2.1.3.1. Lập sơ đồ nhập nguyên, vật liệu
Sơ đồ nhập nguyên, vật liệu là cơ sở thu mua, dự trữ, bảo quản nguyên, vật liệu. Căn cứ vào những kết quả đạt được trong quá trình điều tra, khảo sát kỹ càng về vùng nguyên liệu: các loại nguyên liệu, thời vụ, khả năng cung cấp nguyên liệu cho phân xưởng trong từng thời gian để lập sơ đồ nhập nguyên liệu. Mùa vụ thu hoạch tôm là
quanh năm nhưng nhiều nhất là từ tháng 6 và các nhà máy chế biến tôm sản xuất quanh năm nên ta lập sơ đồ nhập nguyên liệu như Bảng 2.5.
Bảng 2.5.Sơ đồ nhập nguyên, vật liệu
Tháng
Nguyên liệu 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Phế liệu tôm
Hóa chất (HCl, NaOH)
2.1.3.2. Xây dựng chương trình, kế hoạch sản xuất
Xuất phát từ sơ đồ nhập nguyên liệu và mật độ của từng loại nguyên liệu trong
từng thời gian để lập biểu đồ sản xuất. Biểu đồ sản xuất giúp cho nhà sản xuất có thể
lên kế hoạch làm việc cho công nhân trong thời gian dài và chủ động trong quá trình sản xuất.
Bảng 2.6. Biểu đồ sản xuất theo ca Tháng Ca 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 1 2 3
Qua biểu đồ ta thấy nhà máy sẽ ngừng sản xuất 12 ngày (từ ngày 18/5 đến ngày
30/5) để sửa chữa và mỗi ngày sẽ sản xuất 3 ca.
Ca 1 bắt đầu từ 7h00 đến 15h00. Ca 2 bắt đầu từ 15h00 đến 23h00.
Ca 3 bắt đầu từ 23h00 đến 7h00 (hôm sau).
Trong đó ca 2 và ca 3 chỉ bố trí 1 số ít công nhân làm việc với các công đoạn ngâm đảo, rửa, ly tâm, sấy. Như vậy năng suất sản xuất trong ngày chỉ tính cho ca 1
Từ biểu đồ sản xuất theo ca ta lập biểu đồ sản xuất cụ thể như Bảng 2.7.
Bảng 2.7. Biểu đồ sản xuất cụ thể
Tháng 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 Cả
năm
Số
Bảng kế hoạch sản xuất được tính toán dựa vào lịch năm 2015. Sau khi trừ số
ngày nghỉ vào các ngày lễ, chủ nhật và nghỉ sửa chữa ta có số ngày làm việc của các
tháng.
Trong một tuần làm việc sẽ nghỉ ngày chủ nhật , trong năm có 52 ngày chủ nhật. Các ngày nghỉ lễ trong năm (10 ngày):
Nghỉ 1 ngày Tết Dương lịch 1-1 Nghỉ 5 ngày Tết Nguyên Đáng
Nghỉ 1 ngày Chiến thắng 30-4 Nghỉ 1 ngày Quốc tế lao động 1-5 Nghỉ 1 ngày Quốc khánh 2-9
Nghỉ 1 ngày Giỗ Tổ Hùng Vương 10-3 (âm lịch) Nghỉ 12 ngày để sửa chữa lớn vào tháng 5.
Công nhân được nghỉ phép 12 ngày
Tổng số ngày nghỉ trong năm: 52 + 10 + 12 = 74 ngày Tổng số ngày làm việc trong năm: 365 – 74 = 291 ngày
2.1.3.3. Tính cân bằng nguyên liệu ở từng công đoạn
Tính chi phí nguyên liệu chính cho 500 kg chitosan thành phẩm.
Năng suất của dây chuyền sản xuất chitosan là 500 kg sản phẩm/ngày.
Sơ đồ tiêu hao nguyên liệu:
Trong đó:
- GV: Khối lượng bán thành phẩm đầu vào của công đoạn
- GR: Khối lượng bán thành phẩm đầu ra của công đoạn
- Gh: Khối lượng bán thành phẩm hao phí công đoạn
Công đoạn sản GV
Gh
Tính nguyên liệu cần để sản xuất ra sản phẩm trong ngày, áp dụng công thức:
=
Từ các số liệu thí nghiệm, tính toán và thực tế sản xuất ta có tỷ lệ hao phí ở từng công đoạn sản xuất so với công đoạn trước được thể hiện ở Bảng 2.8.
Bảng 2.8. Tỷ lệ hao phí nguyên liệu trong quy trình sản xuất chitosan
Stt Công đoạn sản xuất Tỷ lệ hao phí (%)
1 Nguyên liệu 0
2 Rửa, ép tách nước 35
3 Ngâm trong NaOH 45
4 Rửa trung tính 2
5 Ngâm trong HCl 40
6 Rửa trung tính 1
7 Nấu trong NaOH 25
8 Rửa trung tính 0,5
9 Ly tâm 50
10 Sấy 35
11 Bao gói, in date 0,1
12 Dò kim loại 0,05
13 Đóng thùng, in date 0
14 chitosan 0
Dựa vào năng suất của dây chuyền, bảng tỷ lệ hao phí và công thức tính chi phí
nguyên liệu sản xuất, ta có bảng tổng hợp định mức và năng suất các công đoạn sản
Bảng 2.9. Bảng tổng hợp định mức và năng suất các công đoạn
Stt Công đoạn sản xuất GV (kg/ngày) gh (%) Gh (kg/ngày) GR (kg/ngày) 1 Nguyên liệu 9 921,2 0 0 9 921,2 2 Rửa, ép tách nước 9 921,2 35 3 472,4 6 448,8
3 Ngâm trong NaOH 6 448,8 45 2 902,0 3 546,8
4 Rửa trung tính 1 3 546,8 2 70,9 3 475,9
5 Ngâm trong HCl 3 475,9 40 1 390,4 2 085,5
6 Rửa trung tính 2 2 085,5 1 20,9 2 064,7
7 Nấu trong NaOH 2 064,7 25 516,2 1 548,5
8 Rửa trung tính 3 1 548,5 0,5 7,7 1 540,8
9 Ly tâm 1 540,8 50 770,4 770,4
10 Sấy 770,4 35 269,6 500,8
11 Bao gói, in date 500,8 0,1 0,5 500,3
12 Dò kim loại 500,3 0,05 0,3 500,0
13 Đóng thùng, in date 500,0 0 0 500,0
14 chitosan 500,0 0 0 500,0
Tính chi phí hóa chất cho một ngày sản xuất (500 kg chitosan)
Hóa chất để sản xuất chitosan được sử dụng tái thu hồi theo quy trình ở Hình 2.2.
Nấu trong NaOH
Rửa trung tính 3
Ly tâm
Sấy
Dò kim loại
Bao gói, in date
Đóng thùng, in date
Chitosan
Hình 2.2. Sơ đồ hồi lưu dịch thải và nước thải trong quá trình sản xuất chitosan
Lọc qua than hoạt tính
Bề dày 12 cm, đường kính 5 nm
Bổ sung NaOH Vỏ, đầu tôm
Rửa, ép tách nước
Ngâm trong NaOH
Rửa trung tính 1
Ngâm trong HCl Rửa trung tính 2
Lọc qua than hoạt tính
Bề dày 12 cm, đường kính 5 nm
Bổ sung NaOH
Xử lý khoáng
Dịch thải NaOH sau khử protein được lọc thô bằng lưới inox có đường kính lỗ 2 mm để loại trừ mảnh chitin vụn và các tạp chất không tan có kích thước lớn, sau đó được lọc tinh bằng than hoạt tính để loại trừ các tạp chất hòa tan có kích thước nhỏ và kết hợp xử lý màu cho dịch thải NaOH. Dịch thải sau khi lọc tinh được bổ sung NaOH
mới tới nồng độ yêu cầu và sau đó được tái sử dụng vào quá trình sản xuất chitosan. Dịch thải HCl qua lọc thô bằng lưới inox có đường kính lỗ 2mm để loại trừ các
mảnh vỏ tôm vụn và các tạp chất không tan có kích thước lớn. Dịch thải HCl tiếp tục được khử khoáng bằng phương pháp oxalat. Sau khi muối oxalat kết tủa, lọc tách kết
tủa. Dịch thải HCl sau khi đã xử lý làm sạch, tiến hành bổ sung HCl mới tới nồng độ
yêu cầu và sau đó được tái sử dụng vào quá trình sản xuất chitosan.
Nước rửa được lọc thô bằng lưới inox có đường kính lỗ 2 mm để loại trừ các
mảnh chitin vụn và các tạp chất không tan có kích thước lớn, sau đó được tận dụng để
pha hóa chất cho lần sản xuất tiếp theo.
Các dịch thải của quá trình sản xuất chitosan sau khi xử lý khoáng và các chất màu được tái sử dụng vào quá trình sản xuất nhằm giảm chi phí về hóa chất, qua đó
nâng cao hiệu quả kinh tế cho quá trình sản xuất và giảm lượng nước thải nên góp phần
làm giảm ô nhiễm môi trường.
Tính chi phí hóa chất cho quá trình ngâm trong NaOH:
Năng suất công đoạn ngâm trong NaOH là 6 448,8 kg nguyên liệu/ngày. Tỷ lệ
nguyên liệu trên dung dịch hóa chất (w/v) là 1/5. Như vậy, một mẻ ngâm trong NaOH
cần 32 244 lít tương đương với 32 889 kg dung dịch NaOH 4% (khối lượng riêng của
dung dịch NaOH 4% là 1,02 kg/lít).
Dung dịch NaOH 4%được pha từ NaOH khan và nước theo tỷ lệ 1/24. Để pha
32 889 kg dung dich NaOH 4% cần có 1 315,6 kg NaOH khan và 31 573,4 kg nước.
Sau quá trình xử lý dịch thải NaOH để thu hồi hóa chất thu được 26 400 kg
dung dịch NaOH 2,5%. Như vậy, quá trình xử lý thu hồi được 50,2% NaOH khan và
Vậy trong một ngày, quá trình ngâm NaOH có xử lý dịch thải thu hồi hóa chất
sử dụng 655,2 kg NaOH khan và 25 380,5 kg nước.
Tính chi phí hóa chất cho quá trình ngâm trong HCl:
Năng suất công đoạn ngâm trong HCl là 3 474,9 kg nguyên liệu/ngày. Tỷ lệ
nguyên liệu trên dung dịch hóa chất (w/v) là 1/4. Như vậy, một mẻ ngâm trong HCl
cần
13 899,6 lít tương đương với 14 177,6 kg dung dịch HCl 4% (khối lượng riêng của
dung dịch NaOH 4% là 1,02 kg/lít). Dung dịch HCl 4% được pha từ dung dịch HCl
32% và nước.
Để có dung dịch HCl 4% cần pha dung dịch HCl 32% và nước theo tỷ lệ 1/7. Để
pha 14 177,6 kg dung dich HCl 4% cần có 1 772,2 kg dung dịch HCl 32% và 12 405,4
kg nước.
Sau quá trình xử lý dịch thải để thu hồi hóa chất thu được 11 350 kg dung dịch HCl 2,5%. Theo đó, lượng dung dịch HCl 32% thu hồi được là 50,0%; lượng nước thu
hồi được là 81,3%.
Vậy trong một ngày, quá trình ngâm HCl có xử lý dịch thải thu hồi hóa chất sử
dụng 886,1 kg dung dịch HCl 32% và 2 319,8 kg nước.
Ngoài ra, để xử lý dịch thải thu hồi hóa chất còn tiêu tốn một lượng acid oxalic để kết tủa ion Ca2+. Lượng acid oxalic được xác định theo công thức:
m = m
M . M
Trong đó:
m khối lượng acid oxalic cần để kết tủa hết ion Ca2+, (kg)
M : Khối lượng nguyên tử acid oxalic, (đvC)
mCa: Khối lượng ion Ca2+ có trong dịch thải HCl, (kg)
Ta có M = 90 đvC, MCa= 40 đvC
Theo thực nghiệm, khối lượng ion Ca2+ có trong dịch thải là 72 kg.
Vậy lượng acid oxalic tiêu tốn để xử lý dịch thải là × = 162 kg.
Tính chi phí hóa chất cho quá trình nấu trong NaOH:
Năng suất công đoạn nấu trong NaOH là 2 064,7 kg nguyên liệu/mẻ. Tỷ lệ
nguyên liệu trên hóa chất (w/v) là 1/2,5. Như vậy, một mẻ ngâm trong NaOH cần 5 161,8 lít tương đương 7 897,5 kg dung dịch NaOH 50% (khối lượng riêng của dung
dịch NaOH 50% là 1,53 kg/lít).
Dung dịch NaOH 50%được pha từ NaOH khan và nước theo tỷ lệ 1/1. Để pha
7 897,6 kg dung dich NaOH 50% cần có 3 948,8 kg NaOH khan và 3 948,8 kg nước.
Sau quá trình xử lý dịch thải NaOH để thu hồi hóa chất thu được 5 980 kg dung
dịch NaOH 45%. Theo đó, lượng NaOH khan thu hồi được là 68,1%; lượng nước thu
hồi được là 83,3%.
Vậy, một mẻ ngâm NaOH có xử lý dịch thải thu hồi hóa chất sử dụng
1 258,7 kg NaOH khan và 659,4 kg nước.
Bảng 2.10. Bảng tổng hợp nhu cầu hóa chất cho dây chuyền sản xuất
Stt Hóa chất Khối lượng vào (kg/ngày)
1 NaOH khan 1 913,9
2 Dung dịch HCl 32% 886,1
Bảng 2.11. Bảng tổng hợp nguyên liệu sản phẩm Tháng Vỏ, đầu tôm (tấn/năm) NaOH khan (tấn/năm) Dd HCl 32% (tấn/năm) Acid oxalic (tấn/năm) Chitosan (tấn/năm) 1 257,95 49,76 23,04 4,21 13,0 2 188,50 36,36 16,84 3,08 9,5 3 257,95 49,76 23,04 4,21 13,0 4 238,11 45,93 21,27 3,89 12,0 5 128,98 24,88 11,52 2,11 6,6 6 257,95 49,76 23,04 4,21 13,0 7 267,87 51,68 23,93 4,37 13,5 8 257,95 49,76 23,04 4,21 13,0 9 248,03 47,85 22,15 4,05 12,5 10 267,87 51,68 23,93 4,37 13,5 11 248,03 47,85 22,15 4,05 12,5 12 267,87 51,68 2,93 4 374 13,5 Cả năm 2 887,07 556,95 257,86 47142 145,5
2.1.3.4. Biểu đồ quá trình kỹ thuật
Căn cứ vào năng suất thiết kế của phân xưởng và năng suất, quá trình làm việc
Bảng 2.12. Biểu đồ quá trình kỹ thuật Ca làm việc Thời gian bắtđầu Thời gian (phút) Quá trình làm việc
Quá trình ngâm - đảo - rửa - ly tâm - sấy Quá trình khác
1 7h00 35 Sấy (mẻ sấy từ ngày làm việc trước) Xử lý nguyên liệu (rửa, ép
tách dịch)
(2 giờ/ngày) 7h35 10 Tháo sản phẩm
7h45 10 Vệ sinh, kiểm tra thùng ngâm
8h05 55 Pha hóa chất, đưa hóa chất vào thùng hóa chất. Đưa nguyên liệu vào thùng ngâm
9h00 15 Cấp hóa chất và hơi nước gia nhiệt Bao gói, dò kim loại, đóng
thùng
(6 giờ/ngày) 9h15 120 Ngâm đảo trong NaOH
11h15 10 Xả dung dịch kiềm thải
11h25 10 Rửa trung tính 1
11h40 15 Cấp hóa chất
11h50 120 Ngâm đảo trong HCl
13h50 10 Xả dung dịch acid thải
14h00 10 Rửa trung tính 2
14h10 10 Cấp hóa chất và hơi nước gia nhiệt
14h20 40 Ngâm đảo trong NaOH
2 15h00 320 Ngâm đảo trong NaOH 20h20 8 Xả dung dịch kiềm thải
20h28 7 Rửa trung tính 3
20h35 60 Ly tâm 21h35 85 Sấy