Chương 5. TÍNH NĂNG LƯỢNG Tính hơi và chọn nồi hơi [1] Qui trình sản xuất sữa tiệt trùng UHT Gia nhiệt sữa – Khối lượng sữa cần đun nóng trong 1 ngày: m1 = 37233kg – Nhiệt dung riêng của sữa: c1 = 3,95 kJ/kgK – Nhiệt độ ban đầu của sữa : t11 = 40C – Nhiệt độ cao nhất khi trộn: t12 = 600C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q1 = m1 . c1 . (t12 – t11) = 8235940 kJ/ngày Gia nhiệt nước – Khối lượng nước cần gia nhiệt trong 1 ngày: m2 = 47322 kg – Nhiệt dung riêng của nước: c2 = 4,18 kJ/kgK – Nhiệt độ ban đầu của nước: t21 = 300C – Nhiệt độ nước sau khi đun nóng: t22 = 600C – Lượng nhiệt cần cung cấp: Q2= m2 . c2 . (t22 – t21) = 5934179 kJ/ngày Tiệt trùng UHT – Khối lượng sữa cần tiệt trùng UHT trong 1 ngày: m3 = 90588,12 kg – Nhiệt dung riêng của sữa: c3 = 3,95 kJ/kgK – Sau khi bài khí và đồng hóa nhiệt độ của sữa khoảng : t31 = 450C – Nhiệt độ tiệt trùng UHT: t32 = 1400C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q3 = m3 . c3 . (t32 – t31) = 33993192 kJ/ngày Qui trình sản xuất sữa bột gầy Thanh trùng sữa – Khối lượng sữa cần thanh trùng trong 1 ngày: m4 = 195497.82 kg – Nhiệt dung riêng của sữa: c4 = 3,95 kJ/kgK – Sau khi trao đổi nhiệt với sữa đã thanh trùng và li tâm, nhiệt độ sữa được nâng lên khoảng: t41 = 600C – Nhiệt độ thanh trùng sữa: t42 = 850C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q4 = m4 . c4 . (t42 – t41) = 19305410 kJ/ngày Cô đặc – Khối lượng sữa cần cô đặc trong 1 ngày: m5 = 195204.78 kg – Nhiệt dung riêng của sữa: c5 = 3,95 kJ/kgK – Sau khi thanh trùng nhiệt độ sữa khoảng: t51 = 26.50C – Nhiệt độ cô đặc sữa: t52 = 600C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q5 = m5 . c5 . (t52 – t51) = 25830471 kJ/ngày Qui trình sản xuất bơ Gia nhiệt cho quá trình phối trộn – Khối lượng cream cần phối trộn trong 1 ngày: m6 =18418.71 kg – Nhiệt dung riêng của cream: c6 = 3,35 kJ/kgK – Nhiệt độ ban đầu của cream: t61 = 40C – Nhiệt độ cần đạt tới khi trộn: t62 = 600C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q6 = m6 . c6 . (t62 – t61) = 3455350 KJ/ngày Thanh trùng cream – Khối lượng cream cần thanh trùng trong 1 ngày: m7 = 18372.69 kg – Nhiệt dung riêng của cream: c7 = 3,35 kJ/kgK – Sau khi bài khí xong, nhiệt độ của cream khoảng: t71 = 550C – Nhiệt độ thanh trùng cream: t72 = 900C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q7 = m7 . c7 . (t72 – t71) = 2154198 kJ/ngày Xử lí nhiệt cho cream Cream được xử lí nhiệt ở chế độ 8oC (2 giờ) – 20oC (2 giờ) – 16oC – Khối lượng cream cần tăng nhiệt (8oC – 20oC) trong 1 ngày: m8 = 18335.97 kg – Nhiệt dung riêng của cream: c8 = 3,35 kJ/kgK – Nhiệt độ của cream sau khi xử lí ở chế độ 8oC là t81 = 80C – Nhiệt độ cần tăng lên: t82 = 200C – Nhiệt lượng cần cung cấp: Q8 = m8 . c8 . (t82 – t81) = 737106 kJ/ngày Tổng nhiệt lượng cần thiết cho quá trình gia nhiệt sữa QGIA NHIỆT = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8 = 99645845 KJ/ngày Tính nước và hơi cho CIP [3] Lưu lượng cho 1 lần CIP là 7000 lit/giờ hay 7000 kg/giờ Chạy CIP cho thiết bị tiếp xúc trực tiếp với sữa có xử lý nhiệt (loại 1) – Tráng rửa với nước ấm 500C: + Lượng nước tráng rửa: N11 = 5% Vthiết bị – Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 30 phút: + Lượng dung dịch NaOH sử dụng N12 = 5% Vthiết bị + Lượng NaOH: Gk1 = 1%. mddNaOH = 1%. DddNaOH . 5% Vthiết bị – Tráng rửa với nước ấm ở 500C : + Lượng nước: N13 = 5% Vthiết bị – Bơm tuần hoàn dung dịch HNO3 1% ở 700C : + Lượng dung dịch HNO3: N14 = 5% Vthiết bị + Lượng HNO3: Ga1 = 1% . m ddHNO3 = 1%. DddHNO3 . 5% Vthiết bị – Tráng rửa với nước lạnh ở 300C: + Lượng nước: N15 = 5% Vthiết bị – Chạy nước nóng thanh trùng thiết bị ở 950C + Lượng nước: N1 = 5% Vthiết bị Chạy CIP thiết bị tiếp xúc trực tiếp với sữa không có xử lý nhiệt (loại 2) – Tráng rửa với nước ấm ở 500C + Lượng nước: N21 = 5% Vthiết bị – Bơm tuần hoàn dung dịch NaOH 1% ở 750C trong 10 phút: + Lượng nước: N22 = 5% Vthiết bị + Lượng NaOH: Gk2 = 1% . mddNaOH = 1%. DddNaOH . 5% Vthiết bị – Tráng rửa với nước ấm ở 500C : + Lượng nước: N23 = 5% Vthiết bị – Thanh trùng với nước nóng ở 950C : + Lượng nước: N24 = 5% Vthiết bị – Tổng lượng tiêu hao: + Nước: NCIP = N11 + N12 + N13 + N14 + N15 + N16 + N21 + N22+ N23 + N24 + Hơi: HCIP – Nhiệt lượng tiêu hao để gia nhiệt nước : QCIP= NCIP . c . (t2 – t1) Trong đó: c = 4,18 kJ/kgK: nhiệt dung riêng của nước t1 = 300C: nhiệt độ nước lạnh t2 : nhiệt độ nước sau khi gia nhiệt – Lượng hơi cần thiết để gia nhiệt nước : HCIP = 1,05 . QCIP / (r. 0,9) Trong đó: r = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước 3 bar 0,9: lượng hơi ngưng tụ 90% Tiêu hao nước, hơi, acid, kiềm cho CIP trong 1 ngày: Bảng 5.1: Tiêu hao nước, hơi, acid, kiềm cho CIP trong 1 ngày Thiết bị Số Thiết bị Loại CIP Số lần CIP Nước (l) QCIP (Kj) NaOH (kg) HNO3 (kg) Bồn chứa sữa 1 2 3 18000 953040 39.6 Gia nhiệt 1 2 3 90000 4765200 198 Trộn 1 2 3 40500 2144340 89.1 Thiết bị Số Thiết bị Loại CIP Số lần CIP Nước (l) QCIP (Kj) NaOH (kg) HNO3 (kg) Bồn trung gian 1 2 3 40500 2144340 89.1 Bài khí 1 2 3 40500 2144340 89.1 Đồng hóa 1 2 3 40500 2144340 89.1 Tiệt trùng 1 1 3 56700 2652210 89.1 104.25 Bồn trung gian 1 2 3 40500 2144340 89.1 Rót 2 2 3 48600 2558160 118.8 Bồn chứa sữa 1 2 3 78750 4169550 173.25 Gia nhiệt 1 2 3 180000 9530400 396 Li tâm 1 2 3 90000 4765200 198 Phối trộn 1 2 3 90000 4765200 198 Thanh trùng 1 1 3 126000 5893800 198 231.66 Cô đặc 1 2 3 90000 4765200 198 Sấy 1 2 3 16875 893475 37.125 Bao gói 1 2 3 16875 893475 37.125 Bồn chứa cream 1 2 3 14400 762432 31.68 Trộn 1 2 3 45000 2382600 99 Bài khí 1 2 3 45000 2382600 99 Thanh trùng 1 1 3 63000 2946900 99 115.83 Xử lí nhiệt 1 2 3 18000 953040 39.6 Tạo hạt 1 2 3 18000 953040 39.6 Bồn trung gian 1 2 3 18000 953040 39.6 Bao gói 1 2 3 9000 476520 19.8 Tổng cộng 1334700 69136782 2793.78 451.74 Chọn nồi hơi – Tổng nhiệt lượng cần sử dụng trong nhà máy: Q= QGIA NIỆT + QCIP = 168782627 KJ/ngày – Tổng lượng hơi sử dụng trong nhà máy trong 1 ngày: H = 1,05 . Q/ 0,9.r = 91972.47 kg/ngày 1,05: tổn thất nhiệt ra môi trường ngoài 5% 0,9: lượng hơi ngưng 90% r = 2141 kJ/kg: ẩn nhiệt ngưng tụ của hơi nước 3 bar – Lượng hơi sử dụng trung bình trong 1 giờ: Htb = H / 24 = 91972.47 / 24 = 3832.19 kg/giờ – Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 1,4 Þ Năng suất hơi tối thiểu của lò hơi: 3832.19 * 1,4 = 5365.06 kg/giờ – Chọn nồi hơi nằm, vách ướt của Thái Dương, số lượng 1 cái. + Năng suất bốc hơi: 6000 kg/giờ + Aùp suất hơi tối đa: 10 kg/cm2 + Nhiên liệu dầu tiêu hao: 270 l/h + Kích thước: dài 5510mm, rộng 2380mm, cao 2780mm + Khối lượng: 9100kg Tính lạnh và chọn máy nén lạnh [1, 2, 4, 17] Làm lạnh sữa tươi nguyên liệu – Khối lượng sữa tươi cần dùng trong 1 ngày: m1 = 252019.8 kg – Nhiệt dung riêng của sữa tươi: c1 = 3,95 kJ/kgK – Nhiệt độ sữa tươi lấy ra khỏi xe bồn: t11 = 50C – Nhiệt độ sữa tươi khi bảo quản lạnh: t12 = 40C – Nhiệt lượng làm lạnh sữa tươi nguyên liệu: Q1′ = m1.c1.(t11 – t12) = 995478.2 kJ – Nhiệt lượng giữ lạnh cho sữa tươi khi bảo quản trong bồn: Chọn Q1” = 10%Q1 = 99547.82 kJ – Nhiệt lượng làm lạnh và giữ lạnh sữa tươi nguyên liệu: Q1 = Q1′ + Q1”= 1095026 kJ Qui trình sản xuất sữa tiệt trùng Làm mát sữa tiệt trùng UHT – Khối lượng sữa tiệt trùng UHT trong 1 ngày: m2 = 90587,7 kg – Nhiệt dung riêng của sữa UHT: c2 = 3,95 kJ/kgK – Sữa tiệt trùng sau khi làm nguội bằng nước giảm nhiệt độ xuống còn t21 = 400C. Sữa tiếp tục được làm lạnh xuống còn t22 = 200C – Nhiệt lượng làm mát sữa tiệt trùng UHT: Q2 = m2.c2.(t21 – t22) = 7156428,3kJ Qui trình sản xuất bơ Làm mát cream sau thanh trùng – Khối lượng cream cần làm lạnh: m3 = 18259.2 kg – Nhiệt dung riêng của cream: c3 = 3,35 kJ/kgK – Nhiệt độ của cream sau khi thanh trùng và trao đổi nhiệt với cream sau phối trộn : t31 = 670C – Nhiệt độ cream cần làm lạnh: t32 = 400C – Nhiệt lượng làm lạnh cream: Q3 = 1,05 . m3 . c3 . (t31 – t32) = 1734122 kJ Trong đó, xem tổn thất lạnh là 5% Làm lạnh trong quá trình xử lí nhiệt – Chế độ xử lí nhiệt cream như sau: 8oC (2 giờ) – 20oC (2 giờ) – 16oC – Khối lượng cream cần làm lạnh: m4 = 18336 kg – Nhiệt dung riêng củacream: c4 = 3,35 kJ/kgK Làm lạnh từ 400C- 80C: – Nhiệt độ của cream sau khi làm mát sau thanh trùng : t41 = 400C – Nhiệt độ cream cần làm lạnh: t42 = 80C – Nhiệt lượng làm lạnh cream: Q41 = 1,05 . m4 . c4 . (t41 – t42) = 1965619 kJ – Nhiệt lượng giữ lạnh cream ở 80C trong 2 giơ: Qø42 =10%Q41 = 196562 kJ Làm lạnh từ 200C- 160C: – Nhiệt độ của cream sau khi xử lí nhiệt ở chế độ 200C : t43 = 200C – Nhiệt độ cream cần làm lạnh: t44 = 160C – Nhiệt lượng làm lạnh cream: Q43 = 1,05 . m4 . c4 . (t43 – t44) = 245702.4 kJ – Nhiệt lượng giữ lạnh cream ở 160C trong 2 giờ: Qø44 =10%Q43 = 24570.24 kJ. Trong đó, xem tổn thất lạnh là 5% – Nhiệt lượng tiêu tốn cho quá trình xử lí nhiệt: Q4 = Q41 + Q42 + Q43 + Q44 = 2432454 kJ Kho bảo quản lạnh cho bơ Nhiệt lượng tiệu tốn cho quá trình bảo quản lạnh cho bơ: Q5 = 10%Q4 = 243245.4 KJ Tính chọn máy nén lạnh – Nhiệt lượng cần làm lạnh: Q0 = 1,05 . (Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 ) = 13294339 kJ/ngày Trong đó: xem tổn thất lạnh trên đường ống là 5% – Tải lạnh trung bình: Qtb = Q0 / 24 = 13294339 / 24 = 553930.8 kJ/giờ – Chọn hệ số sử dụng đồng thời k = 0,8 – Năng suất lạnh tối thiểu của máy nén: QMN = Qtb . k = 553930.8 * 0,8 = 443144.6 kJ/giờ = 105911.6 kcal/giờ – Chọn máy nén pitton 1 cấp nén N4WA của MYCOM (hãng Mayekawa Nhật): + Năng suất lạnh: 26,1 . 103 kcal/giờ + Thể tích quét: 381 m3/giờ + Công suất trên trục: 60,6kW Tính nước và chọn hệ thống cung cấp nước Nước trong nhà máy được cung cấp bởi hệ thống cấp nước của khu công nghiệp. Tính nước: Nước nồi hơi: Do quá trình ngưng tụ sử dụng lại 80% nước, vậy lượng nước tiêu hao là 20%: N1 = 20% . H = 0,2 . 91972.47 = 18394.5 kg/ngày Nước chạy CIP: N2 = 1334700 l/ngày Nước sử dụng cho máy nén lạnh: Lượng nhiệt mà máy nén lấy từ nước 25oC trong một ngày là: Q = 13294339 kJ/giờ Lượng nước cần dùng cho máy nén 1 cấp trong một ngày : N3 = Q / (4.18 * (25-2)) = 138281.04 kg/giờ Nước vệ sinh nhà máy, nước sinh hoạt và các hoạt động khác: Chọn N4 = 20% (N1 + N2 + N3) = 298275.1 kg/ngày= 298.275 m3/ngày Nước làm nguội sản phẩm: Nước làm nguội sữa UHT: Lượng sữa UHT cần làm nguội: m1 = 90587,7 kg Nhiệt dung riêng sữa UHT: c1 = 3,95 kJ/kgK Nhiệt độ sữa trước và sau khi làm nguội với nước: t11 = 800C và t12 = 400C Nhiệt dung riêng của nước: c2 = 4,18 kJ/kgK Nhiệt độ nước trước và sau khi làm nguội sữa: t22 = 250C và t21 = 450C m2.c2.(t22-t21) = m1.c1.(t11-t12) Þ Lượng nước làm nguội cần dùng: m2 = 171206,4 kg/ngày Nước làm nguội sữa gầy sau thanh trùng: Lượng sữa gầy cần làm nguội: m1 = 196110,3 kg Nhiệt dung riêng sữa UHT: c1 = 3,95 kJ/kgK Nhiệt độ sữa trước và sau khi làm nguội với nước: t11 = 800C và t12 = 600C Nhiệt dung riêng của nước: c2 = 4,18 kJ/kgK Nhiệt độ nước trước và sau khi làm nguội sữa: t22 = 250C và t21 = 450C m2.c2.(t22-t21) = m1.c1.(t11-t12) Þ Lượng nước làm nguội cần dùng: m2 = 185319,54 kg/ngày Tổng lượng nước làm nguội cần dùng: N5 = 356525,94 kg/ngày ” 356,53 m3/ngày Tổng lượng nước cần dùng: N = N1 + N2 + N3 + N4 + N5 = 2146.18 m3/ngày Chọn bể nước – Chọn thể tích bể nước đủ dùng cho một ngày sản xuất. – Tổng lượng nước sử dụng trong ngày: 2146.18m3 – Chọn bể nước có kích thước: dài 40m, rộng 20m, cao 2m, thể tích tối đa 2400m3 Chọn đài nước – Đài nước được đặt trên cao để tạo áp lực nước trên đường ống. – Chọn đài nước đủ dùng trong 1 giờ: – Lượng nước dùng trong 1 giờ: 2146.18 / 24 = 89.42 m3 – Chọn đài nước có sức chứa 95 m3, đặt ở độ cao 20m. – Kích thước: đường kính 5.5m, chiều cao 4m. Tính điện [7] Điện dùng trong nhà máy có 2 loại: – Điện động lực: điện vận hành thiết bị – Điện dân dụng: điện thắp sáng và sinh hoạt Điện động lực: Bảng 5.2: Công suất điện của các thiết bị chính trong nhà máy STT Thiết bị Công suất (kW) SL Tổng cộng suất (kW) 1 Phối trộn sữa UHT 36 1 36 2 Gia nhiệt trộn sữa UHT 2 1 2 3 Bài khí sữa UHT 8 1 8 4 Đồng hóa sữa UHT 94,12 1 94,12 5 Tiệt trùng UHT 45 1 45 6 Rót sữa tiệt trùng A3/Speed 25 1 50 7 Thiệt bị gia nhiệt sữa trước li tâm tam77tâm 2 1 2 8 Li tâm 0,5 1 0.5 9 Bồn phối trộn 2 2 4 10 Thanh trùng 25 1 25 11 Cô đặc 75 1 75 12 Sấy 150 1 150 13 Đóng gói 20 1 20 14 Phối trộn cream 5 1 5 15 Bài khí 8 1 8 16 Thanh trùng cream 25 1 25 17 Xử lí nhiệt 15 1 15 18 Tạo hạt 40 1 40 19 Bao gói 20 1 20 20 Nồi hơi 30 1 30 22 CIP 30 1 22,5 25 Máy nén lạnh1 cấp 60,6 1 60,6 26 Máy nén lạnh 2 cấp 26,3 1 26,3 Tổng cộng 764,02 – Tổng công suất điện của các thiết bị chính: 764,02kW – Công suất của hệ thống cấp nước, xử lý nước thải, hệ thống máy – thiết bị lạnh… lấy bằng 10% tổng công suất thiết bị chính. Þ Công suất điện động lực của nhà máy: Pđl = 1,1 . 764,02 = 840,42 kW – Công suất tính toán: Pttđl = k . Pđl = 504,25 kW Trong đó: k = 0,6 là hệ số sử dụng không đồng thời. Điện dân dụng – Lấy bằng 10% điện động lực: Pdd = 0,1 . Pđl = 0,1 * 840,42 = 84,04kW – Công suất tính toán: Pttdd = k . Pdd = 58,83 kW Trong đó: k = 0,7 là hệ số sử dụng không đồng thời Xác định hệ số công suất và dung lượng bù: – Đối với các thiết bị sản xuất trong thực phẩm, thông thường cosj = 0,55 ÷ 0,65 Chọn cosjđl = 0,65 Þ tgjđl = 1,17 Þ Qđl = Pttđl . tgjđl = 504,25 . 1,17 = 590 kVAr – Đối với hệ thống điện dân dụng, thông thường cosjdd = 0,8 ; tgjdd = 0,75 Þ Qdd = Pttdd . tgjdd = 58,83 . 0,75 = 44,12 kVAr Þ Qtt = Qđl + Qdd = 590 + 44,12 = 634,12 kVAr – Dung lượng cần bù Qbù = Pttđl (tgjđl – tgj2) + Pttdd (tgjdd – tgj2) = 504,25 . (1,17 – 0,3287) + 58,83 . (0,75 – 0,3287) = 449 kVAr Trong đó: tgj2 = 0,3287 ứng với hệ số công suất cần bù cosj = 0,95 – Chọn 6 tụ bù DLE – 3H75K6T của hãng DAEYEONG + Dung lượng bù Qb = 80kVAr + Điện dung C = 1377,7µF + Iđm = 114 A, Uđm = 380V – Tính lại hệ số công suất: Ptt = Pttđl + Pttdd = 504,25 + 58,83 = 563,08 kW cosj = Ptt / (Ptt2 + (Qtt – Qbù)2)1/2 = 563,08 / [563,082 + (634,12 – 6 . 80)2]1/2 = 0,9645 Chọn máy biến áp – Công suất định mức của máy biến áp Sdm ³ Stt / 0,81 – Công suất thực tế của máy biến áp: Stt = Ptt / cosj = 563,08 / 0,9645 = 583,8kVA Þ Sđm ³ 720,73 kVA – Chọn máy biến áp 800 của công ty THIBIDI + Công suất định mức: 800kVA + Điện áp vào: 22kV + Điện áp ra: 400V hoặc 220V + Khối lượng: 2426kg Tính lượng điện tiêu thụ hàng năm Điện động lực: Ađl = Pttđl . T = 504,25 . 7200 = 3630600 kWh Trong đó: Pttđl = 504,25 kW T = T1 . T2 = 7200 giờ T1 = 24 giờ làm việc trong ngày T2 = 300 : số ngày làm việc trong năm Điện dân dụng: Add = Pttdd .T = 58,83 . 6600 = 388278 kWh Trong đó: Pttdd = 58,175kW T = T1 . T2 = 6600 giờ T1 = 22: số giờ thắp sáng trong ngày T2 = 300: số ngày làm việc trong năm Tổng lượng điện tiêu thụ của nhà máy trong 1 năm: A = 1,05 . (Ađl + Add) = 1,05.( 3630600+ 388278) = 4219822 kWh Trong đó 1,05 là hệ số tổn thất điện trên mạng hạ áp. Chọn máy phát điện Công suất tiêu thụ của nhà máy: Ptt = 563,08 kW Chọn máy phát điện giảm thanh HT5M65 của công ty Hữu Toàn + Kiểu máy phát điện đồng bộ 3 pha, tự động kích từ, tự động điều chỉnh điện áp + Kết cấu: ghép đồng trục, bạc đạn tự bôi trơn, tự làm mát + Công suất liên tục: 600kW + Công suất tối đa: 650kW + Kích thước: D x R x C = 3890mm x 1630mm x 1950mm + Trọng lượng: 5460kg .