Đồ án Thiết kế phân xưởng sản xuất sữa thanh trùng năng suất 30.000kg/mẻ

DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH Hình 3.1 Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng 6 1.LỜI MỞ ĐẦU Cuộc sống hiện đại ngày càng phát triển thì nhu cầu về chất lượng dinh dưỡng của con người cũng ngày càng cao. Ngoài các thực phẩm trong bữa ăn chính hằng ngày thì các thức uống cũng là một trong những nguồn cung cấp dưỡng chất quan trọng mà con người sử dụng. Trong các thức uống đó, sữa là loại thức uống có nguồn gốc tự nhiên, chứa đầy đủ các dưỡng chất thiết yếu cần thiết cho con người. Tuy nhiên, chất lượng sữa dễ bị thay đổi vì các vi sinh vật dễ dàng tấn công để sử dụng và biến đổi nguồn dinh dưỡng dồi dào trong sữa. Do đó, việc sử dụng công nghệ hiện đại trong việc duy trì các giá trị cảm quan và dinh dưỡng, cũng như bảo quản sữa tốt hơn là một trong những vấn đề cấp thiết và quan trọng trong chế biến và sản xuất các sản phẩm từ sữa. Có nhiều công nghệ đã và đang được sử dụng trong việc nâng cao chất lượng cũng như bảo quản sữa. Tuy nhiên trong giới hạn của đồ án chuyên ngành này, chúng tôi xin trình bày việc tính toán và thiết kế phân xưởng thanh trùng sữa bằng nhiệt. Đây là một trong những phương pháp thanh trùng phổ biến được sử dụng hiện nay trong các nhà máy sữa vì hiệu quả cao và có giá trị kinh tế của nó. Trong đồ án này, do được xử lí trong điều kiện nhiệt độ thấp và thời gian ngắn nên sản phẩm sữa thanh trùng có giá trị dinh dưỡng và cảm quan gần như với sữa tươi. Sau khi tính toán và thiết kế, kết quả thu được các thông số chính như sau: Chiều rộng phân xưởng: 36 m Chiều dài phân xưởng: 44m Chiều cao phân xưởng: 10m Năng suất làm việc : 30.000 kg/mẻ Nhiệt độ thanh trùng: 80oC Trong quá trình tính toán thiết kế và tham khảo tài liệu không tránh khỏi những sai sót, mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô và hội đồng. 2. NGUYÊN LIỆU SẢN XUẤT 2.1. Giới thiệu về sữa bò Sữa là một chất lỏng sinh lý được tiết ra từ tuyến vú của động vật và là nguồn thức ăn để nuôi sống động vật non. 2.1.1. Một số tính chất vật lí của sữa bò Sữa là một chất lỏng đục. Độ đục của sữa là do chất béo, protein và một số chất khoáng trong sữa tạo nên. Màu sắc của sữa phụ thuộc chủ yếu vào hàm lượng β -caroten có trong chất béo của sữa. Sữa bò thường có màu trắng đến vàng nhạt. Sữa gầy (sữa đã được tách béo – skimmilk) thường trong hơn và ngả màu xanh nhạt. Sữa bò có mùi rất đặc trưng và vị ngọt nhẹ. Bảng 2.1. Một số chỉ tiêu vật lí quan trọng của sữa bò tươi Đại lượng Đơn vị đo Giá trị pH – 6,5 – 6,7 Độ chua oD 15 – 18 Tỉ trọng g/cm3 1,028 – 1,036 Điểm đông đặc oC (-0,54) – (-0,59) Thế oxy hóa khử V 0,1 – 0,2 Sức căng bề mặt ở 20oC dynes/cm 50 Độ dẫn điện 1/ohm.cm 0,004 – 0,005 Nhiệt dung riêng cal/g.oC 0,933 – 0,954 2.1.2. Thành phần hóa học của sữa bò Sữa là một hỗn hợp với các thành phần chính bao gồm nước, lactose, protein và các chất béo. Ngoài ra, sữa còn chứa một số hợp chất khác với hàm lượng nhỏ như các hợp chất chứa nito phi protein, vitamin, hormone, các chất màu và khí. Bảng 2.2 Thành phần hóa học sữa của một số động vật và người (% khối lượng) Động vật Protein tổng Casein Chất béo Carbonhydrate Khoáng Bò 3,4 2,8 3,9 4,8 0,8 Dê 3,6 2,7 4,1 4,7 0,8 Cừu 5,8 4,9 7,9 4,5 0,8 Ngựa 2,2 1,3 1,7 6,2 0,5 Người 1,2 0,5 3,8 7,0 0,2 Hàm lượng các chất trong sữa có thể thay đổi ở một khoảng tương đối rộng và phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chủng động vật nuôi, tình trạng sinh lí của từng con vật, điều kiện chăn nuôi (thành phần thức ăn gia súc, chế độ cho ăn, thời tiết…). Bảng 2.3 Sự thay đổi hàm lượng các chất trong sữa bò (% khối lượng) Các thành phần chính Khoảng biến thiên Giá trị trung bình (% khối lượng) Nước 85,5 – 89,5 87 Tổng các chất khô 10,5 – 14,5 12,9 - Lactose 3,6 – 5,5 4,8 - Protein 2,9 – 5,0 3,4 - Chất béo 2,5 – 6,0 3,9 - Khoáng 0,6 – 0,9 0,8 Hàm lượng chất khoáng trong sữa dao động từ 8 – 10g/l. Các muối trong sữa ở dạng hòa tan hoặc dung dịch keo (kết hợp với casein). Trong các nguyên tố khoáng có trong sữa, chiếm hàm lượng cao nhất là canci, phospho và magie. Các nguyên tố khác như Zn, Fe, I, Cu, Mo… cần thiết cho quá trình dinh dưỡng của con người. Bảng 2.4. Thành phần một số nguyên tố khoáng trong sữa Nguyên tố Hàm lượng (mg/l) Nguyên tố Hàm lượng (mg/l) Kali 1500 Kẽm 4 Canci 1200 Nhôm 0.5 Natri 500 Sắt 0.4 Magie 120 Đồng 0.12 Phospho 3000 Iot 0.06 Clo 1000 Asen 0.04 Vitamin trong sữa bao gồm cả hai nhóm tan trong nước (vitamin nhóm B, C) và tan trong chất béo ( A, D, E). Nếu xử lí nhiệt thời gian ngắn và không có không khí xâm nhập vào thì nhiệt độ nhỏ hơn hay bằng 100oC không làm giảm đáng kể lượng các vitamin, trừ vitamin C – rất nhạy cảm với nhiệt. Khi thanh trùng đúng chế độ thì lượng vitamin C giảm đi 17%. Nhiệt độ cao hơn 100oC làm phá hủy một phần hoặc hầu hết các loại vitamin. Khi để lọt không khí, có tác dụng của ánh sáng, bao bì hoặc thiết bị bẩn đều làm giảm lượng vitamin các loại. Vitamin C bị phá hủy hoàn toàn trong điều kiện trên. Bảng 2.5. Hàm lượng một số vitamin trong sữa bò Vitamin Hàm lượng Vitamin Hàm lượng (mg/l) Vitamin Hàm lượng ( µ g/l) A 0,2 – 2,0 mg/l B1 0.44 B12 4.3 D 0,375–0,500 µ g/l B2 1.75 C 20 E 0,75 – 1,00 mg/l B3 0.94 Biotine 30 K 80 µ g/l B5 3.46 Acid folic 2.8 B6 0.5 2.2. Hệ vi sinh vật trong sữa bò 2.2.1. Nguồn gốc hệ vi sinh vật trong sữa Hệ vi sinh vật trong sữa rất đa dạng, có nhiều nguồn gốc khác nhau như từ một số nguồn sau đây: Bầu vú động vật cho sữa. Người và thiết bị vắt sữa. Thiết bị chứa sữa. Môi trường chuồng trại nơi vắt sữa 2.2.2. Hệ vi sinh vật trong sữa Hệ vi sinh vật và số lượng của chúng trong sữa luôn luôn thay đổi và phụ thuộc vào mức độ nhiễm vi sinh vật trong quá trình vắt sữa. Các vi sinh vật có thể được chia làm hai nhóm chính: procaryote và eucaryote. a. Procaryote Vi khuẩn lactic: các vi khuẩn lactic có mặt trong sữa tươi sau khi vắt được xem là những vi sinh vật tạp nhiễm. Chúng sẽ tạo ra những chuyển hóa ngoài ý muốn của nhà sản xuất trong quá trình bảo quản sữa trước khi chế biến (giảm pH, đông tụ casein, xuất hiện các hợp chất mới trong sữa như ethanol, acid acetic... làm thay đổi thành phần và giá trị cảm quan của sữa). Khi thanh trùng sữa ở 80oC, hầu hết các vi khuẩn lactic nhiễm trong sữa sẽ bị tiêu diệt. Vi khuẩn Coliform: trong sữa, vi khuẩn Coliform sẽ chuyển hóa đường lactose tạo acid lactic và các acid hữu cơ khác, khí CO2, H2... Chúng cũng làm phân giải protein trong sữa tươi tạo ra các sản phẩm khí làm cho sữa có mùi khó chịu. Ơ nhiệt độ 75oC trong khoảng thời gian 20 giây, vi khuẩn Coliform sẽ bị tiêu diệt. Vi khuẩn sinh acid butyric ( giống Clostridium): vi khuẩn Clostridium chuyển hóa đường trong sữa thành nhiều sản phẩm khác như acid butyric, butanol, ethanol, aceton, khí CO2, H2... làm thay đổi thành phần hóa học và giá trị cảm quan của sữa trong quá trình bảo quản. Clostridium có khả năng sinh bào tử, trong quá trình thanh trùng không thể tiêu diệt được hoàn toàn các bào tử Clostridium chịu nhiệt. Khi đó, ta phải dùng các giải pháp kĩ thuật khác như vi lọc, ly tâm hoặc sử dụng chất kháng khuẩn để loại bỏ hoặc ức chế Clostridium. Vi khuẩn propionic (giống Propionibacterium): vi khuẩn propionic chuyển hóa đường thành acid propionic, acid acetic, khí CO2... làm hư hỏng chất lượng sữa. Hầu hết các vi khuẩn propionic bị tiêu diệt khi thanh trùng sữa ở 75oC trong thời gian 20 giây. Vi khuẩn gây thối: đó là các vi khuẩn có khả năng sinh tổng hợp protease ngoại bào trong môi trường sữa. Protease sẽ xúc tác quá trình thủy phân protein tạo ra các sản phẩm polypeptide, peptide và acid amin. Một số acid amin tiếp tục bị thủy phân tạo NH3, H2S... làm cho sữa có mùi khó chịu. Đáng chú ý hơn cả là loài Pseudomonas fluorescens. Các enzyme protease và lipase được sinh tổng hợp bởi loài vi khuẩn này rất bền nhiệt. Chúng là nguyên nhân chính gây nên quá trình phân giải protein (proteolysis) và lipid (lipolysis), nhanh chóng làm hư hỏng chất lượng sữa. b. Eucaryote Nấm men: một số nấm men có thể sử dụng đường lactose cho quá trình trao đổi chất. Chúng phát triển trong sữa và gây ra những biến đổi về thành phần hóa học trong quá trình bảo quản sữa. Nấm sợi: một số loài nấm sợi thường nhiễm vào sữa: Penicillium camembertii, P. roquefortii, P. casei, Geotrichum candidum, Rhizopus stolonifer... Hầu hết các loài nấm men và nấm sợi đều bị tiêu diệt trong quá trình thanh trùng sữa ở 75oC trong thời gian từ 10 – 15 giây. 3. QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1. Quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng Sữa nguyên liệu Bảo quản lạnh Chuẩn hóa Bài khí Đồng hóa Thanh trùng Rót sản phẩm Sữa thanh trùng Bao bì vô trùng Hình 3.1: Sơ đồ khối quy trình công nghệ sản xuất sữa thanh trùng 3.2. Thuyết minh quy trình công nghệ 3.2.1. Sữa nguyên liệu Sữa nguyên liệu sau khi được thu mua và bảo quản lạnh tại nhà máy sẽ được đưa vào sản xuất. 3.2.2. Quá trình chuẩn hóa Mục đích: hiệu chỉnh hàm lượng chất béo trong sữa đến giá trị 3,5%. Phương pháp thực hiện: sữa sẽ được gia nhiệt đến 65oC ở thiết bị trao đổi nhiệt dạng bản mỏng, sau đó sẽ được bơm vào máy li tâm hoạt động theo phương pháp liên tục. Hai dòng sản phẩm thoát ra khỏi thiết bị: một dòng là sữa gầy và một dòng là cream. Hàm lượng béo trong hai dòng sản phẩm trên sẽ phụ thuộc vào chế độ hoạt động của máy li tâm. Sau đó, một phần cream sẽ được phối trộn lại với dòng sữa gầy để đạt hàm lượng chất béo theo yêu cầu sản xuất. Ơ đây, ta chọn giá trị đó là 3,5%. Phần cream dư sẽ đưa đi xử lí tiếp để hoàn thiện sản phẩm cream. Các biến đổi chính: Vật lí: khối lượng riêng tăng, độ nhớt giảm, nhiệt độ tăng, … Thiết bị: máy li tâm và hệ thống hiệu chỉnh hàm lượng chất béo hoàn toàn tự động. 3.2.3. Quá trình bài khí Mục đích: cải thiện mùi của sữa, tăng hệ số truyền nhiệt. Phương pháp thực hiện: Một áp lực chân không thích hợp sẽ được tạo ra làm cho các khí ở dạng phân tán, hòa tan và một phần hơi nước cùng các hợp chất dễ bay hơi thoát ra khỏi thiết bị. Toàn bộ hỗn hợp này sẽ được đưa vào bộ phận ngưng tụ được đặt trên đỉnh thiết bị bài khí. Nước và một số cấu tử sẽ chuyển sang dạng lỏng và chảy xuống đáy thiết bị, còn khí và các cấu tử không ngưng tụ sẽ được bơm chân không hút ra ngoài. Thông số kĩ thuật: nhiệt độ sữa 65oC, áp lực chân không 580 mmHg. Các biến đổi chính: Vật lí: thể tích giảm. Hóa lí: nước bay hơi. Cảm quan: cải thiện mùi của sữa. Thiết bị: thiết bị hình trụ đứng, đáy nón với phần đỉnh nón được quay lên phía trên. Dưới nắp thiết bị là bộ phận ngưng tụ được nối với bơm chân không. 3.2.4. Quá trình đồng hóa Mục đích: ổn định hệ nhũ tương, chống lại sự tách pha dưới tác dụng của trọng lực, tăng hệ số truyền nhiệt chuẩn bị cho quá trình tiệt trùng, tránh hiện tượng có cặn lợn cợn khi bảo quản sản phẩm. Phương pháp thực hiện: đồng hóa toàn phần, 2 cấp. 4. CÂN BẰNG VẬT CHẤT 4.1. Tính cho 100 kg sữa tươi nguyên liệu Giả sử quy trình công nghệ có các giá trị tổn thất như sau: Bảng 4.1. Tổn thất trong quá trình sản xuất Tổn thất Giá trị tổn thất Trên đường ống từ thiết bị chứa sữa nguyên liệu đến thiết bị chuẩn hóa, % khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống 0.1 Quá trình chuẩn hóa, % khối lượng so với lượng sữa trước chuẩn hóa 0.2 Trên đường ống từ thiết bị phối trộn đến thiết bị bài khí, % khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống 0.1 Quá trình bài khí, % khối lượng so với lượng sữa trước bài khí, % khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống 0.9 Trên đường ống từ thiết bị bài khí đến thiết bị đồng hóa, % khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống 0.1 Quá trình đồng hóa, , % khối lượng so với lượng sữa trước đồng hóa 0.2 Trên đường ống từ thiết bị đồng hóa đến thiết bị thanh trùng, % khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống 0.1 Quá trình thanh trùng, , % khối lượng so với lượng sữa trước thanh trùng 0.2 Trên đường ống từ thiết bị thanh trùng đến thiết bị đóng gói, % khối lượng so lượng sữa trước khi vào đường ống 0.1 Quá trình đóng hộp, % khối lượng so với lượng sữa trước đóng hộp 0.5 Thành phần sữa nguyên liệu : Hàm lượng chất khô: 13% Protein tổng: 3.5% Béo: 0.8% Thành phần sản phẩm: Béo: 3.5% Carbon hydrate: 4.8% Protein: 3.5% 4.1.1. Tổn thất trên đường ống từ bồn chứa nguyên liệu đến thiết bị chuẩn hóa: d1=0.1%*m=0.1%*100= 0.1 (kg) Khối lượng sữa vào thiết bị chuẩn hóa: m1=m- d1=100-0.1=99.9 (kg) Tổn thất trong quá trình chuẩn hóa: q1= 0.5% Ta có sơ đồ nguyên lý hiệu chỉnh chất béo như sau: Ly tâm 8.7 kg cream 39% chất béo 100 kg sữa 3.9% chất béo Phối trộn 90.1 kg sữa gầy 0.05% chất béo 98.8 kg sữa 3.5% chất béo 9.9 kg cream 39% chất béo 1.2 kg cream 39% chất béo é Khối lượng sữa sau chuẩn hóa có hàm lượng chất béo 3.5%: Khối lượng cream thu được: 4.1.2 Tổn thất trên đường ống từ thiết bị chuẩn hóa đến thiết bị bài khí: Khối lượng sữa vào thiết bị bài khí: m4= m2-d2= 98.50-9.850=88.65 (kg) Tổn thất trong quá trình bài khí: Khối lượng sữa sau quá trình bài khí: m5= m4 - q2 = 88.65-0.80= 87.86(kg) 4.1.3. Tổn thất trên đường ống từ thiết bị bài khí đến thiết bị đồng hóa: Khối lượng sữa vào thiết bị đồng hóa: m6 = m5- d 3 = 87.86 -0.09 = 87.77(kg) Tổn thất trong quá trình đồng hóa: Khối lượng sữa sau quá trình đồng hóa (kg): m7 = m6- q3 = 87.77-0.18 = 87.59 (kg) 4.1.4. Tổn thất trên đường ống từ thiết bị đồng hóa đến thiết bị thanh trùng: Khối lượng sữa vào thiết bị thanh trùng: m8 = m7-d4 = 87.60-0.09 = 87.51 (kg) Tổn thất trong quá trình thanh trùng: Khối lượng sữa sau quá trình thanh trùng: m9 = m8-q4 = 87.51-0.18 = 87.33 (kg) 4.1.5. Tổn thất trên đường ống từ thiết bị thanh trùng đến thiết bị đóng hộp: Khối lượng sữa vào thiết bị đóng hộp: m10 = m9-d5 = 87.33-0.09 = 87.24 (kg) Tổn thất trong quá trình đóng hộp: Khối lượng sữa sau quá trình đóng hộp: m11 = m10-q5 = 87.24-0.44 = 86.80 (kg) 4.2. Tính theo năng suất của phân xưởng trong một mẻ sản xuất Chọn năng suất theo nguyên liệu: N = 30000 kg/ mẻ Khối lượng nguyên liệu cho từng quá từng được tính theo bảng 4.2 Bảng 4.2 Khối lượng nguyên liệu cho từng quá trình Quá trình Tính cho 100 kg sữa nguyên liệu (kg) Tính theo năng suất trong một mẻ sản xuất (kg) Nhập liệu 100 30000 Chuẩn hóa 99.9 29970 Bài khí 88.65 26596.03 Đồng hóa 87.77 26330.30 Thanh trùng 87.50 26251.37 Đóng hộp 87.24 26172.67 Sản phẩm 86.81 26041.80 5. CHỌN THIẾT BỊ Tỉ trọng của sữa (ở 15.5oC) được tính theo công thức : Trong đó: F (fat): hàm lượng chất béo trong sữa (% khối lượng) SNF (solid non fat): hàm lượng các chất khô không béo trong sữa (% khối lượng) W (water): hàm lượng nước trong sữa (% khối lượng) Chọn: F = 3.5 % SNF = 9.1% W = 87.4% Do đó: 5.1. Quá trình nhập liệu Khối lượng sữa nhập liệu trong một mẻ: 30000 kg Thể tích sữa nhập liệu trong một mẻ: Chọn thiết bị có thể tích: Vtb= V + 20%V =29041.62 +20%*29041.62=34849.94 (l) Chọn bồn chứa Tetra Allsafe LA Thông số thiết bị: Thể tích sử dụng: 35000 lít Đường kính: 3000 mm Chiều cao: 4300 mm 5.2. Quá trình chuẩn hóa Khối lượng nguyên liệu cần chuẩn hóa: 29970 kg Thể tích sữa cần chuẩn hóa trong một mẻ: Chọn thời gian chuẩn hóa là 30 phút, năng suất của thiết bị là: Năng suất thiết bị thực tế cần chọn là: Chọn máy li tâm loại Tetra Centri H 918 GHV Thông số thiết bị: Năng suất dòng sữa gầy: 56000 l/h Năng suất tiêu chuẩn: 70000 l/h Công suất: 42 kW 5.3. Quá trình bài khí Khối lượng nguyên liệu vào thiết bị bào khí là: 26596.03 kg Thể tích sữa cần bài khí trong một mẻ: Chọn thời gian bài khí là 30 phút Năng suất của thiết bị là: Chọn năng suất thực tế cho thiết bị: Đặt h àng hãng TetraPark thiết bị bài khí có: Năng suất 65000 l/h Áp lực bài khí 580 mmHg Nhiệt độ nguyên liệu khi vào thiết bị bài khí: 65oC 5.4. Quá trình đồng hóa Khối lượng sữa vào quá trình đồng hóa: 26330.30 kg Thể tích nguyên liệu được đồng hóa: Chọn thời gian đồng hóa là 30 phút Năng suất lý thuyết của thiết bị: Chọn năng suất thực tế cho thiết bị: Ndh = l/h Chọn thiết bị đồng hóa Tetra Alex 400 của hang Tetra Park Thông số thiết bị: Áp suất: 250 bar Năng suất thiết bị: 37000 l/h Kích thước thiết bị: D x R x C = 2075 x 1950 x 2050 (mm) Diện tích chiếm chỗ của thiết bị: 4500 x 4000 x 3000 (mm) Công suất động cơ : A = năng suất (l/h) x áp lực (bar)/30600 = 255.72 (kW) 5.5. Quá trình thanh trùng Khối lượng nguyên liệu cần thanh trùng trong một mẻ: 26251.37 kg Thể tích nguyên liệu: Chọn thời gian thanh trùng là 20 phút Năng suất lý thuyết của thiết bị: Năng suất thực tế cần chọn cho thiết bị: Chọn thiết bị Tetra Plex MS15 của Tetra Park Thông số thiết bị: Năng suất thiết bị: 91500 l/h Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt mỗi đĩa: 0.62 m2 Bề dày mỗi đĩa: 0.5 mm Kích thước mỗi đĩa: 1500x500 mm 5.6. Quá trình đóng gói Khối lượng sữa cần đóng gói trong một mẻ: 26172.67 kg Thể tích sữa cần đóng gói trong một mẻ: Chọn thời gian đóng gói là 60 phút Năng suất của thiết bị: Năng suất thực tế của thiết bị: Đặt hàng hãng TeTra Park thiết bị đóng gói có năng suất 31000 l/h Thông số thiết bị: Thể tích mỗi hộp: 250 ml Năng suất thiết bị: 124000 hộp/h 6. TÍNH NƯỚC 6.1. Quá trình CIP Hệ thống CIP có hai chế độ khác nhau: Chế độ 1: với thiết bị tiếp xúc trực tiếp với sữa có gia nhiệt như: thiết bị thanh trùng, thiết bị gia nhiệt, thiết bị bài khí…Ta có chế độ chạy CIP như sau: Rửa với nước ấm 10 phút. Chạy dung dịch kiềm (0.5-1.5%) trong 30 phút ở 75oC. Rửa lại bằng nước ấm trong 5 phút. Chạy dung dịch acid nitric (0.5-1.0%) trong 20 phút ở 70oC. Rửa lại bằng nước lạnh. Làm mát từ từ bằng nước lạnh trong 8 phút. Chế độ 2: với thiết bị tiếp xúc với sữa không có gia nhiệt như: bồn chứa, đường ống, thiết bị phối trộn, thiết bị đóng gói…Chế độ chạy CIP như sau: Rửa bằng nước ấm trong 3 phút. Tuần hoàn dung dịch kiềm (0.5-1.5%) trong 10 phút ở 75oC. Rửa bằng nước ấm trong 3 phút. Tiệt trùng bằng nước nóng 90-95oC trong 5 phút. Làm nguội từ từ bằng nước lạnh trong 10 phút. 6.2. Tính nước cho quá trình vệ sinh Lượng nước ấm dùng để vệ sinh thiết bị trong chế độ 1 bằng 15% thể tích bồn chứa nguyên liệu Lượng nước ấm dùng để vệ sinh thiết bị ở chế độ 2 bằng 10% lượng nước ấm ở chế độ 1 Lượng nước lạnh vệ sinh thiết bị ở chế độ 1 bằng 15% thể tích bồn chứa nguyên liệu Lượng nước lạnh dùng để vệ sinh thiết bị ở chế độ 2 bằng 10% lượng nước lạnh ở chế độ 1 Tổng lượng nước để vệ sinh thiết bị trong một mẻ sản xuất là 7. TÍNH HƠI Nhiệt dung riêng của sữa: Csữa=3.95kJ/kg. độ Ẩn nhiệt hóa hơi của nước: r =2221kJ/kg (ở t=115oC, P=1.724 kg/cm3) Khối lượng riêng của hơi: rhơi= 0.9635 kg/m3 Nhiệt dung riêng của nước: Cnước= 4.18 kJ/kg.độ Khối lượng riêng của nước: rnước= 1 kg/l Hiệu suất truyền nhiệt trong thiết bị gia nhiệt bản mỏng là: 90% Nhiệt dung riêng của dung dịch kiềm: Ckiềm = 3.82 kJ/kg. độ Khối lượng riêng của dung dịch kiềm: rkiềm = 1.1 kg/l Nhiệt dung riêng của dung dịch acid: Cacid = 2.9 kJ/kg. độ Khối lượng riêng của dung dịch acid: racid = 1.287 kg/l 7.1. Quá trình chuẩn hóa Khối lượng sữa cần gia nhiệt trong một mẻ: 29970 kg Nhiệt độ ban đầu của sữa: 4oC Nhiệt độ của sữa sau khi gia nhiệt: 65oC Lượng nhiệt cần để gia nhiệt lượng sữa này: 7.2. Quá trình bài khí Khối lượng sữa cần bài khí trong một mẻ: 26596.03 kg Giả sử nhiệt độ sữa khi vào gia nhiệt cho bài khí là 55oC Nhiệt độ sữa sau khi gia nhiệt là 65oC Lượng nhiệt cần để gia nhiệt cho lượng sữa này: 7.3. Quá trình thanh trùng Quá trình thanh trùng được chia làm 3 giai đoạn: Giai đoạn 1: gia nhiệt sữa lên 85oC Giai đoạn 2: trong ống giữ nhiệt khoảng 12 giây Giai đoạn 3: làm lạnh về 4oC Khối lượng sữa cần thanh trùng trong một mẻ: 26251.37 (kg) Giả sử nhiệt độ sữa trước khi vào thiết bị thanh trùng là 55oC Nhiệt độ sữa sau giai đoạn 1 là 85oC Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt cho lượng sữa này: Lượng nhiệt tỏa ra khi làm nguội sữa từ 85oC về 50oC: Lượng nhiệt này dùng để gia nhiệt cho sữa ở các quá trình bài khí. Lượng nhiệt cần phải cung cấp: Q = Qch+Qtt = 8271814.6 +3110787.3 = 10332058.8 (kg) Lượng hơi cần phải cung cấp: 7.4. Quá trình CIP cho các thiết bị tiếp xúc với sữa có gia nhiệt Quá trình rửa bằng nước ấm: Khối lượng nước ấm cần gia nhiệt: 5250 kg Nhiệt độ ban đầu của nước: 25oC Nhiệt độ sau khi gia nhiệt: 50oC Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình này: Quá trình rửa bằng dung dịch kiềm: Thề tích dung dịch kiềm sử dụng lấy bằng 5% thể tích bồn chứa nguyên liệu Khối lượng dung dịch kiềm sử dụng: Nhiệt độ ban đầu của dung dịch kiềm: 25oC Nhiệt độ dung dịch kiềm sau khi gia nhiệt: 75oC Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt lượng dung dịch kiềm trên: Quá trình rửa bằng acid: Thể tích dung dịch acid lấy bằng thể tích dung dịch kiềm: Vacid1=1750 l Khối lượng acid sử dụng: Nhiệt độ ban đầu của acid: 25oC Nhiệt độ acid sau khi gia nhiệt: 70oC Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt lượng acid trên: 7.5. Quá trình CIP cho các thiết bị tiếp xúc với sữa ở nhiệt độ thấp Quá trình rửa bằng nước ấm: Khối lượng nước ấm cần sử dụng lấy bằng 10% lượng nước ấm sử dụng ở chế độ 1: Nhiệt độ ban đầu của nước: 25oC Nhiệt độ sau khi gia nhiệt: 50oC Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình này: Quá trình rửa bằng dung dịch kiềm: Thề tích dung dịch kiềm sử dụng lấy bằng 10% thể tích dung dịch kiềm sử dụng ở chế độ 1 Khối lượng dung dịch kiềm sử dụng: Nhiệt độ ban đầu của dung dịch kiềm: 25oC Nhiệt độ dung dịch kiềm sau khi gia nhiệt: 75oC Lượng nhiệt cần cung cấp để gia nhiệt lượng dung dịch kiềm trên: Quá trình rửa kiềm dư bằng nước ấm: Khối lượng nước cần sử dụng lấy bằng 50% khối lượng nước sử dụng ở trên: Nhiệt độ ban đầu của nước: 25oC Nhiệt độ nước sau khi gia nhiệt: 50oC Lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình này: Quá trình phun hơi tiệt trùng: Thể tích hơi cần sử dụng lấy bằng thể tích nước ấm sử dụng: 262.5 l = 0.2625 m3. Khối lượng hơi sử dụng: Lượng nhiệt cần sử dụng: Tổng lượng nhiệt cần cung cấp cho quá trình CIP trong một mẻ sản xuất: Lượng hơi cần cung cấp: 8.TÍNH LẠNH 8.1. Tính lạnh cho bồn chứa sữa nguyên liệu Khối lượng sữa nguyên liệu: 30000 kg Giả sử nhiệt độ của sữa tăng thêm 2oC trong thời gian một mẻ sản xuất. Nhiệt lượng cần để ổn định nhiệt độ của sữa luôn ở 4oC Làm lạnh trong quá trình thanh trùng Khối lượng sữa cần thanh trùng: 26251.37 kg. Lượng nhiệt lạnh cần cung cấp để làm lạnh sữa từ 50oC xuống 4oC: Cấp lạnh cho kho lạnh Công thức tính tổn thất lạnh cho không khí trong một ngày: Trong đó: V: thể tích phòng lạnh (m3) V= n: hệ số tuần hoàn không khí, chọn n = 1. r: khối lượng riêng của không khí trong phòng lạnh (kg/m3), r=1.25 (kg/m3) ingoài, itrong: enthalpy của không khí bên ngoài và bên trong phòng lạnh (kJ/kg). itrong = 23 kJ/kg (ở 4oC, ẩm 80%) ingoài=138.2 kJ/kg (ở 40oC, ẩm 80%) Tổn thất lạnh cho không khí trong một ngày: Công thức tính tổn thất lạnh do trần, nền, tường bao của phòng lạnh: Trong đó: F: diện tích bề mặt (m2) K: hệ số truyền nhiệt (W/m2K) Knen = 0.35 W/m2K Ktr = 0.41 W/m2K Kt = 0.58 W/m2K tngoài, ttrong: nhiệt độ bên ngoài và bên trong phòng lạnh (oC) tngoài = 30oC ttrong = 4oC Tổn thất lạnh do nền, trần và tường bao của kho lạnh: Tổng nhiệt lạnh cần phải cung cấp cho kho lạnh trong một ngày: Qkho = Qtt1 + Qtt2 = 311040+16*3600= 368640(kJ) CHỌN NỒI HƠI VÀ MÁY CẤP LẠNH 9.1. Chọn nồi hơi Lượng hơi sử dụng cho sản xuất trong 1 ngày: Lương hơi sử dụng đun nóng nước để vệ sinh thiết bị: Tổng lượng hơi sử dụng trong 1 ngày: Mhoi tong = mhoisx + mhoivesinh = 18608 + 3383.2 =21991.1 (kg) Năng suất bốc hơi tính toán: Năng suất thực tế cần chọn: Chọn nồi hơi kiểu đứng đốt dầu DO của công ty cồ phần công nghệ Bách khoa: - Thông số kỹ thuật: + Công suất: 440 kW + Năng suất:3300 kg/h + Áp suất thiết kế: 9 bar + Áp suất làm việc: 7 bar + Suất tiêu hao nhiên liệu: 30 l/h + Van hơi chính: 25 + Van an toàn: 25 x 2 + Van cấp nước: 25 + Van xả đáy: 25 + Bơm nước: 0.55 kW + Trọng lượng: 600 kg + Đường kính ống khói: 300 mm Tính chọn máy nén lạnh cho thiết bị làm lạnh Tổng lượng nhiệt lạnh cần: Qtong = Qnglieu+Qlanhtt+Qkho = 237000+4769874+368640= 5375514( kJ) Năng suất lạnh tính toán: Năng suất lạnh thực tế cần chọn: Chọn máy nén BITZER 2 cấp loại piston của công ty Việt Đức: + Model:S6F-30.2 + Năng suất lạnh: 95 kW/h SẢN PHẨM 10.1. Định nghĩa Sữa tươi thanh trùng: sản phẩm được chế biến từ sữa nguyên liệu, có hoặc không bổ sung phụ gia và qua xử lý ở nhiệt độ thấp (80oC). 10.2. Yêu cầu kĩ thuật 10.2.1. Nguyên liệu Sữa tươi được lấy trực tiếp từ các động vật khỏe mạnh. 10.2.2. Các chỉ tiêu cảm quan của sữa tươi thanh trùng Bảng 10.1 Chỉ tiêu cảm quan của sữa Chỉ tiêu Yêu cầu Màu sắc Tương tự như sữa tươi Mùi, vị Tuơng tự như sữa tươi Trạng thái Dịch đồng nhất 10.2.3. Các chỉ tiêu hóa lý của sữa tươi thanh trùng Bảng 10.2 Chỉ tiêu hóa lý của sữa Chỉ tiêu Yêu cầu Hàm lượng chất khô, % khối lượng không nhỏ hơn 11,5 Hàm lượng chất béo, % khối lượng không nhỏ hơn 3,2 Tỉ trọng của sữa ở 20oC, g/ml không nhỏ hơn 1,027 Độ chua (tính theo acid lactic) 1.4-1.8 g/lít 10.2.4. Các chỉ tiêu vi sinh của sữa tươi thanh trùng Bảng 10.3 Chỉ tiêu vi sinh của sữa tươi thanh trùng Tên chỉ tiêu Mức cho phép Tổng số vi khuẩn hiếu khí ≤ 30.000 khuẩn lạc/ ml Coliform tổng số ≤ 10 khuẩn lạc/ml Salmonella Không phát hiện trong 250 ml mẫu thử 10.2.5. Bao gói, ghi nhãn, bảo quản, vận chuyển Ghi nhãn: Theo Quyết định 178/1999/QĐ – TTg “Quy chế ghi nhãn hàng hóa lưu thông trong nước và hàng hóa xuất khẩu, nhập khẩu”, ngoài ra trên nhãn cần ghi rõ tên gọi của sản phẩm là “Sữa tươi thanh trùng”. Bao gói: Sản phẩm sữa tươi thanh trùng được đặt trong bao bì chuyên dùng cho thực phẩm. Bảo quản: Bảo quản sữa tươi thanh trùng ở nhiệt độ thấp ( không lớn hơn 8oC) và tránh tiếp xúc với ánh sang, nhất là ánh sáng mặt trời. Thời hạn bảo quản sản phẩm tối đa từ 8-10 ngày tính từ ngày sản xuất trong điều kiện không mở bao bì. KẾT LUẬN Đời sống con người ngày càng nâng cao, nhu cầu tiêu thụ sữa và các sản phẩm từ sữa cũng tăng theo. Bên cạnh đó, mục tiêu của nhà nước ta là không những đáp ứng được nhu cầu sữa của người dân trong nước mà tiến đến xuất khẩu sữa ra nước ngoài vì vậy thiết kế một phân xưởng sản xuất sữa thanh trùng với năng suất 30 tấn/ mẻ là phù hợp với nhu cầu của xã hội và chủ trương của nhà nước. Tuy nhiên, sữa là môi trường lí tưởng cho các loài vi sinh vật phát triển cho nên cần phải đảm bảo nghiêm ngặt vấn đề vệ sinh trong quá trình chế biến. Cần phải đảm bảo vệ sinh của thiết bị, môi trường sản xuất, nhà xưởng, vệ sinh của công nhân… Để đảm bảo vấn đề vệ sinh và chất lượng sản phẩm, tốt hơn hết nhà máy nên áp dụng các tiêu chuẩn về hệ thống quản lí chất lượng như HACCP… Trong bản thiết kế này, nguồn nguyên liệu sử dụng là 100% sữa bò tươi đồng thời, quy trình sản xuất sữa thanh trùng với điều kiện xử lí trong thời gian ngắn, nhiệt độ thấp đảm bảo cho chất lượng sản phẩm là tốt nhất, giảm thiểu tổn thất chất dinh dưỡng trong quá trình sản xuất nhằm cung cấp cho người tiêu dùng một sản phẩm tự nhiên nhất. Mặc dù quy trình sản xuất rõ ràng nhưng trong quá trình thiết kế vẫn không tránh khỏi thiếu sót do nguyên nhân chủ quan lẫn khách quan. Phần chọn thiết bị: do khả năng tìm tài liệu còn hạn chế và các nhà sản xuất không muốn đưa hết các thông số của thiết bị nên có một số thiết bị phải đặt hàng, một số thiết bị thì thông số không được đầy đủ. Phần tính nước, hơi: do không có kinh nghiệm thực tế và các thông số của thiết bị nên chỉ tính một cách tương đối, chưa chính xác. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Phạm Văn Bôn, “Sổ tay Dẫn nhiệt không ổn định. Thông số nhiệt lý của thực phẩm và nguyên liệu”, TP.HCM, 2004. 2. Phạm Văn Bôn, Nguyễn Đình Thọ “Quá trình và Thiết bị Công nghệ hóa học & Thực phẩm. Tập 5 Quá trình và Thiết bị truyền nhiệt. Quyển 1 Truyền nhiệt ổn định”, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2004. 3. Lê Văn Việt Mẫn, “Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa và thức uống. Tập 1 Công nghệ sản xuất các sản phẩm từ sữa”, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2004. 4. Lâm Xuân Thanh, “Giáo trình công nghệ chế biến sữa và các sản phẩm từ sữa”, NXB Khoa học Kĩ thuật, 2003. 5. Bộ môn Máy và Thiết bị, “Bảng tra cứu Quá trình cơ học Truyền nhiệt – Truyền khối”, NXB Đại học Quốc gia TP. Hồ Chí Minh, 2004. 6. Các tác giả, “Sổ tay Quá trình và Thiết bị Công nghệ Hóa chất tập 1”, NXB Khoa học Kĩ thuật Hà Nội, 2002. 7. Bylund Gosta, “Dairy processing handbook”, Tetra Pak processing systems AB publisher, Lund, 1995. 9. 10. PHỤ LỤC Hình 1. Bồn chứa sữa nguyên liệu Hình 2. Thiết bị ly tâm Sữa đã được chuẩn hóa Cream Sữa nguyên liệu Hình 3. Nguyên tắc hooạt động của thiết bị chuẩn hóa Hình 4. Thiết bị đồng hóa Hình 5. Thiết bị gia nhiệt bảng mỏng Hình 6. Nguyên tắc hoạt động của thiết bị gia nhiệt bảng mỏng Hình 7. Thiết bị CIP