Bài giảng Cơ sở thiết kế nhà máy thực phẩm - Chương 4: Thiết kế công nghệ - Vũ Thị Hoan

9/16/2010 1 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ I. Khái niệm về công nghệ * Công nghệ: - Công là công cụ, máy móc, nhà xưởng. - Nghệ là trí tuệ, cách thức, phương pháp, chế tạo ra sản phẩm. * Công nghệ có bốn yếu tố chính: - Nguyên liệu: đặc điểm của nguyên liệu và những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình chế biến. - Quy trình công nghệ: phương pháp, cách thức, để làm ra sản phẩm (phần mềm) → Quy trình công nghệ có thể thay đổi. - Máy móc, thiết bị, dụng cụ (trang bị kỹ thuật): có nhiều loại sản phẩm không có máy móc, thiết bị thì không cho ra sản phẩm được. Trang bị kỹ thuật là phần cứng. - Kinh tế: quản lý, điều hành xí nghiệp, tiêu thụ sản phẩm : nói đến hiệu quả sản xuất, quảng cáo, đào tạo, ... Công nghệ không có tính kinh tế sẽ không thành công. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ I. Khái niệm về công nghệ * Mô hình hệ thống hoá khái niệm công nghệ: Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ I. Khái niệm về công nghệ * Công nghệ: để làm ra sản phẩm cụ thể: làm như thế nào, bắt chước hay sáng tạo Công nghệ có thể mua bán, trao đổi được. * Ví dụ: ● Từ bột mì → bột nhào : gia công. ● Từ bột mì → bánh mì : chế biến. ● Chiên mì ăn liền : dầu gì, lượng dầu chiên, nhiệt độ chiên, thời gian chiên → bí quyết công nghệ. 9/16/2010 2 Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 1. Lựa chọn năng suất a. Định nghĩa: Năng suất là lượng sản phẩm mà nhà máy có thể sản xuất ra trong một đơn vị thời gian. Ví dụ : tấn/h, tấn/ngày, tấn/năm, m3/h, m3/ngày, ...(thường dùng là h, ca, năm). b. Các loại năng suất: - Năng suất lý thuyết: là năng suất lớn nhất mà nhà máy có thể đạt tới trong điều kiện sản xuất lý tưởng → không dùng trong thực tế sản xuất. - Năng suất thiết kế: là năng suất nhà máy có thể đạt được trong những điều kiện sản xuất bình thường thời gian sản xuất khoảng 300 ngày/năm, (số ngày còn lại nhà máy sẽ nghỉ lễ, đại tu, tiểu tu, vệ sinh thiết bị). Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 1. Lựa chọn năng suất b. Các loại năng suất: NS thiết kế = NS lý thuyết (h) x giờ/ca x ca/ngày x ngày/năm Lượng sản phẩm/năm → NS thiết kế trong thực tế khó đạt được. - Năng suất thực tế: Năng suất thực tế chỉ lấy 90% năng suất thiết kế có khả năng đạt được. Trong thực tế cũng không đạt tới 90% trong thời gian đầu. - Năng suất tối thiểu: là năng suất tương ứng với năng suất hoà vốn. (Lượng sản phẩm sản xuất ra khi tiêu thụ, tiền lời đủ bù lại chi phí trong quá trình hoạt động). Khi chọn năng suất thiết kế cho nhà máy không thể nhỏ hơn năng suất hoà vốn. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆII. Thiết kế công nghệ 1. Lựa chọn năng suất c. Cơ sở để lựa chọn năng suất thiết kế: Dựa vào các yếu tố : - Nhu cầu của thị trường đối với sản phẩm (hiện tại, tương lai, thành phố, nông thôn, trong nước, quốc tế). - Khả năng chiếm lĩnh thị trường của nhà máy. - Khả năng cung cấp các yếu tố đầu vào (nhất là nguyên liệu) : phải đạt số lượng, chất lượng, ít nhất > 10 năm. - Khả năng mua công nghệ và thiết bị có năng suất phù hợp. - Năng lực tổ chức, điều hành nhà máy, nhân công, ... Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 1. Lựa chọn năng suất c. Cơ sở để lựa chọn năng suất thiết kế: - Khả năng vốn đầu tư : thường phân kỳ đầu tư (đầu tư từng giai đoạn) : ● Năm 1 : 50% Năng suất thiết kế ● Năm 2 : 75% Năng suất thiết kế ● Năm 3 : 90% Năng suất thiết kế → Ưu điểm : giảm rủi ro khi thị trường biến động, có thời gian để đào tạo công nhân, củng cố bộ máy tổ chức, giảm vốn đầu tư ban đầu. → Nhược điểm : có thể bị cạnh tranh. ► Trong thiết kế chiến lược sản xuất cho nhà máy phải chú ý phân kỳ đầu tư. 9/16/2010 3 Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 2. Lựa chọn mặt hàng sản xuất: Khi thiết kế năng suất nhà máy, thì chọn một sản phẩm để làm cơ sở thiết kế nhưng khi thực hiện thì một nhà máy không nên chọn một sản phẩm, mà phải chọn nhiều sản phẩm nhưng các sản phẩm này có mối quan hệ với nhau. Ví dụ : nhà máy sản xuất mì ăn liền, kết hợp với cháo ăn liền, phở ăn liền, ... 3. Nguyên liệu - Sản phẩm: a. Nguyên liệu: - Giới thiệu tổng quát các nguyên liệu chính, nguyên liệu phụ, phụ gia của nhà máy. Ví dụ : nhà máy sản xuất bia có nguyên liệu chính là nước, malt, nguyên liệu phụ là gạo, phụ gia là chất cho vào để cải thiện về hương vị, màu sắc (caramel). Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 3. Nguyên liệu - Sản phẩm: a. Nguyên liệu: - Giới thiệu thành phần, tính chất, đặc điểm, tiêu chuẩn của nguyên liệu, cách và nguồn thu mua nguyên liệu, cách bảo quản nguyên liệu. Ví dụ: * Thóc, bột mì thì phải bảo quản nơi có mái che → nguy cơ bị mối mọt, sâu bọ. * Chế biến rau quả tươi, cá lạnh đông → phải có kho lạnh - Kiểm tra chất lượng nguyên liệu của nhà máy : tuỳ theo từng loại nguyên liệu mà đưa ra các thông số cần kiểm tra, phương pháp kiểm tra và yêu cầu: kiểm tra chính xác, nhanh, và đề ra chu kỳ kiểm tra b. Sản phẩm: chính phẩm, thứ phẩm, phế phẩm, cách xử lý, thời gian bảo quản, phương pháp bảo quản. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 4. Quy trình công nghệ: a. Những nguyên tắc để lựa chọn quy trình công nghệ: - QTCN phải thể hiện được mức độ hiện đại, mới, được thiết lập từ những kết quả, thành tựu của nghiên cứu khoa học, sáng tạo, đồng thời phải được qua thực tế sản xuất chứng minh có hiệu quả. - QTCN có khả năng sử dụng nguyên liệu tối đa, hiệu suất cao, tốn ít thiết bị và năng lượng. - QTCN có thể tận dụng các phế liệu một cách hợp lý đồng thời có khả năng xử lý phế liệu đó thành sản phẩm mới. Ví dụ : nhà máy xay xát → cám → trích ly dầu. - QTCN phải có mức độ cơ giới hoá cao, sản xuất liên tục. - QTCN có giá thành chuyển nhượng thấp, phù hợp với vốn đầu tư. ► Hiện nay có nhiều QTCN trong nước vẫn sản xuất được, giá chuyển nhượng thấp, phù hợp với điều kiện Việt Nam. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 4. Quy trình công nghệ: b. Cơ sở để lựa chọn QTCN: - Tham khảo sách giáo khoa, sách chuyên môn, tạp chí khoa học công nghệ - Tài liệu : ● Lấy từ catolog, trong các cuộc hội thảo, hội nghị, triển lãm. ● Thu thập trong quá trình tham quan nhà máy, xí nghiệp trong nước và nước ngoài. - Từ tài liệu tìm được, phân tích ưu nhược điểm của từng QTCN → lựa chọn QTCN thích hợp. c. Cách mô tả QTCN: QTCN được mô tả bằng các quá trình, và liên hệ có logic giữa đầu vào và đầu ra. - Cách 1 : Dạng sơ đồ khối - Cách 2 : Dạng sơ đồ thiết bị → biểu diễn sự kết nối của các thiết bị. 9/16/2010 4 Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 4. Quy trình công nghệ: c. Cách mô tả QTCN : Ví dụ : Quy trình công nghệ sản xuất nước tương bằng phương pháp hoá học Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 4. Quy trình công nghệ: d. Thuyết minh QTCN: nhằm nêu mục đích, nhiệm vụ, chỉ tiêu cần đạt được. Yêu cầu: Rõ ràng, mạch lạc, tránh sự trùng lắp. Có thể thuyết minh từ khâu nguyên liệu đến sản phẩm hoặc trình bày từng công đoạn. - Nguyên liệu : tính chất và yêu cầu chất lượng của nguyên liệu. - Ở mỗi công đoạn : * Mục đích và bản chất của quá trình. * Các quá trình biến đổi. * Các thông số của quá trình đó. * Thiết bị. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ II. Thiết kế công nghệ 4. Quy trình công nghệ: d. Thuyết minh QTCN: Ví dụ: Trong quá trình sản xuất tinh bột từ khoai mì - Giai đoạn ngâm rửa : ● Mục đích : làm sạch, khi ngâm nước vào → Dễ xay nghiền và khi nghiền hạt tinh bột dễ tách ra. ● Các biến đổi : vật lý. - Giai đoạn cắt khúc : ● Mục đích : nhỏ → Dễ xay nghiền ● Các biến đổi : vật lý (thay đổi hình dạng) ► Dựa vào mục đích của từng quá trình, những biến đổi của nguyên liệu trong quá trình ấy → Lựa chọn thiết bị thích hợp. Ví dụ : - Các quá trình phân riêng : lắng, lọc, ly tâm, ... - Các quá trình làm nhỏ : xay, nghiền, ... Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ III. Tính cân bằng vật chất ◙ Khi tính cân bằng vật chất có nhiều cách tính: - Dựa vào công thức tính toán có sẵn. - Dựa vào số liệu có sẵn của nguyên liệu ban đầu. - Dựa vào số liệu có sẵn của sản phẩm rồi tính ngược từ dưới lên. ◙ Ý nghĩa: - Tính được lượng đầu vào và đầu ra của từng công đoạn → Chọn thiết bị. - Xác định được lượng nguyên liệu, phụ liệu cần cho sản xuất → Đề ra kế hoạch sản xuất. - Xác định tổn thất, lượng phế liệu → Xác định kho chứa hợp lý. - Từ số liệu cân bằng phục vụ cho tính toán về kinh tế, điện, nước. 9/16/2010 5 Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ III. Tính cân bằng vật chất Phân xưởng sản xuất mì ăn liền năng suất 40 – 45 tấn/ngày với bốn dây chuyền hoạt động liên tục trong 3 ca (mỗi ca 8 tiếng). 1. Sơ đồ quy trình công nghệ : Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: Phân biệt: ◙ Thiết bị là không có động cơ ◙ Máy là thiết bị có động cơ ◙ Dụng cụ là bộ phận đi kèm 1. Nguyên tắc tính toán và lựa chọn thiết bị: ● Dựa vào lượng bán thành phẩm và thành phẩm → Xác định năng suất của thiết bị → Lựa chọn và dựa vào kinh nghiệm. ● Tại sao phải tính và lựa chọn thiết bị: * Cùng một quá trình sẽ có nhiều nhóm thiết bị khác nhau. * Có nhiều hãng cung cấp (cùng một máy). * Tuổi thọ và năng suất của thiết bị: lựa chọn sao cho tránh thiết bị hư hỏng trước khi dự đoán. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 1. Nguyên tắc tính toán và lựa chọn thiết bị: ● Khi tính toán, lựa chọn thiết bị cần chú ý: * Năng suất phù hợp. Sau đó xét đến diện tích chiếm chỗ, năng lượng tiêu hao cho máy hoạt động. * Máy cho sản phẩm có chất lượng đạt yêu cầu. * Tuổi thọ của máy phù hợp với hoạt động của máy, dễ sử dụng, dễ sửa chữa, thay thế phụ tùng. * Máy móc phải được trang bị đầy đủ thiết bị kiểm tra, đo lường. * Phải lựa chọn thiết bị chính trước. Sau đó căn cứ vào khoảng cách của các thiết bị trong nhà máy ta chọn thiết bị trung gian (băng tải, gàu tải, băng chuyền), vựa chứa. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 1. Nguyên tắc tính toán và lựa chọn thiết bị: ● Sau khi lựa chọn xong, ta lập bảng tổng hợp, ghi chép lại các thông số: * Nhãn hiệu, nơi sản xuất, năm sản xuất. * Năng suất. * Kích thước chính của thiết bị: chiều dài, chiều rộng, chiều cao, đường kính, trọng lượng * Công suất, số vòng quay, ..., nếu trong nhà máy đã có sẵn động cơ thì phải ghi lại các thông số chính của động cơ. * Đối với các thiết bị điện cần ghi bề mặt truyền nhiệt (để sau này tính lại cân bằng nhiệt, nhiên liệu tiêu thụ). * Ghi các đường kính của ống dẫn nước, hơi nước, nhiên liệu, khí, để lập hồ sơ và chọn ống thích hợp. 9/16/2010 6 Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 1. Nguyên tắc tính toán và lựa chọn thiết bị: * Ghi số lượng máy cho từng quá trình ứng với năng suất. * n = Q/q, trong đó: Q là năng suất nhà máy ứng với từng quá trình, q là năng suất của máy được chọn, n là số nguyên dương. * Giá thành: có thể chọn thiết bị trong nước nếu đạt yêu cầu → giảm giá thành. Bảng tổng hợp STT Tên thiết bị Năngsuất Số lượng Hãng cung cấp Năm SX Công suất Kích thước Trọng lượng Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: Việc bố trí thiết bị trong phân xưởng có liên quan đến nhiều vấn đề: ● Công nghệ ● Thao tác vận hành, sửa chữa → Nếu xếp đặt hợp lý thì thao tác thoải mái, ít gây ra tai nạn. ● Thông gió, ánh sáng tự nhiên. ● Mỹ quan: sắp xếp gọn gàng, màu sắc hài hoà, thông thoáng → Tạo sự hấp dẫn, thoải mái khi làm việc. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: a. Nguyên tắc công nghệ: * Các máy móc, thiết bị phải được xếp đặt một cách liên tục theo đúng qui trình công nghệ. Máy này nối tiếp máy kia một cách hợp lý, đường đi không được cắt nhau hoặc bố trí theo đường xoắn ốc. Các dây chuyền phức tạp, dài có thể bố trí theo đường zích - zắc, dây chuyền đơn giản thì bố trí theo đường thẳng. - Ví dụ bố trí đúng qui cách: Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: a. Nguyên tắc công nghệ: - Ví dụ bố trí không đúng qui cách: * Tuỳ thuộc vào nguyên liệu, dây chuyền có thể bố trí trên một tầng hoặc nhiều tầng. * Tìm cách giảm thiểu các loại thiết bị vận chuyển : gàu tải, vít tải, băng tải, bơm. → Giảm khoảng cách giữa các máy rút ngắn thời gian, chu trình sản xuất. * Đảm bảo khoảng cách giữa các thiết bị với thiết bị, giữa thiết bị với tường, để dễ thao tác, dễ sửa chữa và thay thế. * Các thiết bị có cùng chức năng thường đặt thành một cụm (rây, sàng, ...) 9/16/2010 7 Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: b. Nguyên tắc về an toàn vệ sinh công nghiệp : * Tất cả các thiết bị phải có hệ thống nối đất để tránh tình trạng tích điện trên thiết bị. * Các cầu thang phải có tay vịn, các nhà nhiều tầng ở phía ngoài phải có cầu thang thoát hiểm. * Các bộ phận chuyển động của các máy, thiết bị phải có tấm che. * Những máy, thiết bị có trọng lượng lớn, rung động mạnh ở tầng dưới, máy nhẹ đặt ở tầng trên, máy cao cần đặt ở giữa, thấp đặt gần cửa → Lợi dụng thông gió và ánh sáng tự nhiên. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: b. Nguyên tắc về an toàn vệ sinh công nghiệp : * Những thiết bị nóng, thoát nhiều bụi, chất độc hại phải có tường ngăn cách hoặc thông thoáng tốt. * Những thiết bị áp lực phải có áp kế và van an toàn. * Các thiết bị có cửa quan sát hoặc kính quan sát (thiết bị cô đặc, nấu) thì phải xếp kính quan sát quay ra ngoài. * Hệ thống điều khiển, cần gạt, tay gạt phải bố trí ngang tầm tay công nhân (0.8 – 1.2m). * Phải chừa khoảng cách hợp lý giữa các thiết bị, lối đi dọc, đi ngang, lối đi gần tường để công nhân hoạt động thuận lợi, tránh tai nạn, dễ thay thế thiết bị. Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: b. Nguyên tắc về an toàn vệ sinh công nghiệp : * Các dây chuyền thiết bị thường được bố trí song song với nhau để đảm bảo an toàn và có đủ chỗ cho công nhân di chuyển. * Khoảng cách tối thiểu giữa hai thiết bị lớn nhất là 1.8m, an toàn nhất là 3 – 4 m. * Nếu dây chuyền có xe vận chuyển đi lại thì chừa khoảng 2.5m. * Nếu dây chuyền dài hơn 100m thì phải làm con đường đi qua dây chuyền bằng cách tại khu vực đó phải xây dựng các đường vận chuyển trung gian cho bán thành phẩm Chương 4: THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ IV. Tính toán và lựa chọn thiết bị: 2. Nguyên tắc bố trí thiết bị trong phân xưởng: b. Nguyên tắc về an toàn vệ sinh công nghiệp : * Các dây chuyền phải đặt cách tường tối thiểu 1.6m * Thiết bị đầu vào phải cách tường 2 – 3m.