Đố án thiết kế phân xưởng kem

Đố án thiết kế phân xưởng kem

Phần 1: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu về sản phẩm kem:

Kem là sản phẩm đã có từ lâu đời tại Trung Quốc Theo Campell (1980) mãiđến năm 1951, nhà máy sản xuất kem đầu tiên trên thế giới mới được ra đời vàkem trở thành sản phẩm thương mại Ngày nay, kem đã trở thành sản phẩm quenthuộc với mọi người tiêu dùng và được ưa thích bởi các lứa tuổi khác nhau

- Về mặt nguyên liệu, kem được chia thành 4 nhóm:

+ Kem sản xuất từ sữa

+ Kem sản xuất từ chất khô không béo của sữa (milk solid non-fat) và dầuthực vật

+ Kem sản xuất từ nước ép trái cây và đường

+ Kem được sản xuất từ nước ép trái cây có bổ sung thêm thành phần chấtbéo và chất khô không béo của sữa

Hai nhóm sản phẩm đầu tiên là phổ biến nhất và chiếm khoảng 80 – 90% tổngsản lượng kem trên toàn thế giới

- Về mặt công nghệ, hiện nay có 3 phương pháp tạo hình kem (tạo ra 3 dạngsản phẩm):

+ Phương pháp rót kem que (moulded stick novelty): kem được rót vàokhuôn để tạo hình dạng thỏi dẹt hoặc dạng ống dài

+ Phương pháp rót ly, hộp (filled product): kem được rót vào hộp hoặc ly+ Phương pháp ép đùn (extruded product): kem được ép đùn thành nhiềudạng phong phú: que, ly, ổ bánh hoặc phủ lên bánh sandwich

Ngoài ra, kem còn có thể được bổ sung thêm nhiều loại nguyên liệu khác nhưchocolate, đậu phộng, nho khô, mè, cơm dừa, bột khoai môn, bột đậu xanh, nướccốt dừa, mứt trái cây … giúp tạo nhiều hương vị hấp dẫn, đa dạng hoá sản phẩm

 Chọn nhóm sản phẩm và dạng sản phẩm cho phân xưởng sản xuất kem:chọn nhóm sản phẩm kem sản xuất từ sữa, dạng sản phẩm: kem que và kem hộpvới các hương vị khác nhau như hương vani, dâu, cam, sầu riêng,…

1.2 Tính cấp thiết của đề tài:

Kem sản xuất từ sữa vừa là sản phẩm có giá trị dinh dưỡng cao, vừa là sảnphẩm tiêu khiển Đặc biệt, kem rất được ưa thích và tiêu thụ mạnh ở những vùngcó khí hậu nóng và ở những nơi có dân số trẻ Nước ta, đặc biệt là khu vực phíanam, có khí hậu nóng quanh năm và có tỉ lệ dân số trẻ khá cao Hơn nữa, vì đờisống vật chất và tinh thần của người dân ngày càng cao nên các sản phẩm từ sữangày càng được ưa chuộng nhờ những hiểu biết về giá trị dinh dưỡng của nó.Những điều kiện này đã giúp cho việc tiêu thụ sản phẩm kem ngày càng mạnh.Mặt khác, vì khu vực phía nam có rất nhiều khu nuôi bò sữa nên sẽ đáp ứngđược nhu cầu về nguồn nguyên liệu cho sản xuất kem.

Từ nhu cầu của thị trường đối với sản phẩm kem và những điều kiện thuận lợivề nguồn nguyên liệu cho sản xuất kem, yêu cầu mở thêm phân xưởng sản xuấtkem cho nhà máy sữa là cần thiết nhằm đa dạng hoá sản phẩm Mặc dù hiện naydù có nhiêù cơ sở sản xuất kem thủ công nhưng sản phẩm kem chưa được kiểmsoát về chất lượng, vì vậy việc mở rộng phân xưởng sản xuất kem càng cấp thiếthơn để tạo ra sản phẩm kem đảm bảo chất lượng

1.3 Địa điểm đặt phân xưởng:

Chọn khu công nghiệp AMATA làm địa điểm đặt phân xưởng

 Địa chỉ: phường Long Bình, thành phố Biên Hoà, tỉnh Đồng Nai.

 Diện tích: 410 ha, trong đó diện tích dùng cho thuê 100 ha, đã được pháttriển toàn bộ với các tiện ích hạ tầng chất lượng

Cách trung tâm thành phố HCM 32 km

Cách ga Sài Gòn 32 km

Cách cảng Đồng Nai 4 km, Tân cảng 26 km, Cảng Sài Gòn 32 km, cảngPhú Mỹ 40 km

Cách sân bay quốc tế Tân Sơn Nhất 32 km

 Nguồn điện: được cung cấp từ nhà máy điện Amata công suất 20 MVA vàmạng lưới điện quốc gia qua trạm biến áp 40 MVA

 Nguồn nước: nước được cung cấp 2000 m3/ngày

 Công suất nhà máy xử lí nước thải: 1000 m3/ngày (công suất thiết kế 4000

m3/ngày)

 Dịch vụ khu công nghiệp: Đường truyền tốc độ cao, tài chính, ngân hàng,thương mại, đào tạo, khu vui chơi giải trí, nhà ở cho chuyên gia, nhà xưởng chothuê

 Các loại chi phí:

 Giá thuê đất: thoả thuận, khoảng 40 USD/m2/50năm

 Giá điện: 0.073 USD/Kwh

 Giá nước: 4 600 VND/m3

 Giá xử lí nước thải: 0.28 USD/m3

 Phí quản lí: 0.08 USD/m2/tháng

 Thủ tục thanh toán: thoả thuận

 Khí hậu:

Nhiệt độ trung bình năm: 25 – 260C

Độ ẩm trung bình năm: 78 – 84%

Lượng mưa trung bình năm: 1800 – 1900mm

 Thổ nhưỡng:

Độ cao trung bình so với mặt biển: 28m

Cường độ chịu tải của đất: 1.5 – 2.5 kg/cm2

 Vị trí phân xưởng trong khu công nghiệp: Phía tây và nam giáp Quốc lộ 1A,phía đông tây giáp khu kinh doanh thương mại, nằm trong lô đất cho thuêgiai đoạn 5 của khu công nghiệp Diện tích cho thuê của lô đất này là 50 ha

Phần 2: QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ

2.1 Nguyên liệu:

2.1.1 Sữa bò tươi

 Một số tính chất vật lý của sữa:

Sữa là chất lỏng màu trắng đục Độ đục của sữa là do các chất béo, protein vàmột số chất khoáng trong sữa tạo nên Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vàohàm lượng -carotene có trong chất béo của sữa, thường có màu trắng đến vàngnhạt Sữa bò có mùi vị rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ

+ Tỷ trọng : 1,028 – 1,036 g/cm3

+ Điểm đông đặc : -0,54  -0,590C

+ Sức căng bề mặt ở 200C : 50 dyne/cm

+ Độ dẫn điện : 0,004 – 0,005 1/ohn.cm

+ Nhiệt dung riêng : 0,933 – 0,954 cal/g.0C

 Thành phần hoá học của sữa bò tươi:

Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein, vàcác chất béo Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏnhư các hợp chất chứa nitơ phi protein, vitamine, hormone, các chất màu và khí.Thành phần các chất có thể dao động như sau: (% khối lượng)

2.1.2 Bột sữa gầy:

Là sản phẩm được chế biến từ sữa tươi đã ly tâm tách béo và qua các quátrình cô đặc, sấy phun

Sữa bột gầy thường được các nhà sản xuất sử dụng vì có thời gian bảo quảnrất lâu có thể lên đến 3 năm (so với sữa bột nguyên kem có thời gian bảo quảntrung bình chỉ 6 tháng)

Thành phần hoá học của sữa bột gầy: (% khối lượng)

2.1.4 Đường saccharose

Được dùng để hiệu chỉnh hàm lượng chất khô và vị ngọt cho sản phẩm Trongcông nghiệp thực phẩm thường dùng loại đường RE có hàm lượng saccharose tốithiểu 99,8%; hàm lượng tro tối đa 0,03%; độ ẩm 0,05%.

- Tính chất vật lý:

+ Có dạng tinh thể đơn, trong suốt, không màu, nhiệt độ nóng chảy khoảng

186 – 1880C

+ Là chất dễ tan trong nước, độ hoà tan tăng theo nhiệt độ

- Tính chất hoá học:

+ Bị thuỷ phân do tác dụng của acid hoặc xúc tác của enzyme invertase,tạo sản phẩm thuỷ phân là đường glucose và fructose

+ Khi đun nóng ở nhiệt độ cao 160 – 1800C thì xảy ra phản ứng caramelhoá tạo hợp chất màu vàng nâu

Ngày nay, trong sản xuất kem, nhóm nguyên liệu đường trở nên đa dạng hơnvới đường nghịch đảo, glucose và siro glucose-fructose

Hiện nay ở Mỹ và một số nước châu Âu, người ta còn sử dụng các chất tạongọt nghèo năng lượng trong sản xuất kem để phục vụ cho nhóm người tiêu dùng

bị bệnh tiểu đường và bệnh béo phì Một số chất tạo ngọt được sử dụng phổ biếntrong sản xuất kem là sorbitol, aspartame, polydextrose…

2.1.5 Nước công nghệ:

Chỉ tiêu chất lượng nước cho chế biến kem:

+ Không màu, không mùi, không vị

+ Hàm lượng chất khô : <500 mg/l

+ Hàm lượng Ca và Mg : <100 mg/l

 Chất ổn định: trong sản xuất kem, chất ổn định là những hợp chất ưa nước.Nhờ vậy, trong quá trình lạnh đông hỗn hợp nguyên liệu sản xuất kem, các tinhthể đá xuất hiện với kích thước nhỏ, kem trở nên đồng nhất hơn.

Chất ổn định thường được sử dụng trong sản trong sản xuất kem là carageenan,guar gum và gelatin

 Chất nhũ hoá: có tác dụng ổn định hệ nhũ tương của hỗn hợp kem nguyênliệu Các chất nhũ hoá rẻ tiền được sử dụng trong sản xuất kem là mono hoặcdiglyceride, các ester của sorbitol hoặc của các phân tử đường

2.1.7 Màu

Được sử dụng nhằm tăng giá trị cảm quan cho sản phẩm Tỷ lệ sử dụng 0,1g/

kg kem thành phẩm

2.2 Sơ đồ khối QTCN:

Nguyên liệu chính:Sữa bột, sữa tươi, cream, đường

Ủ chín Lạnh đông sơ bộï

Rót hộp

Xếp vào thùng

Lạnh đông kết thúc

Thùng

Kem que

2.3.1Chuẩn bị nguyên liệu:

Các nguyên liệu sẽ được định lượng theo đúng công thức phối trộn cho mỗiloại kem sản xuất Nguyên liệu khô như bột sữa nguyên, bột sữa gầy, chấtổn định… sẽ được đem cân Ngược lại, nguyên liệu dạng lỏng như sữa tươi,một số chất màu, chất tạo nhũ… có thể đem cân hoặc đo thể tích để xác địnhhàm lựơng sử dụng Riêng các chất béo như cream, bơ phải được gia nhiệtlên 35-500C để dễ phối trộn và dễ bơm chúng trong các thiết bị đường ốngdẫn nguyên liệu của phân xưởng sản xuất

2.3.2 Phối trộn:

 Mục đích: trộn các nguyên liệu thành hỗn hợp đồng nhất

 Thiết bị: bồn trộn, bồn chứa, thiết bị truyền nhiệt bản mỏng

 Tiến hành: sữa tươi được bơm qua thiết bị gia nhiệt vào bồn trộn Khi nhiệtđộ đạt 450C thì cho chất ổn định và nhũ hoá vào, khi đã tan thì cho tiếp sữabột vào trộn Khi nhiệt độ tăng đến 600C thì cho đường RE, cream vào Sữađược bơm tuần hoàn trong khi trộn Sau khi trộn hết nguyên liệu, tiếp tụcbơm tuần hoàn 20 phút rồi bơm hết sữa về bồn chứa

2.3.3Đồng hoá:

 Mục đích: Làm giảm kích thước các hạt cầu béo và phân đều chúng trong hỗnhợp, chuẩn bị cho quá trình thanh trùng.

 Thiết bị: Thiết bị đồng hoá 2 cấp

 Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị trộn vào thiết bị gia nhiệt bảnmỏng để gia nhiệt sơ bộ, nhiệt độ vào là 600C, nhiệt độ ra là 700C Sau đó, hỗnhợp được đưa vào thiết bị đồng hoá với áp lực đồng hoá giai đoạn đầu là200bar, áp lực giai đoạn sau là 40bar

2.3.4Thanh trùng:

 Mục đích: nhằm tiêu diệt hoặc ức chế hệ VSV và enzyme trong nguyên liệu

 Thiết bị: Thiết bị thanh trùng bản mỏng

 Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu từ thiết bị đồng hoá được quay trở về thiết bịtrao đổi nhiệt để thanh trùng và làm nguội Nhiệt độ thanh trùng là 850C, thờigian lưu nhiệt là 40 giây

2.3.5Ủ chín:

 Mục đích : chuẩn bị cho quá trình lạnh đông tiếp theo, để kem thu được sauquá trình lạnh đông có cấu trúc mịn và đồng nhất nhờ các biến đổi quan trọng:

 Các chất ổn định protein sẽ được hydrate hoá hoàn toàn

 Một phần chất béo sẽ kết tinh

 Một số phân tử protein sẽ hấp phụ lên bề mặt tiếp xúc giữa các hạt béo vàpha liên tục trong hỗn hợp

 Thiết bị: Thiết bị ủ chín có hình trụ đứng, được chế tạo bằng thép không rỉ,bên ngoài là lớp vỏ áo để làm lạnh và một lớp cách nhiệt để hạn chế sự tổnthất năng luợng trong quá trình sử dụng Bên trong thiết bị có cánh khuấy vàhoạt động liên tục với tốc độ chậm trong suốt giai đoạn ủ chín

 Thực hiện: Hỗn hợp nguyên liệu được làm lạnh về 2-40C, đưa vào thiết bị ủchín và ủ ở nhiệt độ 2-40C, thời gian ủ là 5 giờ

2.3.6Lạnh đông sơ bộ:

 Mục đích:

 Thổi 1 lượng không khí vào hỗn hợp nguyên liệu để làm tăng thể tích củachúng

 Lạnh đông một phần nước trong hỗn hợp tạo các tinh thể đá với kích thướcthật nhỏ và đồng nhất, đồng thời phân bố đều các tinh thể đá này trong hỗnhợp.

 Thiết bị: Phần chính của thiết bị lạnh đông là 2 ống hình trụ nằm ngang, mộtlớn, một nhỏ, đồng trục và được đặt lồng vào nhau Mặt ngoài thân ống trụ lớnlà một lớp vỏ áo chứa tác nhân lạnh và lớp cách nhiệt Tại vị trí trục hình trụ làtrục khuấy với các thanh khuấy có gắn dao cạo Chúng có chức năng cạo sạchphần hỗn hợp nguyên liệu bị đóng dính trên bề mặt trong của ống hình trụ lớn.Thân ống hình trụ nhỏ được đục lỗ có chức năng giúp cho hỗn hợp nguyên liệu

bị đạt được trạng thái xốp và đồng nhất

 Thực hiện: hỗn hợp nguyên liệu sau quá trình ủ chín có nhiệt độ 0-40C đượcbơm vào thiết bị lạnh đông Tại cửa vào, hỗn hợp sẽ được phối trộn với khôngkhí vô trùng sao cho thể tích hỗn hợp nguyên liệu tăng 100%(overrun = 100%,không khí này được xử lí qua hệ thống lọc nhằm loại bỏ các tạp chất như bụi,VSV…)

Quá trình lạnh đông sơ bộ diễn ra rất nhanh Hỗn hợp nguyên liệu sau khi đượcphối trộn với không khí sẽ đi vào khoảng không gian trống giữa 2 thân trụ.Nhiệt độ hỗn hợp được hiệu chỉnh về (-20C) – (-70C) nhờ tác nhân lạnh trong vỏáo thiết bị Cánh khuấy sẽ chuyển động liên tục nhờ một motor đặt ở ngoài.Các dao gắn trên thanh khuấy sẽ cạo liên tục phần nguyên liệu đóng dính trongthiết bị

Tiếp theo là quá trình tạo hình tuỳ theo dạng sản phẩm kem que hay kem hộp

 Sản xuất kem que:

Kem bán thành phẩm với nhiệt độ từ (-20C) – (-40C) được đem đi đổ khuôn.Các khuôn chứa kem được đặt trên một băng tải Tiếp theo, băng tải sẽ đưa cáckhuôn kem vào bồn chứa tác nhân lạnh có nhiệt độ -400C để thực hiện tiếp quátrình lạnh đông làm tăng độ cứng cho sản phẩm Trong giai đoạn này, các quekem được cho vào khuôn Thời gian lưu của kem trong bồn lạnh đông từ 3-8phút Sau đó băng tải đưa các khuôn chứa kem đến bồn chứa nước ấm (300C) đểlàm chảy lớp kem ngoài cùng trong khuôn để tách kem ra khỏi khuôn dễ dàng.Sau đó bao gói sản phẩm và xếp vào thùng

 Sản xuất kem hộp:

Kem bán thành phẩm được định lượng theo phương pháp thể tích cho vào hộpchứa Tiếp theo các hộp kem được đóng nắp rồi được băng tải với tốc độ 3-8m/sđưa vào thiết bị lạnh đông kết thúc Không khí trong thiết bị có nhiệt độ -400C.Thời gian lạnh đông cho sản phẩm từ 45phút đến 5 giờ Sau đó các hộp kemqua thiết bị đóng thùng carton và chuẩn bị cho bảo quản.

2.3.8 Bảo quản lạnh: toàn bộ kem que và kem hộp đã đóng thùng được cho vào

phòng bảo quản lạnh có nhiệt độ -300C

Phần 3: CÂN BẰNG VẬT CHẤT

Chọn năng suất thiết kế theo sản phẩm : 60 000 lít kem/ngày

3.1 Chọn thành phần nguyên liệu và sản phẩm

3.1.1 Chọn thành phần nguyên liệu

 Sữa tươi:

Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 8.7%

Hàm lượng chất béo F = 3,5%

 Sữa bột gầy:

Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 97%

Hàm lượng chất béo F = 1%

Hàm lượng ẩm = 2%

 Cream :

Hàm lượng chất béo F = 30%

Hàm lượng chất khô không béo MSNF = 6,3%

 Đường RE:

Hàm lượng saccharose = 99,8%

 Chất nhũ hóa E471:

Độ ẩm 3%

Tỷ lệ sử dụng 0,3% khối lượng kem thành phẩm

 Chất ổn định E407, E410, E412:

 Hương liệu:

Tỷ lệ sử dụng 3ml/kg kem (3g/kg)

3.1.2 Chọn thành phần sản phẩm

Chọn thành phần của sản phẩm(cũng là thành phần của hỗn hợp nguyên

liệu)gồm : 12% béo, 11% MSNF, 15% đường, 0.4% chất ổn định, 0.4% chất nhũhoá

3.2 Ước lượng tổn thất qua từng công đoạn:

Bảng 3.1:Tổn thất trong sản xuất kem

Quá trình

Tổn thất(% so vớilượng nguyên liệutrước mỗi quá trình)Quá trình phối trộn (gồm tổn thất trong thiết bị và đường

Quá trình ủ chín (gồm tổn thất trong thiết bị và đường ống) 0.5

Bảng 3.2: Tiêu hao các nguyên liệu khác :

Gắn bao bì cho kem

3.3 Tính cho 100 kg hỗn hợp nguyên liệu:

Hỗn hợp nguyên liệu gồm : 12% béo, 11% MSNF, 15% đường, 0.4% chất

ổn định, 0.4% chất nhũ hoá Tỉ trọng của hỗn hợp nguyên liệu d = 1.0953 (kg/lhỗn hợp)

 Tính lượng nguyên liệu cần dùng:

 Lượng đường: 15% * 100 = 15 (kg)

 Chất ổn định: 0.4% * 100 = 0.4 (kg)

 Chất nhũ hoá: 0.4% * 100 = 0.4 (kg)

 Lượng cream: x (kg)

 Lượng sữa tươi: y (kg)

 Lượng bột sữa gầy: z (kg)

 Phương trình khối lượng của hỗn hợp: x + y + z = 100 – (15 + 0.4 + 0.4)(1)

 Cân bằng lượng MSNF (từ 3 nguồn : sữa tươi, bột sữa gầy, cream)

(2)

 Cân bằng lượng béo (từ 3 nguồn : sữa tươi, cream, bột sữa gầy) :

30%x + 3.5%y + 1%z = 12% * 100(3)

Từ 3pt trên ta có : x = 34.6 kg, y = 44.6 kg, z = 5 kg

 Tính lượng khí cần cho phối trộn 100kg hỗn hợp nguyên liệu :

Giả sử thể tích hỗn hợp nguyên liệu sau khi phối trộn với không khí tăng thêm100% so với hỗn hợp trước khi nạp khí : Vkk = 100% Vhh đầu

 Tính lượng kem tạo ra từ 100kg hỗn hợp nguyên liệu :

 Lượng hỗn hợp sau quá trình phối trộn : 100*(100 – 1.5)/100 = 98.5(kg)

 Lượng hỗn hợp sau quá trình đồng hoá : 98.5*(100 – 0.5)/100 = 97.5 (kg)

 Lượng hỗn hợp sau quá trình thanh trùng : 97.5 *(100– 0.5)/100 = 97 (kg)

 Lượng hỗn hợp sau quá trình ủ chín : 97*(100 – 0.5)/100 = 96.5 (kg)

 Thể tích hỗn hợp sau khi phối trộn với không khí(dhh = 1.0953kg/l, Vkk =100%Vhh đầu ) :

Bảng 3.3 : Tiêu hao các thành phần nguyên liệu trong 100kg hỗn hợp

nguyên liệu :

Nguyên liệu Khối lượng trong 100kg hỗn

hợp nguyên liệu(kg)

3.4 Tính theo năng suất phân xưởng :

Chọn năng suất của phân xưởng là 60000 lít kem/ngày Trong đó, kem

que 21000 lít/ngày, kem hộp : 39000 lít/ngày

 Khối lượng hỗn hợp nguyên liệu cần dùng :

Thể tích hỗn hợp trước quá trình rót :60000/(1 – 0.015) = 60914 (lít)

Thể tích hỗn hợp trước quá trình lạnh đông sơ bộ : 60914/(1 – 0.01) = 61529(lít)

Lượng hỗn hợp sau quá trình ủ chín : 61529*1.0953/200% = 33697 (kg)

Lượng hỗn hợp trước quá trình ủ chín : 33697/(1 – 0.005) = 33866 (kg)

Lượng hỗn hợp trước quá trình thanh trùng : 33866/(1 – 0.005) = 34036 (kg)

Lượng hỗn hợp trước quá trình đồng hoá : 34036/(1 – 0.005) = 34207 (kg)

Lượng hỗn hợp trước quá trình phối trộn : 34207/(1 – 0.015) = 34728 (kg)

 Tính toán các thành phần nguyên liệu cần dùng :

 Lượng không khí cần phối trộn : Vkk = 100%Vhh = 100%*m/d = 100% *33697/1.0953 = 30765 (lít/ngày).

 Tính toán các nguyên liệu phụ(bao bì chứa kem) :

Số que kem :102%* 21000/0.1 =214 200 que ( 1 que có thể tích 100ml)

Số lượng bao bì plastic bao que kem : 104%*21000/0.1 = 218 400 cái

3.5 Bảng phân phối lượng nguyên liệu cho 1 ca, 1 ngày sản xuất:

Bảng3.4: kế hoạch sản xuất:

Nguyên nhân khác Cúp điện, đột xuất 8

Số ngày sản xuất trong năm :284 ngàyMỗi ngày làm việc 3 ca , 8giờ/ca

Bảng3.5: phân phối nguyên liệu cho 1 ca sản xuất ;

Nguyên liệu Lượng cho 1 ngày (kg) Lượng cho 1 ca(kg)

Phần 4: CHỌN THIẾT BỊ

 Lịch làm việc của phân xưởng :

Mỗi ngày làm việc 3 ca, mỗi ca 8 giờ

 Ca 1: bắt đầu từ 6 giờ sáng đến 2 giờ chiều

 Ca 2: bắt đầu từ 2 giờ chiều đến 10 giờ tối

 Ca 3: bắt đầu từ 10 giờ tối đến 6giờ sáng.

Mỗi ngày sản xuất 60000 lít kem trong 3 ca, mỗi ca 1 mẻ, mẻ sản xuất 20000 lítkem

Bảng 4.1: Bảng phân chia lượng hỗn hợp trước mỗi quá trình:

Thứ

Lượng hỗnhợp/ngày

Thể tích hỗnhợp nguyênliệu (lít/ca)

4.1.Tính chọn thiết bị chính:

4.1.1 Thiết bị phối trộn:

 Lịch làm việc của thiết bị: Mỗi ngày 3 ca, mỗi ca 1 mẻ, mỗi mẻ 2 lần trộn.Khối lượng bột sữa cho 1 mẻ trộn là 578.8 kg

Chọn thời gian bơm sữa là 20 phút, thời gian đổ bột là 10 phút, thời gian bơm tuầnhoàn là 20 phút

Khi đó:

Năng suất đổ bột: 578.8/10 =58 kg/ph

Năng suất trộn trong 1 lần trộn: 10569/(2*20/60) = 15853.5 l/h

Chọn thiết bị phối trộn Tetra Almix 10 của hãng TetraPak, năng suất đổ bột 70kg/phút, năng suất trộn 20000 l/h

 Các bộ phận chính của thiết bị:

 Bồn trộn thể tích 1000 l vận hành ở chế độ chân không để tránh tạo bọt, hấpthụ khí vào sữa; trên đỉnh bồn trộn có 2 đường ống vào cho nguyên liệu lỏng

 Bồn chứa thể tích 20000 l, số lượng : 3 bồn dùng chứa sữa khi trộn và khibơm tuần hoàn giữa bồn trộn và bồn chứa Kích thước bồn chứa: cao 3430mm,đường kính 2134mm Motor khuấy trong mỗi bồn có công suất 2,25 kW

 Bơm chân không và hệ thống điều khiển chân không, công suất 6 kW

 Bơm sữa rời bồn trộn: năng suất 35000 l/h, công suất 4 kW.

 Bơm sữa rời bồn chứa (đến thiết bị thanh trùng): năng suất 20000 l/h, côngsuất 3,6 kW

 2 silo sữa bột thể tích 2000 l, có van điều khiển lượng bột vào bồn trộn

 Các thông số của thiết bị:

 Kích thước đường ống vào và đường ống rời bồn trộn: 63,5 mm

 Kích thước đường ống vào bồn trộn cho nguyên liệu lỏng 51mm và 38 mm

 Aùp suất sữa vào bồn trộn 0,5 bar

 Aùp suất sữa rời bồn trộn 1,0 bar

 Công suất điện tiêu hao: 30 kW, trong đó công suất motor khuấy là 30 kW

 Điện áp tiêu thụ: 220 – 440 VAC, tần số 50 – 60 Hz

 Vật liệu chế tạo: các bộ phận tiếp xúc trực tiếp với sản phẩm làm bằng thépkhông rỉ AISI316, các bộ phận khác làm bằng thép không rỉ AISI304

 Kích thước thiết bị: ( dàixrộngxcao,bao gồm bồn trộn, silo bột, cầu thangđến silo bột) : 2938 x 1401 x 3020(mm)

 Khối lượng thiết bị: 1100 kg

 Khối lượng có bao bì vận chuyển: 1450mm

 Thể tích 14,6 m3

 Hình ảnh thiết bị (xem phần phụ lục1)

4.1.2 Thiết bị gia nhiệt cho quá trình trộn nguyên liệu:

 Lượng sữa tươi mỗi lần trộn: 5163/2 = 2581.5( kg)  thể tích sữa tươi mỗi lầntrộn: 2581.5/1.03 = 2506.3 (lít)

 Chọn tổng thời gian gia nhiệt là 20 phút( chính là thời gian bơm tuần hoàn)  Năng suất thiết bị gia nhiệt = * 60

20

3 2506

= 7520 (l/h)

 Chọn thiết bị gia nhiệt bản mỏng Tetra Plex C6 của Tetra Pak, năng suất

15000 l/h

Các thông số của thiết bị:

 Năng suất tối đa: 15000 l/h

 Vật liệu chế tạo: thép không rỉ AISI316

 Kích thước thiết bị: dài 1500mm, rộng 520mm, cao 1420mm

 Đường kính ống: 51mm

 Kích thước tấm truyền nhiệt: dài 1000mm, rộng 250mm

 Bề mặt truyền nhiệt mỗi tấm: 0,18 m2

 Bề dày mỗi tấm: 0,5 – 0,7 mm

 Công suất bơm: 2 kW

4.1.3 Thiết bị đồng hoá:

Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị đồng hoá trong 1 mẻ sản xuất là10411(l)

 Chọn :

 Thiết bị đồng hoá 2 giai đoạn, áp lực đồng hoá của giai đoạn đầu là 200bar

 Chọn thời gian đồng hoá 1 mẻ là 60 phút

Năng suất thiết bị đồng hoá = * 60

60

10411

= 10411 l/h Chọn thiết bị đồng hoá Tetra Alex của Tetra Pak, năng suất 12000 l/h Các thông số của thiết bị:

 Công suất động cơ: N = năng suất*áp lực đồng hoá / 30600 (kW) =10411*200/30600 = 68 (kW)

Chọn động cơ có công suất 68 kW

Kích thước thiết bị : dài 2240mm, rộng 1400mm, cao 1080mm

Khối lượng thiết bị 1695 kg, khối lượng tính đến động cơ 2285 kg

 Khối lượng bao bì vận chuyển: 500kg

 Lượng hơi nước tiệt trùng thiết bị (áp lực 3 bar): 25 kg/h

 Thể tích : 9,2 m3

4.1.4 Thiết bị thanh trùng:

 Thể tích hỗn hợp nguyên liệu vào thiết bị thanh trùng trong 1 mẻ sản xuất:10358.2 (l)

 Chọn:

 Thiết bị thanh trùng bản mỏng

 Chế độ thanh trùng: nhiệt độ thanh trùng 850C, thời gian lưu nhiệt 15s

 Tổng thời gian thanh trùng 1 mẻ: 60 phút.

Năng suất thiết bị thanh trùng: 10358.2 (l/h)

Chọn thiết bị thanh trùng Tetra Therm Lacta 10 của Tetra Pak, năng suất

12000 l/h

 Các thông số kĩ thuật:

 Nhiệt độ gia nhiệt sơ bộ:700C

 Nhiệt độ thanh trùng: 850C, thời gian giữ nhiệt 15s

 Nhiệt độ làm nguội: 40C

 Lượng hơi nước cần dùng (áp suất hơi 3 bar): 110 kg/h

 Lượng nước làm nguội cần dùng: 13000 l/h

 Công suất điện: 25 kW

 Điện áp: 380 hoặc 400 VAC, tần số 50 Hz

 Vật liệu các đường ống dẫn sữa : thép không rỉ AISI316

 Kích thước thiết bị: dài 3000mm, rộng 1000mm, cao 1800mm

4.1.5 Thiết bị ủ chín:

Thể tích hỗn hợp cần ủ cho 1 mẻ: 10306.5 lít

Chọn : 4 bồn ủ, dung tích mỗi bồn 3000 lít với các thông số kĩ thuật sau

 Thời gian ủ 1mẻ: 5 giờ

 Nhiệt độ ủ: 40C

 Nhiệt độ nước làm lạnh: 20C

 Công suất motor khuấy: 5kW.

 Điện áp: 220-400 V, tần số 50hz

 Kích thước: cao 2500mm, đường kính 1500mm

4.1.6 Thiết bị lạnh đông sơ bộ:

 Thể tích hỗn hợp nguyên liệu cần lạnh đông sơ bộ trong mỗi mẻ sản suất:

20510 lít Thời gian lạnh đông cho mỗi mẻ là 6h Do đó, năng suất thiết bị lạnh đông

sơ bộ = 20510 / 6 = 3418.5 ( l/h)

Chọn 2 thiết bị lạnh đông sơ bộ Hoyer Frigus KF 3000 C/F của hãng Tetra

Pak, năng suất mỗi thiết bị 3000 l/h Các thông số của thiết bị:

 Over-run: 100%.

 Vật liệu: thép không rỉ

 Công suất motor: 7 kw.

 Công suất máy nén: 15kw

 Công suất thiết lập: 24 kw

 Kích thước (dàixrộngxcao): 3000x1500x2850(mm)

 Khối lượng thiết bị: 1000 kg

4.1.7 Thiết bị sản xuất kem que:

 Thể tích kem cần sản xuất kem que mỗi mẻ là 7000 lít

 Chọn : Thời gian hoạt động của thiết bị là 6h trong mỗi mẻ, liên tục, thể tích 1kem que là 100ml  năng suất thiết bị: 7000*1000/(6*100) = 11 666 sản phẩm/h

 Chọn thiết bị sản xuất kem que Hoyer Rollo 23 của hãng Tetra Pak Cácthông số của thiết bị:

 Năng suất: 12000 sp/h

 Tác nhân lạnh: R 404 A, NH3

 Nhiệt độ bồn tác nhân lạnh: -450C

 Công suất: 20 kW

 Có bộ phận bao gói tự động

 Hình dạng thiết bị:( phụ lục 2)

4.1.8 Thiết bị sản xuất kem hộp:

 Thể tích kem cần rót hộp mỗi ca là 13000 lít

 Chọn: thời gian hoạt động của thiết bị là 6h trong mỗi ca, hoạt động liên tụcnăng suất rót 13000/6 = 2166.7 l/h Chọn 3 dạng hộp: 2l, 1l, 450 ml; mỗi ca sản xuất

ra 1 dạng kem hộp

 Chọn thiết bị rót kem Hoyer Comet của TetraPak có năng suất rót 2500 l/

h Thiết bị Hoyer Comet gồm 2 bộ phận : Rót và đóng nắp hộp:

Bộ phận rót gồm 4 phễu rót, rót vào 4 hàng hộp  tốc độ rót mỗi phễu là2500/4 = 625 l/h

+ Năng suất sản phẩm: kem hộp 450ml: 5556 hộp/h (ca 1)

Kem hộp 2000 ml: 1250 hộp/h(ca 3)

+ Công suất: 10 kW

4.1.9 Thiết bị lạnh đông kết thúc kem hộp:

 Thể tích kem hộp cần lạnh đông kết thúc trong 1 ca là 13000 lít

 Chọn thời gian lạnh đông kết thúc là 1 giờ Vậy mỗi ca (hoạt động liên tục

6 giờ) có 6 mẻ lạnh đông kết thúc và thể tích kem cần lạnh đông tương ứngvới mỗi mẻ là 13000/6 = 2167 lít Do đó năng suất của thiết bị lạnh đônglà 2167 l/h

 Chọn thiết bị lạnh đông kết thúc dạng tunnel Hoyer Straight line của Tetra

Pak, năng suất 3000l/h Kích thước thiết bị: dài 3m, rộng 2m, cao 2m.

Các hộp kem từ thiết bị rót được chuyển đến thiết bị dạng tunnel này để lạnhđông kết thúc

 Hình dạng thiết bị:(phụ lục 2)

4.2 Tính chọn thiết bị phụ:

4.2.1 Bồn bảo quản sữa tươi:

Thể tích sữa tươi cho 1 ngày sản xuất: 15489/1.03 = 15038 lít Thời gian bảo quảnsữa tươi tối đa là 1 ngày

 Chọn 2 bồn chứa sữa tươi với các thông số kĩ thuật:

 Dung tích: 10000 lít

 Bồn chứa có lớp vỏ áo để làm lạnh sữa về nhiệt độ 2 – 40C

 Tác nhân làm lạnh: nước lạnh

 Kích thước: đường kính 2000 mm, chiều cao 3500 mm

4.2.2 Bồn bảo quản cream:

Khối lượng cream cho 1 ngày sản xuất: 12016 kg ≈ 10971 lít Thời gian bảo quảncream tối đa là 1 ngày

 Chọn 2 bồn chứa cream với các thông số kĩ thuật:

 Dung tích: 650 lít

 Bồn chứa có lớp vỏ áo để làm lạnh cream ở nhiệt độ 2 – 40C

 Tác nhân làm lạnh: nước lạnh

 Kích thước: đường kính 1000 mm, chiều cao 1000 mm

4.2.3 Thiết bị CIP:

 Chọn thiết bị Tetra Alcip 100 của TetraPak năng suất 45000 l/h, được chia

thành 6 dãy A, B, C, D, E, F; năng suất mỗi dãy là 7000 l/h

Trong đó:

 Dãy A: khu chứa nguyên liêu ban đầu

 Dãy B: khu phối trộn nguyên liệu

 Dãy C: khu gồm các thiết bị đồng hoá, thanh trùng

 Dãy D: khu gồm các thiết bị ủ và lạnh đông sơ bộ

 Dãy E: khu sản xuất kem que

 Dãy F: khu sản xuất kem hộp

 Thông số kỹ thuật mỗi dãy:

 Bơm trung tâm: năng suất 45000 l/h, công suất 11kW, điện áp 400V

 Bơm định lượng: công suất 0,55 kW; điện áp 400V

 Tủ điều khiển: 0,5 kW; điện áp 220V

 Lượng nước tiêu thụ (3 bar): 45000 l/h

 Lượng hơi tiêu thụ (3 bar): tối đa 1550 kg/h

 Kích thước thiết bị: dài 2m, rộng 4m, cao 3m

4.3 Bố trí lịch làm việc cho các thiết bị:

4.3.1 Thời gian làm việc: đã bố trí trong phần chọn thiết bị.

 Chế độ làm việc của hệ thống CIP:

- Các thiết bị tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu có xử lý nhiệt: thiết

bị thanh trùng, thiết bị gia nhiệt … có các giai đoạn CIP sau:

+ Tráng rửa nước ấm trong khoảng 10 phút

+ Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 30 phút

ở nhiệt độ 750C

+ Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 5 phút

+ Bơm tuần hoàn dung dịch acid (HNO3) 0,5 – 1% trong khoảng 20 phút ở nhiệt độ 700C

+ Tráng rửa dung dịch acid bằng nước lạnh trong 5 phút

+ Làm lạnh từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 8 phút

- Các thiết bị khác tiếp xúc trực tiếp với hỗn hợp nguyên liệu không có xử lý nhiệt: đường ống, bồn chứa, thiết bị phối trộn, thiết bị lạnh đông kem, các thiết bịrót … có các giai đoạn CIP sau:

+ Tráng rửa nước ấm trong khoảng 3 phút

+ Bơm tuần hoàn dung dịch kiềm (NaOH) 0,5 – 1,5% trong khoảng 10 phút

ở nhiệt độ 750C

+ Tráng rửa dung dịch kiềm bằng nước ấm trong khoảng 3 phút

+ Tiệt trùng thiết bị bằng nước nóng 90 – 950C trong 5 phút

+ Làm nguội từ từ bằng nước lạnh trong khoảng 10 phút

Các thiết bị sau khi CIP nếu không sử dụng ngay, sau một thời gian muốn sử dụng lại thì phải chạy nước nóng trước khoảng 10 – 30 phút

4.3.1 Lịch làm việc: Xem phần phụ lục 1

4.4 Tính chọn kho chứa nguyên liệu và kho bảo quản kem thành phẩm:

4.4.1 Kho chứa nguyên liệu:

Chọn: Thời gian dự trữ trong kho:

- Sữa tươi: 1 ngày - Lecithin: 1 tháng

- Sữa bột: 1 tháng - Chất ổn định và nhũ hoá: 1 tháng

- Đường RE: 15 ngày - Hương liệu: 1 tháng

1 Kho bảo quản sữa bột:

- Khối lượng sữa bột tích trữ trong kho (1 tháng=30 ngày): 1736.4*30 = 52092kg

- Số bao 25 kg xếp trong 1m3 là 30 bao

- Thể tích chiếm chỗ của sữa bột trong kho

(52092/25)*(1/30) = 70 m3

- Diện tích kho (với chiều cao xếp bao là 5m, 30% diện tích cho lối đi):

70*130% / 5 = 18.2 m2

2 Kho bảo quản đường RE

- Khối lượng đường RE tích trữ trong kho (15 ngày): 5209.2*15 =78138 kg

- Số bao 50kg xếp trong 1 m3 là 16 bao

- Thể tích chiếm chỗ của đường RE trong kho

- Lượng lecithin lưu trong kho (1 tháng):139*30 = 4170 kg

- Số bao 25 kg xếp trong 1m3 là 30 bao

- Thể tích chiếm chỗ trong kho:

4170 /(25* 30) = 5.56 m3

- Diện tích kho (với chiều cao xếp bao là 5m, 30% diện tích cho lối đi):

(5.56*130%) / 5 = 1.5 m2

 Chất ổn định: tương tự như lecithin, ta có diện tích lưu kho là 1.5m2

 Hương liệu, màu : tính toán tương tự như tính đối với lecithin ta có diệntích lưu kho là 2m2

Vậy tổng diện tích lưu kho cho phụ gia là: 1.5+1.5+2 = 4m2

4.4.2 Kho lạnh chứa kem thành phẩm:

1 Kem hộp

 Hộp 450 ml:

- Thời gian lưu kho: 7 ngày

- Lượng hộp = 592 hộp/h = 10656 hộp/ngày

- Kích thước hộp: 15x10x5cm = 750 ml

- Thể tích chiếm chỗ trong kho = 10656*750*10-6 *7 = 60 m3

 Hộp 1000 ml

- Thời gian lưu kho: 7 ngày

- Lượng hộp = 900 hộp/h = 16200 hộp/ngày

- Kích thước hộp: 12x18x6cm = 1296 ml

- Thể tích chiếm chỗ trong kho = 16200*1296*10-6 *7 = 147 m3

 Hộp 2000ml