Bài thảo luận cơ sở thiết kế nhà máy thực phẩm

 Sữa là một trong những thực phẩm giàu dinh dưỡng nhất, trong sữa có đầy đủ các chất cần thiết cho cơ thể con người như protein, lipit, gluxit, các vitamin và khoáng chất… Sữa đem lại

Bộ Công Thương Trường Đại Học Kinh Tế-Kỹ Thuật Công Nghiệp

Bài Thảo Luận

Môn: Cơ sở thiết kế nhà máy thực

Đề tài: Thiết kế nhà máy sữa tươi tiệt trùng năng suất

90.000 lít/ngày

M c l c ục lục ục lục

1- Lời mở đầu

2- Lập luận kinh tế kỹ thuật

3- Dây chuyền công nghệ

1- Lời mở đầu

 Nền kinh tế của nước ta đang càng ngày phát triển,

đi kèm với nó là mức thu nhập tăng lên, người tiêu dùng cũng quan tâm nhiều hơn tới sức khoẻ Do

đó xu hướng tiêu dùng sẽ hướng tới các thực

phẩm bổ dưỡng, có lợi cho sức khoẻ mà cụ thể

nhất là sữa và các sản phẩm từ sữa

 Sữa là một trong những thực phẩm giàu dinh

dưỡng nhất, trong sữa có đầy đủ các chất cần thiết cho cơ thể con người như protein, lipit, gluxit, các vitamin và khoáng chất… Sữa đem lại cho con

người sự phát triển cân đối Sữa có tác dụng phục hồi sức khỏe mau chóng cho người lao động, dễ

hấp thụ đối với người bệnh, trẻ em, người cao tuổi

=> Do đó nhu cầu sử dụng sữa hàng ngày đang

ngày càng tăng.

 Có thể nói sữa là một thành phần không thể thiếu để cải thiện thể trạng của người Việt Nam Tuy nhiên so với các nước khác thì lượng tiêu thụ sữa còn thấp

Chính vì vậy, nhà nước rất quan tâm đầu tư cho

ngành sữa Rất nhiều dự án và chính sách được ban hành tạo điều kiện thuận lợi cho ngành sữa phát triển (như cải thiện chất lượng chăn nuôi bò sữa, khuyến khích xây dựng nhà máy mới…)

=> Để đáp ứng nhu cầu sử dụng đang tăng cao thì việc lập dự án xây dựng nhà máy sữa là rất cần thiết và

hiệu quả, không chỉ đem lại lợi ích về mặt kinh tế mà còn đem lại lợi ích về mặt xã hội

Qua nghiên cứu thị trường, nhóm em thiết kế nhà máy chế biến sữa tươi tiệt trùng với năng suất 90

nghìn lít/ngày

2- Lập luận kinh tế kỹ thuật

2.1 Tổng quan về sự phát triển của ngành sữa trên thế

giới và ở Việt Nam

a Tổng quan về sự phát triển của ngành sữa trên thế

giới

 Sản xuất sữa thế giới trong năm 2009 đạt 701 triệu

tấn,tốc độ sản xuất ở các nước đang phát triển

nhanh hơn các nước phát triển.Sự phát triển của

ngành sữa đem lại nhiều lợi nhuận cao cho các

nước

 Giai đoạn 2008-2010 sản lượng sữa thế giới tăng

gần gấp đôi so với các năm trước,tăng nhanh nhất ở các nước đang phát triển,đặc biệt là ở châu Á,tại

đây người ta được chứng kiến mức tăng trưởng gấp đôi so với mức bình quân toàn cầu

b.Tổng quan về sự phát triển ngành sữa ở Việt Nam

 Trong những năm trở lại đây,sữa là 1 trong những ngành đạt tốc độ tăng trưởng nhanh nhất trong ngành thực phẩm ở Việt Nam,với mức tăng trưởng doanh thu trung bình trong giai đoạn 2005-2009 đạt 18%/năm.Với 1 đất nước đang phát triển,có tốc

độ đô thị hóa và tăng dân số cao như ở Việt Nam,nhu cầu tiêu thụ sữa sẽ tiếp tục tăng trong những năm tới

 Nằm trong xu thế chung của các nước phát triển trên thế

giới,nhu cầu về sản phẩm sữa ở Việt Nam như 1 nguồn bổ

sung dinh dưỡng thiết yếu ngày càng tăng

so với năm 2008.Điều này khẳng định ngành sản xuất sữa ở Việt Nam phát triển khá mạnh

2.2 Lập luận kinh tế kỹ thuật

2.2.1.Lựa chọn địa điểm xây dựng nhà máy

Nhà máy sữa được xây dựng đảm bảo các yêu cầu sau:

 Vị trí đặt nhà máy: gần nguồn nguyên liệu, thị trường tiêu thụ sản phẩm

 Giao thông vận tải thuận lợi.

 Việc cung cấp điện và nhiên liệu dễ dàng.

 Cấp thoát nước thuận lợi.

 Nguồn nhân lực dồi dào

 Điều kiện khí hậu thuận lợi:

- Mực nước mưa: 1,890mm (trung bình)

- Độ ẩm: 84% (trung bình)

- Nhiệt độ: 23,3 0C (trung bình)

=> Từ những nguyên tắc trên, sau khi nghiên cứu nhóm em chọn địa điểm xây dựng nhà máy chế biến sữa tại Khu Công Nghiệp (KCN) Đồng Văn II,huyện Duy Tiên,tỉnh Hà Nam

 Lý do : Với quy mô diện tích

được quy hoạch 264 ha; có vị trí

hết sức thuận lợi về giao thông,nằm

trên đường quốc lộ 1A, giáp với

đường cao tốc Pháp Vân – Ninh

Bình,cách sân bay quốc tế Nội

Bài 65 km,cách Trung tâm Thành

phố Hà Nội 45km, cách Cảng Hải

Phòng 125 km, cách Cảng Quảng

Ninh – Cái Lân 145 km Khu công

nghiệp Đồng Văn II có đầy đủ các yếu tố để trở thành một khu

công nghiệp lớn; đáp ứng được yêu cầu của các dự án có quy

mô lớn mà tỉnh Hà Nam đang kêu gọi các nhà đầu tư trong và ngoài nước đầu tư xây dựng.Ngoài ra, lãnh đạo tỉnh Hà Nam cũng đã có nhiều chính sách ưu đãi thiết thực nhằm thu hút các nhà đầu tư trong và ngoài nước về giá cả đất và các điều kiện khác

2.2.4 Nguồn cung cấp điện

- Nguồn điện được cung cấp liên tục và ổn định được lấy

từ tuyến điện cao thế 110KV đi gần ranh giới phía Nam của Khu công nghiệp Đồng Văn.

- Mạng lưới điện cao thế được cung cấp dọc các đường giao thông nội bộ trong KCN.

2.2.5 Nguồn cung cấp nhiên liệu

- Nhiên liệu sử dụng trong nhà máy là cho nồi

hơi phục vụ cho mục đích thanh trùng,gia nhiệt Nhà máy sử dụng nhiên liệu là than.

2.2.6 Nguồn cung cấp nước, chất tải lạnh và vấn đề xử

lí nước

a Nguồn nước

• Nhà máy cung cấp nước trong KCN được xây dựng với công suất 19.000 m3/ngày Doanh nghiệp có thể sử

dụng thêm nguồn nước giếng khoan, nước mưa

• Hệ thống cấp nước được đấu nối đến tận chân tường rào từng Doanh nghiệp

b Xử lý nước thải và chất thải

• Nước thải công nghiệp và nước thải sinh hoạt được

Doanh nghiệp xử lý đạt tiêu chuẩn tối thiểu mức nước B (TCVN-4945-2005) trước khi xả ra hệ thống đường

nước thải chung của KCN.

• Sau đó, KCN sẽ tiếp tục xử lý đạt tiêu chuẩn theo quy định của Chính Phủ Việt Nam, công suất xử lý đạt:

2.000 m3/ngày đêm.

• Chất thải rắn từ các Nhà máy trong KCN sẽ được phân loại, thu gom và vận chuyển về bãi tập trung của KCN.

2.2.9 Nguồn cung cấp nhân lực

- Từ địa phương:

* Số dân thị trấn Đồng Văn là: 852.695 người Tỉnh Hà Nam dân

số khoảng 1,5 triệu người, trong đó 65% là người lao động dưới

chuyên nghiệp dạy nghề( như CĐSPHà Nam, CĐ phát thanh

truyền hình, Trung học thuỷ lợi, công nhân chế biến gỗ, trường Trung học Bưu chính Viễn thông 1, trường Trung học Y tế Hà

Nam )

- Thành phố Hà Nội và các vùng lân cận

- Hà Nội là nơi tập trung các Trường đào tạo lớn nhất tại Việt

Nam, hàng năm cung cấp hàng vạn lao động được đào tạo

chuyên sau về quản lý, kỹ thuật và tay nghề cao

- Các công nhân có thể tuyển chọn lao động phổ thông, học nghề

ở các vùng dân cư xung quanh để đảm bảo được yêu cầu về nơi

ở, sinh hoạt

2.2.10 Sự hợp tác hóa

• Khu công nghiệp Đồng Văn II là Khu công

nghiệp đa ngành, ít gây ô nhiễm môi trường

bao gồm các ngành nghề chính: Công nghiệp lắp ráp cơ khí điện tử; chế biến thực phẩm;

công nghiệp nhẹ, hàng tiêu dùng; bao bì; Sản xuất linh kiện điện tử chính xác, xe máy, ôtô; đồ

điện gia dụng; cơ khí

• Tại đây ta có thể hợp tác với nhà máy sản xuất bao bì,và các nhà máy khác như tận dụng

nguồn hơi,nhà máy cơ khí để sữa chữa máy

móc,thiết bị…

2.2.11 Năng suất nhà máy

• Với diện tích khu đất là 1,6 ha,cùng với các trang thiết

bị hiện đại năng suất dự tính của nhà máy là 90.000 lít/ ngày

2.12 Nguồn cung cấp hơi, chất tải lạnh

• Để cấp nhiệt cho các thiết bị, thường sử dụng tác

nhân là hơi nước bão hòa để thanh trùng, tiệt trùng, gia nhiệt sữa… Ngoài ra hơi nước còn để phục vụ cho sinh hoạt, vô trùng thiết bị trước và sau khi sản xuất

• Nhà máy cũng cần đặt hệ thống lạnh phù hợp với

công suất của nhà máy đủ để cấp lạnh cho hoạt động sản xuất của nhà máy Hệ thống lạnh có thể sử dụng tác nhân lạnh là NH3, chất tải lạnh sử dụng nước

glycol

3- Dây chuyền công nghệ

1 Sơ đồ sản xuất sữa tươi tiệt trùng:

Sữa tươi Thu nhận

Làm lạnh(2-6 0 C) Kiểm tra chất lượng

Gia nhiệt (40-45 0 C)

Li tâm,tách chất béo

Phối trộn-TCH Làm lạnh(t 0 =25 0 C) Kiểm tra

Gia nhiệt(t=65 0 C) Đồng hóa(P=200bar)

2 Thuyết minh quy trình:

a.Yêu cầu nguyên liệu

- Sữa tươi:

Chỉ tiêu cảm quan.

+ Màu sắc: màu vàng kem

+ Mùi vị: đặc trưng của sữa bò tươi, không có mùi vị lạ (chất

kháng sinh, chất tẩy rửa, thức ăn…) Hương vị tự nhiên

+ Trạng thái: đồng nhất, không bị tách chất béo, không lẫn tạp

chất

Chỉ tiêu hóa lý.

+ Hàm lượng chất khô: 11,5-12%, xác định bằng phương pháp

sấy khô đến khối lượng không đổi

+ Độ acid: sữa có độ acid từ 16 – 180T hoặc 0,13 – 0,16% acid

lactic, xác định bằng phương pháp chuẩn độ bằng dung dịch NaOH 0,1N để trung hòa acid tự do có trong 100ml sữa 1ml NaOH ≈ 0.009% acid lactic

+ Độ tươi: Xác định bằng phương pháp thử cồn 75% không xảy ra hiện tượng kết tủa là được.

+ Nhiệt độ: < 60C, bảo quản < 10h trong các bồn

b.Thuyết minh quy trình:

1 Thu nhận sữa

- Sữa đến nhà máy đã được làm lạnh đến 4 ÷

6ºC Nếu sữa chưa đạt đến nhiệt độ này thì

trước khi đưa vào thùng tạm chứa, sữa được đưa qua thiết bị làm lạnh xuống 4 ÷ 6ºC.

- Trước khi nhận sữa, cần chú ý đến độ sạch của dụng cụ đựng sữa (thùng chứa, xitec…)

- Sữa nguyên liệu dùng cho chế biến phải đáp

ứng các yêu cầu chung dưới đây:

+ Sữa được lấy từ những con bò khỏe

mạnh, không chứa vi khuẩn gây bệnh.

+ Sữa có mùi thơm tự nhiên không có mùi

lạ, không chứa chất kháng sinh, chất tẩy rửa.

+ Sữa có thành phần tự nhiên

+ Sữa phải tươi và được làm lạnh ngay đến 4÷6ºC sau khi vắt

2 Kiểm tra chất lượng

* Chỉ tiêu độ sạch (tạp chất cơ học, mức độ nhiễm bẩn)

+ Trong quá trình thu nhận, qua nhiều khâu từ dụng cụ, môi trường không khí, tạp chất cơ học có thể xâm nhập vào sữa

Dựa vào kết quả mất màu, người ta phân loại chất lượng sữa

theo phương pháp mất màu xanh Metylen như sau:

>=20 triệu 4-20 triệu

IV III II I

Rất tồi Tồi Trung bình Tốt

- Lọc xong có thể đem đi chế biến ngay được và sữa là loại

thực phẩm rất dễ bị hư hỏng, vì vậy ta cần phải cho sữa vào

thùng tạm chứa và làm lạnh để bảo quản ở nhiệt độ 4 - 6ºC nhằm đảm bảo khi đưa vào sản xuất không bị hư hỏng

- Duy trì nhiệt độ này trong suốt thời gian bảo quản

4 Gia nhiệt

- Tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình ly tâm làm sạch.

-Sữa từ các xitec được bơm qua thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm Tại đây nâng nhiệt độ của sữa lên 40oC.

5 Ly tâm, làm sạch

- Sữa tươi nguyên liệu sau khi được nâng nhiệt lên 400C thì được bơm qua thiết bị li tâm để làm sạch

6 Phối trộn

• Chuẩn bị chất ổn định: Lượng chất ổn định được cân bằng theo phiếu chế

biến của từng mẻ Trộn chất ổn trong bộ Almix trong 10 phút, sau đó bơm

sang bồn trộn, để tuần hoàn trong 5 phút

7 Lọc tách cặn (tạp chất)

Sữa sau khi được phối trộn được bơm vào bồn tạm chứa qua hệ thống lọc ống bằng lưới thép không rỉ (kích thước lỗ dưới 0,17mm) để loại bỏ các tạp chất như cỏ, lông bò, các tế bào máu sau đó tiến hành gia nhiệt

8.Tiêu chuẩn hóa

- Mục đích: Điều chỉnh hàm lượng chất khô theo đúng tiêu chuẩn của nhà máy

- Sữa sau khi phối trộn phải được bơm sang vồn đệm và tiến hành tiêu chuẩn hóa Trước đó, sữa BTP được làm lạnh xuống nhiệt độ 15oC và chờ NV QA tiến hành tiêu chuẩn hóa.

9 Đồng hóa

- Sữa trước khi đưa đi đồng hóa ta cần phải gia nhiệt đến 65ºC để làm giảm độ nhớt của sản

phẩm, tăng hiệu quả đồng hóa.

- Mục đích của đồng hóa là nhằm xé nhỏ các

cầu mỡ, tăng khả năng phân tán trong dịch

sữa, tránh hiện tượng nổi váng lên trên bề mặt trong thời gian bảo quản và phân tán đều các thành phần làm tăng độ đồng nhất của dịch

sữa, tăng khả năng giữ nước Sữa sau khi gia nhiệt được bơm qua thiết bị đồng hóa pistong 3 cấp ở nhiệt độ 65ºC và p = 200 – 250 bar.

11 Chứa vô trùng

- Sau khi sữa được tiệt trùng xong, làm lạnh xuống 20 - 25ºC

được bơm vào bồn chứa vô trùng để chờ rót Nhiệt độ của bồn được giữ từ 20 - 30ºC, áp suất bồn là 1 bar

và hệ thống tia cực tím tần số cao trong vòng 4s

Sau đó máy tự động rót sản phẩm Sau khi rót xong máy tự

động dán ống hút và theo băng tải ra khu vực đóng gói Máy rót hoạt động theo cơ cấu đong thể tích, thể tích rót là 200ml Tiến hành rót trong phòng vô trùng, toàn bộ thiết bị rót và bao bì đều phải vô trùng

13 Bảo quản

Sữa sau khi được đóng hộp, đóng thùng được xếp vào các

pallet vận chuyển đến kho bảo quản Các pallet sữa được xếp lên giá đỡ cách đất 20 cm, cách tường 50 cm trong kho bảo

quản Bảo quản ở nhiệt độ thường trong điều kiện khô ráo,

thoáng mát Hạn sử dụng 6 tháng kể từ ngày sản xuất

4- Lập kế hoạch sản xuất

• Dựa vào số ngày lễ, tết, và các ngày chủ nhật, những ngày nghỉ bảo dưỡng máy móc, trang thiết bị trong năm ta đưa ra kế hoạch sản xuất: Nhà máy làm việc 300 ngày trong 1 năm, mỗi ngày sản xuất 2 ca Như vậy kế hoạch sản

• Số ngày sản xuất trong 1 năm: 300 ngày.

• Mỗi ngày sản xuất 2 ca.

 Chỉ tiêu của sản phẩm

- Tổng lượng chất khô có trong sữa thành phẩm: 16,8%

- Hàm lượng chất béo có trong sữa thành phẩm: 3%

- Hàm lượng chất khô không béo có trong sữa thành phẩm là: 16,8 – 3 = 13,8 ( % )

 Bảng chỉ tiêu sản phẩm và phối trộn

Phối trộn Bảng chỉ tiêu sản phẩm

Hàm lượng chất béo

Hàm lượng chất khô

 TÍNH TOÁN SẢN XUẤT

Khối lượng sản phẩm làm trong 1 ca là:

45000 x 1,053 = 47385 kg/ca

- Tính toán nguyên liệu

• Giả sử hao hụt trong tất cả các công đoạn là 1%

• Khối lượng thành phần nguyên liệu trong 1 ca là:

47385 x ( 100/ 99 ) = 47863,64( kg/ca )

• Lượng nguyên liệu để sản xuất cho 1 ca là:

+ Lượng sữa tươi: 96,56% x 47863,64 = 46217,13( kg/ca )

+ Đường : 3,3% x 47863,64 = 1579,5 ( kg/ca )

+ Chất ổn định: 0,11% x 47863,64 = 52,65( kg/ca )

+ Hương (sữa + dâu + cam): 0,03% x 47863,64 =14,36(kg/ca )

( Trong đó hương sữa sử dụng 40%, hương cam sử dụng

30%, hương dâu sử dụng 30%)

+ Hương sữa (40%) : 14,36 x 40% = 5,744(kg/ngày)

+ Hương cam (30%): 14,36 x 30 % = 4,308(kg/ngày)

+ Hương dâu (30%) : 14,36 x 30% = 4,308(kg/ngày)

 Lượng nguyên liệu thực tế cần cung cấp cho sản xuất là:

- Sữa tươi: 46217,13( kg/ca)

- Đường độ ẩm 0,1%: 1579,5 x ( 100/99,9 )

= 1581,08 ( kg/ca)

- Chất ổn định độ ẩm 12%: 52,65 x ( 100/88 ) = 59,83 ( kg/ca )

• Từ tính toán trên, ta được bảng phân phối nguyên liệu sau:

Bảng phân phối nguyên liệu dùng

trong sản xuất

Thành phần Lượng SD

kg/ca

Lượng SD kg/ngày

Lượng SD kg/năm Sữa tươi 46217,13 92.434,26 27.730.278

 TÍNH VÀ CHỌN THIẾT BỊ

1- Hệ thống thu nhận sữa tươi

• Hệ thống thu nhận sữa bao gồm: bồn khử khí, bơm,

bộ lọc, đồng hồ đo lưu lượng và 2 bồn chứa trung gian.

• Nhà máy có năng suất: 45000 (lít/ca)

• Chọn 1 hệ thống thu nhận sữa mã M42 – 2297 của Tetrapak với các thông số kỹ thuật:

+ Công suất động cơ:11 KW.

• Số thùng ống hút cần trong 1 năm là : 5,68 x 600 = 3408(thùng/năm).

2- Thiết bị ly tâm

• Chọn thiết bị ly tâm của hãng Tetra Pak Thủy Điển với các thông số kỹ thuật

• Công suất động cơ: 2,8 kW/h

• Năng suất: 12000 (lít/h)

• Kích thước: 1600 x 1300 x 1400 (mm)

• Chọn 1 thiết bị

3- Thiết bị gia nhiệt – thanh trùng – làm lạnh

- Chọn thiết bị thanh trùng của hãng Tetra Pak của Thụy Điển

• Lượng dung dịch trộn của cả dây chuyền trong 1 ca là: 45000 lít

• Thời gian máy làm việc trong 1 ca: 45000/12000 = 3,75 ( h )

• Lượng dịch sữa vào trong 1 ca của quá trình phối trộn: 45000 (lít).

• Do thời gian phối trộn mỗi mẻ là 45 – 60’ và dung tích bồn trộn là 8000 lít nên ta chọn 2 bồn.

6- Thiết bị lọc.

- Thông số kĩ thuật:

• Chức năng: Loại bỏ các phần tử thô và các chất bẩn từ dịch sữa trước khi dịch đi vào hệ thống làm lạnh.

• Lỗ lọc < 0,17mm, Có 4 van bướm điều khiển bằng tay.

• Một đồng hồ đo áp suất phù hợp cho chế biến thực phẩm.

• Thiết bị được gắn trên đường ống trước khi vào máy thanh trùng

vì vậy tốc độ lọc bằng với công suất thanh trùng.

- Tính toán:

• Lượng dịch cần lọc của cả dây chuyền trong 1 ca là: 45000 l/ca

• Do quá trình lọc là liên tục lên ta chọn 2 bộ lọc.

7- Thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản

• Năng suất công đoạn: 45000 lít/ca.

- Thông số kỹ thuật:

• Kích thước: 2330 x 850 x 1550(mm).

• Năng suất: 15000(lít/h).

• Thời gian làm lạnh trong 1 ca là 45000/15000 = 3 (h)

• Chọn 1 thiết bị trao đổi nhiệt dạng tấm bản

• Lượng dịch sữa trong 1 ca là: 45000 (lít/ca)

• Vì quá trình sản xuất liên tục, chọn 4 bồn đệm.

• Lượng dịch cần đồng hóa của dây chuyền sản xuất trong 1 ca là:45000 ( lít/ca )

• Thời gian đồng hóa của dây chuyền trong 1 ca là:

45000/ 9900 = 4,54 (h)

• Số thiết bị: 01 thiết bị

10- Thiết bị gia nhiệt – tiệt trùng – làm nguội (UHT)

• Thời gian tiệt trùng là: 45000/ 9900 = 4,55(h)

11- Bồn chứa vô trùng

• Lượng dịch cần rót trong 1 ca là: 45000 (lít/ca)

• Do lượng sản phẩm được rót liên tục chọn 2 thiết bị

13 Thiết bị chạy rửa thiết bị (CIP)

- Trong nhà máy thực phẩm nói chung, sữa nói riêng thì việc tẩy rửa thiết bị rất quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp đến sản

phẩm làm ra Với dây chuyền này ta cần chọn thiết bị CIP sau:

- Công suất máy: 3,0 KW/h

- Kích thước thiết bị: 4000 × 3000 × 1800 mm

- Do việc chạy rửa liên tục nên ta chọn 2 thiết bị