GIỚI THIỆU CHUNG
Sữa là thực phẩm giàu dinh dưỡng, chứa hầu hết các chất cần thiết cho sức khỏe Với thành phần đa dạng bao gồm chất béo, đường lactoza, vitamin, khoáng chất và enzym, sữa hỗ trợ tạo thành các tổ chức cơ thể và dễ dàng được hấp thụ Ngoài ra, sữa còn cung cấp đầy đủ axit amin không thay thế, giúp tăng cường miễn dịch và phục hồi sức khỏe Thực tế cho thấy, nơi nào tiêu thụ nhiều sữa thì tình trạng sức khỏe của người dân ở đó được cải thiện rõ rệt.
Thành phần hóa học của sữa bò tươi gồm có:
Nước chiếm khoảng 87% thể tích sữa, đóng vai trò quan trọng như dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, đồng thời là môi trường cho các phản ứng sinh hóa Khi đun nóng, phần lớn nước trong sữa có thể thoát ra, và quá trình bốc hơi nước từ sữa tươi được sử dụng để chế biến các sản phẩm như sữa đặc, sữa bánh và sữa bột, giúp dễ dàng vận chuyển và bảo quản hơn so với sữa tươi.
Chất béo là thành phần quan trọng trong sữa, với hàm lượng thay đổi từ 3g đến 6g trong 100ml sữa, trong đó sữa bò có khoảng 3.9% chất béo Chất béo tồn tại dưới dạng hạt hình cầu nhỏ, kích thước của chúng phụ thuộc vào nhiều yếu tố như giống loài và thời gian trong chu kỳ tiết sữa Các hạt chất béo lớn dễ tách ra khỏi sữa hơn, dẫn đến việc hình thành lớp váng sữa khi sữa để yên Trong sữa có khoảng 20 loại acid béo, trong đó 2/3 là acid béo no, và nhiều acid béo dễ hòa tan trong nước Chất béo trong sữa có thể bị phân hủy qua quá trình thủy phân và oxy hóa, làm giảm chất lượng sữa Ngoài chất béo, sữa còn chứa photphatit với hàm lượng 0.5-0.7g trong một lít, chủ yếu là lecithin.
Protein là nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất trong sữa, với hàm lượng thường dao động từ 3.0-4.6%, trong đó sữa bò chứa khoảng 3.3-3.5% protein Các protein trong sữa được coi là hoàn thiện, bao gồm 19 loại axit amin khác nhau, trong đó có đầy đủ các axit amin không thay thế như valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan và lyzin Sữa chủ yếu chứa ba loại protein: casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin 12% và lactoglobulin 6%, cùng với một số loại protein khác với hàm lượng không đáng kể.
Gluxit chủ yếu có trong sữa dưới dạng lactose, với hàm lượng khoảng 4.5-5.1%, tùy thuộc vào từng loại sữa Đối với sữa bò, hàm lượng lactose khoảng 4.9% Lactose trong sữa tồn tại ở dạng hòa tan và khó bị thủy phân hơn các loại đường khác Khi lactose bị thủy phân, nó tạo ra một phân tử glucose và một phân tử galactose.
Khi sữa được khử trùng ở nhiệt độ cao, lactose trong sữa sẽ bị biến đổi thành caramel, dẫn đến màu sắc của sữa sau khử trùng thường tối hơn so với lúc chưa khử trùng Ngoài ra, lactose còn có khả năng kết hợp với các nhóm amin của protein casein, tạo ra hợp chất melanoidin có màu sắc sẫm hơn.
AI Công nghệ tiệt trùng UHT
Sữa tươi tiệt trùng là sản phẩm được xử lý ở nhiệt độ cao, giúp tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và enzyme, kể cả loại chịu nhiệt, với thời hạn bảo quản từ 3 đến 6 tháng Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng được chia thành hai nhánh chính: sản xuất trong bao bì (thủy tinh hoặc nhựa) và ngoài bao bì UHT (bao bì giấy vô trùng) Tại Việt Nam, quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng ngoài bao bì chiếm ưu thế, với các thương hiệu nổi bật như Vinamilk và TH true milk áp dụng quy trình này.
Công nghệ chế biến tiệt trùng UHT sử dụng quy trình gia nhiệt sản phẩm ở nhiệt độ từ 136-140°C trong thời gian ngắn (4-6 giây), sau đó làm nguội nhanh xuống 25°C Quy trình này không chỉ tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn có hại, nấm men và nấm mốc mà còn giữ lại tối đa chất dinh dưỡng và hương vị tự nhiên của nguyên liệu.
Sữa thành phẩm được đóng gói trong bao bì giấy tiệt trùng 6 lớp trong môi trường hoàn toàn tiệt trùng, giúp ngăn chặn 100% ánh sáng và vi khuẩn có hại từ không khí xâm nhập Quy trình này tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trong sản phẩm nhờ xử lý nhiệt và ngăn ngừa vi khuẩn từ môi trường, đảm bảo sản phẩm tiệt trùng an toàn tuyệt đối Nhờ đó, sữa có thể bảo quản lên đến 6 tháng mà không cần dùng chất bảo quản hay trữ lạnh.
Trong bối cảnh lo ngại về vệ sinh an toàn thực phẩm, sản phẩm chế biến theo công nghệ tiệt trùng UHT, đặc biệt là sữa, trở thành lựa chọn thông minh và an toàn cho người tiêu dùng.
Công nghệ tiệt trùng UHT được xem là một trong những phát minh quan trọng nhất trong ngành chế biến thực phẩm thế kỷ 20 Hàng năm, hàng trăm tỷ lít sữa tiệt trùng UHT được tiêu thụ trên toàn cầu, mang lại nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho hàng tỷ người.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
Thuyết minh quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng UHT
- Năng suất nhà máy là 150 tấn sữa tiệt trùng/ngày.
3 ca/ ngày; 1 ca = 8 giờ (thực tế chỉ làm 7h, 1h cho công nhân nghỉ).
Thực tế, một ngày nhà máy sản xuất 21 giờ.
Một tháng nghỉ 4 ngày chủ nhật.
Tháng 7, nhà máy nghỉ 15 ngày để bảo dưỡng máy móc; nghỉ 2 ngày chủ nhật của 2 tuần cuối tháng.
Nhà máy nghỉ Tết Nguyên đán 4 ngày (vào tháng 2 dương lịch).
Bảng thể hiện kế hoạch sản xuất của nhà máy trong 1 năm
TÍNH SẢN XUẤT
- Năng suất nhà máy là 150 tấn sữa tiệt trùng/ngày.
3 ca/ ngày; 1 ca = 8 giờ (thực tế chỉ làm 7h, 1h cho công nhân nghỉ).
Thực tế, một ngày nhà máy sản xuất 21 giờ.
Một tháng nghỉ 4 ngày chủ nhật.
Tháng 7, nhà máy nghỉ 15 ngày để bảo dưỡng máy móc; nghỉ 2 ngày chủ nhật của 2 tuần cuối tháng.
Nhà máy nghỉ Tết Nguyên đán 4 ngày (vào tháng 2 dương lịch).
Bảng thể hiện kế hoạch sản xuất của nhà máy trong 1 năm
II Tính cân bằng vật chất
2 Tính cân bằng vật chất của dây chuyền sản xuất sữa trong một ngày
Trong quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng, mỗi ngày có khoảng 150 tấn sữa tươi được sản xuất, tương đương với 150.000 kg Việc chuyển đổi khối lượng này sang thể tích là cần thiết để thực hiện cân bằng vật chất trong từng công đoạn của quy trình sản xuất.
Gv UHT, ta áp dụng công thức:
Trong đó: - Gv làlượng sữa trước khi vào mỗi công đoạn.
- Gr là lượng sữa sau mỗi công đoạn.
- gh là lượng sữa tiêu hao ở mỗi công đoạn.
Lượng sữa ở mỗi công đoạn trong quy trình sản xuất phải bằng với lượng sữa được chuyển sang công đoạn tiếp theo Để xác định lượng nguyên liệu ban đầu, cần thực hiện tính toán cân bằng vật chất từ công đoạn cuối trở về công đoạn đầu.
2.1 Lượng sữa trước khi chiết rót
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn chiết rót là 1%.Lượng sữa sau khi chiết rót chính là lượng sữa thành phẩm để đạt năng suất 150 tấn/ngày.
Ta có: G r (chiết rót) = V sữa thành phẩm = 144230,77(l)
2.2 Lượng sữa trước khi tiệt trùng
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn tiệt trùng là 0,2%.Lượng sữa sau khi tiệt trùng bằng lượng sữa trước khi chiết rót.
Ta có: G r (tiệt trùng) = G v (chiết rót) = 145687,65 (l)
2.3 Lượng sữa trước khi đồng hóa lần 2
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn đồng hóa là 0,1%.Lượng sữa sau khi đồng hóa bằng lượng sữa trước khi tiệt trùng.
Ta có: G r (đồng hóa) = G v (tiệt trùng) = 145979,61 (l)
2.4 Lượng sữa trước khi lọc
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn lọc là 0,1% Lượng sữa sau khi lọc bằng lượng sữa trước khi đồng hóa
Ta có: G r (lọc) = G v (đồng hóa) = 146125,74 (l)
2.5 Lượng dịch sữa trước khi phối trộn
Lượng sữa sau khi phối trộn (chưa tính hao hụt) bằng lượng sữa trước khi lọc
Để tính toán số lượng các thành phần bổ sung vào sữa trong quá trình phối trộn, ta chuyển lượng sữa sau khi phối trộn sang đơn vị khối lượng Cụ thể, khối lượng sữa sau khi phối trộn được tính bằng công thức: mr (phối trộn) = Gr (phối trộn) × ρ, với Gr (phối trộn) là 146272,01 lít và ρ là 1,04 kg/lít Kết quả là khối lượng sữa sau khi phối trộn đạt 152122,89 kg.
Tính lượng đường saccharose cần thêm vào sữa trong công đoạn phối trộn
Hàm lượng đường saccharose trong sữa đạt 4%, với độ tinh khiết là 99,7% Để tính lượng đường cần cho công đoạn phối trộn, ta sử dụng công thức: m đường = (m r (phối trộn) × 100) / (4 × 99,7).
- Lượng đường hao hụt trong công đoạn phối trộn là 0,5% Ta có lượng đường cần thêm vào thực tế là: m đường (thực tế) = m đ ường ×100
Tính lượng chất ổn định thêm vào (hao hụt không đáng kể) Hàm lượng chất ổn định trong sữa là 0,7%: m ch ấ t ổn đ ị nh =m r( ph ối trộn ) × 100 0,7
Tính khối lượng dịch sữa trước khi phối trộn là: m ¿ v( phốitrộn )
−m ch ất ổn định ¿ 152122,89−6103,23−1064,864954,8 (kg) Đổi sang thể tích: G
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn phối trộn là 0,1% Vậy lượng dịch sữa trước khi phối trộn thực tế là:
2.6 Lượng sữa trước khi lưu trữ, gia nhiệt v (lọc) r (phối trộn)
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn này là 0,1% Lượng sữa sau khi lưu trữ và gia nhiệt bằng lượng sữa trước khi phối trộn
Ta có: G r (lưu trữ, gia nhiệt) = G v (phối trộn) = 140873,69 (l)
G v (lưu trữ, gia nhiệt) 2.7 Lượng sữa trước khi thanh trùng
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn thanh trùng là 0,1% Lượng sữa sau khi thanh trùng bằng lượng sữa trước khi lưu trữ và gia nhiệt
Ta có: G r (thanh trùng) = G v (lưu trữ, gia nhiệt) = 141014,7 (l)
2.8 Lượng sữa trước khi đồng hóa lần 1
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn thanh trùng là 0,1% Lượng sữa sau khi đồng hóa lần 1 bằng lượng sữa trước khi thanh trùng
Ta có: G r (đồng hóa lần 1) = G v (thanh trùng) = 141155,86 (l)
G v (đồng hóa lần 1) = G r (đ ồ ng hóal ầ n1 ) ×100 = 141155,86 × 100 1297,16(l)
2.9 Lượng sữa trước khi bài khí, gia nhiệt
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn bài khí, gia nhiệt là 0,2% Lượng sữa sau khi bài khí, gia nhiệt bằng lượng sữa trước khi đồng hóa lần 1
Ta có: G r (bài khí, gia nhiệt) = G v (đồng hóa lần 1) = 141297,16 (l)
G v (bài khí, gia nhiệt) = G r ( bài khí , gianhiệ t ) × 100 = 141297,16× 100 1580,32(l)
2.10 Lượng sữa trước khi ly tâm tách béo và chuẩn hóa hàm lượng béo
Sữa gầy chứa 0,05% chất béo, trong khi cream có hàm lượng lên tới 40% Sữa bò thông thường có khoảng 3,9% chất béo Khi sữa gầy và sữa chưa tách béo được hòa trộn, sản phẩm cuối cùng có hàm lượng chất béo là 3,2%.
Sau khi ly tâm, sữa sẽ được tách béo và chuẩn hóa hàm lượng béo dựa trên lượng sữa trước khi bài khí và gia nhiệt, bao gồm cả sữa gầy và sữa chưa tách béo.
- Ta có : G r (ly tâm, chuẩn hóa) = G v (bài khí, gia nhiệt) = 141580,32 (l)
- Đổi sang khối lượng : m r ( ly tâm, chu ẩ nhóa ) =G r (ly tâm, chu ẩnhóa) × ρ 2 1580,32 ×1,035827,73 (kg)
Tính lượng sữa trước khi ly tâm tách béo
- Ta gọi : M : lượng sữa trước khi ly tâm tách béo (gồm cả lượng sữa cần ly tâm và lượng sữa không cần ly tâm tách béo) (kg)
X: lượng sữa tươi cần phải ly tâm tách béo(kg).
Y: lượng sữa tươi không ly tâm tách béo (kg).
Z: lượng sữa gầy thu được sau khi ly tâm tách béo (kg).
T: lượng cream thu được sau khi tách béo (kg).
- Sơ đồ ly tâm tách béo: M (3,9% béo)
- Phương trình cân bằng vật chất :
- Theo công thức đường chéo Peason:
Với lượng sữa tươi cần ly tâm tách béo (là hỗn hợp của sữa gầy và cream)
Với lượng sữa tươi cần chuẩn hóa hàm lượng chất béo (là hỗn hợp của sữa gầy và sữa tươi chưa tách béo)
Giải hệ phương trình sau:
- Lượng sữa tươi không ly tâm tách béo là: Y = 119313,6 (kg).
- Lượng cream thu được sau khi ly tâm là: T (26,67 (kg).
- Lượng sữa gầy thu được sau khi ly tâm là: Z = 26514,13 (kg)
- Lượng sữa cần ly tâm
- Đổi sang thể tích là: X (l) ¿ X (kg)
- Lượng sữa tươi trước khi ly tâm và chuẩn hóa chất béo 3,2% là:
- Đổi sang thể tích là: G ¿ v ( lytâm ,chu ẩ n hóa )
Lượng sữa hao hụt trong quá trình ly tâm và chuẩn hóa chất béo được xác định là 0,1% Do đó, để tính toán lượng sữa trước khi ly tâm tách béo và chuẩn hóa, cần tính đến mức hao hụt này là 0,1%.
Gv (ly tâm, chuẩn hóa) = G ¿v (ly tâm, chuẩ nhóa)× 100 = 144324,66× 100 4469,13 (l)
2.11 Lượng sữa trước khi làm lạnh
Lượng sữa hao hụt trong quá trình làm lạnh được xác định là 0,1% Sau khi hoàn tất quá trình làm lạnh, lượng sữa sẽ tương đương với lượng sữa trước khi thực hiện ly tâm tách béo và chuẩn hóa hàm lượng chất béo.
Ta có: G = G = 144469,13 (l) r (làm lạnh) v (ly tâm, chuẩn hóa)
2.12 Lượng sữa trước khi lọc tách khí
Ta xét lượng sữa hao hụt ở công đoạn lọc tách khí là 0,2%.Lượng sữa sau khilọc tách khí bằng lượng sữa trước khi làm lạnh.
Ta có: G r (lọc tách khí) = G v (làm lạnh) 4613,74 (l)
G v (lọc tách khí) = G r (l ọc táchkhí ) ×100 = 144613,74 × 100 4903,55 (l)
3 Tính số lượng hộp sữa và số lượng thùng carton cần dùng trong công đoạn bao gói
3.1 Tính số hộp sữa cần dùng trong một ngày - Dung tích một hộp sữa là 180 ml
- Lượng sữa sản xuất trong một ngày:144230,77(l) = 144230770 ml
- Vậy số hộp cần dùng ¿ 144230770
- Trong quá trình chiết rót, lượng hộp sữa hao hụt là 1%.
Vậy số hộp thực tế cần dùng ¿ 801282,1×100
3.2 Tính số thùng carton cần dùng trong một ngày
- Một thùng có 48 hộp sữa
- Một ngày sản xuất ra 809376 hộp sữa
- Vậy số thùng carton cần dùng ¿ 809376
Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng
3 Ly tâm và chuẩn hóa
Lượng sữa trước phối trộn
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ
1 Bồn chứa sữa nguyên liệu
- Bồn tạm chứa có dạng hình trụ đứng
- Công suất thiết bị: 5 KW/h.
Gọi D là đường kính của thân hình trụ.
Hlà chiều cao của thân hình trụ.
Gọi V tb là thể tích của thùng hoàn nguyên.
Chọn bồn có thể tích 10.000 (l)= 10 m 3
Ta tính được kích thước của bồn:
- Lượng dịch sữa cần chứa sau làm lạnh là: 6879,48 l/h.
- Chọn hệ số chứa đầy là 0,85. n=6879,48
Vì đây là thiết bị hoạt động gián đoạn nên chọn 2 bồn để đảm bảo sản xuất và vệ sinh.
2 Thiết bị tiếp nhận sữa tươi:
- Chọn cụm thiết bị thu nhận sữa có mã hiệu M42 – 2193 của Tetra Pak.
- Cụm thiết bị bao gồm có bồn khử khí, bơm, bộ lọc, đồng hồ đo lưu lượng.
- Các thông số kỹ thuật như sau:
Công suất thiết bị: 7,5 KW/h.
Sai số đồng hồ đo : ± 0.1%.
Các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm bằng
Nhiệt độ làm việc tối đa : 100 o C
- Công dụng: để tiếp nhận, đo lường lượng sữa được giao từ các xe bồn.
- Lượng sữa từ xe bồn là 6900,17(l/h).
- Vậy số thiết bị là:
- Vậy chọn 1 cụm thiết bị tiếp nhận sữa.
3 Thiết bị làm lạnh sau tiếp nhận:
- Chọn thiết bị gia nhiệt kiểu tấm bản MS 10 của Tetra Pak:
Áp suất làm việc tối đa: 6 bar
- Công dụng: làm lạnh sữa nguyên liệu đầu vào từ 12 o C xuống 4 o C.
- Số lượng thiết bị là
- Vậy số lượng thiết bị là 1 cái.
- Bồn tạm chứa có dạng hình trụ đứng
- Công suất thiết bị: 5 KW/h.
Gọi D là đường kính của thân hình trụ.
Hlà chiều cao của thân hình trụ.
Gọi V tb là thể tích của thùng hoàn nguyên.
Chọn bồn có thể tích 10.000 (l)= 10 m 3
Ta tính được kích thước của bồn:
- Lượng dịch sữa cần chứa sau làm lạnh là: 6879,48 l/h.
- Chọn hệ số chứa đầy là 0,85. n=6879,48
- Vì đây là thiết bị hoạt động gián đoạn nên chọn 2 bồn để đảm bảo sản xuất và vệ sinh.
- Chọn thiết bị ly tâm làm sạch Tetra Centri D407 SGP của hãng Tetra Pak Thụy Điển
Kích thước của thiết bị là 1200x800x1500 mm
Motor: 11 kW/h, dòng điện xoay chiều 3 pha – 60 Hz, 400 V
- Công dụng: giúp tách chất béo ra khỏi sữa nguyên liệu.
Lượng sữa trước khi vào ly tâm là: 28486,21(l/ngày) = 1356,49 (l/h)
- Số thiết bị cần là:
6 Thùng tiêu chuẩn hóa hàm lượng béo
Bồn tạm chứa được thiết kế hình trụ đứng với đáy hình chỏm cầu, vỏ thùng làm từ thép không gỉ Bên trong, các tấm kim loại được lắp đặt nhằm mục đích khuấy đảo Động cơ gắn phía trên thùng kết hợp với cánh khuấy nằm gần đáy, đảm bảo hiệu quả trong quá trình trộn lẫn.
- Công suất thiết bị: 5 KW/h.
Gọi D là đường kính của thân hình trụ.
H t là chiều cao của thân hình trụ. h là chiều cao của thân hình chỏm cầu.
Chiều cao toàn thiết bị là H 0 :
Gọi V tb là thể tích của thùng hoàn nguyên.
V nón là thể tích thân hình hình nón.
Chọn bồn có thể tích 10.000 (l)= 10 m 3
Từ công thức (1) ta có:
Ta tính được kích thước của bồn:
- Lượng sữa cần tiêu chuẩn hóa 6741,92 l/h
- Chọn hệ số chứa đầy là 0,85.
- Vì đây là thiết bị hoạt động gián đoạn nên chọn 2 bồn để đảm bảo sản xuất và vệ sinh.
Th iết bị gia nhi ệt
-C họn thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản MS 10 của Tetra Pak -
- Công dụng: gia nhiệt cho sữa tươi dùng trong chế biến bằng hơi nước.
- Lượng sữa đi qua thiết bị là: 6741,92 (l/h).
Số thiết bị cần là:
- Chọn thiết bị bài khí bằng Dearator
L ư ợ ng sữ a cầ n bà i kh í là:
- Sử dụng thiết bị đồng hóa mã hiệu: APV – Đan Mạch.
Áp lực làm việc 25 ÷ 39 bar.
Công suất động cơ: 4,5 kw.
Áp suất đồng hóa : 200 bar, 2 giai đoạn.
- Số thiết bị cần là:
- Sử dụng hệ thống thanh trùng kiểu tấm bản của hãng: APV – Đan Mạch, kí hiệu N35 – RKS.
Áp suất làm việc: 2,5 kh/cm 2
Bề mặt trao đổi nhiệt 196 m 2
Số tấm trao đổi nhiệt: 488.
Điều khiển nhiệt độ thanh trùng tự động
Tự động đổi chiều dòng chảy khi nhiệt độ không đạt.
Bồn cân bằng với phao nổi và nắp đậy Thể tích của bồn cân bằng là 100 lít.
Bơm ly tâm nạp nguyên liệu.
Bộ điều khiể lưu lượng bằng cơ khí.
Có hệ thống làm vệ sinh tại chỗ.
- Lượng dịch cần thanh trùng: 6721,71 (l/h)
- Số thiết bị cần dùng:
11 Bồn chứa sau thanh trùng
- Sử dụng thiết bị tương tự thùng tiêu chuẩn hóa.
- Công suất thiết bị: 5 KW/h
Chọn bồn có thể tích 10.000 (l)= 10 m 3
Từ công thức (1) ta có:
Ta tính được kích thước của bồn:
- Lượng sữa cần tiêu chuẩn hóa 6741,92 l/h
- Chọn hệ số chứa đầy
- Số thiết bị cần dùng
- Vì đây là thiết bị hoạt đảm bảo sản xuất và vệ sinh.
12 Thiết bị gia nhiệt trước khi trộn:
- Lượng sữa trước khi gia nhiệt: 6714,99(l/h).
13 Thiết bị phối trộn có cánh khuấy:
- Chọn bộ phối trộn Tetra Almix 10 của Tetra Pak
Các cơ phận tiếp xúc với sản phẩm được làm bằng thép không gỉ
Nguồn điện cung cấp: 11,5 kW/h, điện 3 pha ´ 380V, 50 Hz.
- Công dụng: Sử dụng bơm tuần hoàn để trộn các nguyên liệu như đường chất ổn định. hương với sữa tươi nguyên liệu.
- Lượng sữa trước công đoạn trộn là: 6708,27(l/h).
- Số thiết bị phối trộn là:
- Chọn thiết bị lọc khung bản
- Lượng sữa cần lọc là:6965,33(l/h)
- Số lượng thiết bị là
15 Thiết bị đồng hóa lần 2:
- Tương tự thiết bị đồng hóa lần 1
- Lượng sữa trong công đoạn là: 6958,37 (l/h).
- Số lượng thiết bị là:
- Chọn 1 thiết bị đồng hóa.
- Chọn hệ thống tiệt trùng Tetra Therm Aseptic Flex của Tetra Pak
Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống chùm là hệ thống UHT (Ultra High Temperature) chuyên dụng cho thực phẩm lỏng, hoạt động trong điều kiện vô trùng Hệ thống này giúp sản phẩm được lưu trữ và phân phối an toàn trong môi trường nhiệt độ ổn định.
Công suất thiết bị: 16 KW/h.
Nhiệt độ tiệt trùng UHT: 140 ± 4 o C
Thời gian lưu nhiệt sữa: 4 giây.
- Lượng sữa cần tiệt trùng là 6951,41(l/mẻ).
17 Bồn chứa sau tiệt trùng UHT:
- Sử dụng thiết bị tương tự thùng tiêu chuẩn hóa.
- Công suất thiết bị: 5 KW/h
Chọn bồn có thể tích 10.000 (l)= 10 m 3 Từ công thức (1) ta có:
Ta tính được kích thước của bồn:
- Lượng sữa cần tiêu chuẩn hóa 6951,41 l/h
- Chọn hệ số chứa đầy là 0,85. n=6951,41
- Vì đây là thiết bị hoạt động gián đoạn nên chọn 2 bồn để đảm bảo sản xuất và vệ sinh.
- Chọn thiết bị chiết rót hiệu TetraPak A3 Speed -
Công suất thiết bị: 11 KW/h.
- Số hộp thành phẩm trong một ngày là 809376hộp.
- Số hộp thành phẩm trong một giờ là 38542hộp
- Vậy chọn 2 máy rót để đảm bảo công suất.
Máy và các thiết bị trong sản xuất
2 Thiết bị làm lạnh sau tiếp nhận.
5 Thùng tiêu chuẩn hóa hàm lượng chất béo
8 Thiết bị đồng hóa lần 1
10 Bồn chứa sữa sau thanh trùng
11 Hệ thống gia nhiệt trước khi phối trộn
14 Thiết bị đồng hóa lần 2
TÍNH ĐIỆN- HƠI- NƯỚC- LẠNH
TÍNH ĐIỆN- HƠI- NƯỚC- LẠNH
5.1 TÍNH ĐIỆN: Điện dùng trong nhà máy bao gồm:
+ Điện dùng cho động lực.
Yêu cầu điện dùng cho chiếu sáng:
- Ánh sáng phải phân bố đều không có bóng tối và không làm loá mắt.
- Đảm bảo chất lượng của độ rọi và hiệu quả chiếu sáng đối với công trình
- Đảm bảo chất lượng quang thông màu sắc ánh sáng và độ sáng tối thiểu.
Yêu cầu điện dùng cho động lực:
Công suất động cơ tại các phân xưởng cần phải tương thích với yêu cầu của thiết bị trong dây chuyền sản xuất Việc chọn hệ số dự trữ công suất quá nhỏ có thể dẫn đến tình trạng quá tải trong quá trình hoạt động Ngược lại, nếu hệ số dự trữ quá lớn sẽ gây lãng phí công suất và làm giảm hệ số công suất cos do động cơ hoạt động ở chế độ non tải.
5.1.1.Điện dùng cho chiếu sáng:
Ta có công thức tính như sau:
Trong đó: + P td : Tổng công suất các đèn W.
+ P tc : Công suất chiếu sáng tiêu chuẩn trên một đơn vị diện tích W/m 2
Nếu gọi P o : là công suất tiêu chuẩn của đèn W
Ta có số bóng đèn khi chưa làm tròn:
Sau khi tính được số bóng đèn và làm tròn ta có được số bóng đèn dùng thực tế nc
Tính công suất sử dụng thực tế theo công thức:
Tính toán trong bảng sau:
Bảng 5.1: Bảng tính công suất của các công trình
1 Phân xưởng sản xuất chính
Phòng thường trực- bảo vệ (2 cái)
4 Nhà vệ sinh,giặt là,phát áo quần
10 Khu xử lí nước thải
14 Nhà phát diện dự phòng
16 Khu cung cấp và xử lí nước
17 Chiếu sáng các khu vực khác
Công suất chiếu sáng thực tế là: 104,38W = 104,38KW.
Tính phụ tải chiếu sáng:
5.1.2 Tính công suất động lực:
Bảng 5.2: Thống kê điện tiêu thụ cho động lực.
2 Thiết bị làm lạnh từ xe bồn vào.
4 Bồn cân bằng cho máy ly tâm
5 Thiết bi trao đổi nhiệt dạng tấm
7 Bồn chứa sau ly tâm
8 Hệ thống máy thanh trùng
10 Bồn chứa sữa sau thanh trùng
11 Hệ thống gia nhiệt trước khi phối trộn
15 Hệ thống làm lạnh sau trộn
16 Bồn chứa sau phối trộn
17 Thiết bị lọc khi bơm sang UHT
Hệ thống máy bao gói (máy bắn ống hút, đóng màng co, đóng thùng, indate)
Tổng công suất điện cho động lực: P đl = 237,1 (KW).
Phụ tải điện năng cho động lực:
Hệ số động lực K đl phản ánh mức độ mang tải và sự làm việc không đồng đều của các thiết bị, thường dao động trong khoảng 0,5 đến 0,6 Để đảm bảo hiệu quả hoạt động, K đl được chọn là 0,6.
Vậy công suất nhà máy nhận được từ bộ phận thứ cấp của trạm biếm áp hay máy phát điện là: P tt = P’ cs + P’ đl = 104,38+142,26 = 246,64 (KW),
5.1.3 Tính điện năng tiêu thụ hằng năm:
Tính điện năng tiêu thụ cho chiếu sáng
Trong đó: P CS = P đèn = 104,38 KW
K: hệ số đồng bộ giữa các đèn từ 0,9 1 ; lấy K =1.
T: hệ số sử dụng tối đa (h) T = K 1 K 2 K 3
K 1 : Thời gian thắp sáng trong một ngày: K 1 = 24 h.
K 2 : Số ngày làm việc bình thường trong tháng K 2 = 30 ngày.
K 3 : Số tháng làm việc trong một năm K 3 = 11,3 tháng T = 24x11,3x3036(h) Thay số ta có: A CS = 104,38 x 8136x 1 = 849.235,68 (KW.h).
Điện năng tiêu thụ cho động lực: A dl = P dl T.K (KW.h).
Trong đó: K: hệ số động lực cần dùng, chọn K = 0,6.
T: thời gian hoạt động trong năm T = 24x11,3x3036(h).
Điện năng tiêu thụ cho toàn nhà máy trong năm:
A’: Điện năng tổn hao trên đường dây lấy A’ = 3 % (A CS +A dl ).
Hệ số cos đối với phần chiếu sáng có thể lấy bằng 1.
Tính công suất phản kháng
Với các thiết bị động lực hệ số cos = 0,6 tg = 1,33
Tính dung lượng bù: nâng hệ số cos 1 = 0,6 lên cos 2 = 0,9 0,96.
Với cos 2 = 0,92 ta có tg 2 = 0,426.
Xác định số tụ điện:
Số lượng tụ điện cần dùng: n Vậy chọn n = 22tụ.
Sau khi chọn tụ ta thử lại và tính được costhực tế theo công thức sau:
Chọn máy biến áp 3 pha cách ly 300 KVA.
Loại máy biến áp: Máy biến áp 3 pha; Xuất xứ: Việt Nam
Công nghệ: Lõi tôn xếp
Chi phí hơi sử dụng cho các thiết bị:
Trong các nhà máy thực phẩm, hơi nước bão hòa thường được sử dụng để cấp nhiệt cho thiết bị, phục vụ cho các mục đích như tiệt trùng, thanh trùng và nâng nhiệt sữa, cũng như rửa thiết bị Bên cạnh đó, hơi nước còn đóng vai trò quan trọng trong việc cung cấp nước sinh hoạt và vô trùng cho các thiết bị trước và sau mỗi ca sản xuất.
Sử dụng hơi nước trong sản xuất có một số ưu điểm sau:
- Hơi nóng truyền nhiệt đều, không xảy ra hiện tượng truyền nhiệt cục bộ, dễ điều chỉnh nhiệt độ bằng cách điều chỉnh áp hơi.
- Thuận tiện cho việc vận hành các thiết bị, không cồng kềnh, phức tạp, chiếm một phần diện tích nhỏ trong phân xưởng.
- Không gây độc hại, đảm bảo vệ sinh cho sản xuất, nên được dùng cho sản xuất thực phẩm.
- Không ăn mòn thiết bị, có thể vận chuyển đi xa bằng ống.
Để đảm bảo vệ sinh trong sản xuất, việc lựa chọn nồi hơi phù hợp và xác định nhu cầu nhiên liệu là rất quan trọng Cần tính toán lượng hơi cần sử dụng cho mỗi ca sản xuất, bao gồm tất cả các thiết bị hoạt động đồng thời.
5.2.1.1 Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình gia nhiệt ly tâm:
G s : là lượng sữa cần gia nhiệt. t 2 : nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt 45 0 C t 1 : nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt 10 0 C
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%.
C s = C n (1- B) + C ck B (kcal/kg o C.) Trong đó:
C n : nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C.
C ck : nhiệt dung của chất khô, kcal/kg, o C.
5.2.1.2 Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình gia nhiệt trước bài khí:
G s : là lượng sữa cần gia nhiệt. t 2 : nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt t 1 : nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt.
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%.
C n : nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C.
C ck : nhiệt dung của chất khô, kcal/kg o C.
5.2.1.3 Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình gia nhiệt trước đồng hóa lần 1:
G s : là lượng sữa cần gia nhiệt. t 2 : nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt. t 1 : nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt.
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%.
C n : nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C.
C ck : nhiệt dung của chất khô, kcal/kg o C.
Tính lượng nhiệt cho hoàn nguyên ta có nhiệt độ của sữa trong quá trình đồng hóa là:
5.2.1.4 Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình thanh trùng:
G s : là lượng sữa cần gia nhiệt. t 2 : nhiệt độ sữa sau khi thanh trùng t 1 : nhiệt độ sữa trước khi thanh trùng
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%.
C n : nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C.
C ck : nhiệt dung của chất khô, kcal/kg o C.
5.2.1.5 Lượng nhiệt cần dung cho quá trình gia nhiệt trước trộn:
G s : là lượng dịch sữa cần tiệt trùng trong một ca, kg.
C s : của dịch sữa có độ khô 12,5%. t 2 : nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt 65 0 C t 1 : nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt 6 0 C
Lượng sữa cần gia nhiệt chỉ chiếm 25% so với lượng sữa cần phối trộn:
5.2.1.6 Lượng nhiệt dùng cho đồng hóa lần 2:
G s : là lượng dịch sữa cần tiệt trùng trong một mẻ kg.
C s : là tỷ nhiệt của dịch sữa có độ khô 12,5%. t 2 : nhiệt độ sữa sau khi đồng hóa 75 0 C t 1 : nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt 70 0 C
5.2.1.7 Lượng nhiệt tiêu tốn trong quá trình tiệt trùng sữa:
G s : là lượng dịch sữa cần tiệt trùng trong một mẻ, kg.
C s : là tỷ nhiệt của dịch sữa có độ khô 12,5%. t 2 : nhiệt độ sữa sau tiệt trùng 140 0 C t 1 : nhiệt độ sữa trước khi tiệt trùng 90 0 C
5.2.2 Lượng nhiệt tiết kiệm được:
Trong đó: - t s1 là nhiệt độ sữa nóng được làm nguội bằng nước lạnh.
- t s2 là nhiệt độ sữa sau khi làm nguội.
5.2.2.1 Lượng nhiệt tiết kiệm được trong công đoạn thanh trùng:
Lượng sữa trong công đoạn thanh trùng là: 6921.90 (kg/mẻ).
- t s1 là nhiệt độ sữa nóng được làm nguội bằng nước lạnh 55 0 C
- t s2 là nhiệt độ sữa sau khi làm nguội 35 0 C
5.2.2.2 Lượng nhiệt tiết kiệm được trong công đoạn tiệt trùng:
Lượng sữa trong công đoạn tiệt trùng là: 7229,47 (kg/mẻ).
- t s1 là nhiệt độ sữa nóng được làm nguội bằng nước lạnh 95 0 C
- t s2 là nhiệt độ sữa sau khi làm nguội 35 0 C
Vậy tổng lượng nhiệt cần cấp là: Q Q 1 Q 8 Q 7 1 Q 7.2 ( kcal)
Vậy lượng hơi cần cấp là:
(649,3−126 ,7)×0,9 Lượng hơi cán bộ công nhân viên trong 1h là: 77×0,58 ,5(kg ).
Lượng hơi dùng để chạy vệ sinh thiết bị, tiệt trùng bồn chứa chiếm khoảng 20% tổng lượng hơi:0,2×1821 ,1264 ,22(kg /h).
Tổng lượng hơi tiêu thụ trong toàn nhà máy trong một giờ là:
Chọn nồi hơi:1 nồi hơi đốt dầu ống lò lệch tâm:
Công suất hơi: 3000 ~ 4000 kg/h. Áp suất hơi: 10 bar.
Dầu FO sử dụng cho lò hơi:
Q: nhiệt lượng của dầu Q = 6728,2 kcal/kg
: hiệu suất lò hơi = 70 % i h : hàm nhiệt của hơi ở áp suất làm việc i h = 657,3 kcal/kg i n : hàm nhiệt của nước ở áp suất làm việc i n = 152,2 kcal/kg
Lượng dầu sử dụng trong một năm:
Xăng: Sử dụng 600 lít/ngày
Lượng xăng sử dụng trong 1 năm: 206.400 (l/năm).
Dầu DO: Dùng cho máy phát điện,sử dụng 8 (l/ngày).
Lượng dầu DO sử dụng trong 1 năm: 2.752 (lít/năm)
Dầu nhờn: Dùng bôi trơn các thiết bị 10 (lít/ngày).
Lượng dầu DO sử dụng trong 1 năm: 3.440 (lít/năm).
5.3 Chi phí lạnh dùng cho sản xuất:
5.3.1 Chi phi lanh cho bao quan sưa tươi nguyên liêu::
G s : khôi lương sưa tươi (kg/mẻ)
C s : Nhiêṭdung riêng cua sưa tươi (kcal/kg o C) t 1 t 2 : nhiêṭđô ̣sưa trươc va sau khi lam lanh ( o C)
- C s = 0.994 kcal/kg o C (vơi ham lương chât khô la 12.5%)
5.3.2 Chi phí lạnh cho quá trình thanh trùng:
Sữa sẽ được làm nguội bằng nước xuống 35 0 C rồi mới làm nguội tiếp lạnh.
5.3.2.1 Lượng nước cần cấp để làm nguội sữa là:
G s : khôi lương sưa tươi (kg/ca)
C s : Nhiêṭdung riêng cua sưa tươi (kcal/kg o C) t 1 , t 2 : nhiêṭđô ̣sưa trươc va sau khi lam lanh ( o C)
- C s = 0.994 kcal/kg o C (vơi ham lương chât khô la 12.5%)
Lượng nước cần làm nguội là:
Theo định luận bảo toàn ta có:
G s : khôi lương sưa tươi (kg/ca).
C s : Nhiêṭdung riêng cua sưa tươi (kcal/kg o C). t 1 t 2 : nhiêṭđô ̣sưa trươc va sau khi lam lanh ( o C).
- C s = 0.994 kcal/kg o C (vơi ham lương chât khô la 12.5%).
5.3.3 Chi phí lạnh cho quá trình tiệt trùng:
Sữa sau khi tiệt trùng sẽ được làm nguội bằng nước lạnh xuống 35 0 C.
G s : khôi lương sưa tươi (kg/ca).
C s : Nhiêṭdung riêng cua sưa tươi (kcal/kg o C). t 1 , t 2 : nhiêṭđô ̣sưa trươc va sau khi lam lanh ( o C).
- C s = 0.994 kcal/kg o C (vơi ham lương chât khô la 12,5%).
Lượng nước cần làm nguội là:
Theo định luận bảo toàn ta có:
Nhiêṭlam lanh sau khi UHT
G s : lượng dịch cần làm lạnh sau UHT (kg/mẻ).
C s : nhiệt dung riêng của dich sữa (kcal/kg o C). t 1 : nhiệt độ của dịch sữa sau UHT.t 1= 35 o C t 2 : nhiêṭđô ̣cua dich sưa sau lam lanh t 2 = 28 o C
- C s = 0,994 kcal/kg o C (vơi đô ̣khô 12,5%).
Vậy tổng lượng nhiệt cần là:
(1kcal/h = 1,163 W). Đổi ra kw ta được: 347,51 (kw).
Chọn máy lạnh có công suất 400 (kw).
5.4.1 Nước dùng cho lò hơi: 2 , 604 m 3 /hb,496(m 3 /ngày)
5.4.2 Nước dùng cho sinh hoạt.
Nước dùng cho sinh hoạt của cán bộ công nhân viên 35 (l/ngày):
Tính cho 60% nhân lực đông nhất ca: 0,6×77×35×2,5=4 042 ,5
Nước cứu hoả (trường hợp dự phòng): 2,5-5 lit/s tính trong 3 giờ 36000x5x3T000 lit/h T (m 3 /h).
5.4.3.Nước dùng vệ sinh thiết bị:
Vậy lượng nước dùng cho thiết bị trong 1 ngày:24 × 1,5 = 36
Nước dùng cho cả nhà máy:
5.4.4.Lượng nước sinh hoạt và vệ sinh cho cả nhà máy trong 1 ngày là:
Chi phí nước kể đến hệ số sử dụng không đều (K = 1,5)
5.4.5 Thoát nước: Thoát nước có hai loại.
Nước từ các giàn ngưng tụ nước làm nguội gián tiếp tại thiết bị trao đổi nhiệt có thể được tiết kiệm bằng cách tập trung vào các bể chứa Nguồn nước này có thể được sử dụng cho những khu vực không yêu cầu độ sạch cao.
Nước thải từ các hoạt động như rửa thiết bị và rửa sàn nhà thường chứa nhiều tạp chất hữu cơ, gây khó khăn cho việc tái sử dụng và tạo điều kiện cho vi sinh vật phát triển Do đó, nước này cần được xử lý trước khi thải ra môi trường Hệ thống rãnh thoát nước phải được thiết kế xung quanh phân xưởng chính để đảm bảo việc thoát nước kịp thời, và rãnh thoát nước cần có nắp đậy với đường kính tối thiểu là 0,8m.
BẢN VẼ MẶT BẰNG PHÂN XƯỞNG
Phân xưởng có diện tích xây dựng như sau:
2 Thiết bị tiếp nhận nguyên liệu
3 Thiết bị làm lạnh sau tiếp nhận
5 Thiết bị ly tâm tách béo
6 Thùng tiêu chuẩn hóa hàm lượng béo
9 Thiết bị đồng hóa (lần 1)
11 Bồn chứa sau thanh trùng
12 Thiết bị gia nhiệt trước phối trộn
14 Thiết bị lọc khung bản
15 Thiết bị đồng hóa (lần 2)
16 Thiết bị tiệt trùng UHT
17 Bồn chứa sau tiệt trùng UHT