BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP THỰC PHẨM TP HCM KHOA CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM ĐỒ ÁN KỸ THUẬT THỰC PHẨM ĐỀ TÀI THIẾT KẾ THIẾT BỊ THỦY PHÂN TINH BỘT MALT ĐẠI MẠCH BẰNG ENZYME β – AMYLASE, NĂNG SUẤT GVHD TP Hồ Chí Minh, Tháng 32022 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 2 1 1 Nguyên liệu 2 1 2 Enzyme β – amylase 4 1 3 Quy trình công nghệ sản xuất bia 8 1 4 Quá trình thủy phân tinh bột 11 1 4 1 Mục đích 11 1 4 2 Quá trình thủy phân tinh bột 12 1 5 Thiết bị thủy phân tinh bột 16 CHƯƠNG 2 CÂN BẰNG.
Enzyme β – amylase
Enzyme β-amylase, hay còn gọi là 1,4-α-D-glucan maltohydrolase, chủ yếu tồn tại trong thực vật, đặc biệt là ở hạt và củ, với nồng độ cao trong ngũ cốc nảy mầm Enzyme này hoạt động tốt nhất trong khoảng pH 4-5 và nhiệt độ từ 50-65 độ C; ở 70 độ C, enzyme sẽ mất hoạt tính β-amylase bền với acid và có khả năng cắt đứt liên kết 1-4 glucoside từ đầu không khử, tạo ra hai gốc glucose, đồng thời chỉ phân giải 40-50% tinh bột, do đó được gọi là enzyme đường hóa Sản phẩm thủy phân chủ yếu của enzyme này là maltose và β-dextrin (dextrin giới hạn).
Enzyme β-amylase, hay còn gọi là 1,4-α-D-glucan maltohydrolase, chủ yếu được tìm thấy trong thực vật, đặc biệt là ở hạt và củ, với nồng độ cao trong ngũ cốc nảy mầm Enzyme này xúc tác quá trình thủy phân các liên kết 1,4-α-D-glucan trong tinh bột, glycogen và polysaccharide, tạo ra maltose từ đầu không khử của chuỗi Trong quá trình nảy mầm của hạt ngũ cốc, β-amylase đóng vai trò quan trọng trong việc phân giải tinh bột Đối với lúa, enzyme này được tổng hợp trong suốt quá trình phát triển của hạt, trong khi ở hạt khô, sự tổng hợp gần như không xảy ra Ở lúa mạch, β-amylase có mặt trong hạt khô và được tích lũy trong suốt quá trình phát triển; enzyme này có trọng lượng phân tử 64.000 Da khi liên kết, và khi bị phân cắt bởi protease, nó sẽ được phóng thích dưới dạng tự do với trọng lượng phân tử 59.000 Da.
β-amylase là một enzyme ngoại bào, hoạt động bằng cách phân giải từ đầu không khử của các nhánh ngoài cùng của cơ chất Enzyme này cắt đứt các liên kết α-1,4 glucoside, nhưng khi gặp liên kết α-1,6 glucoside, quá trình phân giải sẽ dừng lại Kết quả là phần polysaccharide còn lại sẽ trở thành dextrin với phân tử lớn, chứa nhiều liên kết α-1,6 glucoside, được gọi là β-dextrin.
- Cơ chế tác dụng của β – amylase lên tinh bột β – amylase Tinh bột Maltose (54 – 58%) + β – dextrin (42 – 46%) (Glucogen)
- Tinh bột bị thủy phân đồng thời bởi cả α – amylase và β – amylase thì lượng tinh bột thủy phân tới 95%.
- β – amylase là một albumin, tâm xúc tác có chứa nhóm –SH, nhóm X- COOH và vòng imidazol của các gốc histidine và là enzyme ngoại bào (exoenzyme).
- β – amylase không bền khi có Ca 2+ , β – amylase bị kìm hãm bởi Cu 2+ ,
Hg 2+ , ureaa, iodineoacetamide, iodine, ozon…
- β – amylase chịu nhiệt kém hơn α – amylase nhưng bền hơn với acid β – amylase bị bất hoạt ở nhiệt độ 70 0 C, có pHopt = 4 – 5, topt khoảng 50 –
Nguồn gốc enzyme pH opt t opt Đại mạch 5,5 55 - 65
Một số ứng dụng của amylase
- Ứng dụng amylase trong sản xuất bia:
Trong quy trình sản xuất bia truyền thống, enzyme amylase từ malt đóng vai trò quan trọng trong việc thủy phân tinh bột, dẫn đến giai đoạn rượu hóa với sự tham gia của nấm men Saccharomyces spp Khi đại mạch chuyển từ trạng thái hạt sang nảy mầm (malt), enzyme amylase được tổng hợp để thủy phân tinh bột, tạo ra năng lượng và vật chất cần thiết cho sự phát triển của mầm Do đó, quá trình đường hóa tinh bột diễn ra nhờ vào enzyme amylase tự nhiên có trong hạt.
Để giảm giá thành sản phẩm, các nhà sản xuất bia không sử dụng hoàn toàn 100% malt đại mạch trong quá trình lên men, mà thay vào đó pha trộn với các nguyên liệu khác để bổ sung tinh bột Việc này không chỉ giúp tạo ra hương vị, màu sắc và độ cồn phù hợp cho người tiêu dùng mà còn giảm chi phí sản xuất Để hỗ trợ quá trình này, chế phẩm enzyme amylase được sử dụng để thủy phân tinh bột, trong khi enzyme cellulose giúp phá vỡ thành tế bào, nâng cao chất lượng bia Ngoài ra, glucose amylase cũng được áp dụng để loại bỏ O2 trong bia, kéo dài thời gian bảo quản sản phẩm.
Sử dụng chế phẩm enzyme không chỉ nâng cao hiệu suất thu hồi sản phẩm mà còn giúp sử dụng nguyên liệu thay thế hiệu quả Chế phẩm này tăng cường khả năng lọc dịch đường, cải thiện độ hòa tan của các hợp chất nitơ, đồng thời nâng cao khả năng giữ bọt và độ bền vững của bia.
- Ứng dụng amylase trong sản xuất cồn:
Để sản xuất cồn từ tinh bột, các quốc gia sử dụng nguyên liệu khác nhau Quá trình này bao gồm hai giai đoạn chính: giai đoạn đường hóa và giai đoạn rượu hóa.
+ Trong giai đoạn đường hóa, người ta bắt buộc phải sử dụng enzyme amylase Đến thế kỷ XIX khi Takamine người Nhật đưa nấm mốc
Aspergillus sang Mỹ, người Mỹ đã áp dụng để sử dụng phương pháp
Mycomalt, hay còn gọi là mầm mốc, đóng vai trò quan trọng trong quy trình sản xuất cồn và rượu Kỹ thuật này được du nhập từ Nhật Bản, giúp người Mỹ tiết kiệm đáng kể lượng malt trong quá trình sản xuất rượu.
Hệ enzyme amylase (C6H10O5)n + nH2O nC6H12O6
Giai đoạn rượu hóa là quá trình phức tạp, trong đó nấm men Saccharomyces cerevisiae sử dụng hệ enzyme oxy hóa khử để chuyển hóa đường thành rượu Quá trình này diễn ra qua nhiều giai đoạn khác nhau, với sự tham gia của nhiều enzyme trong tế bào nấm men Điểm khác biệt so với enzyme amylase là enzyme trong quá trình rượu hóa nằm bên trong tế bào nấm men, phản ánh quá trình trao đổi chất của nấm men trong môi trường chứa đường.
Enzyme amylase được ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp để sản xuất đường bột, dextrin, maltodextrin, dịch glucose, siro, glucose-fructose, cũng như trong quá trình sản xuất tương và nước chấm.
Quy trình công nghệ sản xuất bia
Để giảm kích thước hạt và phá vỡ cấu trúc tinh bột, cần thiết phải tăng cường khả năng xâm nhập của nước vào nội nhũ, từ đó thúc đẩy nhanh chóng quá trình đường hóa và thủy phân tinh bột một cách triệt để.
Vỏ malt nên được giữ nguyên để ngăn chặn sự chuyển giao các chất không có lợi vào dịch đường và bia Việc giữ nguyên vỏ malt không chỉ giúp bảo vệ chất lượng sản phẩm mà còn cải thiện quá trình lọc, tăng tốc độ và hiệu suất lọc.
Để đạt hiệu suất thu hồi cao trong quá trình lọc dịch đường, nội nhũ cần được nghiền nhỏ với tỷ lệ hợp lý giữa tấm thô, tấm mịn và bột Nếu tỷ lệ bột quá cao hoặc tấm mịn quá nhiều, việc lọc sẽ trở nên khó khăn và hiệu suất sẽ giảm Do đó, việc điều chỉnh tỷ lệ nghiền phù hợp với từng loại thiết bị lọc là rất quan trọng.
Chuyển các chất có trong nguyên liệu từ trạng thái không hoà tan sang trạng thái hoà tan nhờ tác động của các hệ enzyme thuỷ phân.
Sau khi nghiền xong, nguyên liệu cần được nấu ngay để tránh tình trạng bột bị chua, điều này sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của bán thành phẩm và sản phẩm cuối cùng.
Dịch đường hoá chứa cả các chất hoà tan và không hoà tan, do đó, quá trình lọc là cần thiết để tách biệt các chất hoà tan khỏi các chất không hoà tan.
Lọc dịch đường bao gồm hai giai đoạn chính: Giai đoạn đầu tiên là tách dịch đường ra khỏi bã, trong khi giai đoạn thứ hai là rửa bã để thu hồi phần chất hòa tan còn lại.
Lắng trong Nấu hoa Lọc bã
Hòa tan và chuyển hóa các hợp chất đắng, thơm từ hoa houblon tạo ra hương vị đặc trưng cho dịch houblon hòa và bia Quá trình này cũng loại bỏ các hợp chất kém bền, giúp tăng cường độ màu và hương thơm hấp dẫn, đồng thời nâng cao nồng độ các chất hòa tan, chuẩn bị cho quá trình lên men bia.
Dịch đường và nước rửa bã từ thiết bị lọc được chuyển thẳng vào nồi houblon hóa Khi nước rửa bã gần kết thúc, nâng nhiệt độ đến sôi và cho toàn bộ lượng cao hoa vào nồi để thu chất đắng Sau đó, giữ sôi và tiếp tục cho 1/2 lượng hoa viên vào, trước khi kết thúc quá trình houblon hóa.
Sau 30 phút, thêm 1/3 lượng hoa viên còn lại để tạo hương và kết lắng protein Việc chia nhỏ thời gian bổ sung hoa thành hai lần giúp cải thiện hương vị cho bia, vì trong quá trình đun, khoảng 80-90% tinh dầu thơm sẽ bị mất đi.
Việc bổ sung nguyên liệu hai lần sẽ giúp giảm thiểu tổn thất trong quá trình sản xuất Chỉ số đầu tiên để xác định thời điểm kết thúc quá trình đun sôi là nồng độ dịch đường, trong khi các chỉ số khác bao gồm sự xuất hiện kết tủa của protein và độ trong của dịch đường.
Lắng trong và Làm lạnh
- Lắng và tách cặn để làm trong dịch đường.
- Hạ nhiệt độ của dịch đường đến nhiệt độ lên men.
- Bão hòa oxy cho dịch lên men
Quá trình lên men là sự chuyển hóa các chất đường và dextrin thấp phân tử trong dịch lên men thành ethanol (C2H5OH), carbon dioxide (CO2) và các hợp chất hữu cơ khác nhờ vào tác động của nấm men.
Quá trình lên men của glucose (C6H12O6) tạo ra ethanol (2C2H5OH) và carbon dioxide (2CO2), đồng thời giải phóng năng lượng (Q) Ngoài ra, quá trình này còn sản sinh các sản phẩm phụ như este, axit hữu cơ, rượu bậc cao, aldehit và glyxerin, hòa tan vào dịch lên men để hình thành bia non.
Sau quá trình lên men, bia vẫn chứa nấm men dư thừa và các chất kết tủa từ quá trình nấu đường hóa và lên men Để đạt được độ trong, tăng tính ổn định và độ bền cho sản phẩm, cũng như cải thiện giá trị cảm quan và thời gian bảo quản, lọc trong là bước đầu tiên trong quá trình hoàn thiện bia.
Sau khi lọc, hàm lượng CO2 trong bia giảm, vì vậy để khôi phục sự bão hòa CO2, bia cần được giữ trong thùng chứa ở nhiệt độ 0,5÷1°C dưới áp suất CO2 0,5 at trong ít nhất 4 giờ Hàm lượng CO2 trong bia thành phẩm phải đạt tối thiểu 0,3% khối lượng; nếu chưa đạt, cần bổ sung CO2 cho bia.
Để nâng cao chất lượng bia, cần tạo điều kiện thuận lợi cho việc hòa tan và đạt nồng độ CO2 bão hòa, nhằm bù đắp lượng CO2 bị thất thoát trong các quy trình công nghệ Điều này không chỉ giúp ổn định thành phần và chất lượng bia theo tiêu chuẩn mà còn nâng cao giá trị cảm quan của sản phẩm bia thành phẩm.
Quá trình thủy phân tinh bột
Mục đích
Hầu hết các hợp chất trong bột malt đều không tan trong nước, chỉ những chất hòa tan mới tham gia vào quá trình tạo thành bia Vì vậy, quá trình đường hóa rất quan trọng, giúp chuyển đổi các chất không tan trong bột nghiền thành dạng hòa tan.
Dịch hỗn hợp sau khi đường hóa gồm tất cả các chất hòa tan vào dung dịch (chất chiết), bã malt cùng các chất không hòa tan khác.
- Các chất hòa tan như: Đường, dextrin, acid vô cơ và một số protein.
- Các chất không tan: Tinh bột, cellulose, một số protein cao phân tử và các hợp chất khác.
Mục đích của quá trình đường hóa là tối ưu hóa lượng chất chiết và nâng cao chất lượng dịch Phần lớn chất chiết được hình thành nhờ phản ứng enzyme, với các enzyme hoạt động hiệu quả ở nhiệt độ thích hợp Do đó, quá trình đường hóa cần được thực hiện ở những điều kiện tối ưu cho hoạt động của enzyme.
Quá trình thủy phân tinh bột
Cấu tử quan trọng nhất của bia là rượu, được hình thành trong quá trình lên men đường Tinh bột trong nguyên liệu bia được thủy phân thành các loại đường, chủ yếu là maltose, cùng với các sản phẩm trung gian như dextrin, không thể lên men.
Tinh bột khi được thủy phân sẽ chuyển đổi thành đường và dextrin, và hỗn hợp này không làm mất màu iot Về mặt kinh tế, việc thủy phân tinh bột càng triệt để càng tốt, vì phần tinh bột còn sót lại có thể gây đục cho sản phẩm bia thành phẩm.
Quá trình thủy phân tinh bột xảy ra theo 3 giai đoạn, trình tự không thể thay đổi, tuy nhiên chúng xen lẫn nhau:
Khi ngâm bột với nước nóng, nước sẽ thẩm thấu vào các phân tử tinh bột, làm tăng thể tích và khiến hạt bột trương nở Quá trình này dẫn đến việc hạt bột vỡ ra, tạo ra một dịch nhớt, và diễn ra quá trình hồ hóa, một dạng phân hủy không có tính hóa học.
Sau khi tinh bột được hồ hóa, các liên kết giữa chúng trở nên lỏng lẻo, cho phép enzyme trong dịch tấn công trực tiếp vào tinh bột Ngược lại, quá trình thủy phân tinh bột chưa hồ hóa sẽ kéo dài vài ngày.
Quá trình hồ hóa, diễn ra khi các hạt bột trương nở và vỡ tung trong nước nóng, giúp giải phóng các phân tử tinh bột vào dung dịch nhớt Điều này làm cho tinh bột dễ dàng bị tấn công bởi enzyme amylase hơn so với các hạt tinh bột chưa qua hồ hóa Nhiệt độ hồ hóa của đại mạch dao động khoảng 60 – 62 độ C.
Trong phân tử tinh bột, các chuỗi dài từ gốc glucose (amylose và amylopectin) nhanh chóng bị phá hủy bởi α-amylase, dẫn đến giảm độ nhớt của dịch hồ hóa Ngược lại, β-amylase phân tách từ từ mạch tinh bột từ đầu không khử, làm cho quá trình thủy phân kéo dài hơn Quá trình đường hóa do α-amylase thực hiện tạo ra các chuỗi ngắn hơn, dextrin chứa 7-12 gốc glucose, sau đó β-amylase tiếp tục phân cắt thành maltose với 2 gốc glucose Sự phân cắt của β-amylase diễn ra chậm hơn so với α-amylase.
Do có sự khác nhau về độ dài của các mạch mà ngoài sự tạo thành maltose còn tạo nên các đường khác như glucose, maltotriose.
Trong quá trình phân cắt amylopectin, các chuỗi dextrin chứa 2-3 gốc glucose với liên kết 1,6 được hình thành, mà cả enzyme α và β amylase đều không thể phân cắt Do đó, dextrin tồn tại trong dịch đường Enzyme β-amylase tạo ra maltose từ đầu không khử của mạch, đồng thời cũng sản sinh glucose và maltotriose, với nhiệt độ tối ưu từ 60-65 độ C Enzyme này rất nhạy cảm với nhiệt độ cao, mất hoạt tính nhanh chóng ở 70 độ C, và có pH tối ưu khoảng 5,4-5,5.
Sự thủy phân tinh bột cần được theo dõi kỹ lưỡng vì tinh bột còn sót và các dextrin mạch dài có thể gây đục bia Để kiểm tra sự thủy phân tinh bột, người ta sử dụng dung dịch iot 0,02N qua phương pháp thử Iot, thực hiện với mẫu dịch đã được làm nguội Nguyên tắc của phương pháp này là dung dịch Iot sẽ chuyển sang màu xanh ở nhiệt độ phòng khi có sự hiện diện của tinh bột và dextrin có phân tử lượng lớn, trong khi đường và các dextrin có phân tử lượng nhỏ hơn không làm mất màu nâu của Iot.
Khi dịch đường mẫu không còn làm mất màu iot, quá trình đường hóa sẽ kết thúc Thời gian cần thiết để thủy phân các phân tử tinh bột cho đến khi dịch thủy phân không làm mất màu iot được gọi là thời gian đường hóa.
Hình 1.2 Quá trình phân giải tinh bột bằng enzyme β – amylase và sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành 1
Các sản phẩm thủy phân tinh bột hình thành trong quá trình đường hóa liên quan nhiều đến hoạt động của nấm men:
- Dextrin: không lên men được
Maltotriose là loại đường có khả năng lên men bởi một số chủng nấm men nổi S cerevisiae, nhưng quá trình lên men chỉ diễn ra sau khi maltose đã được lên men hoàn toàn, dẫn đến việc lên men diễn ra chậm.
- Maltose và các disaccharide khác được nấm men lên men dễ dàng (loại đường lên men chủ yếu).
- Glucose: là đường mà nấm men sử dụng đầu tiên trong quá trình lên men.
Các yếu tố chính ảnh hưởng đến sự thủy phân tinh bột trong quá trình đường hóa là: Nhiệt độ, pH dịch malt, thời gian đường hóa.
1 Wolfgang Kunze (2010), TECHNOLOGY Brewing & Malting, VLB Berlin , Germany (Page 222)
Sự tác động độc lập của enzyme β – amylase lên tinh bột:
Enzyme β-amylase có khả năng cắt 2 gốc glucoside trên mạch amylose và mạch nhánh của amylopectin, tạo ra đường maltose Tuy nhiên, enzyme này không thể phá vỡ liên kết α-1,6 glucoside, do đó, hoạt động của nó dừng lại trước điểm nhánh của amylopectin Quá trình cắt của enzyme bắt đầu từ đầu kín của mạch amylose và từ bên ngoài vào trong đối với mạch nhánh của amylopectin, với sản phẩm cuối cùng là đường maltose.
Hình 1.3 Sự tác động của β – amylase lên tinh bột
Thực hiện quá trình đường hóa theo phương pháp toàn khối bằng phương án tăng dần nhiệt độ:
Bột malt được trộn với nước ở nhiệt độ 45°C, sau đó nâng lên 52°C và giữ trong 15 phút Tiếp theo, nhiệt độ tăng lên 65°C và duy trì trong 20 phút Sau đó, nâng nhiệt độ lên 72°C và giữ trong 20 phút cho đến khi quá trình đường hóa hoàn tất, cuối cùng là nâng lên 78°C trong 5 phút để kết thúc quá trình.
Thiết bị thủy phân tinh bột
Khi nấu, thường sử dụng 1 hoặc 2 thiết bị nấu tùy thuộc vào quy trình công nghệ Nếu sử dụng 100% malt đại mạch với quy trình ngâm, chỉ cần thiết bị đường hóa Tuy nhiên, nếu áp dụng quy trình đun sôi từng phần, cần thêm một thiết bị nữa.
Hoặc sử dụng nguyên liệu thay thế 1 phần malt thì cũng cần 1 thiết bị nấu riêng để xử lý nguyên liệu thay thế
Kích cỡ cánh khuấy và vận tốc quay cần phải tương thích với đường kính thiết bị, đảm bảo rằng vận tốc biên không vượt quá 3,8m/s Nếu vượt quá mức này, lực kéo từ chuyển động xoáy có thể gây ảnh hưởng tiêu cực đến thành phần dịch nấu.
Chuyển đổi các hợp chất cao phân tử trong nguyên liệu thành các chất phần tử thấp giúp hòa tan vào nước dưới tác động của nhiệt độ Quá trình này nhằm tạo ra chất chiết của dịch đường, đồng thời tối ưu hóa nhiệt độ để enzyme hoạt động hiệu quả nhất, từ đó tăng cường hoạt động xúc tác.
Thiết bị thủy phân nguyên liệu malt đại mạch
- Thiết bị nồi đường hóa với năng suất 50 lít/mẻ.
- Tốc độ khuấy: 30 vòng/phút.
- Thiết bị làm bằng thép không gỉ.
Hình 1.4 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của thiết bị thủy phân
- Hệ thống điều chỉnh đơn giản, tự động
- Chất lượng nấu đảm bảo
Nhược điểm: Năng suất nhỏ
Nguyên lý hoạt động của thiết bị phản ứng bắt đầu khi bột malt được nhập vào và phối trộn với 41 lít nước theo tỉ lệ 1:4 Quá trình khuấy trộn diễn ra đồng đều nhờ motor cánh khuấy mỏ neo, sử dụng phương pháp khuấy chậm với tốc độ 30 vòng/phút.
Nước trong lớp vỏ áo được gia nhiệt bằng điện trở từ bộ điều khiển, với áp suất khoảng 1at, giúp nâng nhiệt dịch malt trong thiết bị Quá trình này diễn ra theo từng giai đoạn thông qua việc trao đổi nhiệt với nước nóng bên ngoài lớp vỏ áo.
Gia nhiệt dịch malt ban đầu đến nhiệt độ ( _), sau đó điều chỉnh về mức ( ) Tiếp tục gia nhiệt hỗn hợp malt đến ( _) cho đến khi hoàn tất quá trình đường hóa, được kiểm tra bằng dung dịch Iot 0,02N Trong quá trình này, pH của dịch malt có thể được điều chỉnh bằng acid lactic Cuối cùng, gia nhiệt hỗn hợp lên trong vòng 5 phút trước khi tháo sản phẩm ra khỏi thiết bị.
Khi kết thúc quá trình đường hóa, sản phẩm là 50 lít dung dịch đường sẽ được tháo ra khỏi thiết bị theo ống dẫn
CÂN BẰNG VẬT CHẤT
Tính lượng nguyên liệu malt và nước
- Kết thúc quá trình, dịch đường tổn thất khoảng a = 4%.
- Áp dụng phương trình cân bằng vật chất:
+ Vsp: Lượng dịch đường sau 1 mẻ nấu (l)
+ Vdd: Lượng dịch đường trước hao hụt (l)
Tổng lượng dịch sau đường hóa trước khi hao hụt:
Ta có: Tỷ lệ phối trộn malt:nước = 1:4
- Thể tích nước có trong nồi đường hóa:
- Thể tích nguyên liệu malt cần sử dụng:
- Thể tích nước có sẵn trong nguyên liệu malt:
- Thể tích bột malt nghiền: 80 lít/100 kg bột
Khối lượng nguyên liệu malt cần sử dụng: mmalt = Vmalt × = × = (kg)
+ Vdd: Thể tích dịch đường sau quá trình đường hóa (lít)
+ Vnước: Thể tích nước trong dịch đường (lít)
+ Vnước(s): Thể tích nước có sẵn trong dịch malt (lít)
+ Vmalt: Thể tích bột malt có trong dịch đường (lít)
+ mmalt: Khối lượng bột malt (kg)
Tính lượng chất hòa tan và bã
- Lượng chất khô của malt là: mkhô = mmalt × 0,94 = (kg)
- Lượng chất chiết từ 13 kg malt nguyên liệu: mchiết = mkhô × 0,8 = (kg)
- Khối lượng malt không hòa tan: mkt = mkhô - mchiết = (kg)
+ mkhô: Khối lượng chất khô của nguyên liệu malt (kg)
+ mchiết: Khối lượng chất chiết từ nguyên liệu malt (kg)
+ mkt: Khối lượng malt không hòa tan (kg)
+ mdd: Khối lượng dịch đường (kg)
NĂNG SUẤT LÍT/MẺ Nguyên liệu Khối lượng (kg) – Đầu vào Thể tích (l) – Đầu vào
Khối lượng riêng huyền phù
Khối lượng riêng huyền phù tính theo công thức:
+ hp : Khối lượng riêng của huyền phù (kg/m 3 )
+ bk : Khối lượng bã khô (kg/m3)
+ : Khối lượng riêng của nước ở 65 0 C (kg/m 3 ) = 980,5 (kg/m 3 ) (Tra bảng I.249, trang 311, [6])
+ Chọn nhiệt độ nước ở 65 0 C vì ở nhiệt độ này quá trình đường hoá tinh bột xảy ra với hiệu suất cao nhất
+ Nồng độ pha rắn trong huyền phù:
2.4 Độ nhớt huyền phù Độ nhớt huyền phù:
+ Xh: Nồng độ pha rắn trong huyền phù tính theo phần thể tích
+ 1 : Độ nhớt pha liên tục (Ns/m 2 ) (Tra bảng I.249, trang 311, [6])
Thể tích phần malt không hoà tan:
Vmalt = (m 3 ) Nồng độ pha rắn trong huyền phù tính theo phần thể tích:
Xh Giá trị độ nhớt của huyền phù:
CÂN BẰNG NHIỆT LƯỢNG
Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình đun nóng nguyên liệu
Chu trình nhiệt của quá trình thủy phân:
Hình 3.6 Biểu đồ nhiệt độ - thời gian của quá trình thủy phân Áp dụng công thức tính nhiệt lượng sau:
+ c: nhiệt dung riêng dịch malt (J/kg.độ)
- Lượng dịch đường hóa sau 1 mẻ nấu: 50 (l)
- Lượng dịch malt có trong nồi đường hóa: 10,41 (l)
- Lượng nước có trong nồi đường hóa: 41,67 (l)
- Phối trộn nước:malt theo tỉ lệ = 4:1 Độ ẩm dịch đường là 80%
- Nhiệt độ của nước ở 100 0 C có áp suất p = 1,03 at = 0,101 N/mm 2
- Nhiệt dung riêng của khối dịch được tính theo công thức: (I.44, trang 152, [6]) c = = (kcal/kg 0 C)
+ : Nhiệt dung riêng của chất hoà tan, = 0,34 (kcal/kg 0 C)
: Nhiệt dung riêng của nước, = 1 (kcal/kg 0 C)
Quá trình gia nhiệt trong nồi đường hóa:
Giai đoạn 1: Nâng nhiệt độ dịch malt từ 45 0 C đến 52 0 C
- Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt dịch malt từ 45 0 C đến 52 0 C là:
Giai đoạn 2: Nâng nhiệt độ dịch malt từ 52 0 C đến 65 0 C
- Coi quá trình này dịch malt tổn thất khoảng 1%.
- Khối lượng của dịch malt lúc này là:
- Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt dịch malt từ 52 0 C đến 65 0 C là:
Giai đoạn 3: Nâng nhiệt độ dịch malt từ 65 0 C đến 72 0 C
- Coi quá trình này dịch malt tổn thất khoảng 1,5%.
- Khối lượng của dịch malt lúc này là:
- Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt khối dịch từ 65 0 C đến 72 0 C là:
Giai đoạn 4: Nâng nhiệt độ dịch malt từ 72 0 C đến 78 0 C
- Coi quá trình này dịch malt tổn thất khoảng 1,5%.
- Khối lượng của dịch malt lúc này là:
- Lượng nhiệt cần cung cấp để nâng nhiệt khối dịch từ 72 0 C đến 78 0 C là:
Vậy tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình đường hoá là:
Bề mặt truyền nhiệt
+ α: hệ số tỏa nhiệt (W/� 2 ℃) α1 = 9,3 + 0,058.tN = 9,3 + 0,058.100 = 15,1 (W/� 2 ℃) α2 = 9,3 + 0,058.tD = 9,3 + 0,058.61,5 = 12,867 (W/� 2 ℃)
+ tN: Nhiệt độ trung bình ở thành vỏ áo trong giai đoạn đun nóng, tN = 100℃ + tD: Nhiệt độ trung bình của dịch malt; tD = 61,5℃
+ : Bề dày thân trong (m), = 4 mm = 0,004 m
+ : Hệ số dẫn nhiệt của thép (W/m.℃), = 16,86 W/�.℃ (Tra bảng I.125, trang
+ : Hiệu số nhiệt độ trung bình (℃)
+ τ: Thời gian gia nhiệt dịch malt (giây), τ = 100 phút = 6000 giây
Nhiệt lượng làm nóng nồi
Qgia nhiệt = Gn × cn × = (kcal)
+ Gn: khối lượng nồi cần làm nóng (kg)
+ cn = 460 J/kg 0 C: nhiệt dung riêng của thép (J/kg 0 C)
Nhiệt lượng tổn thất
- Lượng nhiệt tổn thất là:
+ α: hệ số tỏa nhiệt (W/� 2 ℃) α1 = 9,3 + 0,058.tN = 9,3 + 0,058.100 = 15,1 (W/� 2 ℃) α2 = 9,3 + 0,058.tD = 9,3 + 0,058.30 = 11,04 (W/� 2 ℃)
+ tN: Nhiệt độ trung bình ở thành vỏ áo trong giai đoạn đun nóng, tN = 100℃ + tD: Nhiệt độ trung bình của không khí; tD = 30℃
+ : Bề dày thân trong (m), = 4 mm = 0,004 m
+ : Hệ số dẫn nhiệt của thép (W/m.℃), = 16,86 W/�.℃ (Tra bảng I.125, trang
+ : Hiệu số nhiệt độ trung bình (℃), = tN – tKK = 100 – 30 = 70 (℃)
+ tN: Nhiệt độ trung bình ở thành vỏ áo trong giai đoạn đun nóng, tN = 100℃ + tKK: Nhiệt độ khí quyển; tKK = 30℃
+ τ: Thời gian gia nhiệt dịch malt (giây), τ = 40 phút = 2400 giây
- Phương trình cân bằng nhiệt lượng:
Qnguồn nhiệt = Qđun + Qgia nhiệt + Qtổn thất = (kcal)
Nhiệt lượng điện trở cần cung cấp để đun sôi nước
Qnguồn nhiệt = Qnước = (kcal) Lượng nước trong vỏ áo:
+ Gnước: Khối lượng nước trong vỏ áo (kg)
+ cnước = 1 kcal/kg 0 C: Nhiệt dung riêng của nước (kcal/kg 0 C)
Trong đó: Nhiệt độ của nước (ở áp suất 1at): 100 0 C (Tra bảng I.251, trang 314, [6])
THIẾT KẾ THIẾT BỊ
Chọn kích thước thiết bị phù hợp
Chọn nồi đường hóa là thiết bị hai vỏ thân hình trụ làm bằng thép không gỉ X18H10T, có các thông số sau.
Chọn: Ht = 1,5.Dt, Hd = 0,25.Dt
+ Ht: chiều cao thân trụ của thân trong (mm)
+ Hd: chiều cao đáy elip của thân trong (mm)
+ Dt: đường kính thân trụ của thân trong (mm)
+ Dd: đường kính đáy elip của thân trong (mm)
- Thể tích dịch đường trong một mẻ: Vsp = 50 lít
- Chọn hệ số chứa đầy là: α = 0,7
Thể tích thân hình trụ, đáy elip bên trong chứa malt:
- Đường kính thân trong của thiết bị: (I-8, trang 22, [9])
+ K’: Tỷ số phụ thuộc vào hình dạng của đáy (Tra bảng I-1, trang 22, [9])
+ Vt: Thể tích thân trụ của thân trong (m 3 )
+ Vd: Thể tích đáy elip của thân trong (m 3 )
+ Vn: Thể tích nồi (thân trong) (m 3 )
F = Sthân trong + Sđáy = π.HTN.DTN + π = π.HTN 0,386 + π.= 0,7 (m 2 )
Trong đó: HTN: Chiều cao mực nước tính từ đáy thân trong trở lên (mm) Đường kính lớp vỏ áo:
Thể tích nước chứa trong vỏ áo:
Khoảng cách giữa lớp vỏ áo và thân trong: Svỏ áo = 0,060 = 60 (mm)
Chiều cao dịch malt trong thân trong:
Hmalt = × Ht + Hd = × 0,58+ 0,1 = 0,5 (m) = 500 (mm) Đường kính lớp vỏ áo:
Chiều cao đáy elip vỏ áo: Hd’ = 0,25 × Dd’ = 0,25 514 = 128,5 (mm)
Chọn chiều cao của vỏ áo từ đỉnh vỏ đến đáy nồi thân trụ trong:
Ht’ > Hmalt = 500 mm Chọn Ht’ = 580 mm
Bề dày thân trụ thiết bị
4.2.1 Lớp thép tiếp xúc với dịch đường (chịu áp suất ngoài)
- Bề dày tối thiểu của thân trụ:
+ : Bề dày tối thiểu thân trụ của thân trong (mm)
+ : Áp suất ngoài tính toán (N/mm 2 )
,03 at = 0,101 (N/mm 2 ) + E t : Môđun đàn hồi của vật liệu thân ở nhiệt độ làm việc lấy ở 100 o C (N/mm 2 )
Tra bảng 2-12, trang 34, [10] ta có: t o C Thép austenit
+ L: Chiều dài tính toán của thân (mm) (Trang 98, [10])
- Bề dày thực của thân trụ:
Dựa vào công thức 5.9, trang 96, [10] ta có:
C = Ca + Cb + Cc + Co = 1 + 0,2 + 0,59 = 1,79 mm (1-10, trang 20, [10]) Trong đó, Ca = 1 mm là hệ số bổ sung do ăn mòn hóa học, áp dụng cho khoảng thời gian 10 – 15 năm, và Cb = 0 mm là hệ số bổ sung do bào mòn cơ học.
+ Cc = 0,2 mm: hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (tra bảng XIII.9, trang
+ Co = 0,59 mm: hệ số quy tròn
Kiểm tra điều kiện (5.15), trang 99, [10]:
Kiểm tra điều kiện (5.16), trang 99, [10]:
+ : hệ số an toàn khi áp suất dư trong thiết bị < 0,5 N/mm 2 ( Bảng 1-6, trang 14, [10])
+ : ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu X18H10T tại 100 o C (tra đồ thị hình 1.2, trang 16,[10]) = 142 N/mm 2
Kiểm tra áp suất ngoài cho phép theo công thức (5-19) khi thoả mãn (5 –
Vậy bề dày thân trụ của thân trong là: St = 4 mm
4.2.2 Bề dày lớp thép vỏ áo (chịu áp suất trong)
Thân chịu áp suất trong là: at = 0,101 N/mm 2
Theo đồ thị 1.2, trang 16, [10], ta có ứng suất cho phép tiêu chuẩn của vật liệu thép X18H10T ở 100 0 C là:
- Bề dày thực của lớp thép vỏ áo:
Hệ số bổ sung bề dày: (1-10, trang 20, [10])
+ : Hệ số ăn mòn hóa học thiết bị làm việc trong 10-15 năm.
(mm): Vật liệu được xem là bền cơ học.
: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (tra bảng XIII.9, trang 364, [7]).
Bề dày của lớp thép vỏ áo là: (5.9, trang 96, [10])
Kiểm tra bề dày lớp thép của vỏ áo: Áp dụng công thức 5-10, trang 97, [10]: Áp suất tính toán cho phép:
Vậy bề dày của lớp thép vỏ áo là:
Bề dày đáy elip
4.3.1 Đáy chịu áp suất ngoài (lớp đáy thép elip tiếp xúc với dịch đường) Đáy elip tiếp xúc với dịch đường làm việc ở áp suất là: at = 0,101 N/mm 2
Chọn bề dày đáy bằng bề dày thân trụ chịu áp suất ngoài:
Tỉ số bán kính cong ở mặt trong ở đỉnh đáy nắp với chiều dày S: (Trang 127, [10])
+ : Mô đun đàn hồi của vật liệu làm đáy ở nhiệt độ tính toán tra bảng 2-12, trang 34,
Tra bảng 2-12, trang 34, [10] ta có: t o C Thép austenit
: Tỉ số giới hạn đàn hồi của vật liệu làm đáy với giới hạn chảy của nó ở nhiệt độ tính toán, đối với thép không gỉ x = 0,7.
+ : Giới hạn chảy của vật liệu ở 100 o C.
(93,12 < 182,92) Thì áp suất ngoài cho phép [ được tính theo công thức 6-13, trang 127, [10]:
+ : Ứng suất nén cho phép của vật liệu X18H10T ở 100 o C.
Vậy bề dày của đáy thép elip tiếp xúc với dịch đường: Sd = 4 (mm)
Chọn chiều cao gờ: hg = 25mm (XIII.12, trang 385, [7]).
4.3.2 Tính đáy elip chịu áp suất trong (vỏ áo)
- Bề dày tối thiểu của thành nắp: (Trang 126, [10])
+ : Áp suất tính toán trong thiết bị.
+ Ứng suất cho phép khi kéo của vật liệu làm đáy (Đồ thị 1.2, trang 16, [10])+ : Hệ số bền mối hàn, (tra bảng XIII8, trang 362, [7])
Thì bề dày tối thiểu của lớp thép vỏ áo được tính bằng công thức 6-9, trang 126,[10]:
+ : Bề dày tối thiểu của lớp thép đáy elip vỏ áo (mm)
: hệ số bền mối hàn (tra bảng XIII8, trang 362, [7])
Dựa vào công thức 5-9, trang 96, [10]:
: Hệ số ăn mòn hóa học thiết bị làm việc trong 10-15 năm.
(mm): Vật liệu được xem là bền cơ học.
: Hệ số bổ sung do sai lệch khi chế tạo (tra bảng XIII.9, trang 364, [7]).
Bề dày của lớp thép vỏ áo ở đáy là:
Kiểm tra bề dày lớp thép của vỏ áo đáy: Áp dụng công thức 6-10, trang 126, [10]: Áp suất tính toán cho phép:
Vậy bề dày của lớp thép vỏ áo đáy là:
Chọn chiều cao gờ: hg’ = 25mm (XIII.12, trang 385, [7]).
Tính bề dày lớp cách nhiệt
Nhiệt lượng tổn thất qua thân thiết bị và lớp cách nhiệt: (1.62, trang 28, [8])
+ α: hệ số cấp nhiệt (W/� 2 ℃) (VI.67, trang 92, [7]) α1 = 9,3 + 0,058.tN = 9,3 + 0,058.100 = 15,1 (W/� 2 ℃) α2 = 9,3 + 0,058.tKK = 9,3 + 0,058.30 = 11,04 (W/� 2 ℃)
+ tN: Nhiệt độ trung bình ở thành vỏ áo trong giai đoạn đun nóng, tN = 100℃ + tKK: Nhiệt độ trung bình của dịch malt; tKK = 30℃
+ : Bề dày lớp cách nhiệt (m)
+ : Bề dày lớp thép ngoài cùng thiết bị (m), = 0,005m
Hệ số dẫn nhiệt của bông thủy tinh: = 0,0372 W/�.℃ (Tra bảng I.126, trang
Hệ số dẫn nhiệt của thép: = 16,86 W/�.℃ (Tra bảng I.125, trang 127, [6]) + F: Bề mặt truyền nhiệt (m 2 ), F = 0,7 m 2
Bề dày của lớp cách nhiệt:
Tính cánh khuấy của thiết bị
Yêu cầu khuấy trộn trong nồi đường hoá là nhằm tăng cường khả năng trao đổi nhiệt giữa thành nồi và huyền phù, đồng thời hạn chế hiện tượng dính tinh bột vào thành nồi để tránh tình trạng khê cháy Do đó, việc lựa chọn cơ cấu khuấy kiểu mỏ neo bằng vật liệu inox 304 và trục khuấy bằng thép không gỉ là rất cần thiết.
Hình 4.8 Mô hình cánh khuấy (minh họa)
Ta chọn số vòng quay của cánh khuấy: n 0,5 (vòng/s) = 30 (vòng/phút)
Ta chọn vận tốc vòng thích hợp ở đầu cánh khuấy là: 1 (m/s) (Trang 43, [12])
4.5.1 Tính công suất cánh khuấy
Công suất khuấy trộn cần đủ mạnh để tạo ra hệ huyền phù đồng nhất, đồng thời phải đảm bảo hiệu quả trao đổi nhiệt giữa vỏ nồi và tác nhân gia nhiệt, tránh hiện tượng quá nhiệt cục bộ Điều này giúp ngăn ngừa tình trạng khê cháy dịch malt ở những vùng có nhiệt độ cao.
Chuẩn số Reynolds của hệ huyền phù (Trang 617, [6]):
Giá trị Re > 10 4 nên ta suy ra dòng chuyển động của hệ huyền phù trong quá trình khuấy trộn là dòng chảy rối (chảy xoáy).
Khối lượng riêng của hệ huyền phù được đo bằng kg/m³, trong khi vận tốc vòng cánh khuấy được tính bằng vòng/s Đường kính của cánh khuấy được biểu thị bằng mét, và độ nhớt của huyền phù được đo bằng N.s/m² Công suất khuấy trộn là một yếu tố quan trọng trong quy trình này.
+ A: Hệ số (tra bảng IV.1, trang 618, [6]) A = 6,3 + n: Số vòng quay (vòng/s)
+ dk: Đường kính cánh khuấy (m) + hp: Khối lượng riêng hệ huyền phù (kg/m 3 )
4.5.2 Động cơ điện Động cơ điện ngắn mạch không đồng bộ là dạng phổ biến nhất của động cơ dẫn động công suất nhỏ và trung bình, vì cấu trúc đơn giản, kết cấu rôtô bền vững, đồng thời giá thành thấp Nhược điểm là dòng điện mở máy lớn gấp 5 – 7 lần dòng điện làm việc nếu nối trực tiếp với lưới điện (Trang 55, [12])
Công suất động cơ điện được xác định như sau:
NĐC = (IV.15, trang 622, [6]) Trong đó:
+ NĐC: Công suất động cơ điện (W) + N: Công suất khuấy trộn (W) + η: Hiệu suất (khả năng truyền lực từ động cơ sang cánh khuấy)
Chọn η = 0,6 Tra bảng P1.3, trang 238 [13] Chọn động cơ có số hiệu 4A71B8Y3.
- Công suất động cơ: 0,25 kW
- Vận tốc quay: 680 vòng/phút
4.5.3 Tính trục khuấy Đường kính của trục: (5-1, trang 132, [12]) dt(k) Trong đó:
+ dt(k): đường kính trục (m) + cp: ứng suất cắt cho phép (N/m 2 ) Với: cp = = 142 (N/mm 2 ) = 142.10 6 (N/m 2 ) (1-8, trang 15, [10]) + Mx: mômen xoắn (5-1a, trang 132, [12])
+ NĐC: Công suất động cơ (W) + ω: Vận tốc góc của trục (rad/s), ω = 0,5 vòng/s = rad/s + Cx: Hệ số dao động tải, chọn Cx = 1,5
Vậy đường kính trục: dt(k) = = = 0,023 (m) = 23 (mm)
Thiết kế chân đỡ thiết bị
Chọn vật liệu chân đỡ thiết bị: Thép CT3.
Chọn số chân đỡ là 2, kiểu IV, trang 436, [7].
Khối lượng chân đỡ cần chịu: m = mtb + mdd
Tổng khối lượng thép làm thiết bị: mtb = mnắp + mthân trong + mvỏ áo + mcánh khuấy + mbảo ôn
+ Khối lượng riêng của thép không gỉ X18H10T là ρ1 = 7900kg/m 3 (bảng XII.7, trang 313,[7]).
+ m: Khối lượng chân đỡ cần chịu (kg)
+ mtb: Khối lượng thiết bị (kg)
+ mdd: Khối lượng dịch đường (kg)
+ mnước: Khối lượng nước trong vỏ áo (kg)
+ mcách nhiệt: Khối lượng lớp cách nhiệt (kg)
Hình 4.9 Sơ đồ tính toán khối lượng thiết bị
Khối lượng lớp thép thân trong của thiết bị
Khối lượng thân trụ thân trong
Thân hình trụ, được làm bằng thép không gỉ X18H10T:
Đường kính trong của thân: Dt = 386 (mm)
Đường kính ngoài của thân:
Chiều cao của thân là Ht = 580 (mm)
Thể tích thép làm thân thiết bị hình trụ:
Khối lượng thép làm thân trụ: mt =.y00 2,843.10 -3 = 22,46 (kg)
Khối lượng đáy elip thân trong Đáy elip được làm bằng thép không gỉ X18H10T
Đường kính đáy trong: Dd = Dt = 386 (mm)
Bề dày đáy: Sd = 4 (mm) Dn(d) = 386 + 4.2 = 394 (mm)
Chiều cao đáy: Hd = 100 (mm)
Chiều cao gờ: hg = 25 (mm)
Thể tích thép làm đáy thiết bị (có tính gờ):
Khối lượng thép làm đáy elip: md = =1,644.10 -4 7900 = 1,3 (kg)
4.6.1 Khối lượng của lớp thép vỏ áo
Khối lượng lớp thép thân trụ của vỏ áo
Lớp thép vỏ áo có:
- Đường kính của lớp vỏ áo:
- Bề dày của lớp vỏ thép: St’ = 5 mm Dn(t’) = 514 + 2.5 = 524 (mm)
- Chiều cao lớp vỏ áo ở thân trụ: Ht’ = 580 + 66 = 646 (mm)
Thể tích của lớp thép vỏ áo thân:
Khối lượng của lớp thép vỏ áo thân: mt’ = ρ1.Vthép(t’) = 7900.4.10 -3 = 31,6 (kg)
Khối lượng lớp thép đáy elip của vỏ áo Đáy elip được làm bằng thép không gỉ X18H10T
- Lớp thép vỏ áo ở đáy có bề dày:
- Đường kính trong vỏ thép đáy:
- Đường kính ngoài vỏ thép đáy:
- Chiều cao lớp vỏ đáy trong:
Thể tích lớp vỏ đáy hình elip:
Khối lượng của lớp thép vỏ áo dạng elip:
4.6.2 Khối lượng nắp thiết bị
Nắp nón của thiết bị làm bằng thép không gỉ X18H10T có kích thước bằng với đáy elip thân trong thiết bị.
Đường kính đáy trong: Dn = Dd = 386 (mm)
Bề dày nắp: Sn = Sd = 4 (mm) Dn(n) = Dn(d) = 394 (mm)
Chiều cao đáy: Hn = Hd = 100 (mm)
Chiều cao gờ: hg = 25 (mm)
Thể tích thép làm nắp thiết bị (có tính gờ):
Khối lượng thép làm nắp elip: mn = = 7900.1,644.10 -4 = 1,3 (kg)
- Trục khuấy của thiết bị làm bằng thép không gỉ X18H10T
- Cánh khuấy của thiết bị làm bằng inox 304 có
- Chiều cao trục cánh khuấy: Hk = Hn + Ht + Hd – sk = 100 + 580 + 100 – 116
- Đường kính trục cánh khuấy: Dk(t) = 23 mm
- Khối cánh khuấy: mk = ( [2.[0,023 2 0,3474 - (0,023 – 0,005.2) 2 (0,3474 – 0,005.2)] + (0,3474 – 0,023.2).(0,023 – 0,005.2) 2 ].7930 = 3,5 (kg)
4.6.4 Khối lượng lớp cách nhiệt
Khối lượng riêng của lớp cách nhiệt bằng bông thủy tinh: ρc = 200 kg/m 3 (Tra bảng I.1, trang 8, [6])
Khối lượng thân trụ lớp cách nhiệt
Lớp cách nhiệt gồm có:
- Đường kính trong: Dc = Dt’ + 2.St’ = 514 + 2.5 = 524 (mm)
- Đường kính ngoài: Dc(n) = Dc + 2.Sc = 524 + 2.28 = 580 (mm)
- Chiều cao lớp cách nhiệt ở thân trụ: Hc = 580 + 66 = 646 (mm)
Thể tích của lớp thép vỏ áo thân:
Khối lượng của lớp trụ cách nhiệt: mc(t) = ρc.Vc(t) = 200.33.10 -3 = 6,6 (kg)
Khối lượng đáy cách nhiệt
- Lớp bông thủy tinh cách nhiệt ở đáy có bề dày:
- Đường kính trong: Dc(d) = Dt’ + 2.St’ = 514 + 2.5 = 524 (mm)
- Đường kính ngoài: Dc(d,n) = Dc + 2.Sc = 524 + 2.28 = 580 (mm)
- Chiều cao lớp vỏ đáy trong:
Thể tích lớp vỏ đáy hình elip:
Khối lượng của lớp đáy cách nhiệt:
4.6.5 Khối lượng thép ngoài thiết bị
Khối lượng thân trụ ngoài thiết bị
Thân hình trụ, được làm bằng thép không gỉ X18H10T:
Đường kính trong của thân: Dt(l) = Dc(n) = 580 (mm)
Đường kính ngoài của thân: Dt(l) = Dc(n) + 2.St(l) = 580 + 2.5 = 590 (mm)
Chiều cao của thân là Ht(l) = 580 + 66 = 646 (mm)
Thể tích thép làm thân thiết bị hình trụ:
Khối lượng thép làm thân trụ: mt(l) =.y00 6,32.10 -3 = 50 (kg)
Khối lượng đáy elip thân trong Đáy elip được làm bằng thép không gỉ X18H10T
Đường kính đáy trong: Dd(l) = Dc(d,n) = 576 (mm)
Bề dày đáy: Sd(l) = 5 (mm) D d(n,l) = 576 + 5.2 = 586 (mm)
Chiều cao đáy: Hd = 128,5 (mm)
Chiều cao gờ: hg = 25 (mm)
Thể tích thép làm đáy thiết bị (có tính gờ):
Khối lượng thép làm đáy elip: md(l) = =3,15.10 -4 7900 = 2,5 (kg)
Công thức tính đường kính bulông: (Trang 361, [14])
- d0: Đường kính của ren bulông (cm)
- P’: Lực tác động lên mỗi bulông (kg)
- Dn: Đường kính ngoài của thân thiết bị, Dn = 386 + 4.2 = 394 mm = 39,4 cm
- P: Áp suất làm việc, P = 1at = 1,064 kg/cm 2
Chọn đường kính của bulông theo tiêu chuẩn là 16 mm (Theo Tiêu chuẩn Việt Nam TCVN 1916:1995 về Bulông, vít, vít cấy và đai ốc).
- Ống nhập liệu: Đường kính 40 mm, bề dày 2,5 mm.
- Ống tháo sản phẩm: Đường kính 20 mm, bề dày 3,35 mm.
- Ống dẫn nước vào: Đường kính 40 mm, bề dày 3,35 mm.
- Ống xả nước: Đường kính 32 mm, bề dày 2,3 mm.
4.6.8 Khối lượng chân đỡ cần chịu
- Khối lượng thiết bị là: mtb = mnắp + mthân trong + mvỏ áo + mcánh khuấy + mcách nhiệt + mngoài
= mnắp + mt + md + mt’ + md’ + mk + mcách nhiệt + mt(l) + md(l)
- Khối lượng dịch đường: mdd = 54,67 (kg)
- Khối lượng nước trong vỏ áo: mnước = 40 (kg)
- Khối lượng chân đỡ cần chịu: m = mtb + mdd + mnước = 123,78 + 54,67 + 40 = 218,45 (kg)
- Chọn khối lượng chân đỡ cần chịu: 250 kg
- Tải trọng cho mỗi chân đỡ:
- Tra bảng trang 437, [7], ta chọn chân đỡ có kích thước:
Hình 4.10 Hình ảnh minh họa chân đỡ thiết bị
Tải trọng cho phép trên một chân
Tải trọng cho phép trên bề mặt đỡ (q.10 -6 N/m 2 )
[1] PGS TS Hoàng Đình Hòa, Công nghệ sản xuất Malt & Bia (2002), NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[2] Lê Thị Hồng Ánh (chủ biên), Giáo trình Hóa sinh học thực phẩm (2019), NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh
[3] Đàm Sao Mai (chủ biên), Hóa sinh thực phẩm (2009), NXB Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh
[4] GS TS Nguyễn Thị Hiền (chủ biên), Khoa học – Công nghệ Malt và Bia
(2007), NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[5] Nguyễn Hữu Quyền, Bài giảng Thiết kế công nghệ nhà máy thực phẩm (2015),Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP HồChí Minh
[6] Tập thể tác giả: Bộ môn Quá trình – thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm,
Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Tập 1 (1992), NXB Khoa học và Kỹ thuật
[7] Tập thể tác giả: Bộ môn Quá trình – thiết bị công nghệ hoá chất và thực phẩm,
Sổ tay quá trình và thiết bị công nghệ hóa chất, Tập 2 (2006), NXB Khoa học và Kỹ thuật
[8]Giáo trình Kỹ thuật thực phẩm 1 (2018), Khoa Công nghệ thực phẩm, Trường Đại học Công nghiệp thực phẩm TP Hồ Chí Minh
[9] Nguyễn Văn May, Thiết bị truyền nhiệt và chuyển khối (2006), NXB Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội
[10] Hồ Lê Viên, Tính toán, thiết kế các chi tiết các thiết bị hóa chất và dầu khí
(2006), NXB Khoa học và Kỹ thuật.
[11] GS TSKH Nguyễn Bin, Các quá trình, thiết bị trong công nghệ hóa chất và thực phẩm, Tập 2 (2007), NXB Khoa học và Kỹ thuật
[12] GS TSKH Nguyễn Minh Tuyển, Quá trình và thiết bị khuấy trộn trong công nghệ (2006), NXB Xây dựng
[13] PGS TS Trịnh Chất, TS Lê Văn Uyển, Tính toán thiết kế Hệ dẫn động cơ khí
[14] Tôn Thất Minh (chủ biên), Giáo trình Các quá trình và thiết bị trong Công nghệ thực phẩm – Công nghệ sinh học (Tập 2) (2017), NXB Bách Khoa Hà Nội.
