Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất bột ca cao

Phần 1: Tổng quan về nguyên liệu 1.1. Đặc điểm thực vật học cây ca cao: Ca cao thuộc họ Sterculiaceae, giống Theobroma, loài Ca cao, có nguồn gốc từ miền nam Châu Phi. Ca cao là cây công nghiệp dài ngày, trồng thích hợp ở vùng nhiệt đới, thân gỗ, cao 5 – 7 m (thường phát triển dưới tán). Sau khi trồng 3 – 4 năm, cây bắt đầu ra trái, sau 10 năm thì cây phát triển hoàn thiện. Cây ca cao có thể cho thu hoạch quả đến 50 năm. Hoa nhỏ, đường kính khoảng 15mm, có màu vàng, đỏ, trắng hay tím tùy theo loài. Hoa mọc trực tiếp từ thân và cành, thuộc loại lưỡng tính và thụ phấn chủ yếu là nhờ côn trùng. 0,5% hoa nở tạo quả, trong đó 90% quả non sẽ bị khô và rụng. Quả phát triển trong 5 – 6 tháng, màu sắc biến đổi tùy theo loài. Quả ca cao có kích thước lớn, không nứt. Trong quả thường có 5 hàng hạt bám xung quanh cùi. Mỗi hạt có lớp vỏ nhầy bao quanh. Điều kiện canh tác: t0 = 20 – 300C, lượng mưa 1500 – 2000 mm/năm, pH của đất: 6,5 – 6,7, phân bón: đạm, kali và các khoáng vi lượng. 1.2. Các giống ca cao: Có 3 giống ca cao chủ yếu là giống Forastero, Criollo và Trinitario. 1.2.1. Giống Forastero: Xuất xứ từ Tây Phi, Brazil, Indonesia, Malaysia. Đặc tính thực vật: quả khi chín màu vàng, hình dài, nhọn, ít khía, mặt trơn, hạt hơi lép, lúc tươi có vị chát đắng, 60 – 80 hạt/quả. Chất lượng trung bình, năng suất cao và kháng sâu bệnh tốt, chiếm 80% thị phần ca cao thế giới. Ở Việt Nam, Forastero là giống được trồng nhiều nhất. 1.2.2. Giống Criollo: Xuất xứ từ Nam Trung Mỹ (Mehico, Colombia, Guatemala, …). Đặc tính thực vật: quả khi chín màu đỏ sậm, hình dạng dài, dưới rất nhọn, vỏ sần sùi, hạt tươi có màu trắng hoặc hơi vàng, hạt khô mùi thơm mạnh, ít đắng, 20 – 40 hạt/quả. Năng suất thấp và khả năng kháng sâu bệnh kém nhưng chất lượng hạt ca cao là tốt nhất có thể làm ra loại chocolate ngon nhất, chiếm 5% thị phần ca cao thế giới. 1.2.3. Giống Trinitario: Đây là giống được lai tạo từ 2 giống Criollo và Forastero. Đặc điểm: mang tính chất trung gian giữa 2 giống trên: phôi nhũ màu tím nhạt, quả dẹt, quả có rãnh sâu không rõ nét, chứa nhiều hơn 40 hạt/quả. Năng suất cao và khả năng kháng bệnh tốt, đây là giống có chất lượng trung bình, chiếm 10 – 15% thị trường ca cao thế giới. 1.3. Thành phần hóa học của hạt ca cao: Bảng 1.1: Thành phần của hạt ca cao STT Thành phần (%w/w) Phôi nhũ Cùi Vỏ hạt 1 Nước 35 84,5 9,4 2 Cellulose 3,2 - 13,8 3 Tinh bột 4,5 - 46 4 Pentosan 4,9 2,7 - 5 Saccharose - 0,7 - 6 Glucose + Fructose 1,1 10 - 7 Bơ ca cao 31,3 - 3,8 8 Protein 8,4 0,6 18 9 Theobromine 2,4 - - 10 Enzym 0,8 - - 11 Polyphenol 5,2 - 0,8 12 Acid 0,6 0,7 - 13 Muối khoáng 2,6 0,8 8,2 1. 4. Đặc tính và vai trò của thành phần hóa học trong hạt ca cao: 1.4.1. Bơ ca cao: Bơ ca cao là chất béo được chiết từ hạt ca cao đã xay và loại mầm hoặc thu được từ quá trình ép trong qui trình sản xuất bột ca cao. Đặc tính quan trọng của bơ ca cao: có trạng thái rắn ở nhiệt độ thường, nóng chảy ở 350C Bảng 1.2: Thành phần acid béo trong bơ ca cao STT Tên glycerid Phần trăm (%) Nhiệt độ nóng chảy (0C) 1 Oleopanmetostearin 52 – 57 34,5 2 Oleodistearin 18 – 22 43,5 3 Oleodipanmitin 4 – 6 29 4 Dipanmitostearin 2,5 – 3,0 63 – 68 5 Dioleopanmitostearin 7 – 8 Nhiệt độ thường 6 Dioleostearin 6 – 12 Nhiệt độ thường 7 Oleolioleopanmitin 0,5 Nhiệt độ thường 8 Oleolioleostearin 4,5 Nhiệt độ thường 9 Acid béo tự do 1,1 Nhiệt độ thường 1.4.2. Theobromine: Hình 1.1: Công thức hóa học theobromine Theobromine tinh khiết có dạng bột với tinh thể màu trắng nhỏ và có vị đắng, thăng hoa ở nhiệt độ 3080C. Theobromine là một chất kích thích yếu, ít nhiều nó cũng tác động đến hệ cơ tim và hệ thần kinh. Theobromine trong sản phẩm với hàm lượng thấp có thể tạo cảm giác hưng phấn nhẹ. 1.4.3. Caffeine: Hình 1.2: Công thức hóa học của caffeine (1,3,7-Trimetylxantine) Caffeine có dạng tinh thể màu trắng, hình kim và có vị đắng. Nhiệt độ bay hơi là 1000C, nhiệt độ thăng hoa là 1800C và nóng chảy là 2350C, hoà tan được trong nước ấm. Caffeine được xem như một chất kích thích vì có khả năng tác dụng đến hệ thần kinh tạo ra cảm giác hưng phấn, sảng khoái cho người dùng. 1.4.4. Hợp chất polyphenol: Tổng polyphenol (catechine, epicatechine, anthocyanine) trong hạt ca cao tươi và ca cao đã lên men phụ thuộc vào từng giống khác nhau. Polyphenol từ 2 loài khác nhau của cùng một giống là khác nhau về thành phần và số lượng. Bảng 1.3: Thành phần các hợp chất polyphenol trong hạt ca cao Thành phần Mô hạt (%w/w) Lá mầm (%w/w) Catechine 25 3 Leucocyanidine 21 2,5 Polymenoleucocyanidine 17,5 2,1 Anthocyanine 3 0,4 Hợp chất phenol tổng 66,5 8 Hợp chất polyphenol còn tham gia tạo màu bằng phản ứng ngưng tụ tạo thành quinon. Trong quá trình kiềm hóa, hợp chất polyphenol tạo màu sẫm cho sản phẩm bột ca cao. 1.4.5. Các acid hữu cơ: Các acid hữu cơ trong ca cao (1,2 – 1,6%w/w) được hình thành chủ yếu trong quá trình lên men và phần lớn là acid acetic (hợp chất tạo mùi), acid citric (0,45 – 0,75% w/w), và acid oxalic (0,32 – 0,5% w/w). Acid hữu cơ tồn tại 2 dạng: + Acid hữu cơ dễ bay hơi: được loại bỏ dần trong quá trình chế biến. + Acid hữu cơ không bay hơi: acid malic, acid tauric, acid ovalic… Phần 2: Cơ sở chọn địa điểm xây dựng nhà máy Địa điểm được chọn để xây dựng nhà máy là khu công nghiệp Mỹ Tho, xã Bình Đức, thành phố Mỹ tho, tỉnh Tiền Giang. Chúng tôi chọn địa điểm trên là do nó đã đáp ứng được các điều kiện sau: 2.1. Quy mô khu công nghiệp: Tổng diện tích là 79,14 ha, trong đó: + Các cơ sở công nghiệp hiện có: 27,78 ha + Tổng diện tích đưa vào đầu tư mới: 51,36 ha + Tổng diện tích đưa vào khai thác kinh doanh mới: 40,26 ha Tổng vốn đầu tư cơ sở hạ tầng: 101323 triệu đồng 2.2. Điều kiện về nguyên liệu: Nhà máy nằm ngay trong vùng có diện tích trồng cây ca cao khá lớn, và bên cạnh là tỉnh Bến Tre, là 1 nơi cung cấp nguồn nguyên liệu khá dồi dào. Và một điều kiện rất thuận lợi là ở 2 tỉnh Tiền giang và Bến tre đã thành lập các điểm thu mua nguyên liệu và sơ chế hạt ca cao. Do đó, với những thuận lợi trên, nguồn nguyên liệu sẽ được đảm bảo để cung cấp cho nhà máy hoạt động ổn định. 2.3. Điều kiện về giao thông vận tải: Khu công nghiệp cách trung tâm thành phố Mỹ Tho khoảng 3km về phía tây. Phía bắc khu công nghiệp tiếp giáp tỉnh lộ 864, cách quốc lộ 1A hơn 4km. Phía nam dài 2,4km tiếp giáp với sông Tiền, cách cửa biển gần 60km theo đường sông. Giao thông trên bộ có nhiều trục chính nối liền quốc lộ 1A và quốc lộ 60 đi Bến Tre. Trong tương lai gần, khi cầu Rạch Miễu hoàn thành thì sự giao thông với tỉnh Bến Tre sẽ rất thuận lợi. Tỉnh lộ 864 vừa là trục giao thông chính vừa là trục đối ngoại của khu công nghiệp, nối liền với quốc lộ 1A. Hệ thống quốc lộ 60, tỉnh lộ 864, 870, lộ Trung An sẽ được nâng cấp nối liền với 3 huyện phía tây Tiền Giang (Cai Lậy, Cái Bè, Châu Thành) và qua thành phố Mỹ Tho nối liền với 3 huyện phía đông Tiền Giang bởi quốc lộ 50. Sông Tiền là trục giao thông đường thủy lớn của trong nước và quốc tế. Tàu 3000 T ra vào dễ dàng, trong tương lai, nếu được nạo vét, tàu 5000 T có thể trực tiếp đến khu công nghiệp và bốc dở hàng hóa tại cảng Mỹ Tho. Cảng Mỹ Tho có công suất bốc dỡ 300000 T/năm, đang được nâng cấp lên 550000 T/năm. Với những điều kiện thân lợi trên, việc vận chuyển nguyên liệu tới nhà máy và vận chuyển sản phẩm đi tiêu thụ sẽ rất dễ dàng. 2.4. Điều kiện về cơ sở hạ tầng: Khu công nghiệp đã xây dựng hoàn chỉnh cơ sở hạ tầng bao gồm: hệ thống cấp thoát nước, hệ thống đường giao thông nội bộ và mạng lưới điện trong toàn khu, hệ thống xử lý chất thải 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 1 ngày: Lượng nước: Nc = N1 + N2 + N3 + N4 + N5 = 350 + 1166,67 + 350 + 583,33 + 1166,67 = 3616,67 kg Lượng hơi 3 bar: Hc = H1 + H2 + H3 + H4 = 15,19 + 113,89 + 15,19 + 82,25 = 226,51 kg Lượng NaOH: Gkc = 11,67 kg _ Chúng ta sẽ chạy CIP cho 10 thiết bị, do đó: _ Tổng tiêu hao cho chạy CIP cho các thiết bị trong 1 ngày: Lượng nước: NCIP = Nn * 10 = 3616,67 * 10 = 36166,7 kg Lượng hơi 3 bar: HCIP = Hn * 10 = 226,51 * 10 = 2265,1 kg Lượng NaOH: Gkn = Gkn * 10 = 11,67 * 10 = 116,7 kg _ Chọn nồi hơi: Tổng lượng hơi tính toán sử dụng trong 1 ngày: Htt = Hkh + HCIP = 411,288 + 2265,1 = 2676,388 kg _ Với tổn thất trên đường ống dẫn hơi là 5% Tổng lượng hơi sử dụng trong 1 ngày: H = Htt / (100% - 5%) = 2676,388 / 0,95 = 2817,25 kg _ Mỗi ngày, nhà máy làm việc 16 giờ Năng suất bốc hơi tính toán: Hbh = H / 16 giờ = 2817,25 / 16 giờ = 176,08 kg/h _ Chọn nồi hơi SB-200 của hãng SAZ Boiler với các thông số kỹ thuật sau: + Năng suất bốc hơi: 200 kg/h + Aùp suất hơi tối đa: 15 at + Công suất: 15 kW + Tiêu hao nhiên liệu diesel: 41,41 l/h + Kích thước: dài x rộng x cao = 1900 x 1200 x 1600 (mm) + Khối lượng: 1000 kg 6.2. Làm nguội: 6.2.1. Quá trình nghiền: _ Nhân ca cao được làm nguội để giảm nhiệt độ từ 1200C xuống 350C để thực hiện quá trình nghiền _ Nhiệt độ nhân ca cao ban đầu: t1 = 1200C _ Nhiệt độ nghiền : t2 = 350C _ Nhiệt dung riêng của nhân ca cao: cc = 1,42 kJ/kg0C _ Khối lượng nhân ca cao nghiền trong 1 ngày: mc = 9613,44 kg Nhiệt lượng cần lấy đi cho quá trình nghiền trong 1 ngày: Qtt = mc* cc* (t1 – t2) = 9613,44 * 1,42 * (120 – 35) = 1160342,2 kJ 6.2.2. Quá trình đánh tơi: _ Bột ca cao được làm nguội để giảm nhiệt độ từ 950C xuống 450C để thực hiện quá trình đánh tơi _ Nhiệt độ bột ca cao ban đầu: t1 = 950C _ Nhiệt độ đánh tơi: t2 = 450C _ Nhiệt dung riêng của bột ca cao: cc = 1,42 kJ/kg0C _ Khối lượng bột ca cao hàm lượng béo cao 20% đánh tơi trong 1 ngày: mc = mcC = 5353,56 kg Nhiệt lượng cần lấy đi cho quá trình đánh tơi trong 1 ngày: Qtt = mc* cc* (t1 – t2) = 5353,56 * 1,42 * (95 – 45) = 380102,8 kJ _ Khối lượng bột ca cao hàm lượng béo trung bình 15% đánh tơi trong 1 ngày: mc = mcTB = 5038,68 kg Nhiệt lượng cần lấy đi cho quá trình đánh tơi trong 1 ngày: Qtt = mc* cc* (t1 – t2) = 5038,68 * 1,42 * (95 – 45) = 357746,3 kJ _ Khối lượng bột ca cao hàm lượng béo thấp 10% đánh tơi trong 1 ngày: mc = mcT = 4758,72 kg Nhiệt lượng cần lấy đi cho quá trình đánh tơi trong 1 ngày: Qtt = mc* cc* (t1 – t2) = 4758,72 * 1.42 * (95 – 45) = 337869,1 kJ Phần 7: Tính nước 7.1. Tính nước công nghệ cho quá trình kiềm hóa: _ Trong mỗi mẻ kiềm hóa ta cần 20,651 kg dung dịch Na2CO3 10% cho quá trình kiềm hóa. _ Mỗi ngày nhà máy thực hiện kiềm hóa 12 mẻ. Khối lượng dung dịch Na2CO3 10% sử dụng trong 1 ngày: M = 20,651 * 12 = 247,812 kg Lượng nước cần dùng trong 1 ngày để pha dung dịch kiềm: Mnk = M * (100% - 10%) = 247,812 * 0,9 = 223,031 kg 7.2. Tính nước cho chạy CIP: _ Như đã tính ở phần trên, ta có Lượng nước sử dụng cho quá trình chạy CIP trong 1 ngày: MnCIP = 36166,7 kg 7.3. Tính nước sinh hoạt: _ Số người làm việc trong phân xưởng là 20 người, trung bình mỗi người sẽ sử dụng 100 lít / ngày. Lượng nước sinh hoạt cho công nhân trong 1 ngày: MnCN = 20 * 100 = 2000 l Lượng nước vệ sinh phân xưởng trong 1 ngày: MnPX = 2000 l Tổng lượng nước sinh hoạt trong 1 ngày: MnSH = MnCN + MnPX = 2000 + 2000 = 4000 l = 4000 kg Tổng lượng nước cần dùng trong 1 ngày: Mn = Mnk + MnCIP + MnSH = 223,031 + 36166,7 + 4000 = 40389,731 kg = 40,39 m3 _ Với tổn thất trên đường ống là 5% Lượng nước cần sử dụng cho nhà máy trong 1 ngày: M = Mn / (100% - 5%) = 40,39 / 0,95 = 42,516 m3 7.4. Chọn đài nước: _ Chọn bồn chứa nước có kích thước: + Đường kính: 5 m + Chiều cao: 2,5 m Sức chứa của bồn: V = p * (5/2)2 * 2,5 = 49,087 m3 _ Chiều cao của đài nước phải tạo được áp lực và áp lực đó phải thắng được áp lực toàn bộ trong đường ống. Chiều cao của đài nước: Hđ = H1 + H2 + Z1 – Zđ + H1 = 12 m: Chiều cao phân xưởng + H2 = 2 m: Trở lực đường ống + Z1 – Zđ = 4 m : Chênh lệch độ cao của phân xưởng và đài nước Hđ = H1 + H2 + Z1 – Zđ = 12 + 2 + 4 = 18 m _ Chọn chiều cao đài nước là 18 m. Phần 8: Tính điện Bảng 8.1: Bảng tổng hợp công suất các thiết bị STT Thiết bị Công suất (kW) 1 Làm sạch 10 2 Xử lý nhiệt hồng ngọai 50 3 Tách vỏ 10 4 Kiềm hóa 25 5 Rang 15 6 Nghiền 47 7 Ép bơ 32 8 Đánh tơi 42 9 Phân loại 10 10 Bao gói 10 Tổng công suất thiết bị 251 Tổng công suất thiết bị: PTB = 251 kW Tổng công suất khác: Pk = 10% * PTB = 10% * 251 = 25,1 kW Công suất điện tiêu thụ: Ptt = PTB + Pk = 251 v+ 25,1 = 276,1 kW _ Đối với các thiết bị, cosj thường nằm trong khoảng 0,55 – 0,65. Ta chọn cosj = 0,6 _ cosj = 0,6 è tgj = 4/3 Công suất phản kháng: Qtt = Ptt * tgj = 276,1 * (4/3) = 368,1 kW _ cosj = 0,95 è tgj = 0,329 Dung lượng cần bù để cosj = 0,95: Qbù = Ptt * (tgj – tgj) = 276,1 * (4/3 – 0,329) = 277,3 kW _ Tính lại hệ số công suất cosj’ và công suất biểu kiến Stt Hệ số công suất: cosj’ = Ptt / [Ptt2 + (Qtt - Qbù )2]1/2 = 276,1 / [276,12 + (368,1 – 277,3)2]1/2 = 0,94994 Công suất biểu kiến: Stt = Ptt / cosj’ = 276,1 / 0,94994 = 290,65 kW _ Chọn máy biến áp của công ty thiết bị điện Thibidi với công suất tối đa 350 kW. Phần 9: Kết luận Bản đồ án này đã nêu lên vấn đề tính toán thiết kế phân xưởng sản xuất bột ca cao với năng suất 2500 tấn hạt / năm với ba sản phẩm chính là bột ca cao có hàm lượng béo ca 20%, bột ca cao có hảm lượng béo trung bình 15% và bột ca cao có hàmn lượng béo thấp 10%. Việc chọn địa điểm xây dựng nhà máy được xem xét trên nhiều cơ sở như nguồn nguyên liệu, nhân công, điện, nước, giao thông vận tải, cơ sở hạ tầng, thị trường… nên đảm bảo nhà máy sẽ hoạt động hiệu quả. Về mặt công nghệ, nhà máy được thiết kế dựa trên công nghệ hiện đại. Hệ thống máy móc, thiết bị chính chủ yếu được chọn từ các hãng nổi tiếng của nước ngoài như hãng GW – BARTH, hãng FELL &COMPANY INTERNATIONAL. Về mặt năng lượng, do nhà máy chọn công nghệ, thiết bị tiên tiến, hiện đại nên tiết kiệm được tiêu hao năng lượng góp phần giảm chi phí sản xuất cho nhà máy. So với qui trình sản xuất bột ca cao bằng phương pháp kiềm hóa ca cao khối thông thường thì qui trình sản xuất bột ca cao bằng phương pháp kiềm hóa ca cao nhân này có các ưu điểm sau: + Thời gian xử lý nhiệt hồng ngoại ngắn, hiệu quả cao, chất lượng hạt ca cao đồng đều và ít tổn thất bơ ca cao. + Ở quá trình kiềm hóa: thực hiện việc kiềm hóa ca cao nhân nên kiềm thấm dần vào nhân, tiếp xúc giữa kiềm và ca cao hiệu quả hơn, hạn chế các phản ứng giữa kiềm và bơ ca cao làm cho chất lượng bột ca cao tốt hơn. + Ở quá trình rang: thực hiện việc rang nhân ca cao do đó chủ động trong việc điều khiển sự tạo màu, mùi đặc trưng cho bột ca cao. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có một số nhược điểm sau: + Chi phí đầu tư trang thiết bị cao + Thời gian kiềm hóa kéo dài để thẩm thấu dung dịch kiềm vào nhân. Tóm lại, sự ra đời của nhà máy với trang thiết bị hiện đại, công nghệ tiên tiến sẽ đáp ứng được nhu cầu về nhiều mặt của xã hội, nhất là trong thời kì công nghiệp hóa – hiện đại hóa, hội nhập quốc tế của nước ta. Do đó việc thiết kế và xây dựng nhà máy là rất cần thiết. Tài liệu tham khảo [1]. G.W. BARTH AG, Cocoa processing – General information, G.W. BARTH company, Germany, 2003. [2]. J.Braudeau – Đoàn Bá Phương (dịch), Cây ca cao, Nhà xuất bản nông nghiệp, 1995. [3]. Các tác giả, Sổ tay quá trình thiết bị – tập 1, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 1992. [4]. [5]. [6]. [7]. [8]. [9].