Thiết kế phân xưởng sản xuất bột sơ ri hòa tan

NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT

Nguyên liệu chính: Sơ ri

Phân loài theo khoa học:

Hình 2.1: Cây sơ ri – trái sơ ri

Sơ ri là một loại cây thân gỗ nhỏ có nguồn gốc từ châu Mỹ Latin, chủ yếu mọc tự nhiên ở Lesser Antilles từ St Croix đến Trinidad, Curacao, Margarita, và các khu vực phía nam Mexico, Trung Mỹ, và bắc Nam Mỹ, cũng như miền nam Brazil Cây này đã được thuần hóa tại Cuba, Jamaica, Puerto Rico và hiện nay được trồng phổ biến tại các trang trại ở Bahamas, Bermuda cùng một số khu vực ở Trung và Nam Mỹ như Venezuela, Surinam và Colombia Hiện tại, sơ ri cũng được trồng rộng rãi ở Đông Nam Á, Ấn Độ, Nam Mỹ, Brazil và các vùng cận nhiệt đới khác.

Ngoài tên khoa học, sơ ri còn được gọi với một số tên phổ thông: West Indian cherry, Barbados cherry, Puerto Rican cherry, Antilles cherry

Sơ ri là cây ăn trái lâu năm, có tuổi thọ từ 30 đến 40 năm, phù hợp với khí hậu nhiệt đới và cận nhiệt đới Cây ưa nắng và chịu hạn, phát triển tốt trên đất cát, nhưng do có hệ thống rễ cạn, cây dễ bị đổ ngã bởi gió Tuy nhiên, nếu được dựng đứng lại, cây có khả năng phục hồi và phát triển mạnh mẽ theo thời gian Để cây sơ ri phát triển tốt, pH đất cần nằm trong khoảng 5,5 đến 6,5, và nhiệt độ lý tưởng cho sự phát triển dao động từ 24 đến 28 độ C.

Cây sơ ri thường cao tới 20 feet (6 m) với nhiều nhánh và cành nhỏ dài từ 0,5 – 1 m, tạo thành tán cây dày và xum xuê, đôi khi có gai Thân cây nhỏ, đường kính khoảng 0,1 m, và vỏ cây có bề mặt tương đối xù xì.

Lá cây sơ ri có màu xanh từ nhạt đến đậm và bóng đẹp khi trưởng thành, với hình dạng đơn, dạng trứng hoặc mũi mác, dài từ 3 đến 5 cm Mép lá nhẵn và có lông nhỏ, có thể gây rát da khi tiếp xúc.

Các hoa sơ ri mọc thành tán từ 2 – 5 hoa cùng nhau, mỗi hoa có đường kính 1 – 1,5 cm, với 5 cánh hoa, màu hồng hoặc đỏ

Quả sơ ri có hình dạng tròn, đường kính từ 1 – 2,5 cm, với trọng lượng trung bình từ 3,8 – 5,5 g Khi chín, quả chuyển từ màu xanh sang đỏ tươi hoặc vàng cam, vỏ quả nhẵn và mềm, dễ bị dập Đặc biệt, sơ ri nổi bật với hàm lượng vitamin C tự nhiên cao, hấp thụ tốt hơn so với vitamin C tổng hợp, dao động từ 4500 mg/100 g quả xanh đến 2000 mg/100 g quả chín Sơ ri được xem là một trong những loại quả chứa nhiều vitamin C nhất, chỉ sau quả Camu – camu ở rừng Amazon.

Quả sơ ri không chỉ giàu vitamin A, B1, B2 và B3 mà còn chứa carotenoid và bioflavonoid, mang lại giá trị dinh dưỡng quan trọng và có khả năng hoạt động như chất chống oxy hóa.

2.1.2 Phân loại [12] Ở Việt Nam, sơ ri có thể được phân thành hai loại:

Sơ ri chua là một giống cây được ưa chuộng nhờ lá nhỏ, vỏ bóng đẹp và năng suất cao Với vị chua hấp dẫn, loại quả này phù hợp với thị hiếu người tiêu dùng và thường được sử dụng để sản xuất nước ép Ngoài ra, sơ ri chua còn có tiềm năng xuất khẩu sang các thị trường như Singapore, Hong Kong và Hà Lan dưới dạng quả tươi đông lạnh.

Sơ ri ngọt có lá to và năng suất thấp, nhưng quả lại lớn hơn so với giống Sơ ri chua Loại trái cây này chủ yếu được cung cấp cho thị trường nội địa dưới dạng trái cây tươi và gần đây còn được sử dụng trong quy trình sản xuất rượu vang từ trái cây.

Cây sơ ri, một loại cây ăn quả nhiệt đới hiếm gặp, hiện chỉ được trồng chủ yếu ở Florida, Puerto Rico, Cuba, Mexico và Ấn Độ với diện tích khoảng vài nghìn hecta Ở các quốc gia khác, cây sơ ri được trồng phân tán trên diện tích hẹp và rải rác ở nhiều vùng khác nhau.

Cây sơ ri, một loại cây ăn trái đặc trưng của miền Nam Việt Nam, đã được trồng từ lâu đời, đặc biệt phổ biến ở vùng Đồng bằng Sông Cửu Long Tại đây, cây sơ ri phân bố rộng rãi, nhưng tập trung chủ yếu ở khu vực Gò Công, tỉnh Tiền Giang, cùng một số xã thuộc tỉnh Bến Tre Tiền Giang là tỉnh có diện tích trồng sơ ri lớn nhất, với các xã trọng điểm như Long Thuận, Bình Ân, Tân Đông, Bình Nghị và Kiểng Phước Sơ ri Gò Công nổi tiếng với hương vị chua ngọt đặc sắc, khó nơi nào sánh kịp.

Bảng 2.1: Thành phần dinh dưỡng của quả sơ ri (West Indian Cherry)

Total Omega – 3 fatty acids mg 44

Total Omega – 6 fatty acids mg 46

Quả sơ ri là thực phẩm có năng lượng thấp, với 100 g cung cấp khoảng 134 kJ (32 kcal) Ngoài ra, sơ ri còn giàu vitamin và chất chống oxi hóa, mang lại nhiều lợi ích cho sức khỏe con người.

Quả sơ ri chứa hàm lượng cao các chất oxi hóa, đặc biệt là các hợp chất poly-phenolic như anthocyanidin, bao gồm acid chlorogenic, acid ferulic, pelargonidin, malvidin, tannins, cyanidin-3-glycoside, quercetin và kaempferol, làm cho nó trở thành một loại trái cây giàu dinh dưỡng và có lợi cho sức khỏe.

Sơ ri là một trong những loại quả có hàm lượng vitamin C cao nhất, chỉ sau Camu Camu, với 100g sơ ri cung cấp tới 1677 mg vitamin C, tương đương 1864% nhu cầu hàng ngày của cơ thể Việc tiêu thụ từ 2 – 3 quả sơ ri mỗi ngày sẽ đáp ứng đủ nhu cầu vitamin C khuyến nghị Vitamin C, một chất chống oxi hóa tự nhiên, giúp nâng cao hệ miễn dịch và bảo vệ cơ thể khỏi các bệnh truyền nhiễm.

Vitamin C đóng vai trò quan trọng trong quá trình hình thành collagen, một protein thiết yếu cho cấu trúc của mô liên kết, xương, răng, sụn, da và mô sẹo, chiếm khoảng 1/4 trọng lượng cơ thể Vitamin này đặc biệt cần thiết cho các tế bào nguyên bào sợi và nguyên xương, chịu trách nhiệm tổng hợp collagen từ tiền protein tropocollagen Quá trình hydroxyl hóa các amino acid proline và lysine trong tropocollagen được xúc tác bởi các enzyme proline và lysine hydrolase, trong đó vitamin C giữ vai trò chất khử, giúp duy trì sắt ở dạng Fe2+ cần thiết cho phản ứng hydroxyl hóa.

Thiếu vitamin C gây ra sự khiếm khuyết trong quá trình tổng hợp collagen, dẫn đến chậm lành vết thương, vỡ mạch máu và ảnh hưởng xấu đến răng cũng như xương Những dấu hiệu ban đầu bao gồm xuất huyết điểm nhỏ do thành mạch kém bền vững Khung xương, chiếm 1/5 trọng lượng cơ thể và chủ yếu là collagen, sẽ gặp khó khăn trong việc tích lũy canxi và photpho cần thiết cho quá trình khoáng hóa nếu bị suy yếu Điều này có thể khiến xương yếu đi và thậm chí bị co vẹo, với một số xương sai lệch khỏi khớp do collagen yếu Lớp men răng cũng trở nên bất thường khi thiếu canxi, làm cho răng dễ bị tổn thương và sâu Vitamin C đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành collagen, và việc tăng cường vitamin C trong chế độ ăn uống lên 50 lần so với nhu cầu trước và sau phẫu thuật đã cho thấy hiệu quả trong việc tạo mô sẹo.

Maltodextrin

Maltodextrin là một loại tinh bột biến tính, được tạo ra thông qua quá trình thủy phân không hoàn toàn của tinh bột bằng các tác nhân hóa học như acid hoặc tác nhân sinh học như enzyme.

Maltodextrin là polysaccharide có công thức phân tử (C6H10O5)n.H2O, được sản xuất từ tinh bột sắn qua quá trình thủy phân không hoàn toàn bằng acid hoặc enzyme, với chỉ số DE từ 4 – 20 và khối lượng riêng 0,3 – 0,5 g/ml Maltodextrin sở hữu những tính chất khác biệt so với tinh bột sắn, nhờ đó được ứng dụng hiệu quả trong sản xuất thực phẩm và dược phẩm, đồng thời an toàn cho người sử dụng.

Hình 2.3: Công thức cấu tạo của maltodextrin

Hình 2.4: Sản phẩm maltodextrin (thực tế)

Sản phẩm có DE từ 4 đến 7 được ứng dụng rộng rãi trong việc tạo màng mỏng dễ tan và tự hủy, thích hợp để bọc trái cây trong quá trình bảo quản, sử dụng trong kem, làm phụ gia cho các loại nước sốt, và làm chất độn tạo viên trong ngành dệt.

Sản phẩm có DE từ 9 đến 12 thường được sử dụng trong ngành công nghiệp chế biến đồ uống, đặc biệt là cho trẻ em, cũng như trong các sản phẩm dinh dưỡng dành riêng cho vận động viên Ngoài ra, chúng còn được ứng dụng làm chất trợ sấy và chất giữ hương, góp phần nâng cao chất lượng và hương vị của sản phẩm.

Sản phẩm có DE từ 15 đến 18 được ứng dụng rộng rãi làm chất kết dính và chất tăng vị cho đồ uống Nó cũng được sử dụng trong thành phần của bơ, sữa bột và cà phê hòa tan, đồng thời làm vật mang cho các thành phần không phải đường.

Quá trình sản xuất maltodextrin, đặc biệt là loại có chỉ số DE thấp, gặp nhiều khó khăn như sự tồn tại của tinh bột chưa biến tính, gây mùi và làm cho sản phẩm không tan hoàn toàn Hàm lượng dextrin mạch lớn cao khiến dung dịch thu được đục, sản phẩm ngọt hơn mong muốn trong một số ứng dụng nhưng lại có độ nhớt cao, khó lọc và tẩy màu Điều này dẫn đến việc nhiều công ty chỉ tập trung vào sản xuất maltodextrin có chỉ số DE cao (DE > 10).

Maltodextrin đóng vai trò quan trọng trong quá trình phối chế trước khi sấy phun, giúp hạn chế tác động của nhiệt độ cao đến các thành phần nhạy cảm với nhiệt như vitamin C Ngoài ra, nó còn tăng cường độ hòa tan và nâng cao hiệu suất sấy phun bằng cách giảm thiểu tình trạng bám dính của dịch nguyên liệu vào buồng sấy.

STT Tính chất Tiêu chuẩn

1 Hình dạng Bột, màu trắng

3 Vị Không vị hoặc có vị ngọt nhẹ

4 Độ ẩm (%), không lớn hơn 5

9 SO2 (ppm), không nhỏ hơn 30

12 Tổng số vi sinh vật hiếu khí (cfu/g), không lớn hơn 100

13 E coli, Salmonella Không có mặt

14 Nấm mốc (cfu/g), không lớn hơn 50

15 Nấm men (cfu/g), không lớn hơn 50

Nước

Nước đóng vai trò tạo môi trường ngâm và phối trộn, phun ẩm trong qui trình sản xuất

Nước là một chất lỏng, trong suốt, không màu, không mùi, không vị

Khối lượng riêng 1 kg/L Điểm sôi ở 100 0 C và đông ở 0 0 C ở điều kiện bình thường

Có khả năng truyền nhiệt lớn, phân tán nhiều hợp chất chứa nhóm không cực để tạo ra các micelle

Nước dùng trong sản xuất bột sơ ri cần tuân thủ các tiêu chuẩn an toàn thực phẩm, đảm bảo đáp ứng các yêu cầu cụ thể về chất lượng và vệ sinh.

- Trong suốt, không có vị lạ, không có vi sinh vật gây bệnh

- Độ cứng < 7,9 mg đương lượng/l

Bảng 2.3: Giới hạn các chỉ tiêu chất lượng của nước [18]

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị

Giới hạn tối đa cho phép

Chỉ tiêu cảm quan và thành phần vô cơ

Màu sắc TCU 15 TCVN 6185:1996 (ISO 7887 –

Không có mùi, vị lạ

Cảm quan, hoặc MEWW2150B và 2160 B A

3 Độ đục NTU 2 TCVN 6184:1996 (ISO 7027 –

CaCO3 mg/L 300 TCVN 6224:1996 hoặc SMEWW

Tổng chất rắn hoà tan (TDS) mg/L 1000 SMEWW2540C B

Amoni mg/L 3 SMEWW 4500 – NH3C hoặc

Asen tổng số mg/L 0,01 TCVN 6626:2000 hoặc SMEWW

Bảng 2.4: Tiêu chuẩn vệ sinh của nước sử dụng trong công nghiệp thực phẩm của Bộ Y tế [19]

STT Tên chỉ tiêu Đơn vị tính Giới hạn tối đa

2 Mùi vị - Không có mùi vị lạ

6 Tổng chất rắn hòa tan (TDS) mg/l 1000

Nhà cung cấp nguyên liệu sản xuất

Bảng 2.5: Nhà cung cấp nguyên liệu sản xuất

STT Tên nguyên liệu Nhà cung cấp

1 Bã sơ ri Nông hộ, nhà máy nước ép …

2 Maltodextrin Banpong Tapioca Flour Industrial Co Ltd

THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ

Qui trình công nghệ theo sơ đồ khối

Bột sơ ri Đóng gói Bao bì

Sàng Hạt kém Đóng thùng Thùng carton

Hình 2.5: Qui trình công nghệ sản xuất bột sơ ri

3.2.1 Qui trình công nghệ theo thiết bị Đính kèm.

Thuyết minh qui trình công nghệ

Chuẩn bị: ngâm nguyên liệu với nước tạo nên huyền phù bã sơ ri, giúp cho quá trình ép tiếp theo đạt hiệu quả

Khai thác chất hòa tan trong bã sơ ri là một quá trình quan trọng, quyết định đến chất lượng, hương vị và sản lượng của sản phẩm.

Vật lý: khối lượng nguyên liệu giảm (do các tạp chất được tách ra), bên cạnh đó nguyên liệu sẽ đồng đều về kích thước

Thiết bị sử dụng: thiết bị khuấy trộn có cánh khuấy

Tỉ lệ ngâm: nước/nguyên liệu = 5 /1

Thời gian ngâm: 40 phút/mẻ

Khai thác: tách dịch bào ra khỏi màng tế bào và ra khỏi khối nguyên liệu, ép thu toàn bộ dung dịch trong

Vật lý: cấu trúc tế bào bị phá vỡ

Hóa học: khả năng bị oxi hóa mạnh hơn do tế bào bị phá vỡ nhỏ ra, tổn thất vitamin C

Hóa sinh liên quan đến các hợp chất có tính sinh học và enzyme được giải phóng ra ngoài Các enzyme này đóng vai trò xúc tác cho các phản ứng oxi hóa, dẫn đến sự mất mát các chất có hoạt tính sinh học và vitamin C.

Thiết bị sử dụng: thiết bị ép trục vis

Hoàn thiện quy trình chuẩn bị cho việc phối trộn, giúp loại bỏ cặn trong dịch ép, nâng cao chất lượng và đảm bảo độ đồng nhất của sản phẩm.

Vật lí: khối lượng nguyên liệu giảm do bỏ bớt phần cặn

Hóa lý: các thành phần không tan như hạt bị tách ra, giảm thành phần pha phân tán trong pha liên tục

Thiết bị sử dụng: thiết bị lọc ly tâm

❖ Thông số công nghệ: Áp lực quá trình lọc: 5.10 4 – 6.10 4 Pa

Để cải thiện quy trình sấy phun, cần phối trộn maltodextrin vào dung dịch nguyên liệu nhằm giảm độ nhớt, giúp hạn chế tình trạng nghẹt đầu phun và tăng hiệu suất sấy Maltodextrin không chỉ đóng vai trò là chất mang, giúp bảo vệ vitamin C khỏi mất mát, mà còn giảm thiểu các vấn đề như sự bám dính trong tháp sấy, từ đó nâng cao năng suất của quá trình sấy phun.

Vật lý: tăng tỉ trọng của dung dịch nguyên liệu

Hóa học: nồng độ chất khô tăng lên

Hóa lý: tăng độ đồng nhất và độ keo của dung dịch nguyên liệu

Thiết bị sử dụng: thiết bị khuấy trộn có cánh khuấy mỏ neo

Cấu tạo thiết bị bao gồm: một thùng khuấy, bên trong có một cánh khuấy dạng bản mỏng hình mỏ neo

Nguyên lý hoạt động của thiết bị này dựa trên chuyển động tròn quanh trục, với chuyển động ly tâm là chính và chuyển động thẳng đứng rất ít Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, thiết bị cần được lắp đặt thêm các thanh chặn trên thành.

Thời gian phối trộn: 30 phút/mẻ

Tỷ lệ phối trộn (theo hàm lượng chất tan): maltodextrin/nguyên liệu = 5 /1

Chuẩn bị: chuẩn bị cho quá trình sấy phun diễn ra hiệu quả hơn

Khai thác: làm tăng hàm lượng chất khô trong nguyên liệu (thông qua việc bốc hơi nước trong nguyên liệu)

Bảo quản: ức chế vi sinh vật do môi trường có hoạt độ nước thấp và áp suất thẩm thấu cao

- Nguyên liệu giảm khối lượng do sự bốc hơi nước

- Hệ số dẫn nhiệt, nhiệt dung, hệ số cấp nhiệt, hệ số truyền nhiệt, hoạt độ nước giảm

- Khối lượng riêng, độ nhớt, nhiệt độ sôi tăng

Hóa lý: có sự chuyển pha của nước trong nguyên liệu

Hóa sinh: các phản ứng hóa sinh (enzyme) bị đình chỉ một phần hoặc hoàn toàn

Sinh học: một số vi sinh vật bị ức chế hoặc tiêu diệt do hoạt độ nước thấp và hàm lượng chất khô cao (áp suất thẩm thấu cao)

Thiết bị sử dụng: hệ thống cô đặc màng rơi 2 cấp

- Thiết bị gồm 2 nồi cô đặc, trong đó hơi thứ ở nồi thứ nhất được dùng để đun nóng cho nồi thứ hai

Vùng bốc hơi hoạt động trong điều kiện chân không, cho phép quá trình bốc hơi diễn ra ở nhiệt độ thấp hơn so với áp suất khí quyển bình thường Chân không được tạo ra nhờ bơm chân không trước khi khởi động thiết bị bốc hơi và được duy trì bằng cách ngưng tụ hơi nước thông qua nước lạnh.

Dung dịch nguyên liệu được đưa vào thiết bị và qua các nồi để cô đặc đến hàm lượng chất khô theo yêu cầu kỹ thuật Sau khi đạt hàm lượng chất khô cần thiết ở nồi thứ hai, dung dịch sẽ được bơm ra ngoài và dẫn vào bồn chứa.

Hàm lượng chất tan trong dịch sơ ri sau cô đặc: 34%

Chế biến: biến đổi hoàn toàn nguyên liệu từ trạng thái lỏng (dung dịch) sang trạng thái rắn (các hạt bột)

Bảo quản: vì sấy phun giảm ẩm tách nước, sản phẩm thu được có hàm lượng nước ≤ 5% (w/w) nên hạt chế được sự phát triển của vi sinh vật

- Thể tích, khối lượng giảm

- Sự bay hơi nước và các chất dễ bay hơi dưới tác động của nhiệt độ cao

- Sự chuyển pha: dịch nguyên liệu (dạng lỏng) sau quá trình sấy phun sẽ hình thành bột sơ ri (dạng rắn)

- Giai đoạn đầu: nhiệt độ vật liệu tăng dần tạo sự hoạt động mạnh mẽ của các hệ enzyme, nhất là enzyme oxy hóa - khử

- Giai đoạn sấy: hoạt động enzyme giảm vì nhiệt độ cao bắt đầu ức chế hoạt động của vi sinh vật và lượng nước giảm

Giai đoạn sau sấy, một số enzyme, đặc biệt là enzyme oxy hóa - khử, không bị ức chế hoàn toàn và vẫn tiếp tục hoạt động trong thời gian bảo quản Đến một giai đoạn nhất định, các enzyme này có thể phục hồi khả năng hoạt động của mình.

Sinh học: một số vi sinh vật không chịu nhiệt bị ức chế

- Thiết bị sử dụng: tháp sấy phun (sấy phun cùng chiều)

- Quá trình sấy phun gồm 3 giai đoạn cơ bản:

• Giai đoạn phun sương (atomization): phân tán dòng nhập liệu thành những hạt nhỏ li ti nhờ vào cơ cấu phun

Trong giai đoạn trộn mẫu dạng sương với không khí nóng, các hạt nhỏ li ti vừa được hình thành sẽ được trộn trực tiếp với không khí nóng, giúp bốc hơi nước trong mẫu một cách hiệu quả.

• Giai đoạn thu hồi sản phẩm sau sấy từ dòng không khí thoát

Quạt hút không khí vào bộ phận lọc khí để tách bụi bẩn, sau đó không khí được đưa qua caloriphe để gia nhiệt đến nhiệt độ yêu cầu trước khi thổi vào phòng sấy.

Dung dịch được phun thành bụi vào phòng sấy, nơi tác nhân sấy hoạt động theo chiều đi lên Các giọt chất lỏng tiếp xúc với không khí trong vài giây, giúp bay hơi hoàn toàn độ ẩm và tạo ra những hạt bột mịn, sau đó rơi xuống phễu hình nón.

• Hơi nước có lẫn bột được chuyển vào cyclone để tách khí còn bột rơi xuống cùng với những hạt tạo thành ban đầu

• Bột được đưa qua túi lọc để tách quặng bụi Những quặng bụi này được hồi lưu về cyclone tách khí để triệt để thu hồi sản phẩm

Nhiệt độ tác nhân sấy vào: 170 o C

Nhiệt độ tác nhân sấy ra ra: 80 o C Độ ẩm của sản phẩm sau quá trình sấy phun: 3,5%

Nhiệt độ của bột sản phẩm: 85 o C

Hoàn thiện sản phẩm bằng cách sử dụng chất lỏng phun sương để kết tụ bột sau quá trình sấy phun, tạo thành các hạt hoặc chùm hạt lớn hơn, từ đó tăng cường độ hòa tan cho sản phẩm nhờ vào hệ thống mao quản.

- Kích thước hạt tăng lên, đồng đều hơn Trong từng hạt, các thành phần không liên kết chặt chẽ với nhau nên hạt có cấu trúc xốp

- Hạt sau khi tạo thành sẽ được sấy bằng khí nóng rồi làm nguội bằng khí lạnh Tỉ trọng hạt giảm do hạt có cấu trúc xốp

Quá trình tạo hạt sử dụng hơi nước nóng có thể dẫn đến một số phản ứng như thủy phân, phản ứng Maillard và caramel hóa, nhưng những phản ứng này không đáng kể do thời gian thực hiện ngắn.

Thiết bị sử dụng: thiết bị sấy tầng sôi

Phương pháp thực hiện bao gồm việc hòa trộn bột với chất lỏng dưới dạng phun sương, tạo ra những hạt có kích thước đồng nhất Các hạt này sau đó được sấy khô trong điều kiện ôn hòa để đạt độ ẩm mong muốn Cuối cùng, hạt được làm nguội và sàng lọc để hồi lưu các hạt bột mịn về thiết bị tạo hạt.

❖ Thông số công nghệ: Độ ẩm của bột sau khi phun ẩm: 8% Độ ẩm của sản phẩm sau quá trình tạo hạt: 3,5%

Để đảm bảo chất lượng sản phẩm trước khi đóng gói, cần chuẩn hóa quy trình hoàn thiện Việc phân loại hạt bột bằng hệ thống sàng rung giúp thu được sản phẩm với kích thước hạt đồng đều, nâng cao hiệu quả sử dụng.

Vật lý: Giảm kích thước nguyên liệu, tăng diện tích tiếp xúc

TÍNH TOÁN CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Ước lượng tổn thất

Bảng 4.1: Ước lượng tổn thất cho từng quá trình

Mức tổn thất (% khối lượng)

1 Ngâm 0,1 Tổn thất do dính thành thiết bị, cánh khuấy

2 Ép 0,3 Tổn thất do dính thành thiết bị

3 Lọc 0,1 Tổn thất do dính thành thiết bị

4 Phối trộn 0,2 Tổn thất do dính thành thiết bị, cánh khuấy

5 Cô đặc 0,2 Tổn thất do dính thành thiết bị

6 Sấy phun 0,5 Tổn thất do dính thành thiết bị, biến tính nguyên liệu

7 Tạo hạt 0,3 Tổn thất do dính thành thiết bị

8 Sàng 0,2 Tổn thất do vướng lưới sàng

9 Đóng gói 0,1 Tổn thất do rót bột khi đóng gói

10 Đóng thùng 0,0 Do bao bì bao trực tiếp thành phẩm đã kín, đóng thùng carton nên tổn thất không xảy ra

Tính toán cân bằng vật chất

Bã sơ ri (Acerola pomace – AP) nguyên liệu: hàm lượng ascorbic acid = 1,058 g/100 g (wb) hoặc 4,381 g/100 g (db)

Sau quá trình ngâm và ép, dịch ép sơ ri (Acerola pomace extract – APE): hàm lượng ascorbic acid = 0,164 g/100 g (wb) hoặc 3,645 g/100 g (db)

Giải: mAA: khối lượng ascorbic acid (g) mW: khối lượng nước (g) mS: khối lượng chất tan (g)

- Trong AP: m AA m AA +m S = 0,04381 ↔ m S = 21,8 × m AA m AA m AA +m S +m W = 0,01058 ↔ m W = 71,7 × m AA

→ AP có hàm lượng nước = 75,9% (wb) và nồng độ chất tan = 24,1% (wb)

- Trong APE: m AA m AA +m S = 0,03645 ↔ m S = 26,4 × m AA m AA m AA +m S +m W = 0,00164 ↔ m W = 582,4 × m AA

→ APE có hàm lượng nước = 95,5% (wb) và nồng độ chất tan = 4,5% (wb)

Hiệu suất thu hồi của ascorbic acid sau quá trình ép: H = 83,22%

Bã sơ ri (Acerola pomace – AP) nguyên liệu: hàm lượng ascorbic acid = 1,058 g/100 g (wb) hoặc 4,381 g/100 g (db)

Dịch ép sơ ri (Acerola pomace extract – APE): hàm lượng ascorbic acid = 0,164 g/100 g (wb) hoặc 3,645 g/100 g (db)

Trước ép: 100 g nguyên liệu chứa 1,058 g ascorbic acid

→ Sau ép, dịch ép chứa: 1,058 × 83,22% = 0,8804 (g) ascorbic acid

Nồng độ chất tan trong dịch sơ ri sau quá trình cô đặc: 34% (w/w) [33]

Giả thiết 4 đề cập đến độ ẩm của sản phẩm sau quá trình sấy phun, đạt 3,5% (w/w) Độ ẩm của bột khi được phun ẩm để tạo hạt là 8,0% (w/w), và sau khi hoàn tất quá trình tạo hạt, độ ẩm giảm xuống còn 3,5% (w/w).

Tính toán cân bằng vật chất cho 100 kg nguyên liệu đầu vào:

- Gnguyên liệu: khối lượng nguyên liệu, đầu vào (kg)

- Gnước: khối lượng nước, đầu vào (kg)

- Ghuyền phù: khối lượng huyền phù sơ ri, sau ngâm (kg)

- Tỉ lệ ngâm: Gnguyên liệu/Gnước = 1 /5

Phương trình cân bằng vật chất theo khối lượng:

Gnguyên liệu+ G nước = G huyền phù ↔ G huyền phù = 100 + 100 × 5 = 600 (kg)

- Tổn thất quá trình = 0,1% ↔ G huyền phù = 600 × 100−0,1 100 = 599,4 (kg)

- Ghuyền phù: khối lượng huyền phù sơ ri, sau ngâm (kg)

- Gbã ép: khối lượng bã ép sơ ri, sau ép (kg)

- Gdịch: khối lượng dịch ép sơ ri, sau ép (kg)

- Giả thiết 2: 100 g nguyên liệu, sau ép cho 536,8 g dịch ép

→ 100 kg nguyên liệu, sau ép cho 536,8 kg dịch ép

G huyền phù = G bã ép + G dịch ↔ G bã ép = G huyền phù − G dịch = 599,4 − 536,8 = 62,6 (kg)

- Tổn thất quá trình = 0,3% ↔ G dịch = 536,8 × 100−0,3 100 = 535,2 (kg)

- Gdịch: khối lượng dịch ép sơ ri, sau ép (kg)

- Glọc: khối lượng dung dịch, sau lọc (kg)

- Tổn thất quá trình = 0,1 % ↔ G lọc = G dịch × 100−0,1 100 = 535,2 × 100−0,1 100 = 534,6 (kg)

- Glọc: khối lượng dung dịch, sau lọc (kg)

- Gmaltodextrin: khối lượng maltodextrin, phối trộn (kg)

- Gphối trộn: khối lượng dung dịch, sau phối trộn (kg)

- Tỉ lệ phối trộn: Glọc-chất tan/Gmaltodextrin = 1 /5

- Hàm lượng chất tan trong dịch lọc: Glọc−chất tan= 4,5% × G lọc = 0,045 × 534,6 24,1 (kg)

G lọc + Gmaltodextrin= G phối trộn ↔ G phối trộn = 534,6 + 24,1 × 5 = 655,1 (kg).

- Nồng độ chất tan của dung dịch sau phối trộn: G lọc−chất tan +G maltodextrin

- Tổn thất quá trình = 0,2% ↔ G phối trộn = 655,1 × 100−0,2 100 = 653,8 (kg)

- Gphối trộn: khối lượng dung dịch, sau phối trộn (kg)

- Gthứ: khối lượng nước bốc hơi, trong quá trình cô đặc (kg)

Gchất tan trước cô đặc= Gmaltodextrin+ Glọc−chất tan = 24,1 × 5 + 24,1 = 144,6 (kg)

- Nồng độ chất tan sau quá trình cô đặc là 34% (w/w):

→ Gnước sau cô đặc= 33 17 × Gchất tan trước cô đặc = 33 17 × 144,6 = 280,7 (kg)

Gnước trước cô đặc= G phối trộn − Gchất tan trước cô đặc= 653,8 − 144,6 = 509,2 (kg)

Phương trình cân bằng vật chất theo khối lượng nước:

Gnước trước cô đặc= Gnước sau cô đặc+ G thứ ↔ G thứ = 509,2 − 280,7 = 228,5 (kg).

- Tổn thất quá trình = 0,2% ↔ G cô đặc = (Gchất tan trước cô đặc+ Gnước sau cô đặc) × 100−0,2 100 (144,6 + 280,7) × 100−0,2 100 = 424,4 (kg)

- Gthứ: khối lượng nước bốc hơi, trong quá trình sấy phun (kg)

- Nồng độ chất tan trong dung dịch sau cô đặc là 34% (w/w):

Gchất tan trong sấy phun= G cô đặc × 0,34 = 424,4 × 0,34 = 144,3 (kg)

Gbột−sau sấy phun= Gchất tan sấy phun÷ 100−3,5 100 = 144,3 ÷ 100−3,5 100 = 149,5 (kg)

Gtrước sấy phun= G cô đặc = 424,4 (kg)

- Phương trình cân bằng vật chất theo khối lượng:

Gtrước sấy phun = Gbột−sau sấy phun + G thứ

→ G thứ = Gtrước sấy phun− Gbột−sau sấy phun= 424,4 − 149,5 = 274,9 (kg)

- Tổn thất quá trình = 0,5% ↔ G sau sấy = Gbột−sau sấy phun× 100−0,5 100 = 149,5 × 100−0,5 100 148,8 (kg)

Khối lượng chất tan sau sấy phun:

Gchất tan−sau sấy phun= G sau sấy × 100−3,5 100 = 148,8 × 100−3,5 100 = 143,6 (kg)

Khối lượng hạt khi có hàm ẩm 8% (w/w): G hạt 8% = 143,6 ÷ 100−8 100 = 156,1 (kg)

Khối lượng nước phun vào trong quá trình tạo hạt:

G nước phun = G hạt 8% − G sau sấy = 156,1 − 143,6 = 12,5 (kg)

- Tổn thất quá trình = 0,3% ↔ G tạo hạt = G sau sấy × 100−0,3 100 = 148,8 × 100−0,3 100 = 148,4 (kg)

- Gsàng: khối lượng sản phẩm, sau sàng (kg)

Tổn thất quá trình = 0,2% ↔ G sàng = G tạo hạt × 100−0,2 100 = 148,4 × 100−0,2 100 = 148,1 (kg).

- Gđóng gói: khối lượng sản phẩm, sau đóng gói (kg)

- Gbao: khối lượng bột sản phẩm trong 1 đơn vị đóng gói (kg)

- Nbao: số lượng đơn vị sản phẩm thu được (gói)

Tổn thất quá trình = 0,1% ↔ G đóng gói = G sàng × 100−0,1 100 = 148,5 × 100−0,1 100 = 148,0 (kg)

❖ Quá trình đóng thùng: tổn thất quá trình = 0,0% ↔ G đóng thùng = G đóng gói = 148,0 (kg)

Bảng 4.2: Tổng kết cân bằng vật chất cho từng quá trình (100 kg nguyên liệu)

STT Quá trình Đầu vào (kg) Tổn thất (kg) Đầu ra (kg)

Tính toán năng suất theo ngày

Năng suất nhà máy: 6.300 (tấn nguyên liệu/năm)

Công nhân được nghỉ vào các ngày chủ nhật, các ngày lễ theo quy định của Nhà nước

Các ngày lễ và số ngày nghỉ như sau (năm 2018):

- Tết Dương lịch: nghỉ 01 ngày (01/01)

- Tết Nguyên đán: nghỉ 11 ngày (15/02 – 26/02)

- Giỗ Tổ Hùng Vương: nghỉ 01 ngày (25/04)

- Giải phóng miền Nam và Quốc tế Lao động: nghỉ 02 ngày (30/04 – 01/05)

Bảng 4.3: Biểu đồ sản xuất trong năm

Số ca làm việc hằng ngày: 03 ca (08 giờ/ca), cụ thể:

300 = 21 (tấn nguyên liệu/ngày) = 875 (kg nguyên liệu/h)

Bảng 4.4: Tổng kết cân bằng vật chất cho 1 ngày làm việc

Lượng nguyên liệu vào tính theo năng suất nhà máy

Lượng tổn thất tính theo năng suất nhà máy kg/h kg/ngày kg/h kg/ngày

Tỷ lệ giữa nguyên liệu - thành phẩm: 1294,9 875,0 = 0,68

Vậy trong 1 giờ làm việc, cứ 0,68 kg nguyên liệu đầu vào sẽ sản xuất tương ứng được 1 kg thành phẩm

Bảng 4.5: Tổng kết nguyên liệu

Số đơn vị sản phẩm gói 2590,00

TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ

Kế hoạch sản xuất (sơ đồ Gantt)

Hình 5.1: Sơ đồ Gantt cho 1 ngày làm việc

Sàng Đóng gói Đóng thùng

Giờ mẻ-1 mẻ-2 mẻ-3 mẻ-4 mẻ-5 mẻ-6 mẻ-7 mẻ-8 mẻ-9 mẻ-10 mẻ-11 mẻ-12 mẻ-13 mẻ-14 mẻ-15 mẻ-16 mẻ-17 mẻ-18 mẻ-19 mẻ-20 mẻ-21 mẻ-22 mẻ-23 mẻ-24

Bảng 5.1: Tổng kết thời gian biểu cho 1 mẻ sản xuất

STT Quá trình Bắt đầu (giờ) Kéo dài (phút) Kéo dài (giờ) Kết thúc (giờ)

Tiêu tốn 3,03 (giờ) = 182 (phút) cho 1 mẻ nguyên liệu tạo thành thành phẩm

Tính toán và lựa chọn thiết bị chính

Bảng 5.2: Tổng kết năng suất thiết bị

Khối lượng đầu vào (kg/mẻ)

Thời gian cho quá trình (giờ/mẻ)

Năng suất thiết bị (kg/h)

Năng suất thiết bị cần (kg/h)

Chọn năng suất cần = 110% năng suất thiết bị

Khối lượng bã sơ ri nguyên liệu trong 1 mẻ: m mẻ = 875 (kg)

Khối lượng riêng của bã sơ ri nguyên liệu: d bã = 1020 (kg/m 3 )

→ Thể tích bã sơ ri nguyên liệu trong 1 mẻ: V mẻ = m d mẻ bã = 0,858 (m 3 )

Thể tích nước dùng trong 1 mẻ: V nước = 4,375 (m 3 )

→ Thể tích thiết bị ngâm cần: V cần = V mẻ + V nước = 5,233 (m 3 )

→ Thể tích thiết bị ngâm tính toán: V tính toán = 5,5 (m 3 )

→ Thể tích thực của thiết bị ngâm: V thực = V tính toán a = 6,5 (m 3 )

Bảng 5.3: Thông số kĩ thuật của thiết bị ngâm

Nhà sản xuất PROCESS PLANT & MACHINERY Ltd

Bảng 5.4: Thông số kĩ thuật của thiết bị ép trục vis

Nhà sản xuất Vincent Corporation

Tốc độ chuyển động (rpm) 26

Hình 5.3: Thiết bị ép trục vis

Khối lượng nguyên liệu trong 1 mẻ: m mẻ = 5732,0 (kg)

Khối lượng riêng của dịch: d dịch = 1020 (kg/m 3 )

→ Thể tích bã sơ ri nguyên liệu trong 1 mẻ: V mẻ = d m mẻ dịch = 5,619 (m 3 )

Khối lượng maltodextrin trong 1 mẻ: mmaltodextrin= 1054,4 (kg)

Khối lượng riêng của maltodextrin: dmaltodextrin = 650 (kg/m 3 )

→ Thể tích maltodextrin trong 1 mẻ: Vmaltodextrin = m maltodextrin d maltodextrin = 1,622 (m 3 )

→ Thể tích phối trộn trong 1 mẻ: V phối trộn = V mẻ + Vmaltodextrin = 7,241 (m 3 )

→ Thể tích tính toán của thiết bị: V tính toán = 7,5 (m 3 )

→ Thể tích thực của thiết bị phối trộn: V thực = V tính toán a = 8,8 (m 3 )

Bảng 5.5: Thông số kĩ thuật của thiết bị phối trộn

Nhà sản xuất Isimsan Ltd

Nơi sản xuất Thổ Nhĩ Kỳ

Hình 5.4: Thiết bị phối trộn

❖ Thiết bị lọc ly tâm:

Bảng 5.6: Thông số kĩ thuật của thiết bị lọc ly tâm

Nhà sản xuất HAUS Centrifuge Technologies

Nơi sản xuất Đan Mạch

Bảng 5.7: Thông số kĩ thuật của thiết bị cô đặc màng rơi

Nơi sản xuất Việt Nam

Hình 5.6: Thiết bị cô đặc màng rơi

Bảng 5.8: Thông số kĩ thuật của thiết bị sấy phun

Năng suất bay hơi (kg/h) ≤ 1300

Hình 5.7: Thiết bị sấy phun

❖ Thiết bị tạo hạt (sấy tầng sôi):

Bảng 5.9: Thông số kĩ thuật của thiết bị sấy tầng sôi

Nhà sản xuất Nguyên Tùng

Bảng 5.10: Thông số kĩ thuật của thiết bị sàng

Nhà sản xuất Kroosh Technologies Ltd

Bảng 5.11: Thông số kĩ thuật của thiết bị đóng gói

Nhà sản xuất Cloud Packaging Equipment

Hình 5.10: Thiết bị đóng gói

Bảng 5.12: Thông số kĩ thuật của thiết bị đóng thùng carton

Nhà sản xuất Ruian Yongxin Machinery Factory

Nơi sản xuất Trung Quốc

Hình 5.11: Thiết bị đóng thùng

Tính toán và lựa chọn thiết bị phụ

Khối lượng bã sơ ri nguyên liệu trong 1 mẻ: m mẻ = 875 (kg)

Khối lượng riêng của bã sơ ri nguyên liệu: d bã = 1020 (kg/m 3 )

→ Thể tích bã sơ ri nguyên liệu trong 1 mẻ: V mẻ = m d mẻ bã = 0,857 (m 3 )

→ Thể tích thùng chứa tính toán: V tính toán = 1,0 (m 3 )

Hệ số sử dụng thùng chứa: a = 0,85

→ Thể tích thực của thùng chứa: V thực = V tính toán a = 1,2 (m 3 )

Thể tích thiết bị theo thông số: V thùng = π×D 4 2 × H + 1 3 × π×D 4 2 × h

Hình 5.12: Tank chứa nguyên liệu

Bảng 5.13: Thông số kĩ thuật của tank trung gian

5.2.3 Tank chứa bột thành phẩm

Khối lượng của bột thành phẩm trong 1 mẻ: m mẻ = 1295,8 (kg)

Khối lượng riêng của bột thành phẩm: d bột = 650 (kg/m 3 )

→ Thể tích bột thành phẩm trong 1 mẻ: V mẻ = m d mẻ bột = 1,994 (m 3 )

→ Thể tích tank chứa tính toán: V tính toán = 2,0 (m 3 )

Hệ số sử dụng thùng chứa: a = 0,85

→ Thể tích thực của tank chứa: V thực = V tính toán a = 2,35 (m 3 )

Hình 5.14: Tank chứa bột thành phẩm

❖ Bơm ly tâm (centrifugal pump):

Bảng 5.14: Thông số kĩ thuật của bơm ly tâm

❖ Bơm trục vis (screw pump):

Bảng 5.15: Thông số kĩ thuật của bơm trục vis

Nhà sản xuất Castle Pumps Ltd

Bảng 5.16: Thông số kĩ thuật của quạt

Nhà sản xuất Chuan-fan Electric

Nơi sản xuất Đài Loan

Công suất (kW) 3,7 Áp suất (kPa) 3,2 – 4,4

Hệ thống thiết bị được cấu tạo thành ba dãy, bao gồm bồn chứa xút, bồn chứa acid, bồn chứa nước rửa sơ bộ, bồn chứa nước sạch, bồn chứa dung dịch hồi lưu để tái sử dụng và hệ thống gia nhiệt bản mỏng.

Nguyên lý hoạt động: tiến hành chạy CIP cho thiết bị với chế độ như sau:

Rửa sơ bộ bằng nước ấm, thường là nước hồi lưu từ giai đoạn cuối của chu trình CIP, được gia nhiệt và thực hiện trong khoảng 3 phút.

- Rửa bằng dung dịch kiềm nóng (0,5% - 1,5%, 75 o C) trong 10 phút, có hoàn lưu

- Rửa kiềm dư bằng nước ấm trong 3 phút

- Rửa bằng dung dịch acid nitric (0,3% - 0,7%, 65 o C) trong 5 phút, có hoàn lưu

- Rửa acid bằng nước ấm trong 3 phút

- Rửa sạch và làm nguội từ từ bằng nước lạnh trong 6 phút

Các thiết bị còn lại như băng tải, thiết bị sàng, thiết bị xếp thùng thì tiến hành vệ sinh đơn giản bằng nước thường

Ta chọn thiết bị CIP có các thông số kĩ thuật như sau:

Bảng 5.17: Thông số kĩ thuật của thiết bị CIP

Nhà sản xuất Tetra Pak

Nơi sản xuất Thụy Sĩ

Lượng hơi nước sử dụng (kg/h) 1500

Bảng danh mục thiết bị

Bảng 5.18: Tổng kết thiết bị sản xuất

STT Thiết bị Xuất xứ Công suất Năng suất Số lượng Số công nhân Thiết bị chính

4 Phối trộn Thổ Nhĩ Kỳ 20 0 – 10 (m 3 ) 01 02

7 Tạo hạt Việt Nam 10 1600 (kg/h) 01 01

11 Tank chứa nguyên liệu Trung Quốc - 13,4 (m 3 ) 08 04

12 Tank trung gian Trung Quốc - 4 (m 3 ) 03 03

Tank chứa bột thành phẩm

Tổng số công nhân (người) 24

TÍNH TOÁN NĂNG LƯỢNG, ĐIỆN, NƯỚC

Tính toán năng lượng tiêu hao cho 1 giờ làm việc

Do không thể xác định chính xác nhiệt dung riêng của dịch ép sơ ri sau khi phối trộn, vì không biết thành phần cụ thể của dịch ép, nên nhiệt dung riêng của dung dịch chỉ có thể được tính tương đối bằng công thức.

- C: nhiệt dung riêng của dung dịch, J/kg.K

- ms: nồng độ chất tan trong dung dịch, %

Cô đặc: với dung dịch đầu vào (sau phối trộn) có nồng độ chất tan: ms1 = 22,1%:

Sấy phun: với dung dịch đầu vào (sau cô đặc) có hàm lượng nước: mw1 = 66% → dung dịch đầu vào có nồng độ chất tan: ms2 = 34%:

Sấy phun: sản phẩm có hàm lượng nước: mw2 = 3,5% → sản phẩm có nồng độ chất tan: ms3 96,5%:

Quá trình tạo hạt bắt đầu với bột có hàm lượng nước sau khi sấy phun là mw3 = 3,5% Bột này được phun ẩm để đạt hàm lượng nước mw4 = 8,0% Kết quả là bột có nồng độ chất tan ms4 = 92,0%.

Bảng 6.1: Thông số kĩ thuật của quá trình cô đặc

STT Thông số kĩ thuật Kí hiệu Giá trị Đơn vị

1 Nhiệt độ của dung dịch vào Tcđv 25,0 o C

2 Nhiệt độ của dung dịch ra Tcđr 80,0 o C

3 Ẩn nhiệt hóa hơi của nước, 80 o C rφ 2310,0 kJ/kg

4 Nhiệt dung riêng của dung dịch vào Cdd1 3,675 kJ/kg.độ

5 Khối lượng của dung dịch vào mcđv 5720,6 kg

6 Khối lượng của dung dịch ra mcđr 3713,3 kg

7 Khối lượng hơi bay ra mthứ 2007,3 kg

- Phương trình cân bằng năng lượng:

Q cđ = m hơi × r φ × φ = m cđv × C dd1 × (T cđr − T cđv ) + m thứ × r φ + Q tt

Bảng 6.2: Thông số kĩ thuật của quá trình sấy phun

1 Nhiệt độ của dung dịch vào Tspv 75,0 o C

2 Nhiệt độ của sản phẩm ra Tspr 85,0 o C

3 Nhiệt độ của dòng khí vào Tkspv 170,0 o C

4 Nhiệt độ của dòng khí ra Tkspr 80,0 o C

6 Nhiệt dung riêng của dung dịch vào Cdd2 3,383 kJ/kg.độ

7 Nhiệt dung riêng của bột sản phẩm C3,5 1,406 kJ/kg.độ

8 Nhiệt dung riêng của không khí khô Ckkk 1,005 kJ/kg.độ

9 Khối lượng của dung dịch vào mspv 3713,3 kg

10 Khối lượng của bột ra mspr 1301,9 kg

11 Khối lượng hơi bay ra mhơi 2411,4 kg

Q sp = m spv × T spv × C dd2 + m kkk × C kkk × T kspv = m spr × T spr × C 3,5 + m hơi × r φ +

↔ m kkk = m spr ×T spr ×C 0,95×C 3,5 + m hơi ×r φ −0,95×m spv × T spv × C dd2 kkk ×T kspv −C kkk ×T kspr

↔ Q sp = m spv × T spv × C dd2 + m kkk × C kkk × T kspv

❖ Quá trình tạo hạt (sấy tầng sôi):

Bảng 6.3: Thông số kĩ thuật của quá trình tạo hạt – giai đoạn sấy

1 Nhiệt độ của bột vào Tthv 85,0 o C

2 Nhiệt độ của sản phẩm ra Tthr 95,0 o C

3 Nhiệt độ của dòng khí vào Tkthv 140,0 o C

4 Nhiệt độ của dòng khí ra Tkthr 120,0 o C

6 Nhiệt dung riêng của bột vào C3,5 1,406 kJ/kg.độ

7 Nhiệt dung riêng của sản phẩm C8,0 1,585 kJ/kg.độ

9 Khối lượng của bột vào mthv 1301,9 kg

10 Khối lượng của bột ra mthr 1298,4 kg

11 Khối lượng hơi bay ra mhơi 3,5 kg

Q th−sấy = m kkk × C kkk × (T kthv − T kthr ) + m thv × T thv × C 8,0 = m thr × T thr × C 3,5 + m hơi × r φ + Q tt

↔ m kkk = m thr × T thr ×C 0,95×C 3,5 −0,95×m thv ×T thv ×C 8,0 +m hơi ×r φ kkk ×(T kthv −T kthr )

↔ Q th−sấy = m kkk × C kkk × (T kthv − T kthr ) + m thv × T thv × C 8,0

Bảng 6.4: Thông số kĩ thuật của quá trình tạo hạt – giai đoạn làm nguội

1 Nhiệt độ của bột vào Tlnv 95,0 o C

2 Nhiệt độ của sản phẩm ra Tlnr 55,0 o C

3 Nhiệt độ của dòng khí vào Tklnv 30,0 o C

4 Nhiệt độ của dòng khí ra Tklnr 50,0 o C

5 Nhiệt dung riêng của sản phẩm C3,5 1,406 kJ/kg.độ

7 Khối lượng của bột vào mln 1301,9 kg

Qth−làm nguội = m kkk × C kkk × (T klnr − T klnv ) = m ln × C 3,5 × (T lnv − T lnr ) + Q tt

↔ m kkk = m ln C ×C 3,5 ×(T lnv −T lnr )+Q tt kkk ×(T klnr −T klnv ) =1301,9×1,406×(95−55)

↔ Qth−làm nguội = m kkk × C kkk × (T klnr − T klnv ) = 3834,5 × 1,005 × (50 − 30) 77073,5 (kJ)

Bảng 6.5: Thông số kĩ thuật của quá trính vệ sinh CIP

1 Nhiệt độ của nước vào Tncv 30,0 o C

2 Nhiệt độ của nước ra Tncr 50,0 o C

3 Khối lượng riêng của nước dnước 992 kg/m 3

4 Nhiệt dung riêng của nước, 40 o C Cnước 4,18 kJ/kg.độ

5 Nhiệt độ của xút vào Txv 30,0 o C

6 Nhiệt độ của xút ra Txr 75,0 o C

7 Nhiệt dung riêng của xút, 52,5 o C Cxút 4,07 kJ/kg.độ

8 Nhiệt độ của acid vào Tav 30,0 o C

9 Nhiệt độ của acid ra Tar 65,0 o C

10 Nhiệt dung riêng của acid, 47,5 o C Cacid 4,17 kJ/kg.độ

11 Ẩn nhiệt hóa hơi của nước, 2 at rφ 2208,0 kJ/kg.độ

Thể tích nước cần gia nhiệt: G nước = 61,24 (m 3 /ngày)

Khối lượng nước cần gia nhiệt: m nước = G nước × d nước = 61,24 × 992 = 60750,08 (kg) Phương trình cân bằng năng lượng cho gia nhiệt nước:

Q nước = m nước × C nước × (T ncr − T ncv ) + Q tt

Khối lượng xút cần gia nhiệt: m xút = 10079,87 (kg)

Phương trình cân bằng năng lượng cho gia nhiệt xút:

Q xút = m xút × C xút × (T xr − T xv ) + Q tt

Khối lượng acid cần gia nhiệt: m acid = 9975,67 (kg)

Phương trình cân bằng năng lượng cho gia nhiệt acid:

Q acid = m acid × C acid × (T ar − T av ) + Q tt

Tổng lượng nhiệt cần cho quá trình vệ sinh CIP trong 1 giờ:

Q CIP = m hơi × r φ × φ ↔ m hơi = r Q CIP φ ×0,9= 360759,52 2208,0×0,9 = 181,54 (kg)

Tổng khối lượng hơi tiêu thụ trong 1 giờ sản xuất: m hơi−tổng = m hơi−cô đặ𝑐 + m hơi−CIP = 2933,2 + 181,54 = 3114,74 (kg)

Bảng 6.6: Thông số kĩ thuật của lò hơi

Nhà sản xuất Fulton Ltd

Công suất (kW) 4000 Áp suất làm việc (barg) 12,8

Không khí khô được sử dụng trong quá trình:

- Tạo hạt: Sấy và làm nguội

→ Tổng khối lượng không khí khô tiêu thụ trong 1 giờ sản xuất: m kkk−tổng = mkkk−sấy phun+ m kkk−sấy + mkkk−làm nguội = 58596,9 + 772,7 + 3834,5 = 63204,1 (kg)

- Sấy phun (từ 30 o C – 170 o C): Q sấy phun = m kkk × C kkk × (170 − 30) = 58596,9 × 1,005 × (170 − 30) = 8244583,8 (kJ)

- Tạo hạt – sấy (từ 30 o C – 140 o C): Q th−sấy = m kkk × C kkk × (140 − 30) = 772,7 × 1,005 × (140 − 30) = 85322,0 (kJ)

- Tạo hạt – làm nguội (từ 30 o C – 50 o C): Qth−làm nguội= m kkk × C kkk × (140 − 30) 3834,5 × 1,005 × (50 − 30) = 77073,5 (kJ)

→ Q lò đốt = Q sấy phun + Q th−sấy + Qth−làm nguội= 8406979,3 (kJ).

Tính toán điện năng tiêu thụ

6.2.1 Xác định phụ tải động lực

Bảng 6.7: Tổng kết điện động lực

STT Thiết bị Công suất động cơ

Số lượng Tổng công suất (kW)

Công suất của hệ thống cấp nước, hệ thống xử lí nước thải … lấy bằng 20% tổng công suất các thiết bị chính trong phân xưởng

→ Tổng công suất động lực: P đl = 356,8 × 120% = 428,2 (kW)

6.2.2 Xác định phụ tải chiếu sáng

Công thức tính: P cs = P o × S, trong đó:

- Pcs: Công suất chiếu sáng của công trình (kW)

- Po: Công suất chiếu sáng riêng trên 1 m 2 diện tích công trình (W/m 2 )

Số bóng đèn cần lắp: n = Pcs/Pđ Trong đó Pđ là công suất của bóng đèn (kW)

Bảng 6.8: Tiêu chuẩn độ rọi tối thiểu cho các khu vực (Theo TCVN 7114:2008)

Khu vực Độ rọi tối thiểu (lux)

Khu vực công trình phụ 200

Thông số Po được trích từ giáo trình "Cung cấp điện" của Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học và Kỹ thuật, cùng với Quy chuẩn quốc gia QCVN 09:2013, liên quan đến các công trình xây dựng sử dụng năng lượng hiệu quả.

Bảng 6.9: Tổng kết phụ tải chiếu sáng

Po Diện tích Số lượng

Loại bóng đèn sử dụng:

- Tên sản phẩm: Bóng đèn huỳnh quang Compact công suất cao Rạng Đông

6.2.3 Xác định phụ tải tính toán

Công thức phụ tải tính toán cho động lực: P tt1 = K c × P đl

- Pđl: Công suất động lực (kW)

- Kc: Hệ số nhu cầu Thông thường đối với nhà máy là 0,5 – 0,6 Chọn K c = 0,6

Công thức phụ tải tính toán cho chiếu sáng: P tt2 = K × P cs

- K: Hệ số không đồng thời Chọn K = 0,9

→ Công suất tính toán tổng của phân xưởng: P tt = P tt2 + P tt1 = 280,4 (kW)

Chọn máy biến áp sao cho công suất phụ tải làm việc bằng 80% công suất định mức:

P định mức = 80×cos φ P tt ×100 = 280,4×100 80×0,95 = 461,2 (kW)

Chọn máy biến áp có Sđm lớn hơn hoặc bằng 461,2 (kW)

- Công suất định mức: 560 (kW)

6.2.5 Tính toán lượng điện tiêu thụ hàng năm

- T là thời gian chiếu sáng sử dụng tối đa (h)

- K là hệ số đồng thời (K = 0,9)

• k1: thời gian chiếu sáng 1 ngày (h)

- T: thời gian sử dụng tối đa (h)

❖ Điện năng tiêu thụ hàng năm:

- Với Km = 1,03 là hệ số hao tổn trên mạng điện hạ áp.

Tính toán lượng nước tiêu hao

❖ Dùng cho quá trình ngâm bã sơ ri:

1 mẻ ngâm tiêu tốn 4,375 m 3 nước

→ Lượng nước tiêu tốn cho quá trình ngâm: G ngâm = 24 × 4,375 = 105 (m 3 )

❖ Dùng cho quá trình phun ẩm tạo hạt:

1 mẻ tạo hạt = 60 phút = 1 giờ

1 mẻ tạo hạt tiêu tốn 0,109 m 3 nước

1 ngày = 24 giờ = 24 mẻ tạo hạt

→ Lượng nước tiêu tốn cho quá trình tạo hạt: G tạo hạt = 24 × 0,109 = 2,6 (m 3 )

❖ Dùng cho CIP vệ sinh các thiết bị phức tạp (các thiết bị kín):

Có 2 loại nước dùng để vệ sinh các thiết bị có thực hiện chế độ CIP và thời gian cấp của mỗi loại nước cho từng thiết bị như sau:

- Nước lạnh ở nhiệt độ 30 o C: rửa sạch và làm nguội cuối cùng trong 6 phút

- Nước ấm ở nhiệt độ 50 o C: rửa sơ bộ ban đầu trong 3 phút, rửa xút dư trong 3 phút và rửa acid dư trong 3 phút, tổng cộng 9 phút

Xác định lưu lượng dòng chảy của nước trong ống:

- Ống dẫn nước ấm và nước thường là ống thép đen loại 40ST có:

• Đường kính trong: dt = 35,05 mm

• Đường kính ngoài: dn = 42,164 mm

• Áp suất làm việc: p = 16 at

• Mức độ giãn nở (so với ở 0 o C) là 0,572 mm/m

• Tốc độ nước trên đường ống: ω = 1,5 m/s

• Lưu lượng thể tích nước chuyển động qua đoạn ống:

Lượng nước vệ sinh CIP cho mỗi thiết bị: V = t × G

- t (h): thời gian cấp nước cho mỗi thiết bị

- G = 5,04 (m 3 /h): lưu lượng dòng nước chảy vào thiết bị

Bảng 6.10: Tổng kết lượng nước dùng cho CIP

Thời gian cấp nước lạnh (giờ)

Thời gian cấp nước ấm (giờ)

Tổng thời gian cấp nước (giờ)

Số lần vệ sinh trong ngày (lần)

Tổng lượng nước vệ sinh (m 3 /ngày)

Thời gian lưu kho của nguyên liệu: 05 (ngày)

Số tank chứa nguyên liệu: 08 (tank)

Lượng nước dùng cho CIP tank chứa nguyên liệu trong 1 ngày:

❖ Dùng cho quá trình vệ sinh các thiết bị đơn giản (các thiết bị hở):

Lượng nước vệ sinh tiêu chuẩn cho mỗi thiết bị là 1,0 m 3 /thiết bị/ngày

Bảng 6.11: Tổng kết lượng nước dùng cho vệ sinh đơn giản

Lượng nước vệ sinh thiết bị (m 3 /ngày)

Tổng lượng nước sử dụng (m 3 /ngày)

→ Lượng nước công nghệ sử dụng trong 1 ngày sản xuất của phân xưởng (hệ số dự trữ: k 1,5):

G cn = 1,5 × (G cn1 + G cn2 + G tạo hạt + G ngâm ) = 1,5 × (61,24 + 4,0 + 2,6 + 105) 259,26 (m 3 )

Chỉ tiêu nước sinh hoạt: 0,045 m 3 /người/ca (TCVN 33 – 2006)

- Công thức tính sinh hoạt hằng ngày: G = (q × n) × m × K

• q: chỉ tiêu nước sinh hoạt/công nhân (m 3 )

• n: số công nhân trong 1 ca sản xuất (người/ca)

Nước vệ sinh phân xưởng:

- Công thức tính nước vệ sinh: G = S×h 6

• h: chiều cao lớp nước vệ sinh Chọn h = 5 (cm)

• 6: 1 tuần vệ sinh phân xưởng 1 lần (ngày chủ nhật), chia cho 6 ngày sẽ ra lượng nước vệ sinh cho 1 ngày

Tổng khối lượng nước dùng trong một ngày:

Tính toán lượng hóa chất sử dụng cho quá trình vệ sinh

Hóa chất sử dụng cho quá trình vệ sinh thiết bị với thời gian cấp cho mỗi thiết bị như sau:

- Sodium hydroxide (NaOH) 1% ở nhiệt độ 75 o C: rửa trong 10 phút, hoàn lưu 4 lần

Acid nitric (HNO3) 0,5% ở nhiệt độ 65 độ C nên được sử dụng để rửa trong 5 phút và hoàn lưu 2 lần Các ống dẫn xút và acid có đặc tính kỹ thuật tương tự như ống dẫn nước ấm và nước thường dùng để vệ sinh thiết bị Lượng hóa chất cần thiết cho mỗi thiết bị được tính toán tương tự như lượng nước dùng để vệ sinh.

Bảng 6.12: Tổng kết lượng xút dùng cho CIP

Thời gian cấp xút (giờ)

Số lần hoàn lưu (lần)

Lượng xút dùng cho CIP tank chứa nguyên liệu trong 1 ngày:

Khối lượng riêng của NaOH 1% tại 75 o C: dNaOH = 985,325 (kg/m 3 )

→ Khối lượng dung dịch NaOH 1% sử dụng trong 1 ngày sản xuất của phân xưởng: m ddNaOH = d NaOH × G NaOH = 985,325 × 10,23 = 10079,87(kg)

Xút được nhập khẩu dưới dạng bột khan và sau đó hòa với nước để tạo ra dung dịch NaOH 1% Dung dịch này được bơm vào bồn chứa xút của thiết bị CIP Trước khi sử dụng, NaOH 1% cần được gia nhiệt.

Khối lượng NaOH dạng bột sử dụng trong 1 ngày sản xuất của phân xưởng: m NaOH = 100% C% × mddNaOH= 100% 1% × 10079,87 = 100,80 (kg)

Bảng 6.13: Tổng kết lượng acid dùng cho CIP

Thời gian cấp acid (giờ)

Số lần hoàn lưu (lần)

Lượng xút dùng cho CIP tank chứa nguyên liệu trong 1 ngày:

Khối lượng riêng của HNO3 0,5% tại 65 o C: dHNO3a = 982,825 (kg/m 3 )

→ Khối lượng dung dịch HNO3 0,5% sử dụng trong 1 ngày sản xuất của phân xưởng: m ddHNO3a = d HNO3a × G HNO3 = 982,825 × 10,18 = 9975,67(kg)

Acid nitric được nhập khẩu dưới dạng đậm đặc 68% và được pha loãng với nước để tạo ra dung dịch HNO3 0,5% Trước khi sử dụng, dung dịch HNO3 0,5% này được bơm vào bồn chứa acid của thiết bị CIP và được gia nhiệt lên 65 độ C.

Khối lượng dung dịch HNO3 68% sử dụng trong 1 ngày sản xuất của phân xưởng: m ddHNO3b = m ddHNO3a × 0,5% 68% = 9975,67 × 0,5% 68% = 73,35 (kg)

Khối lượng riêng của HNO3 68% tại 30 o C: dHNO3b = 1390 (kg/m 3 )

→ Thể tích dung dịch HNO3 68% sử dụng trong 1 ngày sản xuất của phân xưởng:

Xử lý nước thải

Nước thải trong nhà máy chia làm 2 loại:

- Nước sạch: là loại nước ngưng tụ thải ra từ các nồi hơi … loại này có thể tái sử dụng

- Nước không sạch: bao gồm nước từ các khu nhà vệ sinh, tắm giặt … không thể tái sử dụng

Để đảm bảo hiệu quả trong quá trình sản xuất, cần thiết phải thiết lập một hệ thống thoát nước hợp lý xung quanh phân xưởng Hệ thống này sẽ giúp thoát nước kịp thời, đặc biệt trong những thời điểm sử dụng nhiều hoặc khi có mưa lớn.

THIẾT KẾ PHÂN XƯỞNG

AN TOÀN SẢN XUẤT TRONG PHÂN XƯỞNG

Tiêu đề	Thiết Kế Phân Xưởng Sản Xuất Bột Sơ Ri Hòa Tan
Người hướng dẫn	TS. Trần Thị Ngọc Yên
Trường học	Học viện Công nghệ
Chuyên ngành	Công nghệ thực phẩm
Thể loại	Đồ án tốt nghiệp
Năm xuất bản	2017
Thành phố	TP. Hồ Chí Minh

Định dạng
Số trang	123
Dung lượng	2,92 MB