GIỚI THIỆU CHUNG
Sữa là thực phẩm giàu dinh dưỡng, chứa hầu hết các chất cần thiết cho sức khỏe Ít có loại thực phẩm nào có thể so sánh với sự toàn diện của sữa về mặt dinh dưỡng Sữa cung cấp đầy đủ các chất cần thiết cho sự phát triển của cơ thể và có khả năng hấp thụ cao.
Sữa chứa đầy đủ chất dinh dưỡng như chất béo, đường lactoza, vitamin, khoáng chất và enzym, cùng với các axit amin không thay thế Những thành phần này không chỉ giúp tăng cường hệ miễn dịch mà còn hỗ trợ hồi phục sức khỏe Thực tế cho thấy, ở những khu vực tiêu thụ nhiều sữa, tình trạng sức khỏe của người dân được cải thiện rõ rệt.
Thành phần hóa học của sữa bò tươi gồm có:
Nước chiếm phần lớn trong thành phần của sữa, đóng vai trò quan trọng như một dung môi hòa tan các chất hữu cơ và vô cơ, đồng thời là môi trường cho các phản ứng sinh hóa diễn ra.
Sữa chứa khoảng 87% nước, và khi đun nóng, phần lớn lượng nước này có thể thoát ra Để chế biến thành các sản phẩm dễ vận chuyển và bảo quản như sữa đặc, sữa bánh và sữa bột, người ta thường bốc hơi nước trong sữa tươi.
Chất béo là thành phần quan trọng trong sữa, với hàm lượng dao động từ 3g đến 6g trong 100ml, trung bình khoảng 3.9% đối với sữa bò Chất béo tồn tại dưới dạng hạt hình cầu nhỏ, kích thước phụ thuộc vào giống loài, từng con vật và thời gian tiết sữa Các hạt lớn dễ tách ra hơn và khi sữa để yên, chúng sẽ nổi lên tạo thành váng sữa Trong sữa có khoảng 20 loại acid béo, với 2/3 là acid béo no và một số acid béo dễ hòa tan trong nước Chất béo có thể bị phân hủy qua các quá trình như thủy phân và oxy hóa, làm giảm chất lượng sữa Ngoài ra, sữa còn chứa photphatit, chủ yếu là lexitin, với hàm lượng khoảng 0.5-0.7g trong một lít sữa.
Protein là nhóm hợp chất hữu cơ quan trọng nhất trong sữa, với hàm lượng thường dao động từ 3.0-4.6% Đối với sữa bò, hàm lượng protein khoảng 3.3-3.5% Sữa chứa 19 loại axit amin khác nhau, bao gồm các axit amin thiết yếu như valin, lơxin, izolơxin, metionin, treonin, phenylalanin, triptophan và lyzin Trong sữa, có ba loại protein chủ yếu: casein chiếm khoảng 80%, lactalbumin chiếm 12%, và lactoglobulin chiếm 6%.
7 lượng protein có trong sữavà còn một vài loại protein khác nhưng 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 loại sữa, trong đó sữa bò chứa khoảng 4.9% lactose Lactose tồn tại ở dạng hòa tan và khó bị thủy phân hơn các loại đường khác Khi bị thủy phân, lactose sẽ tạo ra một phân tử glucose và một phân tử galactose.
Khi sữa được khử trùng ở nhiệt độ cao, lactose trong sữa có khả năng biến thành caramen, dẫn đến việc màu sắc của sữa sau khi khử trùng thường sẫm hơn so với trước đó Ngoài ra, lactose còn có thể kết hợp với các nhóm amin của protein casein, tạo ra hợp chất melanoidin có màu sắc tối hơn.
II Công nghệ tiệt trùng UHT
Sữa tươi tiệt trùng là loại sữa được xử lý ở nhiệt độ cao để tiêu diệt hoàn toàn vi sinh vật và enzyme, với thời gian bảo quản từ 3 đến 6 tháng Quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng được chia thành hai nhánh chính: quy trình sản xuất trong bao bì (thủy tinh hoặc nhựa) và quy trình ngoài bao bì UHT (bao bì giấy vô trùng) Tại Việt Nam, quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng ngoài bao bì UHT 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 phương pháp gia nhiệt sản phẩm ở nhiệt độ 136-140°C trong thời gian ngắn từ 4 đến 6 giây, sau đó nhanh chóng làm nguội xuống 25°C Quy trình này không chỉ tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn có hại, nấm men và nấm mốc mà còn bảo toàn tối đa các 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, đảm bảo môi trường hoàn toàn tiệt trùng Điều này giúp ngăn chặn 100% ánh sáng và vi khuẩn có hại, giữ cho sản phẩm luôn an toàn và chất lượng.
Không khí xâm nhập là nguyên nhân chính gây hư hỏng và biến chất thực phẩm Bằng cách tiêu diệt hoàn toàn vi khuẩn trong quá trình xử lý nhiệt và ngăn chặn vi khuẩn có hại từ môi trường qua quy trình đóng gói hoàn hảo, các sản phẩm tiệt trùng đảm bảo an toàn tuyệt đối và 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 bằng 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 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 toàn cầu, mang lại nguồn dinh dưỡng thiết yếu cho hàng tỷ người.
QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ
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
Tháng Số ngày sản xuất trong tháng
Số ca sản xuất trong tháng
Năng suất trong tháng (tấn)
II Tính cân bằng vật chất
Thành phần Hà m lượng trong sữa
Khối lượng riêng của sữa (có đường),
Khối lượng riêng của sữa (không đường)
2 Tính cân bằng vật chất của dây chuyền sản xuất sữa trong một ngày
Mỗi ngày, 150 tấn sữa tươi tiệt trùng được sản xuất, tương đương với 150.000 kg Việc chuyển đổi sang thể tích là cần thiết để tính toán cân bằng vật chất trong từng giai đoạn của quy trình sản xuất sữa tươi tiệt trùng.
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
- ghlà lượng sữa tiêu hao ở mỗi công đoạn
Trong quy trình sản xuất sữa, lượng sữa sau mỗi công đoạn phải bằng với lượng sữa vào 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 26
G v(chiết rót) 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) G v (tiệt trùng) 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) G v (đồng hóa) 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) G v (lọc) 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 số lượng các thành phần bổ sung vào sữa trong công đoạn phối trộn, ta sử dụng công thức G r (phối trộn) = G v (lọc) Sau khi phối trộn, khối lượng sữa được chuyển đổi thành mr (phối trộn) = Gr (phối trộn) = 152122,89 kg.
Tính lượng đường saccharose cần thêm vào sữa trong công đoạn phối trộn
- Hàm lượng đường saccharose trong sữa là 4% và đường saccharose có độ tinh khiết là 99,7% Ta có lượng đường cần cho công đoạn phối trộn (chưa tính hao hụt)
Trong quá trình phối trộn, lượng đường hao hụt là 0,5% Do đó, lượng đường cần thêm vào thực tế được tính toán dựa trên hao hụt này Bên cạnh đó, cần tính toán lượng chất ổn định bổ sung, vì hao hụt của nó được xem là không đáng kể.
Hàm lượng chất ổn định trong sữa là 0,7%:
Tính khối lượng dịch sữa trước khi phối trộn là:
(kg) Đổi sang thể tích:
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:
G v (phối trộn) 2.6 Lượng sữa trước khi lưu trữ, gia nhiệt
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) 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) 28
G v (thanh trùng) 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) G v (đồng hóa lần 1) 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) G v (bài khí, gia nhiệt)
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 thường có khoảng 3,9% chất béo Khi sữa gầy và sữa chưa tách béo được kết hợp, chúng tạo ra sữa với hàm lượng chất béo là 3,2%.
Sau khi ly tâm, sữa được tách béo và chuẩn hóa hàm lượng béo dựa trên lượng sữa ban đầu 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) - Đổi sang khối lượng :
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:
- Phương trình cân bằng vật chất :
Z + Y - 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)
- Lượng sữa tươi trước khi ly tâm và chuẩn hóa chất béo 3,2% là:
- Đổi sang thể tích là:
Lượng sữa hao hụt trong quá trình ly tâm và chuẩn hóa chất béo được xác định là 0,1% Do đó, lượng sữa cần có trước khi thực hiện ly tâm và chuẩn hóa (đã bao gồm hao hụt 0,1%) sẽ được tính toán dựa trên tỷ lệ này.
Gv (ly tâm, chuẩn hóa)
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 bằng với lượng sữa trước khi thực hiện ly tâm tách béo và chuẩn hóa hàm lượng chất béo.
Ta có: G r (làm lạnh) = G v (ly tâm, chuẩn hóa) G v (làm lạnh) 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) G v (lọc tách khí) 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: = 144230770 ml
- Vậy số hộp cần dùng (hộp)
- Trong quá trình chiết rót, lượng hộp sữa hao hụt là 1%
Vậy số hộp thực tế cần dùng hộp
3.2 Tính số thùng carton cần dùng trong một ngày
- Một thùng có 48 hộp sữa
- Một ngày sản xuất ra hộp sữa
- Vậy số thùng carton cần dùng (thùng)
Bảng tổng kết tính cân bằng vật chất cho dây chuyền sản xuất sữa tươi tiệt trùng
STT Nguyên vật liệu và bán thành phẩm qua các công đoạn
3 Ly tâm và chuẩn hóa 0,1 144469,13 (l) 6879,48
Lượng sữa trước phối trộn 0 140873,69 (l) 6708,27 Lượng đường (thực tế) 0,5 6133,9 (kg)
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 Vtb 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
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: 0,86 1
- 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 0,86 1
- 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 Vtb 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
- 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, ḍng 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: 8000 0 , 85 1
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 gắn để khuấy đảo chất lỏng, trong khi động cơ ở phía trên kết nối với cánh khuấy gần đáy thùng.
- Công suất thiết bị: 5 KW/h
Gọi D là đường kính của thân hình trụ
Ht là chiều cao của thân hình trụ h là chiều cao của thân hình chỏm cầu
Chiều cao toàn thiết bị là H0:
Gọi Vtb là thể tích của thùng hoàn nguyên
Vnón 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
- Chọn 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: 0,84 1
- Chọn thiết bị bài khí bằng Dearator
Lượng sữa cần bài khí là: 6741,92 (l/h)
- Số lượng thiết bị cần 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
- Lượng sữa cần đồng hóa: 6728,44
- Số thiết bị cần là:
- Chọn 1 thiết bị đồng hóa
- 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: 0,67 1
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 là 0,85
- Số thiết bị cần dùng
- Vì đây là thiết bị hoạt động gián đoạn nên chọn 2 bồn để đảm bảo sản xuất và vệ sinh
12 Thiết bị gia nhiệt trước khi trộn:
- Chọn thiết bị trao đổi nhiệt tấm bản MS 10 của Tetra Pak
- 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: 0,84 1
- Chọn thiết bị lọc khung bản
- Lượng sữa cần lọc là:6965,33(l/h)
- Số lượng thiết bị là 0,87 1
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: 0,87 1
- 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, được sử dụng cho thực phẩm dạng lỏng trong điều kiện vô trùng Hệ thống này giúp sản phẩm được lưu trữ và phân phối an toàn trong điều kiện nhiệt độ môi trường.
Công suất thiết bị: 16 KW/h
Nhiệt độ tiệt trùng UHT: 1404 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
- 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 hộp
- Số hộp thành phẩm trong một giờ là hộp
- Vậy chọn 2 máy rót để đảm bảo công suất
Máy và các thiết bị trong sản xuất
STT Tên thiết bị Năng suất/h Số lượng
2 Thiết bị làm lạnh sau tiếp nhận 8.000 (l) 1
5 Thùng tiêu chuẩn hóa hàm lượng chất béo 10.000 (l) 2
8 Thiết bị đồng hóa lần 1 10.000 (l) 1
9 Hệ thống máy thanh trùng 10.000 (l) 1
10 Bồn chứa sữa sau thanh trùng 10.000 (l) 2
11 Hệ thống gia nhiệt trước khi phối trộn 8.000 (l) 1
14 Thiết bị đồng hóa lần 2 10.000 (l) 1
17 Máy chiết rót A3 Speed 24.000 hộp 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 lựa chọn hệ số dự trữ công suất quá nhỏ có thể dẫn đến tình trạng quá tải.
45 làm việc Ngược lại nếu chọn quá lớn thì sẽ tiêu thụ nhiều công suất đồng thời làm giảm hệ số công suất cos do chạy non tải
5.1.1.Điện dùng cho chiếu sáng:
Ta có công thức tính như sau:
Trong đó: + Ptd: Tổng công suất các đèn W
+ Ptc: Công suất chiếu sáng tiêu chuẩn trên một đơn vị diện tích W/m 2
+ Sp: Diện tích của phòng m 2
Nếu gọi Po: là công suất tiêu chuẩn của đèn W
Ta có số bóng đèn khi chưa làm tròn: o td d P n P
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 2500 50 11,3 28250 200 141 28200
2 Phòng thường trực- bảo vệ (2 cái) 12 10 3,6 43,2 40 2 80
4 Nhà vệ sinh,giặt là,phát áo quần 48 20 4 192 40 5 200
10 Khu xử lí nước thải 40 20 6 240 100 2 200
14 Nhà phát diện dự phòng 36 27 7 252 100 3 300
16 Khu cung cấp và xử lí nước 60 10 3,6 216 100 2 200
17 Chiếu sáng các khu vực khác 20 6 0 100 9 900
19 Gara chứa xe bồn, xe chở hàng 105 10 3,6 378 40 9 360
Công suất chiếu sáng thực tế là: 104,38W = 104,38KW
Tính phụ tải chiếu sáng:
Trong đó: K1: hệ số đồng bộ giữa các đèn có giá trị từ 0,91, lấy K1 =1
Pcs: tổng công suất chiếu sáng P’cs = 104,38 1 104,38 (KW)
5.1.2 Tính công suất động lực:
Bảng 5.2: Thống kê điện tiêu thụ cho động lực
STT Tên thiết bị Số lượng Công suất tiêu thụ KW
2 Thiết bị làm lạnh từ xe bồn vào 1 7,5 7,5
4 Bồn cân bằng cho máy ly tâm 1 2,2 2,2
5 Thiết bi trao đổi nhiệt dạng tấm 1 7 7
7 Bồn chứa sau ly tâm 1 3,9 3,9
8 Hệ thống máy thanh trùng 1 16 16
10 Bồn chứa sữa sau thanh trùng 2 5 10
11 Hệ thống gia nhiệt trước khi phối trộn 1 10,5 10,5
15 Hệ thống làm lạnh sau trộn 1 12,5 12,5
16 Bồn chứa sau phối trộn 1 5 5
17 Thiết bị lọc khi bơm sang UHT 1 6,6 6,6
21 Hệ thống máy bao gói (máy bắn ống hút, đóng màng co, đóng thùng, indate) 1 29 29
Tổng công suất điện cho động lực: Pđl = 237,1 (KW)
Phụ tải điện năng cho động lực:
Hệ số động lực Kđl thường dao động từ 0,5 đến 0,6, phụ thuộc vào mức độ mang tải và sự làm việc không đồng đều của các thiết bị Để đảm bảo hiệu suất, thường chọn Kđl = 0,6.
Vậy công suất nhà máy nhận được từ bộ phận thứ cấp của trạm biếm áp hay máy phát điện là: Ptt = 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: PCS = Pđèn = 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 = K1 K2 K3
K1: Thời gian thắp sáng trong một ngày: K1 = 24 h
K2: Số ngày làm việc bình thường trong tháng K2 = 30 ngày
K3: Số tháng làm việc trong một năm K3 = 11,3 tháng
T = 24x11,3x3036(h) Thay số ta có: ACS = 104,38 x 8136x 1 = 849.235,68 (KW.h)
Điện năng tiêu thụ cho động lực:
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 % (ACS +Adl)
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 cos2 = 0,9 0,96
Qb = Ptt (tg1 - tg2) (KVA), Với cos2 = 0,92 ta có tg2 = 0,426
Xác định số tụ điện:
Số lượng tụ điện cần dùng:
Sau khi chọn tụ ta thử lại và tính được cos thực 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 là tác nhân chính được sử dụng để cấp nhiệt cho các thiết bị Hơi nước thường được áp dụng cho nhiều mục đích gia nhiệt như tiệt trùng và thanh trùng sữa, nâng nhiệt sữa, cũng như rửa thiết bị Bên cạnh đó, hơi nước còn đóng vai trò quan trọng trong việc phục vụ sinh hoạt và vô trùng 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 và xác định nhu cầu nhiên liệu là rất quan trọng Chúng ta cần tính toán lượng hơi cần sử dụng cho mỗi ca sản xuất, với tất cả các thiết bị hoạt động đồng thời.
5.2.1.1 Lượng nhiệt cần dùng cho quá trình gia nhiệt ly tâm:
Q1= GsCs (t2 – t1) kcal Trong đó:
Gs: là lượng sữa cần gia nhiệt t2: nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt 45 0 C t1: nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt 10 0 C
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%
Cs = Cn (1- B) + CckB (kcal/kg o C.) Trong đó:
Cn: nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C
Cck: 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:
Gs: là lượng sữa cần gia nhiệt t2: nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt t1: nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%
Cs = Cn (1- B) + CckB kcal/kg o C
Cn: nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C
Cck: 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:
Gs: là lượng sữa cần gia nhiệt t2: nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt t1: nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%
Cs = Cn (1- B) + CckB kcal/kg o C
Cn: nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C
Cck: 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:
Q4 = GsCs (t2 – t1) kcal Trong đó:
Gs: là lượng sữa cần gia nhiệt t2: nhiệt độ sữa sau khi thanh trùng t1: nhiệt độ sữa trước khi thanh trùng
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa có độ khô 12,5%
Cs = Cn (1- B) + CckB kcal/kg o C
Cn: nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg o C
Cck: nhiệt dung của chất khô, kcal/kg o C
5.2.1.5 Lượng nhiệt cần dung cho quá trình gia nhiệt trước trộn:
Gs: là lượng dịch sữa cần tiệt trùng trong một ca, kg
Cs: của dịch sữa có độ khô 12,5% t2: nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt 65 0 C t1: 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:
Gs: là lượng dịch sữa cần tiệt trùng trong một mẻ kg
Cs: là tỷ nhiệt của dịch sữa có độ khô 12,5% t2: nhiệt độ sữa sau khi đồng hóa 75 0 C t1: nhiệt độ sữa trước khi gia nhiệt 70 0 C
5.2.1.7 Lượng nhiệt tiêu tốn trong quá trình tiệt trùng sữa:
Gs: là lượng dịch sữa cần tiệt trùng trong một mẻ, kg
Cs: là tỷ nhiệt của dịch sữa có độ khô 12,5% t2: nhiệt độ sữa sau tiệt trùng 140 0 C t1: nhiệt độ sữa trước khi tiệt trùng 90 0 C
5.2.2 Lượng nhiệt tiết kiệm được:
Trong đó: - ts1 là nhiệt độ sữa nóng được làm nguội bằng nước lạnh
- ts2 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)
- ts1 là nhiệt độ sữa nóng được làm nguội bằng nước lạnh 55 0 C
- ts2 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)
- ts1 là nhiệt độ sữa nóng được làm nguội bằng nước lạnh 95 0 C
- ts2 là nhiệt độ sữa sau khi làm nguội 35 0 C
Vậy tổng lượng nhiệt cần cấp là:QQ 1 Q 8 Q 7.1 Q 7.2 (kcal)
Vậy lượng hơi cần cấp là: kg
Lượng hơi cán bộ công nhân viên trong 1h là: 77 0 , 5 38 , 5 ( kg ).
Lượng hơi dùng để chạy vệ sinh thiết bị, tiệt trùng bồn chứa chiếm khoảng 20% tổng lượng hơi: 0 , 2 1821 , 12 364 , 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 % ih: hàm nhiệt của hơi ở áp suất làm việc ih = 657,3 kcal/kg in: hàm nhiệt của nước ở áp suất làm việc in = 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 phí lạnh cho bảo quản sữa tươi nguyên liệu:
Gs: khối lượng sữa tươi (kg/mẻ)
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa tươi (kcal/kg o C) t1 t2: nhiệt độ sữa trước và sau khi làm lạnh ( o C)
- Gs 4230,77 (l/ngày) = 6868,13 (l/mẻ) = 7142,85 (kg/mẻ)
- Cs = 0.994 kcal/kg o C (với hàm lượng chất khô là 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:
Gs: khối lượng sữa tươi (kg/ca)
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa tươi (kcal/kg o C) t1, t2: nhiệt độ sữa trước và sau khi làm lạnh ( o C)
- Cs = 0.994 kcal/kg o C (với hàm lượng chất khô là 12.5%)
Lượng nước cần làm nguội là:
Theo định luận bảo toàn ta có:
Gs: khối lượng sữa tươi (kg/ca)
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa tươi (kcal/kg o C) t1 t2: nhiệt độ sữa trước và sau khi làm lạnh ( o C)
- Cs = 0.994 kcal/kg o C (với hàm lượng chất khô là 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
Gs: khối lượng sữa tươi (kg/ca)
Cs: Nhiệt dung riêng của sữa tươi (kcal/kg o C) t1, t2: nhiệt độ sữa trước và sau khi làm lạnh ( o C)
- Cs = 0.994 kcal/kg o C (với hàm lượng chất khô là 12,5%)
Lượng nước cần làm nguội là:
Theo định luận bảo toàn ta có:
Nhiệt làm lạnh sau khi UHT
Gs: lượng dịch cần làm lạnh sau UHT (kg/mẻ)
Cs: nhiệt dung riêng của dịch sữa (kcal/kg o C) t1: nhiệt độ của dịch sữa sau UHT.t1=35 o C t2: nhiệt độ của dịch sữa sau làm lạnh t2 = 28 o C
- Cs = 0,994 kcal/kg o C (với độ 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 , 604m 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(l/ngày)
Nước cứu hoả (trường hợp dự phòng): 2,5-5 lit/s tính trong 3 giờ
5.4.3.Nước dùng vệ sinh thiết bị:
Vậy lượng nước dùng cho thiết bị trong 1 ngày: 24 1 , 5 36(m 3 /h)
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 làm nguội gián tiếp tại thiết bị trao đổi nhiệt có thể được tái sử dụng để tiết kiệm Việc tập trung vào các bể chứa nước cho phép sử dụng nguồn nước này ở những khu vực không cần độ sạch cao.
Nước thải từ các hoạt động như rửa thiết bị và rửa sàn nhà chứa nhiều tạp chất hữu cơ, do đó không thể tái sử dụng và là môi trường thuận lợi cho vi sinh vật phát triển Vì vậy, nước này cần được xử lý trước khi xả ra môi trường Rãnh thoát nước phải được trang bị nắp đậy và được bố trí xung quanh phân xưởng chính để đảm bảo việc thoát nước kịp thời, với đường kính rãnh thoát 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