịch cô. 7- Khớp nối để nạp tải nhiệt. 8- Băng tải để chuyển bã sinh học.
9- Thùng chứa. 10- Đường ống dẫn nước để
khuếch tán. 11- Bơm chân không.
GVHD: Th.S Đào Thị Mỹ Linh Trang 39
Hình 4.6: Thiết bị trích ly Ruian Xuanli Machinery Co., Ltd. Bảng 4.6: Bảng thơng số thiết bị trích ly Bảng 4.6: Bảng thơng số thiết bị trích ly
Đặc điểm Thơng số
Năng suất theo phần chiết (l/h) 250÷1500 Sớ phịng hình quạt trong roto 16÷20 Chiều sâu của phịng hình quạt 230÷360 mm
Đường kính của roto 6200÷7570 mm Chiều cao của lớp canh trường nấm môc 300 mm
Tống bề mặt lọc 20 m2
Lượng canh trường trước khi trích ly 3470,4 kg/mẻ