TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-35-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Chương 5
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
5.1. Công đoạn xử lý nguyên liệu
5.1.1. Máy làm sạch
Theo bảng 4.4: lượng malt cần làm sạch trong 1 mẻ là: 1688,69 (kg).
Lượng ngô cần làm sạch trong 1 mẻ là: 1576,11 (kg).
Chọn thời gian làm sạch là: 60 phút (thời gian xử lý
phải nhỏ hơn thời nấu nguyên liệu 275 phút).
Năng suất cần có của máy làm sạch malt (N
c
):
N
c
=
60
60
69,1688
×
= 1688,69 (kg/h).
Chọn máy làm sạch bằng sàng khí [15].
Năng suất (N) : 3500 kg/h
Tổng diện tích sàng : 7 m
2

Kích thước (DxRxC) : 3450 x 1700 x 3480 mm.
Số lượng (n) máy cần chọn sẽ là:
n=
N
N
c
=
3500
69,1688
= 0,48.
Như vậy, ta chọn 1 máy làm sạch, vừa làm sạch malt vừa làm sạch ngô.
5.1.2. Máy nghiền
Theo Bảng 4.4: lượng malt cần nghiền cho 1 mẻ là: 1652,28 (kg).
Lượng ngô cần nghiền cho 1 mẻ là: 1368,58 (kg).
Chọn thời gian nghiền 1 mẻ là: 1(h), thời gian xử lý phải nhỏ hơn thời gian nấu.
Năng suất tối thiểu cần có của thiết bị:
1
28,1652
= 1652,28 (kg/h).
5.1.2.1. Máy nghiền malt
Chọn máy nghiền malt là máy nghiền bốn trục một sàng [2, tr 189].
Năng suất : 2000 kg/h
Đường kính : 250 mm
Chiều dài trục : 500 mm
Tốc độ quay vòng của trục : 220 vòng/phút

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
36

-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Cặp trục trên có rãnh rộng : 1 mm
Mỗi rãnh cách nhau : 8 mm
Cặp trục dưới trơn và không có rãnh
Kích thước lỗ sàng : 1
×
1 mm
Góc nghiêng lưới sàng : 17
0

Công suất động cơ : 25 KW
Kích thước máy : 1700
×
1500
×
1600 mm
Số lượng máy:
2000
28,1652
= 0,83
→
Chọn 1 máy.
5.1.2.2. Máy nghiền ngô
Chọn máy nghiền ngô là máy nghiền búa [2, tr 212].
Năng suất : 2000 kg/h
Đường kính đĩa (rôto) : 300 mm

Chiều rộng rôto : 240 mm
Chiều dài búa : 60 mm
Số vòng quay của rôto : 1500 vòng/phút
Số búa loại T : 24 cái
Công suất động cơ : 25 KW
Kích thước lỗ sàng : 0,5 mm
Kích thước máy : 1100
×
1260
×
1213 mm
Khối lượng máy : 1300 kg
Số lượng máy:
2000
58,1368
= 0,68
Chọn 2 máy, 1 máy dùng nghiền để tách phôi (có kích thước lỗ sàng lớn
hơn), 1 máy nghiền ngô để cung cấp cho nồi nấu.
5.1.3. Bunke chứa
Bunke dùng để chứa nguyên liệu: ngô, malt, đường của một mẻ nấu. Thiết bị
được làm bằng thép không gỉ, có dạng thân hình trụ, đáy côn, góc đáy 60
0
.
Hệ số chứa đầy φ = 0,9.
Thể tích bunke chứa:

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
37
-

GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

D
60
0

d
h
H
H
T

H
D

V
tb
= V
T
+ V
D
=
m
.ρϕ

Trong đó:
V
T

là thể tích phần trụ.
V
D
là thể tích phần đáy.
Chọn: d = 0,2m; h = 0,2m; H
T
=
D
2
.
V
D
=
D
H
12
π
××
(D
2
+ D.d + d
2
)
H
D
=
D-d
2
× tg60
0

=
3
2
(D - d)

→
V
D
=
3
24
π
(D
3
- d
3
)
V
T
=
2
T
H
D
4
×
π
=
2
DD

42
π
×
=
3
D
8
π


→
V
tb
= V
T
+ V
D
=
3
D
8
π
+
3
24
π
(D
3
- d
3

)

→
V
tb

≈
0,62D
3


→
D =
tb
3
V
0,62
(1)
5.1.3.1. Bunke chứa malt

Ta có khối lượng malt cần chứa của 1 mẻ là: 1652,28(kg).
Khối lượng riêng của malt là: ρ
malt
= 550 (kg/m
3
)
[11, tr 32]
.
Thể tích của thiết bị: V
tb

=
9,0550
28,1652
×
= 3,34 (m
3
).
Theo (1) ta có: D =
3
62,0
34,3
= 1,75 (m).

→
H
T
=
D
2
=
2
75,1
= 0,875 (m)

→
H
D
=
3
2

(D - d) =
3
2
(1,75 - 0,2) = 1,34 (m).
Chiều cao của thiết bị: H = H
T
+ H
D
+ h = 0,875 + 1,34+ 0,2 = 2,42(m).

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
38
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Đặc tính kỹ thuật: D = 1,75 (m); d = 0,2 (m); H = 2,42 (m).
Số lượng: 2 cái, 1 cái chứa malt trước nghiền và 1 cái chứa malt sau nghiền.
5.1.3.2. Bunke chứa ngô

Ta có khối lượng ngô của một mẻ là: 1368,58(kg).
Khối lượng riêng của ngô: ρ
ngô
= 750 (kg/m
3
)
[9, tr 750]
.

Thể tích của thiết bị: V
tb
=
9,0750
58,1368
×
= 2,03 (m
3
).
Theo (1) ta có: D =
3
62,0
03,2
= 1,48 (m).

→
H
T
=
D
2
=
2
48,1
= 0,74 (m).

→
H
D
=

3
2
(D - d) =
3
2
(1,48 - 0,2) = 1,11 (m).
Chiều cao của thiết bị: H = H
T
+ H
D
+ h = 0,74 + 1,11+ 0,2 = 2,05 (m).
Đặc tính kỹ thuật: D = 1,48 (m); d = 0,2 (m); H = 2,05 (m).
Số lượng: 2 cái, 1 cái chứa ngô trước nghiền và 1 cái chứa ngô sau nghiền.
5.1.3.3. Bunke chứa đường

Theo (Bảng 4.4), khối lượng đường của 1 mẻ sẽ là: 487,84 (kg).
Khối lượng riêng của đường: ρ
đường
= 1,55 (kg/lít)
[11, tr 63]
.
Thể tích của thiết bị: V
tb
=
9,0100055,1
84,487
××
= 0,35 (m
3
).

Theo (1) ta có: D =
3
62,0
35,0
= 0,83 (m).

→
H
T
=
D
2
=
2
83,0
= 0,41 (m).

→
H
D
=
3
2
(D - d) =
3
2
(0,83 - 0,2) = 0,54 (m).
Chiều cao của thiết bị: H = H
T
+ H

D
+ h = 0,41 + 0,54 + 0,2 = 1,15 (m).
Đặc tính kỹ thuật: D = 0,83 (m); d = 0,2 (m); H = 1,15 (m).
Số lượng: 1 cái chứa nguyên liệu đường trước khi nấu xirô.


ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
39
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

5.1.3.4. Gàu tải
Gàu tải dùng để vận chuyển nguyên liệu: ngô, malt, đường và nguyên liệu
bột: ngô, malt lên bunke chứa sau khi nghiền.
Lượng malt hoặc ngô hạt cần chuyển lên bunke chứa trong một mẻ: 1688,69(kg).
Lượng đường cần chuyển lên bunke chứa trong một mẻ: 487,84 (kg).
Chọn thời gian vận chuyển của gàu tải malt và ngô: 20 (phút).
Chọn thời gian vận chuyển của gàu tải đường: 10 (phút).
Năng suất cần làm việc của gàu tải malt và ngô:
N
1
=
=×
60
20
69,1688
5066,07 (kg/h).

Năng suất cần làm việc của gàu tải đường:
N
2
=
=×
60
10
84,487
2927,04 (kg/h).
Chọn gàu tải có công suất : 5500 kg/h
[2, tr 106]
.
Chiều rộng tấm băng : g = 125 mm
Chiều rộng gàu : b = 110 mm
Chiều cao gàu : h = 132 mm
Tầm với gàu : l = 110 mm
Chiều cao miệng gàu : h
1
= 66 mm
Góc lượng của gàu : r = 35
0

Góc nghiêng thành gàu : α = 4
0

Góc xúc : 41
0
30’
Dung tích gàu : 0,81 dm
3

Khối lượng gàu : 0,48 kg
Gàu được làm bằng thép không gỉ, chiều dày δ = 0,6 mm.
Số lớp cao su: Z = 4.
Đường kính tang quay: D =
Z×130
= 130 x 4 = 520 mm.
Công suất động cơ:
Q
đc
=
Q×H
367×η

Trong đó: Q là công suất gàu tải

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
40
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

H là chiều cao nâng.
η là hiệu suất động cơ (η = 0,7).
Công suất động cơ của gàu tải để tải nguyên liệu trước khi nghiền.
(Với H = 9,02m; số lượng: 1 cái):
Q
đc

=
7,0367
02,95500
×
×
= 0,2 (kW).
Công suất động cơ của gàu tải dùng để tải nguyên liệu sau khi nghiền .
(Với H = 14,04; số lượng: 3 cái):
Q
đc
=
7,0367
04,115500
×
×
= 0,24 (kW).
5.2. Công đoạn chuẩn bị dịch lên men
5.2.1. Tính và chọn thiết bị thơm hoá


Theo (Bảng 4.4), lượng ngô đi nấu 1 mẻ là 1529,20(kg).
Lượng ngô cho vào nồi thơm hóa trong một mẻ chiếm 50% là:

100
5020,1529
×
= 764,60 (kg).
Tượng tự, lượng bột malt cho vào nồi thơm hoá trong một mẻ chiếm 30% sẽ là:

100

3040,1638
×
= 491,52 (kg).
Thể tích ngô chiếm chỗ:
750
60,764
= 1,02 (m
3
).
Thể tích malt chiếm chỗ:
550
52,491
= 0,89 (m
3
).
Thể tích nước cho vào hoà trộn: 764,60
×
5 + 491,52
×
4 = 5789,08 (lít) = 5,8 (m
3
).
Thể tích cần thơm hoá: 1,02 + 0,89+ 5,8 = 7,71 (m
3
).
Chọn hệ số chứa đầy: φ = 0,8
Thể tích của nồi: V
nồi
=
8,0

71,7
= 9,64 (m
3
).
Chọn thiết bị thơm hoá có dạng hình cầu, nắp đậy kín. Thiết bị làm bằng thép
không gỉ, chịu áp lực.
h: Chiều cao nắp
D: Đường kính nồi

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
41
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Chọn: h =
6
D

Thể tích nắp nồi:
V
nắp
=
81648
8
32
33
2

DDhD
h
×
=
××
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−×
ππ
π
(*).
Thể tích cầu: V
cầu
=
3
3
683
4
DD
×=××
ππ

Thể tích nồi: V
nồi
= v

cầu
- V
nắp
=
162
25
3
D××
π
= 9,64(m
3
).

⇒
D=
3
14,325
16264,9
×
×
= 2,71 (m).


Chiều cao của nắp: h=
6
D
=
6
71,2
= 0,45 (m).

Các thông số kỹ thuật khác:

Tính chiều dày vỏ thiết bị:
Do nồi thơm hoá nấu ở áp suất cao nên phải sử dụng thiết bị chịu áp lực. Ở
130
0
C tương ứng với áp suất 2,75at hoặc 26,97x10
4
N/m
2

[11, tr 311]
.
Chiều dày vỏ thiết bị được tính theo công thức:
S =
[]
P
PD
t
−××
×
ϕδ
2
+ C (m)
[12, tr 360]
.
Trong đó:
D
t
- Đường kính trong, m

φ - Hệ số bền của thành trụ theo phương dọc: φ = 0,9.
P - Áp suất của thiết bị (N/m
2
).

[ ]
δ
- Ứng suất cho phép.

[ ]
δ
=
[ ]
k
δ
=
k
b
n
δ
×η

η là hệ số hiệu chỉnh: η = 0,75.
n
b
là hệ số an toàn cho giới hạn bền: n
b
= 3,6.
δ
k

là giới hạn bền: δ
k
= 368x10
6
N/m
2
.
C là hệ số bổ sung do ăn mòn, bào mòn và dung sai về chiều dày.
D
h

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
42
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

C = C
1
+ C
2
+ C
3

Với: C
1
= 0; C
2

= 1mm; C
3
= 0,8 mm.
C = 0 + 1 + 0,8 = 1,8mm
Vậy chiều dày vỏ thiết bị là:
S =
4
6
4
1097,2675,0
6,3
10368
2
1097,2671,2
×−×
×
×
××
+ 1,8
×
10
-3

= 6,58
×
10
-3
(m) = 6,58 (mm).
Chọn chiều dày vỏ ngoài : 2 mm.
Khe hở giữa hai vỏ : 50 mm.


Cánh khuấy dạng mỏ neo làm bằng thép không gỉ, có đường kính:
D’ =
3
4
×
D =
3
4
×
2,80 = 2,10 (m).

Công suất động cơ: 9,4 KW; Số vòng quay: 30 vòng/phút
[11, tr 622]
.
Chọn 1 thiết bị.
5.2.2. Tính và chọn thiết bị đường hoá
Theo (Bảng 4.4), lượng ngô đi nấu 1 mẻ là 1529,20(kg).
Lượng ngô cho vào nồi thơm hóa trong một mẻ chiếm 50% là:

100
5020,1529 ×
= 764,60 (kg).
Lượng bột malt cho vào nồi thơm hoá trong một mẻ chiếm 70% sẽ là:

100
7040,1638 ×
= 1146,88 (kg).
Thể tích ngô chiếm chỗ:
750

60,764
= 1,02 (m
3
).
Thể tích malt chiếm chỗ:
550
88,1146
= 2,09 (m
3
).
Thể tích nước cho vào hoà trộn:
764,60
×
5 + 1146,88
×
4 = 8410,52 (lít) = 8,41 (m
3
).
Thể tích cần thơm hoá: 1,02 + 2,09+ 8,41 = 11,52 (m
3
).
Khi hội cháo ta chuyển toàn bộ dung dịch từ nồi thơm hoá sang nồi đường hoá.
Thể tích dịch thơm hóa chuyển sang hội cháo : 7,71 m
3
.

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
43
-

GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Chọn hệ số chứa đầy :φ= 0,8.
Thể tích của nồi đường hoá : V
nồi
=
8,0
71,752,11 +
= 24,04 (m
3
).
Chọn thiết bị đường hoá giống thiết bị thơm hoá nhưng có ống thoát hơi.
h- Chiều cao nắp thiết bị
D- Đường kính của nồi
Chọn: h =
4
D

Thể tích nắp nồi:
V
nắp
=
192
5
3
5
32
4

32
33
22
DDhh
h
hD
h
××
=
××
=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−×=
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
−×
ππ
ππ
(*).
Thể tích cầu: V
cầu

=
3
3
683
4
DD
×=××
ππ

Thể tích nồi: V
nồi
= v
cầu
- V
nắp
=
64
9
3
D
××
π
= 24,04 (m
3
).

⇒
D=
3
14,39

6404,24
×
×
= 3,79 (m).


Chiều cao của nắp: h=
4
D
=
4
79,3
= 0,95 (m).
Các thông số kỹ thuật khác :

Cánh khuấy dạng mỏ neo làm bằng thép không gỉ, có đường kính:
D’ =
3
4
×
D =
3
4
×
3,69 = 2,77 (m).

Công suất động cơ: 9,4 KW; Số vòng quay: 30 vòng/phút
[11, tr 622]
.
Chọn 1 thiết bị.


Ống thoát hơi: tiết diện ống thoát hơi bằng 1/50 diện tích bốc hơi lớn nhất.
D
th
= D
1
50
×
= 3,79
1
50
×
= 0,54 (m).
Chọn 1 thiết bị.
5.2.3. Nồi nấu nước nóng

Thể tích nước cần đun nóng cho một mẻ gồm thể tích nước nấu malt, ngô và
thể tích nước rửa bã.
D
h

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
44
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Theo 5.2.1 thể tích nước nấu ở nồi thơm hoá là 5,8 (m

3
).
Theo 5.2.2 nước dùng nấu ở nồi đường hoá là 8,41 (m
3
).
Theo bảng 4.4 ta có lượng nước dùng để nấu xirô trong 1 mẻ là:
267,53(lít) ≈ 0,3 (m
3
).
Vậy thể tích nước dùng để nấu nguyên liệu là: 5,8 + 8,41 + 0,3 = 14,24 (m
3
).
Thể tích nước rửa bã chọn bằng 1/3 thể tích nước nấu nguyên liệu:

3
24,14
= 4,75 (m
3
).
Vậy thể tích nước cần đun nóng là: 14,24 + 4,75 = 18,99 (m
3
).
Chọn hệ số chứa đầy: φ = 0,8.
Thể tích nồi: V
nồi
=
8,0
99,18
= 23,74 (m
3

).
Chọn nồi nấu nước nóng có dạng giống nồi đường hóa nhưng không có cánh khuấy.
Tương tự ta có: V
nồi
=
3
3
14,39
6474,23
64
9
×
×
=
⇒
××
D
D
π
= 3,77 (m).
Chiều cao nắp: h=
4
D
=
4
77,3
= 0,94 (m).
Ống thoát hơi: tiết diện ống thoát hơi bằng 1/50 diện tích bốc hơi lớn nhất.
D
th

= D
1
50
×
= 3,77
1
50
×
= 0,53 (m).
Chọn 1 nồi.
5.2.4. Nồi nấu xirô

Theo (Bảng 4.4), Lượng dịch cần nấu xirô cho 1 mẻ sẽ là:

55,1
84,487
+ 267,56 = 582,30 (lít).
Trong đó: 1,55 (kg/lít) là khối lượng riêng của đường
[11, tr 63]
.
Chọn hệ số chứa đầy: φ = 0,8.
Thể tích nồi: V
nồi
=
8,01000
30,582
×
= 0,73 (m
3
).

Chọn nồi nấu xirô có hình dạng giống nồi thơm hóa.
Tương tự ta cũng có: V
nồi
=
3
3
14,39
6473,0
64
9
×
×
=
⇒
××
D
D
π
= 1,65 (m).

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
45
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Chiều cao nắp: h=
4

D
=
4
65,1
= 0,41 (m).

Ống thoát hơi: tiết diện ống thoát hơi bằng 1/50 diện tích bốc hơi lớn nhất.
D
th
= D
1
50
×
= 1,65
1
50
×
= 0,23 (m).

Cánh khuấy dạng mỏ neo làm bằng thép không gỉ, có đường kính:
D’=
3
4
×
D=
3
4
×
1,65=1,24(m).
Công suất động cơ: 9,4 KW.

Số vòng quay: 30 vòng/phút
[11, tr 622]
.
Chọn 1 nồi.
5.2.5. Thiết bị lọc khung bản dùng lọc bã

Theo 5.2.2 thể tích dung dịch đưa đi lọc trong một mẻ là:
7,71 + 11,52 = 19,23 (m
3
).
Chọn thời gian lọc một mẻ là: 2,5 (giờ).
Năng suất tối thiểu cần có của thiết bị:
5,2
23,19
= 7,69 (m
3
/h).
Chọn thiết bị lọc khung bản:
B9 - BΦC
423-53-00-00

[13, tr 109]
.
Năng suất : 9 m
3
/h
Diện tích bề mặt lọc : 19,5 m
2

Số lượng bản : 60 cái

Kích thước bản : 565
×
575 mm
Áp suất làm việc : 2,5 kg/cm
2

Công suất động cơ : 4,5 KW
Kích thước thiết bị : 2500
×
1080
×
1470 mm
Khối lượng : 1470 kg
Số lượng:
9
69,7
= 0,85
→
Chọn 1 thiết bị.
5.2.6. Thiết bị lọc khung bản dùng lọc xirô

Theo (Bảng 4.4), lượng xirô cần lọc trong 1 mẻ là: 537,38 (lít)
Thời gian lọc của một mẻ là: 20 (phút).

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
-
46
-
GVHD: ThS. Phan Thị Bích Ngọc

Thiết kế nhà máy nước giải khát lên men SVTH: Nguyễn Thị Sáng_Lớp 07H2LT

Năng suất tối thiểu cần có của thiết bị:
60
201000
38,537
×
×
= 1,61 (m
3
/h).
Chọn máy lọc khung bản:
B9 - BΦC
423-53-00-00
[13, tr 109].
Năng suất : 3 m
3
/h
Diện tích bề mặt lọc : 6 m
2

Số lượng bản : 45 cái
Kích thước bản : 365
×
375 mm
Áp suất làm việc : 2,5 kg/cm
2

Công suất động cơ : 2,8 KW
Kích thước thiết bị : 1700

×
780
×
1255 mm
Khối lượng : 1470 kg
Số lượng:
3
61,1
= 0,54
→
Chọn 1 thiết bị.
5.2.7. Thùng chứa bã
Theo (Bảng 4.4), lượng bã thải của 1mẻ: 3383 (kg) bã ướt.
Khối lượng riêng của bã: 1000 kg/m
3
.
Thể tích của bã ướt:
V
bã
=
1000
3383
= 3,383 (m
3
).
Chọn hệ số chứa đầy: φ = 0,9.
Thể tích của thùng chứa:
V
thùng
=

9,0
383,3
= 3,76 (m
3
).
Chọn thùng chứa bã có dạng hình hộp, chiều cao của thùng là 2(m).
V
thùng
= 2a
2


→
a =
2
76,3
= 1,88 (m).
Kích thước thùng: Dài 1,88 (m); rộng 1,88 (m); cao 2 (m).
Số lượng: 1 thùng.


a
a