Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất bột ca cao

i công nghiệp, hệ thống liên lạc viễn thông, hệ thống phòng cháy chữa cháy, nhà điều hành và các công trình phụ trợ khác, với điều kiện thuận lợi này sẽ giúp chúng tôi tiết kiệm được chi phí xây dựng ban đầu cũng như sự phát triển trong tương lai. 2.5. Điều kiện về điện, nước: Nguồn điện được đảm bảo cung cấp từ lưới điện quốc gia qua cả hai trục Phú Lâm – Mỹ Tho và Trà Nóc – Mỹ Tho, ít ảnh hưởng đến sản xuất. Nguồn nước được cung ứng bởi nhà máy nước Mỹ Tho, công suất 30000 m3/ngày nằm phía tây khu công nghiệp. Hệ thống thoát nước trong khu công nghiệp đang được đầu tư xây dựng. 2.6. Điều kiện về lực lượng lao động: Khu công nghiệp nằm ở thành phố Mỹ tho, đặc biệt, hiện nay bên cạnh khu công nghiệp là khu dân cư vừa được qui hoạch, do đó nguồn nhân lực lao động là khá dồi dào. 2.7. Điều kiện về thị trường: Nhà máy nằm gần với các thị trường lớn như thành phố Hồ chí Minh, các tỉnh miền Tây Nam Bộ (Cần Thơ, Vĩnh Long…), các tỉnh miền Đông Nam Bộ (Đồng Nai, Bình Dương…) do đó vấn đề tiêu thụ sản phẩm là khá dễ dàng. Phần 3: Qui trình công nghệ 3.1. Qui trình công nghệ sản xuất bột ca cao: Hạt ca cao Xử lý nhiệt hồng ngoại Rang Nghiền Kiềm hóa Na2CO3 Làm sạch Tạp chất Tách vỏ Vỏ Ép bơ Bơ ca cao Đánh tơi Bột ca cao Phân loại Bao gói Bao bì Hình 3.1: Qui trình công nghệ sản xuất bột ca cao 3.2. Thuyết minh qui trình công nghệ: 3.2.1. Làm sạch: Mục đích: Chuẩn bị cho các quá trình tiếp theo, nhằm loại bỏ các tạp chất trong khối hạt ca cao như đất, cát, đá và đặt biệt là các mảnh vụn kim loại. 3.2.2. Xử lý nhiệt hồng ngoại: Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình tách vỏ, làm yếu các liên kết giữa vỏ và nhân ca cao. Dưới tác dụng của tia hồng ngoại vỏ ca cao sẽ được làm nóng nhanh chóng và nước sẽ bốc hơi làm phồng vỏ tạo điều kiện cho việc tách vỏ dễ dàng. Ngăn chặn việc khuếch tán bơ ca cao từ nhân ra vỏ ca cao, giảm tổn thất chất béo trong nhân. Thông số kỹ thuật: Thời gian xử lý nhiệt hồng ngoại: 2 – 3 phút 3.2.3. Tách vỏ: Mục đích: Chuẩn bị cho quá trình kiềm hóa, quá trình tách vỏ ra khỏi nhân tạo điều kiện cho quá trình kiềm hóa nhân ca cao xảy ra dễ dàng. Thông số kỹ thuật: + Tỉ lệ vỏ còn sót lại trong khối ca cao là 0,2% (w/w) + Tỉ lệ nhân /vỏ được tách ra là 88/12 (w/w) 3.2.4. Kiềm hóa: Mục đích: + Mục đích chế biến: tạo màu, mùi, vị đặc trưng cho ca cao. + Mục đích hoàn thiện: cải thiện chỉ tiêu cảm quan về màu, mùi, vị (tạo màu nâu sẫm đặc trưng, tăng cường mùi thơm cho ca cao, giảm vị chát, vị chua) Thông số kỹ thuật: + Nhiệt độ kiềm hóa: 80 – 850C + Thời gian kiềm hóa: 60 phút + pH: tăng từ 4,5 – 5 đến 6,8 -7 + Hóa chất: Na2CO3 ,K2CO3 ..(Hàm lượng 2,5% khối lượng ca cao) 3.2.5. Rang: Mục đích: + Mục đích chuẩn bị cho quá trình nghiền, ẩm của nhân ca cao được giảm xuống 2% tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình nghiền. + Mục đích chế biến: làm biến đổi các hợp chất màu và mùi có trong ca cao tạo màu, mùi, vị đặc trưng cho ca cao. + Mục đích bảo quản: vô hoạt enzym, tiêu diệt vi sinh vật Thông số kỹ thuật: + Nhiệt độ rang: 110 – 1350C + Thời gian rang: 15 – 30 phút 3.2.6. Nghiền: Mục đích: + Mục đích chuẩn bị cho quá trình ép bơ ca cao, quá trình nghiền làm giảm kích thước nhân ca cao, tạo nên một khối ca cao dạng sệt, đặc tạo thuận lợi cho quá trình ép bơ ca cao. + Mục đích chế biến: chuyển nhân ca cao thành dạng bột Thông số kỹ thuật: + Độ ẩm nhân ca cao: 2% + Nhiệt độ nghiền: 34 – 350C + Kích thước hạt sau nghiền: 50 – 300 µm 3.2.7. Ép bơ: Mục đích: + Mục đích hoàn thiện: ép bơ nhằm tách bớt chất béo trong ca cao nghiền, giúp cho việc tạo thành sản phẩm bột ca cao dễ dàng và bột ca cao thành phẩm không bị chảy lỏng ở nhiệt độ thường. + Mục đích bảo quản: bột ca cao sẽ bảo quản được lâu do giảm hiện tượng oxi hóa chất béo. + Mục đích khai thác: thu được bơ ca cao phục vụ cho việc sản xuất chocolate. Thông số kỹ thuật: + Nhiệt độ ca cao khi ép bơ: 90 – 1000C + Áp lực ép: 380 – 410 kg/cm2 + Thời gian ép: 15 – 30 phút 3.2.8. Đánh tơi: Mục đích: Hoàn thiện: đánh tơi khối bánh ca cao thành những hạt có kích thước nhỏ, xé nhỏ bánh ca cao thành dạng bột. Thông số kỹ thuật: + Nhiệt độ ca cao nhập liệu: 43 – 450C + Nhiệt độ ca cao tháo liệu: 21 – 240C + Độ ẩm không khí làm nguội: 50 – 60% 3.2.9. Phân loại: Mục đích: Hoàn thiện: phân chia bột nghiền mịn ra từng loại theo độ lớn của hạt, tạo sản phẩm bột ca cao có kích thước hạt đồng nhất. Thông số kỹ thuật: Kích thước hạt: 75 µm 3.2.10. Bao gói: Mục đích: + Mục đích hoàn thiện: tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm + Mục đích bảo quản: bảo quản sản phẩm tránh tiếp xúc với không khí, ánh sáng. Phần 4: Tính cân bằng vật chất 4.1. Tính cân bằng vật chất: _ Tính chất của nguyên liệu hạt ca cao: Độ ẩm (w/w): 8% Béo (w/w): 55% Tạp chất (w/w): 2% Bảng 4.1: Tính chất của các sản phẩm STT Sản phẩm bột ca cao Béo (w/w) 1 Hàm lượng béo cao 20% 2 Hàm lượng béo trung bình 15% 3 Hàm lượng béo thấp 10% Bảng 4.2: Tổn thất qua từng quá trình STT Quá trình Tổn thất (% w/w) 1 Làm sạch 0,5 2 Xử lý nhiệt hồng ngoại 0,5 3 Tách vỏ 1 4 Kiềm hóa 0,5 5 Rang 1 6 Nghiền 0,5 7 Ép bơ 0,5 8 Đánh tơi 0,5 9 Phân loại 0,5 10 Bao gói 0,5 _ Tính cho 100 kg hạt ca cao G=100 kg _ Khối lượng hạt ca cao sau khi làm sạch G1: + Tách tạp chất 2% và tổn thất 0.5% G1 = G * (100 - (2 + 0,5)) /100 = 100 * (100 - (2 + 0,5)) /100 = 97,5 kg _ Khối lượng hạt ca cao sau khi xử lý nhiệt hồng ngoại G2: + Hàm ẩm giảm từ 8% xuống 6% và tổn thất 0,5% G2 = G1 * ((100 – 8) / (100 – 6)) * ((100 – 0,5) / 100) = 97,5 * ((100 – 8) / (100 – 6)) * ((100 – 0,5) / 100) = 94,948 kg _ Khối lượng nhân ca cao sau khi tách vỏ G3 : + Tách vỏ 12% và tổn thất 1% G3 = G2 * (100 – (12 + 1)) / 100 = 94,948 * (100 – (12 + 1)) / 100 = 82,605 kg _ Khối lượng nhân ca cao sau khi kiềm hóa G4: + Hàm ẩm tăng từ 6% đến 20%, lượng kiềm thêm vào chiếm 2,5% và tổn thất 0,5% G4 = (G3 * (100 – 6) / (100 – 20) + G3 * 2,5 / 100) * (( 100 – 0,5) / 100) = (82,605 * (100 – 6) / (100 – 20) + 82,605 * 2,5 / 100) * (( 100 – 0,5) / 100) = 98,630 kg _ Khối lượng nhân ca cao sau khi rang G5: + Hàm ẩm giảm từ 20% xuống 2% và tổn thất 1% G5 = G4 * ((100 – 20) / (100 – 2)) * ((100 – 0,5) / 100) = 98,630 * ((100 – 20) / (100 – 2)) * ((100 – 0,5) / 100) = 80,112 kg _ Khối lượng ca cao khối sau khi nghiền G6: + Tổn thất 0,5% G6 = G5 * (100 – 0,5) / 100 = 80,112 * (100 – 0,5) / 100 = 79,711 kg Tính cho quá trình sản xuất bột ca cao có hàm lượng béo cao 20%: _ Khối lượng bột ca cao sau quá trình ép bơ GC1: + Hàm lượng béo giảm từ 55% xuống 20% và tổn thất 0,5% GC1 = G6 * ((100 – 55) / (100 – 20)) * ((100 – 0,5) / 100) = 79,711 * ((100 – 55) / (100 – 20)) * ((100 – 0,5) / 100) = 44,613 kg _ Khối lượng bơ ca cao thu được sau quá trình ép bơ GB1 : GB1 = G6 * ((55 – 20) / 100) * ((100 – 0,5) / 100) = 79,711 * ((55 – 20) / 100) * ((100 – 0,5) / 100) = 27,759 kg _ Khối lượng bột ca cao thành phẩm sau các quá trình đánh tơi, phân loại, bao gói GC2: + Ở mỗi quá trình tổn thất là 0,5% GC2 = GC1 * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) = 44,613 * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) = 43,947 kg Tính cho quá trình sản xuất bột ca cao có hàm lượng béo trung bình 15%: _ Khối lượng bột ca cao sau quá trình ép bơ GTB1: + Hàm lượng béo giảm từ 55% xuống 15% và tổn thất 0,5% GTB1 = G6 * ((100 – 55) / (100 – 15)) * ((100 – 0,5) / 100) = 79,711 * ((100 – 55) / (100 – 15)) * ((100 – 0,5) / 100) = 41,989 kg _ Khối lượng bơ ca cao thu được sau quá trình ép bơ GB2 : GB2 = G6 * ((55 – 15) / 100) * ((100 – 0,5) / 100) = 79,711 * ((55 – 15) / 100) * ((100 – 0,5) / 100) = 31,725 kg _ Khối lượng bột ca cao thành phẩm sau các quá trình đánh tơi, phân loại, bao gói GTB2: + Ở mỗi quá trình tổn thất là 0,5% GTB2 = GTB1 * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) = 41,989 * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) = 41,362 kg Tính cho quá trình sản xuất bột ca cao có hàm lượng béo thấp 10%: _ Khối lượng bột ca cao sau quá trình ép bơ GT1: + Hàm lượng béo giảm từ 55% xuống 10% và tổn thất 0,5% GT1 = G6 * ((100 – 55) / (100 – 10)) * ((100 – 0,5) / 100) = 79,711 * ((100 – 55) / (100 – 10)) * ((100 – 0,5) / 100) = 39,656 kg _ Khối lượng bơ ca cao thu được sau quá trình ép bơ GB3 : GB3 = GT * ((55 – 10) / 100) * ((100 – 0,5) / 100) = 79,711 * ((55 – 10) / 100) * ((100 – 0,5) / 100) = 35,691 kg _ Khối lượng bột ca cao thành phẩm sau các quá trình đánh tơi, phân loại, bao gói GT2: + Ở mỗi quá trình tổn thất là 0,5% GT2 = GT1 * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) = 39,656 * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) * ((100 – 0,5) /100) = 39,064 kg Bảng 4.3: Khối lượng sản phẩm sau mỗi quá trình theo 100kg nguyên liệu STT Quá trình Sản phẩm Khối lượng (kg) 1 Làm sạch Hạt ca cao 97,5 2 Xử lý nhiệt hồng ngoại Hạt ca cao 94,948 3 Tách vỏ Nhân ca cao 82,605 4 Kiềm hóa Nhân ca cao 98,630 5 Rang Nhân ca cao 80,112 6 Nghiền Ca cao khối 79,711 7 Ép bơ Bột ca cao (20% béo) Bột ca cao (15% béo) Bột ca cao (10% béo) 44,613 41,989 39,656 8 Đánh tơi Bột ca cao (20% béo) Bột ca cao (15% béo) Bột ca cao (10% béo) 44,390 41,779 39,458 9 Phân loại Bột ca cao (20% béo) Bột ca cao (15% béo) Bột ca cao (10% béo) 44,168 41,570 39,261 10 Bao gói Bột ca cao (20% béo) Bột ca cao (15% béo) Bột ca cao (10% béo) 43,947 41,362 39,064 4.2. Tính theo năng suất nhà máy: _ Năng suất nhà máy theo nguyên liệu: Q = 3600 tấn / năm _ Lịch làm việc của nhà máy: + 1 ngày : 16 giờ + 1 tuần : 6 ngày + 1 tháng : 25 ngày + 1 năm : 300 ngày _ Thời gian làm việc của nhà máy: + 1 ngày làm 2 ca + Ca 1 : 6h30 – 14h30 (8 giờ) + Ca 2 : 14h30 – 22h30 (8 giờ) _ Khối lượng nguyên liệu sử dụng cho 1 ngày: Qngày = Q / 300 = 3600 / 300 = 12 tấn / ngày = 12000 kg / ngày _ Nhà máy chúng tôi sản xuất các loại sản phẩm bột ca cao theo lịch sau: + Thứ 2 và thứ 5: sản xuất bột ca cao hàm lượng béo cao 20% (w/w) + Thứ 3 và thứ 6: sản xuất bột ca cao hàm lượng béo trung bình 15% (w/w) + Thứ 4 và thứ 7: sản xuất bột ca cao hàm lượng béo thấp 10% (w/w) _ Sản phẩm của quá trình trước sẽ là nguyên liệu cho quá trình sau. Chúng ta lập được bảng khối lượng nguyên liệu cho mỗi quá trình cho 1 ngày sản xuất. Bảng 4.4: Khối lượng nguyên liệu cho mỗi quá trình cho 1 ngày sản xuất STT Quá trình Nguyên liệu Khối lượng (kg) 1 Làm sạch Hạt ca cao 12000 2 Xử lý nhiệt hồng ngoại Hạt ca cao 11700 3 Tách vỏ Hạt ca cao 11393,76 4 Kiềm hóa Nhân ca cao Dung dịch kiềm 9912,6 247,812 5 Rang Nhân ca cao 11835,6 6 Nghiền Nhân ca cao 9613,44 7 Ép bơ Ca cao khối 9565,32 8 Đánh tơi Bột cc (20% béo) Bột cc (15% béo) Bột cc (10% béo) 5353,56 5038,68 4758,72 9 Phân loại Bột cc (20% béo) Bột cc (15% béo) Bột cc (10% béo) 5326,8 5013,48 4734,96 10 Bao gói Bột cc (20% béo) Bột cc (15% béo) Bột cc (10% béo) 5300,16 4988,4 4711,32 Phần 5: Tính và chọn thiết bị 5.1. Thiết bị làm sạch: _ Khối lượng hạt ca cao cần làm sạch: M1 = 12000 kg _ Thời gian thiết bị làm sạch hoạt động: T1 = 12 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị làm sạch: N1 = M1 / T1 = 12000 kg / 12 giờ = 1000 kg/h _ Chúng ta đặt hàng thiết bị làm sạch của hãng GW – BARTH với các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1200 kg/h 5.2. Thiết bị xử lý nhiệt hồng ngoại: _ Khối lượng hạt ca cao cần xử lý nhiệt hồng ngoại: M2 = 11700 kg _ Thời gian thiết bị xử lý nhiệt hồng ngoại hoạt động: T2 = 12 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị xử lý nhiệt hồng ngoại: N2 = M2 / T2 = 11700 kg / 12 giờ = 975 kg/h _ Chúng ta đặt hàng thiết bị xử lý nhiệt hồng ngoại của hãng GW – BARTH với các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1200 kg/h + Thời gian xử lý nhiệt hồng ngoại: 5 phút 5.3. Thiết bị tách vỏ: _ Khối lượng hạt ca cao cần tách vỏ: M3 = 11393,76 kg _ Thời gian thiết bị tách vỏ hoạt động: T3 = 12 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị tách vỏ: N3 = M3 / T3 = 11393,76 kg / 12 giờ = 949,48 kg/h _ Chọn thiết bị tách vỏ Type 90 của hãng FELL & COMPANY INTERNATIONAL _ Thiết bị có các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1200 kg/h + Điện năng (điện 3 pha, tần số 50 Hz): 10 kW + Kích thước (dài x rộng x cao): 8280 x 2650 x 4000 mm + Diện tích yêu cầu: 9500 x 3750 mm + Thể tích yêu cầu: 39 m3 +Tải trọng tĩnh: 2650 kg +Tải trọng động: 5630 kg 5.4. Thiết bị kiềm hóa: _ Thời gian kiềm hóa 1 mẻ: T4 = 1 giờ _ Để cho nhà máy có thể hoạt động liên tục, thiết bị kiềm hóa sẽ hoạt động 12 giờ trong 1 ngày. _ Số lượng mẻ thiết bị kiềm hóa thực hiện trong 1 ngày: n = 12 / 1 = 12 mẻ _ Khối lượng nhân ca cao cần kiềm hóa cho 1 mẻ: M4 = 9912,6 / 12 = 826,05 kg _ Khối lượng dung dịch kiềm cần: M4’ = M4 * 2,5% = 826,05 * (2,5 / 100) = 20,651 kg _ Thời gian kiềm hóa 1 mẻ: T4 = 1 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị kiềm hóa: N4 = (M4 + M4’) / T4 = (826,05 + 20,651) kg / 1 giờ = 846,701 kg/h _ Chúng ta đặt hàng thiết bị kiềm hóa của hãng AMIXON với các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1000 kg/h + Nhiệt độ kiềm hóa: 80 – 850C + Thời gian kiềm hóa: 60 phút 5.5. Thiết bị rang: _ Khối lượng nhân ca cao cần rang: M5 = 11835,6 kg _ Thời gian thiết bị rang hoạt động: T5 = 12 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị rang: N5 = M5 / T5 = 11835,6 kg / 12 giờ = 986,30 kg/h _ Chọn thiết bị rang Type 304/1 của hãng FELL & COMPANY INTERNATIONAL _ Thiết bị có các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1250 kg/h + Điện năng tiêu thụ: 15 kW + Kích thước (dài x rộng x cao): 2900 x 2230 x 3965 mm + Diện tích yêu cầu: 5000 x 4000 mm + Thể tích yêu cầu: 34 m3 +Tải trọng tĩnh: 3500 kg +Tải trọng động: 4850 kg 5.6. Thiết bị nghiền: _ Khối lượng nhân ca cao cần nghiền: M6 = 9613,44 kg _ Thời gian thiết bị nghiền hoạt động: T6 = 12 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị nghiền: N6 = M6 / T6 = 9613,44 kg / 12 giờ = 801,12 kg/h _ Chọn thiết bị nghiền Type 310H của hãng FELL & COMPANY INTERNATIONAL _ Thiết bị có các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1000 kg/h + Nước lạnh (150C) cần: 0,5 m3/h + Điện năng tiêu thụ: 47 kW + Kích thước máy (dài x rộng x cao): 1825 x 995 x 2405 mm + Kích thước bảng điều khiển (dài x rộng x cao): 1000 x 400 x 1600 mm + Diện tích yêu cầu: 2700 x 1900 mm + Thể tích máy yêu cầu:10,5 m3 +Tải trọng máy tĩnh: 1600 kg +Tải trọng máy động: 1900 kg +Tải trọng bảng điều khiển tĩnh: 200 kg +Tải trọng bảng điều khiển động: 290 kg 5.7. Thiết bị ép bơ: _ Thời gian ép bơ 1 mẻ: T4 = 15 phút = 0,25 giờ _ Để cho nhà máy có thể hoạt động liên tục, thiết bị ép bơ sẽ hoạt động 12 giờ trong 1 ngày. _ Số lượng mẻ thiết bị ép bơ thực hiện trong 1 ngày: n = 12 / 0,25 = 48 mẻ _ Khối lượng ca cao khối cần ép bơ cho 1 mẻ: M7 = 9565,32 / 48 = 199,278 kg _ Thời gian ép bơ 1 mẻ: T7 = 0,25 giờ _ Năng suất thiết kế của thiết bị ép bơ: N7 = M7 / T7 = 199,278 kg / 0,25 giờ = 797,11 kg/h _ Chọn thiết bị ép bơ Type HHP12 của hãng FELL & COMPANY INTERNATIONAL _ Thiết bị có các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 1000 kg/h + Aùp suất nước: 550 bar + Aùp suất trên khối ca cao: 850 bar + Điện năng tiêu thụ: 32 kW + Diện tích yêu cầu: 10800 x 6000 mm 5.8. Thiết bị đánh tơi: _ Khối lượng bột ca cao (20% béo) cần đánh tơi: M8C = 5353,56 kg _ Khối lượng bột ca cao (15% béo) cần đánh tơi: M8TB = 5038,68 kg _ Khối lượng bột ca cao (10% béo) cần đánh tơi: M8T = 4758,72 kg _ Thời gian thiết bị đánh tơi hoạt động: T8 = 12 giờ _ Chúng tôi sẽ tính năng suất của thiết bị đánh tơi theo khối lượng bột ca cao (20% béo): M8 = M8C = 446,13 kg _ Năng suất thiết kế của thiết bị đánh tơi: N8= M8 / T8 = 5353,56 kg / 12 giờ = 446,13 kg/h _ Chọn thiết bị đánh tơi Type 643/1 của hãng FELL &COMPANY INTERNATIONAL _ Thiết bị có các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 600 kg/h + Điện năng tiêu thụ: 42 kW + Kích thước (dài x rộng x cao): 6410 x 2930 x 3500 mm + Diện tích yêu cầu: 7500 x 4000 mm + Thể tích yêu cầu: 27 m3 +Tải trọng tĩnh: 4200 kg +Tải trọng động: 5875 kg 5.9. Thiết bị phân loại: _ Khối lượng bột ca cao (20% béo) cần phân loại: M9C = 5326,8 kg _ Khối lượng bột ca cao (15% béo) cần phân loại: M9TB = 5013,48 kg _ Khối lượng bột ca cao (10% béo) cần phân loại: M9T = 4734,96 kg _ Thời gian thiết bị phân loại hoạt động: T9 = 12 giờ _ Chúng tôi sẽ tính năng suất của thiết bị phân loại theo khối lượng bánh ca cao (20% béo): M9 = M9C = 5326,8 kg _ Năng suất thiết kế của thiết bị phân loại: N9 = M9 / T9 = 5326,8 kg / 12 giờ = 443,9 kg/h _ Chúng ta đặt hàng thiết bị phân loại của hãng GW – BARTH với các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 550 kg/h 5.10. Thiết bị bao gói: _ Khối lượng bột ca cao (20% béo) cần bao gói: M10C = 5300,16 kg _ Khối lượng bột ca cao (15% béo) cần bao gói: M10TB = 4988,4 kg _ Khối lượng bột ca cao (10% béo) cần bao gói: M10T = 4711,32 kg _ Thời gian thiết bị bao gói hoạt động: T10 = 12 giờ _ Chúng tôi sẽ tính năng suất của thiết bị bao gói theo khối lượng bánh ca cao (20% béo): M10 = M10C = 5300,16 kg _ Năng suất thiết kế của thiết bị bao gói: N10= M10 / T10 = 5300,16 kg / 12 giờ = 441,68 kg/h _ Chúng ta đặt hàng thiết bị bao gói của hãng GW – BARTH với các thông số kỹ thuật: + Năng suất: 550 kg/h 5.11. Lịch làm việc của nhà máy: Bảng 5.1: Lịch làm việc nhà máy STT Thiết bị Thời gian làm việc ca 1 Thời gian làm việc ca 2 1 Làm sạch 6h30 – 14h30 14h30 – 18h30 2 Xử lý nhiệt hồng ngoại 6h45 – 14h30 14h30 – 18h45 3 Tách vỏ 6h50 – 14h30 14h30 – 18h50 4 Kiềm hóa 8h00 – 14h30 14h30 – 20h00 5 Rang 9h00 – 14h30 14h30 – 21h00 6 Nghiền 9h20 – 14h30 14h30 – 21h20 7 Ép bơ 9h45 – 14h30 14h30 – 21h45 8 Đánh tơi 10h00 – 14h30 14h30 – 22h00 9 Phân loại 10h20 – 14h30 14h30 – 22h20 10 Bao gói 10h30 – 14h30 14h30 – 22h30 Phần 6: Tính cân bằng năng lượng 6.1. Cấp nhiệt: 6.1.1. Quá trình kiềm hóa: _ Hơi nước được cấp cho quá trình kiềm hóa để gia nhiệt hỗn hợp nhân ca cao và dung dịch kiềm hóa đến nhiệt độ kiềm hóa. _ Nhiệt độ hỗn hợp ban đầu t1 = 300C _ Nhiệt độ kiềm hóa t2 = 800C _ Nhiệt dung riêng của nhân ca cao: cc = 1,42 kJ/kg0C _ Nhiệt dung riêng của dung dịch kiềm hóa Na2CO3 10%: ck = 3,962 kJ/kg0C _ Khối lượng nhân ca cao kiềm hóa trong 1 mẻ: mc = 826,05 kg _ Khối lượng dung dịch kiềm hóa trong 1 mẻ: mk = 20,651 kg Nhiệt dung riêng của hỗn hợp: Chh = (mc* cc + mk* ck) / (mc + mk) = (826,05 * 1,42 + 20,651 * 3,962) / (826,05 + 20,651 ) = 1,482 kJ/kg0C Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình kiềm hóa: Qtt = (mc + mk)* chh* (t2 – t1) = (826,05 + 20,651) * 1,482 * (80 – 30) = 62740,5 kJ _ Với tổn thất nhiệt 5% ta có: Nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình kiềm hóa: Q = Qtt / (100% - 5%) = 62740,5 / 0,95 = 66042,6 kJ _ Chúng ta sử dụng hơi 3 bar cho quá trình kiềm hóa Lượng hơi 3 bar cần cung cấp cho quá trình kiềm hóa: H = Q / (0,9 * r) + r = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 bar + 0,9: lượng hơi ngưng 90% H = Q / (0,9 * r) = 66042,6 / (0,9 * 2141) = 34,274 kg _ Mỗi ngày, chúng ta thực hiện kiềm hóa nhân ca cao 12 mẻ, do đó: Lượng nhiệt tiêu tốn trong ngày cho quá trình kiềm hóa: Qn = Q* 12 = 66042,6 * 12 = 792511,2 kJ Lượng hơi 3 bar cần cung cấp trong ngày: Hn = H * 12 = 34,274 * 12 = 411,288 kg 6.1.2. Quá trình rang: _ Nhân ca cao được gia nhiệt từ 700C đến 1200C để thực hiện quá trình rang _ Nhiệt độ nhân ca cao ban đầu: t1 = 700C _ Nhiệt độ rang nhân ca cao: t2 = 1200C _ Nhiệt dung riêng của nhân ca cao: cc = 1,42 kJ/kg0C _ Khối lượng nhân ca cao rang trong 1 ngày: mc = 11835,6 kg Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình rang trong 1 ngày: Qtt = mc* cc* (t2 – t1) = 11835,6 * 1,42 * (120 – 70) = 840327,6 kJ _ Với tổn thất nhiệt 5% ta có: Nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình rang trong 1 ngày: Q = Qtt / (100% - 5%) = 840327,6 / 0,95 = 884555,4 kJ 6.1.3. Quá trình ép bơ: _ Ca cao khối được gia nhiệt từ 350C đến 950C để thực hiện quá trình ép bơ _ Nhiệt độ ca cao khối ban đầu: t1 =350C _ Nhiệt độ ép : t2 = 950C _ Nhiệt dung riêng của ca cao khối: cc = 1,42 kJ/kg0C _ Khối lượng ca cao khối ép bơ trong 1 mẻ: mc = 199,278 kg Nhiệt lượng cung cấp cho quá trình ép bơ: Qtt = mc* cc* (t2 – t1) = 199,278 * 1,42 * (95 – 35) = 16978,5 kJ _ Với tổn thất nhiệt 5% ta có: Nhiệt lượng cần cung cấp cho quá trình ép bơ: Q = Qtt / (100% - 5%) = 16978,5 / 0,95 = 17872,1 kJ _ Mỗi ngày, chúng ta thực hiện ép bơ 48 mẻ, do đó: Lượng nhiệt tiêu tốn trong ngày cho quá trình ép bơ: Qn = Q* 48 = 17872,1 * 48 = 857860 kJ 6.1.4. Tính hơi và chọn nồi hơi: Quá trình kiềm hóa: _ Như đã tính ở trên, ta có: Lượng hơi 3 bar cần cung cấp trong ngày: Hkh = 411,288 kg Tính hơi cung cấp cho chạy CIP (Clean In Place: vệ sinh thiết bị) _ Quá trình chạy CIP sau mỗi ca được thưc hiện như sau: + Tráng rửa thiết bị với nước ấm ở 500C trong 3 phút + Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 10 phút + Tráng rửa thiết bị với nước ấm ở 500C trong 3 phút + Thanh trùng thiết bị với nước nóng ở 950C trong 5 phút + Làm nguội thiết bị với nước ở 300C trong 10 phút _ Tráng rửa thiết bị với nước ấm ở 500C trong 3 phút: Lượng nước: N1 = Q * T1 + Q = 7000 kg/h: lưu lượng nước sử dụng cho 1 lần chạy CIP trong 1 giờ + T1 = 3 phút N1 = 7000 * (3 / 60) = 350 kg Lượng hơi 3 bar: H1 = (N1 * c * (t2 – t1)) / (0,9 * r) + c = 4,18 kJ/kg0C: nhiệt dung riêng của nước + t1 = 300C : nhiệt độ nước lạnh + t2 = 500C : nhiệt độ nước sau khi gia nhiệt + r = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở áp suất 3 bar + 0,9: lượng hơi ngưng 90% H1 = (350 * 4,18 * (50 – 30)) / (0,9 * 2141) = 15,19 kg _ Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 10 phút: Lượng nước: N2 = Q * T2 = 7000 * (10 / 60) = 1166,67 kg Lượng hơi 3 bar: H2 = (N2 * c * (t2 – t1)) / (0.9 * r) = (1166,67 * 4,18 * (75 – 30)) / (0,9 * 2141) = 113,89 kg Lượng NaOH 1%: Gk = N2 * 1% = 1166,67 * 1% = 11,67 kg _ Tráng rửa thiết bị với nước ấm ở 500C trong 3 phút: Lượng nước: N3 = Q * T3 = 7000 * (3 / 60) = 350 kg Lượng hơi 3 bar: H3 = (N3 * c * (t2 – t1)) / (0,9 * r) = (350 * 4,18 * (50 – 30)) / (0,9 * 2141) = 15,19 kg _ Thanh trùng thiết bị với nước nóng ở 950C trong 5 phút: Lượng nước: N4 = Q * T4 = 7000 * (5 / 60) = 583,33 kg Lượng hơi 3 bar: H4 = (N4 * c * (t2 – t1)) / (0,9 * r) = (583,33 * 4,18 * (95 – 30)) / (0,9 * 2141) = 82,25 kg _ Làm nguội thiết bị với nước ở 300C trong 10 phút: Lượng nước: N5 = Q * T5 = 7000 * (10 / 60) = 1166,67 kg _ Tổng tiêu hao cho chạy CIP cho từng thiết bị trong